Desempenho do LSF perante incêndios
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A resistência mecânica do aço diminui drasticamente com altas temperaturas, como é o caso quando ocorrem situações de incêndio. De uma forma genérica, os elementos estruturais em aço perdem cerca de 50% da sua resistência mecânica quando aquecidos a uma temperatura de cerca de 550ºC. Este valor é conhecido como temperatura crítica podendo sofrer variações de acordo com cada projeto.

A resistência à acção do fogo das estruturas metálicas, quando não protegidas, raramente é superior a 30 minutos. Desta forma, as estruturas metálicas dificilmente satisfazem as exigências regulamentares de resistência ao fogo se não forem adotadas medidas adequadas de proteção.

Dimensionamento da proteção contra o fogo

Para o dimensionamento do tipo de proteção das estruturas metálicas é necessário analisar dois parâmetros:

  • O tempo de resistência ao fogo
  • O fator de massividade de cada elemento estrutural

Com base nestes dois parâmetros determina-se a espessura adequada dos materiais de proteção. Essa determinação pode ser feita analiticamente ou através de ensaios reais de resistência ao fogo. O tempo de resistência ao fogo é definido na legislação em vigor, nomeadamente no Regulamento de Segurança Contra Incêndio para os diferentes tipos de edifício.

Categoria de risco dos edifícios

O Regulamento classifica cada utilização-tipo em quatro categorias de risco, a que correspondem exigências de segurança crescentes. O critério de classificação é diferente para cada utilização-tipo, e tem em consideração factores como a altura, a área, o efectivo e a carga de incêndios, entre outros. Assim, o tipo de medidas de proteção contra o fogo a implementar em determinado edifício dependerá da categoria de risco em que este se enquadra.

A maioria dos edifícios com estrutura LSF construídos em Portugal enquadra-se na "Utilização-tipo I - Habitacionais" (UT1). Esta classificação corresponde a edifícios ou partes de edifícios destinados a habitação unifamiliar ou multifamiliar, incluindo os espaços comuns de acessos e as áreas não residenciais reservadas ao uso exclusivo dos residentes. Conforme referido, esta utilização-tipo pode então ser classificada em quatro categorias de risco. A primeira categoria, considerada de "risco reduzido", compreende todos os edifícios com uma altura até 9 metros acima da cota térrea, com ou sem cave. Para esta situação específica, os elementos estruturais devem possuir uma resistência ao fogo que garanta as suas funções de suporte de cargas, de isolamento térmico e de estanquidade durante pelo menos 30 minutos.

Materiais de proteção contra o fogo

Aos materiais usados na proteção de estruturas contra incêndio devem ser exigidas as seguintes propriedades:

  • Elevada temperatura de fusão
  • Boa capacidade para se deformarem sob a ação do calor
  • Resistência às ações de origem térmica
  • Condições de perfeita aderência às estruturas em que são aplicados
  • Resistência ao longo do tempo aos agentes atmosféricos, químicos, choques, etc.

Existem vários materiais que se adequam à proteção das estruturas contra o fogo. Abaixo alistamos os mais comuns no caso particular das estruturas metálicas constituídas por perfis em aço galvanizado enformados a frio (sistema LSF).

Gesso

Como material de proteção, o gesso atua com as funções de absorver uma grande quantidade de calor e de atrasar a passagem do fluxo térmico. Não deve ser aplicado diretamente sobre o suporte, porque devido ao aquecimento desagrega-se com facilidade. Precisa de um suporte adequado que pode ser uma rede metálica ou em fibra de vidro.

No entanto, o gesso pode ser usado sob a forma de placas pré-fabricadas, conhecidas como placas de gesso laminado. Estas placas não precisam de suporte especial, visto serem armadas e o gesso ser misturado com outros produtos. Nesta situação, há que atender à fixação das placas ao elemento de suporte a proteger e ao bom comportamento das juntas.

Fibras Minerais

As fibras minerais são materiais formados artificialmente fazendo passar uma corrente de vapor através de um líquido constituído por rochas ou escórias vulcânicas fundidas. A natureza das fibras depende da composição das rochas empregues no seu fabrico. Pode ser fibra ou lã de vidro, constituída a partir da fusão de uma composição de vidro e fibra, ou lã de rocha fabricada normalmente a partir das escórias do alto-forno.

Sistemas de proteção contra o fogo

Os vários métodos de proteger as estruturas metálicas contra a ação do fogo podem agrupar-se da seguinte forma:

  • Envolvimento total, parcial ou enchimento
  • Proteção no contorno
  • Proteção com mantas
  • Proteção em caixão
  • Proteção por resguardos ou ecrãs
  • Estruturas irrigadas

No caso do sistema LSF, os métodos mais utilizados e recomendados são a proteção em caixão ou através de resguardos ou ecrãs.

