RESUMO A segurança estrutural de edifícios históricos exige uma análise estrutural avançada. A argamassa geralmente apresenta composição e comportamento estrutural complexos. Em diferentes partes do mundo, existe uma quantidade significativa de construções históricas utilizando argamassas de cal aérea. A umidade em estruturas de cal tem uma influência importante no comportamento e desempenho. Resultados experimentais de um programa de monitoramento da argamassa desenvolvido pela equipe envolvida neste trabalho foi usado como referência. Para simular este processo de secagem, é utilizado um software implementado pelo Método das Diferenças Finitas (MDF). O software foi utilizado para identificar os principais parâmetros do material. A estratégia de modelagem (MC 2010) foi primeiramente aplicada aos resultados experimentais de corpos de prova cilíndricos, em sequência, aos resultados experimentais de um molde prismático. O modelo foi capaz de replicar os dados experimentais, de forma satisfatória. Destaca-se a relativa simplicidade da modelagem. Quando comparado com materiais como o concreto, foram encontrados maiores valores para D1 e fboundary. Para os corpos de prova estudados, os resultados experimentais e numéricos indicaram gradiente de umidade reduzido. Esses resultados estão associados à alta porosidade. Em sequência, considerando o par de valores obtidos na simulação numérica, estuda-se uma estrutura simulando uma construção real. avançada complexos mundo aérea desempenho referência secagem MDF. MDF . (MDF) material MC 2010 cilíndricos sequência prismático satisfatória Destacase Destaca se concreto D fboundary estudados reduzido porosidade numérica estudase estuda real (MDF 201 20 2

ABSTRACT The structural safety of historical buildings often requires advanced structural analysis. Mortar typically exhibits complex composition and structural behavior. In different parts of the world, there is a significant number of historical constructions based on lime mortar. The moisture content in lime structures has a significant influence on their behavior and performance. Experimental results from a mortar monitoring program developed by the team involved in this study were used as a reference. To simulate this drying process, a software implemented in the Finite Difference Method is utilized (FDM). The software was employed to identify the key material parameters (D1 e fboundary), that best fit the experimental data, considering the approach presented by the Model Code 2010. The modeling strategy was initially applied to the experimental results of cylindrical specimens and subsequently to the experimental results of a prismatic mold. Overall, the model was able to fit satisfactorily. When compare the results with values for concrete, higher values were found for diffusivity and boundary coefficient. For the studied specimens, both experimental and numerical results indicated a reduced moisture gradient. These findings are associated with high porosity. Subsequently, considering the obtained parameter values, a structure simulating a real historic construction is analyzed. The results show that the humidity inside the inner parts remains elevated for long periods (~100 years). analysis world performance reference process FDM. FDM . (FDM) D1 D (D fboundary, fboundary , fboundary) data 2010 mold Overall satisfactorily concrete coefficient gradient porosity Subsequently analyzed ~100 100 (~10 years. years years) (FDM 201 ~10 10 (~1 20 ~1 1 (~ 2 ~ (

RESUMO A cal aérea vem sendo utilizada como aglomerante durante séculos e diferentes tipos de argamassas foram fabricadas por todo mundo usando o material durante a história da humanidade. Diversas propriedades, por exemplo químicas e mecânicas, dessas argamassas estão associadas ao processo de carbonatação, neste sentido um conjunto de experimentos são propostos para estudar o avanço do referido fenômeno. A pesquisa foi inicializada com a definição da composição de argamassa: 1: 1,3: 3 (cal: água: agregado), a definição seguiu composições de referências bibliográficas bem como um processo iterativo. A influência do tamanho dos corpos-de-prova na evolução da carbonatação foi avaliada adotando-se cilindros com cinco diâmetros diferentes, que foram testados com fenolftaleína em três diferentes idades (10, 21 e 90 dias). Discos com espessura reduzida (~2 mm) foram armazenados em três ambientes (padrão, com elevada umidade e elevado CO2), amostras foram coletadas e testadas por análise termogravimétrica em diferentes idades (1, 4, 7, 14, 21, 28 dias). Os resultados indicam uma significativa influência dos tamanhos dos espécimes na profundidade da carbonatação e no ambiente na evolução da carbonatação, com variações de profundidade carbonatada de ~120% sendo que espécimes com dimensões reduzidas, quando avaliados com fenolftaleína, apresentaram reação mais rápida, bem os como corpos-de-provas armazenadas no ambiente com alto CO2. Nos dois casos, a umidade elevada na fase inicial tende a reduzir a velocidade da reação.

