APONTAMENTOS DA CADEIRA DE REABILITAÇÃO NÃO- ESTRUTURAL DE EDIFÍCIOS MESTRADO EM CONSTRUÇÃO INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO VIDA ÚTIL DAS CONSTRUÇÕES E SUA PREVISÃO Jorge de Brito Setembro de 2004
Prefácio Estes apontamentos pretendem ser um apoio aos alunos do Curso de Mestrado em Construção do Instituto Superior Técnico, no domínio da previsão da vida útil das construções, independentemente dos materiais utilizados. O texto foi dividido em duas partes, sendo a primeira dedicada à discussão teórica do conceito de vida útil numa perspectiva global, e a segunda às formas práticas de resolver esse mesmo problema de acordo com os conhecimentos actuais. Os apontamentos basearam-se fundamentalmente em dois textos do mesmo autor, A Vida Útil das Estruturas de Betão - Considerações Sobre a Sua Caracterização [2], publicado no n.º 30 da Revista Portuguesa de Engenharia de Estruturas, e Noções Básicas sobre Previsão Útil de Estruturas de Betão Armado e Pré-Esforçado [3], Texto de Apoio ao Curso de Patologia, Reabilitação e Manutenção de Estruturas e Edifícios (IST), subsidiado pelo Fundo Social Europeu.
ÍNDICE 1. Introdução 1 2. Conceitos básicos 4 3. Degradação da qualidade 6 3.1. Condições de qualidade 6 3.2. A evolução das condições de segurança e serviço 6 3.2.1. As acções 6 3.2.2. Os materiais 8 3.2.3. A evolução geral 9 3.3. A evolução das condições de funcionalidade 10 4. Formas de abordagem do problema 12 4.1. Os ensaios de deterioração 12 4.2. Os modelos matemáticos 13 5. O Regulamento Japonês para Previsão da Vida Útil de Edifícios 15 5.1. Previsão da vida útil relacionada com a corrosão das armaduras 17 6. Conclusões 20 7. Referências 21
VIDA ÚTIL DAS CONSTRUÇÕES E SUA PREVISÃO 1. INTRODUÇÃO O problema da previsão da vida útil das construções é tão antigo como a história dos espaços habitados. Numa visão retrospectiva das primeiras construções edificadas pelo Homem que chegaram aos nossos dias, encontram-se construções em pedra, algumas em tijolo e uns raros vestígios em madeira. No entanto, sabe-se da História que a madeira foi o material de maior aplicação, devido à sua abundância e facilidade com que era trabalhada, combinadas com uma resistência à flexão relativamente boa. O Homem sabia, no entanto, que a sua durabilidade era baixa (o apodrecimento, o fogo, as térmites, etc., tornavam curta a vida das construções em madeira) e, quando os monumentos mais importantes eram construídos, monumentos esses que marcariam as gerações vindouras, a pedra era o material escolhido. Foi essa opção, baseada em conceitos relacionados com a durabilidade, que nos permite ainda hoje contemplar Stonehenge, as Pirâmides do Egipto ou a Acrópole em Atenas. Estas noções empíricas de durabilidade dos materiais, baseadas no bom comportamento da pedra contrastando com o mau comportamento da madeira, mantiveram-se até ao século XVIII, altura em que surgiram os novos materiais de construção. Quando o ferro e mais tarde o aço foram introduzidos na construção, o Homem sabia que a durabilidade destes materiais constituía um problema, mas, por outro lado, a sua resistência era tão elevada, que valia a pena utilizá-los. De facto, o problema da corrosão era já conhecido havia séculos e, por essa razão, desde o início que na concepção de construções metálicas se considerou o problema da sua protecção inicial e da sua manutenção periódica. Desde então, muita investigação foi feita neste campo, tendo-se obtido alguns bons resultados como seja o aparecimento de aços com resistência anti-corrosiva elevada do tipo do aço Corten. Quando o betão armado apareceu (1846), parecia ter sido descoberto o material ideal. A sua resistência à compressão era quase tão elevada como a da pedra. Os varões de aço 1
