1. Introdução

Dentre as manifestações patológicas que podem ocorrer em revestimentos cerâmicos se destacam o descolamento de placas, as trincas, o gretamento, a eflorescência e a deterioração das juntas (^{Campante e Baía, 2008}). Dentre as citadas, os descolamentos de revestimentos cerâmicos são considerados os mais sérios, devido aos riscos de acidentes em decorrência da queda de placas ou parte de camadas bem como o custo para o seu reparo (^{Campante e Baía, 2008}; ^{Mansur, 2007}).

Os descolamentos têm como característica principal a perda de aderência das placas cerâmicas com o substrato ou com a argamassa de fixação, em função das tensões ocorridas no revestimento cerâmico excederem a capacidade de aderência das ligações dessas camadas (^{Barros e Sabatini, 2001}). Fatores externos como o choque térmico, a chuva dirigida, a radiação solar e a umidade são os que exercem mais influência na degradação do sistema de revestimento de fachada (^{Antunes, 2010}).

Um expressivo agente de degradação dos revestimentos cerâmicos de fachadas é a variação de temperatura (^{Consoli, 2006}). A variação térmica em um mesmo dia, na cidade de Porto Alegre - RS, por exemplo, pode ser muito alta, gerando gradientes de temperatura na ordem de até 50˚C na superfície da fachada. Em uma pesquisa visando a avaliação da durabilidade de sistemas de revestimento cerâmico, realizados com placas cerâmicas e argamassas colantes aplicadas em substratos de concreto, através da indução de tensões de natureza térmica (^{Chew, 1992}), foi constatada uma redução de cerca de 20% na resistência de aderência à tração das placas, quando comparados aos sistemas que não passaram pela ação dos ciclos.

Outro importante agente de degradação das fachadas é a umidade, que se caracteriza pela existência de água nos materiais nas formas líquida, sólida ou vapor (^{Ribeiro, 2006}). A movimentação higroscópica é uma importante causa do descolamento de placas cerâmicas (^{Bauer, 1995}; ^{Ribeiro, 2006}). Para limitar as movimentações higroscópicas em revestimentos cerâmicos de fachada, é recomendável a adoção de placas cerâmicas de baixa absorção de água (^{Goldberg, 1998}). Pensando nisso, a norma britânica BS 5385-2 (^{BSI, 2015}) especifica, tanto para placas cerâmicas extrudadas como prensadas, a utilização em fachadas de placas com absorção de água inferior a 3%. Em contraponto, a norma brasileira NBR 13.818 (^{ABNT, 1997}) não apresenta limite específico. Em ensaios realizados em três condições de umidade distintas em placas cerâmicas: secas ao ar, com 0,2% de umidade; submetidas à passagem de brocha com água sobre o tardos, resultando em 2,0% de umidade; e imersas em água por um período de 30 segundos, sendo estas mantidas na vertical antes do assentamento, de modo a escorrer a água em excesso, resultando em 8,5% de umidade, verificou-se que a maior aderência entre placa cerâmica e argamassa colante ocorreu com peças secas e houve uma redução de aderência à medida que aumentava o teor de umidade da placa no momento da aplicação (^{Bauer, 1995}).

A durabilidade de um sistema de revestimento de fachada com placas cerâmicas depende, portanto, das condições de exposição. Os movimentos de contração e expansão decorrentes de variações na temperatura e na umidade geram tensões na interface com o substrato, que ao longo do tempo irão resultar em descolamentos. Os descolamentos de revestimentos cerâmicos de fachadas podem ocorrer por ruptura adesiva nas interfaces placa cerâmica/argamassa colante, argamassa colante/emboço, emboço/chapisco e chapisco/substrato, ou ainda por ruptura coesiva no interior de qualquer uma destas camadas (^{Mansur, 2007}). Em levantamento de manifestações patológicas em revestimentos com placas cerâmicas, observou-se que em 84% dos edifícios analisados houve o descolamento com ruptura adesiva na interface placa cerâmica/argamassa colante (^{Mansur, Do Nascimento e Mansur, 2012}). Isso se dá em razão que esta interface é a região do sistema de revestimento mais solicitada por esforços de cisalhamento, quando são considerados efeitos térmicos e de expansão higroscópica das placas cerâmicas (^{Abreu, Leitão e Lucas, 2004}; ^{Saraiva, Bauer e Bezerra, 2001}).

