Modelos de gestão da degradação de fachadas em
pedra de edifícios antigos
Cláudia Sofia Pinto Moreno Pinheiro
Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em
Engenharia Civil
Júri
Presidente: Professor Albano Luís da Silva das Neves e Sousa
Orientador: Professor
Pedro Miguel Dias Vaz Paulo
Vogal: Professor Fernando António Baptista Branco
Agradecimentos
Agradeço ao meu orientador, Professor Pedro Paulo, pela orientação, disponibilidade e oportunidade de utilização das plataformas BuildingsLife e BuildingsLife Analytics.
Ao meu pai, pela formação incutida, pelo estímulo, paciência, confiança transmitida e pela compreensão da dificuldade inerente à elaboração deste desafio.
À Filipa pela companhia, boa disposição, pela motivação em “dias não” e pelos proveitosos debates de ideias. Ao Pedro pelos conhecimentos e dicas imprescindíveis.
Agradeço também à minha família e amigos que das mais variadas e inimagináveis formas me apoiaram, motivaram e incentivaram durante todo este processo.
Título: Modelos de gestão da degradação de fachadas em pedra de edifícios antigos
Resumo
A preocupação com a preservação e durabilidade dos edifícios é um factor preponderante desde a antiguidade, tendo sido alvo de uma agravada preocupação no decorrer nas últimas décadas, conduzindo ao desenvolvimento de diversos estudos de previsão da vida útil.
Dada a credibilidade dos estudos de previsão da vida útil, a elaboração de estratégias de manutenção pró-activa assegura a extensão da durabilidade do edifício. A elaboração destes planos de manutenção toma ainda maior importância no caso dos edifícios estudados nesta dissertação, devido à sua importância histórica e/ou cultural.
A presente dissertação, insere-se na linha de investigação de previsão da vida útil desenvolvida por Paulo (2009), aplicada em rebocos exteriores, adaptando-a a fachadas em pedra de edifícios antigos. A metodologia desenvolvida tem por base dados recolhidos durante as inspecções das fachadas. Estes dados, foram posteriormente tratados de forma a aplicar o método de previsão de vida útil das curvas de Gompertz, desenvolvendo curvas de degradação de acordo com os factores de degradação, para assim, determinar quais os mais influentes e com eles elaborar matrizes de previsão de intervenção.
Neste trabalho, verificou-se que o modelo aplicado produziu resultados aceitáveis, permitindo alcançar os objectivos ambicionados.
Palavras-Chave: vida útil; curvas de Gompertz; factores de degradação; quantificação de anomalias; matrizes de previsão de intervenção; fachadas em pedra de edifícios antigos
Title: Degradation management models applied to old building stone facades
Abstract
The buildings preservation and durability is a matter of concern since the ancient times. The relevance of this matter has grown in the last decades, originating several studies regarding the service life prediction.
Due to the credibility of the service life prediction methods, the pro-active maintenance strategies guarantee an extension of the building durability. The implementation of these strategies takes an even more important role in the studied buildings, which are recognized by its historical or cultural value.
The current thesis follows the investigation line defined by Paulo (2009), initially developed to predict service life on exterior cement renders, and now adapted to old building stone facades. The methodology development is based on the data collected during the building facades inspections. The data treatment process was made in order to apply the service life prediction method known as Gompertz method. The development of degradation graphs according to the considered degradation factors guarantee a better understanding of its effects on stone facades. Allowing the identification of the most influential ones, that will be considered in the determination of the forecasting intervention matrices.
The method applied in this thesis produced suitable results allowing the achievement of the specified aims.
Keywords: service life; Gompertz method; degradation factors; defects quantification; forecasting intervention matrices; old building stone facades
Índice
Agradecimentos ... III
Resumo ... V
Abstract ... VII
Índice ... IX
Índice de Figuras ... XIII
Índice de Quadros ... XV
Abreviaturas ... XVII
1. Introdução ... 1
1.1. Considerações Iniciais ... 1
1.2. Âmbito e justificação da dissertação ... 1
1.3. Objectivos da dissertação ... 2
1.4. Estrutura da dissertação ... 2
2. Conceitos revelantes na previsão da vida útil ... 5
2.1. Introdução ... 5
2.2. Vida útil ou período de serviço ... 5
2.2.1. Vida útil económica ... 6
2.2.2. Vida útil funcional... 6
2.2.3. Vida útil física ... 7
2.2.4. Fim da vida útil ... 7
2.3. A manutenção na vida útil dos edifícios ... 9
2.4. Evolução normativa para a previsão da vida útil ... 10
2.4.1. Introdução ... 10
2.4.2. Principal guide for service life planning of buildings - Japão ... 11
2.5. Métodos de previsão da vida útil ... 12
2.5.1. Métodos Determinísticos ... 13
2.5.2. Métodos Probabilísticos ... 16
2.5.3. Métodos de Engenharia ... 16
2.6. Conclusões do capítulo ... 17
3. Caracterização de Fachadas exteriores em pedra de edifícios antigos ... 19
3.1. Generalidades ... 19
3.2. Caracterização do material – Pedra Natural ... 19
3.2.1.Características intrínsecas da pedra ... 20
3.2.2. Características da pedra calcária ... 22
3.3. Fenómenos de degradação em fachadas de pedra ... 22
3.3.1. Degradação em fachadas de pedra ... 22
3.3.2. Envelhecimento natural da pedra ... 22
3.3.3. Agentes de Degradação ... 23
3.3.4. Anomalias na pedra natural ... 25
3.3.5. Anomalias na amostra em estudo... 27
3.3.6. Tipos de intervenções de manutenção em pedra de edifícios antigos ... 28
3.4. Identificação dos factores de degradação ... 29
3.4.1. Orientação Solar (FD1) ... 30 3.4.2. Distância ao Rio (FD2) ... 31 3.4.3. Intensidade de Trânsito (FD3) ... 31 3.4.4. Dureza Superficial (FD4) ... 31 3.4.5. Rugosidade da Pedra (FD5) ... 31 3.4.6. Época de Construção (FD6) ... 31
3.5. Quantificação das anomalias através da plataforma BuildingsLife (BL1.0) ... 32
3.6. Conclusões do capítulo ... 34
4. Procedimento de Investigação ... 37
4.2. Caracterização da amostra analisada ... 38
4.3. Trabalho de Campo ... 39
4.3.1. Descrição do Procedimento do Trabalho de Campo... 39
4.3.2. Registo Fotográfico ... 40
4.3.3. Medição das Fachadas ... 41
4.4. Caracterização dos Factores de Degradação ... 42
4.4.1. Orientação Solar (FD1) ... 42 4.4.2. Distância ao Rio (FD2) ... 42 4.4.3. Intensidade de Trânsito (FD3) ... 42 4.4.4. Dureza Superficial (FD4) ... 43 4.4.5. Rugosidade da Pedra (FD5) ... 44 4.4.6. Época de Construção (FD6) ... 45
4.5. Datas das últimas intervenções ... 45
4.6. Tratamento das imagens do registo fotográfico ... 45
4.7. Quantificação das anomalias no BL1.0 ... 47
4.7.1. Photo Measure ... 48
4.7.2. Photo Color ... 48
4.8. Elaboração das curvas de degradação no BL2.0 ... 49
4.9. Elaboração das matrizes de previsão de intervenção ... 50
4.10. Conclusões do capítulo ... 51
5. Análise dos Resultados ... 53