conferiam uma boa resistência à tracção, o que a pedra não garantia, e, para além disso, encontravam-se no interior do betão, o que era equivalente a dizer que estavam protegidos da corrosão. O conceito dos construtores dessa altura sobre o betão armado está bem expresso por uma das principais conclusões do Memorando de Bauschinger, publicado em Munique em 20 de Dezembro de 1887 (há cerca de um século), após uma primeira série de ensaios de estruturas de betão armado na Alemanha: os varões de aço embebidos no betão mantêm-se completamente inalterados e livres de qualquer óxido durante um longo período de tempo. Infelizmente, a experiência acumulada no século XX mostrou que a durabilidade do betão armado nem sempre é tão boa quanto se esperava e é bastante desapontante assistir, hoje em dia, à degradação de algumas modernas estruturas de betão (Fig. 1). Fig. 1 - A realidade não confirmou a investigação realizada em 1887 No decurso deste século, foi feito um grande esforço no estudo do comportamento estrutural das construções. Com o recurso a computadores, as estruturas podem actualmente ser estudadas considerando análises estáticas ou dinâmicas, comportamento linear ou nãolinear, de forma a obter-se a melhor concepção do ponto de vista estrutural. Por outro lado, a análise da durabilidade das construções de betão tem sido bastante ignorada e apenas o aparecimento deste problema de uma forma generalizada nos últimos anos despoletou alguma investigação neste campo. 2
O estudo da durabilidade conduziu naturalmente ao problema de prever a vida útil das estruturas a construir e não apenas a sua segurança, como era prática comum. De facto, a vida útil esperada das construções actuais parece não só ser bastante limitada (quando comparada com a de algumas construções de betão mais antigas), mas também varia consideravelmente e de uma forma algo irregular de caso para caso. Procurando fazer uma análise da situação actual, discute-se seguidamente de um ponto de vista teórico alguns dos aspectos de base relacionados com a caracterização da vida útil das construções de estrutura de betão. 3
2. CONCEITOS BÁSICOS De uma forma geral, pode-se definir vida útil de uma construção (ou de um elemento construtivo) como é feito na publicação ASTM E632-81 [1]: o período de tempo após a colocação em serviço durante o qual todas as propriedades excedem os valores mínimos aceitáveis, assumindo haver uma manutenção rotineira. Infelizmente, estes conceitos não são suficientes para se obter uma estimativa científica da vida útil de uma construção. De facto, as pessoas envolvidas no processo construtivo (projectista, construtor, dono da obra, utente, etc.) não conseguem em geral fazer uma boa estimativa desse mesmo período. Numa construção nova, o utente parte do princípio que a vida útil desta igualará pelo menos a sua própria vida, não se preocupando em geral com o problema, ainda que a experiência recente indique que nem sempre aquele pressuposto se verifica. Se a construção já tiver alguns anos, a pergunta quanto tempo ela durará é feita mais frequentemente sendo a resposta em geral vaga. Nos nossos dias, a definição do fim da vida útil de uma construção é na realidade muitas vezes mais um problema de índole económica do que técnica. De facto, pode-se afirmar que uma determinada construção atinge o fim da sua vida útil, quando o capital necessário para a demolir e construir uma substituta está disponível e a operação, como um todo, é lucrativa. Quando estas condições não existem, como acontece nos bairros degradados de muitas cidades, a construção é mantida em serviço até ao seu colapso ou até que as condições de funcionalidade se tornem insuportáveis. Neste último caso, a definição da vida útil é apenas um problema de índole técnica. No decurso da vida da construção e com base numa decisão de imperativos económicos, ela pode ser reabilitada para reduzir os efeitos da degradação ou reabilitada / reforçada para obter melhores condições em serviço. Estas operações permitem incrementar a vida útil residual da construção na altura da intervenção. Esquematicamente, quando se toma uma decisão sobre a vida de uma construção (ponto A, tempo T 1, da Fig. 2), três opções se podem tomar: 4
curva 1 - demolir a construção (tempo de vida T 1 ); curva 2 - deixar a construção como está (tempo de vida T 2, ainda que o término do seu uso ocorra para T' 2 > T 2 ); curva 3 - reabilitar ou reabilitar / reforçar a construção (tempo de vida T 3 > T 2 e término do uso para T' 3 > T 3 ). Fig. 2 - Decisões sobre a vida de uma construção Como se referiu anteriormente, a decisão sobre o fim da vida útil da construção é basicamente de índole económica, sendo de índole técnica apenas a quantificação da taxa de degradação (curvas da Fig. 2) e a definição do nível de qualidade mínimo. 5
3. DEGRADAÇÃO DA QUALIDADE 3.1. Condições de qualidade A qualidade de uma construção é um conceito geral utilizado na Fig. 2 para ajudar à definição da sua vida útil. Fundamentalmente, relaciona-se com dois aspectos que se degradam no tempo: a) As condições de segurança e serviço (condicionadas pelas acções e pelos materiais); b) As condições de habitabilidade / funcionalidade (condicionadas pela geometria e pela utilização do espaço). As condições de segurança e serviço dizem respeito a aspectos relacionados com colapso, deformação, fendilhação, etc.. Dependem da evolução das acções e das propriedades dos materiais ao longo do tempo. Os regulamentos quantificam geralmente os níveis de segurança com base nos valores característicos das acções, nas propriedades assumidas para os materiais e na geometria da estrutura. Isso permite, de uma forma aproximada, quantificar o nível de segurança para uma determinada estrutura num determinado instante, com base nas acções actuantes, na medição das propriedades dos materiais e na geometria adoptada. As condições de habitabilidade / funcionalidade, por outro lado, degradam-se quando a evolução das necessidades dos utentes é restringida pela geometria fixa ou pela utilização do espaço da construção. Esta evolução é em geral difícil de estimar uma vez que depende frequentemente de decisões humanas. Quando a evolução pode ser analisada estatisticamente, o problema é de mais fácil resolução e a vida útil pode ser prevista. 3.2. A evolução das condições de segurança e serviço 3.2.1. As acções As acções são normalmente definidas em regulamentos que quantificam os seus valores característicos baseados em distribuições estatísticas (por exemplo, as sobrecargas) ou em 6
valores máximos associados a determinados períodos de retorno (por exemplo, as acções sísmicas). Desprezando a deterioração dos materiais, pode-se dizer que, dentro dos períodos de retorno acima referidos, o nível de segurança devido unicamente às acções é mantido constante. Na prática, nem sempre é assim. Podem dar-se variações no nível de segurança resultantes apenas das acções e que ocorrerão por: a) modificações na construções (por exemplo, variações em relação às cargas permanentes ou variáveis iniciais); b) evolução das acções regulamentares (por exemplo, aumento das acções associadas ao tráfego numa ponte ou à ocupação do espaço num edifício ou diferenças na quantificação das acções sísmicas). Na Fig. 3, esquematiza-se a evolução ao longo do tempo da segurança da construção em função apenas das acções. As descontinuidades devem-se aos aspectos referidos em a) e b) ou ao facto de se ter atingido o fim do período de retorno de uma determinada acção. O período de tempo T 1 corresponde ao nível de segurança tal como é definido na regulamentação. No entanto, o colapso (T' 1 ) só ocorrerá quando uma acção superior às assumidas nas condições de segurança iniciais actuar na estrutura. Como é óbvio, a probabilidade de isto acontecer aumenta com a diminuição da segurança. Fig. 3 - Evolução da segurança devida apenas às acções 7
Entre as descontinuidades acima referidas, o nível de segurança mantém-se em geral praticamente constante ou tem uma pequena diminuição se houver uma tendência de aumento nos níveis das acções (por exemplo, as devidas ao tráfego numa ponte). 3.2.2. Os materiais A degradação dos materiais ao longo do tempo é um problema bastante importante e complexo. As estruturas de betão, inicialmente pensadas como muito duradouras, deterioramse ao longo do tempo em resultado do natural envelhecimento dos materiais. Uma deterioração elevada pode, no entanto, ser provocada por um ambiente particularmente agressivo (complementado ou não por deficiências na concepção ou construção) ou por uma utilização inadequada em serviço. Normalmente, as propriedades do betão degradam-se no tempo de acordo com uma curva semelhante à apresentada na Fig. 4. Fig. 4 - Evolução da segurança devida à degradação dos materiais A segurança diminui devido à redução da secção resistente dos elementos estruturais, à degradação das propriedades mecânicas do betão provocada por substâncias agressivas e / ou à corrosão da armadura. A determinação das curvas de degradação (do betão e do aço assim como de outros materiais de construção) é objecto de extensa investigação actualmente, o mesmo se passando em relação à definição do máximo nível de deterioração (acima do nível mínimo de segurança) a partir do qual a reabilitação deve ser considerada. Estes aspectos são analisados em mais detalhe no capítulo 4. 8
