Previsão da vida útil de rebocos de fachadas de
edifícios antigos
Metodologia baseada na inspeção de edifícios em serviço
Paulo Jorge Amaral Anselmo
Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em
Engenharia Civil
Júri
Presidente:
Prof. Doutor Jorge Manuel Caliço Lopes de Brito
Orientador:
Prof. Doutor Pedro Miguel Dias Vaz Paulo
Vogal:
Prof. Doutor Fernando António Baptista Branco
Título:
Previsão da vida útil de rebocos de fachadas de edifícios antigos – Metodologia baseada na inspeção de edifícios em serviçoAutoria:
Paulo Jorge Amaral AnselmoCurso de mestrado em:
Engenharia CivilOrientador:
Prof. Pedro Vaz PauloSumário
O desenvolvimento de metodologias para a previsão da vida útil de materiais e componentes de construção assume um papel preponderante na conjuntura económica atual. A definição de limites de degradação aceitáveis e a previsão do tempo até que esses limites sejam alcançados permitem uma gestão racional e planificada dos recursos financeiros existentes para futuras intervenções de manutenção e reabilitação, durante o período em serviço, do património edificado.
Na pressente dissertação, propõe-se desenvolver uma metodologia de previsão de vida útil de revestimentos de reboco de fachadas antigas. Esta metodologia surge na sequência de outras dissertações que, ao longo dos últimos anos, têm vindo a desenvolver uma metodologia de estimativa de vida útil de materiais e componentes de construção baseada na inspeção de edifícios em serviço. Esta investigação pretende analisar, com recurso a gráficos de degradação e modelos determinísticos, a influência de quatro fatores de degradação, adotados neste estudo, na evolução do destacamento de rebocos antigos. Para a caracterização destes fatores e quantificação da anomalia (destacamento do reboco), foram realizadas inspeções a 100 edifícios localizados na cidade de Lisboa com construção anterior a 1930.
Estas inspeções permitiram verificar a capacidade do método em fornecer ferramentas analíticas aplicáveis na realização de estimativas de vida útil de rebocos de fachadas antigas, em função dos diferentes fatores de degradação.
Palavras-Chave:
Vida útil, Metodologia de previsão da vida útil, Rebocos de fachadas, Quantificação de anomalias, Fatores de degradação, Gráficos de degradação, Modelos determinísticos.Title:
Service life prediction of mortar coatings in traditional buildings – Methodology based on the inspection of in-use buildingsAbstract
The development of methodologies for predicting the service life of construction materials and components assumes a preponderant role in the present economic situation. The definition of acceptable degradation limits and the prediction of the time until these limits are reached allow a rational and planned management of the existing financial resources for future maintenance and rehabilitation interventions, during the in service period, of the built heritage.
In the present dissertation is proposed to develop a methodology for the prediction of the service life of the mortar coating of ancient facades. This methodology follows in the sequence of other dissertations that, in the past few years, have been developing a methodology for the estimation of the service life of construction materials and components based on the inspection of in-use buildings.
This investigation intends to analyze, resorting to degradation graphics and deterministic models, the influence of four degradation factors, adopted in this study, in the evolution of the spalling of old mortars. For the characterization of these factors and the quantification of the anomaly detachment of the mortar, have been made inspections to 100 buildings localized in the city of Lisbon with construction dates prior to 1930.
This inspections, have allowed verifying the capacity of the method to provide analytical tools to ultimate the service life of mortars of ancient facades, as a function of the various degradation factors.
Keywords:
Service life, Service life prediction methodology, Mortar coatings, Anomalies quantification, Degradation factors, Degradation graphics, Deterministic models.Agradecimentos
Em primeiro lugar, quero começar por agradecer aos meus pais. O seu apoio incondicional, o seu incentivo, e os seus sacrifícios em prol do meu desenvolvimento pessoal e humano, e sobretudo o “acreditar” nas minhas capacidades, foram essenciais para ultrapassar todas as fases deste longo percurso.
Não poderia deixar de agradecer ao meu orientador, o Prof. Pedro Vaz Paulo, com quem tive o privilégio de trabalhar no desenvolvimento da minha dissertação, por todo o apoio e disponibilidade prestada, sua simpatia e paciência, foram fundamentais na conclusão deste ciclo.
À minha restante família e amigos, com quem tive o privilégio de partilhar este trajeto, o meu sincero obrigado.
Índice geral
SUMÁRIO ... I ABSTRACT ... III AGRADECIMENTOS ... V ÍNDICE GERAL ... VII ÍNDICE DE FIGURAS ... X ÍNDICE DE QUADROS ... XIII
1. INTRODUÇÃO ... 1
1.1. Considerações gerais ... 1
1.2. Âmbito e objetivos da dissertação ... 1
1.3. Plataforma BuildingsLife ... 3
1.4. Estrutura da dissertação ... 4
2. CONCEITOS BÁSICOS NA PREVISÃO DA VIDA ÚTIL ... 5
2.1. Enquadramento geral do tema... 5
2.2. Conceito de vida útil ... 5
2.2.1. Critérios de análise de vida útil ... 6
2.2.2. Fim da vida útil ... 7
2.2.3. Influência da manutenção na vida útil ... 8
2.3. Procedimento geral da previsão da vida útil ... 9
2.3.1. Metodologia de recolha de dados ... 10
2.3.2. Metodologia de previsão da vida útil ... 13
2.3.3. Definição do problema ... 20
2.4. Enquadramento normativo ... 23
3. CONCEITOS GERAIS DAS ARGAMASSAS ... 27
3.1. Considerações gerais ... 27 3.2. Enquadramento histórico ... 27 3.3. Materiais constituintes ... 28 3.3.1. Ligantes ... 28 3.3.2. Agregados ... 31 3.3.3. Água ... 31 3.3.4. Adjuvantes e adições ... 32
3.4. Formulação de argamassas ... 32
3.5. Exigências funcionais ... 33
3.6. Rebocos tradicionais ... 35
3.7. Patologia ... 37
3.7.1. Perda de aderência/destacamento de reboco ... 41
3.7.2. Perda de coesão/desagregação de reboco ... 42
4. METODOLOGIA DE INVESTIGAÇÃO ... 44
4.1. Objetivo e âmbito do trabalho de campo ... 44
4.2. Critérios adotados na seleção de casos ... 45
4.2.1. Descrição detalhada dos conjuntos estudados ... 45
4.3. Inspeções e trabalho de campo ... 46
4.3.1. Registo fotográfico ... 46
4.3.2. Medição das dimensões da fachada ... 47
4.3.3. Recolha de amostras de reboco ... 48
4.3.4. Dureza do reboco – FD1 ... 48
4.3.5. Textura da pelicula de tinta – FD2 ... 49
4.3.6. Orientação solar da fachada – FD3 ... 49
4.3.7. Espessura do reboco – FD4 ... 50
4.3.8. Data da última intervenção de manutenção na fachada ... 50
4.4. Elaboração da imagem da fachada ... 51
4.4.1. Montagem da fotografia da fachada ... 51
4.4.2. Ortogonalização da fotografia da fachada ... 51
4.5. Quantificação do destacamento de reboco ... 52
4.5.1. Plataforma informática BuildingsLife ... 52
4.5.2. Aplicação PhotoMeasure... 53
4.6. Análise de dados e ajuste das curvas de degradação ... 54
4.7. Resumo da metodologia ... 56
5. ANÁLISE DE RESULTADOS ... 58
5.1. Considerações gerais ... 58
5.2. Descrição da amostra e dados base ... 58
