2005 Characterisation of mechanical properties of historic mortars en pt

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Estudos Estruturais, Reparações e Manutenção de Património Arquitetónico IX365
Caracterização de propriedades mecânicas de 
argamassas históricas – ensaio de amostras irregulares
J. Válek1& R. Veiga2
1Instituto de Mecânica Teórica e Aplicada, República Tcheca
2Laboratório Nacional de Engenharia Civil, Portugal
Abstrato
A concepção de novos rebocos e argamassas de reparação exige um certo conhecimento 
das propriedades mecânicas dos materiais históricos. O problema comum é que as amostras 
extraídas de argamassas históricas muitas vezes apresentam uma forma irregular, 
inadequada para testes laboratoriais físicos e mecânicos padronizados. Isto é, por exemplo, 
um problema com o teste de argamassas de assentamento de alvenarias de tijolos históricos 
e/ou rebocos onde uma largura típica de amostra é de cerca de 10–15 mm. Amostras típicas 
de núcleos de parede são massas de argamassa de formas muito irregulares. Além dos 
vários tamanhos e formatos não padronizados, há muitas vezes a necessidade de uma 
intervenção mínima, o que leva à minimização de amostras em números e tamanhos. A 
parte experimental descreve ensaios de corpos de prova constituídos de amostras 
irregulares de argamassas históricas e modernas em compressão e flexão. O principal 
problema era obter uma certa forma mensurável. Isto foi feito cortando a amostra ou 
adicionando algum material. As propriedades determinadas são comparadas com as 
propriedades obtidas nos testes em corpos de prova padrão. Os métodos de teste são 
discutidos e avaliados.
Palavras-chave: argamassa de cal histórica, ensaios não padronizados, resistência à compressão e 
flexão, amostra de argamassa irregular.
1. Introdução
As argamassas históricas são principalmente à base de cal e se a cal não for hidráulica, 
sua resistência à compressão pode normalmente estar entre 0,5-3,0N/mm2. Se a cal for 
hidráulica ou algum material puzolânico for adicionado, a resistência à compressão 
depende da quantidade de componentes hidráulicos e de sua reatividade relacionada 
às condições de cura. Pode-se esperar resistência à compressão de tais
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argamassas acima de 1,5 N/mm2. Este artigo concentra-se em argamassas históricas feitas de cal 
não hidráulica ou fraca a moderadamente hidráulica e considera amostras de argamassas 
irregulares retiradas de alvenaria.
O tamanho e a geometria de uma amostra histórica de argamassa são pré-determinados pela 
sua localização na estrutura e pelo tipo de alvenaria. Diferentes tamanhos e volumes podem ser 
obtidos a partir de alvenarias compostas por blocos de pedra regulares, tijolos, unidades de 
entulho ou folhas múltiplas. Em geral é quase impossível obter uma amostra com tamanho 
próximo de um corpo de prova padronizado para determinação da resistência à flexão e à flexão 
de novas argamassas de acordo com a EC 1015:11 [1]. O modo de extração das amostras também 
limita seu formato. Normalmente, as brocas de testemunho são usadas para amostragem de 
materiais de alvenaria, mas a perfuração nem sempre é possível em monumentos protegidos e as 
amostras de testemunho são muitas vezes limitadas em número e tamanhos. Em geral, as 
amostras extraídas de alvenarias históricas apresentam-se em pequeno número, apresentam 
formato irregular, podem não estar intactas e conter vazios e grandes partículas de agregados ou 
pequenos seixos.
O teste das propriedades mecânicas de argamassas históricas é por vezes necessário 
como parte da avaliação estrutural da alvenaria. No entanto, avaliar o desempenho 
estrutural de uma parede histórica de alvenaria é complicado e não pode ser simplesmente 
calculado em função dos seus componentes [2]. A alvenaria se comporta como um material 
compósito. A argamassa de cal não hidráulica de resistência muito baixa ainda aumenta a 
resistência da alvenaria. Foi explicado [3] que a carga permanente vertical na parede de 
alvenaria de tijolo resulta no confinamento horizontal da argamassa de assentamento, pois 
a argamassa com maior deformabilidade que a dos tijolos tenta sair da junta na direção 
horizontal. Ensaios triaxiais em argamassas mostram que um confinamento horizontal 
superior a 15% da carga vertical altera o mecanismo de ruptura de frágil quase-elástico para 
elastoplástico [3].
