PREVISÃO DA VIDA ÚTIL DE ELEMENTOS METÁLICOS
EXTERIORES NÃO ESTRUTURAIS EM EDIFÍCIOS
Metodologia Baseada na Inspeção de Edifícios em Serviço
Miguel da Rocha Silva
Dissertação para obtenção do grau de Mestre em
Engenharia Civil
Júri
Presidente: Prof. Doutor Luís Manuel Alves Dias
Orientador: Prof. Doutor Pedro Miguel Dias Vaz Paulo
Vogal: Prof. Doutor Fernando António Baptista Branco
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Título:
Previsão da vida útil de elementos metálicos exteriores não estruturais em edifícios - Metodologia Baseada na Inspeção de Edifícios em ServiçoAutoria:
Miguel da Rocha SilvaCurso Mestrado em:
Engenharia CivilOrientador:
Prof. Doutor Pedro Vaz PauloSumário
A manutenção e a reabilitação do património edificado devem ser uma preocupação constante e, por isso, o estabelecimento de prioridades e o seu planeamento atempado assume capital importância. Deste modo, os proprietários de bens imóveis devem planificar os investimentos em ações de manutenção e reabilitação, através da definição dos limites de degradação aceitável e da previsão de quando é que aqueles limites serão alcançados durante o período de vida do edifício.
Com vista a atingir uma melhoria efetiva na área da manutenção e reabilitação do património construído, urge desenvolver metodologias eficazes para a previsão da vida útil de materiais e componentes.
A presente dissertação assume-se como um trabalho exploratório de novas metodologias orientadas para a obtenção de estimativas de vida útil de materiais e componentes de construção. Deste modo, o seu objetivo será apresentar e testar uma metodologia, baseada na inspecção de edifícios em serviço, em Lisboa, com vista à obtenção de dados fiáveis que conduzem a uma previsão da vida útil de elementos metálicos exteriores não estruturais dos edifícios, neste caso os gradeamentos.
Neste âmbito procedeu-se à quantificação de destacamento de tinta, sob a forma da percentagem da pintura do gradeamento afetada. Para o efeito, foram selecionados quatro fatores de degradação, que poderão exercer maior influência no desempenho dos elementos metálicos ao longo dos anos.
Após a recolha dos dados, procedeu-se à análise dos resultados utilizando gráficos de degradação e modelos determinísticos.
Palavras Chave:
Metodologia de previsão da vida útil, Gradeamentos, Inspecções, Quantificação de anomalias, Factores de degradação, Modelos determinísticosii
Title:
Service life prediction of non-structural external metallic elements of the buildings – Methodology based on the inspection of in-use buildingsAbstract:
The infrastructure maintenance and rehabilitation are, undoubtedly, a constant concern. Therefore, it becomes vital to adopt rational management and planning. In this context, the owners of the buildings must plan their investments in the maintenance and rehabilitation areas, defining the limits of acceptable degradation and predicting the deadline of those limits, throughout the infrastructure service period.
In order to reach an effective improvement in the infrastructure maintenance and rehabilitation, it is crucial to develop service life prediction methodologies of building materials and components.
This research constitutes an exploratory work for new service life prediction methodologies of building materials and components. In this context, its aim is to present and test a research methodology, based on the inspection of in-use buildings, in Lisbon, in order to reach reliable data which will lead to the service life prediction of non-structural external metallic elements of the buildings, namely the gating.
This methodology comprises the quantification of defects, considering the paint peeling defect quantification. Additionally, the influence of four degradation factors was also considered in the overtime performance of the external metallic elements.
After the data collection stage, the data analysis was carried out through the use of degradation graphs and deterministic models.
Keywords:
Service life prediction methodology, Building inspections, Defect quantification, Degradation factors, Deterministic models, gating.iii
Agradecimentos
Em primeiro lugar gostaria de agradecer à minha família. O seu apoio, o seu incentivo, e os seus sacrifícios em prol da criação de oportunidades de crescimento para mim foram essenciais para que me fosse possível chegar ao ponto em que actualmente me encontro.
Quero agradecer profundamente o Prof. Pedro Vaz Paulo, com quem tive o privilégio de ter como orientador. Agradeço-lhe todo o apoio e todos os conselhos.
Finalmente, mas não por isso menos importante, deixo um agradecimento especial a todos os meus amigos, com os quais tive o prazer e privilégio de partilhar esta fase da minha vida e com os quais continuarei com certeza a partilhar quer as vitórias, quer os momentos difíceis.
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Índice
AGRADECIMENTOS ... III
ÍNDICE DE FIGURAS ... VII
ÍNDICE DE QUADROS ... VIII
ÍNDICE DE GRÁFICOS ... IX 1. INTRODUÇÃO ... 1 1.1. Considerações Iniciais ... 1 1.2. Objetivos ... 1 1.3. Plataforma BuildingsLife ... 2 1.4. Estrutura da dissertação ... 3
2. PREVISÃO DA VIDA ÚTIL DE COMPONENTES DE EDIFÍCIOS ... 5
2.1. Generalidades ... 5
2.2. Perspetiva geral das metodologias de previsão da vida útil ... 9
2.3. Procedimento geral ... 11
2.4. Definição do problema ... 11
2.4.1. Materiais e componentes em estudo ... 11
2.4.2. Caracterização do material ou componente ... 12
2.4.3. Identificação do contexto de aplicação do material ou componente ... 13
2.4.4. Especificação dos requisitos de desempenho ... 13
2.4.5. Fatores de degradação ... 16
2.5. Recolha de dados ... 17
2.5.1. Metodologias de curto prazo ... 18
2.5.2. Metodologias de longo prazo ... 20
2.6. Análise e modelação de dados ... 23
2.6.1. Teoria da Fiabilidade... 24 2.6.2. Método Fatorial ... 24 2.6.3. Modelos determinísticos ... 25 2.6.4. Modelos estocásticos ... 30 2.6.5. Modelos de engenharia... 31 3. METODOLOGIA DE INVESTIGAÇÃO ... 33 3.1. Conceito Geral ... 33
3.2. Inspeções e Trabalho de Campo ... 33
3.2.1. Descrição Geral ... 33
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3.2.3. Ficha de Inspeção utilizada nas visitas de campo ... 34
3.2.4. Levantamento Fotográfico ... 35
3.2.5. Medição da espessura de tinta ... 35
3.2.6. Determinação da orientação solar ... 36
3.2.7. Recolha de amostras ... 36
3.2.8. Data da Última Manutenção ... 37
3.3. Quantificação do estado de degradação ... 37
3.3.1. Produção de Imagens dos Elementos Metálicos ... 37
3.3.2. Photo Color ... 40
3.4. Análise de dados e ajuste das curvas de degradação ... 42
3.5. Resumo da Metodologia ... 46
4. ELEMENTOS METÁLICOS EM EDIFÍCIOS ... 49
4.1. Soluções correntes ... 49
4.2. Corrosão ... 50
4.2.1. Problemas relacionados com a corrosão ... 52
4.3. Anomalias e respetivos sintomas ... 53
4.3.1. Anomalias Superficiais ... 53
4.3.2. Anomalias Profundas ... 57
4.4. Medidas Preventivas ... 60
4.4.1. Seleção do material adequado ... 62
4.4.2. Avaliação da corrosividade do meio ... 62
4.4.3. Escolha do revestimento/tratamento de superfície de proteção ... 62
4.4.4. Manutenção ... 62
4.5. Fatores de degradação ... 63
4.5.1. Localização dos Edifícios ... 64
