Lâmina Cerâmica. Desafios de uma inovação.

Susana Marvão Saint Gobain Weber

Portugal susana.marvao@saint-

gobain.com

Pedro Sequeira Saint Gobain Weber

Portugal pedro.sequeira@saint-

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Luis Silva Saint Gobain Weber

Portugal luis.silva@saint-

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Resumo: A lâmina cerâmica define-se como material porcelânico de espessura reduzida, isto é, inferior a 7,5mm. Adicionalmente, pode apresentar um reforço do tardoz constituído por uma rede de fibra de vidro fixada ao material cerâmico com uma resina de base epoxi ou outra resina reactiva. A introdução deste conceito traz desafios às argamassas-cola ao nível da garantia de homogeneidade de espessura e da capacidade de aderência ao material usado no tardoz da peça cerâmica para lhe conferir maior resistência. O presente trabalho apresenta uma reflexão sobre o tema indicado e apresenta um conjunto de propostas capazes de garantir maior eficiência na fixação destes materiais. Palavras-chave: Lâmina cerâmica; argamassa-cola; compatibilidade química e mecânica. 1. INTRODUÇÃO Nos últimos anos, a evolução da Engenharia Cerâmica conduziu ao desenvolvimento de novos materiais cerâmicos, porcelanas com espessuras reduzidas, inferiores a 7,5mm, já classificadas como lâmina cerâmica (ou, a partir do inglês, Thin Tiles). Estes materiais, com formatos acima do comum, são comercializados em placas de dimensão máxima de 3mx1m. Entre as maiores vantagens destes materiais, destacam-se massas menores, maior flexibilidade em obra, menor consumo de materiais e trabalho mais rápido, apresentando-se como solução ideal para trabalhos de reabilitação de paredes e pavimentos [1-4]. Existem 3 categorias de produtos promovidos como lâmina cerâmica. A primeira categoria corresponde a um processo produtivo similar aos cerâmicos tradicionais, por prensagem, mas com a diferença de se obterem espessuras menores, na ordem de 5 a 7,5mm. Numa segunda categoria, os cerâmicos são produzidos em dimensão elevada, folhas com 3 a 4mm de espessura cortadas, à posteriori, de forma a obter as dimensões desejadas. Devido à espessura mais reduzida destes materiais, resulta um decréscimo de resistência mecânica pelo que surge uma terceira categoria que implica um processamento similar à segunda categoria, mas com a existência de um reforço no seu tardoz com a

fixação de uma rede de fibra de vidro. A fixação deste material de reforço é realizada por aplicação de uma resina de base epoxi (ou outra termo-endurecível) [2,5]. A apresentação dos materiais indicados conduz, desde logo, a preocupações adicionais relacionadas com a sua colocação em obra. Do ponto de vista da argamassa de fixação, surgem um conjunto de questões que merecem uma reflexão adicional de forma a garantir um processo eficiente. Assim, uma primeira preocupação prende-se com a garantia de aderência da argamassa-cola ao tardoz do cerâmico, especialmente quando este se apresenta revestido com resina epoxi ou poliuretano, materiais conhecidos pela dificuldade em apresentar compatibilidade química com outros materiais ao nível de fixação [2,5,6]. Adicionalmente, surge uma preocupação relativa ao comportamento mecânico, uma vez que tensões de clivagem nas extremidades das peças cerâmicas são potenciadas pela maior dimensão dos cerâmicos. Finalmente, sobre o próprio processo de aplicação, exige-se a garantia de maximização da área coberta por argamassa para prevenir fracturas por compressão, especialmente, em aplicações em pavimentos. Esta questão é ainda mais preponderante por se considerar que as espessuras de aplicação tendem a ser mais reduzidas face à própria espessura do cerâmico [1,5,7-9]. Como última consideração, interessa referir que não existem normas específicas para estes materiais ou, especificamente, para a sua fixação, limitando-se a questão, portanto, aos dados actuais referentes à situação tradicional [10,13]. Face ao apresentado, considera-se que cada caso de aplicação destes materiais constitui-se, automaticamente, como um estudo para decisão de boas práticas. O trabalho em questão apresenta um conjunto de estudos em laboratório e in situ realizados, com indicação da metodologia e materiais adoptados para posterior reflexão. 2. PARTE EXPERIMENTAL O modelo experimental compreendeu duas fases. A primeira fase consistiu na avaliação de aderência por tracção perpendicular, segundo os ensaios da norma EN1348, com substituição dos elementos cerâmicos descritos nesta por amostras de materiais de lâmina cerâmica diversos, com secções de 5x5cm [11,12]. Para cada caso avaliado, realizaram-se cinco medições. A tabela 1 apresenta propriedades de várias peças avaliadas, existentes no mercado e indica a argamassa-cola usada para o ensaio de aderência mencionado.

