O REGULAMENTO JAPONÊS COMO INSTRUMENTO DE APOIO
NO PROJECTO PARA A DURABILIDADE
Pedro GASPAR Jorge de BRITO
Assistente Estagiário Professor Auxiliar
FA - UTL IST/ICIST
Lisboa Lisboa
SUMÁRIO
Esta apresentação pretende dar um contributo às estratégias existentes no âmbito da durabilidade.Paratal,fazaapresentaçãoe análise da metodologia proposta pelo Architectural
Institute of Japan, designada aqui como o «Regulamento Japonês», desenvolvendo os aspectos
relacionados com a vida útil dos elementos estruturais (em betão armado e/ou em madeira).
1. A VIDA ÚTIL DAS EDIFICAÇÕES
Apesar de serem geralmente considerados bens de grande longevidade, todos os edifícios entram num processo de degradação a partir do fim da sua construção. Inicialmente, este processo evolui de forma relativamente lenta, mas, se o edifício não for sujeito a uma manutenção regular, vai acelerando, até a construção deixar de ser utilizável [1].
A figura 1 põe em evidência a relação que existe entre uma manutenção preventiva permanente e os benefícios obtidos em termos de custos e longevidade da estrutura. Inversamente, quando se permite que a curva de degradação se acentue, os custos de manutenção e reposição aumentam exponencialmente. A partir de certo ponto, o edifício deixa de ser habitável e passa a constituir-se como uma fonte de riscos no capítulo da segurança. Ao período durante o qual o edifício responde às solicitações e exigências dos utentes (nomeadamente pela sua capacidade de responder a um determinado uso que pode ser alterado ao longo do tempo), ou possa ser rentabilizado de qualquer modo (por exemplo, gerando benefícios de arrendamentos ou proveitos de actividades económicas), chama-se Período de Vida Útil, ou de Serviço [Building Service Life] [2].
F ont e: B R AND, S tew ar t – “ H ow B ui ldi ngs L ea rn ”, pg. 112
Figura 1: Gráfico de custos em função dos níveis de degradação ao longo da vida útil do edifício [1]
Actualmente, torna-se cada vez mais importante (social, económica e tecnicamente) assegurar maiores períodos de serviço às construções, ou seja, prolongar o período de tempo ao longo do qual estas se mantêm num nível requerido de adequação às exigências que lhe são colocadas, ou permitem acolher novos usos, diminuindo a necessidade de manutenção e minimizando os custos globais da construção. De facto, facilmente se demonstra que os custos associados à gestão e manutenção de edifícios ultrapassa em muito o investimento inicial do empreendimento (figura 2). F o n te : BRA N D , S tew ar t – “ H ow B ui ldi ngs L ea rn ”, pg. 13
Figura 2: Gráfico com a distribuição de custos ao longo da vida útil de uma construção [1].
Repare-se que, no longo prazo, os custos de construção representam apenas uma pequena porção dos custos globais do edifício (construção e manutenção).
Ao fim de 50 anos, as constantes mudanças e reparações acabam por constituir o triplo do investimento inicial, ainda hoje considerado habitualmente como a única variável na apreciação de projectos.
Neste contexto, a importância da estimativa da vida útil reside na possibilidade de se elaborar planos de manutenção e perspectivar os custos futuros, logo desde a fase de projecto. A economia pode ser conseguida através da concentração de uma série de operações de reparação num só momento (por exemplo, limpar e revestir as fachadas, substituindo os vãos exteriores e a impermeabilização da cobertura, ao mesmo tempo).
2. O REGULAMENTO JAPONÊS 2.1 Âmbito e Objectivo
O «Regulamento Japonês (para a Previsão da Vida Útil de Edifícios)» consagra uma metodologia desenvolvida pelo Architectural Institute of Japan desde o final dos anos 70 e tem sido divulgado na Europa pela sua tradução inglesa [3]. Este guiaequacionaasvariáveis que afectam as construções como um todo, cobrindo os três principais aspectos que contribuem para o fim da vida útil dos edifícios (degradação física dos materiais, obsolescência funcional e degradação da sua performance económica).