5.3. Gráfico de degradação geral... 60
5.4. Influência dos fatores de degradação ... 63
5.4.1. Influência da dureza do reboco (FD1) ... 63
5.4.3. Influência da orientação solar (FD3) ... 68
5.4.4. Influência da espessura do reboco (FD4) ... 71
5.5. Combinação de fatores de degradação ... 73
5.5.1. Dureza do reboco e textura da pelicula de tinta (Combinação 1) ... 74
5.5.2. Dureza do reboco e orientação solar (Combinação 2) ... 77
5.5.3. Dureza do reboco e espessura do reboco (Combinação 3) ... 81
5.6. Síntese dos resultados obtidos ... 84
6. CONCLUSÃO... 86
6.1. Considerações finais ... 86
6.2. Conclusões gerais ... 86
6.2.1. Conclusões relativas à influência dos fatores de degradação ... 86
6.2.2. Conclusões relativas à análise combinada de fatores ... 90
6.2.3. Conclusões relativas à comparação entre estudos ... 91
6.2.4. Conclusões relativas ao modelo proposto ... 93
6.3. Desenvolvimentos futuros ... 94
6.3.1. Melhoria da amostra analisada ... 94
6.3.2. Melhoria na recolha de informação ... 94
6.3.3. Melhorias ao estudo e metodologia proposta ... 95
REFERÊNCIAS ... 96 ANEXO I–FICHA DE INSPEÇÃO ... A ANEXO II–FOTOGRAFIAS DAS FACHADAS ... C ANEXO III–CARACTERIZAÇÃO DA AMOSTRA DO ESTUDO ...G ANEXO IV–CARATERIZAÇÃO DOS FATORES DE DEGRADAÇÃO ... I
Índice de figuras
Figura 2.1 – Relação entre a perda de desempenho das propriedades de um elemento e os mínimos aceitáveis,
com identificação daquela que condiciona o fim da vida útil. ... 8
Figura 2.2 – Influência das atividades de manutenção no cumprimento dos níveis mínimos aceitáveis. ... 8
Figura 2.3 – Procedimento geral das metodologias de previsão da vida útil de materiais e componentes de construção, com indicação do procedimento adotado na presente dissertação. ... 9
Figura 2.4 – Andamento geral de uma curva de Gompertz. ... 17
Figura 2.5 – Andamento geral de uma curva potencial. ... 17
Figura 2.6 – Andamento geral das curvas Weibull. ... 18
Figura 2.7 – Exemplo do destacamento de reboco e da película de tinta. ... 20
Figura 2.8 – Escalas de análise dos materiais e componentes de edifícios. ... 21
Figura 3.1 – Exemplos de alvenarias de edifícios antigos ... 35
Figura 3.2 – Exemplo de reboco antigo multicamada ... 35
Figura 3.3 – Esquema de principais agentes e causas de degradação. ... 38
Figura 3.4 – Exemplo de perda de aderência/destacamento de reboco ... 41
Figura 3.5 – Exemplo de perda de coesão/desagregação de reboco ... 43
Figura 4.1 – Localização dos edifícios que compõem a amostra ... 46
Figura 4.2 – Fotografias parciais do edifício PA059 ... 47
Figura 4.3 – Exemplo das dimensões (m) da fachada de um dos edifícios inspecionados. ... 47
Figura 4.4 – Amostras de reboco ... 48
Figura 4.5 – Ilustração dos 3 tipos de tinta: a) lisa; b) texturada; c) membranas ... 49
Figura 4.6 – Sistema de classificação das orientações solares das fachadas ... 50
Figura 4.7 – Montagem da fotografia da fachada do edifício PA059 ... 51
Figura 4.8 – Ortogonalização da fotografia da fachada do edifício PA059 ... 52
Figura 4.9 – Delimitação das áreas com destacamento de reboco utilizando a aplicação PhotoMeasure ... 53
Figura 4.10 – Exemplo ilustrativo da medição do erro nas abcissas e nas ordenadas do gráfico de degradação. 54 Figura 5.1 – Gráfico de degradação geral. ... 60
Figura 5.2 – Curvas de degradação gerais. ... 62
Figura 5.3 – Influência do fator “FD1: dureza do reboco”, modelação com curvas de Gompertz. ... 64
Figura 5.4 – Modelação com as curvas de Gompertz com o fator de degradação "dureza do reboco” efetuado por Paulo (2009). ... 64
Figura 5.5 – Influência do fator “FD2: textura da pelicula de tinta”, modelação com curvas de Gompertz. ... 66
Figura 5.6 – Modelação com as curvas de Gompertz com o fator de degradação "textura da pelicula” efetuado por Garrido (2010). ... 67
Figura 5.8 – Influência do fator “FD3: orientação solar”, modelação com curvas de Gompertz ... 70 Figura 5.9 – Modelação com as curvas de Gompertz com a combinação de fatores de degradação "orientação solar” e “textura da pelicula de tinta” efetuado por Costa (2011). ... 70 Figura 5.10 – Influência do fator “FD4: espessura do reboco”, modelação com curvas de Gompertz ... 72 Figura 5.11 – Combinação entre os fatores “FD1: dureza do reboco – nível 1” e “FD2: textura da pelicula de tinta”, modelação com curvas de Gompertz. ... 74 Figura 5.12 – Combinação entre os fatores “FD1: dureza do reboco – nível 2” e “FD2: textura da pelicula de tinta”, modelação com curvas de Gompertz. ... 75 Figura 5.13 – Combinação entre os fatores “FD1: dureza do reboco – nível 3” e “FD2: textura da pelicula de tinta”, modelação com curvas de Gompertz. ... 76 Figura 5.14 – Comparação entre as várias combinações efetuadas entre os fatores “dureza do reboco” e “textura da película de tinta”. ... 77 Figura 5.15 – Combinação entre os fatores “FD1: dureza do reboco – nível 1” e “FD3: orientação solar ”, modelação com curvas de Gompertz. ... 78
Figura 5.16 – Combinação entre os fatores “FD1: dureza do reboco – nível 2” e “FD3: orientação solar”, modelação com curvas de Gompertz. ... 79 Figura 5.17 – Combinação entre os fatores “FD1: dureza do reboco – nível 3” e “FD3: orientação solar”, modelação com curvas de Gompertz. ... 80 Figura 5.18 – Comparação entre as várias combinações efetuadas entre os fatores “dureza do reboco” e “orientação solar”. ... 80 Figura 5.19 – Combinação entre os fatores “FD1: dureza do reboco – nível 1” e “FD4: espessura do reboco”, modelação com curvas de Gompertz. ... 81 Figura 5.20 – Combinação entre os fatores “FD1: dureza do reboco – nível 2” e “FD4: espessura do reboco”, modelação com curvas de Gompertz. ... 82 Figura 5.21 – Combinação entre os fatores “FD1: dureza do reboco – nível 3” e “FD4: espessura do reboco”, modelação com curvas de Gompertz. ... 83 Figura 5.22 – Comparação entre as várias combinações efetuadas entre os fatores “dureza do reboco” e “espessura do reboco”. ... 84
Índice de quadros
Quadro 2.1 – Subfactores relevantes na análise dos fatores relacionados com as características intrínsecas das
pinturas ... 15
Quadro 2.2 – Agentes de degradação que afetam a vida útil dos materiais e componentes de construção ... 22
Quadro 2.3 – Normas da serie ISO 15686. ... 25
Quadro 3.1 – Classificação dos ligantes de acordo com a natureza da matéria-prima. ... 29
Quadro 3.2 – Exemplos de adjuvantes e adições ... 32
Quadro 3.3 – Exigências funcionais e requisitos de desempenho de rebocos tradicionais. ... 34
Quadro 3.4 – Anomalias predominantes nos rebocos antigos ... 39
Quadro 4.1 – Quadro resumo da metodologia adotada. ... 56
Quadro 5.1 – Distribuição da amostra de edifícios inspecionados por intervalos de idade dos rebocos de fachada. ... 58
Quadro 5.2 – Distribuição da amostra de edifícios inspecionados por intervalos de destacamento de revestimentos de reboco. ... 59
Quadro 5.3 – Distribuição da amostra de edifícios inspecionados pelos fatores de degradação. ... 60
Quadro 5.4 – Equações das curvas de degradação e respetivos valores de EQMD, EQMT e EQMC obtidos no ajuste ao gráfico de degradação geral. ... 61
Quadro 5.5 – Equações das curvas de degradação e respetivos valores de EQMD, EQMT e EQMC obtidos no ajuste ao gráfico de degradação com aplicação do fator “FD1: dureza do reboco”. ... 63