Tabela 1. Descrição dos materiais cerâmicos em avaliação e descrição da argamassa-cola

usada para o ensaio de aderência por tracção perpendicular [1,2,3,13] Produto/Avaliação L1 L2 (1) L2 (2) L3

Definição do tardoz

Rede 4x4 fixa com resina

Rede 4x4 fixa com resina

(100% coberta)

Rede 4x4 fixa com resina

(100% coberta)

Grés

Absorção de água (%)

0.55 0.08 0.08 0.08

Porosidade (%)

1.09 1.04 1.04 0.17

Argamassa-cola C2S2 C2S2 R1 C2S

A figura 1 apresenta uma descrição visual de elementos cerâmicos em avaliação laboratorial, especialmente os casos L1 e L2. Conforme se observa pela informação da tabela 1, estudaram-se três casos distintos de lâmina cerâmica (L1, L2 e L3). No caso particular L2, o estudo realizou-se com duas argamassa-cola, de base de cimento (C2S2) e de base em resina de reacção (R1).

Figura 1. Apresentação dos materiais de lâmina cerâmica em avaliação (A e B: aspecto

generalizado da lâmina cerâmica; C: pormenor de tardoz, com fixação de rede com resina, irregular; D: pormenor de tardoz do cerâmico dos casos L2 (2), com fixação de rede com

resina, com filme total) [1,3,4]

Tabela 2. Apresentação resumida dos casos de aplicação in situ em análise Caso Estudo/Parâmetro Caso IS1 Caso IS2 Caso IS3

Dimensão/mm (1) 2000x1000x3.5 1200x1000x3.5

1200x600x3.5 600x600x3.5

Cor Cerâmico Cinza Vermelho Bege claro

Caracterização do tardoz do Cerâmico

Reforço com rede, fixa com resina epoxi

Reforço com rede, fixa com resina

epoxi

Reforço com rede, fixa com resina

epoxi

Tipologia do trabalho Construção nova Construção nova Reabilitação de parede exterior

Argamassa-cola [13] C2S2 C2S2 C2S2

Método fixação Colagem dupla;

pente 6x6 Colagem simples Colagem dupla;

pente 6x6

Largura das juntas/mm; Material preenchimento

1.0 (argamassa de base cimentícia)

1.0 (argamassa de base cimentícia)

1.0 (argamassa de base cimentícia)

Suporte Reboco

(W1; CSII) Sistema ETICS

(EPS100 e camada de base)

Azulejo, com vidrado

superficial

Tempo de observação (após execução)

30meses 18meses 8meses

(1) Comprimento x Largura x Espessura

A B C D

A segunda fase consistiu no acompanhamento de casos de estudo in situ onde se procedeu à fixação destes materiais em condições diversas (ver tabela 2). As opções de análise consistiram em diferentes condições de aplicação da lâmina cerâmica em fachada, nomeadamente, ao nível dos suportes usados e do tipo de intervenção (construção nova ou reabilitação). Assim, para cada caso (IS1, IS2 e IS3), apresentam-se os seguintes parâmetros de avaliação:

1. Propriedades especificas do material cerâmico (dimensão; espessura; cor; propriedades do tardoz);

2. Propriedades do suporte; 3. Argamassa-cola utilizada; 4. Dimensão e preenchimento das juntas.

Para cada caso, tem sido feito um acompanhamento do estado da fixação, ao longo do tempo, da seguinte forma:

1. Avaliação generalizada por batidas com martelo de potenciais zonas de destacamento (uma possível avaliação por ensaio de aderência por tracção perpendicular, in situ, será apenas obtida no caso de se verificar uma anomalia profunda);

2. Avaliação do aspecto geral das superfícies revestidas com os elementos cerâmicos mencionados.

3. RESULTADOS A tabela 3 apresenta os resultados de aderência por tracção perpendicular, inicial, após envelhecimento por calor, após imersão em água e após ciclos gelo-degelo, segundo a EN1348 (1ª fase). Tabela 3. Resultados laboratoriais de aderência por tracção perpendicular, de acordo com

a relação dos ensaios indicados na tabela 1 (AFT: rotura entre as interfaces argamassa-cola/tardoz do cerâmico; CFA: rotura coesiva da argamassa-cola)

Aderência (N/mm2)

L1 L2 (1) L2 (2) L3

Inicial 1.3 (AFT; CFA)

0.5 (AFT)

0.7 (AFT)

2.1 (AFT; CFA)

Após calor 1.0 (AFT; CFA)

0.8 (AFT)

1.1 (AFT)

1.6 (AFT; CFA)

Após imersão 0.6

(AFT) 0

(AFT) 0.5

(AFT) 1.0

(AFT)

Após gelo-degelo

0.8 (AFT)

--- --- 1.1 (AFT; CFA)

A tabela 4 apresenta um resumo dos principais resultados obtidos a partir da observação in situ (2ª fase). As figuras 2, 3 e 4 reforçam as observações, principalmente ao nível do aspecto geral, respectivamente, para os casos IS1, IS2 e IS3.

Tabela 4. Resultados relativos à observação dos casos in situ Caso estudo IS1 IS2 IS3

Análise de aderência por batidas com

martelo

Não se observam zonas ocas

Não se observam zonas ocas

Falta de aderência em zonas singulares

(interface com pedra das

ombreiras)

Estética da fachada (figs. 2, 3 e 4)

Escorridos brancos nas zonas de juntas

Escorridos brancos nas zonas de juntas

Sem dados relevantes

Figura 2. Apresentação de fotos relativas ao caso IS1 (esquerda: observação geral da

fachada a Sul; direita: pormenor de escorridos brancos)

Figura 3. Apresentação de fotos relativas ao caso IS2 (esquerda: aspecto geral da fachada

a Sul; direita: pormenor da zona de lâmina sobre sistema ETICS)

Figura 4. Apresentação de fotos relativas ao caso IS3 (A: observação geral das fachadas a

Oeste e Sul; B: Pormenor de junta entre a lâmina cerâmica e a pedra de granito; C: Pormenor de rotura coesiva de argamassa-cola)

4. DISCUSSÃO A análise dos resultados indicados na tabela 3, para o caso de estudo em laboratório L1, indica que se obtêm valores de aderência por tracção perpendicular, em condições iniciais, ao nível dos cerâmicos normalmente usados, por requerimento normativo [13]. No entanto, os valores que permitem uma classificação de C2, para a argamassa-cola usada, não são alcançados após as condições de envelhecimento por imersão em água e por acção de ciclos gelo-degelo. Embora se assegurem valores acima de 0.5N/mm2, portanto, acima dos requisitos mínimos para uma argamassa-cola de base cimento [12], nota-se um decréscimo significativo, abaixo de 1N/mm2, o que conduz a algumas reservas de compatibilidade em situações de maior exigência como fachadas. Releva-se ainda que a rotura é, maioritariamente, do tipo AFT, que significa alguma incapacidade de garantir uma aderência química entre a argamassa e o tardoz da lâmina cerâmica. O assunto adquire ainda maior relevância quando se consideram os valores obtidos para o caso de estudo L2 (1), no qual se notam valores inclusive abaixo dos mínimos requeridos para uma argamassa-cola do tipo C1! Uma observação mais cuidada permite notar que a rotura é do tipo AFT de forma mais vincada, isto é, sem quaisquer vestígios de argamassa-cola no tardoz da lâmina cerâmica. Entende-se que o motivo para estes resultados se prende, sobretudo, com a ausência de irregularidade do tardoz do cerâmico em avaliação, dado que o mesmo se encontra totalmente preenchido por uma película da resina que fixa a rede de reforço, conforme notado na figura 1 (parte D). Uma solução alternativa passa pela utilização de uma resina de reacção conforme resultados da tabela 1, para o caso L2 (2). Ainda assim, observa-se que os resultados obtidos se aproximam do limite mínimo admissível para uma fixação, considerando o valor de 0.5N/mm2 após imersão em água. Por outro lado, os resultados obtidos para o caso L3, com uma argamassa do tipo C2S2, revelam perfeita compatibilidade entre os materiais dado que a ordem de grandeza é, para todos os casos avaliados, igual ou superior a 1N/mm2. Neste caso, considerando que o tardoz da lâmina cerâmica equivale a um material comum, como a maioria do grés, a real questão a considerar é a dimensão das peças cerâmicas que se apresentam acima do habitual e, novamente, além de recomendações normativas. Neste contexto, é razoável