Quando as propriedades mecânicas de novas argamassas são determinadas, uma série 
de influências em seu desempenho, como principalmente a quantidade de água na mistura 
de argamassa fresca, a trabalhabilidade e a cura devem ser levadas em consideração [4]. 
Testes precisos, como a determinação do módulo E, dependem também do método de teste 
e os resultados podem diferir consideravelmente dependendo da produção da amostra, do 
tamanho da amostra de teste e do método de medição utilizado [5].
Do que foi escrito acima fica claro que os ensaios mecânicos de argamassas à base de cal 
são complicados. A determinação exata de suas propriedades pode não ser possível devido 
ao número de influências e à variabilidade do próprio material. O teste preciso também 
requer amostras adequadas com determinados parâmetros geométricos. Podem ser 
realizados alguns ensaios mecânicos em amostras de argamassas históricas muitas vezes 
irregulares e fissuradas? Esses testes podem oferecer resultados significativos? Talvez não 
diretamente para a avaliação estrutural, mas alguns testes simples e diretos podem ser úteis 
para a determinação da compatibilidade do material. Ao tratar da conservação de 
monumentos históricos existe uma questão de compatibilidade de materiais. As argamassas 
ou tratamentos de reparação recentemente concebidos devem ser compatíveis com o tecido 
original. O objetivo é que o reparo não cause nenhum dano ao material protegido. A partir 
do trabalho experimental e da prática são conhecidos certos limites dentro dos quais as 
propriedades do novo material
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deve ser em comparação com os materiais existentes [6, 7]. A resistência à compressão das 
argamassas está listada entre essas propriedades selecionadas.
2 Caracterização das argamassas do castelo Pišece
A argamassa histórica utilizada nesta experiência foi do castelo de Pišece, na Eslovénia. 
A argamassa veio do lado norte da torre que era a parte mais antiga do castelo da 
primeira metade de 13ºséculo. A datação exata da argamassa era desconhecida. As 
amostras de argamassa foram retiradas da face aberta da alvenaria exterior onde 
faltava uma pedra de revestimento (ver Figura 1). A argamassa foi possível ser cortada 
com martelo e cinzel em volumes relativamente bons, com uma média de vários 
centímetros de diâmetro (ver Figura 2).
Figura 1: Local da amostragem de argamassa – Castelo de Pisece.
A alvenaria do castelo foi analisada durante o projeto Onsiteformasonry
[8]. A análise do relatório [8] sugere que o aglutinante é a cal. O filler é composto 
de agregado de dolomita triturado com areia siliciosa. A composição determinada 
por análise química é apresentada na Tabela 1.
Tabela 1: Análise química da argamassa Tabela 2: 
[8].
Análise do
encadernador.
% % % em peso % em peso
Sílica total 2,52 Cloretos 0,138 MgO 14,84 14h25
Al2O3 0,66 SO3 0,15 Al2O3 3,74 0,45
Fe2O3 0,51 CO2 40,57 SiO2 8.34 1,98
CaO 37,95 Sol. Sílica 0,31 CaO 73.07 81.01
MgO 12,5 Insol. Resíduo 2.31 SO3 2.31
Na2O 0,43 kg/m3 total 100 100
K2O 0,085 Densidade aparente 1812
Perda de ignição 45.02
A análise petrográfica ao microscópio de polarização em amostras retiradas da 
parede de alvenaria norte, realizada no laboratóriodo ITAM, esteve de acordo com a 
composição reportada da argamassa. O enchimento é composto por duas frações de
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agregar. Partículas maiores, classificadas como Dolomita Cícica, de tamanho 7-9mm x 
4-6mm são os principais componentes da argamassa (95% do agregado em volume). 
Partículas mais finas com tamanho médio em torno de 0,1-1,5 mm são compostas por 
Dolomita Cícica, Areia Siliciosa e Moscovita. Parece que o agregado foi triturado e 
peneirado antes de ser utilizado no preparo da argamassa. A relação ligante-agregado 
(b/a) é estimada a partir das seções finas como 1:4 em volume. O ligante foi 
identificado em MEV com EDAX PV 9400 como Cal Dolomítica (ver composição química 
do ligante na Tabela 2).
