CURSO BACHARELADO EM ENGENHARIA CIVIL
MATEUS MORAIS DE OLIVEIRA
ANÁLISE DA RESISTÊNCIA MECÂNICA RESIDUAL DO CONCRETO REVESTIDO, EM DIFRENTES ESPESSURAS, DE ARGAMASSA CONVENCIONAL E COM VERMICULITA EM SITUAÇÃO DE INCÊNDIO
ANGICOS/RN 2020
ANÁLISE DA RESISTÊNCIA MECÂNICA RESIDUAL DO CONCRETO REVESTIDO, EM DIFERENTES ESPESSURAS, DE ARGAMASSA CONVENCIONAL E COM VERMICULITA EM SITUAÇÃO DE INCÊNDIO
Trabalho Final de Graduação apresentado a Universidade Federal Rural do Semi-Árido, como requisito para a obtenção do título de Bacharel em Engenharia Civil.
Orientador: Prof. Dr. Wendell Rossine Medeiros de Souza
ANGICOS/RN 2020
Lei n° 9.610/1998. O conteúdo desta obra tomar-se-á de domínio público após a data de defesa e homologação da sua respectivaata. A mesma poderá servir de base literária para novas pesquisas, desde que a obra e seu (a) respectivo (a) autor (a) sejam devidamente citados e mencionados os seus créditos bibliográficos.
O serviço de Geração Automática de Ficha Catalográfica para Trabalhos de Conclusão de Curso (TCC´s) foi desenvolvido pelo Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação da Universidade de São Paulo (USP) e gentilmente cedido para o Sistema de Bibliotecas
da Universidade Federal Rural do Semi-Árido (SISBI-UFERSA), sendo customizado pela Superintendência de Tecnologia da Informação e Comunicação (SUTIC) sob orientação dos bibliotecários da instituição para ser adaptado às necessidades dos alunos dos Cursos de Graduação e Programas de Pós-Graduação da Universidade.
O48a Oliveira, Mateus Morais de.
ANÁLISE DA RESISTÊNCIA MECÂNICA RESIDUAL DO CONCRETO REVESTIDO, EM DIFERENTES ESPESSURAS, DE ARGAMASSA CONVENCIONAL E COM VERMICULITA EM SITUAÇÃO DE INCÊNDIO / Mateus Morais de Oliveira. - 2020.
74 f. : il.
Orientador: Wendell Rossine Medeiros de Souza. Monografia (graduação) - Universidade Federal Rural do Semi-árido, Curso de Engenharia Civil, 2020.
1. Concreto. 2. Incêndio. 3. Resistência Residual. 4. Vermiculita. 5. Espessuras de revestimento. I. Souza, Wendell Rossine Medeiros de, orient. II. Título.
Aos meus amados pais Joanilson Manoel e Maria Valdicele
Aos meus pais, Maria Valdicele de Morais e Joanilson Manoel de Oliveira que sempre estiveram ao meu lado me apoiando ao longo de toda a minha vida, por todo o amor e incentivos que sem dúvidas serviram de alicerce para minhas conquistas e pelo que ainda hei de conquistar. Amo vocês.
Aos meus irmãos, Dayanne Kallynne Morais de Araújo de Oliveira e Moisés Morais de Oliveira, que mesmo distantes sempre estiveram comigo, ajudando como podiam. Amo muito vocês.
Aos meus queridos avós, Maria Odete e José Antônio, por todo o amor e apoio que recebi de vocês, as conversas nos almoços de sábado me ajudaram e muito a me sentir sempre acolhido e aliviado das dificuldades encontradas na minha trajetória acadêmica. Amo vocês.
Agradeço também a toda minha família, sou bastante grato pelo apoio que sempre recebi durante toda a minha vida.
Agradeço à minha namorada e companheira de faculdade, Adriene Fonseca. Obrigado por todo auxílio e companheirismo, principalmente na realização desse trabalho onde estava lá comigo todos os dias naquele laboratório pedindo sempre para acabar logo. Agradeço a você por sempre estar ao meu lado me apoiando e me incentivando, sem hesitar, nos dias bons e ruins. Obrigado por todos os momentos divertidos que passamos e ainda vamos passar.
Agradeço aos meus amigos do grupo “Os Pizas”, vocês foram sem dúvidas essenciais para minha formação desde pessoa como profissional. Leandro Augusto, Beverly Junior, Erison Felipe, Eliabe Felix, Matheus Mazukievisk e Sidney Max vocês foram meus verdadeiros amigos, amigos de muitos anos, de muitas experiencias vividas, de muitas loucuras e momentos divertidos que nem caberiam ser contadas nesses agradecimentos. Agradeço por ter vocês em minha vida e desejo que cada um cresça ainda mais em suas vidas e profissionalmente. Amo vocês.
(ladrão), Marcos Aurélio (baú), Maxwell Risselli (carequinha) e Renan Toscano (barba man). Foi com vocês que dividir praticamente todos os anos de faculdade, dividimos a mesma casa, foram inúmeras brincadeiras e diversões, e muitos aprendizados com cada um de vocês, sem dúvidas vocês fazem parte dessa conquista. Obrigado a todos, amo vocês.
Aos meus colegas de curso de Engenharia Civil pelas trocas de conhecimento e ajuda mútua, e pelos convívios durante todos esses anos.
A meu orientador e professor Wendell Rossine. Obrigado pelos ensinamentos, disposição, disponibilidade, direcionamento e incentivo para a realização deste trabalho.
A técnica do laboratório, Ádna Melo, da UFERSA e todos os seus estagiários por todos os auxílios na fase experimental deste trabalho.
Também agradeço à UFERSA, aos seus docentes, e toda sua a estrutura de profissionais que nos incentivaram e colaboraram de forma direta ou indireta para o percorrer deste caminho de aprendizado.
funções estruturais, parcela de suas características mecânicas são afetadas quando submetidos a temperaturas elevadas, como no caso de um incêndio. Uma das importantes propriedades, senão a principal, é a capacidade de resistência mecânica em estruturas de concreto das edificações, que tendem a reduzir de acordo com o efeito da ação térmica em um sinistro de incêndio, sofrendo alterações físicas, químicas e mecânicas, comprometendo assim sua função estrutural. Com o intuito de analisar a resistência à compressão residual do concreto quando submetido a alta temperatura, simulando uma situação mais realista, uma vez que as estruturas de concreto de uma edificação quase sempre são envolvidas por camadas de revestimento, esta pesquisa realizou ensaios de compressão axial em corpos de prova de concreto que passaram antes por ensaios térmicos com uma rampa de crescimento até uma temperatura padronizada e depois uma constância a esta temperatura por um tempo determinado nas seguintes situações: corpo de prova não revestido; revestido com argamassa convencional e revestido por argamassa com substituição parcial de 25% de agregado miúdo (areia natural) por um agregado leve (vermiculita expandida); além de todos passarem por um modo de resfriamento brusco sob imersão em água. Os revestimentos foram feitos em 3 espessuras diferentes, variando para cada espessura o revestimento com argamassa convencional e com substituição da vermiculita. Os dados coletados no ensaio de resistência foram separados e trabalhados estatisticamente pela análise de variância ANOVA. Notou-se que quando as espessuras de revestimento foram maiores, as perdas de resistência mecânica foram menores. Já a variação do uso ou não de vermiculita expandida nas argamassas se mostrou indiferente no aumento de proteção a propagação do calor ao concreto em algumas espessuras e moderadamente influente em outra.
Palavras-Chave: Concreto. Incêndio. Resistência Residual. Vermiculita. Espessuras de revestimento.
