A ÇÕES T ÉRMICAS P ARA A A NÁLISE DE T EMPERATURAS

Na Engenharia Civil, os efeitos da ação térmica devem ser tidos em conta por meio da redução das propriedades mecânicas dos materiais em função da temperatura elevada a que estão expostos, bem como os esforços adicionais inexistentes à temperatura ambiente e não previstos em projeto para a situação normal de uso mas que surgem com o aumento da temperatura.

Para facilitar a determinação das ações térmicas nas estruturas, foram enunciados modelos matemáticos de incêndio para descrever previamente a variação da temperatura do compartimento em função do tempo. O Eurocódigo 1 Parte 1-2 [23] fornece diferentes formas de considerar essas ações. Uma das alternativas expressa-se nas relações temperatura-tempo, que fornecem as temperaturas dos gases envolventes da estrutura em função do tempo. Esta temperatura associada às devidas condições de fronteira permite a determinação do fluxo de calor transmitido pelo ambiente à estrutura. A outra alternativa traduz-se nas relações que fornecem diretamente o fluxo de calor a que a estrutura está sujeita. Este fluxo de calor é combinado com o fluxo reemitido pela estrutura para determinar a evolução da temperatura na estrutura. Estes dois caminhos são definidos no Eurocódigo 1 Parte 1-2 [23] como curvas nominais temperatura-tempo e modelos de incêndio natural – curvas paramétricas.

3.2.3.2. Curvas de Incêndio

Para descrever a ação do fogo com modelos simplificados, várias curvas nominais de fogo foram propostas. As curvas nominais de incêndio proporcionam uma relação simples para a temperatura dos gases no compartimento em função do tempo. No entanto, representam a fase de fogo totalmente desenvolvida, o que significa que a quantidade significativa de tempo que, por vezes, decorre desde da fase de ignição até a fase de fogo totalmente desenvolvida não está incluída nas curvas. Além disso, a fase de arrefecimento do fogo não é explicitamente tida em conta. A curva de incêndio nominal mais vezes aplicada é a ISO – 834, curva de incêndio padrão, que também é usado como a principal condição de exposição nas normas europeias para resistência ao fogo.

Modelos de incêndios mais realistas são fornecidos por curvas paramétricas de incêndio, que têm em conta os parâmetros mais importantes para o desenvolvimento da temperatura, nomeadamente:

a) A carga de incêndio (quantidade, tipo e disposição de material combustível); b) As condições de ventilação no compartimento;

c) As propriedades térmicas dos compartimentos; d) A ação de combate ao incêndio, quando aplicável.

Curva nominais de incêndio

Para a classificação da resistência ao fogo, a curva nominal temperatura-tempo é usada por um período de tempo especificado, sem nenhuma fase de declínio. O período de tempo, normalmente especificado pela regulamentação nacional, é assumido implicitamente para ter em conta características como a avaliação do risco, medidas de proteção ativa contra incêndios e fase de arrefecimento. Três curvas nominais de temperatura-tempo são especificadas no Eurocódigo 1 Parte 1-2 [23], apresenta-se na Figura 3.9 o desenvolvimento das três curvas.

a) Curva de incêndio padrão- ISO-834 definida pela expressão 3.7:

𝑇 = 𝑇0+ 𝑙𝑜𝑔10(8𝑡 + 1) (3.7)

Onde 𝑇 [⁰C] representa a temperatura dos gases do compartimento de incêndio no instante 𝑡 [min] e 𝑇0 é a temperatura inicial do compartimento, geralmente igual a 20 ⁰C.

b) Curva de incêndio para elementos exteriores é expressa pela equação 3.8:

𝑇 = 𝑇0+ 660(1 − 0,687𝑒−0,32𝑡− 0,313𝑒−3,8𝑡) (3.8) A curva para elementos exteriores deve ser utilizada apenas para elementos estruturais e permanece a 680⁰C após 30 min de exposição ao fogo. Nesta curva 𝑇 [⁰C] representa a temperatura ambiente, 𝑇0 [⁰C] a temperatura inicial do compartimento e 𝑡 [min] o tempo decorrido desde do início do incêndio.

c) Curva de incêndio de hidrocarbonetos é determinada pela expressão 3.9:

𝑇 = 𝑇0+ 1080(1 − 0,325𝑒−0,167𝑡− 0,675𝑒−2,5𝑡) (3.9)

A curva de hidrocarbonetos fornece uma temperatura constante de 1100⁰C a partir de 30 min de exposição ao fogo, sendo caraterizada como sendo a mais enérgica, onde 𝑇 [⁰C] representa a ambiente, 𝑇0 [⁰C] a temperatura inicial do compartimento e 𝑡 [min] o tempo decorrido.