Como as condições de exposição de determinada fachada dificilmente podem ser alteradas, a vida útil do revestimento irá depender fortemente das decisões de projeto e da qualidade da execução, que irão definir a resistência de aderência inicial do revestimento. A correta especificação da placa cerâmica, da argamassa adesiva e do procedimento de aplicação são fundamentais para este desempenho.

Neste trabalho, foi avaliada a relação entre a porosidade de placas cerâmicas (utilizando-se três tipos de placas cerâmicas com diferente absorção de água), a composição da argamassa colante (utilizando-se dois tipos de argamassa) e as condições de cura (sendo adotadas as três diferentes formas de cura estabelecidas pela norma ^{ABNT 14.081-4:2012}) na resistência de aderência do sistema de revestimento.

2. Materiais utilizados

Foram avaliadas composições entre um substrato-padrão, placas cerâmicas com três diferentes teores de absorção de água, duas argamassas colantes e três condições de cura.

O substrato-padrão utilizado para os ensaios de adesão foi adquirido através de fornecedor normalizado pela ABNT, atendendo as exigências da NBR 14.081-2 (^{ABNT, 2012}). A absorção dos blocos é de 0,3 cm³ de água no decorrer de 4 horas, estando abaixo do limite de 0,5 cm³ estabelecido pela norma.

Foram utilizadas placas cerâmicas prensadas com três diferentes níveis de absorção de água (IIa, IIb e III), determinados através da NBR 13.817 (^{ABNT, 1997}). Para cada tipo de placa foram determinadas a absorção de água, segundo a NBR 13.818 (^{ABNT, 1997}) e a absorção de água por capilaridade segundo as especificações do procedimento da ^{RILEM TC 116 PCD (1999)}. A Tabela 1 mostra os valores de absorção de água das placas cerâmicas.

Todas as placas cerâmicas encontram-se dentro dos limites estabelecidos pela NBR 13.817 (^{ABNT, 1997}), confirmando a classificação do grupo de absorção indicado pelo fabricante.

O perfil de absorção de água (em g/cm²) obtido pelo procedimento da RILEM pode ser visualizado na Figura 1.

Figura 1 Perfil de absorção de água por capilaridade das placas cerâmicas. 

O valor médio de coeficiente de capilaridade da placa cerâmica tipo BIIa é de 0,046 g/cm².min^½, da placa BIIb 0,085 g/cm².min^½ e da placa BIII 0,185 g/cm².min^½. As placas do grupo BIIa possuem o menor coeficiente de capilaridade, seguido pela BIIb e, por último as placas BIII, apresentando o mesmo comportamento observado nos ensaios de absorção de água.

Foram utilizadas argamassas colantes industrializadas para uso externo de dois tipos: argamassa colante industrializada tipo AC II e argamassa colante industrializada tipo AC III, que possui em sua composição mais aditivos promotores de aderência e retentores de água que as do tipo AC II.

A argamassa colante tipo AC II utilizada no estudo é composta por cimento Portland CP IV (cimento pozolânico), areia e aditivos. De acordo com o fabricante, o aditivo “Ecocel Uno” tem a função de propiciar baixo deslizamento, trabalhabilidade e maior retenção de água. O produto “PLV 2000” é um polímero que proporciona aumento de resistência química e flexibilidade, além de melhor adesão. A argamassa colante tipo AC III, além dos materiais citados, possui formiato de cálcio. O formiato de cálcio é um acelerador de cura para sistemas a base de cimento Portland, promovendo aceleração nas reações químicas dos aluminatos e facilitando a dissolução da cal. Proporciona aumento do tempo em aberto, menor permeabilidade e aumento significativo da resistência da argamassa.

Os ensaios realizados no programa experimental estão relacionados na Tabela 2.

Dos ensaios realizados para a caracterização no estado endurecido, apenas o ensaio de resistência de aderência à tração é previsto por norma específica de argamassas colantes. Os demais ensaios foram adaptados a partir das normas de argamassas para revestimentos. Os resultados são apresentados na Tabela 3.