Figura 1 – Incêndio no Edifício Alto do Tirol ... 22
Figura 2 – Incêndio no “prédio de vidro” em São Paulo ... 23
Figura 3 – Curva temperatura -tempo e as fases do incêndio ... 27
Figura 4 – Curva temperatura-tempo do modelo incêndio-padrão ... 28
Figura 5 – Tempos requeridos de resistência ao fogo (TRRF), em minutos ... 29
Figura 6 – Lajes do Channel Tunnel destruídos por lascamentos térmicos, expondo a armadura à ação direta do fogo ... 31
Figura 7 – relação da temperatura com aspectos visuais e desempenho mecânico do concreto ... 33
Figura 8 – Coeficiente de redução de resistência do concreto, em função a temperatura ... 35
Figura 9 – Materiais pesados e areia peneirada ... 42
Figura 10 – Mistura dos materiais, moldagem e adensamento dos corpos de prova ... 43
Figura 11 – Parcela dos corpos de prova após moldados, e após desmoldados ... 44
Figura 12 – Fôrmas/moldes de PVC com seus respectivos diâmetros ... 45
Figura 13 – Processo de moldagem do revestimento argamassado nos corpos de provas, após revestidos e após desmoldados... 46
Figura 14 – Display do equipamento com a programação inserida ... 48
Figura 15 – Corpo de prova no Forno Mufla antes de iniciar o ensaio térmico ... 48
Figura 16 – Retirada dos corpos de prova da Mufla e submersão a resfriamento brusco ... 49
Figura 17 – Corpo de prova desrevestido pós ensaio térmico e resfriamento brusco ... 49
Figura 18 – Pensa manual digital e execução do ensaio à compressão ... 50
Figura 19 – Perda de resistência à compressão quando o concreto é submetido a alta temperatura (500ºC/30min.) ... 57
Figura 21 - Perda de resistência à compressão quando o concreto é revestido com argamassa, em espessura 1,75 cm, com e sem vermiculita ... 60
Figura 22 - Perda de resistência à compressão quando o concreto é revestido com argamassa, em espessura 2,5 cm, com e sem vermiculita ... 62
Figura 23 - Perda de resistência à compressão quando o concreto é revestido com argamassa, em espessuras variáveis, sem vermiculita ... 64
Figura 24 - Perda de resistência à compressão quando o concreto é revestido com argamassa, em espessuras variáveis, com vermiculita ... 65
Tabela 2 – Traços e relação de água cimento (a/c) ... 44
Tabela 3 – Resultados do Ensaio de Resistência à Compressão ... 52
Tabela 4 – Dados estatísticos nos resultados da variável resposta ... 53
Tabela 5 – ANOVA para os resultados dos CP sem revestimento ... 54
Tabela 6 – ANOVA para os resultados dos CP com revestimento e espessuras constantes, variando apenas a substituição ou não da areia por vermiculita expandida ... 55
Tabela 7 - ANOVA para os resultados dos CP com revestimento e espessuras variáveis, e constância da substituição ou não da areia por vermiculita expandida .. 56
Tabela 8 – Fator e porcentagem de redução de resistência dos CP não revestido em função dos CP de referência ... 58
Tabela 9 - Fatores e porcentagens de reduções de resistência dos CP, revestido a 1 cm com e sem vermiculita, em função dos CP de referência ... 60
Tabela 10 - Fatores e porcentagens de reduções de resistência dos CP, revestido a 1,75 cm com e sem vermiculita, em função dos CP de referência ... 60
Tabela 11 - Fatores e porcentagens de reduções de resistência dos CP, revestido a 2,50 cm com e sem vermiculita, em função dos CP de referência ... 62
Tabela 12 - Fatores e porcentagens de reduções de resistência dos CP, revestido sem vermiculita e variando as espessuras, em função dos CP de referência ... 64
Tabela 13 - Fatores e porcentagens de reduções de resistência dos CP, revestido com vermiculita e variando as espessuras, em função dos CP de referência ... 65
𝑥̅ –
Médiaa/c – Relação Água Cimento
ABCP – Associação Brasileira de Cimento Portland ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas AG0 – Argamassa 0 Porcento de Vermiculita Expandida
AG25 – Argamassa com 25 Porcento de Vermiculita Expandida Am - Amplitude
ANOVA – Análise de Variância ARI – Alta Resistência Inicial
CAERN – Companhia de Águas e Esgoto do Rio Grande do Norte CH I – Cal Hidratada do Tipo 1
cm - Centímetros CP – Corpo de Prova CVE – Com Vermiculita e – Espessura
F – Valor Fischer
FHMP - Programador de Temperatura Microprocessado gl – Grau de Liberdade
GPa – Giga Pascal h - Horas
ISO - International Organization for Standardization m - Metros
min. - Minutos mm - Milímetros Mpa – Mega Pascal
MQ – Média dos Quadrados
NBR – Norma Brasileira Regulamentadora Nº - Número
ºC – Graus Celsius
q1 – Quartil à 25% percentil q3 – Quartil à 75% percentil R² - Coeficiente de explicação REF – Referência
RN – Rio Grande do Norte
RS – Resistência a Sulfatos; Rio Grande do Sul s – Desvio Padrão
SP – São Paulo
SQ – Soma dos Quadrados SR - Sem Revestimento SVE – Sem Vermiculita
TRF – Tempo de Resistência ao Fogo
TRRF – Tempo Requerido de Resistência ao Fogo UFERSA – Universidade Federal Rural do Semi-árido USA - United States of America
v – Variância
𝒇𝒄𝒅,𝛉 - Calor de Cálculo da Resistência do Concreto à Compressão à Temperatura Elevada
𝒇𝒄𝒌,𝛉 – Resistência Característica do Concreto à Compressão em Função da Temperatura
𝒇𝒄𝒌 - Valor Característico de Resistência à Compressão do Concreto
𝒌𝒄,𝛉 - Coeficiente de Redução de Resistência à Compressão em Função da Temperatura
𝜸𝒄- Coeficiente de Minoração da Resistência do Concreto em Situação Excepcional 𝜽𝟎 - Temperatura dos Gases no Ambiente no Instante 𝑡 = 0
𝜽𝒈 - Temperatura dos Gases no Ambiente em Chamas θ – Teta
𝑓𝑐,𝜃 - Resistência a Compressão do Concreto a Diferentes Temperaturas 𝑘𝑐,𝜃 - é o Fator de Redução da Resistência do Concreto
SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO ... 16 2. OBJETIVOS ... 20 2.1. OBETIVO GERAL ... 20 2.2. OBETIVOS ESPECÍFICOS ... 20 3. REFERENCIAL TEÓRICO ... 21
3.1. CONSIDERAÇÕES GERAIS SOBRE OS INCÊNDIOS ... 21
3.2. BREVE HISTÓRICO ... 21
3.3. SEGURANÇA CONTRA INCÊNDIO ... 23
3.4. O INCÊNDIO ... 24
3.4.1. O Fogo ... 24
3.4.2. Formas de Transferência de Calor ... 25
a) Condução ... 25 b) Convecção ... 26 c) Radiação ... 26 3.4.3. Tipos de incêndio ... 26 a) Incêndio Natural ... 28 b) Incêndio-padrão ... 28
3.4.4. Tempo Requerido de Resistência ao Fogo (TRRF) ... 30
3.4.5. Tempo de Resistência ao Fogo (TRF) ... 30
3.5. COMPORTAMENTO DOS MATERIAIS SUBMETIDOS A ELEVADAS TEMPEERATURAS ... 30
3.5.1. Propriedades físicas do concreto sob efeitos de altas temperatura...31
3.5.2. Propriedades mecânicas do concreto sob efeitos de altas temperaturas ... 33
a) Resistência à compressão ... 33
3.5.3. Propriedades térmicas de argamassas de revestimento com adição de vermiculita expandida ... 35
4. MATERIAIS E MÉTODOS ... 37
4.1. ETAPAS DO PLANEJAMENTO DA PESQUISA ... 37
4.2. MATERIAIS ... 38
4.2.1. Cimento Portland ... 38
4.3. MÉTODOS ... 39
4.3.1. Amostras - corpos de prova ... 40
4.3.2. Dosagem, moldagem e cura dos corpos de prova ... 41
4.3.3. Ensaio térmico – simulação de incêndio nos corpos de prova e resfriamento brusco ... 46
4.3.4. Ensaio de resistência a compressão ... 50
4.3.5. Análise dos resultados de forma visual e estatística ... 50
5. RESULTADOS ... 52
5.1. RESULTADOS INICIAIS E TRATAMENTO ESTATÍSTICO PRELIMINAR .. 52
5.2. TRATAMENTO ESTATÍSTICO POR VARIÂNCIA (ANOVA) ... 54
5.3. ANÁLISE DAS RESISTÊNCIAS À COMPRESSÃO ... 56
5.3.1. Análise da resistência residual à compressão para os corpos de prova não revestidos ... 57
5.3.2. Análise da resistência residual à compressão para os corpos de prova revestidos com espessuras constantes, variando apenas a substituição ou não da areia por vermiculita expandida ... 58
5.3.3. Análise da resistência residual à compressão para os corpos de prova revestidos com espessuras variáveis, e constância da substituição ou não da areia por vermiculita expandida ... 63
6. CONCLUSÕES ... 67
1. INTRODUÇÃO
Em uma edificação é essencial que o seu funcionamento ocorra de maneira contínua e íntegra em sua performance, de modo a transmitir aos seus usuários, a qualidade de moradia e principalmente a segurança, afirma Reina (2010) e Martins (2013). O êxito no funcionamento de uma edificação está sob influência de diversos fatores, sendo um deles o desempenho de sua estrutura, no qual a mesma está diretamente ligada a questões de boas práticas de execução, desde a sua origem no qual ocorrem as elaborações dos projetos de maneira que eles sejam compatíveis entre si, bem planejados e dimensionados, bem como a fase de execução dos projetos (construção da edificação).
