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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:
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
4.4. Evolução dos
custos da proteção de estruturas
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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