No estado fresco, tanto a argamassas AC II como a AC III obtiveram resultados muito próximos, não sendo possível distingui-las a partir das propriedades medidas nestes ensaios. No ensaio de determinação do deslizamento as argamassas apresentaram o mesmo valor, inferior ao máximo permitido pela NBR 14.081-5 (^{ABNT, 2012}), de 2mm. Na determinação do tempo em aberto, a AC II teve como resultado de 0,50 MPa e a AC III 0,62 MPa. Os valores obtidos nos ensaios atendem a NBR 14.081-3 (^{ABNT, 2012}), que especifica um valor mínimo de 0,50 MPa. No estado endurecido, os resultados para ambas argamassas apresentaram valores muito próximos, exceto em relação à capilaridade, onde a argamassa AC III apresentou valor superior à AC II.

A argamassa colante do tipo AC III tem uma variação dimensional superior à da AC II, com forte variação nas primeiras idades, visualizada na Figura 2.

Figura 2 Variação dimensional das argamassas colantes. 

Ambas as argamassas apresentam forte variação de massa nos primeiros dias (variando de 5 a 8%), porém, ao contrário do verificado na variação dimensional, a variação de massa foi maior para as argamassas colantes do tipo II. A partir do sétimo dia a variação das duas argamassas começou a se estabilizar, variando pouco até o final do ensaio, de acordo como apresentado na Figura 3.

Figura 3 Variação de massa das argamassas colantes. 

3. Resultados e discussão sobre a aderência do sistema substrato-padrão/argamassa colante/placa cerâmica

Os diversos sistemas formados pelas combinações entre substrato-padrão/argamassa colante/placa cerâmica foram avaliados a partir da determinação da resistência de aderência à tração e da extensão da aderência. As composições, totalizando dezoito conjuntos de dez exemplares, foram identificados do seguinte modo:

Após o assentamento das placas cerâmicas com utilização de argamassa colante sobre o substrato-padrão, os conjuntos foram submetidos a três condições de cura. Na cura normal (N) os conjuntos permaneceram durante 28 dias em condições ambientais de laboratório (temperatura de 23 ± 2°C e umidade relativa de ar de 60 ± 5 %), conforme especificações da NBR 14.081-2 (^{ABNT, 2012}). Na cura com imersão em água (IA) os conjuntos foram submetidos, durante sete dias, às condições de laboratório e, após, foram imersos em água a (23 ± 2) ºC, onde permaneceram durante vinte dias. Na cura com aquecimento em estufa (AE) os conjuntos foram submetidos durante 14 dias à condição de cura normal em ambiente de laboratório e então foram colocados em uma estufa com ventilação forçada com temperatura de (70 ± 2) ºC até a idade de 28 dias.

O ensaio de resistência de aderência à tração foi realizado segundo a NBR 14.081-4 (^{ABNT, 2012}), conforme visualizado na Figura 4. Em cada substrato, foram realizados dez ensaios avaliando a resistência de aderência à tração e a extensão de aderência, logo após o período de cura dos conjuntos. Os ensaios foram realizados seguindo as especificações da NBR 14.081-4 (^{ABNT, 2012}), utilizando o equipamento da marca Dinatest, modelo DS2-DPU-1100, com capacidade máxima de 5000N.

Figura 4 Peças metálicas coladas sobre as placas cerâmicas aderidas ao substrato-padrão. 

A Figura 5 demonstra a média dos resultados obtidos no ensaio de resistência de aderência realizado nos conjuntos. Dos nove conjuntos de ensaio realizados com a argamassa colante tipo II, apenas os submetidos à cura normal atenderam ao valor de 0,5 MPa, mínimo requerido pela NBR 14.081-1 (^{ABNT, 2012}). Apesar dos valores de resistência de aderência a tração das argamassas colantes tipo III serem superiores aos da argamassa tipo II, nenhum conjunto utilizando a argamassa colante tipo III alcançou o valor de aderência mínimo requerido pela NBR 14.081-1 (^{ABNT, 2012}), de 1,0 MPa.

Figura 5 Resultados da resistência de aderência à tração dos conjuntos executados e valores mínimos à serem atingidos, segundo a NBR 14.081-1 (^{ABNT, 2012}). 

A influência das propriedades dos materiais na resistência de aderência dos conjuntos foi avaliada estatisticamente. Foi avaliada a significância do efeito das variáveis estudadas (variáveis independentes) na resistência de aderência à tração dos conjuntos (variável dependente), por meio de análise de variância (ANOVA). Os resultados da análise são visualizados na Tabela 4.