Proteção em caixão

Consiste na aplicação, em torno do elemento estrutural a proteger, de placas rígidas pré-fabricadas que poderão ser de betão celular, cimento e vermiculite, gesso e outros. Esta técnica esconde o perfil metálico isolado a proteger, sendo a aparência final a de um elemento em caixão. O processo exige cuidados, tanto na ligação das placas umas às outras como ao perfil a proteger, para impedir a passagem de gases quentes pelas juntas.

Proteção por resguardos ou ecrãs

Esta proteção é constituída por placas rígidas do tipo das utilizadas nas proteções em caixão. No entanto, ao invés de serem aplicadas em torno de um único elemento estrutural isolado, as placas são colocadas continuamente sob a forma de tetos falsos suspensos ou revestindo toda a parede. Esta solução tem a vantagem de combinar a função de proteção contra o fogo com as funções estéticas e as de isolamento térmico e isolamento acústico, resultando em apreciáveis reduções de custo. Este processo, à semelhança da proteção em caixão, exige cuidados na ligação das placas umas às outras e ao perfil a proteger para impedir a passagem de gases quentes pelas juntas.

O sistema LSF e a ação do fogo

Os elementos metálicos com funções estruturais de secção reduzida, tal como os empregados no sistema LSF, possuem valores elevados do fator de massividade ou fator de forma. Devido a isso, a resistência destes perfis à ação do fogo, não estando protegidos, é reduzida. Pela mesma razão, a proteção ao fogo com pintura intumescente, ou pela projeção de rebocos de base cimentícia, gesso, vermiculite e perlite, muito eficientes em outras aplicações, não são uma boa solução no caso de estruturas galvanizadas em LSF.

No entanto, as estruturas LSF podem ser protegidas pela aplicação dum sistema adequado de resguardos e ecrãs, revestindo na vertical os elementos estruturais ou aplicados sob a forma de tetos falsos suspensos. Em geral atinge-se períodos de resistência ao fogo de 30 minutos em elementos com função estrutural pela utilização de uma placa adequada de gesso laminado. Este tempo de resistência pode ser substancialmente aumentado pela aplicação de camadas sobrepostas desse tipo de placas.

A proteção com resguardos e ecrãs proporciona adequada resistência ao fogo para os perfis com função estrutural em LSF, permitindo-lhes reter uma significativa proporção da sua capacidade resistente mesmo para temperaturas de 500ºC. No interior dos resguardos, a utilização de mantas ou painéis de fibra de vidro ou lã mineral contribui significativamente para a resistência ao fogo da estrutura.

A proteção em caixão de elementos individuais em LSF usados como vigas e pilares pode também garantir a necessária resistência ao fogo, à semelhança do que acontece com os elementos metálicos de aço laminado a quente.

Modelo de análise da resistência ao fogo

O cálculo ao fogo é uma parte essencial do processo de concepção de um edifício. São aplicados métodos de cálculo ao fogo para assegurar que a estrutura, concebida de acordo com as regras utilizadas para temperaturas ambientes normais, também pode suportar os efeitos adicionais induzidos pelo aumento da temperatura.

O critério comumente utilizado para a determinação da resistência ao fogo de uma estrutura de aço é chamado tempo de resistência ao fogo. As estruturas são classificadas em diferentes grupos de tempo de resistência ao fogo, tais como R-15, R-30, R-60, etc. A classificação baseia-se no tipo sistema estrutural e na sua utilização. Os modelos de cálculo para o projeto do fogo de estruturas de aço, de classe 1 e 2 das secções transversais, são fornecidas no Eurocódigo 3, Parte 1.2 (CEN, 2005d).

Elementos de aço são incombustíveis mas têm de ser protegidos contra a reação a temperaturas elevadas durante um incêndio. Em estruturas LSF, as paredes, pisos e coberturas, são geralmente construídos utilizando elementos em aço enformados a frio que garantem a maior parte da capacidade resistente do edifício do ponto de vista estrutural. A lã de vidro ou mineral cumpre as necessidades de isolamento térmico e isolamento acústico junto com as placas de revestimento. Uma vez que todos estes elementos atuam também como separação entre os compartimentos adjacentes, devem resistir à propagação do fogo, calor e gases tóxicos para o compartimento seguinte.

Os compartimentos de uma estrutura ligeira em aço, e as suas localizações, determinam a categoria de resistência ao fogo da construção. Tanto para as paredes como para os pisos, a localização do revestimento, a sua espessura, número de camadas, bem como a largura do isolamento, determinam a categoria de resistência ao fogo. As reduzidas espessuras dos elementos estruturais (montantes, pilares, vigas, lajes e asnas) exigem ser revestidos com materiais resistentes ao fogo como gesso laminado ou placas cimentícias devendo ser ligadas aos banzos das secções em aço enformado a frio usando parafusos a intervalos regulares e suficientemente próximos.

O LSF tem cobertura regulamentar no que concerne à ação do fogo?

Pensamos que as eventuais dúvidas relativamente à utilização de elementos galvanizados enformados a frio dever-se-ão a uma interpretação errada da regulamentação. Tal interpretação errónea passa pelo pressuposto que os elementos com função estrutural, e portanto com função de suporte, deverão resistir, per si, ao período de tempo indicado regulamentarmente.

