Estudo experimental do comportamento de elementos de alvenaria estrutural com blocos cerâmicos em situação de incêndio

Fase 1

Caracterização dos materiais em temperatura ambiente

Neste estudo foram utilizados dois tipos de blocos com dimensões 14x29x19 cm, conhecidos como “Blocos cerâmicos de septos vazados” e “Blocos cerâmicos de septos maciços”.

• Bloco estrutural cerâmico de septos vazados, f_bk 6 MPa, 14x19x29
• Meio bloco estrutural cerâmico de septos vazados, f_bk 6 MPa, 14x19x29
• Bloco estrutural cerâmico de septos maciços, f_bk 8 MPa, 14x19x29
• Meio bloco estrutural cerâmico de septos maciços, f_bk 8 MPa, 14x19x29

Além dos blocos, foram avaliados prismas e pequenas paredes construídas com estes respectivos blocos.

Prismas

Pequenas paredes

Para cada um desses elementos (blocos, argamassas, prismas e pequenas paredes) foram realizados ensaios de caracterização com o objetivo de obter as principais propriedades físicas e mecânicas destes materiais. Nas Tabelas a seguir estão descritas as principais propriedades obtidas.

Conclusões desta etapa:

1. Os elementos de alvenaria estrutural compostos por unidades com septos maciços apresentaram maior resistência mecânica em relação a aqueles constituídos por unidades com septos vazados. A mesma tendência foi observada para a eficiência f_p/f_b que variou de 0,58 nas unidades com blocos de septos vazados para 0,82 naquelas com blocos de septos maciços;
2. As unidades cerâmicas manifestaram comportamento extremamente frágil, com ruptura brusca e explosiva, enquanto que, nos elementos estruturais de alvenaria a ruptura deu-se basicamente pelo esmagamento da junta de argamassa.

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Fase 2

Ensaios de incêndio-padrão

Nesta segunda etapa, os blocos, prismas e pequenas paredes foram submetidos a ensaios com o objetivo de simular um incêndio-padrão. Os elementos foram inseridos em um forno horizontal a gás e foram sujeitos a elevação de temperatura segundo a curva ISO 834-1 durante 120 minutos, atingindo uma temperatura máxima de 1050 °C. A imagem a seguir representa o forno e a disposição dos elementos de alvenaria dentro dele.

As pequenas paredes de alvenaria estrutural foram ensaiadas isoladamente e por meio de trios de paredes que formavam um triângulo equilátero, permitindo que a ação do fogo atuasse apenas em uma das faces dos elementos estruturais, simulando a existência de um compartimento.

Foram ensaiadas pequenas paredes sem revestimento e revestidas com argamassas de cimento e gesso, cujas propriedades dos revestimentos são apresentadas na tabela a seguir.

Para avaliação e acompanhamento da evolução de temperatura nos corpos de prova de alvenaria estrutural, instalaram-se cabos termopares ao longo da seção transversal do elemento, o que possibilitou a obtenção de curvas tempo x temperatura em diferentes pontos.

Conclusões desta etapa:

1. Blocos e prismas apresentaram comportamento térmico similar quando observadas as curvas de elevação de temperatura nos mesmos pontos de instrumentação. Em contrapartida, devido às maiores dimensões dos corpos de prova, número de juntas e consequentemente maior exposição à ação do fogo, as pequenas paredes desenvolveram temperaturas ligeiramente superiores;
2. Pelo mesmo fundamento, as pequenas paredes isoladas apresentaram maior evolução de temperatura em relação às pequenas paredes compartimentadas, que por sua vez possuíam apenas uma das faces longitudinais exposta à situação de incêndio;
3. Analisando-se as pequenas paredes compartimentadas, observou-se que os elementos compostos por blocos de septos maciços apontaram grau de compartimentação e isolamento térmico 27% superior em relação às pequenas paredes com blocos de septos vazados;
4. A adição das camadas de revestimento em argamassas de cimento e gesso demonstrou efetiva melhoria no comportamento térmico das pequenas paredes compartimentadas. No que diz respeito ao critério de isolamento térmico, as paredes revestidas com argamassas de cimento apresentaram tempo de isolamento 103% superior às paredes sem revestimento, enquanto que nas paredes revestidas com argamassas de gesso este tempo foi aproximadamente 54% superior àquele das paredes sem revestimento. No entanto, apesar da elevação do critério de isolamento térmico, todos os elementos estruturais mantiveram um tempo inferior ao TRRF de 120 minutos recomendado pela ABNT NBR 14432:2001.

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Fase 3

Avaliação do comportamento residual da alvenaria estrutural após o incêndio

Após a submissão dos elementos de alvenaria estrutural à situação de incêndio, realizaram-se ensaios mecânicos de compressão simples e módulo de elasticidade para avaliação do comportamento mecânico residual de argamassas de assentamento, blocos, prismas e pequenas paredes de alvenaria com blocos cerâmicos, e identificação da influência da elevação de temperatura nas propriedades residuais destes materiais.

Degradação dos elementos de alvenaria após situação de incêndio

De modo geral, quando submetidos a situações excepcionais como o incêndio, os elementos de alvenaria estrutural com blocos cerâmicos analisados neste trabalho, apresentaram um alto grau de deterioração ocasionado pela elevação rápida de temperatura.

