PROTEÇÃO PASSIVA CONTRA FOGO EM ESTRUTURAS METÁLICAS

     Este artigo aborda os conceitos técnicos básicos da proteção passiva contra fogo de estruturas metálicas, como está a normalização sobre o assunto no Brasil, quais materiais estão disponíveis no mercado brasileiro para a proteção de estruturas, suas características e a aplicabilidade de cada sistema em nossas edificações.

     1. INTRODUÇÃO
     Ao contrário da proteção ativa que visa extinguir o incêndio, os objetivos básicos da proteção passiva são a compartimentação e o confinamento do sinistro, evitando sua propagação e mantendo a estabilidade estrutural do edifício por um tempo determinado.
     De uma forma genérica, os elementos estruturais em aço perdem cerca de 50% de sua resistência mecânica quando aquecidos a uma temperatura em torno de 550ºC, conforme ilustra o gráfico abaixo. Este valor é conhecido como temperatura crítica do elemento estrutural, e pode ser calculado com maior precisão seguindo os procedimentos da NBR 14323 – Dimensionamento de Estruturas de Aço de Edifícios em Situações de Incêndio.

 

     2. DIMENSIONAMENTO DA PROTEÇÃO CONTRA FOGO EM ESTRUTURAS METÁLICAS
     Para o dimensionamento da espessura do material de proteção das estruturas, é necessário analisar dois parâmetros:

        2.1. o tempo de resistência requerido ao fogo (TRRF): este parâmetro normalmente é determinado por uma legislação local ou através de normalizações pertinentes. No Brasil, o TRRF normalmente situa-se entre 30 minutos e 2 horas. Nos EUA, Europa e Japão os requisitos são mais rigorosos, atingindo-se até 4 horas.
        As regulamentações, normas ou análises técnicas que definem os tempos de proteção para cada tipo de edificação levam em consideração vários aspectos, tais como:
        • utilização da edificação (escola, escritório, hospital, shopping center, etc.);
        • altura e área construída da edificação;
        • compartimentação existente e outros sistemas de proteção complementares;
        • Carga Combustível e Taxa de Ventilação.

        2.2. o Fator de Forma (u/A) de cada elemento estrutural: o Fator de Forma (ou Fator de Massividade) representa a resistência de um determinado perfil metálico em uma situação de incêndio. Dois fatores influenciam o comportamento de uma estrutura sob a ação do fogo e o Fator de Forma é o resultado de sua relação matemática:

u/A = Perímetro / Seção

        a) Perímetro de Penetração de Energia "u" (exposição do perfil ao fogo) - quanto maior for a exposição ao fogo (e a incidência de energia térmica no aço), mais rapidamente a estrutura irá se aquecer e, conseqüentemente, atingir o estado de falência;
        b) Área da seção reta "A" (massa do perfil) - a área da seção reta (transversal) do perfil está diretamente relacionada com sua massa. Assim, quanto maior a área da seção (ou sua massa), mais tempo o perfil irá levar para ser aquecido e atingir a temperatura crítica.

        Na tabela 3 da NBR 14323 – Dimensionamento de Estruturas de Aço de Edifícios em Situações de Incêndio – podem ser encontradas diversas fórmulas para o dimensionamento do Fator de Massividade de elementos estruturais.

        Dimensionamento da Proteção
        Existem dois métodos para calcular qual a espessura adequada do material de proteção:
        a) a forma mais simples de cálculo é utilizar os resultados de ensaios reais de resistência ao fogo, fornecidos pelo fabricante na forma de uma carta de cobertura, onde as espessuras de proteção são facilmente determinadas;
        b) pode-se calcular analiticamente, com base em dados dos materiais como densidade, condutividade térmica e calor específico. Esta metodologia é acurada, porém possui limitações, sobretudo quando os materiais sofrem mudanças físicas durante o incêndio, como é o caso de tintas intumescentes ou alguns materiais projetados que possuem fluídos cristalizados em sua composição.

     3. NORMALIZAÇÃO
     As normas da ABNT que abordam o tema são:
     • NBR 14323/99 - Dimensionamento de Estruturas de Aço de Edifícios em Situação de Incêndio: através desta norma, editada em julho de 1999 e baseado no Eurocode, é possível realizar cálculos que permitem determinar quando ocorrerá a falência da estrutura, permitindo assim um cálculo mais realista da necessidade e do rigor da proteção;
     • Exigências de Resistência ao Fogo dos Elementos Construtivos das Edificações (Projeto 24:301.06-002/99): este projeto de norma tem previsão de edição para final de 1999 ou início de 2000 e aborda principalmente os tempos de proteção necessários para cada tipo de edificação.
    • Outras normas, legislações e regulamentações estaduais que abordam este tema (como a C.B.I.T. 08 contida no Decreto Lei nº 46.076 de 2001 do Estado de São Paulo), são, em geral, baseadas nos documentos mencionados.


     4. MÉTODOS E MATERIAIS PARA PROTEÇÃO DE ESTRUTURAS METÁLICAS
     Existem diversas formas de proteção de estruturas metálicas, tais como recobrimento com alvenaria, concretos ou blocos celulares e a aplicação de materiais específicos. Os métodos mais racionais para a proteção são materiais desenvolvidos especificamente para esta finalidade.
     No exterior, a evolução, a adequação dos produtos e a competitividade dos fabricantes destes materiais geraram produtos extremamente eficazes, com custos coerentes com as necessidades do mercado. No Brasil, somente a partir de 1997 observou-se uma evolução significativa neste campo, com a chegada dos maiores fabricantes mundiais de produtos para proteção passiva para estruturas metálicas (Isolatek International e Grace Construction). Estes e outros fabricantes desenvolveram produtos específicos para as mais variadas situações e a consulta a empresas idôneas responsáveis pela correta quantificação e aplicação dos materiais é fundamental para a perfeita relação entre materiais mais adequados e situação de proteção (eficiência do sistema).

        4.1. Características x Custo
        De uma forma geral, quanto maior o requinte estético e a resistência mecânica do material de proteção, maior o seu custo. Da mesma forma, os materiais mais rústicos e de resistência mecânica inferior são os mais baratos. Os principais materiais utilizados são listados abaixo, por ordem decrescente de custo:
        • tintas intumescentes;
        • concreto vermiculítico;
        • placas rígidas;
        • mantas de fibra cerâmica.
        • materiais projetados (argamassas secas e úmidas).

        4.2. Materiais de proteção
            4.2.1. Materiais Projetados
            • menor custo, dentre todos os sistemas;
            • maior velocidade de aplicação;
            • requerem limpeza após aplicação e controle de espessura na obra;
            • desenvolvidos especificamente para a proteção de estruturas.

             Os materiais projetados (ex.: argamassas úmidas como o Cafco 300 Refrasol/Isolatek) são os mais utilizados mundialmente para a proteção de estruturas metálicas, sendo especificados para a proteção dos maiores prédios do mundo. A introdução destes tipos de materiais no Brasil foi a maior responsável pela queda dos preços da proteção de estruturas metálicas. Estes materiais, desenvolvidos, em sua maioria, para áreas internas e abrigadas de intemperismos, reduzem significativamente prazos e custos de aplicação da proteção passiva contra fogo.

            4.2.2. Mantas de fibra cerâmica e painéis de lã de rocha
            • ideais para edificações em funcionamento;
            • fornecidos prontos para instalação, necessitam de pinos de ancoragem para fixação;
            • aplicação limpa, sem controle de espessura na obra;
            • alguns tipos de acabamentos disponíveis, sempre com baixa resistência mecânica.

            4.2.3. Tintas intumescentes
            • boas opções (comercialmente, devido ao preço do material), principalmente até 60 minutos de proteção;
            • excelente acabamento visual;
            • necessidade de mão de obra muito especializada;
            • requerem controle rigoroso de espessura (300µm a 6mm), condições climáticas e prazos entre as demãos e acabamento;
            • podem permanecer expostos, tendo excelente resistência mecânica.

            4.2.4. Placas rígidas
            • acabamento similar às placas de gesso acartonado;
            • permitem acabamento e pintura;
            • boa resistência mecânica;
            • ideais para colunas aparentes, com tempo de proteção entre 90 e 120 minutos.

            4.2.5. Argamassas à base de vermiculita
            • ideais para áreas industriais e equipamentos, com testes para petroquímica;
            • aplicação lenta, requerendo elementos de ancoragem e limpeza posterior à aplicação;
            • podem permanecer expostos e suportam intemperismos.

         4.3. Comparação de custos

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     4.4. Evolução dos custos da proteção de estruturas

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        4.5. A escolha do material
        Finalmente, para a correta escolha do material de proteção, deve-se levar em consideração diversos aspectos além de uma simples comparação de custos. Os mais importantes são:
        • aparência, em função da necessidade ou não de requinte estético;
        • resistência mecânica (especialmente em garagens, sistemas de retorno de ar condicionado, áreas de produção industrial, etc.);
        • resistência a intemperismos para elementos externos ou expostos;
        • requisitos dimensionais (interferências, espaços possíveis para ocupação, etc.);
        • período da obra (limpeza necessária, viabilidade de soldagem de ancoragens, etc.);
        • procedência, testes e locais onde os materiais tenham sido aplicados;
        • velocidade de aplicação;
        • capacitação técnica da empresa escolhida e dos funcionários;
        • custo.

Autores: José Carlos de Almeida Camargo é Diretor e José Carlos de Almeida Camargo Jr. é Gerente de Operações da Refrasol Comercial Internacional Ltda., empresa especializada na aplicação de sistemas para proteção contra fogo de estruturas metálicas e que mantém parcerias com as maiores empresas mundiais de proteção de estruturas metálicas. A Refrasol é aplicadora oficial da Isolatek International e é a empresa com maior área de proteção passiva aplicada no país. Para maiores informações, entrar em contato através do site www.refrasol. com.br ou pelo e-mail engenharia@refrasol.com.br.

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