O seu âmbito de aplicação abrange as construções correntes, aqui entendidas como aquelas cujo sistema estrutural é predominantemente o betão armado, estruturas metálicas ou sistemas mistos. Os valores obtidos pelo regulamento podem servir como um poderoso instrumento auxiliar na concepção e implementação de planos de manutenção, indispensáveis à longevidade dos edifícios (isto é, dos investimentos que representam e do conforto daqueles que os utilizam).
2.2. Metodologia
A sua metodologia assenta no princípio de que a vida útil (Y0) do edifício deve ser tão longa quanto possível, desde que o balanço entre os custos e os benefícios que gera se mantenha positivo, ao longo do seu ciclo de vida. Quando os custos de manutenção e de substituição ultrapassam o rendimento expectável gerado pelo edifício (ou pelas actividades nele instaladas), considera-se que a construção atinge o limite da sua vida útil. Nesta abordagem excluem-se aquelas construções associadas a valores históricos ou culturais, cujo custo não pode ser equacionado em termos simplesmente financeiros (de rendimento), mas sim por considerações económicas (de bem ou interesse comum).
A aplicação do Regulamento não produz resultados determinísticos absolutos, mas fornece um intervalo de tempo probabilístico em torno de um ponto futuro. Com base nesta informação, obtém-se um instrumento operativo de apoio a decisões de projecto (quais as soluções que asseguram uma maior longevidade com os menores custos globais) ou de gestão do parque construído, permitindo perspectivar no tempo as acções de manutenção (quando e como actuar e com que custos).
3. A DURABILIDADE
Por Durabilidade entende-se o período de tempo ao longo do qual o edifício ou construção se mantém num nível requerido de adequação às exigências que lhe são colocadas, ou permite acolher e responder a novos usos, sem sofrer desgaste físico (erosão ambiental, efeitos do uso, etc.) irreversíveis até determinado ponto [4] [5].
A questão da durabilidade é de particular importância, sobretudo se se atender ao facto de que uma grande percentagem do parque construído nacional ter crescido nos últimos 50 anos sem atender a preocupações de durabilidade. No domínio estrutural, por exemplo, hoje sabe-se que
o betão armado tem uma esperança média de vida que varia entre os 30 e os 150 anos (e não ilimitada, como se acreditava no início do século XX).
3.1 Principais causas de degradação no Betão Armado
Como refere Shah (1999) [6], a experiência demonstra que a maior parte dos problemas de durabilidade no âmbito do betão armado, decorrem da sua falta de resistência à penetração da água e ao ataque por iões químicos, que destroem a alcalinidade do betão.
O betão é um material de elevado pH, o que leva à criação de uma película passiva à volta das armaduras de aço, que age como uma barreira à corrosão do aço mesmo em presença da humidade e oxigénio. No entanto, este efeito protector das armaduras perde-se com o tempo (o pH do betão tende a diminuir, normalmente devido a fenómenos de carbonatação ou pela acção dos iões cloro [7]).
3.1.1 O ataque dos iões cloro
Em ambientes agressivos (por exemplo, zonas costeiras), com elevada concentração de iões cloro, sobretudo através da água que preenche os poros ou micro-fissuras no betão, dá-se uma redução do pH do betão - com a consequente dissolução da película passiva de protecção das armaduras e a posterior corrosão das armaduras.
Os iões cloro penetram do exterior para o interior, e são depositados no interior do betão quando a água que os transporta se evapora ou seca - de facto, este fenómeno é particularmente acelerado sempre que se esteja em presença de situações de ciclos seco / molhado.
3.1.2 A carbonatação
A carbonatação é uma reacção provocada pelo CO2 (existente na atmosfera e decorrente da poluição). Na presença da água, o dióxido de carbono reage com os hidróxidos de cálcio, potássio ou sódio, originando carbonatos e, consequentemente, a descida do pH do betão. 3.1.3 A corrosão de armaduras
A corrosão de armaduras compreende duas fases, das quais a primeira é a de iniciação (destruição da camada passiva de protecção das armaduras), através de fenómenos de carbonatação ou ataque de cloretos, referidos acima.
