DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL ÁREA DE CONSTRUÇÃO

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1 DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL ÁREA DE CONSTRUÇÃO

2 PROPRIEDADES DOS MATERIAIS 1. Introdução Todas as obras de engenharia civil são realizadas com recurso a materiais de construção. O uso racional dos materiais, do ponto de vista técnico e económico, exige o conhecimento adequado das suas propriedades e dos processos de fabrico ou de transformação. Só assim será possível seleccionar, entre várias opções viáveis, aquela que permita melhores desempenhos. Torna-se, pois, necessário conhecer as propriedades básicas dos materiais, a sua origem e natureza, assim como o seu processo de fabrico. 2. Classificação dos materiais de construção Os materiais de construção podem ser classificados segundo diversos critérios. Seguidamente apresentam-se alguns critérios de classificação. Critério de Designação Descrição Exemplos classificação Relativamente à aplicação Materiais que constituem os Betão elementos resistentes de uma Aço Materiais estruturais construção. Pedra Madeira Materiais que ocupam o Tijolo cerâmico Materiais de espaço entre os elementos enchimento estruturais. Materiais que revestem os Argamassa Materiais de materiais estruturais e os Tinta revestimento materiais de enchimento Materiais utilizados para Poliestireno Materiais de isolamento melhorar o desempenho Cortiça térmico térmico dos edifícios Materiais utilizados para Cortiça Materiais de isolamento melhorar o desempenho acústico acústico dos edifícios Materiais utilizados para Betumes Materiais impermeabilizar elementos impermeabilizantes de construção Propriedades dos Materiais 1/43

3 Relativamente à origem Naturais Artificiais De origem vegetal De origem mineral Provenientes de compostos químicos Provenientes de metais Madeira Borracha Pedras naturais Areia Plástico Tintas Colas Ligas metálicas Provenientes de produtos Gesso naturais Materiais cerâmicos Ferrosos: Aço Ferro Fundido Relativamente à natureza Materiais metálicos Materiais Cerâmicos ou Inorgânicos não Materiais extraídos de minérios e depois transformados por complexos processos metalúrgicos São substâncias inorgânicas formadas por ligações Não ferrosos de elevada densidade: Níquel Cobalto Chumbo Não ferrosos de baixa densidade: Alumínio Tijolo Azulejo Metálicos iónicas e/ou covalentes. São substâncias orgânicas de PVC estrutura complexa Polipropileno Materiais Poliméricos 1 parcialmente cristalina e parcialmente amorfa, predominando a ligação covalente 1 Há materiais poliméricos naturais como por exemplo a madeira, a borracha e fibras vegetais e materiais poliméricos sintéticos dos quais o grupo mais importante é o dos plásticos. Propriedades dos Materiais 2/43

4 Por cozedura Com formação de fase vítrea - Cerâmicos não refractários tradicionais (tijolos, faianças, grés e porcelanas) enfornados - Cerâmicos refractários não enfornados cais - Ligantes hidráulicos cimentos Sem formação de fase vítrea - Óxidos cerâmicos puros - Refractários de carbono e grafite - Boretos,nitretos, silicietos, sulfuretos, carbonetos Por fusão Vidros Vitrocerâmica Esmaltes Refractários electrofundidos Fibras cerâmicas 3. Os materiais usados em engenharia Como foi dito no ponto anterior, podem-se considerar vários critérios para a classificação dos materiais. No entanto, em engenharia, e por razões de conveniência, é habitual admitir-se a classificação dos materiais em função da sua natureza. Dada a sua crescente importância em engenharia, devem considerar-se, nesta classificação os materiais compósitos e os materiais electrónicos [8]: 1. Metálicos 2. Poliméricos 3. Cerâmicos 4. Compósitos 5. Electrónicos 3.1 Materiais metálicos Os materiais metálicos são substâncias de origem inorgânica que contêm elementos metálicos (tais como ferro, cobre, alumínio, níquel ou titânio) e não metálicos (por exemplo, Propriedades dos Materiais 3/43

5 azoto, carbono e oxigénio). Microscopicamente, os metais têm uma estrutura cristalina, na qual os átomos se dispõem de forma ordenada. Estes materiais são, na generalidade, dúcteis e resistentes à temperatura ambiente e apresentam boa condutibilidade térmica e eléctrica. Em função da quantidade de ferro que contêm, dividem-se em materiais ferrosos (com elevada percentagem de ferro) e não ferrosos (quando o ferro não entra na sua composição ou surge em quantidades muito reduzidas). O ferro fundido e o aço são materiais ferrosos, enquanto que o alumínio, o cobre, o zinco, o titânio e o níquel são materiais não ferrosos. Nas figuras 1 a), b) e c) apresentam-se algumas obras que utilizam estes materiais na sua construção. a) b) c) Figura 1 - Utilização de materiais metálicos na construção: a) Ponte 25 de Abril, em Lisboa; b) Elevador de Santa Justa, em Lisboa; c) Ponte D. Maria Pia, no Porto. 3.2 Materiais poliméricos Os materiais poliméricos são constituídos por longas cadeias de moléculas orgânicas. Tratam-se de meterias cuja estrutura é não cristalina ou mista (com regiões cristalinas e regiões não cristalinas). A maioria destes materiais é mau condutor térmico e eléctrico, possuindo baixa densidade e decompõem-se a baixas temperaturas. Na figura 2 apresentam-se algumas aplicações de materiais poliméricos, na construção. Propriedades dos Materiais 4/43