Se, na Fig. 4, se substituir o conceito de segurança pelo de desempenho, a mesma é válida também para os materiais não estruturais (por exemplo, um reboco de fachada), em que o nível mínimo é definido, por exemplo, pela estanqueidade mínima que o reboco é suposto conferir às paredes. 3.2.3. A evolução global Quando se associa o efeito das acções e dos materiais, obtém-se uma curva que define a evolução global da segurança da construção (Fig. 5). Fig. 5 - Evolução da segurança estrutural Nesta figura, as descontinuidades estão associadas à evolução das acções e os troços curvos reflectem a degradação dos materiais. Convém salientar que, quando uma determinada construção é concebida e construída de acordo com a regulamentação vigente, existe uma larga margem de segurança em relação aos valores mínimos aceitáveis de todas as propriedades (nível inicial de segurança), que resulta da utilização dos factores parciais de segurança (para as acções e para os materiais). De acordo com a Fig. 5, o grau de confiança (g.c.) numa construção diminui ao longo do tempo devido aos factores acima referidos. O nível mínimo aceitável corresponde a uma situação em que a construção ainda cumpre a regulamentação com os seus factores de segurança. Quando a construção é colocada em serviço, o seu g.c. ultrapassa o nível de 9
segurança regulamentar devido a vários factores: a redundância (hiperstaticidade) da estrutura reticulada, os valores reais das propriedades dos materiais (em geral, bastante superiores aos valores característicos), os valores reais das acções (em geral, bastante inferiores aos valores característicos), etc.. Ao longo do tempo, o nível mínimo (nível regulamentar) é atingido, caso não tenha havido uma adequada manutenção. Esta situação deverá ser considerada como o fim da vida útil esperada, a não ser que a estrutura sofra alguma reabilitação que possa adiar esse mesmo fim. Na prática, não é isto que se passa. São mantidas em serviço construções cujo nível de segurança está bastante abaixo do nível mínimo sem que se realizem quaisquer acções de manutenção ou reabilitação. O utente do dia a dia pode até nem notar qualquer diferença já que a construção pode parecer em condições aceitáveis e funcionar bem para todos os efeitos práticos. Os factores de segurança (dos materiais e das acções) que são considerados na concepção e cálculo permitem manter esta situação por algum tempo. À medida que as condições se degradam, observa-se alguns fenómenos premonitórios o, que faz com que os utentes e as autoridades responsáveis comecem realmente a preocupar-se. Quando o nível de segurança zero é atingido, a construção é reabilitada ou a sua vida real acaba mesmo devido ao colapso físico ou à impossibilidade de manter a sua funcionalidade. 3.3. A evolução das condições de funcionalidade O problema da definição da vida útil das construções, quando associado à evolução das condições de funcionalidade, é mais complexo. Este aspecto relaciona-se em geral com a restrição da evolução das necessidades dos utentes pela geometria fixa da construção. Entre outras, refere-se as situações de pontes nas quais a largura não é suficiente para o tráfego existente (ou cujo veículo-tipo de cálculo é ultrapassado pelas necessidades presentes), parques de estacionamento de área limitada, edifícios pequenos de mais ou não suficientemente resistentes para as novas necessidades das empresas que os utilizam, etc.. 10
Três opções se podem tomar nestes casos: a) demolir a construção e construir outra adaptada às novas condições; b) abandonar a construção, eventualmente mantendo as suas condições de funcionalidade iniciais; c) ajustar a construção às novas condições. A hipótese a) corresponde ao fim da vida da construção. As hipóteses b) e c) estão em geral associadas a problemas de reabilitação ou reforço da construção. Nestes casos, uma nova construção é obtida ainda que com algumas propriedades da antiga. O novo nível inicial de segurança deve então ser cuidadosamente determinado para estimar a nova vida útil da construção. A estimativa desta, baseada nos aspectos de funcionalidade, só pode ser efectuada se se determinar a curva de evolução das necessidades dos utentes. Se tal for possível, basta então apenas definir qual o nível mínimo das condições de serviço. 11