A B C

admitir, face ao conhecimento existente, que o mais adequado seja a utilização de argamassas-cola com deformação elevada [9,10,14]. A análise da tabela 4, relativa ao estudo de caso IS1, indica um conjunto de resultados que apontam para uma perspectiva de compatibilidade entre a argamassa-cola usada e o elemento cerâmico fixado. Com efeito, a análise do caso em questão, após 30 meses, não revelou tendência a destacamento em qualquer fachada. Neste contexto, a conjugação com os dados laboratoriais, para o caso L1, permite admitir, com razoabilidade, que uma argamassa-cola do tipo C2S2 pode assegurar a fixação de um elemento cerâmico que apresenta no seu tardoz um reforço fixado com resina, mas sem preenchimento total da superfície. Por fim, a avaliação generalizada das fachadas do caso IS1 revela escorridos a partir das juntas, indicando que qualquer libertação de sais, que resultem de entradas ou de presença de água, tenderá sempre para as zonas de juntas uma vez serem as zonas mais porosas do sistema. Estes resultados também revelam a importância de considerações adicionais ao nível da caracterização do sistema no que respeita à permeabilidade ao vapor de água e possíveis acções correctivas ao comportamento do mesmo. O caso IS2, particular por se considerar que o suporte é o sistema ETICS, continua a revelar um comportamento aceitável, ao nível da fixação, entre uma argamassa classificada como C2S2 e a lâmina cerâmica 15,16. Com efeito, a análise da fachada não revela quaisquer indícios de destacamento ao longo do tempo. Contudo, refira-se que o tardoz da lâmina se apresenta com rede fixada com resina epoxy, mas com zonas irregulares que permitem igualmente ancoragem mecânica da argamassa. Novamente, a análise geral da fachada, revela tendência a escorridos de cor brancos, resultado da libertação de sais de carbonato de cálcio, pela zona de juntas. Finalmente, a avaliação dos resultados para o caso IS3, um caso de reabilitação de uma fachada, com aplicação de lâmina cerâmica sobre um azulejo, conduz a algumas reservas ao nível do processo de fixação. Não obstante observar-se, na generalidade, uma rotura coesiva conforme indicado na figura 4 (caso C), interessa recordar que se observaram zonas com tendência ao destacamento, especialmente nas peças adjacentes às pedras de granito das ombreiras. A observação pormenorizada das juntas adjacentes aos dois materiais revela uma fissuração e destacamento significativos sugerindo um comportamento diferencial dos materiais ao nível mecânico e térmico. Actualmente, estas zonas de fragilidade foram corrigidas com o preenchimento de juntas de mástique de poliuretano para absorção da tensões geradas nesta interface. 5. CONCLUSÕES Os resultados obtidos ao nível laboratorial indicam que a opção por uma argamassa-cola para a fixação de lâmina cerâmica deve garantir que existe uma efectiva compatibilidade química entre os materiais. Efectivamente, a compatibilidade requerida depende muito da forma como se apresenta o tardoz da lâmina cerâmica. Assim, em casos onde o mesmo se apresente com total preenchimento de resina de fixação da rede de reforço, a argamassa que melhor se adequa, especialmente em situações de maior exigência, como fachadas, será de base de resina, classificada como R pela norma EN12004. Por outro lado, se o tardoz apresentar irregularidades que permitam, igualmente, uma aderência mecânica, então uma argamassa de base de cimento, classificada por C, segundo a norma, poderá ser adequada. Ainda assim, em função das exigências finais ao sistema, uma argamassa do tipo C2S2 poderá ser a que confira um coeficiente de segurança maior. Esta conclusão adquire maior relevância quando se considera que estas