ABSTRACT Aerial lime has been used as binder for centuries and different types of mortars were fabricated using the material during the history around the world. Different properties of the aerial lime mortars are associated with the carbonation process (e.g. chemical, mechanical response), in this sense a set of experiments are proposed to study the progress of the mentioned phenomenon. The research was initialized with the definition of the mortar composition: 1:1.3:3 (lime:water:aggregate). This definition followed an iterative process considering the consistence of the mixture and the bibliographical references. The influence of the size of specimens on the carbonation evolution was evaluated adopting cylinders with five different diameters. They were tested using phenolphthalein spray at three different ages (10, 21 and 90 days). Discs with reduced thickness (~2 mm) were stored in three different environments (standard, high humidity and high CO2 concentration), samples were collected at different aged (1, 4, 7, 14, 21, 28 days) and tested by thermogravimetric analysis (TGA). The results indicate a significant effect of the size of specimens on the carbonation depth and the environment on the evolution of carbonation, with depth variation of ~120%, specimens with reduced dimensions when evaluated with phenolphthalein spray presented a faster reaction as well as the small specimens store in the environment with high CO2. In both cases the elevated humidity on the initial phase tends to reduce the velocity of the reaction.

RESUMO Uma parte significativa do património histórico construído ao redor do mundo é constituída de alvenaria estrutural, com juntas preenchidas com argamassa. Nesses sistemas estruturais, a argamassa usualmente representa uma parcela pequena/moderada do volume total da estrutura, no entanto, a argamassa é reconhecida como a principal fonte de movimentos/deformações, dessa forma, justifica-se a necessidade de um melhor conhecimento do comportamento. Na fabricação de argamassas antigas, a cal aérea é um dos ligantes mais recorrentes. Nessas argamassas, o endurecimento do material é gradual a partir da superfície, em correspondência com os processos de carbonatação e secagem. Os dois processos citados condicionam diversas propriedades do material. Para argamassas de cal aérea, o estudo da carbonatação é difundido na literatura, porém para o fluxo de umidade, o número de estudo ainda é reduzido. Durante a fabricação da argamassa parte da água utilizada é evaporada pela reação de hidratação. Todavia, permanece no material um alto teor de umidade. No presente trabalho, são descritos estudos realizados para compreensão dos fluxos internos de umidade nessas argamassas. A campanha experimental, inicia-se com a caracterização dos materiais, bem como a definição da composição/traço da argamassa. Os corpos-de-prova foram armazenados em ambiente controlado, dentro de uma câmera climática, sendo que os mesmos possuem geometrias que simulam condições de fluxos uniaxial (1D) e axissimétricos. Foi efetuada a monitorização da umidade interna dos corpos-de-prova em várias profundidades ao longo do tempo. Os resultados indicam um processo de difusão acelerado, com decréscimo rápido da umidade quando comparados com valores usuais observados em concretos ou argamassas à base de cimento.

ABSTRACT A significant part of the historical heritage around the world consists of masonry structures, with joints filled with mortar. In these structural systems, mortar usually represents a small/moderate portion of the total volume of the structure. However, the mortar is recognized as the main source of deformations/displacement in the structure, this fact justifies the necessity of an appropriated knowledge of its behavior. In ancient mortars, aerial lime is one of the earliest and recurring binders around the world. In these mortars, the hardening of the material is gradual from the surface, in correspondence with the carbonation and drying processes. For these mortars, these two cited processes affect various properties of the material. For aerial lime mortars, the study of carbonation is widespread in the literature, diverse authors already study the topic. However, for the moisture diffusion processes, the number of studies is still quite reduced. During the mortar preparation, some of the water applied during the mixing is evaporated by the exothermic reaction of hydration. However, an elevated moisture content remains. In this work, studies are carried out to investigate the internal humidity fluxes in aerial lime mortars. The experimental program begins with the characterization of the materials, as well as the definition of the mortar composition. Experimental work was carried out on specimens stored in a controlled environment, with geometries simulating uniaxial and axisymmetric flows. The monitoring of internal moisture of specimens at various depths was carried out. The results indicated an accelerated diffusion, with a rapid decrease of humidity when compared with usual values observed in cement-based materials