5.1. Considerações Gerais... 53
5.2. Degradação Geral ... 54
5.2.1. Análise da dispersão da amostra ... 54
5.2.2. Cuvas de degradação geral ... 56
5.2.3. Confronto das análises de quantificação de cada anomalia ... 58
5.3. Contribuição dos Factores de Degradação na degradação das fachadas em estudo ... 59
5.3.2. Distância ao Rio (FD2) ... 64
5.3.3. Intensidade de Trânsito (FD3) ... 66
5.3.4. Dureza Superficial (FD4) ... 67
5.3.5. Rugosidade da Pedra (FD5) ... 69
5.3.6. Época de Construção (FD6) ... 71
5.4. Combinação dos Factores de Degradação ... 73
5.4.1. Combinação 1 – Orientação Solar (FD1) e Distância ao Rio (FD2) ... 75
5.4.2. Combinação 2 – Orientação Solar (FD1) e Intensidade de Trânsito (FD3) ... 76
5.4.3. Combinação 3 – Distância ao Rio (FD2) e Intensidade de Trânsito (FD3) ... 78
5.5. Síntese dos resultados obtidos ... 80
6.Matrizes de Previsão de Intervenção ... 85
6.1. Generalidades ... 85
6.2. Elaboração das matrizes de previsão de intervenção ... 85
6.3. Quadros de correspondência entre as descrições visuais das anomalias e as suas quantificações efectuadas pelo BL1.0 ... 88
6.4. Exemplos de utilização das matrizes ... 90
6.4.1. Exemplo 1 – Definir um limite de extensão de degradação ... 90
6.4.2. Exemplo 2 – Definir um período de tempo para a intervenção ... 90
6.4.3. Exemplo 3 – Identificar o estado de degradação actual e definir um limite de extensão da degradação ... 91 6.5. Conclusões do capítulo ... 92
7. Conclusão ... 93
7.1. Conclusões finais ... 93 7.2. Desenvolvimentos Futuros ... 98Referências Bibliográficas ... 99
Anexos
Índice de Figuras
Figura 2. 1 - Degradação esquemática do desempenho de várias propriedades (Silva, 2009) .... 8
Figura 2. 2 – Influência da manutenção no comportamento do edifício ou componente durante a vida útil (ISO, 2006) ... 10
Figura 2. 3 – Andamento geral de uma curva de Gompertz ... 15
Figura 3. 1 - Escala de Mohs (Pinto e Gomes, 2009/2010) ... 21
Figura 3. 2 - Direcção e intensidade dos ventos média anual em Lisboa (Windfinder, 2013) .... 24
Figura 4. 1 - Mapa da Concentração de NO2 em Lisboa (Mesquita, 2009, p. 72, Figura 36) ... 43
Figura 4. 2 - Exemplo de uma superfície considerada lisa ... 44
Figura 4. 3 - Exemplo de uma superfície considerada rugosa ... 44
Figura 4. 4 - Fotografias parciais da fachada cmp_a19 ... 46
Figura 4. 5 -Imagem única com distorção da fachada cmp_a19 ... 46
Figura 4. 6 - Imagem final da fachada cmp_a19 ... 47
Figura 5.1 - Acumulação de Sujidade (área - %) - Gráfico geral da distribuição de pontos ... 55
Figura 5.2 - Quantificação da Acumulação de Sujidade (∆Eblack) - Gráfico geral da distribuição de pontos ... 55
Figura 5.3 – Quantificação da descoloração global (∆E) - Gráfico geral da distribuição de pontos ... 55
Figura 5.4 - Quantificação da descoloração da Fachada (∆E) - Gráfico geral da distribuição de pontos ... 56
Figura 5. 5 - Acumulação de Sujidade (área - %) - Gráfico com curva de degradação geral ... 57
Figura 5. 6 - Quantificação da Acumulação de Sujidade (∆Eblack) - Gráfico com curva de degradação geral ... 57
Figura 5. 7 - Quantificação da descoloração global (∆E) - Gráfico com curva de degradação geral ... 57
Figura 5. 8 - Quantificação da descoloração da Fachada (∆E) - Gráfico com curva de degradação geral ... 58
Figura 5. 9 - Comparação das curvas de Gompertz dos gráficos de degradação geral entre a Acumulação de Sujidade (área - %) e a Quantificação da Acumulação de Sujidade (ΔEblack) .. 58
Figura 5. 10 - Comparação das curvas de Gompertz dos gráficos de degradação geral entre a Quantificação da Alteração Cromática Global (∆E) e a Quantificação da Alteração Cromática da Fachada (∆E) ... 59
Figura 5. 11 - Acumulação de Sujidade (área - %) - Curvas de Gompertz para o FD1 ... 62
Figura 5. 13 - Acumulação de Sujidade (área - %) - Curvas de Gompertz para os dois segmentos do FD1 ... 63 Figura 5. 14 - Quantificação da descoloração global (∆E) - Curvas de Gompertz para dois segmentos do FD1 ... 64 Figura 5. 15 - Acumulação de Sujidade (área - %) - Curvas de Gompertz para o FD2 ... 65 Figura 5. 16 – Quantificação da descoloração global (∆E) - Curvas de Gompertz para o FD2 .... 65 Figura 5. 17 - Acumulação de Sujidade (área - %) - Curvas de Gompertz para o factor FD3 ... 67 Figura 5. 18 – Quantificação da descoloração global (∆E) - Curvas de Gompertz para o FD3 .... 67 Figura 5. 19 - Acumulação de Sujidade (área - %) - Curvas de Gompertz para o FD4 ... 69 Figura 5. 20 – Quantificação da descoloração global (∆E) - Curvas de Gompertz para o FD4 .... 69 Figura 5. 21 - Acumulação de Sujidade (área - %) – Dispersão dos segmentos do FD5 ... 70 Figura 5. 22 - Quantificação da descoloração global (∆E) - Dispersão dos segmentos do FD5 .. 70 Figura 5. 23 - Acumulação de Sujidade (área - %) - Curvas de Gompertz para o FD6 ... 72 Figura 5. 24 – Quantificação da descoloração global (∆E) - Curvas de Gompertz para o FD6 .... 73 Figura 5. 25 - Acumulação de Sujidade (área - %) - Curvas de Gompertz para a Combinação 1 – FD1 e FD2 ... 76 Figura 5. 26 - Acumulação de Sujidade (área - %) - Curvas de Gompertz para a Combinação 2 – FD1 e FD3 ... 78 Figura 5. 27 - Quantificação da descoloração global (∆E) - Curvas de Gompertz para a Combinação 2 – FD1 e FD3 ... 78 Figura 5. 28 – Acumulação de Sujidade (área - %) - Curvas de Gompertz para a Combinação 3 – FD2 e FD3 ... 80
Índice de Quadros
Quadro 2. 1 - Síntese do capítulo 2 ... 17
Quadro 3. 1 - Anomalias da Pedra Natural de origem Biológica ... 25
Quadro 3. 2 - Anomalias da Pedra Natural de origem Mecânica / Física e Química ... 26
Quadro 3. 3 – Anomalias da amostra ... 27
Quadro 3. 4 - Obsevações da fachada cmp_c03 ... 28
Quadro 3. 5 - Principais causas de degradação das anomalias consideradas... 30
Quadro 3. 6 - Factores de Degradação de acordo com a sua origem ... 30
Quadro 3. 7 - Anomalias mais frequentes na amostra ... 34
Quadro 3. 8 - Justificação da exclusão da análise das anomalias erosão, fissuração e fendilhação ... 35
Quadro 3. 9 - Factores de Degradação ... 35
Quadro 4. 1 - Exemplos das fachadas em pedra de edifícios antigos consideradas ... 37
Quadro 4. 2 - Exemplos de elementos que cobrem parcialmente as fachadas com elementos 41 Quadro 4. 3 - Estrutura da Matriz de Previsão de Intervenção ... 51