4.5.2. Espessura de tinta ... 64
4.5.3. Orientação Solar ... 65
4.5.4. Cor de pelicula de tinta ... 65
5. ANÁLISE DOS RESULTADOS ... 67
5.1. Descrição da Amostra ... 67
5.2. Gráfico de Degradação Geral ... 69
5.3. Descrição Geral dos Gráficos de Degradação ... 71
5.4. Influência da Localização ... 72
5.5. Influência da Espessura de Película ... 74
5.6. Influência da Orientação Solar ... 76
5.7. Influência da Cor de Película... 78
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5.8.1. Combinação 1 – Espessura e Cor da película ... 81
5.8.2. Combinação 2 – Espessura da película e sua Localização ... 84
5.8.3. Combinação 3 – Orientação solar e Cor da película de tinta ... 87
6. CONCLUSÃO ... 91
7. REFERÊNCIAS ... 93
8. ANEXOS ... 8-II
8.1. Anexo I – Ficha de Inspeção ... 8-II 8.2. Anexo II - Fotografia dos Elementos Metálicos ... 8-I 8.3. Anexo III - Caracterização da Amostra de Estudo ... 8.3-I 8.4. Anexo IV - Caracterização dos Fatores de Degradação para a
vii
Índice de figuras
Figura 2.1 - Escalas de análise dos materiais e componentes de edifícios [Westberg et al. (2001), adaptado de Haagenrud
(1997)]... 13
Figura 2.2 - Elementos Metálicos Estruturais em edifícios ... 15
Figura 2.3 - Elementos Metálicos não Estruturais em edifícios ... 15
Figura 3.1 - Alguns elementos de estudo ( MS052 e MS061) ... 34
Figura 3.2 - Medição da espessura das películas de tinta ... 35
Figura 3.3 - Sistema de classificação das orientações solares das fachadas. ... 36
Figura 3.4 - Saquetas individualizadas com as amostras de tinta devidamente identificadas ... 36
Figura 3.5 - Processo fotográfico (MS017) ... 38
Figura 3.6 - Metodologia utilizada para levantamento fotográfico ... 38
Figura 3.7 – Foto com a área de análise delimitada (MS011). ... 39
Figura 3.8 – Resultado final com as percentagens correspondente às cores existentes. ... 39
Figura 3.9 - Cartão de cor (MS054.1) ... 41
Figura 3.10 - Obtenção do valor de cor num espaço de cores ... 42
Figura 4.1 – Vasta gama de utilização dos elementos metálicos nos edifícios ... 50
Figura 4.2– Pilha eletroquímica ... 51
Figura 4.3 – Exemplos da má conceção de projetos e consequentes soluções recomendadas ... 52
Figura 4.4 – Exemplos de alteração de cor (anomalia superficial) MS010 e MS078 ... 54
Figura 4.5 – Exemplos de Manchas (anomalia superficial) MS023.1 e MS083 ... 54
Figura 4.6 – Exemplos de Escorrimentos (anomalia superficial) MS010 e MS030 ... 55
Figura 4.7 – Exemplos de Destacamento (anomalia superficial) MS050 e MS055 ... 55
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Índice de quadros
Quadro 2.1 - Classificação da durabilidade dos materiais ... 6
Quadro 2.2 - Descrição de algumas normas utilizadas para a previsão da vida útil ... 8
Quadro 2.3 – Normas da série ISO 15686 ... 10
Quadro 2.4 – Procedimento geral das metodologias de previsão da vida útil de materiais e componentes de construção, com indicação do procedimento adotado na presente dissertação (realce com cor). ... 12
Quadro 2.5 – Agentes de degradação que afetam a vida útil dos materiais e componentes de construção (adaptado da norma ISO 6241:1984). ... 16
Quadro 3.1 – Modo de identificação dos edifícios visitados ... 33
Quadro 3.2 – Valores de EQM das curvas de degradação apresentadas no Gráfico 3.2 ... 45
Quadro 3.3 – Valores de EQM das curvas de degradação apresentadas no Gráfico 3.3. ... 46
Quadro 3.4 – Quadro resumo da metodologia adotada ... 47
Quadro 4.1 – Resultado final da análise ... 57
Quadro 4.2 – Fatores de degradação considerados ... 63
Quadro 5.1 - Distribuição da amostra de elementos metálicos inspecionados por intervalo de idade das pinturas. ... 67
Quadro 5.2 - Distribuição da amostra de elementos metálicos inspecionados por intervalo de destacamento de tinta das pinturas. ... 68
Quadro 5.3 - Distribuição da amostra de elementos metálicos inspecionados pelos fatores de degradação ... 68
Quadro 5.4 – Equações das curvas de degradação e respetivos valores de EQMD, EQMt e EQMC obtidos no ajuste das curvas de degradação ao gráfico de degradação com aplicação do fator “Localização”. ... 72
Quadro 5.5 - Equações das curvas de degradação e respetivos valores de EQMD, EQMt e EQMC obtidos no ajuste das curvas de degradação ao gráfico de degradação com aplicação do fator “Espessura da película de tinta”... 75
Quadro 5.6 - Equações das curvas de degradação e respetivos valores de EQMD, EQMt e EQMC obtidos no ajuste das curvas de degradação ao gráfico de degradação com aplicação do fator “Orientação solar”. ... 77
Quadro 5.7 - Equações das curvas de degradação e respetivos valores de EQMD, EQMt e EQMC obtidos no ajuste das curvas de degradação ao gráfico de degradação com aplicação do fator “Cor”. ... 79
Quadro 5.8 - Quadro resumo das combinações de fatores de degradação consideradas ... 80
Quadro 5.9 – Equações das curvas de degradação e respetivos valores de EQMD, EQMt e EQMC obtidos com aplicação simultânea dos fatores “Espessura da película de tinta” e “Cor Clara”. ... 81
Quadro 5.10 - Equações das curvas de degradação e respetivos valores de EQMD, EQMt e EQMC obtidos com aplicação simultânea dos fatores “Espessura da película de tinta” e “Cor Escura”. ... 83
Quadro 5.11 - Equações das curvas de degradação e respetivos valores de EQMD, EQMt e EQMC obtidos com aplicação simultânea dos fatores “Espessura da película de tinta” e “Zona Urbana”. ... 85
Quadro 5.12 - Equações das curvas de degradação e respetivos valores de EQMD, EQMt e EQMC obtidos com aplicação simultânea dos fatores “Espessura da película de tinta” e “Zona Marítima”. ... 87
Quadro 5.13 - Equações das curvas de degradação e respetivos valores de EQMD, EQMt e EQMC obtidos com aplicação simultânea dos fatores “Cor Clara” e “Orientação solar”. ... 88
Quadro 5.14 - Equações das curvas de degradação e respetivos valores de EQMD, EQMt e EQMC obtidos com aplicação simultânea dos fatores “Cor Escura” e “Orientação solar”. ... 90
ix
Índice de gráficos
Gráfico 2.1– Representação esquemática da evolução (vários tipos de curva) de uma propriedade de um material ou componente e do patamar que define o nível mínimo de desempenho admissível para essa propriedade (Masters et
al., 1987). ... 14
Gráfico 2.2 – Opções de decisão sobre a vida de uma construção ... 14
Gráfico 2.3 - Morfologia da curva de Gompertz alterando o valor de “ ”. ... 27
Gráfico 2.4 - Morfologia da curva de Gompertz alterando o valor de “ ”. ... 28
Gráfico 2.5 - Morfologia de uma curva Potencial. ... 29
Gráfico 2.6 – Morfologia das curvas Weibull. ... 30
Gráfico 3.1 – Exemplo ilustrativo da medição do erro nas abcissas e nas ordenadas do gráfico de degradação. ... 43
Gráfico 3.2 – Curvas de degradação com o ajuste efetuado por processos de minimização do EQMt e EQMD. ... 44
Gráfico 3.3 - Curvas de degradação com o ajuste efetuado por processos de minimização do EQMt, EQMD e EQMC ... 46
Gráfico 4.1 – Percentagem de cada anomalia em 100% os gradeamentos ... 56
Gráfico 4.2 – Percentagem de cada anomalia nos gradeamentos de cor clara ... 56
Gráfico 4.3 – Percentagem de cada anomalia nos gradeamentos de cor escuro ... 57
Gráfico 4.4 – Gráficos representativos do efeito do pH e da Velocidade, respetivamente, para a taxa de corrosão ... 62
Gráfico 5.1 - Gráfico de degradação geral ... 69