peças apresentam dimensões bastante acima do corrente o que confere um aumento de tensões significativas nas extremidades das mesmas. Os exemplos de aplicação in situ, que implicaram uma utilização destes elementos cerâmicos e argamassas do tipo C2S2, corroboram as expectativas resultantes dos ensaios laboratoriais e de índole teórica. Também revelam que os fenómenos de transporte tendam a ocorrer pelas zonas de juntas o que pode indiciar algumas limitações ao nível da permeabilidade ao vapor de água de uma superfície revestida com lâmina e reforçar a importância de garantir uma área mínima de juntas para minimização de tensões de origem mecânica e física. Por último, demonstram a necessidade de trabalhar aspectos de ordem estética, especialmente, eflorescências de carbonato de cálcio. Fica ainda uma reflexão sobre as dificuldades inerentes à aplicação destes materiais, devido às dimensões maiores apresentadas, ao nível do seu manuseamento e da garantia de uma cobertura total da superfície de fixação com argamassa-cola. Por todas as condicionantes apresentadas, recomenda-se prudentemente a continuidade de um conjunto de estudos na temática indicada, a partir de ensaios laboratoriais focados no comportamento químico, mecânico e físico e, a partir da análise temporal dos exemplos in situ, especialmente em aplicações na fachada e quando o suporte é o sistema ETICS, para melhor garantia de fiabilidade e de validação da solução. 6. REFERÊNCIAS [1] Cotto d´Este, Manual técnico Kerlite 2010, Margrés Ceramic tiles. [2] Linea compositi lamina, Informazzioni Tecniche Adesivi Poliuretanici, www.system-group.it, Outubro 2010. [3] Kerion flat, Placas cerâmicas reforçadas com tecido de fibra de vidro, Características Técnicas, 2010. [4] Techlam Ceramic : Leventina, the natural Stone Company, ficha técnica, 2009. [5] Griese, B., Thin Tiles : concerns and expectations, www.tilemagonline.com, págs. 48-50, May/June 2010. [6] Cowie, J.M.G., Polymers: Chemistry and physics of modern materials, Intertext Books, Stirling, 1973. [7] Felixberger, J.K, Stresses in the composite system: tile-fixing mortar-base, Qualicer 2006, Vol. II, pág. P.BB-191, Castellon (Spain). [8] Banks, P. J., Bowman, R.G., Prediction of failure in tiling systems, Proc. Austercam, 07/1994, S. 1259. [9] Silva, L.F.M. da, Magalhães, A. G, Moura, M. F.S.F. de, Juntas adesivas estruturais, Publindústria, Edições Técnicas, 2007, Porto. [10] Revêtements de murs extérieures en carreaux céramiques ou analogues collés au moyen de mortiers-colles, Cahiers des Prescriptions Techniques d´exécution, Cahiers du CSTB, 3266, 2000, Paris (France). [11] EN1348:2007- Adhesives for tiles- Determination of tensile adhesion strength of cementitious adhesives, CEN. [12] EN 12004:2008-Colas para ladrilhos, Requisitos, avaliação da conformidade, classificação e designação, IPQ. [13] O Guia Weber, 2011. [14] EN 12002:2002-Adhesives for tiles-Determination of transverse deformation for cementitious adhesives and grouts, CEN. 15 Silva, L., Pereira, V., Sequeira, P., Sousa, A., Avaliação da compatibilidade de fixação de elementos cerâmicos com o sistema ETICS, Congresso APFAC, Lisboa, 2010.

16 Pereira, V., Sequeira, P., Vieira, N., Silva, L., Fixação de elementos cerâmicos no sistema ETICS. Pormenores que fazem a diferença, Congresso APFAC, Coimbra, Março 2012.