Quadro 5. 1 - Análises de quantificação da degradação de cada anomalia _______________ 53 Quadro 5. 2 – Equações e Erros Quadráticos Médios das curvas de degradação gerais ______ 56 Quadro 5. 3 - Exclusão das análises de quantificação das anomalias para o desenvolvimento do estudo dos FD _______________________________________________________________ 60 Quadro 5. 4 - Percentagens dos segmentos do FD1 _________________________________ 61 Quadro 5. 5 - Equações e Erros Quadráticos Médios das curvas de degradação do FD1 _____ 61 Quadro 5. 6 - Percentagens dos novos segmentos do FD1 ____________________________ 63 Quadro 5. 7 – Equações e Erros Quadráticos Médios das curvas de degradação do FD1 com dois segmentos _____________________________________________________________ 63 Quadro 5. 8 - Percentagens dos segmentos do FD2 _________________________________ 64 Quadro 5. 9 – Equações e Erros Quadráticos Médios das curvas de degradação do FD2 _____ 64 Quadro 5. 10 - Percentagens dos segmentos do FD3 ________________________________ 66 Quadro 5. 11 – Equações e Erros Quadráticos Médios das curvas de degradação do FD3 ____ 66 Quadro 5. 12 - Percentagens dos segmentos do FD4 ________________________________ 68 Quadro 5. 13 – Equações e Erros Quadráticos Médios das curvas de degradação do FD4 ____ 68 Quadro 5. 14 - Percentagens dos segmentos do FD5 ________________________________ 70 Quadro 5. 15 - Percentagens dos segmentos do FD6 de acordo com os séculos ___________ 71 Quadro 5. 16 - Percentagens dos segmentos do FD6 de acordo com o terramoto de 1755 __ 71 Quadro 5. 17 – Equações e Erros Quadráticos Médios das curvas de degradação do FD6 ____ 72 Quadro 5. 18 – Síntese do FD incluídos e excluídos do estudo da combinação de factores ___ 74
Quadro 5. 19 - Combinações de Factores de Degradação desenvolvidas _________________ 74 Quadro 5. 20 - Percentagens dos segmentos da Combinação 1 – FD1 e FD2 ______________ 75 Quadro 5. 21 – Equações e Erros Quadráticos Médios das curvas de degradação da Combinação 1 – FD1 e FD2 ____________________________________________________ 75 Quadro 5. 22 - Percentagens dos segmentos da Combinação 2 - FD1 e FD3 ______________ 76 Quadro 5. 23 – Equações e Erros Quadráticos Médios das curvas de degradação da Combinação 2 – FD1 e FD3 ____________________________________________________ 77 Quadro 5. 24 - Percentagens dos segmentos da Combinação 3 – FD2 e FD3 ______________ 79 Quadro 5. 25 – Equações e Erros Quadráticos Médios das curvas de degradação da Combinação 3 – FD2 e FD3 ____________________________________________________ 79 Quadro 5. 26 - Síntese dos resultados das curvas gerais de degradação _________________ 80 Quadro 5. 27 - Síntese dos resultados do estudo dos factores de degradação na anomalia sujidade ___________________________________________________________________ 81 Quadro 5. 28 - Síntese dos resultados do estudo dos factores de degradação na anomalia alteração cromática __________________________________________________________ 82 Quadro 5. 29 - Combinações de factores de degradação _____________________________ 82 Quadro 5. 30 - Síntese dos resultados do estudo da combinação de factores da anomalia sujidade ___________________________________________________________________ 83 Quadro 5. 31 - Síntese dos resultados do estudo da combinação de factores da anomalia alteração cromática __________________________________________________________ 83
Quadro 6. 1 - Anomalia sujidade - Comparação dos valores de EQM entre as combinações de
factores e a curva geral de degradação ... 85
Quadro 6. 2 - Matriz de Previsão de Intervenção para a anomalia sujidade ... 86
Quadro 6. 3 - Anomalia alteração cromática - Comparação dos valores de EQM entre as combinações de factores e a curva geral de degradação ... 87
Quadro 6. 4 -Matriz de Previsão de Intervenção para a anomalia alteração cromática ... 87
Quadro 6. 5 - Anomalia – Sujidade – Quadro de correspondência entre a quantificação do BL1.0 e a descrição das características visuais ... 88
Quadro 6. 6 - Anomalia – Alteração cromática - Quadro de correspondência entre a quantificação do BL1.0 e a descrição das características visuais ... 89
Quadro 6. 7 - Matriz do Exemplo 1 ... 90
Quadro 6. 8 - Matriz do Exemplo 2 ... 91
Quadro 6. 9 - Matriz do Exemplo 3 ... 92
Quadro 7. 1 - Curvas de degradação geral para a anomalia sujidade... 94
Quadro 7. 2 - Curvas de degradação geral para a anomalia alteração cromática ... 94
Abreviaturas
∆RGB − Variação RGB
µg/m3 − Microgramas por metro cúbico de ar AQA − Análise de quantificação da anomalia
BL1.0 − BuildingsLife
BL2.0 − BuildingsLife Anayltics
CIE − Commission International de l' éclairage CIELab − Espaço de Cor
CML − Câmara Municipal de Lisboa CSA − Canadian Standards Association ED − Extensão da Degradação EQM − Erro Quadrático Médio FD − Factor de Degradação
IGEPAR − Instituto de Gestão do Património Arquitetónico e Arqueológico ISO − International Standard Organization
KB − Kilobyte
m − Metros
m2 − Metro quadrado
MB − Megabyte
NO2 − Dióxido de Nitrogénio
REQM − Raiz do Erro Quadrático Médio RGB − Red Green Blue
RSL − Vida útil de referência
SI − Sistema Internacional de unidades
SIPA − Sistema de Informação para o Património Arquitectónico T; t − Tempo
1. Introdução
1.1. Considerações Iniciais
Desde a antiguidade que a evolução da construção está interligada à história e evolução da civilização. Dependendo de diversos factores sociais e económicos que permitiram a evolução dos materiais de construção e a evolução das técnicas de engenharia.
É com a nossa história, que sabemos que a pedra natural é aplicada em construções desde a antiguidade. A sua aplicação deve-se ao facto de ser um material bastante durável (sendo capaz de persistir durante séculos) e de se apresentar numa grande variedade de cores e texturas. A pedra natural tornou-se assim num material estrutural e com excelentes características estéticas.
A importância histórica e/ou cultural destes edifícios, leva a que, actualmente, sejam denominados de edifícios históricos ou até mesmo de monumentos históricos, sendo que, em Portugal, a classificação dos bens culturais imóveis é elaborada pelo IGESPAR, como descrito no Decreto-Lei nº309/2009, de 23 de Outubro.
A elevada idade destes edifícios tem implícita a constante ocorrência de fenómenos de degradação, no entanto, o desejo pela conservação leva a que seja fundamental incrementar a sua durabilidade, aumentando a vida útil. Para tal, é crucial a elaboração de previsões da vida útil de forma a determinar planos de manutenção a curto e longo prazo que sejam adequados a este tipo de edifícios, optimizando também, os seus custos.
1.2. Âmbito e justificação da dissertação
A previsão da vida útil é uma temática que tem sido alvo de diversos desenvolvimentos normativos e consecutivas metodologias de previsão. Permitindo estimar a vida útil dos materiais e elementos de uma construção, para desta forma, ser possível avaliar e prever o comportamento geral da construção ao longo dos anos.
O desenvolvimento desta investigação, pretende aplicar o estudo da previsão da vida útil a fachadas de construções existentes, de características distintivas. Tendo por base a metodologia desenvolvida por Paulo (2009), e aplicada, por outros autores, como Garrido (2010), Costa (2011), Anselmo (2012) e André (2012) a diferentes amostras de estudo. Parte da
amostra estudada nesta dissertação foi obtida em paralelo com o trabalho desenvolvido por Rodrigues (2013).
A metodologia, desenvolvida no capítulo 4, tem como suporte os seguintes pontos, a inspecção de edifícios em serviço, a quantificação das anomalias através da plataforma BuildingsLife (BL1.0), a identificação, caracterização e combinação de factores de degradação e a elaboração de curvas de previsão da vida útil através de uma outra plataforma, o BuildingsLife Anayltics (BL2.0), a qual aplica o método determinístico das curvas de Gompertz.