Diante disso, é fundamental que existam processos de controle, fiscalização e implementação de técnicas que visam a segurança das edificações, a fim de promover o perfeito funcionalismo nos mais variados aspectos que englobam a sua utilização. A urgência de se obter construções atentando para o bom desempenho gera a constante prática de pesquisas, criações de novos materiais e técnicas de execução ou mesmo a aprimoração das já existentes. Aliado a isso, existem inúmeras Normas Regulamentadoras Brasileiras (NBR) que norteiam acerca da idealização de uma edificação com foco no tripé economia, desempenho e segurança.
A NBR 15575 (ABNT, 2013) mostra diretrizes acerca de desempenho das edificações quanto a estabilidade estrutural, vida útil e segurança contra incêndio. Conjuntamente também pode-se citar a NBR 6118 (ABNT, 2014) “Projeto de estruturas de concreto”, NBR 6120 (ABNT, 1980) “Cargas para cálculo de estruturas de edificações”, NBR 8681 (ABNT, 2013) “Ações e segurança nas estruturas – Procedimento”, e por fim a NBR 15200 (ABNT, 2012) “Projetos de estruturas de concreto em situação de incêndio”.
Normalmente, estas normas mencionadas, tratam basicamente de aspectos voltados para a segurança e estabilidade da edificação sob influência de variáveis que ela trata como cargas, sejam elas permanentes ou acidentais, como o peso próprio e vento respectivamente. Porém, uma outra ação a ser considerada de igual relevância e de bastante ocorrência, é o enfoque contra a ocorrência de incêndios, que também envolve bastantes variáveis a serem analisadas. Catástrofes de incêndios em edificações como as ocorridas em 2013 na Boate Kiss em Santa Maria/RS e em 2018
no prédio Wilson Paes de Almeida em São Paulo/SP, das quais resultaram em mortes de diversas pessoas, mostram a relevância desse assunto.
Segundo Costa (2008), Martins (2013) e Neto (1997) a proteção da vida humana deve-se está acima de qualquer outra hipótese, portanto ao se retratar da segurança contra incêndios em edificações, os dois aspectos que assumem influência no estudo é primeiramente a proteção a integridade física das pessoas e, posteriormente a proteção patrimonial junto com seus outros fatores, como preservação histórica ou cultural.
O concreto é considerado um material estrutural que possui característica de resistir bem a esforços à compressão, e combinado a outros elementos como o caso do aço, passa também a resistir bem a outros esforços de tração, essa combinação recebe o nome de concreto armado, bastante usado nas obras em todo o mundo. Além das características mecânicas mencionadas, as estruturas de concreto armado são consideradas seguras em sinistros de incêndios, ou seja, possuem baixa propensão a ocorrência dos mesmos, isso devido a algumas propriedades que dificulta essa incidência, tais como: elementos bastantes volumosos e de maior quantidade de massa, se comparados a materiais de estrutura de aço; incombustível; e baixa condutividade térmica, o que o possibilita ser considerado seguro em situações de incêndio. (COSTA; SILVA, 2002; LORENZON, 2014).
Mesmo com essas características de baixa probabilidade a ocorrência de incêndio, segundo Costa (2008), elementos estruturais de concreto armado possuem bom desempenho mecânico quando expostos a temperaturas ambientes e como estão sujeitos a qualquer momento, pelas mais variadas causas, serem atacados por episódios de incêndios, estes quando sujeitos a temperaturas elevadas perdem propriedades importantes devido as transformações químicas, físicas e mineralógicas da sua matriz.
Tais alterações podem provocar desde pequenos danos como manchas de fumaça, propensão a perda de propriedades mecânicas, como a resistência dos elementos estruturais ou ir muito mais além e comprometer, por completa ou parcial, a estabilidade e integridade estrutural da edificação, chegando até mesmo ao colapso dela (LOREZON, 2014).
Frente a isso é extremamente importante e necessário combater essas situações de incêndios em edificações a fim de evitar catástrofes, para isso, é comum o desenvolvimento de estudos que busquem, de alguma forma, contribuir para que
não ocorram essas perdas de propriedades mecânicas do concreto quando expostos a elevadas temperaturas. As principais formas de combater isso são através de métodos de dimensionamentos dos elementos estruturais e/ou adições no traço para produção do concreto (SILVA, 2019).
Nesse contexto, é ascendente o número de pesquisas destinadas a investigar o uso de agregados leves tais como perlite, pedra-pomes e argila expandida, que possuem características porosas, nas quais vem sendo bastante utilizadas para a produção de blocos de alvenaria, produtos de revestimento e concreto leves. (KOKSAL; GENCEL; KAYA, 2015).
Assim como os agregados citados, segundo Barros (2018), a vermiculita é um mineral também classificado como um agregado leve, que possui propriedades especificas, tais como: baixa densidade, contribuindo para redução de peso sobre a estrutura, e baixa condutividade térmica, favorecendo ao isolamento térmico e a elevada resistência ao fogo. Aliado a isso, os materiais produzidos com esse tipo de mineral, também ganham propriedades de estabilidade de resistência com o tempo, e se torna incombustíveis.
Afirmam também Koksal, Gencel e Kaya (2015), que a vermiculita quando aquecidas em temperaturas entre 800 e 1100 ºC tem o comportamento de se expandirem em escala de 8 a 30 vezes o seu tamanho inicial gerando assim uma concentração maior de vazios, o que fácil explica a sua contribuição para o aumento da resistência ao fogo e redução de condutividade térmica do mineral.
Com isso, o objetivo dessa pesquisa visa analisar o comportamento mecânico do concreto no traço 1 : 1,97 : 2,68 : 0,53 (cimento, areia, brita e água) revestidos, a espessuras de 0, 1, 1,75 e 2,5 cm, com uma argamassa convencional no traço, em volume, 1 : 1 : 6 (cimento, cal, agregado) e no traço, também em volume, 1 : 1 : 4,5 : 1,5 (cimento, cal, areia, vermiculita) com adição de vermiculita expandida em substituição ao agregado miúdo (areia) a uma porcentagem fixa de 25%, quando submetido a uma simulação de incêndio há uma temperatura fixa de 500 ºC e expostos a 30min de exposição.
Estes dados fixados foram devidos eles apresentarem melhores comportamentos termomecânicos encontrados em pesquisas da área já realizadas no qual estudaram o comportamento do concreto nesse mesmo traço, mas sem revestimentos, submetidos a exposição de temperatura e tempo de exposição. Já nesta pesquisa pretende-se analisar a influência térmica da vermiculita expansiva
usada em argamassas de revestimentos para concreto e a representatividade dos tamanhos de espessuras para esses revestimentos, sobre ponto de vista da perda de resistência em elevadas temperaturas.
2. OBJETIVOS
Nesse tópico são evidenciados os objetivos desta pesquisa. Têm-se então o objetivo geral que traz uma visão mais ampla do que se propõem essa pesquisa, dando resposta ao problema. Também será apresentado os objetivos específicos de modo a corroborar com o objetivo geral.
2.1. OBETIVO GERAL
Verificar a resistência residual de concretos sob situação de incêndios, sujeitos a exposição direta, ou indireta por meio de proteção com revestimento de argamassa convencional e com argamassa com substituição parcial de vermiculita expandida em diferentes espessuras.
2.2. OBETIVOS ESPECÍFICOS
• Executar uma pesquisa experimental com análise da resistência de concreto sob situação de incêndio;
• Relacionar a perda de resistência do concreto sem proteção, com proteção de argamassa convencional e com argamassa com vermiculita expandida em sua composição em diferentes espessuras de revestimento;
• Realizar um tratamento estatístico dos resultados, através de softwares para melhor análise dos resultados, bem como comparar com trabalhos já realizados.
