Proteção de Estruturas Metálicas Contra Incêndio

Por Yopanan C. P. Rebello (Professor da YCON)

“É melhor prevenir que remediar”, essa frase ouvida de nossos avós é mais do que atual, é eterna e reflete a mais pura verdade.

A melhor maneira de proteger qualquer ente contra agressões é a prevenção. Assim também é quando se trata de prevenção contra a ação devastadora do fogo. Prevenir, ainda na fase de projeto, é sem dúvida uma atitude inteligente Para isso alguns requisitos devem ser observados já no projeto de arquitetura, tais como:

– Adequada compartimentalização dos ambientes de maneira evitar que o fogo se espalhe
– Previsão de rotas de fuga que permitam rápida evacuação do edifício.
– Previsão de um eficiente sistema de combate à incêndio, como detectores de fumaça e calor e borrifadores de água (“sprinklers”)
– Comunicação automática e rápida com a brigada de incêndio.
– Posicionamento dos elementos estruturais principais de forma que não fiquem facilmente expostos ao fogo.

Além das medidas que podem ser adotadas no projeto arquitetônico, outras podem ser criadas para proteger diretamente os elementos estruturais, de maneira que eles resistam durante determinada quantidade de tempo, que varia conforme as características da edificação. Um exemplo desse tipo de proteção é o uso de estruturas revestidas por materiais isolantes, tais como alvenarias, concreto e argamassas especiais projetadas, entre outros.

A segurança contra incêndio visa proteger a vida humana e o patrimônio, sendo a primeira a maior preocupação. Por isso dependendo do tipo de ocupação do edifício as medidas preventivas podem mudar de caso para caso, tornando-se mais severas naquelas em que a quantidade de público é maior e mais expostos ao fogo, como nos Shoppings, lojas, hospitais e assim por diante.

Em um incêndio, a fumaça pode se tornar pior que o próprio fogo, pois ela pode causar intoxicação, evitando que a pessoa possa se defender. A fumaça também provoca dificuldade de visão, não permitindo que as pessoas possam se orientar na procura por rotas de fuga. Portanto o projeto das rotas de fuga deve prever essas questões e garantir que as saídas sejam bem demarcadas e visíveis, mesmo em situações de grande concentração de fumaça. Para tanto se deve consultar a norma brasileira NBR9077.

A proteção ao patrimônio visa que a estrutura mantenha-se estável, o máximo de tempo possível, para que medidas de combate ao fogo sejam eficientemente ativadas. A norma brasileira que trata das estruturas em situação de incêndio, a NBR 14432/2000, prevê tempos de resistência ao fogo de 30 a 120 minutos dependendo do tipo de ocupação do edifício. É óbvio que esses tempos requeridos tem pouco a ver com a vida humana, pois é praticamente impossível o ser humano suportar tanto tempo dentro de um incêndio.

Para determinar a adequada resistência ao fogo, usam-se parâmetros para estabelecer o tempo de resistência, baseados em um incêndio teórico denominado incêndio-padrão, que é diferente das condições encontradas no incêndio real, também denominado incêndio natural. Enquanto no incêndio natural a temperatura começa a baixar após a extinção de todo material combustível, no incêndio padrão considera-se a temperatura sempre ascendente ao longo do tempo.

As temperaturas atingidas nos incêndios reais dependem dos seguintes fatores:
– A quantidade e localização dos materiais combustíveis, denominados “carga de incêndio” que é medida em Joules por m2, ou kilograma de madeira equivalente.
– A taxa de combustão dos materiais.
– As condições de ventilação, dadas pelas aberturas.
– A geometria dos compartimentos
– As propriedades térmicas das vedações.

A severidade de um incêndio real é medida pela norma, considerando um incêndio padrão, e em termos de Tempo Requerido de Resistência ao Fogo (TRRF), estabelecido em minutos, que no caso da Norma Brasileira, como já foi dito, varia de 30 a 120 minutos. Nesses casos são consideradas as piores situações que podem ocorrer em um incêndio real.

No caso da proteção específica dos elementos estruturais podem ser usadas as mais diversas alternativas. A opção por uma ou algumas delas deve sempre levar em conta as exigências de tempo de resistência ao fogo, assim como custos e resultados estéticos.

Quando a arquitetura não prevê estrutura aparente as medidas podem ser as seguintes:

1. Estrutura metálica do piso imersa na estrutura de concreto.
Neste caso as vigas são projetadas de maneira que sejam contidas dentro da espessura das lajes. É comum usar vigas de chapas soldadas com secção assimétrica, onde a mesa inferior é maior que a superior, para melhor apoio da laje. Aqui a estrutura de concreto comporta-se como elemento de proteção para o aço. Esse tipo de proteção pode garantir até 60 minutos de resistência ao fogo, se a face inferior da mesa inferior também for protegida. Essa solução é utilizada para vãos entre 6 e 9 m e onde outros tipos de proteção podem ser danificados pelo uso.
Essa solução traz como benefício colateral uma menor espessura estrutural.