Quadro 5.6 – Quadro comparativo dos estudos realizados por Anselmo, (2012) e Paulo, (2009). ... 65
Quadro 5.7 – Equações das curvas de degradação e respetivos valores de EQMD, EQMT e EQMC obtidos no ajuste ao gráfico de degradação com aplicação do fator “FD2: textura da película de tinta”. ... 66
Quadro 5.8 - Quadro comparativo dos estudos realizados por Anselmo, (2012) e Garrido, (2010). ... 67
Quadro 5.9 – Equações das curvas de degradação e respetivos valores de EQMD, EQMT e EQMC obtidos no ajuste ao gráfico de degradação com aplicação do fator “FD3: orientação solar”. ... 68
Quadro 5.10 – Quadro resumo do andamento das curvas de degradação para o fator “orientação solar”. ... 69
Quadro 5.11 – Equações das curvas de degradação e respetivos valores de EQMD, EQMT e EQMC obtidos no ajuste ao gráfico de degradação com aplicação do fator “FD3: orientação solar” (2 conjuntos de fachadas). ... 69
Quadro 5.12 - Quadro comparativo dos estudos realizados por Anselmo, (2012) e Costa, (2011). ... 71
Quadro 5.13 – Equações das curvas de degradação e respetivos valores de EQMD, EQMT e EQMC obtidos no ajuste ao gráfico de degradação com aplicação do fator “FD4: espessura do reboco”. ... 71
Quadro 5.14 - Quadro resumo do andamento das curvas de degradação para o fator “espessura do reboco”. ... 73
Quadro 5.15 – Quadro resumo das combinações de fatores de degradação considerados. ... 73
Quadro 5.16 – Equações das curvas de degradação e respetivos valores de EQMD, EQMT e EQMC obtidos com a aplicação simultânea dos fatores “FD1: dureza do reboco – nível 1” e “FD2: textura da película de tinta”. ... 74
Quadro 5.17 – Equações das curvas de degradação e respetivos valores de EQMD, EQMT e EQMC obtidos com a aplicação simultânea dos fatores “FD1: dureza do reboco – nível 2” e “FD2: textura da película de tinta”. ... 75
Quadro 5.18 – Equações das curvas de degradação e respetivos valores de EQMD, EQMT e EQMC obtidos com a aplicação simultânea dos fatores “FD1: dureza do reboco – nível 3” e “FD2: textura da película de tinta”. ... 76 Quadro 5.19 – Equações das curvas de degradação e respetivos valores de EQMD, EQMT e EQMC obtidos com a aplicação simultânea dos fatores “FD1: dureza do reboco – nível 1” e “FD3: orientação solar”. ... 77 Quadro 5.20 – Equações das curvas de degradação e respetivos valores de EQMD, EQMT e EQMC obtidos com a aplicação simultânea dos fatores “FD1: dureza do reboco – nível 2” e “FD3: orientação solar”. ... 78 Quadro 5.21 – Equações das curvas de degradação e respetivos valores de EQMD, EQMT e EQMC obtidos com a aplicação simultânea dos fatores “FD1: dureza do reboco – nível 3” e “FD3: orientação solar”. ... 79 Quadro 5.22 – Combinação entre os fatores “FD1: dureza do reboco – nível 1” e “FD3: espessura do reboco”, modelação com curvas de Gompertz. ... 81 Quadro 5.23 – Combinação entre os fatores “FD1: dureza do reboco – nível 2” e “FD3: espessura do reboco”, modelação com curvas de Gompertz. ... 82 Quadro 5.24 – Combinação entre os fatores “FD1: dureza do reboco – nível 3” e “FD3: espessura do reboco”, modelação com curvas de Gompertz. ... 83 Quadro 5.25 – Quadro resumo dos resultados obtidos com a aplicação isolada dos fatores de degradação. ... 84 Quadro 5.26 – Quadro resumo dos resultados obtidos com as combinações de fatores de degradação consideradas. ... 85 Quadro 6.1 – Distribuição da amostra de edifícios inspecionados por intervalos de idade dos rebocos e extensão de destacamento. ... 87 Quadro 6.2 – Distribuição da amostra de edifícios inspecionados pelos fatores de degradação. ... 87 Quadro 6.3 – Quadro resumo do andamento das curvas de degradação que caraterizam os fatores considerados no estudo. ... 88 Quadro 6.4 - Quadro comparativo dos resultados obtidos nesta investigação e os estudos realizados por Paulo, (2009), Garrido, (2010) e Costa (2012). ... 92
1. Introdução
1.1. Considerações gerais
As construções antigas, enquanto património e componente etnográfica da vivência dos povos, constituem uma herança que compete saber respeitar e preservar de modo a garantir que também as gerações vindouras delas possam desfrutar (Malva, 2009).
A recuperação deste património continua a ser um ramo de atividade da indústria de construção pouco explorado em Portugal, quando comparado com o investimento médio realizado na reabilitação por outros países Europeus. De acordo com dados estatísticos, 38.1% do parque edificado nacional necessita de reparação, sendo que 12.2% tem menos de 10 anos (INE, 2001). A recuperação e revitalização deste património devem passar pela aplicação de medidas gerais, inseridas em verdadeiras políticas de manutenção (Flores e Brito, 2003a).
Neste contexto, o desenvolvimento de metodologias para a previsão da vida útil de materiais e componentes de construção assume um papel essencial na definição de futuras políticas de manutenção e reabilitação das construções. A definição de limites de degradação aceitáveis e a previsão do tempo até que esses limites sejam alcançados permitem aos proprietários dos imoveis otimizar estratégias de manutenção com menores custos associados.
1.2. Âmbito e objetivos da dissertação
A maioria das construções, antigas e mais recentes, apresenta revestimentos em reboco que, com o passar do tempo e a ausência de manutenção, tendem a deteriorar-se. Sendo o reboco o elemento mais visível de um edifício, o seu estado de degradação afeta negativamente a sua estética, influenciando de forma significativa a depreciação do valor do imóvel e do espaço envolvente.
Na presente dissertação, propõe-se desenvolver uma metodologia de previsão de vida útil de revestimentos de reboco de fachadas antigas. Esta metodologia surge na sequência de outras dissertações que, ao longo dos últimos anos, têm vindo a desenvolver uma metodologia de estimativa de vida útil de materiais e componentes de construção baseada na inspeção de edifícios em serviço. Neste âmbito, o presente estudo enquadra-se numa linha de investigação exploratória, que recorre a curvas de degradação do tipo Gompertz, potenciais e Weibull, para modelar o desempenho diferido dos materiais e componentes de construção ao longo do tempo. São exemplos desta abordagem de previsão da vida útil, as investigações realizadas por Paulo (2009), Garrido (2010), Costa (2011) e Silva (2012).
O objetivo da presente dissertação é dar continuidade a esta metodologia gráfica de previsão da vida útil, avaliando a capacidade do método em fornecer ferramentas analíticas que permitam a realização de estimativas de vida útil de rebocos de fachadas antigas.
Deste modo, foi analisada a influência de quatro fatores de degradação no desempenho diferido dos rebocos. Cada fator pretende avaliar uma ou mais variáveis associadas ao destacamento de rebocos de fachadas antigas, tais como:
FD1 – Dureza do reboco: a influência das características intrínsecas do material; FD2 – Textura da película de tinta: a influência da interação com outro material; FD3 – Orientação solar das fachadas: a influência de agentes externos; FD4 – Espessura do reboco: a influência do modo de execução.
Para quantificar o destacamento de reboco e identificar cada um dos fatores de degradação, foram realizadas inspeções a 100 fachadas de edifícios localizados no parque edificado de Lisboa com construção anterior ao século XX. Estes edifícios apresentam características construtivas semelhantes (ausência de estruturas de betão) de forma a limitar, tanto quanto possível, os fatores que influenciam o destacamento de reboco.
Tendo em consideração que vários estudos partilham indiretamente um elemento construtivo comum, e muitas das anomalias estão inter-relacionadas, pois podem partilhar a mesma origem, e que o destacamento do reboco pode ser considerado como a última fase de um processo evolutivo de outras anomalias, foi possível fazer uma análise comparativa dos resultados obtidos com os estudos efetuados por Paulo (2009), Garrido (2010) e Costa (2011).
Paulo, P. V. (2009), A Building Management System (BuildingsLife): Application of
deterministic and stochastic models with genetic algorithms to building façades, Tese de
Doutoramento em Engenharia Civil, Instituto Superior Técnico.
Garrido, M. A. J. (2010), Previsão da vida útil de pinturas de fachadas de edifícios antigos
– Metodologia baseada na inspeção de edifícios em serviço, Dissertação de Mestrado
Integrado em Engenharia Civil, Instituto Superior Técnico.
Costa, J. M. M. (2011), Modelos de Gestão da Degradação em Edifícios - Influência de
fatores de degradação no aparecimento de manchas nas fachadas, Dissertação de
Mestrado em Engenharia Militar, Instituto Superior Técnico.
Esta análise comparativa representa uma mais-valia na tentativa de verificar a validade do método gráfico na modelação do desempenho diferido dos materiais e componentes de construção. Este tipo de método é baseado na definição de curvas de degradação (Gompertz, potenciais e Weibull) que podem ser obtidas através do ajuste a gráficos de degradação do tipo T-ED (Tempo – Extensão da Degradação). Através da análise ao andamento das curvas de degradação, é possível comparar os
resultados obtidos nos vários estudos, de forma a verificar tendências comuns no desempenho dos materiais e anomalias consideradas. Esta análise apresenta-se como mais um contributo para o conhecimento da durabilidade dos rebocos e, consequentemente, para a verificação da metodologia proposta na presente dissertação.
O objetivo da presente dissertação não é definir estimativas concretas da vida útil dos rebocos de fachadas antigas, mas sim contribuir para o desenvolvimento de uma metodologia capaz de obter valores concretos de vida útil para os materiais e componentes de construção que possam ser utilizados à posteriori em planos de manutenção e de durabilidade.
1.3. Plataforma BuildingsLife
No desenvolvimento deste estudo, foi necessário inspecionar 100 edifícios, com o objetivo de caracterizar o estado de degradação dos rebocos e os fatores de degradação que contribuem para a degradação dos mesmos.
Deste modo, foi recolhida uma quantidade significativa de dados referentes a cada edifício. Através da plataforma eletrónica BuildingsLife, foi possível o registo e armazenamento destes dados, assim como a quantificação da anomalia em estudo.
A plataforma eletrónica BuildingsLife (http://www.buildingslife.com)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. A arquitetura BuildingsLife é baseada na ISO 15686 “Buildings and construted assets – Service Life Planning” podendo ser acedida pela internet, após a obtenção de um login e respetiva senha.
De acordo com Paulo (2009), a plataforma BuildingsLife constitui um sistema de gestão da manutenção para o património edificado, que possui as seguintes funcionalidades:
o registo e armazenamento de dados recolhidos em inspeções a fachadas de edifícios (caracterização dos arruamentos, 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 analise de planos de manutenção otimizados para a minimização dos custos.
Esta plataforma teve especial relevo na quantificação das anomalias (área de destacamento do reboco), obtida através da aplicação PhotoMeasure que será abordada mais detalhadamente no
subcapítulo 4.6 do presente trabalho. Para a análise de dados e modelação do desempenho dos rebocos de fachadas antigas, recorreu-se ao MicrosoftExcel devido à facilidade de utilização.
1.4. Estrutura da dissertação
A dissertação encontra-se organizada em seis capítulos, podendo dividir-se em três fases distintas: a recolha de informação bibliográfica e state-of-the-art – capítulos 2 e 3; recolha de dados em trabalho de campo e desenvolvimento da metodologia de investigação – capítulo 4; aplicação da metodologia e análise de dados – capítulos 5. A informação presente em cada capítulo encontra-se resumida nos pontos seguintes:
Capitulo 1 – Introdução: objetivos e âmbito da tese.
Capitulo 2 – Conceitos básicos na previsão da vida útil: é elaborado um state-of-art relativo às
metodologias já existentes de previsão de vida útil dos materiais e componentes de construção. É feito uma contextualização da presente investigação no âmbito geral das metodologias de previsão de vida útil e respetivo enquadramento normativo.
Capitulo 3 – Conceitos gerais das argamassas: caracterização das argamassas de reboco e
descrição das suas exigências funcionais. Breve descrição dos rebocos tradicionais e das suas anomalias/causas mais frequentes, com especial enfase para as anomalias estudadas no âmbito da presente dissertação.
Capítulo 4 – Metodologia de investigação: apresenta-se a metodologia proposta e seguida na
presente dissertação. São descritas as suas etapas, técnicas e equipamentos utilizados. Procede-se à descrição e caracterização dos fatores de degradação, e exemplifica-se o modo de utilização da plataforma informática BuildingsLife no contexto da dissertação.
Capítulo 5 – Análise de resultados: descrição dos dados recolhidos e método de análise.
Interpretação e análise dos resultados através de curvas de degradação que mostram a influência dos fatores de degradação no desempenho diferido dos rebocos de fachadas antigas.
Capitulo 6 – Conclusão: considerações finais, limitações da metodologia e possíveis
2. Conceitos básicos na previsão da vida útil
2.1. Enquadramento geral do tema
A previsão da vida útil de materiais e componentes de construção apenas começou a ganhar relevância, na indústria de construção, na década de 80. De acordo com Garrido (2010), o aumento de interesse nesta temática pode ser explicado por uma crescente preocupação política e social com o conceito de sustentabilidade e desenvolvimento sustentável.
Tendo em consideração que as atividades da indústria da construção têm um impacte significativo na definição da qualidade de vida e produtividade das sociedades, foram adotadas medidas de promoção de um “desenvolvimento sustentável” consagradas como uma meta global na cimeira das Nações Unidas no Rio de Janeiro, Brasil 1993, da qual resultou a Agenda 21 (UN, 1993).
Um vetor de atuação na procura desta sustentabilidade corresponde ao aumento do ciclo de vida das construções, exigindo que a durabilidade seja uma preocupação presente nas fases de projeto, de execução e de exploração do património. Tal implica um planeamento cuidadoso e detalhado das necessidades de manutenção, requerendo o controlo dos materiais e recursos económicos necessários durante o ciclo de vida do espaço construído, de forma a este ser gerido do modo mais económico possível (Daniotti et al., 2007).
Para tal, a previsão de vida útil dos materiais e componentes do património construído assume grande importância, de forma a se alcançar maior longevidade, tornando o investimento mais rentável, e permitindo uma correta seleção, uso e manutenção destes (Masters et al., 1987). Só desta forma é possível que o planeamento das ações de manutenção ao longo do ciclo de vida seja realizada em função dos mecanismos de degradação reais dos materiais e componentes da construção, tendo em conta os fatores de degradação e as decorrentes vidas úteis expectáveis.
2.2. Conceito de vida útil
A vida útil é definida, segundo a norma ISO 15686 (Service Life planning), como o período de tempo após a construção no qual o edifício ou parte deste atinge ou excede os requisitos mínimos de desempenho. Apesar da relativa simplicidade do conceito, este abarca uma grande complexidade de critérios, variáveis em função da época, do lugar, do avaliador, e do contexto social, político, económico, estético, ambiental ou normativo que enquadra o julgamento sobre a construção (Gaspar, 2009).