Gráfico 5.2 - Curva Gompertz de degradação geral ... 71
Gráfico 5.3 – Influência do fator “Localização”, modelação com curvas de Gompertz ... 73
Gráfico 5.4 - Diferença entre as duas curvas de Gompertz dos fatores de degradação ”Zona Urbana” e “Zona Marítima”. . 74
Gráfico 5.5 - Influência do fator “Espessura de película de tinta”, modelação com curvas de Gompertz ... 75
Gráfico 5.6 - Diferença entre as duas curvas de Gompertz dos fatores de degradação “μm>100” e “μm<100”. ... 76
Gráfico 5.7 - Influência do fator “Orientação solar”, modelação com curvas de Gompertz ... 77
Gráfico 5.8 – Diferença entre as duas curvas de Gompertz dos fatores de degradação “SOL” e “VENTO”. ... 78
Gráfico 5.9 - Influência do fator “Cor da película de tinta”, modelação com curvas de Gompertz ... 79
Gráfico 5.10 - Diferença entre as duas curvas de Gompertz dos fatores de degradação “Cor Clara” e “Cor Escura”. ... 80
Gráfico 5.11 – Comparação entre os fatores “Espessura da película de tinta” e “Cor Clara”, modelação com curva de Gompertz. ... 81
Gráfico 5.12 - Diferença entre as duas curvas de Gompertz dos fatores de degradação “Espessura da película de tinta” e “Cor Clara”. ... 82
Gráfico 5.13 - Comparação entre os fatores “Espessura da película de tinta” e “Cor Escura”, modelação com curva de Gompertz. ... 83
Gráfico 5.14 - Diferença entre as duas curvas de Gompertz dos fatores de degradação “Espessura da película de tinta” e “Cor Escura”. ... 84
Gráfico 5.15 - Comparação entre os fatores “Espessura da película de tinta” e “Zona Urbana”, modelação com curva de Gompertz ... 85
Gráfico 5.16 - Diferença entre as duas curvas de Gompertz dos fatores de degradação “Espessura da película de tinta” e “Zona Urbana”. ... 86
x
Gráfico 5.17 - Comparação entre os fatores “Espessura da película de tinta” e “Zona Marítima”, modelação com curva de Gompertz ... 86 Gráfico 5.18 - Diferença entre as duas curvas de Gompertz dos fatores de degradação “Espessura da película de tinta” e
“Zona Marítima”. ... 87 Gráfico 5.19 - Comparação entre os fatores “Cor Clara” e “Orientação solar”, modelação com curva de Gompertz ... 88 Gráfico 5.20 - Diferença entre as duas curvas de Gompertz dos fatores de degradação “Cor Clara” e “Orientação solar”. . 89 Gráfico 5.21 - Comparação entre os fatores “Cor Escura” e “Orientação solar”, modelação com curva de Gompertz. ... 89 Gráfico 5.22 - Diferença entre as duas curvas de Gompertz dos fatores de degradação “Cor Escura” e “Orientação solar”.90
1
1. Introdução
1.1.
Considerações Iniciais
A manutenção e a reabilitação do património edificado devem ser uma preocupação constante e, por isso, o estabelecimento de prioridades, em termos de investimento e do seu planeamento atempado assume capital importância. Deste modo, os proprietários de bens imóveis devem planificar os investimentos em ações de manutenção e reabilitação, através da definição dos limites de degradação aceitável (tendo em conta critérios como a salubridade das construções, o arranjo estético, a depreciação do valor do imóvel, as imposições legais, ou a disponibilidade financeira,) e da previsão de quando aqueles limites serão alcançados durante o período de vida da construção.
Com vista a atingir uma melhoria efetiva na área da manutenção e reabilitação do património construído, implementando, simultaneamente, uma planificação rigorosa das intervenções, associada a um maior controlo de custos, urge desenvolver metodologias eficazes para a previsão da vida útil de materiais e componentes.
1.2.
Objetivos
A presente dissertação assume-se como um trabalho exploratório de novas metodologias orientadas para a obtenção de estimativas de vida útil de materiais e componentes de construção. Deste modo, o seu objetivo primordial será apresentar e testar uma metodologia que se revele eficaz na obtenção de dados fiáveis, conduzindo, assim, à previsão da vida útil de elementos metálicos exteriores não estruturais dos edifícios.
Para o efeito, selecionou-se alguns fatores que, neste contexto, poderão exercer maior influência no desempenho dos elementos metálicos ao longo dos anos, nomeadamente:
Localização;
Espessura de pelicula de tinta;
Orientação Solar;
Cor da película de tinta.
Depois de analisados estes quatro fatores, introduziu-se os dados recolhidos na plataforma BuildingsLife, como está patente no subcapítulo 1.3.
Após a inserção de todos os dados e posterior quantificação das anomalias nesta plataforma, realizou-se uma análise criteriosa de toda a informação, tomando em consideração os fatores conducentes à degradação. Aquela análise implicou, ainda, a elaboração de gráficos do tipo T-ED (Tempo – Extensão de Degradação), os quais mostram que, aplicando certos
2
filtros de informação, é possível detetar o comportamento dos vários fatores de degradação, previamente selecionados:
Gráfico Corrosão-Localização: os edifícios foram agrupados em duas zonas distintas, marítima e urbana;
Gráfico Corrosão-Espessura de pelicula de tinta: os gradeamentos foram divididos em dois níveis, em que o Nível 1 corresponde a uma espessura de pelicula inferior aos 100 μm, enquanto o Nível 2 diz respeito a uma espessura de pelicula igual ou superior a 100 μm;
Gráfico Corrosão-Orientação Solar: neste fator considerou-se a orientação dos gradeamentos, tendo em conta dois grupos distintos, um relativo às posições Sul, Este e Oeste (“SOL”) e outro que contempla a posição Norte (“VENTO”);
Gráfico Corrosão-Cor da pelicula da tinta: os elementos metálicos foram separados consoante a sua cor, sendo incluídos na “COR ESCURA” o preto, o cinzento, o verde, o azul e o castanho, enquanto na “COR CLARA” se inserem o branco e o bege.
Assim, o propósito deste trabalho é contribuir para melhorar a obtenção de estimativas da vida útil dos elementos metálicos, o que foi, efetivamente, realizado através dos resultados obtidos e da sua posterior análise.
1.3.
Plataforma BuildingsLife
Tendo em vista a execução da presente dissertação, utilizou-se a plataforma eletrónica BuildingsLife (http://www.buildingslife.com/), a qual foi desenvolvida no âmbito da tese de doutoramento do Prof. Pedro Vaz Paulo (Paulo, 2009), do Instituto Superior Técnico, com o apoio da empresa Construlink, Tecnologias de Informação, S.A.
Esta plataforma “Web-based” constitui um sistema de gestão da manutenção para o património edificado, que permite:
o registo e o armazenamento de dados recolhidos em inspeções dos elementos metálicos (caracterização dos materiais aplicados, do ambiente de exposição e da degradação existente);
a quantificação de anomalias;
a modelação do desempenho e da degradação de materiais e componentes;
a modelação das condições ambientais e dos fatores de degradação;
a criação e a análise de planos de manutenção otimizados para diminuir os custos.
3
Neste contexto, recorreu-se, por um lado às funcionalidades da plataforma BuildingsLife que permitiram o registo e armazenamento de dados e a quantificação de anomalias e, por outro, às ferramentas informáticas, como o Microsoft Excel 2010, para a análise de dados e a modelação do desempenho dos elementos metálicos.
1.4.
Estrutura da dissertação
A presente dissertação é composta por seis capítulos, a saber:
Capítulo 1: Introdução.
