Para o dimensionamento estrutural de edifícios, é exigido, de acordo com a legislação de segurança contra incêndio (Decreto 46.076/2001), um tempo mínimo de resistência ao fogo das estruturas e elementos de compartimentação, denominado TRRF. Desta forma, o TRRF (Tempo Requerido de Resistência ao Fogo) é um tempo fictício de resistência ao fogo de determinado elemento estrutural, cujo objetivo é estabelecer-se
critérios de verificação da segurança estrutural em situação de incêndio. Analisam-se, a seguir, conceitos relacionados ao TRRF a partir de dois métodos simplificados: Método de Gretener e Método do Tempo Equivalente.
O tempo mínimo de resistência ao fogo das estruturas não corresponde ao tempo real de desocupação ou duração de um incêndio. Trata-se, tão somente, do tempo padrão ao qual os elementos estruturais deveriam resistir durante um ensaio de resistência ao fogo padronizado internacionalmente.
O Método de Gretener recebe o nome do engenheiro suíço Max Gretener, seu idealizador, e foi publicado em 1965, em princípio, com o objetivo de calcular o risco de incêndio em indústrias e grandes edifícios, atendendo às necessidades das companhias de seguro. Três anos depois, o Corpo de Bombeiros suíço passou a utilizar este método, que desde então, vem servindo de base para a formulação de normas, sendo constantemente revisado e atualizado de acordo com os conhecimentos internacionais (SANTANA & SILVA, 2002).
Cabe considerar ainda que o Método de Gretener não calcula efetivamente o TRRF das estruturas e sim um coeficiente global de segurança ao incêndio da edificação ( fi). Este coeficiente é calculado através da atribuição de “pesos” às características da edificação relevantes à situação de incêndio que são agrupados em classes (ex: N, S, E, R, etc). Cada classe é associada a fatores multiplicadores ou divisores na expressão de cálculo de fi, conforme contribuam para a proteção ou exposição das estruturas ao incêndio. Uma estrutura é considerada segura se o coeficiente fi for maior do que 1. O coeficiente fi é determinado para cada compartimento e deve ser verificado para todos eles de acordo com a Expressão 3.1, a seguir:
M A R E S N fi * * * * 3 , 1 =
γ
[3.1]Onde N, S e E são classes de medidas favoráveis à proteção da estrutura, por isso, são multiplicadores:
N = refere-se às medidas normais de proteção: extintores portáteis, hidrantes, pessoal treinado no combate ao incêndio, etc;
S = refere-se às medidas especiais de proteção ao fogo: modo de detecção do fogo, tempo-resposta do Corpo de Bombeiros, exaustão de calor e fumaça, etc;
E = refere-se às medidas construtivas de proteção da estrutura: resistência ao fogo das estruturas, das fachadas e da vedação horizontal e dimensões das portas corta- fogo, etc.
Por outro lado, R, A e M são classes de medidas desfavoráveis à proteção da estrutura, por isso, são divisores:
R = refere-se ao risco de incêndio, englobando conceitos de carga de incêndio (mobiliária e imobiliária), combustibilidade da carga de incêndio, enfumaçamento causado pela carga de incêndio, toxidade dos gases, cota do andar considerado, área do compartimento, etc;
A = refere-se ao risco de ativação do incêndio em função do tipo de uso do compartimento;
M = refere-se à mobilidade das pessoas dentro da edificação.
A apresentação do Método de Gretener no texto não possui a intenção de aprofundamento no método, mas tão somente o despertar da sensibilidade, através análise da Expressão 3.1, para os fatores que contribuem favoravelmente na segurança contra o incêndio e quais são aqueles que aumentam o risco de incêndio de uma edificação.
O Método do Tempo Equivalente, que é apresentado na Instrução Técnica 08 (Decreto nº 46.076, de 31 de agosto de 2001), é uma simplificação do Método de Gretener e procura associá-lo ao TRRF, ou seja, fornece um valor de tempo de resistência requerida ao fogo da estrutura a partir de aspectos positivos e negativos de segurança contra incêndio. São, portanto, realizados ensaios de estruturas, materiais de proteção térmica, portas corta-fogo, e outros, a altas temperaturas, em fornos aquecidos de acordo com curvas de elevação de temperatura padronizadas, com o objetivo de se relacionar o tempo de resistência ao fogo encontrado nestes ensaios ao tempo equivalente num incêndio real.
O Tempo Equivalente seria um tempo fictício, resultado da correlação entre um ensaio de um material em forno com uma curva padronizada e uma possível curva real de incêndio. A Figura 3.1 apresenta a correlação entre as temperaturas máximas na estrutura em um incêndio natural e padrão.
Figura 3.1 – Método do Tempo Equivalente (Fonte: VARGAS & SILVA, 2003).
Ao longo dos anos foram propostos diversos métodos de associação da curva padrão (modelo simples e prático) à curvas reais de incêndio. Primeiro correlacionou-se a curva padrão a carga de incêndio (carga por unidade de área – qfi,k ou qfi). Posteriormente incorporou-se o efeito da ventilação (W) no ambiente, depois a influência das características térmicas dos elementos de vedação (K). Foram também incorporados os efeitos positivos de dispositivos de proteção ativa, tais como: sprinklers, alarme de detecção de fumaça, etc. Por fim, os riscos devido ao porte da edificação ( n e s), obtendo assim a Expressão 3.2, apresentada pela Norma Eurocode 1, norma da União Européia, na década de 90 e também na IT/08 (Decreto nº 46.076, de 31 de agosto de 2001):
Tempo Gases (Incêndio Natural)
Temperatura
Gases (Incêndio Padrão)
Tempo Equivalente Instante em que ocorre a
máxima temperatura no aço Máxima temperatura no aço Aço (Incêndio Padrão) Aço (Incêndio Natural)
t
eq= q
fi,kγ
nγ
sK W
[3.2] Onde:teq – tempo equivalente, em minutos; qfi,k ou qfi – carga de incêndio, em MJ/m²;
γn – coeficiente adimensional que leva em conta a presença de medidas de proteção ativa da edificação;
γs – coeficiente de segurança que depende do risco de incêndio e das conseqüências do colapso da edificação;
K – fator que depende das características dos elementos de vedação (Tabela 3.1). Tabela 3.1 - Fator K, parte integrante da Expressão 3.2
ρ λc Inércia Térmica (J/m2 s1/2 °°°°C) K (min . m2 / MJ) ρ λc > 2500 0,040 720 ≤ ρ λc ≤ 2500 0,055 ρ λc < 720 0,070 Onde:
ρ - massa específica do elemento de vedação do compartimento, em kg/m3; c – calor específico do elemento de vedação do compartimento, em MJ/kg°C; λ - condutividade térmica do elemento de vedação, em W/m°C;
W – efeito da ventilação conforme Expressão 3.3.
5 , 0 10 1 5 , 12 1 4 4 , 0 90 62 , 0 3 , 0 6 ≥ + + − + = f Ah A f Av A f Av A H W [3.3] Onde: H – altura do compartimento, em m;
Av – área de ventilação vertical – janelas, em m²; Ah – área de ventilação horizontal – piso, em m²; Af – área de piso, em m²;
O Grau de Ventilação ou Fator de Abertura (W) representa a quantidade de ventilação diretamente proporcional as aberturas existentes nas paredes do compartimento e as alturas destas aberturas (vãos de janelas, portas, etc) em relação a área total do ambiente (piso, parede, teto e aberturas).
A carga de incêndio também pode se determinada pela classe de risco do material combustível. A Tabela 3.2 apresenta uma divisão dos materiais combustíveis que formam a carga de incêndio das edificações. Cabe ressaltar que para cada uma destas classes de risco apresentada abaixo existe um sistema de proteção especificamente projetado para extinguir o fogo nestes materiais, os quais, pelo contrário, poderiam agravar o incêndio.
Tabela 3.2 – Classes de risco de materiais combustíveis (5)
(5) Fonte: http://www.ufrrj.br/institutos/it/de/acidentes/fogo.htm - acessado em 27/10/2005
Classe Exemplos de Materiais Combustíveis
A
Incêndios em materiais sólidos fibrosos, tais como: madeira, papel, tecido, etc. que se caracterizam por deixar após a queima, resíduos como carvão e cinza. B
Incêndios em líquidos e gases inflamáveis, ou em sólidos que se liquefazem para entrar em combustão:
gasolina, GLP, parafina, etc. C Incêndios que envolvem equipamentos elétricos energizados: motores,
geradores, cabos, etc. D
Incêndios em metais combustíveis, tais como: magnésio, titânio, potássio,
zinco, sódio, etc. CLASSES DE INCÊNDIO