4. FORMAS DE ABORDAGEM DO PROBLEMA Nos capítulos anteriores, foi abordada a problemática da previsão da vida útil. Mostrouse que não são só os aspectos estruturais e de desempenho dos materiais a influenciar essa previsão, sendo a garantia da funcionalidade uma questão essencial. Verificou-se também que é necessário vencer ainda bastantes dificuldades antes de se poder obter resultados fiáveis neste domínio. Nos capítulos que se seguem, tentar-se-á descrever o estado actual do conhecimento no domínio específico da definição da vida útil em construções. Pode-se dizer que, após a recolha de alguns dos dados referidos acima, existem fundamentalmente duas formas de abordagem do problema da previsão da vida útil de construções: - o método experimental, ou seja, recorrendo a ensaios de deterioração nos quais se pretende reproduzir as condições e os agentes agressivos a que se prevê que a construção estará submetida ao longo do tempo num modelo, em geral a uma escala reduzida; - o método analítico, ou seja, recorrendo a modelos matemáticos que pretendem reproduzir os efeitos dos agentes agressivos ao longo do tempo; podem ser determinísticos ou probabilísticos, consoante apontem para um número específico ou para um leque de valores associado a probabilidades de ocorrência. 4.1. Os ensaios de deterioração Nestes ensaios, procura-se simular em laboratório a história da construção real ao longo do tempo. A deterioração pode ou não ser acelerada. No primeiro caso, a agressividade dos factores de degradação é substancialmente aumentada em relação às condições reais para se poder reproduzir num intervalo de tempo reduzido o que se passa na realidade em vários anos. Está implícita neste tipo de ensaios a hipótese de que o material se comportará em serviço da mesma forma que no ensaio acelerado, ou seja, os mecanismos de degradação condicionantes serão os mesmos. 12
Nos ensaios não acelerados, a taxa de deterioração pretende-se semelhante à real, para o que se reproduz em laboratório, tão fielmente quanto possível, as condições reais. Assume-se que se pode extrapolar os resultados obtidos ao fim de um tempo reduzido para o correspondente à vida útil da construção, ou seja, que a extrapolação reflecte correctamente as mudanças que teriam ocorrido se tivesse sido possível e prático realizar os ensaios na própria construção durante o tempo suficiente. Este tipo de ensaios está particularmente vocacionado para análises comparativas de durabilidade de diferentes construções ou para detectar materiais de qualidade deficiente. De facto, as correlações entre ensaios de deterioração e condições em serviço são normalmente semi-empíricas e muito provavelmente introduzem incertezas na vida útil prevista. No estado actual de desenvolvimento desta ciência, não é de esperar previsões quantitativas fiáveis da vida útil das construções. 4.2. Os modelos matemáticos Essencialmente, existem três formas de obter por cálculo valores quantitativos da vida útil de construções: - um método puramente estatístico por análise exaustiva de bancos de dados obtidos numa população suficientemente numerosa para ter validade estatística; ainda que não esteja directamente relacionado com a investigação científica, permite obter resultados bastante úteis em particular em estudos de viabilidade económica; pelo reduzido interesse que tem no estudo aqui em consideração, não se lhe referirá mais. - um método determinístico em que o que se procura obter é um valor discreto para a vida útil da construção; para tal, estuda-se os processos reais e o desenvolvimento da deterioração ao longo do tempo até se atingirem os estados limite de danos ou de obsolescência; são implementados os chamados modelos de deterioração, pela introdução do comportamento médio ou característico dos materiais e dos elementos. - um método probabilístico, que é uma extensão do anterior, utilizando a análise de probabilidades e tomando em conta as incertezas dos factores mais importantes; este método é preferível ao determinístico, pelas seguintes razões: 13
a influência dos factores mais importantes tem incertezas associadas bastante grandes, a que correspondem elevados desvios-padrão; o chamado estado limite não ocorre apenas num ponto único da construção; não são suficientemente conhecidos todos os factores de degradação para cada caso em particular. Um dos dados de base para a utilização destes modelos matemáticos é o conhecimento tão rigoroso quanto possível dos chamados modelos de deterioração. Consistem estes modelos na representação matemática da taxa de deterioração dos materiais ou do elemento estrutural em função do tempo para cada modelo de degradação (Fig. 6). Fig. 6 [3] - Relação qualitativa entre deterioração e tempo, em que: t o - factor de degradação começa a actuar; t o -t 1 - período de iniciação, ou seja, tempo de espera antes do início da deterioração (por exemplo, na corrosão das armaduras corresponde ao tempo até à destruição da camada passivante em torno das armaduras); t 2 -t 1 - período de propagação, ou seja, tempo durante o qual a deterioração ocorre. Infelizmente, as funções D(t) que definem o modelo de deterioração, não só nem sempre são lineares com o tempo, como também por vezes nem sequer são conhecidas com o rigor suficiente. Finalmente, verifica-se que a prática é bastante mais complexa que a teoria. As funções D(t) não dependem apenas do tempo e do factor de deterioração, mas também de uma série de outros factores mais ou menos secundários que podem ser subalternizados ou mesmo esquecidos na concepção do modelo matemático. 14
5. O REGULAMENTO JAPONÊS PARA PREVISÃO DA VIDA ÚTIL DE EDIFÍCIOS A Ordem dos Arquitectos Japoneses elaborou um documento normativo para permitir controlar a qualidade de edifícios construídos de raiz no Japão, que designou por Guia para o Planeamento da Vida Útil de Edifícios [5]. O princípio geral que se pretende impor é o de adaptar o projecto, construção e manutenção dos edifícios aos objectivos planeados para os mesmos em termos de durabilidade. Para tal, é defendido o conceito de custo de vida global do edifício ao longo da sua vida útil, a qual é definida à partida para o edifício como um todo, assim como para os seus vários elementos (estruturais ou não), componentes e equipamento. A noção de flexibilidade de concepção, para evitar obsolescência funcional precoce, é também definida. A vida útil planeada é definida como o período de tempo em anos, desde o fim da construção do edifício até a altura em que o edifício como um todo ou os seus elementos, componentes ou equipamento atingem determinados estados limite relacionados com a deterioração física, a degradação do comportamento ou a obsolescência económica ou funcional. O valor cultural, académico ou histórico do edifício e a exigência do dono da obra deverão também ser considerados. O estado limite corresponde à necessidade de uma renovação, reconstrução, reparação ou substituição / demolição de grande escala. A vida útil planeada deve, em princípio, ser tão longa quanto possível, para evitar os desperdícios de recursos (energia e tempo) associados à substituição. São criadas classes de vida útil correspondentes aos seguintes anos: 3, 6 10, 15, 25, 40, 60, 100 e 150. Para cada classe, são definidos o domínio no tempo e o valor mínimo aceitável (a título de exemplo, à classe Yo 60, corresponde um valor mínimo aceitável de 50 anos e um domínio de aplicação entre os 50 e os 80 anos). Em função do tipo de utilização, são definidas as classes recomendadas para o edifício como um todo (por exemplo, as habitações correntes, escritórios, escolas, hospitais, repartições públicas e hotéis em betão armado deverão ser concebidos para ser integradas na classe Yo 60 ou superior, passando a Yo 100 ou superior para betão de alta qualidade). Aos elementos, componentes e equipamento dos edifícios são também atribuídas classes recomendadas (exemplificando, as paredes divisórias não estruturais devem ser de uma classe igual ou superior à do edifício se a sua substituição for 15
difícil, podendo caso contrário ter uma vida útil menor, mas sempre da classe Yo 15 ou superior). As vidas úteis dos diversos elementos, componentes e equipamento de um edifício poderão e deverão ser ajustadas (para coincidir) entre si e à vida útil do edifício como um todo, de forma a reduzir o tempo de funcionalidade condicionada da construção. São definidos princípios para a previsão da vida útil do edifício como um todo, assim como dos seus elementos, componentes e equipamento. Assim, a vida útil deve ser o menor dos valores correspondentes por um lado à degradação física e por outro à obsolescência. Para definir a primeira, segue-se o seguinte procedimento: - define-se um conjunto de condições de base para