Capítulo 2: Apresentação do state-of-the-art relativo às metodologias existentes de
previsão da vida útil de materiais de construção; elencagem dos principais autores da área; referência a trabalhos de investigação e aos normativos mais relevantes; exposição das principais fases comuns às várias metodologias de previsão da vida útil de materiais de construção.
Capítulo 3: Explicitação da metodologia proposta e seguida na presente dissertação;
descrição das suas etapas e das técnicas e equipamentos utilizados.
Capítulo 4: Identificação de algumas soluções adotadas para os elementos metálicos e
respetiva aplicação; registo das anomalias e dos fatores de degradação que foram alvo deste estudo.
Capítulo 5: Recolha de dados e respetiva análise, através de gráficos e curvas de degradação que demonstram a influência dos vários fatores de degradação, considerados no desempenho dos elementos metálicos, nomeadamente os gradeamentos, ao longo dos anos.
5
2. Previsão da vida útil de componentes de edifícios
2.1.
Generalidades
Recentemente, registou-se na indústria da construção, uma preocupação relativa à previsão da vida útil de materiais e componentes de edifícios. Conceitos como a durabilidade dos materiais estão presentes na cultura desta indústria e a sua importância é unanimemente reconhecida, apesar de, por vezes, este conceito ser erradamente utilizado para definir uma propriedade intrínseca dos materiais, quando de facto é, sobretudo, uma função das condições de utilização e exposição destes. No entanto, a abordagem sistemática do problema da durabilidade, com vista a obter dados que permitam fazer previsões de vida útil, apenas começou a ganhar relevância na década de 80, no século XX.
A investigação ligada à indústria da construção tem manifestado, desde as últimas décadas do século XX, a sua preocupação relativamente à previsão da vida útil de materiais e componentes de edifícios. De facto, a partir da década de 80, encetou-se uma abordagem sistemática do problema da durabilidade, com vista à obtenção de dados que conduzissem à construção de um quadro de previsões acerca da vida útil dos materiais.
Neste contexto, ganha suprema relevância o conceito de durabilidade que, segundo a norma ISO1 15686, se assume como a “capacidade do edifício, ou dos seus elementos, para desempenhar as funções requeridas durante um determinado período de tempo sobre a influência dos agentes atuantes em serviço”. Por sua vez, a norma Americana ASTM2
E632 apresenta a seguinte definição para o mesmo conceito: “capacidade de manter um produto, componente, sistema ou construção em serviço durante um período definido de tempo”.
Deste modo, o conceito de durabilidade está intimamente associado ao conceito de vida útil que, segundo a norma ISO 15686, pode ser definido como o “período de tempo, após a construção, em que o edifício ou seus elementos, igualam ou excedem os requisitos mínimos de desempenho”.
Para o mesmo conceito a EOTA3 no documento guia GD002 - Assumption of Working Life of Construction Products in Guideline for European Tecnical Aprovals and Harmonized Standards (Bruxelas 1990) - apresenta a seguinte definição para o mesmo conceito de vida útil: “período de tempo durante o qual o desempenho dos produtos se mantêm a um nível compatível com a satisfação dos requisitos essenciais”.
O crescente interesse na temática da previsão da vida útil de materiais e componentes de edifícios foi, de certa forma, impulsionado por uma maior preocupação política e social
1
ISO - International Organization for Standardization;
2
ASTM - American Society for Testing and Material;
3
6
manifestada em conceitos como “sustentabilidade” e “desenvolvimento sustentável”. Assim, Brundtland (1987) define “desenvolvimento sustentável” como “development that meets the needs of the present generations without compromising the ability of future generations to meet their own needs”.
Neste contexto, a adoção de medidas de promoção de um “desenvolvimento sustentável” ficou consagrada como uma meta global na cimeira das Nações Unidas no Rio de Janeiro, Brasil, em 1993, da qual resultou a Agenda 21 (UN, 1993), que se assume como um documento que apresenta um plano de ação ao nível global, nacional e local, visando todos os setores da atividade humana, tendo como objetivos primordiais reduzir o impacto do Homem no ambiente e promover a adoção de padrões de atividade sustentáveis.
Por seu lado, Pearce (2003) elaborou um relatório acerca do contributo que a indústria da construção, no caso específico da realidade do Reino Unido, deveria prestar na demanda dessa sustentabilidade. Assim, aquele autor realça a importância dos inputs fornecidos ao património construído nas suas fases de projeto, construção e manutenção, nos níveis de atividade económica aí albergada e na sua respetiva produtividade. Esta consideração evidencia o impacto que o espaço construído tem sobre a atividade humana focando, para além das dimensões técnicas da construção, a sua componente socioeconómica. Uma vez que as atividades da indústria da construção têm um impacto significativo na definição da qualidade de vida e da produtividade das sociedades, justifica-se uma aposta num rumo mais sustentável para as atividades desta indústria.
Neste âmbito, a procura desta sustentabilidade deverá corresponder a um aumento do ciclo de vida das construções, resultando numa maior longevidade do espaço construído. Tal exige que a durabilidade seja uma preocupação presente nas fases de conceção, construção e exploração do património construído, uma vez que está ligada aos materiais e aos componentes do edifício e, consequentemente, ao próprio edifício.
Neste contexto, a EOTA, a propósito da durabilidade dos materiais, apresenta a seguinte classificação (Quadro 2.1):
Quadro 2.1 - Classificação da durabilidade dos materiais
Categoria Anos
Pequena 10 Média 25 Normal 50 Longa 100
7
Por sua vez, a norma ISO 15686, com o intuito de definir valores mínimos para a durabilidade do edifício e dos seus componentes, estabelece a durabilidade do edifício em número de anos nos seguintes patamares, por ordem crescente:
10 anos; 15 anos; 25 anos; 60 anos; 100 anos; 150 anos.
Tomando em consideração tanto a classificação da EOTA como a norma da ISO 15686, procedeu-se à recolha e análise de dados que permitem inferir acerca da durabilidade dos edifícios em Portugal.
Embora não exista uma forma de recolher, de forma exaustiva, os dados que permitam definir rigorosamente a durabilidade dos edifícios em Portugal, uma vez que não existe um sistema de seguros obrigatório, considera-se que, relativamente às causas do mau desempenho do edifício, os erros de conceção estão na base da maioria dos problemas existentes.
Relativamente ao tema durabilidade, existem diversas normas, nacionais e internacionais, que têm uma aplicação direta ou indireta, nesta área, como é o caso das normas ISO 15686, já anteriormente referida, e a ISO 6241.
8
Quadro 2.2 - Descrição de algumas normas utilizadas para a previsão da vida útil
Norma Descrição
ASTM E362 (American Society for Testing and Materials)
Padrão de Prática para o Desenvolvimento de testes acelerados para a
Ajuda Previsão da vida útil dos
componentes e materiais de construção. (Esta prática abrange os passos que devem ser seguidas no desenvolvimento de testes acelerados para prever a vida útil dos componentes e materiais de
construção.)
EOTA GD 002 (European Organisation for Technical Approvals)
O papel da EOTA é principalmente para monitorar e progredir a elaboração das Diretrizes da ETA (GATE) e para coordenar todas as atividades relacionadas com a emissão de ETA. EOTA opera em estreita cooperação com a Comissão Europeia, EFTA, CEN, associações comerciais europeias e organizações industriais, que também estão presentes como
observadores em vários níveis da EOTA.
ISO 6241
Normalização e desempenho em edifícios, faz parte de um conjunto de normas direcionadas para a gestão da qualidade em empresas construtoras.
No entanto, ao património construído, e ao longo do seu ciclo de vida, deve ser garantida a sua funcionalidade, nomeadamente, através de rigorosas considerações na fase de conceção, cuidados acrescidos na fase de construção e, sobretudo, um planeamento cuidadoso e pormenorizado das necessidades de manutenção cujo surgimento será expectável durante esse período. Adicionalmente, a sustentabilidade do espaço construído requer o controlo e planeamento dos recursos económicos necessários, durante o seu ciclo de vida para que a sua gestão seja a mais eficaz possível (Daniotti et al., 2007).
Por esta razão, a previsão da vida útil dos materiais e componentes do património construído, quer este seja um edifício, quer seja outra infraestrutura, assume uma grande importância. Neste contexto, a existência de dados relativos à vida útil de materiais e componentes é essencial para se alcançar maior durabilidade das construções, permitindo uma correta seleção, uso e manutenção destes (Masters et al., 1987). Tais dados são necessários ao planeamento das necessidades de manutenção ao longo do ciclo de vida do espaço construído, devendo refletir os mecanismos de degradação dos materiais e componentes (ou seja, a forma de alteração química, física ou mecânica que produz efeitos negativos em propriedades críticas dos produtos da construção), os agentes ambientais que têm influência nesses mecanismos (vale dizer, tudo o que atue sobre um edifício ou parte dele afetando
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negativamente o seu desempenho, como o utilizador, a água, as cargas mecânicas e o calor, entre outros) e as decorrentes vidas úteis expectáveis desses materiais ou componentes.
Deste modo, e com aquelas condições, pode-se avaliar a aptidão de um edifício, ou dos seus componentes, para cumprir a função que lhe é exigida nas suas condições de serviço e, assim, deteta, de uma forma mais célere, qualquer falha ou desvio do estado pretendido para o edifício, ou parte deste, verificando se existe algum risco de obsolescência, quer dizer, perda de aptidão de um determinado item para desempenhar satisfatoriamente as suas funções devido a alterações no nível do desempenho exigido.
2.2.
Perspetiva geral das metodologias de previsão da vida útil
O desenvolvimento de metodologias de previsão da vida útil de materiais e componentes de edifícios foi largamente potenciado pelo trabalho de várias comissões técnicas, provenientes de entidades como a CIB4 (CIB W80), a RILEM5 (RILEM 71-PSL, 100-TSL, 175-SLM) ou a ISO6 (ISO TC 59 SC 14) (Lacasse et al.,2004).
Das comissões técnicas conjuntas CIB W80 / RILEM 71-PSL resultaram os trabalhos de Masters e Brandt (Masters et al., 1987, Masters et al., 1989) que apresentaram o estado da arte das metodologias de previsão da vida útil (Masters et al., 1987), sugerindo uma metodologia geral de previsão da vida útil de materiais e componentes e identificando algumas necessidades de investigação nesse domínio (Masters et al., 1987, Masters et al., 1989).
Posteriormente, como resultado do trabalho conjunto das comissões técnicas CIB W80 / RILEM 100-TSL foi apresentada uma nova contribuição para a temática das metodologias de previsão da vida útil de materiais e componentes de edifícios, da autoria de Sjöström e Brandt (1991), que aprofundam a problemática da recolha e utilização de dados provenientes de exposição em serviço nas metodologias de previsão de vida útil.
Os trabalhos de Martin et al. (1994) e Martin (1999) propõem uma metodologia de previsão da vida útil aplicada especificamente aos sistemas de revestimento por pintura. Nestes trabalhos, os autores sugerem a utilização da teoria da fiabilidade como forma de melhorar a qualidade das previsões e estimativas obtidas.
O Architectural Institute of Japan (AIJ, 1993) propôs uma metodologia de previsão da vida útil para materiais e componentes baseadas numa expressão fatorial, a qual foi posteriormente adaptada pela ISO, nas suas normas da série ISO 15686.
4 CIB – International Council for Research and Innovation in Building and Construction; 5 RILEM – International Union of Laboratories and Experts in Construction Materials, Systems; 6 ISO – International Organization for Standardization;
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O Quadro 2.3. apresenta as normas respeitantes às metodologias de previsão da vida útil para materiais e componentes de construção.
Quadro 2.3 – Normas da série ISO 15686
Norma Título Descrição
ISO 15686-1:2000
Buildings and constructed assets – Service life planning – Part 1:
General principles;
Princípios gerais e procedimentos aplicáveis na conceção, quando se
planeia a vida útil de edifícios e património construído;
ISO 15686-2:2001
Buildings and constructed assets – Service life planning – Part 2: Service life prediction procedures;
Procedimentos para a previsão da vida útil de materiais e componentes,
princípios e requisitos;
ISO 15686-3:2002
Buildings and constructed assets – Service life planning – Part 3: Performance audits and reviews;
Abordagem e procedimentos para a implementação do planeamento da vida útil, nas várias fases do ciclo de vida do
património construído;
ISO/AWI 15686-4
Buildings and constructed assets – Service-life planning – Part 4: Data
requirements;
Requisitos e formatos de dados utilizados na previsão da vida útil, referentes aos ambientes e condições
em serviço;
ISO 15686-5:2008
Buildings and constructed assets – Service-life planning – Part 5:
Life-cycle costing;
Guia para o desenvolvimento de um modelo financeiro referente aos custos
do ciclo de vida do património construído;
ISO 15686-6:2004
Buildings and constructed assets -- Service life planning -- Part 6:
Procedures for considering environmental impacts;
Guia para a avaliação dos impactes ambientais das várias alternativas de planeamento da vida útil, relação com o
LCA (Life Cycle Analysis);
ISO 15686-7:2006
Buildings and constructed assets – Service life planning – Part 7: Performance evaluation for feedback
of service life data from practice;
Indicações para a avaliação de desempenho e feedback relativo aos
dados de vida útil com base em situações de exposição real em
condições de serviço;
ISO 15686-8:2008
Buildings and constructed assets – Service-life planning – Part 8: Reference service life and
service-life estimation;
Indicações para a obtenção de valores da vida útil de referência (RSL) e da
estimativa da vida útil (ESL) para utilizações particulares, e uso do método
fatorial;
ISO 15686-9:2008
Buildings and constructed assets – Service-life planning – Part 9: Guidance on assessment of
service-life data;
Guia para a obtenção e apresentação de valores de RSL, aplicável a produtores de materiais e componentes
de construção;
ISO/PRF 15686-10
Buildings and constructed assets – Service life planning – Part 10: When
to assess functional performance;
Indicações sobre a necessidade de especificar ou verificar o cumprimento de requisitos de desempenho funcional
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2.3.
Procedimento geral
A abordagem geral ao problema da previsão da vida útil de materiais e componentes de construção pode ser dividida em três fases fundamentais:
i) Definição do problema ii) Recolha de dados iii) Análise de dados
Este processo é, de forma geral, semelhante ao sugerido na norma ISO 15686-1:2000 (ISO, 2000).
No Quadro 2.4 apresenta-se quer o procedimento geral, quer o procedimento adotado especificamente na realização da presente dissertação.
Na fase de definição do problema é estabelecido o âmbito do estudo a desenvolver que se traduz na definição de os materiais em análise, nas suas características, no seu contexto de aplicação, nas condições ambientais e possíveis fatores de degradação a que estes estão (ou estarão) expostos, na verificação dos mecanismos de degradação e possíveis anomalias, na seleção de ensaios que serão utilizados na fase de recolha de dados e, finalmente, na escolha do tipo de análise de dados a utilizar e no output pretendido.
A fase de recolha de dados pretende fornecer a informação necessária sobre os mecanismos de degradação e as anomalias do material e a forma como as suas características, os fatores ambientais e outros fatores de degradação influenciam a evolução daqueles mecanismos.
Na fase de análise de dados, toda a informação recolhida na fase anterior é utilizada para construir modelos de degradação e obter estimativas da vida útil do material.