A segunda fase é a de propagação, ou corrosão activa, para a qual é necessária a presença de humidade no betão (que funciona como electrólito), no qual está “mergulhado” o condutor, a própria armadura. Dá-se então um processo electrolítico através da criação de um ânodo (um processo anódico do tipo, Fe Fe++ + 2e-) e de um processo catódico do tipo 2e- + ½ O2 + H2O 2 (OH). O produto final deste circuito é o óxido de ferro (Fe2O3), vulgarmente designado por ferrugem. Como o processo de corrosão é altamente expansivo, as tensões internas geradas no interior do betão conduzem à fendilhação e descasque do betão, originando a perda de resistência do elemento estrutural.
3.2 Condições a considerar do ponto de vista da durabilidade
Do ponto de vista da durabilidade, é geralmente aceite que a melhor medida de protecção está na produção de betões de qualidade: bem feitos, bem curados, compactos e, sobretudo, pouco permeáveis ou porosos (através de uma boa relação água / cimento, pelo uso de uma boa curva granulométrica do betão e através de compactação e cura eficientes). No caso do aço, considera-se o tipo de protecção da superfície, características das ligas e do seu fabrico, entre outras.
Na fase de projecto, há que assegurar o cumprimento das espessuras de recobrimento mínimas (a experiência aponta para a necessidade de se adoptarem os maiores valores razoáveis possíveis), bem como o revestimento superficial e a impermeabilização dos elementos estruturais, através de uma pormenorização correcta. Este aspecto é tanto mais importante quanto, como refere Costa [8], após uma análise num universo de 10 000 sinistros em edifícios, o Bureau Securitas (França), concluiu que 43 % das causas são imputáveis a erros de projecto e em 59 % das situações o erro decorre de pormenorização incorrecta.
Durante a construção, importa assegurar a qualidade dos materiais empregues e das técnicas aplicadas e atender aos factores que condicionam a execução (prazos, condições ambientais, restrições devido à proximidade de condicionantes, etc.). Deve pois existir um plano de inspecção e ensaio, que assegure o controle da betonagem, recepção em obra de betão pronto, armazenamento correcto, etc.
Após concluída a obra, estes factores terão uma maior ou menor influência de acordo com a natureza, métodos e frequência das acções de manutenção e com a intensidade e agressividade das condições ambientais e do tipo de uso. Sob este aspecto, no caso estudado no Bairro de Alvalade [9], demonstrou-se que a ausência de acções de manutenção, combinada com a acção dos agentes atmosféricos e a poluição, foram a principal causa para o envelhecimento e desgaste dos materiais (isto é, a diminuição da sua durabilidade), pondo mesmo em risco a própria segurança dos edifícios.
4. APLICAÇÃO DO REGULAMENTO
De forma genérica, à luz do Regulamento Japonês, o edifício é considerado como um todo, por sua vez, condicionado pela durabilidade de cada uma das suas partes, elementos, componentes ou equipamentos.
Cada uma das suas partes (estruturas, enchimentos em paredes, impermeabilizações, revestimentos exteriores, acabamentos exteriores, caixilharias, infra-estruturas, etc.) é inicialmente classificada segundo uma classe de referência na perspectiva da durabilidade, que atribui uma vida útil até 120 anos para estruturas correntes, 80 anos para fachadas e compartimentação, ou 15 anos para impermeabilizações, por exemplo. Posteriormente, cada uma das partes que constituem o edifício é individualmente analisada segundo os materiais que a constituem, o factor de qualidade do projecto, a sua qualidade construtiva (verificada ou expectável) e, por fim, a intensidade dos factores ambientais agressivos que a afectam.
Nas construções já existentes, faz-se uma avaliação prévia do seu estado de conservação, de acordo com as condições do meio ambiente, a qualidade dos materiais, técnicas aplicadas e o tipo de manutenção a que está sujeito, antes de proceder à aplicação desta metodologia [10] [11].