3. REFERENCIAL TEÓRICO
3.1. CONSIDERAÇÕES GERAIS SOBRE OS INCÊNDIOS
É constante o aparecimento, nas mídias de maneira geral, noticiários de ocorrências de incêndio nos mais variados setores, desde industrias, edifícios, hotéis, restaurantes, boates, em edificações de maneira geral, tais acidentes possuem diversas causas, desde mau uso dos usuários, imprudências e até más condições de segurança indo contra as exigências mínimas que devem ser previstas.
Mesmo a prioridade, em circunstâncias de incêndio, seja da vida das pessoas envolvidas, em segunda prevalência também existem danos ao patrimônio. A gravidade das consequências desses acontecimentos variam desde manifestações patológicas de risco leve, como o aparecimento de manchas de fumaça, até a destruição total ou parcial das edificações, sejam elas por combustão (está com mais frequência) ou por perda de resistência dos elementos estruturais, no qual está em função do grau de rigor do incêndio, além de traduzir em manifestações como: fissurações, mudança nas propriedades dos materiais e deformações (LOREZON, 2014).
3.2. BREVE HISTÓRICO
Até por volta dos anos 70, questões relacionadas a prevenção contra incêndios eram destinadas apenas ao setor dos corpos de bombeiros, os estudos e documentos legais eram algo bastante escassos e vagos, operante apenas nos Códigos de Obras dos municípios, que por sua vez, indicavam apenas sugestões de instalações de equipamentos de prevenção, e por muitas das vezes, sem fiscalização alguma. Este tipo de conduta favoreceu ao aparecimento de diversos acidentes com incêndios (PIENIAK; SALGADO, 2017).
Trazendo para uma perspectiva mais recente pode-se lembrar, por exemplo, no Brasil o acidente ocorrido na cidade de Santa Maria/RS na boate Kiss, no dia 27 de janeiro de 2013. A catástrofe tomou conta dos meios de comunicação na época, visto que o ocorrido deixou 242 pessoas mortas, devido às más condições de segurança e imprudência (G1, 2013). Um pouco antes, em 2011 na cidade de Natal/RN, o Edifício Alto do Tirol sofreu uma situação de incêndio, o sinistro aconteceu no 11º andar
(TRIBUNA DO NORTE, 2011). O corrido não acarretou em mortes e segundo o engenheiros Ênio Fernandes da Fonseca Tinoco e Márcio Medeiros, responsáveis pelo Laudo Estrutural, afirmam que a estabilidade do prédio não foi prejudicada, bem como não houveram reduções de resistências das vigas e pilares afetadas pelo fogo, porém solicitam que procedam com uma recuperação estrutural no teto da sala e da suíte do apartamento atingido (CONISA, 2011). A Figura 1 mostra o momento em que o fogo tomou conta do apartamento.
Figura 1 – Incêndio no Edifício Alto do Tirol
Fonte: Tribuna do Norte, (2011).
Outro acidente ocorrido no Brasil e bastante noticiado, foi em maio de 2018, onde um incêndio causado, segundo a polícia, por um curto circuito, desmoronou o prédio Wilson Paes de Almeida mais conhecido como “prédio de vidro” de 24 andares, no qual 7 pessoas morreram (G1, 2019). A Figura 2 mostra, a esquerda, o momento do incêndio no prédio e a direita os destroços do prédio já desmoronado.
Figura 2 – Incêndio no “prédio de vidro” em São Paulo
Fonte: G1 (2019).
Devido a ocorrência dessas catástrofes aliado a falta de pesquisas que relacionava a ação das elevadas temperaturas em estruturas de concreto, deu-se o pontapé para a criação de novas pesquisas, ensaios e investigações, com o auxílio das constantes inovações e adoção de normas técnicas fundamentadas em desempenho para projetos de concreto sobre influência de incêndio. Contudo, conforme afirma Costa (2008), no Brasil as condutas com relação a segurança contra incêndios previstas nas normas técnicas ainda são iniciais, recentes e necessárias aprimorações, quando comparadas com as previstas em países como Japão, Suécia, USA e Reino Unido.
Posto isso, diversos são os acidentes com incêndios em edificações no Brasil e no mundo, demonstrando a gravidade que possui, deixando claro que existe uma necessidade de se discutir e avaliar a segurança contra incêndios.
3.3. SEGURANÇA CONTRA INCÊNDIO
A segurança contra incêndio são critérios a serem adotados em determinadas atividades que visem sempre em primeiro lugar a integridade física das pessoas e, depois, a segurança ao patrimônio. É necessário então que se tenha parâmetros que contemplem atividades ou recursos para dificultar o início do incêndio, sua propagação, facilitar as rotas de fugas, disponibilidade de equipamentos de segurança, acessibilidade aos bombeiros, e Tempo Requerido de Resistência ao Fogo – TRRF. De acordo com a NBR 15575 (ABNT, 2013), a segurança contra incêndios se respalda em princípios de projetos, propriedades dos materiais que são
utilizados nas construções, que sobretudo devem passar por ensaios de reação ao fogo.
À vista disso, nos projetos desenvolvidos para construção de uma edificação, especialmente o projeto estrutural, deve-se buscar sempre levar em considerações todos os parâmetros citados, de maneira que se chegue ao melhor dimensionamento dos elementos estruturais sobre foco de proteção contra incêndios, isso deve-se de fato que os mesmos, segundo Costa, Stucchi e Silva (2005), sobre ação de elevadas temperaturas, tendem a reduzir suas propriedades mecânicas, especialmente a resistência e o modulo de elasticidade, tornando assim a estrutura propícia ao colapso.
3.4. O INCÊNDIO
O termo incêndio é basicamente a nomenclatura dada ao fogo, portanto é entendido como um fenômeno de ocorrência não controlada, ou seja, quando se atinge grandes proporções e em decorrência de sua ação (chamas, calor e/ou fumaça) pode proporcionar riscos aos seres vivos, as edificações e ao meio ambiente (FLORES; ORNELAS; DIAS, 2016).
3.4.1. O Fogo
De acordo com a NBR 13860 (ABNT, 1997) fogo é definido como o processo de combustão através de uma reação química exotérmica de oxidação, no qual emitem calor, luz e gases. Acrescenta ainda o Corpo de Bombeiros de São Paulo em sua Instrução Técnica Nº03/2011 – Segurança estrutural nas edificações – Terminologia de segurança contra incêndio, que para o surgimento do fogo se faz necessário a presença de quatro elementos: combustível, comburente, calor e reação em cadeia.
O combustível é tudo aquilo que é possível ser queimado e serve de propagação ao fogo; o comburente, normalmente o oxigênio, é o elemento que reage com o combustível; o calor é a fonte de energia que produz uma mudança na temperatura do combustível e dá início ao incêndio; e a reação em cadeia, é o fenômeno que possibilita todo esse processo ser autossuficiente. (COELHO, 2010; BRITEZ; COSTA, 2011).
A ação em arranjo desses componentes é o que gera o fogo, porém é necessário também se conhecer como o calor influência e é transferido para os materiais envolvidos, ou seja, é importante estudar a transferência de calor (SILVA, 2019).
3.4.2. Formas de Transferência de Calor
Em um sistema com presença de dois ou mais materiais, sempre que houver diferenças de temperaturas entre eles, aquele de maior temperatura tenderá a ceder calor ao de menor temperatura, esse fenômeno de trocas de calor é conhecido nas literaturas como transferências ou fluxo de calor e podem ocorrer de três formas, são elas: condução, convecção e radiação (COSTA, 2008; SILVA, 2004).
a) Condução
A condução é um mecanismo físico de fluxo de calor e deve ser entendida como uma troca de energia das partículas mais energéticas para as de menores valores energéticos e isso ocorre devido as interações entre as partículas. Temperaturas mais elevadas estão relacionadas a altas energias moleculares e na colisão entre as moléculas próximas ocorre o processo de transferência de energia das mais energizadas para as menos energéticas (INCROPERA et al., 2008).
Completa Barrosa (2014), que o processo de transferência ocorre entre meios que estejam em contato entre si, assim o calor consegue, através do contato, ser repassado sempre do corpo com temperatura mais alta para o de mais baixa, até o momento de equilíbrio térmico entre os meios.
Desta forma, esse processo tem influência das características dos meios, ou seja, depende muito das propriedades dos materiais envolvidos no processo de troca de calor, assim, cada material possui uma condutividade térmica, o que indica a quantidade de calor que é transferido em um determinado intervalo de tempo, no qual, corpos com maior condutividade térmica são classificados como condutores, e aqueles com baixa condutividade de isolantes (BARROSA, 2014).
b) Convecção
A convecção é caracterizada pelo fluxo de calor entre dois materiais, sendo um deles de consistência sólida, e o outro líquido, gás, ou um fluido, estando ambos a temperaturas diferentes. A transferência de calor está atribuída ao movimento do fluido, que por sua vez, carregam uma grande quantidade de moléculas e devido a transposição do transporte de energia favorece ao fluxo de calor (INCROPERA et al., 2008). Acrescenta ainda o autor que esse movimento do fluido é devido a uma atuação de força externa, que classificará a convecção em dois tipos, a convecção forçada e a livre. A primeira é quando o escoamento do fluido é incitado por meios externos como uma bomba ou ventos atmosféricos por exemplo. Em contrapartida, a segunda é quando o escoamento do fluido é causado por forças gradientes de densidades oriundas das variações de temperatura no fluido.
Costa (2008) reafirma que o efeito do calor por convecção em um ambiente recoberto por chamas, é gerado pela diferença de densidade entre os gases envolvidos, no qual, aqueles menos densos tendem a se posicionar na atmosfera superior e, em contraste, os gases mais densos tendem a ficar na parte inferior do meio.
c) Radiação
A radiação térmica é outro meio de transferência de calor, este por sua vez, diferentemente dos anteriores (condução e convecção), não necessita de um meio físico para que ocorra o fluxo de calor. A energia é transferida através de ondas eletromagnéticas e assim ocorrem mais facilmente no vácuo (BARROSA, 2004; INCROPERA et al., 2008).
3.4.3. Tipos de incêndio
A ação de temperaturas elevadas nos elementos estruturais pode causar esforços internos nas estruturas e assim comprometê-las, dessa forma é indispensável considerar os efeitos térmicos nos projetos de uma edificação, especialmente o projeto estrutural (COSTA; SILVA, 2003).
Ao ser considerado, é importante conhecer que o incêndio possui diferentes fases e cenários (Figura 3), que são demonstradas através de uma curva que mostra a temperatura dos gases em função do tempo. Através da curva, é possível conhecer a temperatura máxima atingida pelos elementos da estrutura e assim avaliar o seu comportamento em sinistros de incêndio (ALBUQUERQUE, 2012).
Figura 3 – Curva temperatura -tempo e as fases do incêndio
Fonte: Albuquerque (2012).
Resumidamente, a fase inicial é a etapa que ocorre a queima (ignição) de algum combustivo produzindo uma energia térmica que por sua vez irá aquecer os outros materiais inflamáveis, e assim dando início ao incêndio. Nessa fase é importante que o fogo seja controlado, visto que não causará grandes danos estruturais, porém se o sinistro não for interrompido nessa parte inicial, as temperaturas tendem a subir até o instante em que todo o ambiente é dominado pelas chamas, caracterizando a fase chamada de flashover (inflamação generalizada), e ao contrário da fase inicial, na etapa de flashover é onde ocorre os maiores prejuízos a estrutura (ALBUQUERQUE, 2012).
Dando continuidade ao processo, chega-se a fase de aquecimento, onde as temperaturas tendem a serem elevadas mais rapidamente enquanto houver combustível a ser queimado e só depois de todo material combustível queimado é que se chega na última fase, chamada de resfriamento, onde a temperatura é reduzida de forma gradual (ALBUQUERQUE, 2012).
a) Incêndio Natural
O modelo de incêndio natural é descrito através da curva temperatura em função do tempo conforme ilustrou anteriormente a Figura 3, uma vez que representa o contexto real de um incêndio. Porém a grande desvantagem é que suas considerações são encaradas como bastante complexas devido serem formadas por vários aspectos particulares referentes a cada estudo, como por exemplo: o ambiente, o grau de ventilação, a quantidade e propriedades da carga de incêndio, as massas específicas, as condutividades e os calores específicos dos elementos. (ALBUQUERQUE, 2012).
Afirma ainda a autora que se esse modelo for usado como instrumento de estudo no projeto contra incêndio, a mesma realidade deve ser considerada também na análise estrutural, portanto devido a esta complexidade o modelo em questão se torna não usual.
b) Incêndio-padrão
Diante do cenário complexo do modelo incêndio natural devido aos seus variados parâmetros, foi necessário a adoção de um método que simplificasse esses parâmetros e torna-se um modelo mais viável a ser estudado e usado nos projetos. Assim, o modelo incêndio-padrão é uma forma menos complexa de se determinar a curva temperatura-tempo, isto porque é considerado que a temperatura tem comportamento apenas crescente com o tempo, equivalente a fase de aquecimento conforme mostrado na Figura 4 (ALBUQUERQUE, 2012; SOUSA; SILVA, 2015).
Figura 4 – Curva temperatura-tempo do modelo incêndio-padrão
Com o intuito de se conhecer a resistência dos elementos estruturais ao fogo, é necessário compreender a temperatura dos gases (θg) conforme a NBR 14432 (ABNT, 2001), orientada pela ISO 834 (1999), recomenda a Equação 1.
𝜃𝑔 = 𝜃0+ 345 log10(8𝑡 + 1) (1)
Onde:
𝜃𝑔= temperatura dos gases no ambiente em chamas [ºC];
𝜃0= temperatura dos gases no ambiente no instante 𝑡 = 0, geralmente admitida 20 ºC
𝑡 = tempo [min].
Uma desvantagem com relação a este modelo, é que o mesmo não apresenta o valor de temperatura crítica. Assim, parte-se para uma solução de atribuição de um “tempo” em que ocorre esse valor de temperatura máxima atingida, esse tempo é conhecido como Tempo Requerido de Resistência ao Fogo (TRRF) e facilmente encontrado em normas ou códigos (COSTA, 2008).
A NBR 14432 (ABNT, 2001) traz, em forma de tabela, alguns TRRF mínimos de acordo com o tipo de ocupação, profundidade do subsolo e altura da edificação, conforme a Figura 5 ilustra.
Figura 5 – Tempos requeridos de resistência ao fogo (TRRF), em minutos
3.4.4. Tempo Requerido de Resistência ao Fogo (TRRF)
A norma NBR 14432 (ABNT, 2001) descreve o TRRF como “o tempo mínimo de resistência ao fogo de um elemento construtivo quando sujeito ao incêndio-padrão”, além de fornecer também alguns métodos de determinar esse tempo, o método tabular e o método de tempo equivalente.
É necessário destacar que o TRRF, embora seja apresentado nas normas e códigos em forma de tempo, trata-se de valores fictícios associados à curva de incêndio-padrão, assim ele apenas estabelece um parâmetro, no qual, na prática ele representa algo subjetivo, e, portanto, não deve ser, de forma alguma, confundido com tempo de duração de incêndio, tempo de desocupação ou tempo de resposta do Corpo de Bombeiros (COSTA; SILVA 2003).
3.4.5. Tempo de Resistência ao Fogo (TRF)
Ao passo que o TRRF é o tempo mínimo que um determinado elemento deve resistir em uma situação de incêndio, o Tempo de Resistência ao Fogo (TRF) é o contrário, logo é o tempo máximo de resistência, desde o início do incêndio até o momento de colapso, dessa forma sempre que for buscar a segurança contra o incêndio o TRF deverá ser maior ou igual ao TRRF (ALBUQUERQUE, 2012). Complementa Costa (2008) que o TRF é o tempo máximo que um elemento pode se manter com sua função estrutural.
3.5. COMPORTAMENTO DOS MATERIAIS SUBMETIDOS A ELEVADAS TEMPERATURAS
Segundo a NBR 15200 (ABNT, 2000) as propriedades dos materiais possuem comportamentos diferentes de acordo com a temperatura a que são sujeitas por ação das chamas em um incêndio.
Neste tópico será abordado os principais comportamentos mecânicos e/ou físicos de dois elementos bastante usados em uma edificação, o concreto e a argamassa para revestimento.
3.5.1. Propriedades físicas do concreto sob efeitos de altas temperaturas
Uma das principais manifestações patológicas físicas ocorridas em concretos quando sujeitos a altas temperaturas é a mudança de coloração e a ocorrência de lascamentos, o chamado efeito “spalling” (SILVA, 2019).
Segundo Purkiss (1996) apud Costa, Figueiredo e Silva (2002, p. 1) o lascamento é uma manifestação comum que ocorre no concreto quando estão expostos a altas temperaturas, onde, no interior do concreto originam tensões térmicas que proporcionam a separação de partes na superfície dos elementos. Afirmam ainda os autores, que esse fenômeno é de certa forma imprevisível, suas causas variam desde propriedades dos agregados até o acúmulo de tensões térmicas na matriz do concreto, que afetam a pasta de cimento aumentando as pressões internas e induzindo ao aparecimento dos lascamentos. A Figura 6 mostra uma laje que sofreu o fenômeno spalling.
Figura 6 – Lajes do Channel Tunnel destruídos por lascamentos térmicos, expondo a
armadura à ação direta do fogo
Fonte: Costa; Figueiredo e Silva (2002).
De acordo com Kordina e Meyer-Ottens (1981) as principais desagregações do concreto devido ao efeito de temperaturas elevadas são: esfarelamento da superfície, delaminação e lascamentos (apud COSTA; FIGUEIREDO; SILVA, 2002, p.3). O esfarelamento ocorre devido a exposição da superfície do material à temperatura, o que afeta a resistência a abrasão do concreto; a delaminação é a separação de pequenas partes da superfície do elemento durante o incêndio; já o lascamento é quando ocorre perda de parcela do material de forma instantânea gerando grandes depressões nos primeiros minutos do incêndio (COSTA; FIGUEIREDO; SILVA, 2002).
Ao se tratar da aparência, em termos de coloração do concreto pós incendiado, é notado que o mesmo sofre algumas mudanças em sua cor, podendo através dessa nova tonalidade poder avaliar o grau de intensidade do incêndio, a temperatura máxima atingida e até mesmo estimar a perda de resistência sofrida no elemento (SILVA, 2019). Portanto, é sempre necessário fazer uma vistoria para que em razão das alterações de coloração do concreto, visto que essa mudança pode indicar perdas de resistência na estrutura, contudo o não surgimento de mudanças de coloração não pode afirmar que não houve danos de resistência no concreto, visto que isto só indicará uma pequena quantidade de materiais ferrosos no concreto (SILVA, 2013).
Essas mudanças de coloração estão ligadas ao tipo de agregados usados no concreto, no qual, as mudanças mais intensas ocorrem quando esses agregados são do tipo silicosos e calcários, devido em suas composições apresentarem componentes ferrosos (CÁNOVAZ, 1988).
De acordo com Cánovaz (1988) e Silva (2013) o concreto submetido a uma temperatura limite de 200 ºC sua cor é um cinza e sua resistência não é afetada significativamente. Quando a temperatura chega à faixa de 300 ºC à 600 ºC sua cor é alterada para um vermelho e sua resistência mecânica à compressão cai em torno de 50%, continuando o aumento de temperatura para intervalos de 600 ºC a 950 ºC a cor volta a tons acinzentados com pontos avermelhados e resistência bastante inferior ao original. Se atingir escalas acima de 1000 ºC o concreto muda de coloração para um amarelo alaranjado e suas resistências são praticamente nulas. A Figura 7 resume, em um gráfico, os estudos de Cánovaz (1988) com relação entre o aumento da temperatura e as suas respectivas mudanças de coloração.
Figura 7 – relação da temperatura com aspectos visuais e desempenho mecânico do
concreto
Fonte: Cánovaz (1988).
3.5.2. Propriedades mecânicas do concreto sob efeitos de altas temperaturas
As principais propriedades mecânicas que devem ser analisadas são: resistência à compressão e tração, módulo de elasticidade, e a tensão-deformação dos materiais. Para a determinação dessas propriedades dos materiais quando estão sujeitos a altas temperaturas, existem dois ensaios que estudam essas relações: steady state tests, caracterizado por um teste de aquecimento constante, no qual, o material é aquecido até a temperatura desejada, posteriormente é iniciado o período de resfriamento e só depois de estabilizada a temperatura é iniciada a aplicação de carga de ensaio; e o ensaio é o transiente state tests, este como o próprio nome já diz é em um regime transiente, no qual, a temperatura é incrementada simultaneamente a carga de ensaio aplicada (COSTA, 2008).
a) Resistência à compressão
Como já mencionado, a resistência do concreto tende a diminuir em função da temperatura a qual estiver submetido e o tempo de exposição.
De acordo com Silva (2019), concluiu que o tempo de exposição com relação ao aumento de temperatura não traduzia em um comportamento que influencia na perda de resistência de forma considerável, sendo assim, o aumento do tempo gerava
apenas uma perda tímida de resistência mecânica. Ela verificou variações de temperaturas para os tempos de 30, 60, e 90 min.
Com relação a temperatura, para Cánovaz (1988), concretos sob ação de temperaturas com patamares abaixo de 300ºC não acarretam em reduções significativas de resistência à compressão, porém quando essas temperaturas alcança escalas maiores para valores, por exemplo, entre 300ºC e 600ºC, pode-se ocorrer uma redução de resistência mecânica avaliada em torno de 50% da inicial, o que já é bastante significativo podendo já estar na iminências dos fatores de segurança adotados para estruturas de concreto.
Já para a pesquisa de Silva (2019) o concreto em temperatura de 500ºC a 30min de exposição, e diretamente exposto a ação da temperatura, chegou a reduções de aproximadamente 39% da resistência a compressão inicial, percentual este bastante considerável.
Essa redução pode ser estimada através de métodos matemáticos, como por meio da Equação 2 que possibilita chegar ao valor característico da resistência residual de acordo com a temperatura θ ºC.
𝑓𝑐𝑘,θ = 𝑘𝑐,θ . 𝑓𝑐𝑘 (2)
Onde:
𝑓𝑐𝑘,θ = resistência característica do concreto à compressão em função da temperatura θ [MPa];
𝑘𝑐,θ = coeficiente de redução de resistência à compressão em função da temperatura θ (ver Figura 8);
Figura 8 – Coeficiente de redução de resistência do concreto, em função a temperatura
Fonte: NBR 15200 (ABNT, 2012).
Calculado a resistência a compressão característica (𝑓𝑐𝑘,θ) é possível ser calculado a resistência de cálculo através da Equação 3.
𝑓𝑐𝑑,θ= 𝑘𝑐,θ .𝑓𝑐𝑘
𝛾𝑐 (3)
Onde:
𝑓𝑐𝑑,θ = valor de cálculo da resistência do concreto à compressão à temperatura elevada θ [MPa];
𝛾𝑐= coeficiente de minoração da resistência do concreto em situação excepcional.
3.5.3. Propriedades térmicas de argamassas de revestimento com adição de vermiculita expandida
Alguns autores como Klyusov, Fattakhov (2005) afirmam que o uso de vermiculita expandida em pastas de cimento, contribuem em vários aspectos nas argamassas, as contribuições citadas pelos autores são: redução na retração do
cimento, ganho de resistência a cargas dinâmicas e térmicas, ajudando assim para um bom isolamento térmico.
Os resultados da pesquisa de Kokasl, Gencel e Kaya (2015) que estudaram o efeito combinado de sílica e vermiculita expandida em argamassas sob altas temperaturas, mostram que existe uma redução na condução térmica em argamassas com vermiculita, no qual, quanto maior a relação vermiculita/cimento menor é a condutividade térmica. Em termos de números, os autores concluíram que houve uma redução de 27,6% na condutividade térmica quando aumentou a proporção da relação vermiculita/cimento de 4 para 6, e outra redução de 58,1% quando a proporção subiu de 4 para 8.
Na pesquisa de Barros (2018), a qual foi feita uma análise térmica de argamassas com diferentes traços sobre substituição parcial de areia natural por vermiculita expandida, observando vários aspectos como: condutividade térmica, resistividade térmica, capacidade calorífica e difusividade térmica. Para a autora, a principal dessas propriedades voltadas para análises térmicas é a condutividade térmica, e seus resultados mostraram que adições de 25%, 30%, 75% e 100% causam reduções na condutividade térmica aproximadamente de 19,4%, 53,7%, 74,6% e 82% respectivamente. A autora ainda realizou parâmetros mecânicos e afirma que a porcentagem de substituição que melhores resultados termomecânicos encontrados foi a de 25%.