Nos subcapítulos seguintes do presente capítulo aborda-se, de uma forma mais pormenorizada, cada uma destas três fases do processo de previsão da vida útil de materiais e componentes de construção. No entanto, note-se que algumas das técnicas, ensaios ou metodologias que serão apresentadas não foram seguidas no desenvolvimento da presente dissertação. A sua apresentação no atual contexto apenas é efetuada com o objetivo de expor as principais metodologias utilizadas na investigação relacionada com a previsão da vida útil de materiais, ou componentes de construção.
2.4.
Definição do problema
2.4.1. Materiais e componentes em estudo
A definição dos materiais e componentes que vão ser abordados no presente estudo é o ponto de partida para a metodologia de previsão da vida útil que será adotada.
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Quadro 2.4 – Procedimento geral das metodologias de previsão da vida útil de materiais e componentes de construção, com indicação do procedimento adotado na presente dissertação (realce com cor) baseado em Garrido,
M. (2010). i) DEFINIÇÃO DO PROBLEMA Especificação dos materiais ou componentes em estudo Caracterização das propriedades dos materiais ou componentes Identificação do contexto de aplicação dos materiais ou componentes Especificação dos requisitos de desempenho Identificação dos agentes de degradação Especificação dos fatores de degradação
ii) RECOLHA DE DADOS
Metodologias de curto prazo
Metodologias de longo prazo Ensaios acelerados laboratoriais Ensaios acelerados de campo Ensaios de campo Inspeção de edifícios em serviço Edifícios experimentais Exposição de espécimes em serviço
iii) ANÁLISE DE DADOS
Teoria da
Fiabilidade Método Fatorial
Modelos determinísticos Modelos estocásticos Modelos de engenharia
2.4.2. Caracterização do material ou componente
É necessário identificar e definir as principais características do material ou componente em estudo para que se possa determinar qual a influência dos vários factores na durabilidade daquele material ou componente. Por exemplo, no caso das pinturas podem ser considerados os seguintes fatores:
Espessura de Tinta
Ligante da Tinta
Outros fatores que não estão diretamente relacionados com características intrínsecas do material ou componente, mas que têm influência no seu comportamento futuro, deverão também ser considerados:
Montagem
Localização
Orientação.
No presente trabalho, abordar-se-á apenas algumas dessas características, que serão desenvolvidas no subcapítulo 4.5.
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2.4.3. Identificação do contexto de aplicação do material ou componente
É essencial definir o contexto de aplicação do material ou componente. Este contexto refere-se tanto ao local de aplicação no edifício, como à própria localização geográfica do edifício em si. De facto, uma completa contextualização será aquela que é feita nas escalas macro, meso, local e micro, como apresentadas por Haagenrud (1997).
Esta contextualização permitirá determinar quais os fatores de degradação mais importantes para o material ou componente em estudo. Neste contexto, é fácil perceber a importância desta contextualização relativamente a um elemento metálico. A degradação sofrida será diferente se este se localizar no ártico, numa zona costeira, numa zona tropical, ou num deserto com muito baixa humidade; ou, para uma mesma localização geográfica, se este elemento se localizar no interior do edifício ou na envolvente exterior deste, à vista.
Figura 2.1 - Escalas de análise dos materiais e componentes de edifícios [Westberg et al. (2001), adaptado de Haagenrud (1997)].
2.4.4. Especificação dos requisitos de desempenho
A vida útil de um material ou componente não é um valor absoluto, uma vez que depende do conceito de utilidade do material ou componente. Este conceito é naturalmente subjetivo, dependendo das perceções e exigências de cada indivíduo. Assim, para definir a vida útil de um material ou componente é necessário explicar que existem dois tipos de vida útil nomeadamente, a estrutural e a funcional. Para além disso, é, igualmente, relevante conhecer as exigências ou requisitos de desempenho pretendidos para esse material ou componente.
Definidos esses requisitos, a vida útil poderá, então, ser determinada como sendo o período de tempo durante o qual o material ou componente é capaz de cumprir satisfatoriamente as exigências requeridas pelo seu desempenho. Por outras palavras, a vida
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útil de um material ou componente é o período de tempo, após a instalação, durante o qual este consegue igualar ou exceder um determinado nível mínimo de desempenho.
A especificação desses níveis mínimos ou requisitos de desempenho caberá ao gestor do edifício / infra-estrutura. Dessa decisão dependerá a frequência, o tipo e o custo das ações de manutenção empreendidas no restabelecimento destes níveis mínimos de desempenho.
Gráfico 2.1– Representação esquemática da evolução (vários tipos de curva) de uma propriedade de um material ou componente e do patamar que define o nível mínimo de desempenho admissível para essa
propriedade (Masters et al., 1987).
No decurso da vida da construção e com base numa decisão de imperativos económicos, ela pode ser reabilitada para reduzir os efeitos da degradação ou reabilitada/reforçada para obter melhores condições de serviço. Estas operações permitem incrementar a vida útil residual da construção na altura da intervenção.
Esquematicamente, quando se toma uma decisão sobre a vida de uma construção (ponto A, tempo T1, do Gráfico 2.2), podem ser tomadas três opções:
Curva 1 – demolir a construção (tempo de vida T1);
Curva 2 – deixar como está (tempo de vida T2m ainda que o término do seu uso ocorra para T’2 > T2);
Curva 3 – reabilitar ou reforçar a construção (tempo de vida T3 > T2 e término do uso para T’3 > T3).
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Como já foi referido, a decisão sobre o fim da vida útil da construção é, basicamente, de índole económica, sendo de índole técnica apenas a quantificação da taxa de degradação (curvas do Gráfico 2.2) e a definição do nível de qualidade mínimo.
A qualidade de uma construção é um conceito geral utilizado no Gráfico 2.2 para ajudar na definição da sua vida útil. Fundamentalmente, relaciona-se com dois aspetos que sofrem a acção da degradação ao longo dos anos:
As condições de segurança e serviço (Estruturais) (Figura 2.2)
Figura 2.2 - Elementos Metálicos Estruturais em edifícios
As condições de habitabilidade/funcionalidade (Funcional) (Figura 2.3)
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As condições de segurança e serviço dizem respeito a aspetos relacionados com o colapso, deformação, fendilharão, entre outros. Dependem da evolução das ações e das propriedades dos materiais ao longo do tempo.
As condições de habitabilidade/funcionalidade, sofrem a acção da degradação quando a evolução das necessidades dos utentes é restringida pela geometria fixa ou pela utilização do espaço da construção. Esta evolução é em geral difícil de estimar uma vez que depende frequentemente de decisões humanas. Quando a evolução pode ser analisada estatisticamente, o problema é de mais fácil solução e a vida útil pode ser prevista.
Na presente dissertação considerar-se-á a vida útil funcional, visto tratar-se de elementos metálicos exteriores não estruturais.
2.4.5. Fatores de degradação
Existem inúmeros fatores externos que, agindo sobre os materiais e componentes de construção, desencadeiam mecanismos de degradação provocando a sua deterioração e, consequentemente, afetando a sua vida (Quadro 2.5).
Deste modo é importante considerar a influência destes fatores no desenvolvimento de metodologias de previsão da vida útil de materiais ou componentes de construção. Tal significa que devem ser identificados e, se possível, monitorizar ou controlar o seu efeito.
Quadro 2.5 – Agentes de degradação que afetam a vida útil dos materiais e componentes de construção (adaptado da norma ISO 6241:1984).