3 Teste de propriedades mecânicas de amostras históricas de argamassa
3.1 Ensaios mecânicos de amostras preparadas por corte
O objetivo foi realizar ensaios de resistência à compressão e flexão em amostras irregulares 
de argamassas históricas. Decidiu-se cortar as amostras em pequenos cubos e prismas não 
padronizados. Primeiramente, as amostras foram avaliadas em escala macroscópica em 
laboratório (Figura 2). As amostras continham partículas relativamente grandes de agregado 
e estavam, com exceção de várias fissuras (provavelmente fissuras de retração), intactas e 
sãs. Não foi possível manter a orientação da amostra, tal como estava na alvenaria, e obter 
cubos ou prismas de dimensões razoáveis e sem fissuras visíveis. Optou-se por minimizar o 
corte e produzir corpos de prova com apenas dois lados paralelos regulares. Os demais 
lados foram deixados irregulares ou cortados para criar um cubo aproximado de 
40x40x40mm ou prisma com aprox. altura de 10-15 mm, ver Figura 3. As amostras para teste 
foram cortadas úmidas com serra circular diamantada.
Figura 2: Típica
argamassa histórica.
amostra da Figura 3: Argamassa cortada em corpos de prova.
As amostras em forma de cubo foram testadas em compressão com as superfícies 
paralelas colocadas entre as placas de carga. A resistência foi calculada como a carga 
máxima dividida pela área média no meio da amostra. Para a realização do teste de flexão 
em três pontos foi utilizada a metodologia de extensão por próteses de madeira [9]. Os 
pequenos prismas de argamassa foram colados em peças de madeira que apresentavam as 
mesmas dimensões nas seções transversais dos corpos de prova de argamassa (ver Figura 
4). O vão entre os suportes foi de 120 mm. A parte de argamassa foi centralizada no meio do 
corpo de prova estendido. Os lados paralelos cortados foram a parte inferior e superior
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uns. A resistência à flexão foi calculada a partir da fórmula bem conhecida para a resistência 
à flexão pelo teste de flexão de três pontos [1]
f=1,5Fl/bd2 (1)
onde F é a carga máxima, l é o vão, b é a largura e d é a altura do corpo 
de prova no local da ruptura.
A fim de obter alguns resultados comparáveis, foram adquiridas amostras irregulares 
semelhantes de argamassas de paredes de alvenaria de pedra com um ano de idade. Juntamente 
com a parede também foram confeccionados corpos de prova padronizados de argamassa 
40x40x160mm. A argamassa foi constituída por massa de cal não hidráulica preparada a partir de 
cal hidratada (CL90) e areia de rio com partículas máximas de 4mm. A proporção de mistura 
ligante-agregado foi de 1 porção de massa de cal para 3 porções de areia por volume com um 
pouco de água adicionada para ajustar a trabalhabilidade. Isso resultou na proporção b/a de 
argamassa carbonatada de app. 1:4,5 por volume. Para reproduzir o teste, foram retiradas diversas 
amostras de argamassa da parede. O mesmo procedimento de preparação de amostra foi aplicado 
nestas amostras de argamassa modernas. Quatro corpos de prova para os testes de compressão e 
flexão foram preparados e testados (ver Figura 4).
Figura 4: Amostras de argamassa de parede de entulho com um ano de idade cortadas em pequenos 
'cubos' e 'prismas'
3.2 Comparação de resultados de testes em amostras não padronizadas com testes 
em amostras padrão
Os corpos de prova, preparados juntamente com a parede de entulho mencionada em 3.1, 
foram divididos em dois grupos para cura e envelhecimento. O grupo um foi curado e 
envelhecido durante um ano junto com a parede em condições externas e estava totalmente 
carbonatado quando testado. O outro grupo foi deixado em condições internas com média 
de T=+20óC e UR=40%. Os testes padrão de resistência à compressão e flexão de acordo com 
a EN 1015:11 foram realizados com aproximadamente um ano de idade. As amostras e os 
resultados estão resumidos na Tabela 3 e a resistência calculada graficamente na Figura 5.