Considerando-se um nível de significância de 5 % (p < 0,05), verifica-se que o tipo de cura é a variável que apresenta maior efeito significativo, seguida pelo tipo de argamassa colante. Comparando-se as características das argamassas utilizadas, pode-se levantar hipóteses sobre o comportamento da resistência de aderência.

A maior resistência de aderência foi obtida no processo de cura N (cura ambiente em laboratório por 28 dias). No processo de cura IA (imersão em água) a resistência de aderência caiu para 60% na argamassa tipo AC II e 52% na argamassa AC III. Neste processo, a cura ocorre em temperatura e umidade ambiente por sete dias, e após ocorre imersão das peças. Considerando-se que as duas argamassas utilizadas no estudo são a base de cimento Portland pozolânico (com um teor de pozolanas próximo a 50%), pode-se estimar que o grau de hidratação aos sete dias ainda é pequeno,

e que a saturação decorrente da imersão resulta em uma expansão diferencial da placa cerâmica e/ou do substrato, resultando em tensões de cisalhamento na interface com a argamassa, que reduzem a aderência do sistema. No processo de cura AE (com estufa) a resistência de aderência caiu para 22% na argamassa AC II e 59% na argamassa AC III. Neste processo de cura é utilizado um tempo de cura de 14 dias seguido por aquecimento em estufa até a idade de 28 dias, o que prejudica fortemente o processo de cura do cimento pozolânico e ocasiona a mais baixa resistência de aderência. Na argamassa AC III, o fato da perda da resistência de aderência da cura com imersão em água quase se igualar a perda da resistência de aderência da cura com aquecimento em estufa se dá na presença de formiato de cálcio em sua composição, que acelera o aumento da resistência de aderência nas primeiras idades.

Observa-se que em todas as argamassas e condições de cura a resistência de aderência das placas cerâmicas BIIa foi superior ao das placas cerâmicas BIIb, que também foi superior à aderência das placas cerâmicas BIII. Este resultado tem uma relação direta com a absorção de água das placas cerâmicas, indicando que o excesso de absorção de água pode prejudicar a aderência.

A face interna das placas cerâmicas utilizadas no ensaio de aderência foi fotografada para determinação da extensão de aderência. Utilizou-se o programa AutoCAD, aplicando-se o comando “polilinha” e traçando manualmente as bordas da região aderida. Ao final da execução dos traçados, estes foram hachurados e determinada a área. A Figura 6 (direita) mostra a hachura com o traçado marcado pela cor branca e com aplicação de efeito transparente.

Figura 6 Visualização da extensão de aderência de uma placa cerâmica. 

A extensão de aderência foi elevada em todos os conjuntos, sendo que apenas os conjuntos IIBIIbN e IIIBIIbN apresentaram um valor médio de extensão de aderência inferior a 90%. Na Figura 7 são visualizados os resultados individuais de extensão de aderência das 180 placas ensaiadas, sendo possível afirmar que não há uma relação direta entre extensão e resistência de aderência. A extensão de aderência pode ser influenciada pela natureza dos materiais constituintes do substrato e das argamassas, assim como as propriedades das argamassas (^{Moura, 2007}). Uma boa extensão de aderência, embora fundamental, não é suficiente para garantir uma boa ancoragem de argamassa aplicada em substratos de blocos cerâmicos (^{Pagnussat, 2013}).

Figura 7 Extensão de aderência x resistência de aderência. 

A influência do tempo em aberto da argamassa (tempo entre a mistura da argamassa com a água e a sua aplicação) na resistência e na extensão de aderência das placas cerâmicas foi avaliada nas argamassas AC II e AC III e mostrou-se significativo. Utilizou-se os tempos em aberto de 5 minutos e de 20 minutos. A resistência de aderência diminuiu cerca de 10% e a extensão de aderência diminuiu entre 40 e 50%, conforme visto na Figura 8.

Figura 8 Extensão de aderência em função do tempo em aberto das argamassas. 

Na Figura 9 pode-se visualizar a perda de extensão de aderência típica da aplicação da placa cerâmica após um tempo excessivo de espera, que resulta na perda de extensão de aderência e diminuição da resistência de aderência à tração. O fenômeno decorre do aumento da rigidez dos filetes de argamassa, que impede seu espalhamento durante a aplicação da placa cerâmica.

Figura 9 Extensão de aderência típica de assentamento da placa cerâmica após um tempo excessivo de espera. 

4. Considerações finais

Através da análise dos resultados dos ensaios realizados, pode-se observar que: