Dimensionamento estrutural de incêndio de acordo com EN 1993-1-2 (comportamento de aquecimento)

Comportamento geral do aquecimento do aço

O aço é constituído por uma grelha de cristais com os cristais individuais a moverem-se em torno de um ponto de repouso à temperatura normal. Este movimento diminui ao atingir a temperatura de zero absoluto de -273°C e aumenta ao aquecer. Devido a este movimento dos cristais em torno do ponto de repouso, a ductilidade do aço aumenta com o aumento da temperatura. Entretanto, a resistência do aço diminui. Devido à perda de resistência, é muito difícil proteger os componentes não protegidos dos efeitos do fogo sem medidas adicionais, uma vez que o aço já perdeu 50% da sua resistência a uma temperatura de 600 °C. Por isso, está geralmente sobrecarregada, uma vez que as reservas plásticas da estrutura em relação ao material são atualmente consideradas na construção em aço convencional. Por exemplo, se o aço trabalhado a frio ou tratado termicamente é sujeito a tensão térmica, ele já perdeu o seu reforço a 400 °C do método de dimensionamento mencionado acima. Além disso, o aço tem a desvantagem de se aplicar uma dilatação térmica ao aumentar a temperatura, a qual é muito alta em comparação com outros materiais de construção. Isso pode levar aos efeitos devidos a restrição no componente que não estavam presentes no dimensionamento à temperatura normal.

O aço tem fracas propriedades térmicas para a construção civil, especialmente em termos de resistência ao fogo. O aumento de temperatura depende da massividade do componente de aço. Isso significa: Quanto mais maciço é o componente, mais energia pode absorver. Se a superfície é plana e o volume é aumentado, o resultado são temperaturas mais baixas no componente estrutural. Esta propriedade do componente é designada por fator de secção A/V. É a relação entre a área da superfície e o volume por unidade de comprimento do componente. Na norma DIN 4102, este fator era ainda designado por relação U/A e estava relacionado com a relação do perímetro com a área, apesar de ser o mesmo se a secção relacionada com o comprimento não se alterar. O Eurocódigo [5] disponibiliza tabelas para facilitar o cálculo deste coeficiente de secção.

Fator de seção Am/V para componentes de aço desprotegidos (Fonte: [5])

Comportamento de aquecimento de componentes de aço protegidos

No caso de estruturas de aço resistentes ao fogo, o comportamento de aquecimento muda para o positivo, uma vez que as fracas propriedades de temperatura do aço são absorvidas ou compensadas pelo sistema de proteção contra incêndio. Os sistemas de proteção contra incêndio são geralmente constituídos por materiais com uma baixa condutividade térmica. Além disso, esses materiais geralmente têm uma capacidade de calor específica (capacidade de armazenamento) alta. A duração da resistência ao fogo pode ser aumentada de forma significativa utilizando sistemas de proteção contra incêndio passivos. Esses materiais são geralmente muito pesados e devem, portanto, ser considerados na análise estrutural. No entanto, a EN 1993-1-2 não inclui informação sobre as propriedades do material de revestimentos ou revestimentos, uma vez que estas dependem do produtor. Por esse motivo, faltam os valores importantes para a análise estrutural dos componentes resistentes ao fogo, mas foram entretanto apresentados no Documento Nacional de Aplicação para materiais de construção aprovados de acordo com DIN 4102-4. O fator de secção de tais componentes estruturais é composto da seguinte forma.

Recobrimento oco: Um revestimento oco é geralmente o mais adequado, porque o revestimento da secção reduz o perímetro do elemento estrutural, enquanto a área permanece a mesma. Assim, o fator de secção torna-se menor, o que aumenta a massividade do componente estrutural. Como revestimento, são frequentemente utilizadas tábuas de proteção contra incêndio de gesso cartonado ou tábuas de silicato de cálcio. Todos os principais fabricantes desses painéis também fornecem sistemas de painéis adequados, incluindo as propriedades de resistência ao fogo.

Recobrimento de contorno: Se o aspeto do apoio de aço deve ser preservado, recomendamos a utilização de um revestimento de contorno ou de um sistema de estuque. A desvantagem dos revestimentos de contorno é o fator de secção da secção, que não muda. Os tipos de revestimentos são geralmente sistemas de gesso ou painéis de madeira. Para a aplicação dos sistemas de gesso, são geralmente aplicadas grelhas de arames nas vigas que suportam o sistema de gesso. O revestimento com sistemas de tábuas é semelhante ao revestimento com revestimento oco, mas é necessário mais trabalho, uma vez que os sistemas de tábuas têm de ser cortados à medida. Como alternativa, pode ser utilizado o isolamento intumescente, que é um tipo de revestimento de contorno e é aplicado no elemento estrutural. Este intumescimento dilata quando aquecido e actua como uma camada isolante entre o elemento estrutural e a área circundante. No entanto, não existe um método de cálculo desenvolvido para este tipo de revestimento, uma vez que as propriedades de alta temperatura deste material geralmente não são exatamente conhecidas ou estão muito espalhadas.