1.3. Objectivos da dissertação
O desenvolvimento desta dissertação tem como objectivos:
O estudo das fachadas em pedra de edifícios antigos, de importância histórica e/ou cultural;
Constatar o estado de degradação actual, identificando e quantificando as anomalias existentes nas fachadas em análise;
Elaborar curvas de degradação, para estimar a previsão da vida útil;
Avaliar a influência dos factores de degradação na amostra. Estudando os seus efeitos individuais e combinados;
Elaborar matrizes de previsão de intervenção, baseadas na previsão da vida útil, que deverão aconselhar o dono de obra a intervir na fachada, de acordo com os seus critérios de necessidade de intervenção.
1.4. Estrutura da dissertação
A presente dissertação encontra-se estruturada em seis capítulos.
No presente capítulo, é efectuada uma introdução da dissertação, na qual se descreve o âmbito, justificação e objectivos pretendidos, finalizando com uma breve descrição da sua estruturação.
No capítulo 2, é elaborado o state-of-the-art desta dissertação, no qual se abordam e definem os principais conceitos sobre a vida útil das construções. Seguidamente descrevem-se os principais documentos normativos e os métodos de previsão da vida útil mais frequentemente utilizados, incluindo o utilizado no desenvolvimento deste estudo, o método das curvas de Gompertz.
O capítulo 3, ainda de carácter teórico, apresenta uma caracterização de fachadas exteriores em pedra de edifícios antigos. No seu desenvolvimento apresenta-se a caracterização do material em estudo, a pedra natural. No qual se incluí as suas características intrínsecas, os fenómenos de degradação, as principais anomalias e os tipos de intervenções de manutenção mais comuns. É ainda elaborada uma descrição dos factores de degradação considerados no desenvolvimento deste estudo. Finalmente é elaborada uma breve descrição dos fundamentos da plataforma BL1.0, utilizada na quantificação das anomalias em estudo.
No capítulo 4, é apresentado todo o procedimento desenvolvido nesta investigação, descrevendo, a amostra analisada, as etapas do trabalho de campo, a caracterização dos factores de degradação (FD) e a quantificação das anomalias pelo BL1.0. É também apresentado o layout desenvolvido para as matrizes de previsão de intervenção.
No capítulo 5, são analisados os dados obtidos aquando do trabalho de campo, através do estudo de gráficos de degradação das curvas de Gompertz, obtidos pelo BL2.0. São feitas análises gerais da amostra, análises da influência individual e conjunta dos factores de degradação considerados.
No capítulo 6, é exposta a elaboração das matrizes de previsão de intervenção e são apresentados três exemplos de utilização das matrizes. São também apresentados quadros que efectuam a correspondência entre as quantificações das anomalias efectuadas pela plataforma BL1.0 e as suas características visuais.
Finalmente, no capítulo 7, apresentam-se as considerações finais do estudo realizado, bem como sugestões para desenvolvimentos futuros.
2. Conceitos revelantes na previsão da vida útil
2.1. Introdução
Com este capítulo pretende-se efectuar um enquadramento teórico da vida útil das construções e seus componentes, descrevendo os conceitos fundamentais para a aplicação da metodologia de previsão da vida útil. Para tal, serão introduzidos diversos conceitos referentes à vida útil, bem como a importância que a manutenção periódica tem no seu prolongamento.
A importância desta temática assenta na necessidade de assegurar a durabilidade das construções, o que leva ao desenvolvimento de metodologias de previsão da vida útil. Serão, por isso, expostas as normas e métodos de previsão da vida útil mais frequentemente utilizados, entre os quais, o método das curvas de degradação de Gompertz, aplicado no desenvolver desta dissertação.
2.2. Vida útil ou período de serviço
A norma ISO 15686-1 (ISO, 2011), define vida útil, como o período de tempo, após construção, para o qual o edifício ou os seus elementos igualam ou excedem os requisitos mínimos de desempenho.
Existem, no entanto, outras definições para o termo vida útil, elaboradas por diversos autores e instituições. A dificuldade de consenso, reside na dificuldade de designar os requisitos mínimos universais, pois estes variam de acordo com os padrões de conforto da época, do contexto social, do uso que lhe é atribuído, do enquadramento normativo e ainda de quem os executa. Assim, o conceito de vida útil torna-se relativo, variando de acordo com os requisitos mínimos de desempenho considerados. (Santos, 2010; Gaspar e Brito, 2003a)
Para os edifícios a definição de vida útil é ainda mais complexa, pois como referencia Branco (2006), a vida útil dos constituintes do edifício possuem geralmente vida útil inferior à vida útil do edifício em si. Desta forma, os componentes do edifício deveram ser sujeitos a acções de manutenção periódicas, permitindo desta forma um prolongamento da vida útil do edifício. (Flores, 2002; Silva, 2009)
A determinação da vida útil do edifício e dos seus constituintes depende de critérios de análise. Embora exista discrepância nos critérios a analisar, estes tendem a ser agrupados nos
seguintes grupos, vida útil económica, vida útil funcional, vida útil física e vida útil de projecto, descritas nos subcapítulos 2.2.1, 2.2.2, 2.2.3 e 2.2.4, respectivamente.
2.2.1. Vida útil económica
O custo global da construção é composto não só pelo investimento inicial mas também pelos custos a logo prazo provenientes de acções de exploração, manutenção e intervenção efectuadas. Com isto, a longo prazo será provável depararmo-nos perante uma situação onde é determinante saber se é mais proveitoso reabilitar ou demolir o edificado. O fim da vida útil económica ocorre precisamente quando se torna economicamente vantajoso demolir e construir um novo elemento, em oposição da reabilitação do antigo.
É, no entanto, importante salientar que as construções são actualmente entendidas como um investimento susceptível às variações de mercado, o que indica que factores externos como pressão do sector imobiliário, depreciação da zona onde está inserido, incapacidade de acolher actividades mais rentáveis são também exemplos de causas que podem levar ao limite da vida útil económica. (Gaspar e Brito, 2004; Branco, 2010b)
2.2.2. Vida útil funcional
A vida útil funcional é também denominada, por diversos autores, de obsolescência funcional. Esta, de acordo com Davies e Szigeti (1999), corresponde ao período de tempo durante o qual uma construção assegura a utilização para o qual foi concebida, sem se efectuar alterações. Assim sendo, a vida funcional das construções relaciona-se com a utilização e ocupação que o elemento tem e, consequentemente, com as necessidades e expectativas de conforto, aparência e funcionalidade dos seus habitantes. Assim sendo, a vida útil funcional relaciona-se com a flexibilidade que as construções apresentam, desde a simples adaptação do espaço a novos níveis de qualidade, como a alteração da sua utilização (exemplo: alterar um edifício habitacional num edifício de escritórios), ou, até atingir o limite da sua capacidade (exemplo: quando o número de vias numa ponte já não é o suficiente para o tráfego existente). Embora a previsão da vida útil funcional não possa ser quantificável, é possível executar projectos que incluam flexibilidade, prevendo e preparando diferentes exigências futuras para, desta forma, obter uma melhor rentabilização dos investimentos iniciais e consequentemente minimizar os custos a longo prazo de exploração e manutenção. (Gaspar e Brito, 2003b; Branco, 2010b)
2.2.3. Vida útil física
A vida útil física está interligada com a durabilidade, sendo esta última, definida como a capacidade de uma construção ou qualquer um dos seus componentes realizarem as funções requeridas, no seu ambiente de serviço, durante um intervalo de tempo.
Por sua vez a definição de vida útil física, segundo Gaspar e Brito (2003c), corresponde ao período de tempo durante o qual o edifício ou parte dele responde às exigências de serviço que lhe são colocadas, de acordo com as condições de uso e considerando um equilíbrio de custos/benefícios e impacte ambiental. Entendendo-se assim, a correlação existente entre estas definições.
O estudo da vida útil física das construções tem evoluído significativamente no conhecimento do engenheiro. Este fenómeno deve-se ao envelhecimento do património edificado existente, surgindo assim a necessidade de compreender a durabilidade física das construções (Silva, 2011). Contudo, de acordo com Gaspar e Brito (2003), geralmente não é a durabilidade física que condiciona as intervenções nas construções, sendo que esta só tem importância após considerada a componente funcional das edificações, já que, na maior parte dos casos, a vida útil de um elemento ou construção termina muito antes do valor limite em termos de deterioração física. Estas intervenções são comummente efectuadas devido ao fim da vida útil determinado pela vida útil funcional e/ou vida útil ecomómica.