se atingir um determinado objectivo; estas incluem as características inerentes ao comportamento ao longo do tempo (comportamento dos materiais, qualidade do projecto, qualidade da construção e qualidade da manutenção e gestão) e os factores relacionados com a deterioração ambiental (localização e condições ambientais, condições específicas do edifício); - determina-se para cada objecto o nível de deterioração aceitável no fim da sua vida útil prevista de acordo com as condições acima referidas; - estima-se a intensidade dos factores de degradação ambiental correspondentes ainda às mesmas condições; - estima-se o nível de deterioração anual; - a vida útil de cada objecto será o número de anos desde o fim da construção do edifício ao fim dos quais o nível de deterioração estimado atinge com um nível aceitável de fiabilidade o limite aceitável definido acima. O nível de deterioração aceitável no fim da vida útil do edifício como um todo, ou de um dos seus elementos, componentes ou equipamento, é definido por uma das seguintes condições: - impossibilidade de repor um nível aceitável de deterioração sem recorrer a uma reparação, substituição parcial ou renovação de larga escala; - no caso contrário, quando a opção pela reparação de pequena monta não é 16
economicamente viável quando comparada com a da substituição, o que deve ser esclarecido através de um estudo económico do ciclo de vida do objecto. Em relação à definição da vida útil relacionada com a obsolescência económica ou funcional, pouco é referido neste documento. A esse respeito, são definidas algumas regras para incrementar a flexibilidade da concepção de forma a facilitar algumas alterações durante a fase de utilização do edifício: mudança de revestimentos interiores ou exteriores; remoção ou alteração de divisórias, tubagens, cablagem eléctrica ou equipamento instalado; substituição e reforço de elementos estruturais secundários muito degradáveis. A norma faz ainda algumas recomendações no domínio da implementação da durabilidade nos cadernos de encargos e contratos e no planeamento da manutenção, que, no entanto, se considera não serem relevantes para estes apontamentos. No Apêndice 2 deste documento, são apresentados exemplos do método de previsão da vida útil de alguns elementos e componentes de edifícios condicionada pela deterioração. São descritas as seguintes situações: - edifícios em madeira; - edifícios de betão armado; - edifícios de estrutura metálica com pintura de protecção; - camadas de impermeabilização (sistemas asfálticos expostos); - revestimentos exteriores cimentícios em edifícios de betão armado; - revestimentos exteriores cerâmicos em edifícios de betão armado; - tubagens interiores. Destes exemplos, vai-se aqui descrever em detalhe o relativo aos edifícios de betão armado como um todo. 5.1. Previsão da vida útil relacionada com a corrosão das armaduras A vida útil dos elementos estruturais de edifícios de betão armado é definida pelo 17
momento em que é expectável uma corrosão considerável na maior parte das armaduras do elemento e em que a recuperação efectiva da sua capacidade resistente não é provável recorrendo apenas a manutenção e pequena reparação. Os factores que podem influenciar a corrosão das armaduras são listados no Quadro 1. Quadro 1 [5] - Factores que influenciam a corrosão das armaduras em elementos de betão Características relacionadas com o comportamento ao longo do tempo Factores relacionados com a deterioração Factores armado Comportamento dos materiais Qualidade do projecto Qualidade da construção Qualidade da manutenção Localização e condições ambientais Inserção do edifício Condições relevantes Tipo e qualidade do cimento, inertes, água de amassadura, aditivos e varões da armadura, classe e dosagem do betão Espessura do recobrimento, tipo do revestimento superficial, tipo dos varões da armadura, sistemas de impermeabilização e seus pormenores Controle de betonagem e métodos de inspecção no estaleiro Métodos de manutenção Temperatura atmosférica, humidade relativa, precipitação, teores em CO 2, SO 2 e sais marinhos no ar, exposição às ondas do mar Utilização do edifício e espaços, tipo do elemento e sua localização O nível de deterioração aceitável no fim da vida útil corresponde à situação de o betão ao nível das armaduras ter já sido despassivado na maioria das paredes exteriores e elementos interiores. Tem-se então que, para edifícios correntes em que não tenham sido tomadas quaisquer medidas especiais de protecção dos varões à corrosão, a vida útil estimada para os elementos estruturais Y é dada por Y = Y s x A x B x C x D x E x F x G x H (5) em que: 18