4.1 Estimativa da Vida Útil de elementos em betão armado
A natureza dos factores identificados repercute-se num conjunto de índices e ponderações previamente estabelecido de acordo com a natureza da parte em análise, como se constata na expressão (1), aplicável à vida útil de elementos estruturais em betão armado.
Y = Ys * A * B * C * D * E * F * G * H + D’ (1)
em que Y representa a vida útil expectável e Ys a classe de vida útil normalizada para a situação em estudo (normalmente 60 anos).Por fim, ao valor de vida útil de referência faz-se incidir cada um destes índices descritos na Tabela 1, aumentando-o ou diminuindo-o, o que, como sublinha o comentário ao Regulamento Japonês, nem sempre é fácil ou viável.
Tabela 1 –Variáveis que podem afectar a Vida Útil do Betão Armado Estrutural
A Tipo de Betão Normal 1.00
Betão leve 0.95
B Tipo de Cimento Portland normal 1.00
Cinzas volantes ou escórias da classe A 0.85 Cinzas volantes ou escórias da classe B 0.80 C Relação Água /
Ci-mento
a/c = 65 % 1.00
a/c = 60 % (coeficiente de difusão efectiva de iões cloro no betão entre 4 a 12 m2/s.10-12) 1.20 a/c = 55 % 1.50 D Espessura do Reco-brimento (Fase de Iniciação) e = 20 mm 0.25 e = 30 mm 0.56 e = 40 mm 1.00 e = 50 mm 1.56
Nota: os factores associados à fase de propagação não estão contemplados no regulamento E Tipo de Material de
Revestimento
Betão à vista 0.50
Pintura com manutenção adequada 1.00
Reboco (e > 1.5 cm) 1.50
Revestimentos cerâmicos, tijolo ou pedra 3.00 F Controle de
Qualida-de na Construção
Normal 1.00
Elevado 1.50
G Manutenção Inexistente 0.50
Normal (limpeza, mas sem métodos de inspecção) 0.80 Manutenção das superfícies à vista 1.00 H Localização Dentro de casa, ou constantemente imerso dentro de água 1.20 Contacto com o exterior, ambiente normalmente agressivo 1.00 Locais com ciclos de gelo/degelo 0.90
Os valores adoptados para cada um destes factores baseiam-se largamente em dados estatís-ticos, de trabalhos de campo ou estudos experimentais, e é assim que devem ser considerados pois, como refere Gosav (1999) [12], poucas vezes se espera pelo colapso de um edifício para daí extrair conclusões. Do mesmo modo, os valores obtidos para a vida útil da estrutura não são certezas absolutas, mas probabilidades estatísticas para um dado conjunto de condições. No caso do betão armado, note-se o forte impacto negativo da sua aplicação sem qualquer revestimento ou impermeabilização e da utilização de baixas espessuras de recobrimento. Inversamente, pode constatar-se que as soluções que garantem uma maior compacidade e melhor protecção (à água e aos agentes atmosféricos) são também aquelas que mais favorecem a durabilidade a longo prazo -apesar de se poderem questionar valores como aqueles atribuídos aos revestimentos cerâmicos.
4.2 Estimativa da Vida Útil para elementos em madeira
Para a estimativa da vida útil da madeira, o processo é um pouco mais elaborado, nomeadamente no que diz respeito à natureza do material, em função das secções das peças aplicadas e, por fim, pela importância que é dada à manutenção. A durabilidade dos elementos em madeira pode ser determinada pelas seguintes expressões:
y = ys * B * C * D + M (2) ys = y1 + y2 + y3 (3)
Tabela 2 - Variáveis que podem afectar a Vida Útil de elementos em madeira ys y1. Resistência da
madeira
Resinosas, com classe de resistência C1-C5
(pinheiro bravo, pinheiro manso, cedro, cipreste, etc.)
1.00 Folhosas, com classe de resistência C6-C10
(carvalho, azinheira, sobreiro, ulmeiro, faia, castanheiro, eucalipto, etc.)