No entanto, a estimativa de vida útil física permite obter um valor indicativo do limite máximo do período de serviço. Através destes valores é possível estabelecer análises da vida útil funcional e económica, permitindo assim, a optimização de investimentos e caso seja economicamente viável a optimização das acções de manutenção (Gaspar e Brito, 2003).
De acordo com Gaspar (2008), são diversos os motivos que levam ao fim da vida útil física, podendo ter como causas associadas, o desgaste proveniente do uso, as acções ambientais e até mesmo a ausência de manutenção.
Actualmente existem diversos métodos que permitem estimar a vida útil física. Estes métodos serão desenvolvidos no decorrer do subcapítulo 2.5.
2.2.4. Fim da vida útil
Citando Santos (2010), “um elemento de construção atinge o fim da sua vida útil quando deixa de desempenhar adequadamente as funções que lhe foram previamente exigidas, devido a alterações no desempenho requerido em relação à utilização destinada. Uma vez que o desempenho requerido é de difícil quantificação, a definição do fim de vida útil é complexa”.
No entanto, de acordo com Moser (2004), o fim da vida útil pode ser colocado como o ponto no tempo, para quando a função prevista deixa de ser cumprida. Com o objectivo de clarificar a sua definição, o autor considera que os constituintes de um edifício se podem separar em três categorias de exigência (segurança, função e aparência) e o fim da vida útil do edifício pode ser dado quando uma destas três exigências entrar em incumprimento. Consideram-se as exigências em cumprimento se:
segurança: a integridade do elemento de construção é mantida no nível padrão de segurança;
função: é cumprida a função requerida; aparência: é conferida a aparência esperada.
Este conceito pode ser traduzido graficamente, onde para cada categoria existe um nível mínimo de exigência. A segurança é a categoria com o nível mais elevado de exigência pois trata-se de um critério fundamental. Por sua vez, considera-se o mesmo nível de exigência para as restantes categorias, onde a aparência é a categoria que se mostra como aquela que mais rapidamente atinge o nível mínimo de exigência. (Sousa, 2008; Silva, 2009; Santos, 2010) Estas evoluções são explicitadas na Figura 2.1.
Figura 2. 1 - Degradação esquemática do desempenho de várias propriedades (Silva, 2009)
Assim, facilmente se depreende que o limite da vida útil depende fundamentalmente da exigência de cada individuo.
2.3. A manutenção na vida útil dos edifícios
Estratégias de manutenção são essenciais para controlar a degradação, conferindo qualidade no serviço prestado pelo edificado aos seus utilizadores, assegurando condições de segurança, uso e conforto (Raposo, 2012).
As operações de manutenção afectam o comportamento dos elementos no decorrer do tempo, provocando alterações benéficas nos modelos de degradação, conferindo assim, elevada influência no ciclo de vida útil de um edifício ou componente (Flores, 2002; Takata et al., 2004). Para tal, é fundamental uma adequada gestão da manutenção, que deverá estar presente em todas as fases da vida útil. A base da gestão da manutenção deverá ocorrer na fase de projecto, definindo estratégias baseadas em, condições de serviço, modelos e agentes de degradação, anomalias relevantes, níveis de qualidade desejados e os custos envolvidos. (Flores-Colen, 2010; Raposo, 2012).
Segundo Branco (2010a), considera-se a existência de dois tipos de estratégias de gestão da manutenção, pró-activa, quando se actua antes da ocorrência de algum infortúnio que exija a reabilitação e, reactiva, quando se actua após a ocorrência que exige a reabilitação.
Dentro da manutenção pró-activa existem as seguintes abordagens:
Manutenção preventiva – prevista na fase de projecto, tem por base o planeamento de acções de manutenção com intervalos regulares. Garantindo o bom desempenho do edifício ou componente em causa.
Manutenção preditiva – na fase de projecto é elaborado um planeamento de inspecções periódicas, que permitam a avaliação do estado de degradação. Este processo permite obter maior precisão nas intervenções, o que reduz o custo total do ciclo de vida útil. Este processo adequa-se a componentes cuja condição e degradação pode ser facilmente monitorizada.
Manutenção de melhoramento – consiste em efectuar acções que assegurem a melhoria das características iniciais de alguns componentes da infraestrutura.
Por sua vez, a manutenção reactiva, surge na ausência de acções de manutenção. Esta ausência origina a ocorrência de erros, ou estados de degradação elevados, factos que poderão levar à necessidade de intervenções rápidas, o que implica que o custo destas operações seja elevado. (Branco, 2010a; Flores-Colen, 2010; Flores-Colen e Brito, 2010;)
Na Figura 2.2, encontra-se um gráfico que traduz a forma de como estas intervenções afectam, durante a vida útil, o comportamento de um edifício ou componente, confrontando a inexistência de qualquer intervenção.
O eixo X representa o Tempo e o eixo Y o Nível de Qualidade.
PD – níveis de performance 1 – Expectativas dos utentes 2 – Anomalias iniciais após construção 3 – Novos requisitos 4 – Melhorias 5 – Manutenção preventiva e periódica 6 – Estados limites 7 – Modificações e melhorias para um melhor desempenho 8 – Reparação
9 – Substituição
10 – Curva de desempenho sem acções de manutenção 11 – Renovação
Figura 2. 2 – Influência da manutenção no comportamento do edifício ou componente durante a vida útil (ISO, 2006)
2.4. Evolução normativa para a previsão da vida útil
2.4.1. Introdução
Nos últimos anos, os estudos e publicações referentes à previsão da vida útil de materiais, componentes e estruturas das construções, têm tido elevado desenvolvimento. Este facto deve-se à necessidade de assegurar a durabilidade das construções, que por sua vez, segundo Hovde (2004), têm como factores base os sectores ambientais e económicos, que acarretam cada vez mais maior importância na construção.
O crescente interesse no tema, levou ao aparecimento de diversas metodologias de previsão da vida útil e consequentemente, à concepção de documentos de normalização. Os documentos normativos têm como finalidade, clarificar os procedimentos aconselháveis, para as fases de planeamento, projecto, construção e utilização do edifício, de forma a ser possível prever corretamente a vida útil e simultaneamente alcançar uma maior durabilidade na construção (Santos, 2010).
Foram diversos os países que estabeleceram regulamentos e normas, em seguida descrevem-se sucintamente as normas de maior relevância.
2.4.2. Principal guide for service life planning of buildings - Japão
No Japão, a previsão da vida útil tem sido um tema abordado há varias décadas, tendo sido publicada em 1993, em inglês, uma versão curta do regulamento (AIJ,1993), responsável pela sua grande divulgação (Gaspar, 2009).
O documento normativo tem o intuito de uniformizar os objectivos de durabilidade para as diversas fases do ciclo de vida de um edifício, nomeadamente, planeamento, projecto, construção, utilização e manutenção (Hovde, 2004).
Segundo Gaspar e Brito (2003), esta metodologia assenta numa expressão factorial, constituída pelas várias fases do ciclo de vida do edifício, as características dos materiais, as condições de projecto e construção e as condições de exposição ambiental. Permitindo a determinação da vida útil do edifício como um todo ou apenas para os seus componentes.
Esta metodologia tem a especial importância de ser a base de diversas normas reconhecidas actualmente, como é o caso na ISO 15686, descrita em seguida.
