Análise experimental e numérica sobre alvenaria estrutural de blocos de concreto, com e sem revestimento, em situação de incêndio

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Leal, Davi Fagundes
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: alvenaria estrutural; análise experimental; análise numérica; bloco de concreto; concrete blocks; experimental analysis; fire; incêndio; numerical analysis; resistência ao fogo; standard fire resistance; structural masonry
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18134/tde-30112022-085146/

A alvenaria estrutural tem sido largamente empregada no Brasil, desde edificações de pequeno porte até edifícios da ordem de vinte e quatro pavimentos. Porém, seu desempenho em situação de incêndio é ainda pouco conhecido, evidenciando grande carência de estudos nessa área. O presente trabalho tem como objetivo investigar, por meio de análises numéricas e experimentais, o comportamento da alvenaria estrutural de blocos de concreto quando submetida ao Incêndio-Padrão da ISO 834-1:1999. Blocos, prismas e pequenas paredes foram analisados experimentalmente em temperaturas elevadas por meio da utilização de um forno a gás, onde foram expostos ao fogo em uma ou mais faces, sem a introdução de carregamento mecânico. Os corpos de prova foram instrumentados com termopares para obter a evolução da temperatura na seção transversal e, após o resfriamento, os mesmos foram conduzidos a ensaios de compressão para obtenção de sua resistência residual. Os resultados mostram que a alvenaria estrutural sofre significativamente com a ação do fogo, visto que, após 70 minutos de exposição, as paredes com função de compartimentação apresentaram resistência residual média igual a 46%, reduzindo para apenas 14% quando ambas as faces são expostas ao fogo. Dois tipos de revestimentos foram então avaliados como forma de proteção contra o fogo: com gesso em pasta ou argamassa de cimento, cal e areia, tendo espessuras de 5 e 10 mm, respectivamente. Nessas situações, foram registrados tempos superiores a 60 minutos para que toda a espessura do septo longitudinal dos blocos exposto ao fogo atingisse temperaturas acima de 500°C, sendo bem superior aos 35 minutos obtidos no caso sem revestimento. Tal redução dos níveis de temperatura na seção minimizou a perda de resistência da alvenaria: mesmo após um tempo de exposição maior (120 minutos), os corpos de prova apresentaram resistência residual da mesma ordem de grandeza em comparação ao caso sem revestimento. Paralelamente aos experimentos, foram desenvolvidos modelos numéricos no ABAQUS voltados a análises paramétricas via Método dos Elementos Finitos (MEF), cujos resultados mostram forte influência do carregamento mecânico e da esbeltez na resistência ao fogo da alvenaria estrutural. Sem revestimento, as pequenas paredes apresentaram tempo de resistência ao fogo máximo igual 60 minutos, caindo para valores abaixo de 40 minutos quando sob carregamento superior a 60% em relação à sua resistência inicial. Portanto, considerando os níveis de temperatura atingidos, a degradação dos materiais e a expressiva redução na capacidade resistente, os resultados numéricos e experimentais apontam para a necessidade de proteção da alvenaria contra o fogo. Nesse contexto, revestimentos à base de cimento ou gesso se apresentam como alternativas a serem melhor investigadas, de forma a correlacionar espessura e capacidade de aderência ao tempo de resistência ao fogo. Por fim, as análises mostram que a avaliação da alvenaria segundo as principais normas estrangeiras pode resultar contra a segurança em situação de incêndio, sendo necessários ajustes nas metodologias antes de sua aplicação à realidade brasileira.