3.3 Ensaios mecânicos de amostras preparadas por adição de argamassa confinante
Outras duas amostras de argamassa extraídas do mesmo local – uma da 
junta (CSI2J) e outra do reboco (CSI1R) – foram submetidas a
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ensaios de resistência à compressão e outros ensaios complementares. A análise química e 
mineralógica [10] verificou a composição da argamassa de assentamento (ver capítulo 2) e 
que a amostra de reboco apresentava uma composição semelhante mas com uma relação 
ligante/agregado ligeiramente inferior.
Tabela 3: Resistência à flexão e compressão.
Resistência à flexão A (N/mm2) SD cv Força compressiva A (N/mm2) SD cv
NS-Pisece 1,20 0,53 44% NS-Pisece 2,34 1.14 49%
NS-cal-C 0h30 0,16 52% NS-cal-C 0,53 0,09 18%
Massa de cal S 0,26 0,05 21% Massa de cal S 1.02 0,13 12%
S-limeputty-C 0,29 0,05 16% S-limeputty-C 1,42 0,26 18%
A – valor médio, sd – desvio padrão (N/mm2), cv – coeficiente de variação
4h00
3,50
3h00
2,50
2h00
1,50
1,00
0,50
0,00
NS-Pisece NS-cal-C Massa de cal S S-limeputty-C
2h00
1,80
1,60
1,40
1,20
1,00
0,80
0,60
0,40
0,20
0,00
NS-Pisece NS-cal-C Massa de cal S S-limeputty-C
Figura 5: Resultados dos testes em corpos de prova não padronizados (NS) comparados aos 
corpos de prova padronizados (S). Amostras de argamassa C-carbonatada.
As amostras irregulares coletadas no local foram limpas do pó e da 
colonização biológica. Foram mantidos em sua forma e dimensões originais sem 
qualquer corte para evitar qualquer dano. As amostras foram primeiramente 
submetidas aos testes de absorção de água (ver Figura 6) utilizando a técnica de
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absorção capilar por contato, que foi desenvolvida e calibrada anteriormente [11]. O 
coeficiente de capilaridade obtido por este teste dá uma ideia da compacidade e 
consequentemente do estado de conservação das amostras. Além disso, é um teste 
não destrutivo que não introduz alterações nas amostras históricas.
Os ensaios de resistência à compressão foram realizados após a secagem 
completa. A forma regular necessária à adaptação à máquina de compressão e 
aos cálculos foi conseguida, neste caso, através de uma argamassa de 
confinamento concebida para ser mais resistente que as amostras extraídas e 
composta por cimento e areia siliciosa com proporções volumétricas de 1:3 
(cimento : areia), ver Figuras 7, 8.
Uma amostra de argamassa extraída de um convento português do século XVIºséculo foi 
testado simultaneamente, para comparação.
Outras três argamassas de cal foram preparadas emlaboratório com pó de cal 
hidratada e curadas em ambiente caracterizado por 23ºC e 50% UR por pelo menos 90 
dias, e foram totalmente carbonatadas quando testadas, utilizando as técnicas padrão 
e também as técnicas adaptadas para amostras irregulares . Este procedimento 
permitiu uma certa calibração da nova técnica além da comparação com as antigas 
argamassas de cal. As amostras estão descritas na Tabela 4 e os resultados obtidos 
estão resumidos nas Tabelas 5 e 6.
Tabela 4: Descrição das amostras extraídas dos monumentos.
Monumento Características
Média
espécimes
massa (g)
Argamassa Idade
(século)Tipo Composição
Convento no
Zona de Lisboa - render
Argamassa de cal castanha clara, muito dura, com
grãos de limão branco
CLIs XVI 955
Argamassa de reboco de cal castanho claro com 
agregados dolomíticos triturados e siliciosos
areia. O processo de degradação é visível por
análise química[10]
Renderização do Castelo (Sul-
Leste da Eslovênia)
CSI1R XIII 178
Argamassa para juntas de cal castanha clara 
com agregados dolomíticos triturados e siliciosos
areia. O processo de degradação é visível por
análise química [10]
Junta do Castelo (Sul-
Leste da Eslovênia)
CSI2J XIII 187
4 Discussão dos resultados
A resistência obtida para a argamassa de junta do Castelo de Pisece foi muito maior 
quando foi utilizada a técnica com argamassa de confinamento em comparação com a 
técnica de corte. Isto pode ser explicado pela visível heterogeneidade da argamassa de 
junta, apesar de ter origem na mesma junta. Outra possibilidade é que tenham 
ocorrido algumas microfissuras devido ao corte, o que contribuiu para a redução da 
resistência da argamassa. Esta suposição estaria de acordo com os outros testes 
comparativos onde as amostras não padronizadas tinham resistência à compressão 2 
a 3 vezes menor do que as amostras padrão. Esta influência não foi totalmente 
quantificada mas depende obviamente da compactação e resistência de uma amostra 
de argamassa uma vez que algumas não são possíveis de serem avaliadas.