2.4.3. ISO 15686 Buildings and construction assets - Service life planning
O conjunto de norma ISSO 15686, regulamentado pela International Organization for Standardization, constitui segundo diversos autores, uma das fontes de informação mais relevantes no que respeita à vida útil (Athena Institute, 2006; Sjöström e Davies, 2005; Silva, 2009; Santos, 2010), sendo composta pelos seguintes documentos (Sjöström e Davies, 2005; Gaspar, 2009; ISO,2013):
ISO 15686–1: 2011 – General principles and framework: identifica e estabelece os princípios e procedimentos que se aplicam ao projecto, no planeamento da vida útil das edificações já construídas;
ISO 15686–2: 2012 – Service life prediction procedures: descreve procedimentos, baseados no desempenho técnico e funcional, que facilitam a previsão da vida útil dos componentes do edifício. Proporciona uma estrutura de princípios e requisitos;
ISO 15686–3: 2002 – Performance audits and reviews: descreve a abordagem e os procedimentos a aplicar nas diversas fases da vida útil de uma obra, para garantir uma efectiva gestão da vida útil;
ISO/DIS1
15686–4 – Service Life Planning using Building Information Modelling: em elaboração;
1 DIS – Draft International Standard
ISO 15686–5: 2008 – Life-cycle costing: guia pra obtenção dos custos globais associados à vida útil das construções;
ISO 15686–6: 2004 – Procedures for considering environmental impacts: apresenta indicações para a determinação do impacte ambiental de diferentes soluções de projecto. Elabora a relação da avaliação do impacto ambiental e o planeamento da vida útil;
ISO 15686–7: 2006 – Performance evaluation for feedback of service life data from practice: guia para a recolha de informação relativa ao desempenho durante a vida útil de edifícios construídos;
ISO 15686–8: 2008 – Reference service life and service-life estimation: descreve a metodologia de estimativa da vida útil, aplicando o método factorial;
ISO 15686–9: 2008 – Guidance on assessment of service-life data: fornece indicações relativas a harmonização de produtos da construção;
ISO 15686–10: 2010 – When to assess functional performance: especifica requisitos para verificar o desempenho funcional dos edifícios (e instalações relacionadas) durantes a vida útil;
ISSO/DTR2
15686–11: Terminology.
2.5. Métodos de previsão da vida útil
De acordo com Hovde (2004), a previsão da vida útil de um edifício, ou dos seus componentes, pode ser um processo complexo e moroso, sujeito a diversas variáveis. Este facto, leva a que a determinação da vida útil não possa ser considerada como uma ciência exacta. Os resultados obtidos deverão, por isso, ser considerados como uma estimativa da vida útil.
Para garantir a fiabilidade dos resultados, os documentos que descrevem os métodos de previsão da vida útil incluem recomendações e explicações dos dados necessários à sua aplicação (Santos, 2010). Torna-se assim, necessária a aquisição prévia de conhecimentos sobre o material e o seu estado de deterioração, escolhendo determinadas propriedades mensuráveis, que permitam avaliar o seu desempenho (Gaspar, 2002). Para Paulo (2009), antes da aquisição de dados, deverão ser desenvolvidos conceitos referentes ao elemento em análise, nomeadamente, as características do material em análise, os seus mecanismos de degradação, as suas anomalias, as condições de exposição ambiental e os factores de
2 DTR - Draft Technical Report
degradação a que está sujeito. O desenvolvimento destes parâmetros encontra-se no decorrer do capítulo 3.
Finalmente, após a recolha de dados, é possível proceder-se ao desenvolvimento do método de previsão da vida útil.
De acordo com diversos autores, os métodos de determinação da vida útil dividem-se em métodos determinísticos, métodos probabilísticos (ou estocásticos) e métodos de engenharia (Hovde, 2004; Moser, 2004; Paulo, 2009).
Seguidamente, apresentam-se os vários grupos de métodos de previsão da vida útil, expondo os seus fundamentos e descrevendo os métodos de maior relevância ou utilização.
2.5.1. Métodos Determinísticos
Segundo Gaspar (2002), os métodos determinísticos baseiam-se no estudo dos factores de degradação que afectam os elementos estudados, na compreensão dos seus mecanismos de atuação e, por fim, na sua quantificação traduzida em funções de degradação. Os factores de degradação são assim definidos por equações que expressam as suas acções ao longo do tempo.
Estes métodos são considerados de fácil compreensão e rápida aplicação, porém, são também alvo de várias críticas, referentes à simplicidade com que se traduz fenómenos de elevada complexidade, como é o caso dos fenómenos de degradação.
Consideram-se, no entanto, dois tipos de modelos determinísticos, um primeiro, que assume a forma mais simplificada, estimando apenas o valor determinístico da vida útil do elemento, como é o caso do Método Factorial. O outro tipo de modelos determinísticos, denominados de Métodos de Correlação Estatística, baseiam-se na definição de curvas de degradação, obtidas através de gráficos de degradação, que pretendem representar a evolução da degradação do material ou componente durante um determinado período de tempo. Estes gráficos caracterizam-se por apresentarem as seguintes características:
O eixo das abcissas representa o tempo. Este pode ser o tempo decorrido desde a entrada em serviço do componente em estudo, ou então, o tempo decorrido após a última intervenção de manutenção sofrida;
O eixo das ordenadas representa uma escala de medida de degradação, que poderá apresentar-se de duas formas distintas, através de uma medida de degradação representativa do valor real de degradação (Extensão da Degradação (ED)), ou uma escala dividida em níveis de degradação (ND), onde a medida de degradação é dividida
por patamares. A utilização de níveis de degradação implica, segundo Paulo (2009), a utilização de normas de classificação de anomalias, tais como a norma ISO 4628-5:2003 ou a norma ASTM D772-86;
São comummente referenciados como gráficos do tipo T-ED (Tempo – Extensão de Degradação) ou T-ND (Tempo – Níveis de Degradação);
Existem diversos tipos de curvas de degradação, que diferem entre si no seu andamento, como as curvas do tipo Gompertz, Potenciais, Weibull, Lineares, Côncavas, Convexas e em “S”.
Os estudos desenvolvidos por Paulo (2009), Garrido (2010) e Costa (2011), comparam os ajustes das curvas de degradação de Gompertz, Potenciais e Weibull. Os resultados obtidos, mostram que o andamento das curvas de Gompertz é o que confere melhor ajustamento à realidade. Por este motivo, o desenvolvimento desta dissertação terá como base a utilização deste método de previsão da vida útil.
2.5.1.1. Método Factorial (Factor Method)
O Método Factorial, é um método adoptado pela norma ISO 15686 que, por sua vez, segue a metodologia desenvolvida pelo Architectural Institute of Japan. Para o desenvolvimento desta metodologia é necessária a introdução do conceito de vida útil de referência (RSL), definida segundo Paulo (2009), pela norma, como a vida útil que seria espectável obter ou que está prevista para um edifício ou suas componentes, num determinado conjunto de referência, em condições de serviço. Esta metodologia assenta na introdução de vários factores correctivos (A, B, C, D, E, F, G) ao valor da vida útil de referência (RSL), obtendo-se assim a estimativa da vida útil (ESL) de um componente de um edifício, de acordo com a equação Eq.2.1.
(Eq.2.1)
Onde, segundo a ISO 15686:
ESL – vida útil estimada do material (estimated service life); RSL – vida útil de referência (reference service life);
A – factor relacionado com a qualidade dos materiais; B – factor relacionado com o nível de projecto; C – factor relacionado com o nível de execução;
D – factor relacionado com as condições do ambiente interior; E – factor relacionado com as condições do ambiente exterior; F – factor relacionado com as condições de uso;
G – factor relacionado com o nível de manutenção.
Estes factores correctivos apresentam comummente valores compreendidos entre 0,8 e 1,2, podendo assumir outros valores, desde que justificáveis, pelo comportamento beneficente ou gravoso constatado na realidade.
O resultado único obtido por este método representa o limite expectável para a vida útil, não demonstrando o comportamento intermédio sofrido pelo elemento. Desta forma, como advertido na norma ISO 15686, não pode ser tomado como uma garantia à vida útil (Davies e Wyatt, 2005).