Posto estes resultados, tem-se destaque para as propriedades térmicas, já que mostram bons resultados de redução na condutividade térmica das argamassas. E para Sutcu (2015), esse fato é explicado devido a vermiculita ser um agregado que possui uma grande quantidade de vazios, esse ar é dito como um excelente isolante e favorece assim a redução da condutividade térmica.
4. MATERIAIS E MÉTODOS
A presente pesquisa foi composta por duas etapas, sendo elas: pesquisa experimental e análise dos resultados. Na fase de pesquisa experimental foi realizada uma comparação com trabalhos já realizados de mesma área. Com isso, fez-se necessário uma pesquisa bibliográfica de essencial importância para dar pontapé ao trabalho em questão, no qual o seu objetivo, primeiramente, é conhecer sobre os principais assuntos abordados dentro de um sinistro de incêndio em edificações, suas consequências, assim como buscar soluções que possa vir reduzir o seu efeito.
Ainda dentro da primeira etapa, realizou-se um planejamento experimental, que possibilitasse conhecer a quantidade ideal de experimentos necessários para a execução da pesquisa, com o intuito de reduzir o grau de incerteza dos resultados posteriormente obtidos e ser assim possível verificar a influência que algumas variáveis possuem em um dado processo como todo. O tópico 4.1 mostra os caminhos e etapas do planejamento dessa pesquisa nos quais foram pensados e executados para o seu desenvolvimento.
4.1. ETAPAS DO PLANEJAMENTO DA PESQUISA
Com o intuito de uma eficiência e eficácia em uma linha de pesquisa, é primordial que ela seja pensada e discutida de forma previamente a sua execução. Com isso, essa pesquisa foi norteada pelas etapas sugeridas por Duarte e Meola (2007) e serão mostradas a seguir em ordem de realização.
• Escolha do problema: É nesta etapa que foi feito análises de estudos de áreas semelhantes;
• Escolha das variáveis: Após definido o problema de uma pesquisa, foi necessário um estudo das variáveis julgadas como as de mais influência no processo, além disso também se fez importante que se estabelecesse as escalas de valores no qual se pretendeu trabalhar, além da variável resultado. Para esse trabalho em questão, as variáveis escolhidas foram espessuras de revestimentos e adição parcial ou não de vermiculita nesses revestimentos, bem como a variável resultado (resistência residual do concreto);
• Delimitação e execução dos experimentos: Essas etapas são as das escolhas das quantidades de amostras para fins de confiabilidade, e posteriormente o processo de execução dos experimentos, atentando para o planejamento prévio estabelecido como, por exemplo, a sequência dos ensaios a serem realizadas e o bom manuseio dos materiais e maquinários necessários;
• Análise e conclusões dos resultados: Após concluída as etapas anteriores, chega-se a última etapa do planejamento, que é a dos resultados. Assim, pode-se produzir análipode-ses, conclusões e recomendações sobre o estudo.
Todas essas etapas, mencionadas acima, e procedimentos dessa pesquisa serão detalhadas mais a fundo e apresentadas nos tópicos a seguir.
4.2. MATERIAIS
4.2.1. Cimento Portland
Para o desenvolvimento da presente pesquisa e realização da confecção dos corpos de prova de concreto e dos revestimentos de argamassa, para ambos, foram utilizados o cimento Portland de Alta Resistência Inicial, resistente ao ataque de sulfatos (CP V ARI – RS), fabricado pela empresa MIZU, estando de acordo com a NBR 5733 (ABNT, 1991). O material foi armazenado e estocado no Laboratório de Engenharia Civil da Universidade Federal Rural do Semi-Árido campus Angicos/RN em um local seco, coberto e devidamente fechado, com o intuído de conservar suas propriedades.
A escolha por esse tipo de cimento foi devido a tentativa de seguir fielmente, para fins de comparação, as linhas de pesquisas feitas por Silva (2019) e Barros (2018) que produziram trabalhos semelhantes a este, no qual utilizaram esse mesmo tipo de material.
4.2.2. Agregados
Os agregados usados para a construção dos corpos de prova de concreto foram agregados graúdos, brita 2 (19 mm a 25 mm) e miúdos (areia natural média), este último tanto para os corpos de prova de concreto, quanto para a argamassa que serviu de revestimento para alguns corpos de prova. Estes materiais foram obtidos no comercio local da cidade de Angicos/RN.
Outro material usado foi a vermiculita expandida do tipo fina, que foi fornecida pela Universidade Federal Rural do Semi-Árido, no qual tinha disponível em seu Laboratório de Engenharia Civil.
4.2.3. Cal
A cal usada nesse trabalho foi a do tipo CH I, fabricada pela empresa Extracal e obtida por um comercio local da cidade de Caicó/RN, tendo como garantia de fabricação pelos padrões de controle das NBR 7175 (ABNT, 2003) e NBR 10790 (ABNT, 2016).
4.2.4. Água
A água usada na produção tanto dos corpos de prova de concreto quanto da argamassa de revestimento foi potável, fornecida pelo Laboratório de Engenharia Civil, proveniente da Companhia de Águas e Esgoto do Rio Grande do Norte (CAERN).
4.3. MÉTODOS
A metodologia desta pesquisa, iniciou-se com a aquisição dos materiais, posteriormente foram definidas as proporções dos materiais (traço do concreto e traço da argamassa juntamente com a porcentagem de substituição). Em seguida veio-se com os processos de confecções dos corpos de prova e seus respectivos revestimentos para depois então serem levados a tratamentos térmico e por fim serem avaliadas a propriedade mecânica de resistência residual do concreto.
4.3.1. Amostras - corpos de prova
As amostras dos corpos de prova dessa pesquisa foram baseadas em duas variáveis, sendo elas: uma barreira física (espessura de revestimento) e a outra qualitativa a um material (substituição parcial de areia por vermiculita expandida na argamassa de revestimento).
Além dessas duas variáveis, também foi necessária a escolha de mais dois parâmetros, porém estes fixos, visto que as amostras iriam receber uma exposição a temperatura, assim, tais parâmetros fixos foram: tempo de exposição e própria temperatura. Com isso, para se chegar a uma quantidade ideal de amostras foi necessário analisar essas variáveis e parâmetros com base em pesquisas já realizadas por outros autores.
Como o tempo de exposição não possui grandes influências com relação ao aumento de temperatura, conforme visto no Tópico 3.5.2 (a), e de acordo com o Corpo de Bombeiro do Estado de São Paulo (2011) os Tempos Requeridos de Resistência ao Fogo (TRFF) são de 30, 60, 90 e 120 min, resolveu-se tratar esse parâmetro como fixo e escolher o tempo mínimo de 30 min. Outro parâmetro fixo escolhido foi temperatura de análise fixada em 500ºC para serem ensaiados cada amostra, isto devido aos resultados temerosos encontrados e já descritos também no Tópico 3.5.2 (a).
Ao se tratar de uma barreira física na tentativa de proteger mais o concreto, e simulando também uma situação real de incêndio, visto que em uma edificação normalmente os concretos não estão expostos, mas sim cobertos por camadas de revestimentos das mais diversas naturezas. Portanto, foram escolhidas espessuras de revestimento argamassados de 0,00, 1,00, 1,75 e 2,50 cm considerando que, com exceção do 0,00 cm, são tamanhos que normalmente são empregados nas edificações de maneira geral.
Além da barreira física, também foram feitas argamassas, para cada espessura, com um traço em substituição do agregado miúdo (areia) por um agregado leve (vermiculita expandida) para fim de verificar a influência que a vermiculita impõem em atuar como um protetor térmico. A escolha por esse agregado leve foi devido aos seus ótimos resultados termomecânicos descritos no Tópico 3.5.3 e com relação a quantidade dessa parcela, a porcentagem de substituição escolhida para esta pesquisa foi de 25%.
Com todas essas escolhas feitas, foi-se então definidos quantas amostras seriam necessárias para cada combinação de análise possível. Assim, foram moldados a quantidade mínima (3 corpos de prova) para cada combinação, a fim de se obter a média dos resultados. Além destes, também foram moldados mais 3 corpos de prova para servir de referência para a análise da resistência inicial, e outros 3 corpos de prova que não receberam revestimento argamassado, mas foram submetidos ao tratamento térmico definido. Ao todo foram moldados 24 corpos de prova e todas as combinações e quantidades de amostras estão resumidas na Tabela 1.
Tabela 1 – Quantidade de amostras dos corpos de prova
Temperatura Tempo Espessura de
revestimento Adição Quantidade
35°C 0 min 0,00 cm - 3
500°C 30 min 0,00 cm - 3
500°C 30 min 1,00 cm Com vermiculita 3 Sem vermiculita 3 500°C 30 min 1,75 cm Com vermiculita 3 Sem vermiculita 3 500°C 30 min 2,50 cm Com vermiculita 3 Sem vermiculita 3 Fonte: Autoria própria (2020).
4.3.2. Dosagem, moldagem e cura dos corpos de prova
Inicialmente foi escolhido um valor de resistência do concreto de 30 MPa, tal escolha foi baseado no fato de ser uma resistência bastante empregada nos elementos estruturais de uma edificação. Outro ponto importante é que existem inúmeros outros trabalhos que estudam a influência de temperaturas, porém a maioria deles para concretos de alta resistência, ou seja, valores superiores a este, ademais existem ainda vários métodos de dosagem de fácil acesso para este patamar de resistência escolhido.
Por meio dos métodos de dosagem da Associação Brasileira de Cimento Portland (ABCP), foi possível calcular, para uma consistência de 90 ± 10 mm, o traço do concreto. As proporções dos materiais calculadas e usadas, em massa e para todos os corpos de prova, foi de 1 : 1,97 : 2,68 : 0,53 (cimento, areia, brita e água).
Após escolhido o traço do concreto, foi dado início a preparação dos corpos de prova, que foi realizada no Laboratório de Engenharia Civil da UFERSA-Angicos. Iniciou-se primeiramente com o processo de secagem dos agregados (areia e brita) a fim de se retirar toda a umidade que neles estavam presentes para que não fosse comprometido no cálculo de dosagem, portanto, ambos foram deixados em estufa por 24 horas. Após decorrido as 24 horas, a areia foi peneirada e os demais materiais (cimento, brita e água), incluindo a areia peneirada, posteriormente foram pesados para assim então serem misturados. A Figura 9 mostra os materiais pesados e devidamente reservados.
Figura 9 – Materiais pesados e areia peneirada
Fonte: Autoria própria (2020).
Com todos os materiais pesados, veio-se com a etapa de mistura. Para a execução da mistura de maneira mais homogenia utilizou-se o auxílio de uma betoneira intermitente de queda livre com eixo inclinado. A mistura ocorreu pela seguinte sequência de introdução de materiais na betoneira: primeiro foi colocado a brita e logo em seguida uma parcela da água de amassamento, posteriormente foi introduzido a areia, depois o cimento e só então o restante da água. Entre cada material a ser introduzido foi esperado um intervalo de tempo de aproximadamente um minuto para uma melhor mistura.
Após a realização da mistura dos materiais, deu-se então início a moldagem dos corpos de prova do tipo cilíndrico de dimensões 10x20 cm conforme a NBR 5738 ABNT (2015). No procedimento é necessário a realizar o adensamento, e para essa pesquisa, foi feita de forma manual com o auxílio de uma haste metálica de dimensões e peso padronizados. Então iniciou-se com o preenchimento dos moldes em duas camadas aproximadamente iguais de concreto, e para cada camada foram adensadas com 12 golpes cada, sendo a última camada de cada molde preenchidas sempre com excesso para que possa ocorrer a finalização da moldagem com o arrasamento da superfície do molde. A Figura 10 mostra a betoneira usada para a mistura, e o preenchimento dos moldes juntamente com processo de adensamento.
Figura 10 – Mistura dos materiais, moldagem e adensamento dos corpos de prova
Fonte: Autoria própria (2020).
Após todos os moldes preenchidos e adensados, os mesmos foram reservados em um local seco e coberto por 24 horas. Completado isto, os corpos de prova foram desmoldados e curados ao ar (Figura 11), em temperatura ambiente, até completar a idade correspondente a receber o revestimento argamassado, que neste caso foi de 14 dias. A cura ao ar foi escolhida na tentativa que a experimentação se aproximasse mais da realizade, sabendo-se que em muitas das obras as estuturas de concreto não são curadas de maneira correta.
Figura 11 – Parcela dos corpos de prova após moldados, e após desmoldados
Fonte: Autoria própria (2020).
Com os corpos de prova de concreto finalizado, procedeu-se com o início da realização da moldagem do revestimento deles com uma argamassa convencional e outra com vermiculita expandida, mas para isso, primeiramente foi necessário escolher as dosagens das argamassas.
Portanto, a escolha do traço da mesma foi feita conforme o estudo de Barros (2018) replicando seu traço, em massa, para ambas as argamassadas conforme mostra na Tabela 2 na respectiva sequência (cimento : cal : areia : vermiculita).
Tabela 2 – Traços e relação de água cimento (a/c)
Nomenclatura Teor de
substituição Traço em massa
Relação água cimento (a/c)
AG0 0 % 1 : 0,42 : 6,6 1,44
AG25 25 % 1 : 0,42 : 5,0 : 0,18 1,58 Fonte: Barros (2018) adaptada.
Ao passo que os corpos de provas estavam sendo curados, em paralelo a isso, foi feito a preparação para alguns desses corpos de prova receberem os revestimentos com argamassa convencional e com substituição parcial de vermiculita expandida. Então foi confeccionado uma espécie de fôrmas/moldes cilíndricos (Figura 12) através de tubos de PVC de 150 mm de diâmetro, garantindo assim uma espessura de 2,5 cm de revestimento aos corpos de prova, além da espessura de 2,50 cm, também foi confeccionada outras duas, de 1,00 cm e 1,75 cm, totalizando assim 3 espessuras diferentes que receberam revestimentos dos dois tipos de argamassas (ver Tabela 1).
Figura 12 – Fôrmas/moldes de PVC com seus respectivos diâmetros
Fonte: Autoria própria (2020).
Após a construção de todas as fôrmas/moldes, veio-se com a preparação das argamassas, e como elas foram constituídas de cal, é importante garantir que a cal seja realmente hidratada, mesmo que o fabricante o garanta isso. Portanto, a mistura dos materiais iniciou-se, no 13° dia, com a maturação da argamassa de cal, areia e água em quantidades já definidas no traço, através de um misturador mecânico por 4 minutos em velocidade reduzida. Em seguida, o material foi pesado e armazenado em um recipiente fechado durante um período de 24 horas, conforme a NBR 13276 (ABNT 2005) recomenda.
Concluída as 24 horas (14º dia), foi possível então dá continuidade à preparação da argamassa da seguinte forma. Primeiramente, o material preparado pós maturação foi novamente pesado, e a diferença obtida foi acrescida de água, que teoricamente foi perdida por evaporação. Dando continuidade, foi colocado o cimento em quantidades definida no traço e feito a homogeneização novamente por mais 4 minutos, em velocidade baixa no misturador. Todo esse processo pós maturação foi realizado novamente, porém acrescido junto ao cimento a vermiculita expandida em quantidades definidas no traço (ver Tabela 2) e assim formando as duas argamassas pretendidas.
Com as fôrmas/moldes e as argamassas concluídas, foi-se então introduzido os corpos de prova de concreto ao centro de cada fôrma/moldes e posteriormente preenchidas com as argamassas, conforme Figura 13. O conjunto (corpo de prova de
12 mm
concreto + revestimento argamassado) foi reservado em local coberto e seco por 24 horas até serem desenformados (Figura 13) e assim então esperar por mais 14 dias, totalizando assim 28 dias recomendados para o ganho quase total de resistência.
Figura 13 – Processo de moldagem do revestimento argamassado nos corpos de provas,
após revestidos e após desmoldados
Fonte: Autoria própria (2020).
Finalizado as etapas de moldagem e concluído os 28 dias já mencionado, os corpos de prova, tanto os não revestidos como os revestidos, foram levados para serem ensaiados a uma simulação de incêndio através de uma exposição a alta temperatura, resfriamento brusco e posteriormente levados ao ensaio de compressão, que serão detalhados nos tópicos 4.3.3 e 4.3.4.
4.3.3. Ensaio térmico – simulação de incêndio nos corpos de prova e resfriamento brusco
Procedendo com a continuidade das etapas desta pesquisa, seguiu-se com a simulação de incêndio nos corpos de prova. Para isto foi necessário o uso de um equipamento que fosse programado para um aquecimento a determinada temperatura