Tendo em consideração o comportamento das construções, Branco (2006) afirma que os componentes do edifício, como é o caso dos revestimentos de reboco, possuem, na maioria dos casos, uma vida útil inferior à vida útil global. O autor defende que as construções devem ser sujeitas
a obras de manutenção regulares durante a fase de serviço e, de facto, diversos autores, tais como Flores (2002), Takata et al. (2004), Donca et al. (2007), corroboram esta opinião e afirmam que a existência de manutenção regular prolonga o período de vida útil das construções.
A Canadian Standard Association, 478-95 Guideline in Durability in Buildings (CSA (1995)), descreve a vida útil como o período de tempo no qual o edifício ou qualquer um dos seus componentes cumpre os seus objetivos sem custos imprevistos ou alterações da manutenção. Este guia assume a necessidade de manutenção regular e sistematizada dos diversos componentes que compõem os edifícios, como fator relevante na quantificação da vida útil do edifício como um todo.
No caso dos revestimentos exteriores de fachadas, estes são os elementos sujeitos ao maior número de fatores de degradação, sendo que é no revestimento que estes fatores atuam em primeiro lugar. Deste modo, a vida útil de um edifício encontra-se diretamente relacionada com a manutenção do desempenho do revestimento acima dos níveis mínimos exigíveis (Layzell e Ledbetter,1998).
2.2.1. Critérios de análise de vida útil
Os edifícios sofrem ao longo da sua vida útil diversos tipos de depreciação. A complexidade do comportamento das construções ao longo do tempo e a relatividade do conceito de vida útil dificulta a previsão da mesma. A maioria dos estudos sobre a durabilidade das construções adota um método analítico, segundo o qual o problema é subdividido e analisado de acordo com duas ou mais categorias diferenciadas.
Segundo Moser (2004), a vida útil é influenciada por critérios de segurança, de funcionalidade e estéticos, e considera que o fim da vida útil de um edifício, ou parte dele, acontece sempre que uma dessas propriedades deixa de cumprir a sua função. Gaspar (2002) agrupou os tipos de depreciação em três categorias: deterioração física, desempenho económico e obsolescência funcional. Embora os critérios de análise referidos anteriormente, sejam diferentes de autor para autor, estes estão relacionados a conceitos como obsolescência, vida útil física, vida útil funcional, e ciclo de vida económico. Cada um destes conceitos encontra-se desenvolvido em trabalhos anteriores, fazendo-se apenas uma curta abordagem no âmbito da presente investigação.
A obsolescência é a perda da capacidade de um elemento em cumprir satisfatoriamente as mudanças das exigências de desempenho, podendo esta ser funcional, tecnológica ou económica (ISO 15686-1 (2005)).
A vida útil física corresponde ao período de tempo durante o qual o edifício ou parte dele se mantém num nível requerido de adequação às exigências que lhes são colocadas ou que permita acolher e responder a novos usos, sem sofrer desgaste físico irreversível para além de uma manutenção corrente ou de investimentos equivalentes ao custo de reposição do elemento (Gaspar, 2002), (Gaspar e Brito, 2003b).
A degradação física dos materiais deve-se essencialmente à ação dos agentes de degradação (sejam eles físicos, químicos ou mecânicos) e à ação do tempo (envelhecimento natural). Os aspetos relacionados com a física das construções são geralmente os mais fáceis de quantificar e aqueles nos quais se têm centrado a maioria das investigações sobre a durabilidade.
A vida útil funcional corresponde ao período de tempo durante o qual uma construção permite a sua utilização, independentemente do fim para que foi concebida, sem obrigar a alterações generalizadas (Davies e Szigeti, 1999).
De facto, muitas vezes, a obsolescência apenas reflete a inutilidade, no momento atual, de determinado edifício ou componente mesmo que este se encontre em boas condições funcionais. A obsolescência funcional ocorre quando um elemento da construção pode ser substituído por outro que desempenhe a mesma função de forma semelhante ou melhor.
O ciclo de vida económico de uma construção coloca-se sempre que se analisa o desempenho do edifício enquanto instrumento, isto é, um bem que gera e consome recursos ao longo da sua vida útil (Santos, 2000). Assim, ainda que um edifício mantenha a sua integridade física acima dos níveis mínimos de desempenho, por vezes sucede ser economicamente inviável a sua manutenção pela insuficiência dos rendimentos gerados ou pela existência de alternativas mais rentáveis de ocupação do espaço associado à construção (Gaspar e Brito, 2004).
De acordo com Brito (2001), a definição do fim da vida útil de uma construção é na realidade muitas vezes mais um problema de índole económica do que técnica, pode assim dizer-se que um revestimento atinge o fim da vida útil económica quando a substituição do revestimento é mais lucrativa do que a sua reparação.
2.2.2. Fim da vida útil
Todos os métodos de previsão ou estimativa de vida útil pressupõem a definição do fim da vida útil. No entanto, esta definição não é universal nem facilmente traduzida para um valor. Em termos gerais, o fim da vida útil de uma construção pode ser descrito como o ponto no tempo quando a função prevista já não é cumprida (Moser, 2004). Por outras palavras, considera-se que uma construção atinge o seu fim de vida quando uma das suas dimensões de análise atinge um limite crítico inaceitável, por obsolescência funcional, falta de rentabilidade económica ou pela degradação física das suas camadas hierarquicamente mais determinantes (Ang e Wyatt, 1999), (Gaspar, 2001), (Gaspar e Brito, 2003c).
A Figura 2.1 descreve este conceito graficamente, fazendo uma comparação dos critérios referidos anteriormente em 2.2.1 que, segundo Moser (2004), influenciam a vida útil das construções.
Figura 2.1 – Relação entre a perda de desempenho das propriedades de um elemento e os mínimos aceitáveis, com identificação daquela que condiciona o fim da vida útil (Moser, 2004).
No exemplo apresentado, a segurança é assumido como o critério com maior nível de exigência na previsão da vida útil. No entanto, este autor apresenta as propriedades estéticas como o grupo que mais rapidamente atinge os níveis mínimos de desempenho, sendo assumido que estas correspondem às propriedades condicionantes da vida útil. Efetivamente, alguns autores referem que sempre que se consideram questões de ordem estética, estas acabam por se constituir como fatores críticos (Damen e Hermans, 1999).
2.2.3. Influência da manutenção na vida útil
A manutenção de edifícios pode passar por reparações pontuais até a intervenções mais profundas quando o nível de degradação é significativo. Segundo Takata et al. (2004), a manutenção é vista como uma ferramenta de resolução de problemas. Os autores defendem que esta influencia o ciclo de vida útil das construções, sendo necessária perante duas situações distintas:
alteração das condições do edifício devido a deterioração – vida útil física; alterações das exigências e expectativas da sociedade – vida útil funcional.
Figura 2.2 – Influência das atividades de manutenção no cumprimento dos níveis mínimos aceitáveis (adaptado de Takata et al., 2004).
Estética Funcionalidade Segurança
VIDA ÚTIL PREVISTA
nível mínimo para funcionalidade e estética nível mínimo de segurança
As operações de manutenção afetam o comportamento dos elementos ao longo do tempo, alterando os modelos de degradação (acréscimos de desempenho) e os valores da vida útil (Figura 2.2). A sistematização de estratégias de manutenção possibilita a gestão racional das intervenções, agindo atempadamente no sentido de evitar a propagação de anomalias existentes, otimizando os recursos e minimizando os custos envolvidos (Flores e Brito, 2003c).
2.3. Procedimento geral da previsão da vida útil
De acordo com Garrido (2010), a abordagem geral ao problema da previsão da vida útil de materiais e componentes de construção pode ser dividida em três fases fundamentais: definição do problema, recolha de dados e análise de dados.Este faseamento é, de forma geral, semelhante ao sugerido na norma ISO 15686-1:2000, o qual por sua vez utiliza a estrutura proposta por Masters et al. (1989).Na Figura 2.3, é apresentada uma esquematização deste procedimento geral, sendo também indicado nesta figura o procedimento adotado na realização da presente dissertação.