2. Pilares embutidos nas alvenarias.
Neste caso, os pilares são envolvidos pelos elementos de alvenaria, ou mesmo colocados em suas reentrâncias, podendo-se obter, dessa forma, uma resistência de até 60 minutos.

3. Estrutura revestida com argamassas projetadas;
Argamassas de cimento e gesso, contendo fibras minerais, vermiculita expandida entre outros agregados leves, constituem-se em proteções bastante eficientes, podendo alcançar, dependendo da espessura da camada aplicada, até 240 minutos de resistência ao fogo. Essas argamassas são normalmente aplicadas através de jateamento, acomodando-se facilmente às formas dos perfis. Como contrapartida esse jateamento provoca sujeira e um aspecto não muito agradável à superfície dos elementos estruturais, razão pela qual são normalmente revestidos. Esse processo exige equipamentos especiais.

4. Estrutura revestida com placas e mantas
São usadas placas de gesso, vermiculita e fibras minerais, materiais semelhantes àqueles jateados. Aqui na forma de placas. As placas de gesso e vermiculita são rígidas, mas de aparência agradável. As de fibras minerais são moles. Já as mantas são bastante flexíveis podendo amoldar-se em formas mais complexas. Esse tipo de revestimento, dependendo da espessura pode alcançar até 240 minutos de resistência ao fogo. Sua aplicação, feita a seco não provoca sujeira. O resultado final é esteticamente agradável.

Quando o projeto de arquitetura prevê estrutura aparente outras medidas devem ser tomadas. Quando deixadas sem qualquer proteção perfis H e I podem resistir apenas 15 minutos. No caso de elementos estruturais pouco solicitados, como no caso de vigas em que o dimensionamento foi definido pelos limites de deformação, ou ainda para vigas muito largas, pode-se alcançar 30 minutos de resistência. Os contraventamentos, como são pouco solicitados, podem ser considerados como resistentes a 30 minutos.
Em algumas situações a própria Norma permite que se deixe de verificar a resistência ao fogo, permitindo que essas estruturas possam permanecer aparentes sem qualquer tratamento especial. Esses casos são:

1. Edificação qualquer com área inferior a 750 m2
2. Edificação com área inferior a 1500 m2, desde que a carga de incêndio seja inferior a 1.000 MJ/m2 e não tenha mais que dois pavimentos.
3. Centros esportivos e terminais de passageiros com altura inferior a 23 m
4. Garagens abertas com altura menor que 30 m
5. Edifícios térreos com qualquer área, desde que sejam protegidos por borrifadores de água.

Para maiores detalhes ver a Norma NBR 14432/2000

O uso de um tipo especial de aço, o aço resistente ao fogo, ainda não disponível no Brasil, pode ser uma alternativa para o uso de estruturas aparentes.

Outras medidas podem ser usadas para permitir o uso de estrutura exposta:

1. Secções em H ou I preenchidas com concreto.. Se armado, a proteção dada pelo concreto pode chegar a 120 minutos de resistência ao fogo. Essa solução permite, também, um aumento na capacidade de carga do pilar, tornado-o um pilar misto. O enchimento com concreto pode ser feito previamente, antes da montagem do pilar.

2. Secções tubulares circulares, quadradas ou retangulares apresentam, naturalmente, uma relação entre o perímetro exposto e área de secção transversal baixa em relação aos perfis H, também utilizados em pilares. Como o aumento da temperatura no elemento estrutural é proporcional à relação entre perímetro exposto e a área da secção transversal, parâmetro denominado Índice de Massividade (IM), conclui-se que as secções tubulares são naturalmente mais resistentes ao fogo.

3. O preenchimento de secções tubulares com concreto, ou até água, são outras alternativas de proteção. A água absorve o calor antes do aço, fazendo com que sua temperatura suba mais devagar, aumento o tempo de resistência ao fogo. No caso de preenchimento com concreto pode-se ainda tirar proveito do uso de pilar misto, aumentado a capacidade para cargas do pilar. Com esse sistema pode-se alcançar até 120 minutos de resistência ao fogo.

4. Uso de resina entumescente. Esse tipo de resina tem a propriedade de, à temperatura de 150 0C, liberar gases que a fazem aumentar de volume criando uma proteção ao elemento estrutural. Podem alcançar altíssimo nível de proteção, tendo por outro lado um custo muitas vezes proibitivo. Para resistência entre 30 e 60 minutos podem ser competitivas.
5. Estruturas externas ao edifício podem exigir menor proteção, ou mesmo serem deixadas sem proteção, desde que se comprove que o fogo não tenha possibilidade de alcança-la através de aberturas próximas. Essa questão pode ser resolvida já no projeto de arquitetura.