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Durabilidade e Sustentabilidade:
Desafios para a Construção Civil Brasileira
V. M. John (1) ; N.M. N. Sato (1) ; V. Agopyan (1); C. Sjöström (2)
(1) Dep. Civil Construction Eng., Escola Politécnica, Universidade de São Paulo,
Ed. Eng. Civil, Cidade Universitária, São Paulo 05508 900 Brazil
(2) Centre for Built Environment, University of Gävle, 80176 Gävle, Sweden
RESUMO
No início do trabalho são discutidas a relevância da construção sustentável e o papel da durabilidade e da vida útil na sustentabilidade. É resumido o conceito de previsão de vida útil, apresentado na ISO 15686 e são discutidas as necessidades para implementação do procedimento.
A durabilidade e a previsão de vida útil tem dimensões ambientais muito importantes. Em algumas linguas construção sustentável é traduzida como construção durável. Durabilidade é uma questão muito mais baseada em conhecimento do que em recurso pois é possível aumentar a vida útil sem aumentar o impacto ambiental durante a fase de produção.
A previsão de vida útil implica no conhecimento da vida útil estimada de componentes e de critérios adicionais de projeto. O conceito fornece um esquema lógico para a tomada de decisões racionais baseadas em aspectos econômicos (custos do ciclo de vida) e ambientais (avaliação de ciclo de vida).
PALAVRAS CHAVE
Sustentabilidade, previsão de vida útil, durabilidade
1. CONSTRUÇÃO SUSTENTÁVEL E O PAPEL DA DURABILIDADE NA
SUSTENTABILIDADE
A palavra sustentabilidade tem várias definições, mas a maioria das pessoas concordam que implica em produzir bens com a menor carga ambiental, de forma a preservar o ambiente de degenerações futuras. A definição da Conferência do Rio de 1992 inclui outras dimensões ao conceito, além da puramente ambiental: a dimensão social, que implica em distribuição mais equitativa do desenvolvimento interno do país e entre países e a dimensão democrática que procura aumentar a participação nas decisões públicas (John, 2001). Todas estas dimensões são igualmente importantes.
1.1 Sustentabilidade e construção civil
A construção civil é o setor que mais consome material em todas as sociedades. Kasai (1998) estima que a construção civil consome aproximadamente 50% da matéria prima bruta no Japão. Matos & Wagner (1999) estimam que nos EUA a construção civil é responsável pelo consumo de 75% do consumo total de materiais. A transformação destes materiais brutos em bens e muitas vezes a necessidade de transportar os materiais por longas distâncias exige uma quantidade adicional de recursos, ocasionando cargas ambientais significativas. Recursos adicionais de manutenção, desmobilização e demolição são consumidos após a etapa de construção do ambiente construído
Em função disso, o setor é também responsável pelo consumo de parte significativa de energia, água e pela geração de poluentes (John, Agopyan & Sjöström, 2001). Exemplificando, somente a decomposição do cal durante a produção de clinquer de cimento Portland é responsável por aproximadamente 3% do CO 2 gerado mundialmente.
A construção e a demolição são também a maior fonte de resíduos. Estima-se que os resíduos da construção e demolição variam mundialmente de 163 a 3658 kg por capita, com valores típicos de 400 kg por capita, que são valores característicos de resíduo doméstico sólido (John, 2000). É necessário adicionar a este total todos os resíduos gerados durante a produção de materiais de construção.
A construção civil também consome uma quantidade significativa de energia. WRI (2000) estima que os setores residencial e comercial são responsáveis por 34,5% do consumo de energia total da economia mundial.
1.2 Aumentanto a sustentabilidade da indústria
A sustentabilidade certamente implica em desvincular desenvolvimento de carga ambiental (Janseen; Van Der Bergh, 1999). A desmaterialização é uma ferramenta específica para esta dissociação, que consiste em obter o mesmo desempenho com menores quantidades de material, que por conseguinte representa uma redução de poluentes, incluindo a chuva ácida e a emissão de gases que causam o efeito estufa.
A desmaterialização pode ser feita também substituindo-se o modelo linear de produção no qual a matéria bruta é extraída da natureza, transformada industrialmente em produtos que são usados e , após o final do ciclo de vida são descartados. O novo paradigma da produção é chamado de ciclo fechado (Curwell & Cooper, 1998) ou modelo cíclico de produção (Craven et all , 1996). Neste modelo a utilização de todos os recursos empregados é otimizada e a geração de resíduos reduzida a um mínimo reciclável.
No setor da construção isto implica na produção de edifícios que podem ser mantidos e operados com o mínimo de recursos, facilmente melhorados ou reformados. O edifício é demolido somente quando estas operações não forem mais possíveis e os componentes obtidos da demolição são utilizados novamente em um “novo” edifício ou, se estes já tiverem atingido a sua vida útil, são reciclados (John, 2000). Os componentes não são mais projetados para serem destinados a aterros ao final de suas vidas úteis.
A quantidade de matéria bruta consumida e de resíduo gerado será muito minimizada. Maximizar o uso de energia e material renovável consiste em outra ferramenta para reduzir os impactos ambientais. A mudança da fonte de energia do carvão para uma fonte de energia renovável e limpa irá resolver os problemas de aquecimento global da atmosfera e de chuvas ácidas. Porém a única fonte de materiais de construção renováveis são provenientes dos vegetais: madeira, fibras, etc. É possível aumentar o uso de materiais vegetais na construção mas estes não podem substituir todos os outros, pelo menos sem envolver grandes transformações industriais. Além disso, seria necessário utilizar toda área cultivável da Terra para plantar madeira em quantidade suficiente para suprir a indústria da construção civil (Curwell; Cooper, 1998), não restando espaço para o cultivo de alimentos.
A reciclagem de resíduos para utilizá-los como matéria prima é também uma ferramenta importante na preservação dos recursos naturais e muitas vezes reduz o consumo de energia (John & Zordan, 2001). É importante também fazer com que os novos produtos sejam facilmente recicláveis após o fim de sua vida útil.
Aumentar a durabilidade é também uma opção para desvincular o consumo do desenvolvimento e reduzir as cargas ambientais.
1.3 Durabilidade e sustentabilidade
A durabilidade, expressa pela distribuição de vida útil de um conjunto de componentes, desempenha uma função importante para a obtenção de uma construção sustentável. Ao relatar conceitos de construção sustentável do ponto de vista de diferentes países, levantados pela comissão W82 do CIB, Bordeau (1999) observa que em algumas línguas como o alemão, finlandês, romeno ou francês, “sustentável” é traduzido como “durável”.
Esta confusão entre sustentabilidade e durabilidade faz sentido pois “uma forma de aumentar a produtividade dos recursos é aumentar a vida útil dos produtos” (DeSimone & Poppof, 1998).
VUEC = VURC x A x B x C x D x E x G
Os fatores devem levar em conta o efeito das diferenças entre a condição de uso prevista e as condições observadas durante o processo de avaliação da VURC. As diferenças consideradas referem- se a: (A) quantidade de componentes; (B) nível de projeto; (C) nível de execução do serviço; (D) ambiente interno; (E) ambiente externo; (F) condições de uso; (G) nível de manutenção.
Idealmente o fabricante deve fornecer dados a respeito da vida útil de referência do componente. A Comunidade Européia emitiu uma diretiva tornando obrigatório que os fabricantes de materiais declarem a vida útil dos seus produtos (The Council of the European Communities. Directive 89/106/EEC, 1998) e algumas normas técnicas e códigos de prática já adotam modelos para a previsão da vida útil em diferentes questões ambientais. Podem ser usadas também outras fontes para previsão da vida útil como por exemplo a experiência ou observações anteriores de materiais de construção semelhantes ou utilizados em condições similares; avaliações de durabilidade feitas em processos de concessão de certificados de Aprovação Técnica; dados publicados em literatura e códigos de obras. É disponível também uma metodologia para avaliar a vida útil de referência.
Com o planejamento da vida útil pretende-se que a durabilidade do edifício seja aquela pretendida pelo usuário. Ë uma ferramenta que permite planejar as atividades de manutenção ainda na fase de projeto e também propicia a tomada de decisões que tornam estas atividades fáceis de serem
executadas. Facilita ainda as atividades de reforma, definida como “modificações e melhorias em
edifícios existentes ou em suas partes de forma recuperá-lo de obsolescência”.
Para aplicar o conceito de planejamento de vida útil é necessário saber como determinar a vida útil de referência de componentes bem como o efeito de cada fator na vida útil estimada.
3. PROCEDIMENTOS PARA PREVISÃO DA VIDA ÚTIL
A norma ISO 15686-2:2001 apresenta métodos para previsão de vida útil de edifícios e seus componentes, submetidos a diversas condições de exposição. O termo previsão é referido como “uma das quatro formas ou uma combinação das mesmas, para avaliar a vida útil”:
- aceleração da dimensão tempo (em exposições aceleradas de curta duração);
- interpolação/extrapolação de dados obtidos em componentes semelhantes;
- interpolação/extrapolação de dados obtidos em condições de serviço semelhantes;
- extrapolação na dimensão tempo (em exposições de curta duração nas condições de uso).
O procedimento básico do método inclui a identificação das informações necessárias para definição do estudo, a seleção ou desenvolvimento de procedimentos de ensaio (programas de exposição e métodos de avaliação), realização de ensaios (exposição e avaliação), interpretação de dados e relatório dos resultados, conforme ilustrado na Figura 1.
Exposição e avaliação Exposição Envelhecimento de curta duração natural
Não Degradação
semelhante
?
Sim
Exposição e avaliação Exposição Envelhecimento de curta duração natural
Não Degradação
semelhante
?
Sim
Análise/interpretação
Processar as funções desempenho versus tempo ou dose-resposta para estabelecer os modelos de previsão
Previsão da vida útil
Análise/interpretação
Processar as funções desempenho versus tempo ou dose-resposta para estabelecer os modelos de previsão
Previsão da vida útil
Exposição em estação de envelhecimento natural
Exposição em estação de envelhecimento natural
Inspeção de edifícios
Inspeção de edifícios
Edifícios experimentais
Edifícios experimentais
Exposição nas condições de uso
Exposição nas condições de uso
Condição de uso - exposição não acelerada
Condição de uso - exposição não acelerada
Exposição acelerada
Exposição acelerada
Dose - resposta
Dose - Classes ambientais
Classes de resposta(indicador de degradação)
Análise crítica, Relatório Análise crítica, Relatório
Ensaios prévios Verificação de mecanismos e cargas, verificação da escolha de características e técnicas por meio de exposições de curta duração
Ensaios prévios Verificação de mecanismos e cargas, verificação da escolha de características e técnicas por meio de exposições de curta duração
Preparação Identificação dos agentes e mecanismos de degradação e seus efeitos, escolha das características de desempenho e técnicas de avaliação, feedbeck de outros estudos
Preparação Identificação dos agentes e mecanismos de degradação e seus efeitos, escolha das características de desempenho e técnicas de avaliação, feedbeck de outros estudos
Definição Necessidade dos usuários, contexto do edifício, tipo e intensidade dos agentes de degradação, requisitos de desempenho Caracterização dos Materiais
Definição Necessidade dos usuários, contexto do edifício, tipo e intensidade dos agentes de degradação, requisitos de desempenho Caracterização dos Materiais
F igura 1 – Metodologia para previsão da vida útil de componentes de edifícios
3.3 Ensaios prévios
Os ensaios prévios são realizados para fazer uma avaliação prévia das características de desempenho antes e após a exposição do componente aos agentes de degradação e detalhar os programas de exposição ao envelhecimento.
3.4 Programas de exposição ao envelhecimento
Os programas de exposição ao envelhecimento devem ser cuidadosamente planejados levando-se em conta o escopo do estudo e os resultados das etapas anteriores de definição do estudo, preparação e
ensaios prévios. Devem incluir exposições de: a) curta duração, que são exposições aos agentes de
degradação com duração consideravelmente menor que a vida útil esperada e b) de longa
duração, por exposição de exemplar a condições de uso por período de tempo da mesma
ordem de grandeza da vida útil.
As exposições de curta duração podem ser aceleradas, com o objetivo de reproduzir, de forma relativamente rápida, as mudanças que ocorrem nas nas condições de uso de uso do componente. Neste tipo de exposição os componentes são submetidos aos fatores de degradação em intensidades acima das esperadas nas condições de uso, acelerando-se o processo de degradação. A exposição de curta duração pode ser feita também nas condições de uso do componente (sem acelerar o processo de envelhecimento), e se aplicam aos casos em que as mudanças nas propriedades podem ser determinadas em curto espaço de tempo (um caso típico é a utilização de instrumentos de análise de superfície muito sensíveis).
Dados a respeito do comportamento de componentes a exposições de longa duração podem ser obtidos de: a) exposição em locais especiais onde as condições ambientais são medidas, ou seja, em estação de envelhecimento natural; b) inspeção de uma quantidade viável de edifícios do ponto de vista prático e definida por método de amostragem estatística; c) exposição em um edifício especial onde as condições serão monitoradas e, em alguns casos, controladas, ou seja, em edifícios experimentais; d) exposição de produtos através de sua incorporação em edifícios colocados em uso.
As degradações observadas em exposições de curta duração aceleradas são comparadas com o que ocorre nas condições de uso. Se nos ensaios de curta duração forem induzidos mecanismos não representativos das condições de uso, o programa de exposição deve ser alterado.
3.5 Análise e interpretação
A partir de avaliações de desempenho efetuadas ao longo dos vários programas de exposição, é determinada a vida útil prevista, envolvendo duas ou três etapas (ISO 15686-2:2001):
a) a partir de dados de avaliação de desempenho são estabelecidas as funções desempenho versus tempo ou dose-resposta, nas condições de exposição;
b) se as condições de exposição não abrangerem as condições em que o componente vai ser avaliado, deve ser determinada a função desempenho versus tempo ou dose-resposta na condição desejada, sintetizando, modelando e/ou interpolando ou extrapolando as funções estabelecidas em a);
c) a função desempenho versus tempo ou dose resposta, obtidas nas etapas a) ou b) é utilizada para determinar a vida útil prevista para o componente.