2.5.1.2. Método de Correlação Estatística – Curvas de Gompertz
Estas curvas caracterizam-se pela existência de dois patamares criados por assimptotas horizontais nos limites do contradomínio, como exemplificado na Figura 2.3. A equação geral que define as curvas de degradação de Gompertz encontra-se na equação Eq.2.2.
(Eq.2.2)
Onde segundo Paulo (2009), corresponde ao valor da extensão da degradação, corresponde ao tempo decorrido desde a entrada em serviço do material ou componente. Os parâmetros e são escalares, de sinal negativo para garantir o andamento característico da curva.
Na Figura 2.3 é apresentado o comportamento característico da curva, que traduz a evolução da degradação nas suas fases distintas. A fase de iniciação com progressão lenta, seguida de uma fase caracterizada pelo elevado aumento da degradação e a fase final caracterizada por uma elevada extensão da degradação e por isso, com um desenvolvimento subtil.
2.5.2. Métodos Probabilísticos
Segundo Paulo (2009), como a vida útil tem grande dispersão, esta, não deverá ser expressada como um único valor determinístico, como elaborado nos métodos determinísticos. A vida útil deverá ser tratada como uma quantidade estocástica, com recurso a funções de densidade.
Desta forma, nos métodos probabilísticos a degradação é considerada como um processo estocástico, onde a probabilidade de deterioração é definida para cada propriedade durante um período de tempo (Cecconi, 2002). Permitindo a elaboração de modelos que permitam descrever ao longo do tempo, a evolução da degradação com as correspondentes incertezas. Para a obtenção deste nível de resultados é fundamental uma grande quantidade de informação, recolhida através do trabalho de campo, ao longo de um elevado período de tempo, de forma a garantir que os dados recolhidos expressem adequadamente o desempenho do elemento e permitam compreender os fenómenos de degradação a que este está sujeito. Estes métodos são, por isso, muito dependentes de um longo trabalho de campo, o que torna a sua aplicabilidade reduzida (Gaspar, 2002). Por sua vez, Leiria, Lingard, Nesje, Sind e Saegrov (1999), descrevem como estes métodos podem ser utilizados para prever as necessidades de intervenção das construções ou seus componentes.
Seguidamente, apresenta-se uma breve descrição do método probabilístico mais utilizado, o Modelo de Markov.
2.5.2.1. Modelo de Markov (Markov Chain)
Este modelo, simula a transição de um nível de degradação para outro ao longo do tempo. Para tal, o modelo assume que a deterioração é regida por um conjunto limitado de variáveis aleatórias, sendo que, a estrutura em estudo deverá ser analisada separando os seus componentes, pois estes terão deteriorações distintas. Assim, para cada componente são definidas as variáveis responsáveis pelo processo de deterioração, considerando-se as suas probabilidades de ocorrência. O resultado origina uma matriz que representa para cada elemento, os diversos níveis de degradação e a correspondente probabilidade de passagem de um nível para o outro, por unidade de tempo. (Noortwijk e Frangopol, 2004; Paulo, 2009; Sousa, 2008)
2.5.3. Métodos de Engenharia
Segundo Paulo (2009), os métodos de engenharia pretendem combinar os métodos determinísticos e probabilísticos. Pretende-se manter a simplicidade dos métodos determinísticos, melhorando-os, através da introdução, de dados probabilísticos que exijam
menor quantidade de informação. Assim, são introduzidos dados estocásticos na definição dos factores de degradação, o que permite, segundo Gaspar (2002), integrar um pouco de variabilidade associada à incerteza da realidade. Produzindo modelos de concepção de engenharia poderosos (Paulo, 2009).
2.6. Conclusões do capítulo
Com a elaboração deste capítulo pretendeu-se criar uma primeira base para o desenvolvimento do estudo da previsão da vida útil de fachadas de pedra de edifícios antigos. As temáticas desenvolvidas neste capítulo são sintetizadas no Quadro 2.1.
Quadro 2. 1 - Síntese do capítulo 2
Tema Pontos desenvolvidos Síntese
Vida Útil
Vida útil económica O conceito de vida útil é relativo, pois varia de acordo com os requisitos mínimos de desempenho considerados, estes requisitos podem ser de ordem
económica, funcional ou física.
Geralmente as intervenções nas construções são efectuadas devido ao fim da vida útil funcional e/ou
vida útil económica. No entanto é através da estimativa da vida útil física que é possível obter um
valor indicativo do limite máximo do período de serviço da construção. Com estimativa da vida útil física é então possível estabelecer análises da vida útil funcional e económica, permitindo assim a
optimização de investimentos. Vida útil funcional
Vida útil física
Fim da vida útil
Manutenção na vida útil dos edifícios
Manutenção pró-activa: As intervenções de manutenção são responsáveis por alterações benéficas no comportamento de
degradação dos elementos.
Existem dois tipos de estratégias de gestão da manutenção, a pró-activa, quando se actua antes da
ocorrência de algum infortúnio que exija a reabilitação e, reactiva, quando se actua após a ocorrência que exige a reabilitação, o que implica
que o elevado custo destas operações. Preventiva Predictiva Manutenção reactiva Métodos de previsão da vida útil
Métodos determinísticos Os métodos de previsão da vida útil estimam a vida útil física da construção ou elemento construtivo em
análise.
Os métodos dividem-se em três grupos distintos, os determinísticos, os probabilísticos e os de
engenharia.
O método aplicado no desenvolvimento deste estudo é o método determinístico das curvas de
Gompertz. Método de Correlação estatística - Curvas de Gompertz Métodos probabilísticos: Métodos de engenharia
Com o estudo aqui desenvolvido, constata-se a necessidade de abranger outras temáticas, também necessárias à aplicação das metodologias de previsão da vida útil. Como referido, estas serão, as características do material em análise, a pedra natural, os seus mecanismos de degradação, as suas anomalias, a influência das condições de exposição ambiental e dos factores de degradação, que serão desenvolvidas no capítulo 3.
3. Caracterização de Fachadas exteriores em pedra de edifícios
antigos
3.1. Generalidades
A pedra natural é caracterizada como um material durável, com propriedades estéticas e capacidade estrutural, justificando a sua presença nas construções desde a antiguidade.
A pedra natural, tal como qualquer outro material, está sujeita a solicitações de origem ambiental e humana, responsáveis pela alteração das propriedades da pedra, ou seja, que influenciam a degradação. A escolha da análise das fachadas exteriores em pedra recai no facto de estas serem o elemento mais exposto a estas solicitações e também por ser o elemento de mais fácil acesso.
No presente capítulo será efectuada uma pequena caracterização da pedra natural, seguida dos fenómenos de degradação existentes, suas respectivas causas e anomalias mais frequentes. Para estas anomalias, será apresentado em valor percentual, a sua existência na amostra, identificando também as anomalias selecionadas para a análise. Seguidamente serão identificados os factores de degradação considerados no desenvolvimento desta dissertação.
Finaliza-se o capítulo com uma breve descrição dos fundamentos teóricos da plataforma BuildingsLife (BL1.0), utilizada na quantificação das anomalias em estudo.
3.2. Caracterização do material – Pedra Natural
A pedra natural é o resultado da extracção da rocha. Por sua vez as rochas são produtos naturais que se desenvolvem na crosta terrestre e que se classificam comummente de acordo com a sua génese. De acordo com Zeferino e Martins (2006), as diferentes condições de temperatura, pressão e composição química são o que difere nos três ambientes geológicos (ígneo, sedimentar e metamórfico) e é o que origina uma grande diversidade de elementos pétreos.
As rochas ígneas ou magmáticas têm origem no ambiente magmático, formando-se através do arrefecimento do magma. Estas rochas dividem-se em duas categorias: plutónicas ou intrusivas, se o magma solidificar a grandes profundidades; vulcânicas ou extrusivas, caso a solidificação do magma ocorra à superfície terrestre. Dado a sua formação, este tipo de rochas são em geral pouco porosas, duráveis e bastante resistentes mecanicamente (Silva, 2009).