1.30
Teor em água, para resinosas (factor correctivo)
Classe de humidade 1 - teor inferior a 12 % (Hr > 65 %) 1.00 Classe de humidade 2 - teor entre 12% e 18%(Hr>80%) 0.80 Classe de humidade 3 - valores superiores a 18% 0.50 y2. Valor correctivo
função das secções das peças l maior < 10.5 cm 0.00 l maior entre 12 e 13.5 cm 0.30 l maior entre 13.6 e 15 cm 0.45 l maior superior a 15.1 cm 0.60 y3. Método de tratamento preventivo Sem tratamento 0.00
Por pincelagem ou pulverização 0.30
Por imersão prolongada e pressão 0.70 Em autoclave, sob vácuo e pressão 1.50 (continua) e em que,
B = (B1 + B2 + B3) / 3 ou B = (B1 + B2) / 2 (4)
Tabela 2.1 (continuação da tabela 2) B B1. Contacto entre
madeira e água ou humidade
Protecção superior por consola com 1.10 m de vão 1.20 Protecção superior por consola de 0.60 m de vão 1.00
Sem protecção 0.60
B2. Ventilação dos elementos
Fraca ventilação ou não ventilado 0.60
Ventilação moderada 1.00
Fortemente ventilados 1.50
B3. Medidas de protecção
Sem medidas de protecção 0.00
Com pintura a verniz 0.80
Com pintura a esmalte 1.20
Com pintura a cor e função de insecticida fungicida 1.50 C Nível de execução Sem inspecção ou verificações 0.60
Aplicação e verificação de um Plano de Inspecção e Ensaio, durante toda a execução do trabalho
1.20 D D1. Ataque por
insectos
Exterior, contacto c/ solo (possível presença de térmitas) 0.50 Exterior, sem contacto com o solo ou condições de
humi-dade elevada, sem perigo de ataque de insectos
1.00 Interior, ambientes secos, insectos do tipo caruncho 0.80 D2. Ataque por
fungos
Exterior, contacto com o solo, possibilidade de fungos da podridão castanha (nas resinosas)
0.50 Exterior,s/ contacto c/ solo ou condições de humidade ele-vada, possibilidade de fungos causando manchas e bolores
0.80 Interior, ambientes secos, sem perigo de ataque de fungos 1.00 D3. Presença de água Parede exterior, com beirado 0.40 Parede exterior a sudoeste, c/ algeroz e tubo de queda 0.50 Parede ext. (outras orientações), c/ algeroz e tubo de queda 1.00 (continua) Por fim, o factor M, referente à manutenção, é calculado pelas seguintes expressões:
M = M11 + M12 (6)
M11 = ((ys * B * C * D) - 0,3) * M1 (7) M12 = ys * M2 * M3 (8)
Tabela 2.2 - Variáveis que podem afectar a Vida Útil de elementos em madeira (conclusão) M Nível de Manutenção M11 M1. Frequência de inspecções Sem inspecção 0.30 Todos os 5 anos 0.80 Anual 1.00 M2. Acesso aos elementos Acessibilidade difícil 0.80 Acessibilidade fácil 1.00 M3. Manutenção e reparações pontuais
Sem manutenção periódicas 0.00
Manutenção em cada 8 a 15 anos 0.70
Apesar de aqui não se desenvolverem em detalhe os factores que conduzem à degradação de elementos em madeira, sublinha-se a especificidade de que se reveste a estimativa da sua durabilidade. Por um lado, o regulamento considera a natureza das madeiras a utilizar, incluindo o tipo de tratamentos a que são sujeitas ainda antes da sua aplicação. Como factores ambientais, destaca-se a possibilidade de ataque por parte de insectos xilófagos ou o apodrecimento pela presença de fungos. Como se conclui pela análise das tabelas, as combinações mais nocivas para a durabilidade da madeira resultam da presença de água ou humidade e situações de ventilação deficiente.
Como forma de “recompensar” a existência de manutenção, o regulamento autonomiza esta categoria, cujos valores são calculados em função da periodicidade da manutenção e da facilidade de inspecção das peças (factor controlado sobretudo em projecto).
4.3 Aplicação dos resultados obtidos
Com base na informação dos “patamares” de durabilidade calculados para cada elemento ou parte do edifício, pode construir-se um cronograma síntese, onde seja possível cruzar as diversas operações de manutenção a efectuar e detectar os períodos críticos em termos de coincidência de operações. Este quadro serve de base à elaboração de um plano de manutenção preventiva, de acordo com as reais possibilidades orçamentais da entidade proprietária. Por exemplo, pode-se detectar que, ao fim de 30 anos, existe uma coincidência de operações como a reparação da cobertura, substituição das impermeabilizações e manutenção geral das fachadas, que poderão ser geridas de forma conjunta.
Encarada como um instrumento operativo, esta metodologia para o cálculo da vida útil dos edifícios tem aplicações em domínios tão distintos como o apoio ao Projecto e ao estudo de viabilidade de diferentes soluções construtivas, pode servir como base para estimar e actualizar o valor de rendas e assume-se como uma poderosa ajuda em áreas como a gestão de condomínios ou do parque construído de empresas e instituições.
Por fim, cruzando a informação dos custos previsíveis para a gestão e manutenção de um edifício, com os benefícios que este possa gerar ao longo da sua vida útil (rendas, produção, venda, etc.), torna-se possível determinar a sua viabilidade económico-financeira.
5. CONCLUSÃO
O Regulamento Japonês é um método de apoio à previsão da vida útil das edificações, abrangendo os três aspectos que contribuem para a sua obsolescência (durabilidade,
performance funcional e desempenho económico). O seu valor é sobretudo instrumental,
servindo como suporte ao desenvolvimento de planos e estratégias de manutenção, ou como apoio à tomada de decisões em projecto.
Neste artigo, abordou-se o aspecto da durabilidade, tomando como exemplo a metodologia proposta para a previsão da vida útil de elementos estruturais em betão armado e em madeira.
Presentemente, o primeiro autor encontra-se a desenvolver investigação em torno da possibilidade de aplicação do regulamento à realidade portuguesa (incidindo no caso dos rebocos exteriores), no âmbito da sua dissertação de mestrado, no IST.
6. REFERÊNCIAS
[1] Brand, S. - “How Buildings Learn - What Happens after They’re Built”, Orion Books, London, 1997, 243 p.
[2] Andersen, T.; Brandt, E. - “The Use of Performance and Durability Data in Assessment of Life Time Serviceability”, in “Durability of Building Materials and Components – Service
Life and Asset Management”, Vol. I, Vancouver, 1999, pp. 1813-1820.
[3] “The English Edition of Principal Guide for Service Life Planning of Buildings”, edição comentada, Architectural Institute of Japan, 1993, 75 p (seguidas de anexos).
[4] Brito, J. de - “Vida Útil das Estruturas”, IST, Lisboa 1998, 28 p.
[5] Brito, J. de - “Degradação da Qualidade das Construções”, IST, Lisboa 1998, 35 p. [6] Shah, S.P., et al. - “High Performance Concrete: Strength vs. Durability”, in “Durability of
Building Materials and Components - Keynote Papers”, Vancouver, 1999, pp. 15-28.
[7] Emmons, P- H. - “Concrete Repair and Maintenance”, R. S. Means Company, Kingston,, 280 p.
[8] Costa, J. M.; Abrantes, V. - “Avaliação da Qualidade de Projectos de Edifícios de Habitação” in “Tendências de Gestão Imobiliária”, Lisboa, 1997, pp.153-169.
[9] Alegre, A. - “Estudo Diagnóstico de Consulta e Apoio à Reabilitação das Casas de
Rendas Económicas das Células I e II do Bairro de Alvalade”, Dissertação de Mestrado
em Construção, IST - UTL, Lisboa 1999, 202 p.
[10] Addleson, L. - “Building Failures - A Guide to Diagnosis, Remedy and Prevention”, 3ª Edição, revista, Butterworth Architecture, Oxford, 1992, 167 p.
[11] “Defects in Buildings”, Dept. of Environment, PSA Directorate of Building Development, London, HMSO, 1989. 505 p.
[12] Gosav, I. - “Field Studies Concerning the Life Service Life Prediction”, in “Durability of
Building Materials and Components – Service Life and Asset Management”, Vol. I,