Natureza Classe Exemplos
Agentes mecânicos
Gravíticos Cargas devidas à neve, cargas devidas a água das chuvas Forças e deslocamentos Formação de gelo, expansão e contração,
deslizamento de terras, fluência Energia cinética Impactos, tempestades de areia, golpes de aríete (canalizações) Vibrações e ruídos Escavação de túneis, vibrações devidas ao trânsito ou
a aparelhos instalados, sismos, explosões Agentes
eletromagnéticos
Radiação Solar / UV, radiação radioativa Eletricidade Reações eletrolíticas, relâmpagos Magnetismo Campos magnéticos Agentes térmicos Níveis extremos ou alterações
rápidas
Calor, temperaturas abaixo de 0ºC, choques térmicos, incêndios
Agentes químicos
Água e solventes Humidade do ar, água freática, álcool Agentes oxidantes Oxigénio, desinfetantes, lixívia Agentes redutores Sulfitos, amónia, agentes comburentes
Ácidos Ácido carbónico, dejetos de aves, vinagres Bases Cal, hidróxidos, cimento
Sais Nitratos, fosfatos, cloretos Quimicamente neutros Poeiras, calcário, gorduras, óleos, tintas Agentes
biológicos
Vegetais e microbiais Bactérias, bolores, fungos, algas, raízes Animais Roedores, insetos, aves
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Estes agentes de degradação podem englobar agentes de várias naturezas, existindo várias classificações possíveis. No Quadro 2.5 é apresentada, a título de exemplo, a classificação da norma ISO 6241:1984, que agrupa estes agentes em agentes mecânicos, eletromagnéticos, térmicos, químicos ou biológicos.
No presente trabalho, todos os agentes exercerão influência na previsão da vida útil dos elementos em estudo, mas apenas focaremos alguns, como é o caso de:
Impactos (Agentes mecânicos);
Radiação solar (Agentes eletromagnéticos);
Águas e solventes (Agentes químicos);
Cloretos (Agentes químicos).
O conceito de “fator de degradação” utilizado na presente dissertação engloba qualquer fator que possa influenciar a durabilidade do material ou componente em estudo. Estes poderão ser fatores externos ao material ou componente (ex., agentes de degradação), ou fatores internos, associados a características intrínsecas do material (ex., espessura de tinta), ou à sua interação com outros materiais do sistema construtivo (ex., má conceção de projetos).
A especificação dos fatores de degradação a considerar pressupõe que a metodologia adotada tem a capacidade de os identificar, estimar, quantificar, especificar ou monitorizar, para que seja possível estabelecer algum tipo de relação entre a degradação do material e a ação desses fatores.
2.5.
Recolha de dados
Uma vez identificados os materiais ou componentes em estudo, as suas principais características, o seu contexto de aplicação e os fatores e mecanismos de degradação condicionantes, é necessário proceder-se a avaliação do comportamento desses materiais ou componentes sob ação dos fatores identificados no contexto estabelecido. Se não existir informação relativa a essa situação específica, será necessário proceder-se à fase de recolha de dados, a qual visa a obtenção de informação relativa ao desempenho diferido (expressão utilizada com o significado da expressão inglesa “performance over time”7
dos materiais ou componentes, aplicados no contexto e com as características específicas da situação em estudo, e sob ação dos fatores de degradação que surgem nesse contexto.
7 O conceito de “performance over time” de um material pode ser definido como sendo a descrição da
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Esta recolha de dados pode, essencialmente, ser executada por duas vias:
Metodologia de Curto Prazo;
Metodologia de Longo Prazo.
As designações “curto” ou “longo” prazo referem-se ao tipo de degradação que é possível observar com a metodologia em causa: degradações que ocorrem num curto espaço de tempo ou degradações que ocorrem num espaço de tempo longo, respetivamente. Esta designação não se relaciona necessariamente com o tempo que a fase de recolha de dados consome.
2.5.1. Metodologias de curto prazo
Este tipo de metodologia caracteriza-se, geralmente, por submeter os materiais ou componentes a condições de exposição mais severas do que aquelas que seriam encontradas em serviço. Tal significa que os fatores de degradação podem ser caracterizados por maiores intensidades ou por ciclos mais rápidos (maiores frequências de incidência). Como exceção, podemos ter situações em que se averigua a existência de falhas prematuras, isto é, situações em que o material ou componente chega ao fim da sua vida útil muito antes do esperado / desejado, mesmo sob condições normais de exposição.
Deste modo, estas metodologias permitem observar a degradação expectavelmente equivalente à que se verificaria durante o período normal de serviço, mas num intervalo de tempo muito inferior àquele. Este aspeto faz com que os ensaios acelerados sejam uma via bastante procurada nas metodologias de previsão da vida útil (Roy et al., 1996; Jacques, 2000; Perrin et al., 2001; Fekete et al., 2005; Giacardi et al.. 2008; Motohashi, 2008).
Nesta categoria, inserem-se essencialmente dois tipos de ensaios: i. Ensaios acelerados;
ii. Ensaios de campo.
Os ensaios acelerados, geralmente desenvolvidos em condições laboratoriais, envolvem a exposição dos materiais ou componentes a fatores de degradação muito mais intensos e / ou frequentes do que seria expectável encontrar em serviço. Assim, estes fatores são criados artificialmente e visam simular a ação, durante o período de serviço, dos agentes de degradação que se espera serem os mais condicionantes no contexto em causa.
Este tipo de ensaios permite isolar fatores de degradação, tendo em vista avaliar a sua ação direta sobre os materiais ou componentes em estudo, facilitando a determinação dos mecanismos de degradação provocados por cada agente. Simultaneamente, é possível obter esses resultados em intervalos de tempo relativamente curtos, o que pode ser particularmente
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interessante para os fabricantes de materiais de componentes que pretendam alcançar um ritmo rápido e competitivo no desenvolvimento do produto.
No entanto, esta é uma vantagem relativa, na medida em que é necessária precaução na interpretação e uso dos resultados provenientes de ensaios acelerados, uma vez que a sua correlação com a degradação que ocorre em exposição real nas condições de serviço é questionável (Martin et al., 1994; Johnson et al., 1996; Mallon et al., 2002). O facto de as condições de exposição serem obtidas por meios artificiais, acrescido da agravante de as suas intensidades e / ou frequências assumirem valores muito acima dos esperados em serviço, aumenta o risco de se originarem mecanismos de degradação que não ocorreriam numa exposição normal.
De forma semelhante, também os mecanismos de degradação que de facto ocorrem sob condições normais de exposição, os quais se pretende reproduzir laboratorialmente, podem não ser obtidos num regime de aceleração da degradação. A contribuir para esta incerteza, temos de considerar o número de fatores em atuação simultânea nestes ensaios que é, geralmente, reduzido, pois, regra geral, utiliza-se apenas um ou dois fatores, não sendo comuns ensaios acelerados com mais do que três fatores simultâneos. Tendo em consideração a natureza sinergética dos fenómenos de degradação, esta limitação do número de fatores em atuação simultânea pode também reduzir o espectro dos mecanismos de degradação que são de facto induzidos nos ensaios acelerados.
Com base nestas considerações, a utilidade dos resultados dos ensaios acelerados poderá ser posta em causa. Todavia, estes ensaios, pelas suas características, constituem uma ferramenta muito interessante para o estudo da relação “causa-efeito” entre fatores e mecanismos de degradação, carecendo apenas de prudência e julgamento experiente na análise e extrapolação dos seus resultados.
Os ensaios de campo consistem na exposição de espécimes de teste em determinadas localizações, ficando, assim, sujeitos à ação dos fatores de degradação ali presentes, os quais devem ser monitorizados e registados ao longo da duração do ensaio. Este tipo de ensaio pode assumir uma duração variável, de acordo com os objetivos pretendidos. Aqui será considerado como um ensaio de curta duração, pois será usado como se o local de exposição utilizado fosse escolhido por apresentar intensidades e / ou frequências acima da média (ou acima das que se verificarão expectavelmente nas condições reais de serviço) para um dado fator de degradação. Nestas situações, e apesar de a duração típica dos ensaios ser superior à dos ensaios laboratoriais acelerados, na realidade o que se pretende é acelerar os mecanismos de degradação para reduzir o tempo do ensaio.
