DIVULGAÇÃO TÉCNICA AT 14 - DEGRADAÇÃO E CONDIÇÕES CLIMÁTICAS

Enfocamos a temática da degradação pela ação das condições climáticas. 

Boa Leitura,

E. Bauer (mat and mat)

DEGRADAÇÃO DOS MATERIAIS E ELEMENTOS DA CONSTRUÇÃO - INFLUÊNCIA DAS INCIDÊNCIAS CLIMÁTICAS

Prof.  Elton Bauer,  Prof^a.  Eliane Kraus de Castro

Laboratório de Ensaio de Materiais – Dep^to. de Engenharia Civil e Ambiental

UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA

Apresentado e adaptado por: E. Bauer (mat and mat)

1.    INTRODUÇÃO

O estudo das falhas, danos e defeitos nas obras civis, abordado na temática da patologia das construções, enfoca as metodologias de levantamento, ensaios, vistorias e inspeções com objetivo de determinação do diagnóstico das manifestações patológicas. Assim, no estudo de um caso, fazem-se necessárias considerações pertinentes buscando o levantamento de dados e aspectos que se relacionam com a degradação e deterioração dos materiais e componentes da construção. As variáveis climáticas, sabidamente são fatores de deterioração dos materiais e componentes, e atuam de forma diferenciada afetando a durabilidade e degradação dos materiais. No espectro dessas variáveis pode-se enumerar como as mais significativas: a temperatura, a incidência de chuvas e ventos, e a umidade relativa do ar.

No estudo da patologia das construções considera-se uma falha ao fenômeno da ocorrência de um erro de construção (não foi feito o que devia ser feito como devia ser feito). Um sintoma é um indício da ocorrência de  uma manifestação patológica (por exemplo, uma fissura pode ser indício da ocorrência de corrosão da armadura no concreto). Um dano corresponde à queda de desempenho abaixo do limite mínimo, ocorrendo comprometimento do desempenho ou funcionalidade do elemento construtivo. Uma manifestação patológica pode ser uma falha, sintoma ou dano caracterizando-se por anomalias de funcionalidade ou estéticas do edifício, dentre outras.

2. TEMPERATURA (T) E UMIDADE RELATIVA DO AR (UR)

O principal efeito das variações de temperatura sobre os materiais e componentes da edificação é físico, caracterizado pela variação dimensional devido à variação térmica. Não é a toa que os projetos estruturais, de revestimento, dentre outros, fazem uso de juntas com a finalidade de permitir a deformação térmica do material em níveis funcionais. Todavia os componentes e materiais de construção, como o concreto armado, a alvenaria, são compostos de materiais básicos componentes com comportamento dimensional diferente, em face da mesma variação térmica. Enumerando resumidamente os materiais diferentes em um pano de vedação de fachada em alvenaria, têm-se: bloco cerâmico, argamassa de assentamento da alvenaria (cimento, cal, areia), argamassa de revestimento (cimento, cal, areia), placas cerâmicas de revestimento, argamassa colante, pintura (polímeros e elastômeros). Todos esses materiais possuem comportamento diferenciado quando submetidos à variações térmicas.

Assim, a combinação de diferentes materiais na elaboração de um componente construtivo, além do conhecimento  técnico individualmente e do conjunto, consiste verdadeiramente numa ciência. Não é a toa que dentre os sintomas mais freqüentes na patologia das construções observa-se a fissuração na alvenaria, entre alvenaria e estrutura, entre alvenaria e revestimentos de fachadas.

Ao se considerar a temperatura, não se deve pensar somente na temperatura do ar ambiente. A superfície de um componente construtivo apresenta temperaturas que dependem do grau de absorção de radiação solar, o qual varia em função da incidência solar que por sua vez depende da orientação (sul, norte, etc.). A cor da superfície também influencia na temperatura atingida. Cores escuras das superfícies traduzem-se em absorção maior e temperaturas mais elevadas. Também a variação das temperaturas ao longo do dia em função da absorção solar pode ser calculada a partir de modelos simples. A partir do conhecimento da natureza e cor da superfície (absorção da radiação solar), da posição da superfície (horizontal, inclinada, vertical), da latitude e longitude da região em estudo pode-se precisamente determinar as temperaturas a cada hora do dia. RIVERO (1985) estuda os fechamentos opacos e transparentes e apresenta modelos físicos que permitem as determinações mencionadas.

Outro aspecto a observar no ciclo térmico diário é a diferença entre a temperatura máxima e a mínima ao longo do dia. Se tomarmos, por exemplo, o caso de uma fachada poente (oeste) em Brasília, no mês de outubro, com superfície escura, tem-se a temperatura máxima de 63^oC no momento de maior insolação (SARAIVA, 1998) e a temperatura mínima de 15^oC pela madrugada. Essa diferença de temperatura com ciclagem diária traz uma série de esforços que tem potencialidade para produzir fissurações ao longo do tempo.

A  figura 1 ilustra a diferença entre médias máximas e médias mínimas de temperatura do ar, ilustrando que nos meses de agosto a setembro têm-se os maiores diferencias no mês para Brasília. Neste caso não estão computados os ganhos de calor e temperatura pela absorção da radiação solar. O ano foi escolhido ao acaso.

Figura 1 –  Temperaturas médias máximas e mínimas observadas no ano de 1998 para Brasília

A umidade relativa do ar (UR) afeta os materiais e componentes da edificação principalmente pela evaporação da água nos concretos e argamassas. Na região de Brasília, em que existem dois períodos típicos, seca e chuvas, têm-se comportamentos bem distintos na umidade relativa do ar. A época da seca a UR chega a valores mínimos freqüentemente inferiores a 20%, o que traz consigo a necessidade de procedimentos e cuidados especiais aos concretos e argamassas principalmente. Todavia deve ser lembrado que a umidade varia ao longo do dia, dependendo por sua vez da temperatura do ar que ocorre. A figura 2 ilustra as variações de UR e T monitoradas continuadamente por 4 dias em uma cobertura de um edifício em Brasília no mês de agosto. Observa-se que para a temperatura do ar máxima de 30ºC às 12 horas, tem-se a UR em torno de 40 a 45%. Já para a temperatura do ar mínima de 18ºC às 7 horas, têm-se UR de 80%. Deve ser lembrado que as leituras foram obtidas em ambiente abrigado do sol. Sabidamente ao se ter temperaturas mais altas pela ação da radiação solar, as umidades relativas serão menores, dependendo dos condicionantes de cada caso.

3.EFEITOS SOBRE OS MATERIAIS

O efeito da UR e T nas falhas e danos pode ser sistematizado considerando-se: efeitos no processo executivo, efeitos nas idades iniciais e efeitos na fase de utilização do edifício.

Ao se considerar os efeitos no processo executivo, deve ser salientado que vários materiais como as argamassas e concretos são aplicados em condições de elevada plasticidade e fluidez. Essa condição de aplicação é conseguida com a utilização de grandes quantidades de água, a qual em face de condições de UR e T pode evaporar com facilidade. A figura 3 ilustra uma condição de elevada fluidez do concreto com alto teor de água empregado.

A ação sobre o concreto e argamassa ainda no estado fresco, pode levar a casos de fissuração por retração plástica (Figura 4), nos casos em que a velocidade de evaporação é superior a velocidade de exsudação da água do concreto. Para se evitar essa fissuração, deve se tomar cuidados extremos de proteção e cura do concreto logo após o lançamento e acabamento.

Ao se falar no efeito da UR e T nas idades iniciais, deve se considerar que nessa situação têm-se a evaporação de grande quantidade de água, e ainda pequenas resistências mecânicas dos materiais cimentícios. Caracterizam-se esses fenômenos pela retração por secagem, a qual se não for controlada pela utilização de cura, leva a fissuras que podem gerar danos e degradação intensa nos materiais. Trata-se portanto da aplicação de técnicas adequadas. A figura 4 mostra detalhes desse tipo de fissuração.

A fissuração por retração é capaz de danificar os materiais e componentes, prejudicando seu comportamento em uso e levando a danos significativos nos edifícios. Observa-se que a incidência da UR e da T podem levar a danos de descolamento nos revestimentos, os quais podem assumir extensões muito grandes nas fachadas (BAUER, 2005). A figura 6 ilustra um caso de deterioração grave em que o mecanismo de ação teve início nas idades iniciais e propagou-se rapidamente em alguns poucos anos.

Efeitos da temperatura e umidade podem ser também observados na fase de uso dos edifícios. A maioria dos efeitos da temperatura faz-se sentir na região superior dos edifícios, particularmente a região da cobertura. Ao ocorrer grande incidência de calor na laje da cobertura, a mesma se dilata intensamente, sendo que essa deformação frequentemente causa fissuração na região de encontro da alvenaria com a estrutura ou no próprio pano de vedação. Essa fissuração é típica e sistêmica, ou seja, ocorrendo a movimentação térmica a fissura reaparece. As figuras 7 e 8 ilustram exemplos dessa manifestação patológica.

As grandes variações térmicas causam também defeitos localizados que se manifestam por descolamentos localizados, fissuras, descolamentos. Essas falhas muitas vezes associadas a infiltração de água da chuva podem levar a manifestações patológicas mais graves como queda dos elementos de revestimento. Muitas vezes falhas na manutenção ou substituição de componentes (esquadrias, por exemplo) são coadjuvantes aos mecanismos de deterioração térmica e por incidência da água da chuva. A Figura 9 ilustra um exemplo da deterioração mencionada.

O efeito cíclico da temperatura é bastante evidente na manifestação patológica de descolamento do revestimento cerâmico de fachada e pisos. As variações cíclicas diárias de aquecimento e resfriamento caracterizam-se por um mecanismo de fadiga. Essa ciclagem leva a propagação progressiva da fratura, que, com o passar do tempo (ciclos) gera um dano de descolamento do revestimento. Esse enfoque é ainda pioneiro, e tem-se como referência o recente estudo de Uchôa (2007). Nesse estudo obteve-se a curva S-N que caracteriza o comportamento da argamassa de revestimento a ciclagem de solicitações (Figura 10). Á medida em que o número de ciclos for aumentando, obtém-se o limite de fadiga, no qual as tensões de ciclagem não são suficientes na propagação da fissuração.

A figura 11 mostra o dispositivo de ensaio e o corpo-de-prova desenvolvido na pesquisa de Uchôa (2007).

Figura 11 – ensaio de fadiga à tração em argamassa (UCHÔA, 2007)

4.CONSIDERAÇÕES FINAIS

Dos aspectos aqui discutidos cabe enumeras as seguintes conclusões:

• Os efeitos do clima, suas variações e incidências atuam sobre todos os materiais e componentes. Alguns componentes são mais expostos e também mais degradados sob ação do clima, particularmente da temperatura.
• O sucesso na correta especificação e projeto dos componentes críticos está em compatibilizar materiais, geometrias, espessuras, respeitando as propriedades e características de cada componente.
• Na especificação e uso, o entendimento dos mecanismos atuantes é muito  mais eficiente que o empirismo.
• Materiais de alto desempenho exigem alta especialização na especificação e aplicação de suas respectivas técnicas.
• Todas as manifestações patológicas, seu diagnóstico e prognóstico devem ser encarados sob o enfoque de desempenho e vida útil.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

RIVERO, R. (1985). Acondicionamento Térmico Natural - Arquitetura e Clima, Editora da Universidade, Rio Grande do Sul.

SARAIVA, A. G. (1998). Contribuição ao Estudo de Tensões de Natureza Térmica em Sistema de Revestimento Cerâmico de Fachada. Dissertação de Mestrado apresentada à Faculdade de Tecnologia da Universidade de Brasília, Brasília, DF.

SARAIVA, A. G., BAUER, E. e BEZERRA, L. M. (1999). Efeito de Temperatura nas Tensões em Sistema de Revestimento Cerâmico de Fachadas. Volume II dos Anais do III Simpósio Brasileiro de Tecnologia de Argamassa, Vitória, ES.

SARAIVA, A. G., BAUER, E. e BEZERRA, L. M. (2001). Desempenho Estrutural de Argamassas Colantes como Subsídio para a Solução de Problemas Patológicos. Volume II dos Anais do IV Congresso Ibero-americano de Patologia das Construções e VI Congresso de Controle de Qualidade, Porto Alegre, RS. pp 427-432.

UCHÔA, J.B. (2007). Procedimento numérico e experimental para a avaliação da resistência à fadiga de sistemas de revestimento. Dissertação de Mestrado apresentada à Faculdade de Tecnologia da Universidade de Brasília, Brasília, DF.

BAUER, E. Argamassas de revestimento: características e peculiaridades. Brasília, 2005. LEM-UnB; SINDUSCON-DF.