As rochas sedimentares provêm do ambiente sedimentar que se caracteriza por ser diversificado, sendo que a formação das rochas dá-se, ou a partir de aglomerados sedimentares de pedras existentes (arenitos) ou a partir de fosseis animais e plantas (calcário). As rochas sedimentares apresentam estrutura estratificada, são geralmente bastante porosas, o que as torna susceptíveis à absorção de água (Silva, 2009).
As rochas metamórficas, de origem no ambiente metamórfico, formam-se a partir da transformação de rochas já existentes quando expostas a condições de temperatura e pressão distintas das da sua génese. São assim, rochas que apresentam grande variedade nas suas características (Silva, 2009).
Em Portugal é possível encontrar larga variedade de pedras naturais, existindo jazidas um pouco por todo o país. No Alentejo existem mármores, no interior norte e centro, granitos e na zona centro-oeste os calcários. Compreendendo-se assim a grande presença de calcários na zona de Lisboa, como confirmado ao longo do trabalho de campo.
3.2.1.Características intrínsecas da pedra Características físicas
As características com maior influência na durabilidade da pedra são a textura, fractura, homogeneidade, dureza, densidade e comportamento à água.
A textura de uma pedra está relacionada com o processo de formação da rocha, dependendo da dimensão e arranjo dos minerais constituintes. É uma propriedade que influência outras propriedades da pedra, como a resistência mecânica, a porosidade e a fractura (aspecto das superfícies de rotura) (Silva, 2009; Pinto e Gomes,2009/2010).
A dureza superficial é uma característica que depende dos minerais constituintes da pedra. A sua quantificação é determinada através da escala de Mohs, onde, através de compressões pontuais se mede a propensão que o mineral em análise apresenta a ser riscado por um outro mineral ou substância de dureza conhecida. A escala de Mohs classifica as pedras de acordo com dez níveis de dureza dos minerais pétreos. Sendo o talco o nível mais brando e o diamante o nível mais duro. No entanto a análise também pode ser efectuada recorrendo a outras substâncias de durezas idênticas a alguns minerais, como se pode observar na Figura 3.1. (Pinto e Gomes,2009/2010; Zeferino e Martins, 2006)
A água é uma das principais causas de fenómenos de degradação da pedra. A capacidade desta ser absorvida pela pedra natural depende não só das variações de pressão e temperatura, mas também de várias características físicas da própria pedra, tais como, a porosidade aparente, a
compacidade, a permeabilidade, a higroscopicidade e a gelividade (Silva, 2009; Zeferino e Martins, 2006).
Figura 3. 1 - Escala de Mohs (Pinto e Gomes, 2009/2010)
Características mecânicas
Dado o papel que a pedra natural toma na construção, as características mecânicas que se tornam relevantes são a resistência à compressão e ao desgaste. Considerando-se de pouca importância a resistência à flexão, ao corte e à tracção.
A resistência à compressão depende fundamentalmente da sua densidade (quanto mais densa a pedra natural maior resistência à compressão apresenta) e do grau de humidade (quanto mais saturada a pedra natural menor será a capacidade de resistência à compressão).
De acordo com Zeferino e Martins (2006), a resistência ao desgaste toma especial importância quando a pedra é aplicada em zonas de grande circulação sendo normalmente proporcional à dureza na escala de Mohs.
Características químicas
A característica química com maior importância é a estabilidade, que é tanto maior quanto menor for a sensibilidade da pedra à agressividade dos agentes químicos.
Actualmente, os agentes químicos encontram-se na chuva (chuvas ácidas), nos materiais de limpeza, ou em outros materiais de construção que poderão reagir com a pedra natural.
É por isso fundamental conhecer o ambiente ao qual a pedra estará sujeita. Garantindo assim, que o elemento a colocar nesse ambiente será o que terá maior estabilidade. (Silva, 2009; Zeferino e Martins, 2006)
3.2.2. Características da pedra calcária
A pedra calcária é uma das principais rochas sedimentares que, como referido, a sua presença em Portugal localiza-se na zona centro-oeste, sendo por isso muito comum em Lisboa.
Segundo Zeferino e Martins (2006), o calcário tem as seguintes características:
É uma pedra branca, com dureza muito variável, existindo com durezas desde brandas a muito duras;
O calcário brando é facilmente trabalhável, tendo sido utilizado em vários monumentos; O calcário muito duro tem as mesmas aplicações que o granito, tais como, alvenarias,
cantarias e pavimentação;
Apresenta um grande intervalo possível de valores densidade (compreendido entre 1,8 a 2,6);
É muito susceptível ao fenómeno da gelividade. Quanto mais geladiça for menor é a sua resistência à compressão;
3.3. Fenómenos de degradação em fachadas de pedra
3.3.1. Degradação em fachadas de pedra
Como referido, para uma correcta previsão da vida útil das fachadas em pedra natural, é necessário conhecer os fenómenos de degradação associados à pedra. Os fenómenos de degradação da pedra são processos contínuos que levam à alteração prejudicial das características físicas, químicas e mecânicas. A degradação da pedra deve-se a todo um conjunto de agentes e factores de degradação, que podem ser intrínsecos do material (características físicas químicas e mecânicas) ou extrínsecos (condições de exposição ambiental, erros de utilização e concepção, a incorrecta manutenção e acções de origem mecânica).
No entanto, o processo de degradação da pedra varia de rocha para rocha e de local para local, onde pequenas diferenças em qualquer factor de degradação serão o suficiente para alterar o fenómeno e a velocidade de degradação da pedra (Pinto, 1993).
3.3.2. Envelhecimento natural da pedra
Como referido por Pinto (1993), a degradação da pedra deve ser vista como uma continuação da alteração das rochas, tendo a particularidade de esta se encontrar em condições próprias
de construção. Trata-se então, de um fenómeno de constante reajustamento das propriedades da rocha às condições ambientais, conhecido por envelhecimento natural.
Por sua vez o envelhecimento natural é também denominado de pátina. A pátina é descrita segundo Henriques, Rodrigues, Aires-Barros e Proença (2005), como a alteração do aspecto visual por modificações incipientes das superfícies, mas sem degradação perceptível. Desta forma a pedra fica com um aspecto envelhecido, o que por vezes confere valor patrimonial.
A pátina é reconhecida quando não é possível atribuir os termos de crosta ou sujidade, descritos no subcapítulo seguinte.
3.3.3. Agentes de Degradação
Entende-se por agentes de degradação, acções externas de origem natural ou humana que influenciam a deterioração dos elementos, afectando a vida útil dos mesmos.
3.3.3.1. Acção da água
A água é o principal agente ambiental responsável pelas anomalias na pedra, podendo surgir de diferentes formas, tais como, precipitação, humidade ascensional, condensações e infiltrações, actuando sob a forma de mecanismos físicos ou químicos.
A água, segundo Flores et al. (2009), é considerada como a origem das anomalias. Esta transporta, de acordo com a sua origem, diversos compostos que favorecem a degradação da pedra natural. A água das chuvas infiltra-se pelos poros da pedra, que ao evaporar deixará sais que se cristalizarão, provocando tensões que darão origem à dissolução da pedra. Por sua vez os elementos químicos existentes nas chuvas ácidas, resultados da poluição atmosférica, intensificam ainda mais a deterioração da pedra natural (Silva, 2009; Zeferino e Martins, 2006).
3.3.3.2. Acção do vento
Segundo Zeferino e Martins (2006), o vento exerce uma acção mecânica que origina cavidades na pedra que podem atingir profundidades apreciáveis (corrosão eólica). O vento é também um agente erosivo, especialmente quando transporta areia. Por outro lado, quando transporta pequenas partículas que se encontram em suspensão na atmosfera, estas partículas podem depositar-se na superfície da pedra, provocando assim sujidade superficial.
O efeito irregular da molhagem e secagem de uma fachada deve-se à acção irregular do vento associado à água das chuvas (Silva, 2009; Zeferino e Martins, 2006).
De acordo com Lopes (2003), Lisboa tem as seguintes características ventosas:
