RESISTÊNCIA AO FOGO DAS PAREDES ESTRUTURAIS COM …ªmio_Sindus... · construtivos convencionais e inovadores, principalmente na área da construção civil, atendendo aos requisitos

SINDUSCON PREMIUM 2016CATEGORIA DESTAQUE ACADÊMICO

RESISTÊNCIA AO FOGO DAS PAREDES ESTRUTURAIS

COM FUNÇÃO DE COMPARTIMENTAÇÃO

EQUIPE

Prof. Dr. Eng. Civil Bernardo Tutikian - Coordenador geral do itt Performance

Prof. Dr. Eng. Civil Eduardo Estevam Camargo Rodrigues - Pesquisador do itt Performance

Prof. Me. Eng. Civil Roberto Christ - Gerente operacional do itt Performance

Prof. Me. Eng. Civil Fernanda Pacheco - Gerente operacional do itt Performance

Prof. Me. Eng. Civil Fabrício Bolina - Pesquisador do itt Performance

Me. Eng. Civil Rodrigo Périco de Souza - Analista de projetos no itt Performance

Mdo. Eng. Civil Augusto Masiero Gil - Analista de projetos no itt Performance

Acad. Eng. Civil Gustavo Luis Prager - Laboratorista do itt Performance

Acad. Eng. Civil Matheus Gabriel Dilly - Estagiário do itt Performance

Acad. Eng. Civil Guilherme Günther Hennemann - Estagiário do itt Performance

Acad. Eng. Civil Matheus Kümmel Carrer - Bolsista de iniciação científica

APRESENTAÇÃO DO PROJETO

A alvenaria é um dos sistemas construtivoscom maior uso no Brasil, dada a grandedisponibilidade dos materiais, difusão datécnica e baixo custo.

Com os incentivos proporcionados pelosprogramas de aceleração do crescimentono país visando suprir o déficit habitacionalexistente, foram construídos diversosedifícios habitacionais com o uso destesistema, com e sem função estrutural.

Concomitantemente se deu a entrada emvigor da norma de desempenho dasedificações habitacionais, a ABNT NBR15575:2013, que fixa requisitos e critérios,sendo um deles a segurança contraincêndio.

Ademais, a ocorrência de eventosrelevantes como o incêndio na boateKiss em janeiro de 2013, na cidade deSanta Maria/RS, contribuíram paraintensificação das exigências normativasde segurança contra incêndio no Brasil.

Neste cenário, destacam-se lacunas douso deste tipo de sistema frente aosrequisitos normativos, principalmentepela ausência de instruções para oprojeto e execução que permitamgarantir a segurança pelas diversasvariáveis existentes.

Objetivando contribuir com estesegmento, o itt Performance/Unisinosdesenvolveu o presente trabalho, soba coordenação do Prof. Dr. BernardoTutukian, com o auxílio da equipeapresentada na tabela acima.

A elaboração do projeto de pesquisafoi realizada de janeiro à dezembrode 2015 e os ensaios realizados dejaneiro à outubro 2016. De novembrode 2016 à março de 2017 realizou-sea análise e tratamento dos resultados,conforme demonstrado a seguir.

O INSTITUTO TECNOLÓGICO

itt Performance

O itt Performance/Unisinos é o único instituto da regiãosul do Brasil preparado para desenvolver e avaliarsistemas construtivos e estruturais seguindo as diretrizesda ABNT NBR 15575/2013. Credenciado como InstituiçãoTécnica Avaliadora (ITA) pelo Ministério das Cidades, oinstituto é também a primeira empresa brasileirahabilitada para avaliação de produtos Cradle to Cradle(do berço ao berço). Atualmente conta com oreconhecimento da Rede Metrológica do RS em dois dosvinte e quatro ensaios realizados, dentre outros emescopo para certificação.

As principais atividades realizadas pelo itt Performancereferem-se à avaliação e desenvolvimento de sistemasconstrutivos convencionais e inovadores, principalmentena área da construção civil, atendendo aos requisitos dosusuários e as premissas dispostas na ABNT NBR15575:2013 – Edificações habitacionais – Desempenho. Areferida norma estabelece parâmetros práticos equantitativos que podem ser mensurados, em que osistema avaliado deve apresentar um desempenhosatisfatório.

Sendo a segurança contra incêndios um dos requisitosestabelecidos, sistemas verticais de vedação podem vir aser utilizados como elementos de compartimentação naocorrência de um sinistro. O instituto conta comequipamentos e uma equipe treinada para realização deensaios de resistência e reação ao fogo, utilizados paraclassificação deste tipo de sistema.

C O N T E X T U A L I Z A Ç Ã O

A introdução da norma de desempenhopara edificações habitacionais, NBR15575: 2013, tem disseminado nomercado brasileiro da construção civilconceitos que envolvem a vida útil deedificações, baseado no tripé: segurança,sustentabilidade e habitabilidade.

As condições de segurança para o uso e aoperação da edificação incluem a suaexposição a ações excepcionais, como asações térmicas pelas altas temperaturasde um incêndio. Assim, o conhecimentodo comportamento dos materiais esistemas construtivos quando expostos aelevadas temperaturas torna-se essencialna promoção da segurança aos usuáriose das equipes de combate.

Edificações com o emprego de alvenariasestruturais necessitam a recomendação desistemas com o comportamento ao fogoconhecido e/ou devidamente atestado. Deacordo com a função pré-estabelecida,estrutural ou de compartimentação, faz-senecessário o atendimento ao TempoRequerido de Resistência ao Fogo (TRRF),definido em função das características dealtura e ocupação da edificação, conformea NBR 14432:2001.

Na ausência de uma instrução ou normatécnica que oriente o projeto para cumprircom o Tempo de Resistência ao Fogo(TRF), se faz necessário propor o empregode sistemas construtivos que possuam umcomportamento ao fogo devidamenteatestado por laboratórios competentes.

A IT N° 08:2011 do Corpo de Bombeiros deSP, regulamentada no RS pela Lei Estadualnº 14.376/2013 e pelo Decreto Estadual51.803/2014, apresenta uma tabela com aresistência ao fogo de alvenarias obtidasatravés de ensaios em laboratório. Verifica-se, no entanto, que os resultados nãoabrangem a elevada gama de combina-ções de sistemas disponíveis no mercado,tampouco a influência do carregamentopara sistemas com função estrutural.

RELATÓRIO N° 21/2016

Associação Internacional de Serviços

de Combate à Incêndios

No ano de 2013:

2,4 milhões de incêndios21 mil pessoas mortas

65 mil feridos40% dos casos em edificações

■ RELEVÂNCIA

Apesar de o emprego de alvenariasestruturais ter crescido consideravelmentenos últimos anos, não existem normasregulamentadoras para o projeto destetipo de sistema no que tange a resistênciaao fogo. Os fatores que controlam ocomportamento de paredes de alvenariaao fogo estão relacionados tanto com aspropriedades constitutivas (materiais ecombinações) quanto à sua aplicação.Ressalta-se, portanto, que o estudo docomportamento de sistemas de paredesde alvenarias é de elevada complexidade,dadas as diversas combinações de blocos,juntas, geometrias e texturas possíveis deserem usados na construção.

Nos últimos anos, diversos trabalhos têmsido desenvolvidos na área de segurançacontra incêndio, abrangendo na maiorparte o estudo de elementos estruturais(como pilares e vigas) ou de materiais(como concreto armado, aço e madeira).Porém, o meio acadêmico ainda nãoconhece adequadamente os riscos que osocupantes de edifícios em alvenariaestrutural estão sujeitos, principalmentepela influência do carregamento aplicado.

■ DESAFIOS

Atualmente existem em operação apenasdois equipamentos qualificados paraatender a demanda de todo o cenárionacional, o que vem dificultando otrabalho de projetistas, construtores efabricantes de produtos para construçãocivil. Neste sentido, o desenvolvimento depesquisas que permitam compreendermais precisamente o comportamentodestes sistemas podem contribuir para odesenvolvimento de métodos de projeto edimensionamento.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

■ OBJETIVOS

Este estudo teve como objetivo geralverificar a influência de duas variáveispertinentes no projeto de sistemas dealvenaria estrutural na resistência ao fogodeste tipo de sistema: a espessura dorevestimento de argamassa e a presençade carregamento. Além disso, foramavaliados aspectos específicos sobre odesenvolvimento de temperaturas aolongo do sistema e deslocamentosocasionados por deformações, critériosdeterminantes da resistência ao fogo.

aVerificar a resistência ao fogo dos sistemas avaliados peloatendimento aos critérios de estabilidade estrutural, estanqueidade eisolamento térmico.