3.5.1 Funções desempenho versus tempo De uma maneira geral a função desempenho versus tempo é uma função complicada, não linear com o tempo, conforme exemplo apresentado na Figura 2:
Figura 2 – Exemplos de Funções de Desempenho versus tempo
Na Figura 2 estão exemplificadas funções de desempenho versus tempo de duas propriedades críticas. Se fosse identificada apenas uma propriedade crítica, a vida útil prevista seria o tempo correspondente ao ponto de cruzamento da função desempenho versus tempo com a função que representa a exigência de desempenho. No caso em que há duas ou mais propriedades críticas e portanto mais de uma função desempenho versus tempo, a vida útil prevista é o tempo correspondente ao cruzamento que ocorre em primeiro lugar entre uma função desempenho versus tempo e a exigência de desempenho. No caso da Figura 2, a vida útil prevista para o componente é t (^) vu, correspondente ao cruzamento da funcão desempenho versus tempo da propriedade crítica 1.
3.5.2 Funções dose-resposta As funções dose-resposta são funções que caracterizam a resposta de um produto quanto à degradação com a intensidade do agente de degradação incidente (dose). A resposta é medida por um ou mais indicadores de degradação. Como exemplo, a corrosão de metais pode ser expressa por um modelo matemático que relaciona a corrosão com o tempo de exposição pela função (Haagenrud, 1997):
M = A. t n^ (1)
Onde:
M é a corrosão no instante t;
A é constante, que depende da deposição de poluentes ou outros agentes de degradação na superfície;
n é o expoente, cujo valor depende dos processos de difusão dos agentes agressivos.
Na Tabela 2 estão apresentados alguns exemplos de função dose-resposta. Os dados foram obtidos em 28 países, compreendendo 250 locais de ensaio.
intensa incidência de radiação solar e elevadas temperaturas e umidades relativas durante o ano todo, b) São Paulo: com elevado teor de agentes poluentes no ar, c) Rio Grande, cidade litorânea, com atmosfera salina. diminuir uma das barreiras para a previsão da vida útil dos edifícios, que é a falta de conhecimento das condições de exposição ao envelhecimento natural.
Embora tenham ocorrido avanços significativos no conhecimento da durabilidade dos materiais e tenham sido desenvolvidas metodologias gerais para previsão da vida útil, muitos estudos devem ser ainda feitos para o aprimoramento das metodologias e obtenção de uma quantidade maior de dados.
5. AGRADECIMENTOS
Este trabalho contou com apoio do Programa HABITARE coordenado pela Financiadora de Estudos e Projetos (FINEP),. CNPq através do programa RHAE e da Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP).
6. REFERÊNCIAS
Bijen, J. 1996, Benefits of slag and fly ash. Construction and Building Materials, 10 (5) 309-314. CEB 1993, CEB-FIP Model Code 1990. Lausane, Thomas Telford, 213/214. Haagenrud, Svein E. Environmental characterization including equipment for monitoring. CIB W80/RILEM 140-PSL. Subgroup 2 Report. Norwegian Institute for Air Research, Norway,
Curwell, S. & Cooper, I. 1998, The implications of urban sustainability. Building Research and Information 16(1), 17- DeSimone, LD. & Popoff, F. 1998, Eco-efficiency – The business link to sustainable development. MIT Press, 2 nd^ ed. 280p. ISO 2000, Buildings and constructed assets — Service life planning — Part 1: General principles. ISO 15686-1. ISO 2001, Buildings and constructed assets — Service life planning — Part 2: Service Life Prediction Procedures. ISO 15686-2. Janseen, MA. & Van Der Bergh, J. 2000, Symbiosis – Modeling Industrial metabolism in a multi- regional economy system. Dep. Spatial Economics, University of Amsterdam, 16p. John, VM. & Zordan, SE. 2001, Research & development methodology for recycling residues as building materials. Waste Management, 21, pp.213-219. John, VM., Agopyan, V. & Sjöström, C. 2001, On agenda 21 for Latin America and Caribbean construbusiness - a perspective from Brazil. Paper accepted by Building Research and Information. John, VM., Kraayenbrink, EA., Van Wameln, J. 1996, Upgradeability: an added dimension to performance evaluation. Int. Symp. Applications of Peformance Concept in Building CIB, v.2, pp.3.1- Kassai, Y. 1998, Barriers to the reuse of construction by-products and the use of recycled aggregate in concrete in Japan. Use of recycled aggregate. Dhir, Henderson & Limbachiya eds. Tomas Telford, p.433- Matos, G. & Wagner, L. 1999, Consumption of Materials in United States 1900-1995. US Geological Service 9p. The Council of the European Communities 1998, Council Directive of 21 December 1998 on the approximation of laws, regulations and administrative provisions of the member states relating to construction product., the Council of the European Communities , Brussels, 1998, 89/106/EEC)