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corte em tudo. A resistência à flexão pode ser ainda mais influenciada pelas fissuras 
induzidas durante a preparação da amostra. Porém, neste caso os ensaios comparativos de 
flexão não evidenciaram tal influência das fissuras. Os testes de flexão de três pontos padrão 
e não padrão resultaram em valores semelhantes de resistência à flexão.
Tabela 5: Resultados de testes obtidos em amostras extraídas de monumentos.
Área de amostras em
contato com água
(média em mm2)
Coeficiente de capilaridade
(kg/m2.h1/2)
Compressivo
força
(N/mm2)
Área/massa
(milímetros2/g)
Argamassa
Ccc5 Ccc90-10
CLIs 13072 14 2.7 1,8 4.7
CSI1R 4566 26 4.7 1.2 3.7
CSI2J 3432 18 5.5 1.6 7.3
Tabela 6: Características das amostras preparadas em laboratório utilizadas para 
comparação.
Composição Características após 90 dias
Coeficiente de capilaridade
(kg/m2.h1/2)
Compressivo
e força
(N/mm2)
Mor
alcatrão
Volumétrico
dosagem
Densidade
(kg/m3)Constituintes
C90-10
S
Ccc5
E
C90-10
E S E
Lima hidratada :
areia do rio do
Região de Lisboa
eu 1:3 1780 11,5 8.2 5.5 0,8 1.1
Cal hidratada: argila
: areia do rio
L-Cl 1:0,2:2,8 1810 10,5 9,5 5.3 0,9 -
Cal hidratada: bem
areia graduada
Lls 1:3 1870 10.2 21.3 4.1 1,5 1.3
S – Teste padrão; NS – Teste não padronizado (técnica para formato irregular)
A argamassa de confinamento também teve certa influência nos resultados de 
compressão. A influência dependeu da resistência e das propriedades elásticas da 
argamassa confinante e da geometria da amostra. Da mesma forma que na alvenaria, a 
resistência de todo o compósito pode ser muito superior à do material único. No nosso caso, 
o significado da influência na resistência à compressão não foi estabelecido. A resistência à 
compressão de 7,3 N/mm2 pareceu, no entanto, bastante elevada para uma argamassa de 
cal que não contém muitos componentes hidráulicos. A resistência à compressão da 
amostra de reboco confinada foi inferior à da argamassa de junta. Isto poderia ser esperado, 
uma vez que a sua relação b/a era menor.
Todos os resultados obtidos nos ensaios mecânicos das argamassas históricas – os ensaios de 
compressão por ambas as técnicas e os ensaios de flexão – foram muito superiores aos resultados 
obtidos nas argamassas de cal preparadas em laboratório. Os testes de capilaridade mostraram 
valores muito superiores para as argamassas de cal preparadas em laboratório. Isto foi consistente 
com as diferenças das resistências mecânicas mostrando que as argamassas históricas eram mais 
compactas e menos permeáveis à água.
Para discutir o uso prático dos testes e resultados, a única conclusão confiável pode 
ser feita de que a argamassa histórica tinha resistência à compressão e flexão superior 
às misturas de argamassa modernas preparadas. Esta conclusão não é suficiente para 
qualquer avaliação estrutural mas, juntamente com outras características, a
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testes mecânicos em amostras irregulares de argamassas podem auxiliar na formulação de novas 
misturas de argamassas para reparo. Pode-se estimar que a resistência à compressão da 
argamassa histórica sã do Castelo de Pisece, considerando também a sua composição, pode situar-
se na faixa entre 1,5 a 4,5N/mm2.
Figura 6: Teste de capilaridade pela Figura 7: 
técnica de contato.
Teste de compressão com
argamassa de confinamento.
Figura 8: Amostras do Castelo de Pisece preparadas para ensaio de compressão 
(reboco e argamassa de junta).