Determinar o gradiente de temperatura ao longo da seção transversalde modo a verificar a influência da espessura do revestimento deargamassa no atendimento ao critério de isolamento térmico.

Determinar os deslocamentos horizontais da parede durante oaquecimento de modo a verificar a influência do carregamento.

b

c

C O N T E X T U A L I Z A Ç Ã O

Grupo / Ocupação

Altura da edificação (m)

P1 h≤6

P2 6<h≤12

P3 12<h≤23

P4 23<h≤30

P5 30<h≤80

P6 80<h≤120

P7 120<h≤150

P8 150<h≤250

A / Residencial 30 30 60 90 120 120 150 180

A compartimentação horizontal deedificações visa controlar a propagaçãodo incêndio para outros cômodos. Paragarantir a segurança dos usuários e dotrabalho das equipes de combate anorma de desempenho estabelece comocritério a resistência ao fogo das paredesde compartimentação. A resistência aofogo é representada pelo período detempo em que o sistema é capaz deatender aos requisitos pré-estabelecidos.Os requisitos variam conforme a altura eo tipo de ocupação, sendo distintos entreelementos de divisão de unidadeshabitacionais, dependências de unidadeshabitacionais e áreas comuns, fachadas erotas de fuga.

Apresenta-se na tabela abaixo oTRRF exigido para edificações deocupação residencial com diferentesparâmetros de altura. Distingue-seainda os elementos de divisão deunidades habitacionais e entreunidades habitacionais com áreas deuso comum (TRRF mínimo de60min), rotas de fuga (TRRF mínimode 120min), fachadas e áreas deligação entre pisos (TRRF mínimo de90min).

Os ensaios de resistência ao fogo emsistemas de vedação verticalpermitem a determinação do TRF,que em sob condições padronizadasatribui uma quantificação do tempoem que o sistema atende aoscritérios de estabilidade estrutural,estanqueidade e isolamento térmico,estimando o comportamento doselementos de compartimentação,que deve ser igual ou superior aoTRRF exigido para a aplicação.

F U N D A M E N T A Ç Ã OEMBASAMENTO TEÓRICO

Fonte: IT 08/2011 do Corpo de Bombeiros do Estado de São Paulo.

De maneira geral, materiais cerâmicos ecimentícios apresentam um bomcomportamento em altas temperaturas,devido às suas características deincombustibilidade e ao baixo valor decondutividade térmica. Este bomcomportamento faz com que paredesde alvenaria possam apresentarresistência mecânica em temperaturasde até 1000ºC. Entretanto, a exposiçãopor períodos de tempo prolongadospode comprometer a sua resistência aofogo pela perda do isolamento térmicoe pela deformação excessiva, que podeconduzir ao colapso estrutural.

Fonte: Nguyen et al. (2009)

F U N D A M E N T A Ç Ã OALVENARIA ESTRUTURAL EM SITUAÇÃO DE INCÊNDIO

Em um incêndio, uma parede de compartimentação é submetida a um gradiente térmico diferencial entre a face exposta às elevadas temperaturas e a face não exposta.

A temperatura alcançada na face não exposta dependerá da resistência térmica da alvenaria, que tem entre suas variáveis a espessura da camada do revestimento de argamassa, onde o calor é transferido por condução.

No que se refere ao comportamento global do sistema de alvenaria durante o aquecimento, verifica-se que variações volumétricas pela expansão térmica dos materiais podem ocasionar a abertura de fissuras e o desprendimento do revestimento e de camadas dos blocos.

Na escala global do sistema, as características dimensionais, as vinculações de extremidade e as condições de carregamento também influenciam.

A fim de contribuir para o conhecimento científico nesta área, estapesquisa analisou o comportamento de alvenarias estruturais emsituação de incêndio, combinando os efeitos de carga e altastemperaturas, afim de verificar o encurvamento da alvenaria,gradiente de temperatura, estabilidade estrutural, bem como suaestanqueidade a gases quentes e fumaça e isolamento térmico.

Para verificação dos pontos citados, foram executadas 6 amostras emescala real (3,15 x 2,80 m), variando a espessura do revestimento interno(0; 15 e 25 mm), e a carga de compressão axial (0 e 10 ton/m) naalvenaria durante o ensaio de resistência ao fogo, conformeapresentado na tabela a seguir.

Este material visa permitir um melhor conhecimento sobre a influência dasdiversas variáveis na resistência ao fogo deste tipo de sistema, assim comosubsidiar futuras discussões sobre uma normatização nacional, auxiliando odesenvolvimento de procedimentos de dimensionamento através da criaçãode um banco de dados com os resultados dos ensaios de resistência ao fogo.

ParedeRevestimento interno Revestimento externo

Chapisco Revestimento Chapisco Revestimento

Com carregamento

(10 tf/m)

C1 Não 00 mm Sim 25 mm

C2 Sim 15 mm Sim 25 mm

C3 Sim 25 mm Sim 25 mm

Sem carregamento

S1 Não 00 mm Sim 25 mm

S2 Sim 15 mm Sim 25 mm

S3 Sim 25 mm Sim 25 mm

P R O P O S T A D E E S T U D ODELINEAMENTO EXPERIMENTAL

P R O P O S T A D E E S T U D OEXECUÇÃO DAS AMOSTRAS

A execução das alvenarias foi feita empórticos metálicos de 3,15 x 3,00 m,acopláveis ao forno vertical de ensaiosde resistência ao fogo. As amostrasforam instaladas 55 dias após otérmino de sua execução, e os ensaiosforam realizados no 56° dia de cura.Este período de cura é consideradoideal para este tipo de sistema nascondições avaliadas.

A produção das amostras se inicioucom o assentando dos blocoscerâmicos com juntas verticais parciaise horizontais com 1cm de espessuraaproximadamente. Os blocos são dotipo cerâmicos estruturais, dedimensões 14x19x29cm e resistênciade 7MPa. A argamassa empregada noassentamento é do tipo estabilizadacom traço de 1:0,43:6 (cimento, cal eareia) e resistência à compressão de4MPa. O traço possui o emprego de0,25% de aditivo aerador, 0,85% deaditivo estabilizador de pega e 0,3%de aditivo retentor, todos medidossobre a massa do cimento.

Passadas 24h da amostra estarconcluída, fez-se o chapisco no traço1:3 (cimento e areia grossa). Após 72h,procedeu-se o revestimento daamostra com argamassa estabilizada36 horas. A argamassa apresenta otraço 1:5 (cimento e areia) com 0,35%de aditivo aerador e 1% de aditivoestabilizador de pega, sobre a massado cimento.

■ PROCEDIMENTO

Os ensaios foram realizados nas dependências do laboratório de resistência ao fogo do itt Performance.

A análise dos sistemas foi realizada com um forno vertical normatizado e devidamente calibrado, seguindo os procedimentos de ensaio estabelecidos pela NBR 5628: 2001 para paredes com função estrutural. Neste ensaio o programa de aquecimento segue os limites estabelecidos para a curva de incêndio padrão em edificações.

As amostras são classificadas como corta fogo (CF) pelo período de tempo que atenderem aos requisitos de estabilidade, estanqueidade e isolamento térmico.

Durante o aquecimento, três verificações foram realizadas: estabilidade, estanqueidade e isolamento térmico.

■ ESTABILIDADE

São analisadas deformações, trincas, possíveis colapsos ou sinais de instabilidade que possam comprometer a segurança dos usuários. De modo complementar, foram mensurados os deslocamentos horizontais para determinação do encurvamento da parede devido ao gradiente térmico. A análise foi realizada com uma estação total em uma malha de 49 pontos, com espaçamento de 50 cm entre cada ponto, medidos a cada 10 minutos.