Após a elevação de temperatura no ensaio de incêndio-padrão, os blocos apresentaram elevado grau de fissuração. As fissuras desenvolveram-se predominantemente na direção da altura do bloco, e de forma distribuída em todas as faces de ambos os tipos de blocos, promovendo o completo desmembramento das unidades em partes distintas, conforme apresentado a seguir.

Bloco de septos vazados

Bloco de septos maciços

Nos elementos isolados de alvenaria estrutural (prismas e pequenas paredes), a magnitude das fissuras permaneceu a mesma, adicionando-se o acréscimo da degradação das juntas de argamassa de assentamento, conforme ilustrado na figura a seguir. Além do mais, a deformação diferencial entre a junta de argamassa e a unidade cerâmica favoreceu a segregação dos dois na interface bloco/junta, principalmente nas últimas fiadas das pequenas paredes isoladas.

Prisma de blocos de septos vazados

Prisma de blocos de septos maciços

Pequena parede de blocos de septos vazados

Pequena parede de blocos de septos maciços

Entre os trios de pequenas paredes sem revestimento, aquele construído com blocos de septos maciços teve maior grau de compartimentação, certificado mediante avaliação do padrão de fissuras, e ilustrado a seguir.

Pequena parede compartimentada de blocos vazados (face exposta ao fogo)

Pequena parede compartimentada de blocos maciços (face exposta ao fogo)

Pequena parede compartimentada de blocos vazados (face não exposta ao fogo)

Pequena parede compartimentada de blocos maciços (face não exposta ao fogo)

Notou-se uma diferença significativa entre as faces expostas e não expostas ao fogo, tanto nos trios quanto nas pequenas paredes isoladas, destacando a importância dos elementos compartimentados no comportamento térmico e mecânico.

A incorporação de camadas de revestimento em ambas as faces das pequenas paredes compartimentadas com blocos de septos vazados contribuiu consideravelmente na proteção do elemento de alvenaria, ocasionando o aparecimento de um número reduzido de fissuras, sobretudo na face não exposta ao fogo, conforme apresentado a seguir.

Pequena parede compartimentada, revestida de argamassa de cimento (face exposta ao fogo)

Pequena parede compartimentada, revestida de argamassa de gesso (face exposta ao fogo)

Pequena parede compartimentada, revestida de argamassa de cimento (face não exposta ao fogo)

Pequena parede compartimentada, revestida de argamassa de gesso (face não exposta ao fogo)

Ensaios mecânicos de compressão simples e módulo de elasticidade

Avaliou-se o comportamento mecânico de todos os elementos submetidos à situação de incêndio mediante ensaios mecânicos de resistência à compressão e determinação de módulo de elasticidade. Os ensaios foram realizados após o completo resfriamento dos materiais, que permaneceram sujeitos à temperatura e umidade ambientes até a idade dos ensaios, sete dias após a realização da respectiva simulação de incêndio-padrão. Nas Tabelas abaixo estão descritas as principais propriedades obtidas após o incêndio.

De modo geral, as propriedades mecânicas dos elementos estruturais de alvenaria foram muito influenciadas pela deformabilidade excessiva da argamassa de assentamento e pela distribuição das fissuras oriundas das deformações térmicas diferenciais que ocorreram durante os ensaios de simulação de incêndio-padrão. Dessa maneira, verificou-se que a ruptura dos prismas ocorreu principalmente devido ao esmagamento da junta de argamassa, ou pela instabilidade de regiões críticas nos elementos devido à presença de grandes aberturas de fissuras que surgiram durante os ensaios de incêndio-padrão. Nas pequenas paredes compartimentadas, além do esmagamento das juntas de argamassa nas últimas fiadas dos elementos, observou-se que foi governada principalmente pelo surgimento de fissuras verticais ao longo das faces laterais dos corpos de prova, como mostra as ilustrações a seguir.

Compressão de prismas

Compressão de pequenas paredes

Finalmente, a tabela abaixo apresenta a resistência mecânica residual de todos os componentes e elementos de alvenaria estrutural com blocos cerâmicos avalizados nesta pesquisa.

Conclusões desta etapa:

1. De modo geral, as unidades e os elementos de alvenaria estrutural manifestaram elevado nível de danificação quando expostos à situação de incêndio, devido principalmente às fissuras significativas no material cerâmico e à decomposição dos principais constituintes da argamassa de assentamento;
2. Através da análise do material cerâmico dos blocos, verificou-se uma maior densificação do material e consequente redução da sua porosidade após as simulações de incêndio-padrão, o que possibilitou elevadas resistências residuais que variaram de 100,8% a 91,6% para os blocos cerâmicos com septos vazados e maciços, respectivamente;
3. As pequenas paredes compartimentadas, ou seja, que se sujeitaram a ação direta do fogo apenas em uma das faces longitudinais, apresentaram danificação reduzida, com os elementos compostos por blocos de septos maciços exibindo resistência residual aproximadamente quatro vezes superior à resistência residual obtida pelos elementos com blocos de septos vazados;
4. A utilização dos revestimentos em argamassas de cimento e gesso favoreceu um aumento significativo na resistência residual das pequenas paredes compartimentadas, que por sua vez elevaram a resistência residual de 7,7% obtida nos elementos sem revestimento, para 34,1% e 40% naqueles revestidos com argamassas de cimento e gesso, respectivamente. Dessa forma, essa diferença proporcionada pela incorporação dos revestimentos pode ser determinante para garantir a integridade das paredes no caso de um incêndio real.

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