Figura 3.9 - Curvas nominais de incêndio.

0 200 400 600 800 1000 1200 0 30 60 90 120 150 180 Te m p era tu ra [ ⁰C] Tempo [min]

Para o projeto de incêndio de edifícios de madeira, é sobretudo a curva de incêndio padrão temperatura- tempo (ISO 834) que tem sido usada até agora e, por isso quase todos os procedimentos são baseados nesta curva de incêndio. É necessário ter em consideração que para este tipo de exposição, os elementos devem cumprir os critérios de resistência (R), estanquidade (E), e isolamento (I) da seguinte forma:

• Função de compartimentação: somente o critério de estanquidade, e quando necessário o critério de isolamento;

• Função de suporte: somente o critério de resistência. Este critério tem de ser mantido durante o tempo requerido para a exposição ao fogo;

• Função de suporte e compartimentação: é indispensável garantir o critério de resistência para o tempo necessário para a exposição ao fogo, assim como o critério de estanquidade dos gases, e quando é preciso o critério de isolamento térmico.

É de notar que o critério de isolamento térmico pode ser assumido como satisfeito quando o aumento da temperatura ao longo de toda a superfície não exposta ao incêndio não ultrapassa em média os 140⁰C, e aumento máximo pontual no elemento não deverá ultrapassar os 180⁰C, em relação à temperatura ambiente, normalmente considerada nos 20⁰C.

Curvas paramétricas de incêndio

As curvas de incêndio natural (ou curvas de incêndio paramétricas) são também especificadas no Eurocódigo 1 1-2 [23]. Um cenário de natural de incêndio descreve completamente o desenvolvimento do incêndio, incluindo a fase de arrefecimento, as relações entre a temperatura dos gases no compartimento e o tempo em função da densidade de carga de incêndio, as condições de ventilação e as propriedades térmicas dos materiais. Na Figura 3.10 esta ilustrado o desenvolvimento de um fogo natural.

Figura 3.10 - Fases de um incêndio natural (adaptado de Barreira, 2008, [24]).

A origem de um incêndio é sempre marcada pela ignição do material combustível. As renovações do ar ambiente, a fonte de ignição, os fatores relacionados com as propriedades dos materiais envolvidos assim como o seu desempenho a altas temperaturas interagem na fase inicial do incêndio. Após alcançarem um nível suficiente de radiação, todos os materiais combustíveis do compartimento entram

em combustão rapidamente abrangendo todo o compartimento, atingindo assim, o ponto mais crítico do incêndio, a combustão generalizada ou flashover. Este momento marca a transição entre a fase de aquecimento e a fase de combustão.

A temperatura eleva-se de forma brusca e o incêndio espalha-se rapidamente durante a segunda fase. A inflamação dos materiais pode ser controlada pelas propriedades dos materiais combustíveis existentes no compartimento ou pode ser controlada pela ventilação através da ausência de ar. Durante esta fase existe um aumento da produção de chamas atingindo a temperatura máxima, devido não só à quantidade de oxigénio existente no ar como também aos vapores quentes que são produzidos e que por convecção se elevam no local. Devido à elevada energia térmica libertada pela combustão, o combate de um incêndio nesta fase é difícil, o que torna geralmente os recursos e esforços de combate insuficientes, recorrendo-se à resistência do edifício ou elemento estrutural (segurança passiva), para prevenir a propagação do fogo e a ruína estrutural.

Apesar de depender do ambiente em que se insere, a terceira fase de um incêndio conduz a um declínio das chamas, não existindo fornecimento continuado de energia térmica para o ambiente. Nesta fase final, a resistência dos elementos estruturais ao incêndio é decisiva, visto que devem assegurar as funções para os quais foram projetados.

3.2.4. COMPORTAMENTO TÉRMICO DA MADEIRA