Figura 2.3 – 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).
Nos pontos seguintes do presente capitulo, apresenta-se uma breve descrição das três diferentes fases do processo de previsão da vida útil dos materiais e componentes, exemplificado com o procedimento adotado na presente dissertação. Note-se que nem todas as técnicas, ensaios ou metodologias apresentadas foram seguidas no desenvolvimento da presente dissertação, podendo encontrar-se informação mais detalhada nas investigações de Sjöström (1991), Gaspar (2002), Bordalo (2008), Silva (2009), Paulo (2009) e Garrido (2010).
2.3.1. Metodologia de recolha de dados
A recolha de dados tem o objetivo de fornecer, ao estudo sobre a vida útil de materiais ou componentes, a informação capaz de caracterizar os mecanismos de degradação e as anomalias do material, assim como a identificação dos fatores de degradação que influenciam a evolução desses mesmos mecanismos.
Esta fase, de acordo com Garrido (2010), pode ser efetuada por duas vias: com metodologias de curto prazo ou longo prazo. Esta designação não se relaciona necessariamente com o tempo que a fase de recolha de dados consome. As designações de curto ou longo prazo referem-se ao modo de degradação que é possível observar com a metodologia em causa. Na metodologia de curto prazo, as degradações ocorrem, de forma induzida num curto espaço de tempo, enquanto na metodologia de longo prazo as degradações ocorrem naturalmente, num espaço de tempo longo.
Nos pontos seguintes do presente capítulo, é explicado de forma sucinta as referidas metodologias com exemplos referentes à metodologia adotada.
2.3.1.1. Metodologia de curto prazo
A metodologia de curto prazo é caracterizada por sujeitar os materiais ou componentes a condições de exposição mais exigentes do que aquelas que seriam expectáveis de encontrar em serviço. Este objetivo é alcançado, através de ensaios, intensificando os fatores de degradação ou aumentando a frequência de incidência dos referidos fatores.
Nesta metodologia, distinguem-se dois tipos de ensaios: ensaios acelerados em laboratório e ensaios acelerados de campo.
Os ensaios acelerados de laboratório tentam criar e simular artificialmente a ação dos agentes de degradação durante o período de serviço dos materiais. Têm a vantagem de avaliar, em espaços de tempo relativamente curtos, a ação direta de determinado fator de degradação no comportamento do material ou componente em estudo.
Apesar das aparentes vantagens, é necessário relativizar os resultados obtidos, uma vez que a sua correlação com a degradação que ocorre em exposição real nas condições de serviço é questionável. Alguns autores referem que os ensaios acelerados em laboratório representam uma simplificação da
realidade, apresentando resultados sem uma correspondência clara com a complexidade dos fenómenos associados à degradação natural em condições reais de utilização e exposição (Gonçalves, 1997), (Botelho, 2003), (Daniotti e Iacono, 2005), (Martin et al., 1994), (Johnson et al., 1996), (Mallon et al., 2002). De facto, algumas das razões que podem estar na origem do referido, são o número reduzido de fatores em atuação em simultâneo (geralmente dois fatores) desprezando a natureza sinergética dos fenómenos de degradação, bem como, o risco de se originarem mecanismos de degradação que não ocorreriam numa exposição normal. Nesta perspetiva, este tipo de metodologia apresenta-se como um instrumento muito interessante para a avaliação de relações causa-efeito entres fatores e mecanismos de degradação.
Os ensaios acelerados de campo consistem na exposição de provetes de teste em determinadas localizações, onde estes ficam sob a ação dos fatores de degradação aí presentes, os quais devem ser monitorizados e registados ao longo da duração do ensaio. Este tipo de ensaio pode assumir várias durações, de acordo com os objetivos pretendidos.
Apesar de as durações típicas dos ensaios serem superiores às dos ensaios laboratoriais acelerados, estes podem ser considerados ensaios de curta duração. Nesta metodologia, a escolha do local de exposição é fundamental, o que se pretende é acelerar os mecanismos de degradação para reduzir o tempo do ensaio, por intermédio de uma exposição dos provetes a um dado fator de degradação com intensidade e/ou frequências superiores à que é expectável em condições de serviço.
De acordo com Garrido (2010), 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 laboratoriais acelerados. Porém, apesar de aqui serem apresentados como ensaios de curto prazo, os períodos de ensaio poderão ser demasiado longos quando se pretende obter rapidamente informações sobre o desempenho diferido de um dado material ou componente.
2.3.1.2. Metodologia de longo prazo
A metodologia de longo prazo caracteriza-se por analisar a degradação dos materiais ou componentes quando sujeitos a condições reais de exposição. Deste modo, observam-se taxas de degradação reais ao invés de taxas de degradação acelerada, eliminando o risco de ocorrência de mecanismos de degradação artificiais. Com a ausência do risco associado aos ensaios acelerados, que carecem de transposição em taxas reais de degradação, neste tipo de metodologia é possível o uso direto dos dados recolhidos para a elaboração de previsões da vida útil.
Nesta metodologia, distinguem-se quatro tipos de abordagens básicas para a obtenção de dados de degradação: os ensaios de campo, a inspeção de edifícios em serviço, a utilização de edifícios experimentais e a exposição de provetes em serviço (Sjöström and Brandt, 1991).
Os ensaios de campo 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 e frequência) 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 à que ocorrerá em serviço.
Na análise dos dados provenientes destes ensaios, é necessário ter em consideração que:
os resultados obtidos dependem fortemente do local de exposição, pelo que a transposição de resultados para outros locais não é simples;
as condições ambientais não se repetem de período para período, sendo os dados obtidos característicos do período efetivo do ensaio.
A inspeção de edifícios em serviço pretende caracterizar o comportamento de materiais ou componentes de edifícios em condições reais de utilização, selecionando para o efeito edifícios reais que não tenham sido concebidos para utilização em metodologias de previsão de vida útil.
De acordo com Gaspar (2009), esta opção é a mais vantajosa no âmbito de operações correntes de gestão e manutenção de edifícios, pela simplicidade e facilidade de aplicação, sendo adequada aos meios técnicos e financeiros geralmente disponíveis em gabinetes e empresas de projeto, fiscalização, gestão técnica, manutenção e gestão de condomínios.
Apesar das vantagens, Sjöström (1991) refere duas limitações características deste tipo de método, que se devem ter em conta:
a dificuldade em controlar, medir e descrever de forma concreta as condições ambientais a que está sujeito o material ou componente durante o seu período de exposição;
a dificuldade na obtenção de dados referentes aos edifícios, como são exemplo a caracterização dos materiais e componentes inspecionados, as suas condições de aplicação, o momento da aplicação/instalação, bem como, as possíveis ações de manutenção apreendidas ao longo do período de exposição.
Esta foi a metodologia adotada no presente trabalho. As informações referentes ao momento de aplicação dos rebocos e as eventuais ações de manutenção empreendidas sobre estes foram obtidas nos arquivos municipais. Algumas destas informações também podem ser obtidas noutros serviços públicos, ou através de interpelação direta dos ocupantes do edifício, neste caso existe o risco da informação recolhida ser pouco precisa e fiável. Para a caracterização dos rebocos, foram retiradas amostras para posterior análise laboratorial com o intuito de definir os constituintes das argamassas de reboco. Estes ensaios de campo, de caracterização de determinadas propriedades, deverão ser
preferencialmente não destrutivos e pouco intrusivos, uma vez que os edifícios a inspecionar são edifícios em serviço.