■ ESTANQUEIDADE

A verificação da estanqueidade é realizada mediante o posicionamento de um chumaço de algodão próximo às fissuras deflagradas na amostra por 10 segundos, respeitando uma distância de 1cm a 3cm, observando a flamabilidade dos gases (através da inflamação do algodão), o que caracteriza a perda de estanqueidade da amostra.

■ ISOLAMENTO TÉRMICO

O isolamento térmico consiste na análise das temperaturas registradas na face da amostra não exposta diretamente às altas temperaturas. Como limite, a norma especifica que a média aritmética destas temperaturas não pode ser superior a 140°C e ultrapassar 180°C em algum dos termopares, acrescidos da temperatura ambiente do início do ensaio. Para auxiliar na compreensão deste critério foram instalados termopares ao longo da espessura na parte central do elemento. Com os dados obtidos, foi possível traçar um perfil de temperatura, verificando a influência da espessura do revestimento e absorção térmica.

P R O P O S T A D E E S T U D OMÉTODO DE AVALIAÇÃO

Através dos ensaios realizados

com os diferentes tipos de

paredes, foi possível observar

comportamentos peculiares entre

as tipologias avaliadas.

Tanto a presença de carregamento

quanto a variação da espessura do

revestimento de argamassa

claramente influenciaram na

resistência ao fogo pelo critério

do isolamento térmico.

Apenas uma amostra apresentou

perda de estabilidade ou

estanqueidade (parede com

carregamento e sem revestimento

interno), que entrou em colapso

aos 102 min de ensaio, impedindo

a continuidade do mesmo.

C O N T R I B U I Ç Ã O T É C N I C A

A ocorrência do desplacamento, pela

perda da face do alvéolo dos blocos

cerâmicos, foram detectados durante

o ensaio com o auxílio da câmera

termográfica. Essa manifestação foi

predominante nas amostras com

carregamento.

Constatou-se ainda

que a presença de

carregamento apre-

senta influencia no

sentido de encurva-

mento da amostra.

Parede S1Rev. interno: 00 mm

Carregamento: 0 ton/m





Parede C1Rev. interno: 00 mm






30 min

Max. Sent. Ext.: 41 mm

Max. Sent. Int.: -35 mm

30 min



30 min



30 min



30 min



30 min



240 min



240 min



240 min



100 min



240 min



240 min



C O N T R I B U I Ç Ã O T É C N I C AMEDIÇÃO DE DESLOCAMENTO

Diferentemente do encontrado nas amostras comcarregamento, onde a deformação se deu na parte superior,com valores entre 26 e 23 mm. Ocorrência essa devida arestrição da borda superior e inferior ocasionada pelaaplicação da carga, fazendo com que a deformaçãoapresentasse uma simples curvatura.

Ao comparar a mesma tipologia com e sem carregamento,pode se concluir que as amostras carregadas apresentaramdeslocamentos máximos entre 43 e 39 mm, isso fica evidentepelo fato de não haver nenhuma restrição na parte superior einferior, deixando que a deformação seja de dupla curvatura.

O aumento da espessura do revestimento de argamassa, aumenta o isolamento térmico.

As amostras com imposição de carregamento apresentaram um maior valor de temperatura na face exposta ao calor.

C O N T R I B U I Ç Ã O T É C N I C AMEDIÇÃO DE TEMPERATURA

Legenda:

FE: Face exposta ao fogo

FN: Face não-exposta ao fogo

C O N T R I B U I Ç Ã O T É C N I C ARESUMO DOS RESULTADOS

Perspectivas de

mercado

&

Aplicabilidade

Através dos ensaios realizados foi possível constatar que tanto a presença de carregamento quanto a espessura do revestimento de argamassa apresentam influência sobre a resistência ao fogo de sistemas de alvenaria estrutural.

O mercado não dispõe de normas que orientam o projeto deste tipo de sistema nestas condições e as instruções existentes não abordam as alvenarias estruturais e a elevada gama de composições existentes.

Os resultados obtidos neste estudo possibilitam prever a conformidade de compartimentação na fase de projeto para garantir a segurança contra incêndio prescrita pelas normas e legislações vigentes.

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