Y s - vida útil normalizada de elementos estruturais de betão armado, definida como 60 anos; A - factor que depende do tipo de betão (1.0 para betão normal e 0.95 para betão leve); B - factor que depende do tipo de cimento (1.0 para cimento portland normal, 0.85 para cimento com cinzas volantes ou escórias da classe A e 0.80 para cimento com cinzas volantes ou escórias da classe B); C - factor que depende da relação água / cimento (1.0 para a/c = 65 %, 1.2 para a/c = 60 % e 1.5 para a/c = 55 %); D - factor que depende da espessura do recobrimento das armaduras (0.25 para 20 mm, 0.56 para 30 mm, 1.0 para 40 mm e 1.56 para 50 mm); E - factor que depende do tipo de material de revestimento (0.5 para betão à vista, 1.0 para pintura (com manutenção adequada), 1.5 para reboco de espessura superior a 15 mm e 3.0 para revestimentos em tijolo cerâmico ou pedra); F - factor que depende do controle de qualidade na construção (1.0 para controle ordinário e 1.5 para níveis elevados de controle); G - factor que depende do nível de manutenção (0.5 para manutenção inexistente e 1.0 quando está prevista a manutenção das superfícies de betão à vista); H - factor que depende da localização do edifício e do ambiente associado (1.0 para um ambiente normalmente agressivo, 0.9 para locais em que ciclos gelo-degelo são expectáveis e 0.8 para zonas costeiras). Conforme é evidente da descrição feita, o documento baseia-se para a previsão da vida útil em regras de carácter eminentemente empírico que, apesar de não terem uma fundamentação teórica adequada, podem, na fase actual do conhecimento, ser uma boa base de partida para estudos de viabilidade económica. 19
6. CONCLUSÕES A vida útil das construções depende das diversas fases da vida das mesmas, com particular ênfase na concepção e construção, que serão objecto de um documento especificamente dedicado à forma como maximizar a durabilidade. Naturalmente, a fase de serviço e o seu sucesso dependerão em absoluto da estratégia de manutenção adoptada, no âmbito dos chamados sistemas de gestão, também referidos num documento específico. Para finalizar, deve dizer-se que a previsão da vida útil das construções (com estrutura de betão armado ou não) é, em princípio, possível. Ainda há no entanto um grande caminho a percorrer para limar arestas, aprofundar conhecimentos sobre os modelos de degradação e influência dos factores chamados secundários sobre esses mesmos modelos, recolher mais dados que permitam análises estatísticas, etc.. A previsão da vida útil é muito baseada na experiência do observador e têm sido obtidos alguns resultados satisfatórios. A previsão deve ser dinâmica na medida em que os seus resultados podem e devem ser indo corrigidos de tempos a tempos em face dos dados entretanto recolhidos. Uma observação contínua permite ir aferindo determinados critérios e confirmando hipóteses colocadas contribuindo assim para uma correcção da previsão inicial. Uma análise realista do actual estado do conhecimento leva a concluir que a previsão da vida útil de construções tem ainda fundamentalmente um carácter qualitativo e comparativo. Os valores absolutos virão mais tarde. 20
7. REFERÊNCIAS [1] ASTM E632-81, Standard Practice for Developing Accelerated Tests to a Prediction of the Service Life of Building Components and Materials, American Society for Testing and Materials, Philadelphia, 1981 [2] Fernando A. Branco e Jorge de Brito, A Vida Útil das Estruturas de Betão - Considerações Sobre a Sua Caracterização, Revista Portuguesa de Engenharia de Estruturas, n.º 30, Lisboa, 1990 [3] K. F. Müller, The Possibility of Evolving a Theory for Predicting the Service Life of Reinforced Concrete Structures, Matériaux et Constructions, V. 18, n.º 108, Paris, 1985 [4] Jorge de Brito, Noções Básicas sobre Previsão da Vida Útil de Estruturas de Betão Armado e Pré-Esforçado, Curso de Patologia, Reabilitação e Manutenção de Estruturas e Edifícios (F.S.E.), Lisboa, 1987 [5] (The English Edition of) Principal Guide for Service Life Planning of Buildings, Architectural Institute of Japan, Tokyo, 1993 21