A utilização de edifícios experimentais difere do caso anterior, pelo facto de existir um controlo muito maior sobre todas as condições experimentais. Os edifícios experimentais são edifícios concebidos com o intuito de incorporar e expor materiais ou componentes específicos em condições de serviço. Assim, é possível saber exatamente quais os materiais ou componentes em estudo, as suas características, as suas condições de aplicação e a idade destes a qualquer momento. Adicionalmente, é possível monitorizar, desde o início do ensaio e até à sua conclusão, as condições de exposição e os fatores de degradação considerados relevantes para a situação em estudo (Garrido, 2010).
Por último, a exposição de espécimes em serviço consiste na incorporação de materiais ou componentes para os quais se pretende obter dados de vida útil em edifícios ou infraestruturas que não foram especificamente concebidas para a execução de ensaios de durabilidade. Este tipo de abordagem é um procedimento experimental tão controlado quanto possível, particularmente útil quando a degradação está diretamente ligada a ações e comportamentos dos utilizadores (ensaio de caixilhos de janelas) (Garrido, 2010).
2.3.2. Metodologia de previsão da vida útil
A estimativa da vida útil de materiais ou componentes de construção é um processo complexo e moroso que tem associados inúmeros fatores. Existem diferentes métodos e abordagens de análise e modelação de dados para a previsão da vida útil, dos quais distinguem-se três modelos diferentes: modelos determinísticos, modelos estocásticos e modelos de engenharia (Daniotti, 2003), (Moser, 2004), (Lacasse e Sjöström, 2004).
O objetivo destes métodos é a modelação do desempenho diferido dos materiais e componentes, para que seja possível a previsão da sua vida útil. Nos pontos seguintes deste capítulo serão apresentadas as características gerais destas abordagens.
2.3.2.1. Modelos determinísticos
Os métodos determinísticos utilizam uma função de durabilidade de referência para a determinação da vida útil de um elemento, que é posteriormente modificada através de fatores que traduzem as suas condições de serviço expectáveis. Estes fatores são traduzidos em fórmulas que expressam a sua ação ao longo do tempo, até que o valor mínimo aceitável de desempenho do elemento estudado seja atingido (Gaspar, 2002).
Apesar da facilidade de compreensão e aplicação deste tipo de métodos, estes são alvos de várias críticas pela simplicidade com que abordam fenómenos complexos. No entanto, estes métodos são os que têm produzido mais resultados práticos, servindo de base para a norma ISO.
Existe um outro tipo de modelos determinísticos, baseados na definição de curvas de degradação, nas quais se pretende modelar diretamente o desempenho diferido dos materiais ou componentes em estudo. Ambos os métodos são descritos, resumidamente, nos pontos seguintes da presente dissertação.
Método fatorial
O método fatorial foi introduzido pelo Architectural Institute of Japan em 1993 (AIJ, 1993), sendo este conceito posteriormente adotado na norma ISO 15686-1:2000. Esta metodologia envolve a alteração da vida útil de referência, de um produto, componente ou um sistema, através da utilização de vários fatores que caracterizam as suas condições de uso (Davies e Wyatt, 2005). Trata-se de um método empírico que depende fortemente da informação disponível, não caracterizando o escalonamento da degradação dos elementos ao longo do tempo.
Pode assim dizer-se que o método fatorial permite determinar a vida útil de um elemento através da multiplicação da vida útil de referência por fatores determinísticos, tal como indicado na seguinte expressão:
ESLC = RSLC × A × B × C × D × E × F × G (1)
Onde, segundo a norma ISO 15686-1:2000:
ESLC - vida útil estimada (estimated service life); RSLC - vida útil de referência (reference service life); A - fator relacionado com a qualidade dos materiais; B - fator relacionado com o nível de projeto;
C - fator relacionado com o nível de execução;
D - fator relacionado com as condições do ambiente interior; E - fator relacionado com as condições do ambiente exterior; F - fator relacionado com as condições de uso;
G - fator relacionado com o nível de manutenção.
Os fatores corretivos do método fatorial correspondem a índices multiplicativos e variam normalmente (mas não obrigatoriamente) entre 0.8 e 1.2, para as condições menos e mais favoráveis respetivamente. Assumem o valor de 1.0 para as situações correntes ou sempre que o respetivo fator não for aplicável.
Apesar de o objetivo ser a criação de um método empírico para a estimativa da vida útil, a norma ISO 15686 adverte que este não fornece uma garantia à vida útil (Davies e Wyatt, 2005). De facto, o resultado deste método representa o limite expectável da vida útil do elemento analisado, não dando a informação da dispersão dos resultados. No entanto, apesar destas e de outras críticas, como a não hierarquização das variáveis, a pressuposição de um ritmo de degradação constante e
independência de cada fator, os métodos fatoriais são os que apresentam uma maior aceitação na comunidade científica tendo sido alvo de inúmeras variações e desenvolvimentos (Gaspar, 2002). Uma outra abordagem para ultrapassar as referidas limitações, pode passar pela consideração de cada um dos fatores como sendo uma variável aleatória, à qual pode ser associada uma função de densidade de probabilidade. Esta abordagem pretende melhorar a qualidade da estimativa de vida útil, incorporando uma vertente probabilística no método fatorial, mas mantendo a sua simplicidade de utilização (Moser, 2004).
No Quadro 2.1, são identificados os fatores e subfactores relevantes para caracterização do comportamento de revestimentos de reboco em paredes antigas.
Quadro 2.1 – Subfatores relevantes na análise dos fatores relacionados com as características intrínsecas das pinturas (adaptado de Flores, 2002; Teo et al., 2005; Gaspar, 2009; Silva, 2009).
Fator Subfactores relevantes
A - qualidade dos materiais
Tipo de argamassa
Características das argamassas (porosidade, permeabilidade, resistência mecânica, entre outras)
Características e condições do suporte (tipo de suporte - alvenaria, betão) Tratamento da superfície de suporte (hidrófugos, entre outros)
Suscetibilidade à ação de agentes biológicos (algas, bactérias, fungos…)
B – nível de projecto
Pormenorização do material de revestimento (espessura, dosagem, número de camadas)
Compatibilidade da argamassa com o suporte Homogeneidade do suporte
Pormenorização das zonas de interação de diferentes elementos construtivos Pormenorização de elementos que evitam a entrada de agua e escorrências Adequação da argamassa às condições de exposição
C – nível de execução
Preparação e limpeza da superfície de suporte
Condições de aplicação (temperatura, humidade relativa)
Processo de aplicação (numero de camadas, tempos de presa/endurecimento) Especialização de mão-de-obra
Fiscalização e controlo de qualidade
D – condições do ambiente interior Não apresenta efeitos significativos em revestimentos exteriores
E – condições do ambiente exterior
Orientação solar, temperatura do ar, acção da chuva, humidade relativa, acção do vento, factores microbiológicos, poluição ambiental, proximidade de fontes poluentes, proximidade do mar
Geometria da fachada (saliências, zonas expostas), orientação, inclinação, altura e volumetria
Exposição da fachada (existência de elementos de protecção)
F – condições de uso
Factores acidentais de origem natural ou humana Vandalismo (graffiti)
Ataque biológico (vegetação parasitária e aves) Causas fortuitas
G – nível de manutenção
Inexistente
Tipo de manutenção (inspecções, limpezas, reparações, tratamento de superfície, entre outros)
Periodicidade da manutenção
Acessibilidade para executar a manutenção
Método de “curve fitting”
Este tipo de método é baseado na definição de curvas de degradação que pretende modelar o desempenho diferido dos materiais e componentes ao longo do tempo. Estas curvas podem ser obtidas através do ajuste a gráficos de degradação, que representam o tempo decorrido desde a entrada em serviço dos materiais e componentes no eixo das abcissas, e uma escala de medida da degradação, dos mesmos, no eixo das ordenadas.
Para a escala de medida da degradação, pode adotar-se diferentes abordagens, podendo esta escala traduzir uma única anomalia ou uma combinação de anomalias. No primeiro caso, utiliza-se uma medida da extensão da anomalia, sendo que no segundo caso se recorre, geralmente, à quantificação de um indicador da degradação que combine as extensões e, eventualmente, a severidade das várias anomalias.