5 Conclusões
Ambos os métodos de ensaio não padronizados aplicados para determinar a resistência à compressão das 
amostras de argamassa irregulares produziram resultados meramente indicativos.
O método de corte de amostras de argamassa irregulares em alguns formatos regulares pode 
fornecer resultados mais precisos, mas depende da geometria das amostras cortadas. O tamanho 
da amostra deve estar em alguma proporção com as partículas agregadas. Mais pesquisas são 
necessárias em termos do efeito do tamanho da amostra na resistência à compressão. Os testes de 
resistência à flexão pareceram funcionar melhor que os testes de resistência à compressão. As 
fissuras introduzidas pelo corte podem ser influentes, uma vez que a ruptura ocorre sob tensão.
O método que utiliza a argamassa confinante é limitado pela geometria da amostra 
original e pelas propriedades mecânicas (deformabilidade, resistência) da
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argamassas testadas e confinantes. Juntos, os espécimes atuam como um compósito e mais 
pesquisas devem ser realizadas para melhorar a interpretação de tais testes.
Os métodos de ensaio não padronizados podem ser utilizados para a caracterização geral de 
argamassas históricas, mas recomenda-se a combinação com outros ensaios físicos.
Agradecimentos
Os autores gostariam de agradecer o apoio ao projecto de investigação 
“Compatibilidade de novas argamassas com argamassas e alvenarias históricas” (GACR 
103/02/D161) da Agência Checa de Subsídios e ao apoio institucional AV0Z20710524.
Referências
[1] EN 1015-11, Métodos de ensaio para argamassas para alvenaria – Determinação da resistência à 
flexão e à compressão de argamassas endurecidas.
[2] Binda, L., Tedeschi, C. & Cardani, G., O papel das juntas de argamassa no 
comportamento mecânico de estruturas de alvenaria, Proc. da RILEM 
International Workshop Repair Mortars for Historic Masonry, Delft, 26-28 
de janeiro de 2005.
[3] Hayen, R., Van Balen, K. & Van Gemert, D., Teste triaxial de alvenariahistórica, 
configuração de teste e primeiros resultados, Proceedings of Historical Buildings
VII, ed. CA, Brebbia, Bolonha, pp.
[4] Valek, J. & Bartos, PJM, Influências que afetam a resistência à compressão de 
argamassas modernas de cal não hidráulica usadas na conservação de 
alvenarias Proc. de Edifícios Históricos VII, ed. CA, Brebbia, Bolonha, pp.
[5] Stöckel, S., Beckhaus, K. & Fritsche, TH., Influência dos métodos de teste nos 
resultados das medições de deformação em amostras de argamassa 
carregadas uniaxialmente, Masonry International, vol. 12, nº 1, pp.32-38, 1998.
[6] Peroni, S., et al., Argamassas à base de cal para a reparação de alvenarias antigas e 
possíveis substitutos, Proc. de Argamassas, Cimentos e Argamassas Utilizadas 
na Conservação de Edifícios Históricos, ICCROM, 1981, pp.
[7] Sasse HR & Snethlage R., Métodos para a evolução dos tratamentos de conservação 
de pedras, Proc. de Dahlem Workshop sobre Salvar nosso patrimônio 
arquitetônico: a conservação de estruturas históricas de pedra, eds.
NS Baer & R. Snethlage, John Willey & Sons Ltd., pp.
[8] Local Piloto: Castelo de Pišece, Anexo ao Entregável D10.2 e 10.4 Relatório sobre a 
Avaliação em Locais Piloto, Relatório de pesquisa do projeto 
ONSITEFORMASONRY EVK4-2001-00091, 2004.
[9] Testes em pequenas amostras, relatório de pesquisa D9.6 do projeto 
ONSITEFORMASONRY EVK4-2001-00091, setembro de 2004.
[10] Santos Silva, A., Caracterização de argamassas de reboco e de juntas do 
Castelo de Pizece, Eslovénia, Lisboa, LNEC, Relatório Técnico 11/2004.
[11] Veiga, MR; Magalhães, A.; Bosilijkov, V., Testes de capilaridade em amostras históricas 
de argamassa extraídas do local. Metodologia e resultados comparados.
Processo. 13ª Conferência Internacional de Maçonaria, Amsterdã, julho de 2004.
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