Nessa base, este tipo de estruturas apenas poderiam ser utilizadas em edifícios de habitação unifamiliar onde não são feitas exigências de resistência ao fogo para elementos estruturais. Se assim fosse, a mesma questão se poria para qualquer estrutura metálica uma vez que a resistência à ação do fogo dos elementos metálicos não protegidos raramente é superior a 30 minutos.

É certo que as estruturas em LSF devido à sua reduzida espessura têm fatores de massividade elevados. Isto resulta num aquecimento mais rápido do que acontece em elementos de espessura elevada. No entanto, o que realmente deve ser analisado não é a resistência de cada perfil metálico estrutural mas sim como é que o conjunto desses elementos se encontra protegido. Ou seja, se dispomos de sistemas de proteção que garantam que os elementos em LSF obedecem às exigências regulamentares de resistência ao fogo.

Construção típica em LSF

No caso do sistema LSF, nas situações mais comuns, os perfis verticais que constituem as paredes estão espaçados entre si numa distância regular de 60 cm e todos eles são revestidos, pelo interior, com placas de gesso laminado com 15 mm de espessura. Em situações mais exigentes, são aplicadas duas ou mais sobreposições de placas de gesso laminado com 13 mm, com juntas desencontradas, sendo que apenas a última camada ficará exposta, constituindo a superfície a decorar. As vigas de piso, também espaçadas a 60 cm, são revestidas com placas de gesso laminado de 13 mm, podendo ser sobrepostas consoante a necessidade. Ao contrário do que acontece com outras estruturas metálicas, no sistema LSF os perfis metálicos nunca estão à vista.

O método descrito no parágrafo anterior enquadra-se na referida proteção por resguardos ou ecrãs. No caso de elementos individuais, tais como pilares isolados construídos com perfis enformados a frio, ou mesmo em laminados a quente, a proteção aplicável é a que acima se descreveu como proteção em caixão. Assim, desde que seja feita a escolha correta dos materiais que os revestem, as estruturas LSF poderão ser sempre consideradas como estruturas metálicas protegidas.

No sistema LSF, atingem-se períodos de resistência ao fogo de 30 minutos por revestir os perfis metálicos com placas de gesso laminado adequadas. Este tempo de resistência pode ser aumentado por escolher placas de gesso com maior densidade ou maior espessura. O incremento de resistência pode ser ainda mais substancial pela aplicação de camadas sobrepostas de placas. Existem ainda placas fabricadas com outros materiais que podem constituir uma opção prática em casos de grande exigência.

Em resumo, fazendo uso de materiais adequados e o número necessário de placas sobrepostas, as estruturas LSF poderão ser protegidas até aos 120 minutos, cobrindo desta forma as quatro categorias de risco regulamentares. Assim, a decisão sobre o tipo de placas a aplicar, a sua espessura, ou a quantidade de camadas sobrepostas, deverá ser tomada em consonância com o tipo de edifício e da sua utilização por forma a cumprir a legislação aplicável.

No sentido de diminuir significativamente a velocidade de propagação do fogo depois de atingida a temperatura crítica em determinado local, é aconselhável a aplicação de mantas de fibras cerâmicas, lã de rocha ou qualquer outro material fibroso, no espaço interior da parede onde se encontram os perfis. Uma vez mais, este é o procedimento padrão em qualquer estrutura LSF.

A solução de proteção por resguardos ou ecrãs, recorrendo às placas de gesso laminado em paredes e tectos, não resultará num aumento significativo de custos. O mesmo acontece quando aplicamos lã mineral nas cavidades das paredes entre perfis. Isso é percebido porque, ao mesmo tempo que obtemos a proteção contra o fogo, estamos também a resolver as funções estéticas e de isolamento térmico e acústico.

A ligação das placas umas às outras e aos perfis a proteger devem ser tratadas por forma a impedir a passagem de gases quentes pelas juntas. Ou seja, no caso das placas de gesso laminado, as juntas entre placas deverão ser tratadas com massa adequada, conforme os procedimentos recomendados pelos fabricantes. Também, deve-se atentar para as conexões entre as paredes e os pisos e o tectos. Nestas zonas de junção, os elementos metálicos não deverão estar acessíveis nem deverão existir juntas largas que permitam que o fogo, ou os gases com temperaturas elevadas, atinjam as cavidades interiores. Essa passagem poderia contribuir para o aumento da temperatura do metal. Para proteção adicional, essas conexões podem ser isoladas com tiras de lã mineral, telas adequadas, mastiques ou espuma de poliuretano.

Paredes divisórias sem funções estruturais

Naturalmente, elementos em LSF sem função estrutural requerem menos proteção ao fogo uma vez que apenas se exige o cumprimento das funções de estanquidade e isolamento térmico em condições de incêndio. Visto que nas construções LSF tanto as paredes resistentes como as divisórias são revestidas de igual forma, usando placas de gesso laminado, todas as áreas do edifício cumprem as exigências para cada tipo de elementos.

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