Adicionalmente, pode-se optar por dois modelos de definição da escala de medida da degradação. Uma escala em que se representa o valor real da extensão da degradação, e uma escala em que se subdivide a degradação em vários patamares, denominados níveis de degradação. Este e outros exemplos de aplicação das referidas metodologias podem ser consultados nas investigações de Paulo (2009), Garrido (2010), Gaspar (2002), Shohet et al. (2003), Teo et al. (2005) e Gaspar et al. (2008-B).
Relativamente às curvas de degradação escolhidas para a modelação do desempenho diferido, estas dependem essencialmente da natureza dos fenómenos de degradação modelados, devendo apresentar um ajuste adequado ao andamento geral dos pontos do gráfico de degradação. No contexto de fachadas e mais concretamente de rebocos, há a referir diferentes curvas utilizadas para a modelação do desempenho, nomeadamente curvas do tipo Gompertz, potenciais e Weibull.
Curvas de Gompertz
As curvas de Gompertz foram utilizadas com sucesso por Paulo (2009) para a modelação da degradação diferida de pinturas e rebocos de fachadas, e por Garrido (2010) para a modelação da degradação de pinturas, no que se refere à extensão de destacamento. Em ambos os casos, as curvas de Gompertz revelaram-se uma opção interessante para a modelação dos fenómenos de degradação. A expressão geral correspondente a estas curvas é:
(2)
Na equação apresentada, DG corresponde ao valor da extensão da degradação e t corresponde ao tempo decorrido desde a entrada em serviço do material ou componente. Os parâmetros a e b são escalares, de sinal negativo para corresponder ao andamento apresentado na Figura 2.4.
Figura 2.4 – Andamento geral de uma curva de Gompertz.
O andamento apresentado é caracterizado por dois patamares, originados por assimptotas horizontais nos limites do contradomínio da curva. De acordo com Garrido (2010), estes patamares traduzem-se, no contexto da utilização destas curvas, numa fase de iniciação da degradação durante a qual a anomalia progride muito lentamente, e numa fase de redução da taxa de degradação, quando a anomalia já afeta uma grande extensão do material ou componente.
Curvas potenciais
As curvas potenciais foram utilizadas juntamente com curvas de Gompertz, no trabalho de Garrido et al. (2010). A expressão geral correspondente a estas curvas é:
(3)
Nesta equação, DP corresponde ao valor da extensão da degradação e t corresponde ao tempo decorrido desde entrada em serviço do material ou componente. Os parâmetros a e b são escalares, de sinal positivo para corresponder ao andamento apresentado na Figura 2.5.
Figura 2.5 – Andamento geral de uma curva potencial.
As curvas potenciais, à semelhança das curvas de Gompertz, apresentam um patamar inicial que representa um período de iniciação da degradação, seguido de um aumento gradual da taxa de degradação. Contudo, e ao contrário das curvas de Gompertz, as curvas potenciais não apresentam
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 0 10 20 30 40 50 60 70 Ext ens ão da degra da ção Tempo (anos) 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 0 10 20 30 40 50 60 70 Ext ens ão da degra da ção Tempo (anos)
um patamar final. A curva tem um andamento continuamente crescente correspondente à taxa de degradação, até que seja atingido o valor máximo de extensão da anomalia.
Curvas de Weibull
As curvas de Weibull são muito utilizadas na modelação de processos de degradação, sobretudo no contexto da engenharia da fiabilidade. A expressão geral destas curvas é apresentada na Eq. 4.
(4)
Na Eq 4, DW corresponde ao valor da extensão da degradação e t corresponde ao tempo decorrido
desde entrada em serviço do material ou componente. Os parâmetros η e β são escalares, de sinal
positivo para corresponder ao andamento apresentado na Figura 2.6. Para este andamento, o parâmetro β apenas pode assumir valores ímpares, maiores ou iguais a 3.
Figura 2.6 – Andamento geral das curvas Weibull.
O andamento destas curvas é em tudo semelhante ao andamento das curvas de Gompertz. Ambas as curvas são caracterizadas por dois patamares definidos por assíntotas horizontais nos limites do contradomínio da curva, que traduzem a progressão lenta da degradação na fase de entrada em serviço do material ou componente, e numa fase posterior quando a anomalia já afeta uma grande extensão.
Garrido (2010) modelou a extensão de destacamento de tinta em função do tempo com recurso às três curvas, tendo concluído que as curvas de Gompertz são as que demonstram, de forma mais consistente, um melhor ajuste aos dados obtidos.
Para além das curvas de modelação descritas, nas investigações de Gaspar (2002), Shohet et al. (2003), Bordalo (2008), Silva (2009) e Gaspar (2009), foram utilizadas noutros trabalhos curvas
polinomiais e lineares, tendo-se também revelado adequadas à modelação do desempenho de
alguns materiais e componentes de construção. As curvas de degradação expressas por retas apresentam vantagens, sobretudo no que se refere à manipulação da função que descreve a reta, permitindo, por exemplo, passar feixes de retas pela origem e por cada um dos pontos da amostra para determinar os intervalos de variação superiores e inferiores.
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 0 10 20 30 40 50 60 70 Ext ens ão da degra da ção Tempo (anos) β = 3 β = 5 β = 7 β = 9
2.3.2.2. Modelos probabilísticos
Os métodos probabilísticos tentam elaborar modelos que procuram descrever a evolução da degradação dos materiais ou elementos, através da definição de períodos de tempo. Têm geralmente como base o cálculo matricial ou probabilístico, e definem a probabilidade de ocorrência de uma mudança de estado do elemento ou material, procurando assim ultrapassar a incerteza relacionada com as suas formas de degradação e irreversibilidade das condições de serviço.
Este modelo assenta na aceitação de que a deterioração é um processo estocástico regido por variáveis aleatórias, que por sua vez definem parâmetros probabilísticos que afetam uma curva média de degradação (Moser, 2003). Diferem dos modelos determinísticos por incluírem na estimativa de vida útil, uma componente probabilística, não apresentando somente um valor como estimativa, mas sim, intervalos de possíveis valores com probabilidades de ocorrência associadas (Garrido, 2010). Em Paulo (2009), é apresentado um modelo probabilístico de previsão da vida útil, no qual são utilizadas cadeias de Markov. O Modelo de Markov é um dos exemplos da estimativa da vida útil através de métodos probabilísticos. Este método baseia-se na hipótese de um modelo de deterioração poder ser definido a partir de um número limitado de condições.
Desta forma, para cada critério de desempenho, são definidos parâmetros de performance, geralmente escalonados em níveis de 1 a n (da rotura à excelência) de acordo com a degradação contínua do sistema. Da combinação do número de parâmetros com o número de níveis por parâmetro, obtém-se uma matriz que representa o número de estados de determinado elemento (Leira, 1999).
Posteriormente, para cada estado ou condição, é definida a probabilidade de transição de estado por unidade de tempo, baseada em observações de campo, em função de cada variável ambiental, constituindo-se matrizes de probabilidade de transição de estado.
Apesar de promissores, estes métodos ainda não têm uma grande aplicabilidade, dado serem bastante complexos, necessitarem de grande quantidade de informação para serem fiáveis e terem uma enorme dependência do trabalho de campo (Gaspar, 2002).
2.3.2.3. Modelos de engenharia
Os métodos de engenharia são utilizados para identificação dos fenómenos de degradação e diminuição da performance de uma forma mais analítica, possibilitando um controlo melhor destes em fase de projeto, ou através do planeamento metódico de manutenção (Daniotti, 2003).
Estes métodos encontram-se num nível intermédio entre os modelos determinísticos e probabilísticos. O objetivo destes modelos é a obtenção de estimativas de vida útil com dados probabilísticos