Um exemplo clássico deste tipo de ensaio é a exposição em Miami, Florida, EUA, caracterizada pelos elevados níveis de radiação UV, humidade e temperatura (Martin et al., 1994; Johnson et al., 1996). Exemplos de outros locais geralmente utilizados neste tipo de
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ensaios podem ser encontrados em Wittman, Arizona, EUA, ou Hoek van Holland, nos Países Baixos, este último caracterizado pelo seu ambiente misto marítimo e industrial (Johnson et al. 1996).
Estes ensaios têm a vantagem de permitir testar os materiais sob condições de exposição real, com um grau de aceleração inferior o que, à partida, permitirá reduzir os riscos associados à utilidade dos resultados referidos para os ensaios acelerados. Porém, apesar de aqui serem apresentados como ensaios de curto prazo, os períodos de ensaio poderão ser, efetivamente, demasiado longos quando se pretende obter rapidamente informações sobre o desempenho diferido de um dado material ou componente.
Neste contexto é, ainda, importante referir a existência de alguns tipos particulares de ensaios que associam características dos ensaios acelerados aos ensaios de campo. É, por exemplo, o caso dos ensaios realizados pelos métodos EMMA e EMMAQUA a espécimes de pinturas poliméricas (Johnson et al., 1996).
O ensaio EMMA8 é um ensaio de campo que utiliza um conjunto de dez espelhos de alumínio, colocados de modo a intensificar a radiação solar natural que incide nos espécimes de teste. Desta forma, atinge-se um fator de aceleração da degradação de cinco a seis vezes superior ao das condições de serviço (Johnson et al., 1996). O ensaio EMMAQUA é semelhante ao ensaio anterior, registando-se, apenas, a adição de um ciclo de pulverização de água sobre os espécimes de teste.
2.5.2. Metodologias de longo prazo
Neste tipo de metodologias procura-se obter dados a partir de observações da degradação que ocorre a longo prazo. Aplica-se aqui o conceito de que a observação da degradação real dos materiais e componentes, quando expostos em condições de serviço, elimina o risco de ocorrência de mecanismos de degradação artificiais. Adicionalmente, é possível analisar diretamente o seu desempenho diferido quando expostos às verdadeiras condições de serviço. Deste modo, observam-se as verdadeiras taxas de degradação, ao invés de taxas de degradação acelerada. Tal metodologia tem a vantagem de permitir o uso direto dos dados recolhidos para a elaboração de previsões da vida útil, o que se torna impossível com os resultados provenientes de ensaios acelerados, uma vez que as taxas de degradação acelerada carecem de posterior transformação em taxas reais, para que seja possível o seu uso nestas previsões.
Existem quatro abordagens básicas para a obtenção de dados de degradação com metodologias de longo prazo. Estas são i) os ensaios de campo, ii) a inspeção de edifícios em
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serviço, iii) a utilização de edifícios experimentais e iv) a exposição de espécimes em serviço (Sjöström et al., 1991; ISO, 2000).
Os ensaios de campo, como referido anteriormente, podem ser utilizados como metodologia de curto ou longo prazo, dependendo da sua conceção. Quando os fatores de degradação utilizados e os seus respetivos níveis (intensidade, frequência, etc.) são em tudo semelhantes aos encontrados em condições de serviço, estes ensaios inserem-se na categoria dos ensaios de longo prazo, uma vez que a degradação que irá ser observada é semelhante àquela que ocorrerá em serviço.
Os ensaios de campo podem ser conduzidos nos locais onde os materiais ou componentes irão ser colocados em serviço, ou em locais com condições de exposição muito semelhantes. Na análise dos dados provenientes destes ensaios é necessário ter em consideração que (Sjöström et al., 1991):
I. Os resultados obtidos dependem fortemente do local de exposição utilizado, pelo que a sua transposição para localizações geográficas diferentes não é simples;
II. As condições de exposição, e em particular o clima, não se repetem de período para período, pelo que os dados recolhidos são específicos do período efetivo do ensaio, o que significa que a sua transposição para outros períodos de exposição deve ser feita de forma cautelosa.
Uma vez que os fatores de degradação e respetivos níveis são característicos do local e período temporal do ensaio, torna-se essencial proceder à monitorização e registo constante desses níveis durante o decurso do ensaio, pois apenas com essa informação será possível caracterizar cabalmente as condições do ensaio e analisar corretamente os resultados obtidos, ou compará-los com os resultados obtidos noutros ensaios semelhantes, conduzidos noutras localizações ou noutros períodos temporais.
A inspeção de edifícios em serviço consiste na observação de edifícios reais que não foram inicialmente concebidos para utilização em metodologias de previsão da vida útil. Podem ser inspecionados materiais ou componentes específicos, obtendo-se informação relativa à verdadeira degradação que ocorre nas condições de exposição em serviço.
No entanto, é necessário que seja feita a caracterização das condições de exposição em serviço. A obtenção de dados concretos e fiáveis, relativos aos fatores de degradação que atuaram sobre os materiais e componentes durante o seu período de exposição, poderá constituir uma tarefa complexa. De facto, as condições de exposição não são controláveis e, à partida, não foram monitorizadas nem registadas ao nível local. Para contornar esta dificuldade, alguns autores sugerem a utilização e adaptação dos dados climatéricos existentes (Westberg et al., 2001). Estes dados, tal como aqueles que são recolhidos pelo Instituto de
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Meteorologia, I.P., no caso de Portugal, podem ser utilizados em modelos de simulação das condições de exposição locais.
Como exemplo desta abordagem, considerou-se o estudo de Paulo (2009), que utilizou um modelo de simulação da velocidade do vento ao nível das fachadas dos edifícios, o qual determina uma distribuição de velocidades médias ao nível das ruas onde os edifícios se localizam. Este modelo utiliza dados relativos a velocidades médias mensais e diárias para a zona de localização dos edifícios (a uma escala meso), recolhidos no Instituto de Meteorologia, I.P., e medições da velocidade do vento ao nível local, associadas a um valor médio da velocidade do vento, à escala meso, para o dia das medições.
Neste tipo de metodologia de obtenção de dados existe também a necessidade de caracterização dos materiais e componentes inspecionados. Esta caracterização contempla dados relativos às suas propriedades intrínsecas, às condições de aplicação, ao momento da aplicação / instalação e às possíveis ações de manutenção, empreendidas ao longo do período de exposição. No caso particular das pinturas de fachadas, as propriedades intrínsecas referentes a características como a espessura da película de tinta, o seu ligante ou a sua aderência ao substrato, as condições de aplicação (correspondendo à preparação do substrato antes da pintura) e as condições ambientais naquele momento (ex.: temperatura, humidade relativa, velocidade do vento) revelam-se determinantes.
Deste modo, para se conhecer uma forma mais rigorosa e aprofundada as características dos materiais, é possível recorrer à realização de ensaios de caracterização de determinadas propriedades. Estes ensaios deverão ser, preferencialmente, não destrutivos e pouco intrusivos, uma vez que os edifícios a inspecionar serão edifícios em serviço, os quais estarão ocupados e em funcionamento. Neste contexto, assume-se como importante condicionar o mínimo possível as atividades alojadas nesses edifícios e garantir uma perda nula no seu valor patrimonial.
Relativamente à determinação dos momentos de aplicação dos materiais ou componentes, ou de eventuais ações de manutenção sobre eles empreendidas, esta informação poderá estar disponível em arquivos municipais, serviços camarários ou outros registos de autoridades locais. Existe também a hipótese de obter essa informação através dos ocupantes do edifício. No entanto, esta última alternativa poderá ter o inconveniente de fornecer informações pouco seguras e fiáveis, sobretudo quando não existam registos concretos para as corroborar.
Quando se utiliza edifícios experimentais, faz-se também uma abordagem baseada na inspeção de edifícios. A grande diferença relativamente ao caso anterior é que nesta situação existe, efetivamente, um controlo muito maior sobre todas as condições experimentais, uma vez que todos os edifícios experimentais foram concebidos com o intuito de incorporar e expor materiais ou componentes específicos em condições de serviço. Assim, é possível saber