6 a) b) c) Figura 2 - Utilização de materiais poliméricos na construção: a) Tubos para a condução de água; b) Caixilharias de janelas; c) Abobadilhas para Lajes aligeiradas. 3.3 Materiais cerâmicos Os materiais cerâmicos são constituídos por elementos metálicos e elementos não metálicos, podendo ser, do ponto de vista estrutural, cristalinos ou mistos. São inorgânicos de elevadas dureza e resistência mecânica à compressão, mesmo quando submetidos a temperaturas elevadas. Estes materiais apresentam baixa condutibilidade térmica e eléctrica e elevada resistência ao calor e ao desgaste. No domínio da construção, os materiais cerâmicos são utilizados desde tempos imemoriais. Na figura 3 apresentam-se dois exemplos de aplicação deste tipo de materiais. a) b) Figura 3 - Utilização de materiais cerâmicos na construção: a) Painel de azulejos no Convento de Cristo, em Tomar; b) Elementos cerâmicos na fachada do edifício da Escola Superior de Tecnologia, em Tomar. Propriedades dos Materiais 5/43

7 3.4 Materiais compósitos Os materiais compósitos resultam da mistura de pelo menos dois materiais, de modo a obter um material com determinadas características e propriedades. Os materiais que constituem um compósito não se dissolvem entre si, podendo ser facilmente identificáveis. O betão (figura 4a)) e a madeira (figura 4b)) são materiais compósitos. Existem outros tipos de materiais compósitos, como por exemplo, os que resultam da associação de fibras de vidro e poliéster ou de fibras de carbono e resina epoxídica. As figuras 5 a) e b) ilustram a utilização de materiais compósitos na construção: o edifício da Torre do Tombo em betão branco e o pavilhão temporário da Serpentine Galery, em Londres, cuja estrutura foi edificada em madeira e policarbonato. a) b) Figura 4 - Materiais compósitos: a) Betão; b) Madeira. a) b) Figura 5 - Utilização de materiais compósitos na construção: a) Torre do Tombo, em Lisboa; b) Serpentine galery, Londres (2005). Propriedades dos Materiais 6/43

8 3.5 Materiais electrónicos Os materiais electrónicos assumem importância extrema no domínio das tecnologias avançadas, já que são utilizados em sistemas de microelectrónica. É graças a esta tecnologia que são possíveis os computadores, os satélites de comunicação ou os relógios digitais. O silício é um dos materiais mais importantes neste domínio, pois um simples cristal de silício permite condensar num chip, um elevado número de circuitos electrónicos. 4. Normas e organismos relacionados com os materiais de construção Para aferir todas as intervenções no domínio dos materiais de construção existem as Normas. As Normas são documentos do domínio público com funções diversas, mas que relativamente aos materiais de construção visam a satisfação de alguns dos seguintes objectivos: - estabelecer regras para cálculos ou métodos para a execução dos trabalhos; - especificar características de materiais e meios de as controlar; - descrever pormenorizadamente procedimentos de ensaios; - estabelecer dimensões e tolerâncias de materiais e produtos; - criar terminologia técnica específica e atribuir convenções simbólicas em desenhos; - definir classes de produtos ou materiais. Em todos os países existem organismos responsáveis pela realização de normas: NP Normas Portuguesas Instituto Português da Qualidade ATIC / ONS Associação Técnica da Indústria do Cimento / Organismo de Normalização Sectorial. ASTM American Society for Testing Material ACI American Concrete Institute PCA Portland Cement Association BS British Standards Institution AFNOR Associação Francesa de Normalização DIN Deutsche Normenausschuss UNE União das Normas Espanholas ISO Organização Internacional de Normalização CEN Comissão Europeia de Normalização Propriedades dos Materiais 7/43

9 Outros organismos e centros de ensaios reconhecidos internacionalmente: LNEC Laboratório Nacional de Engenharia Civil IETCC Instituto Eduardo Torroja de la Construcción y del Cemento CEB Comissão Europeia de Betão RILEM Reunião Internacional de Laboratórios de Ensaios de Materiais CSTB Centro Científico e Tecnológico de Edifícios (França) LCPC Laboratório Central de Pontes e Estradas (França) CEMBUREAU Associação Europeia de Cimento 5. Selecção e controlo de qualidade dos materiais A selecção de um material deve basear-se em critérios científicos que atendam à estrutura interna e às propriedades desse material de modo a assegurar-se uma escolha é adequada para um determinado fim. Quando se selecciona um material para um determinado fim há que garantir a qualidade técnica e um custo aceitável. A qualidade técnica deve ser uma garantia da fiabilidade e durabilidade do material seleccionado. - Fiabilidade (reability) - é a aptidão de um material para realizar uma função pretendida em condições definidas, durante um certo tempo. - Durabilidade (durability) é a avaliação da resistência do material ao desgaste e às alterações físicas e químicas sob determinadas condições de uso. Para avaliar as propriedades dos materiais de construção recorre-se a ensaios que podem ser de dois tipos: - Ensaios de Investigação são ensaios em que se procede à pesquisa de todas as propriedades físicas, químicas, mecânicas, etc., dos materiais. - Ensaios de Recepção são ensaios mais simples que pretendem apenas determinar certas propriedades. Os ensaios de recepção dos materiais podem ser classificados como destrutivos e não destrutivos. Os ensaios de recepção destrutivos inviabilizam o material para o uso (o ensaio de resistência à tracção de um provete de aço e o ensaio de resistência à compressão do betão inutilizam os respectivos materiais para o uso). Quando se realizam estes ensaios, não se determina a verdadeira resistência do material, mas os valores comparativos dos esforços Propriedades dos Materiais 8/43

10 exercidos pelo equipamento de ensaio no material, dado que os resultados dos ensaios dependem de vários factores, tais como: - forma e dimensões do provete; - velocidade de realização do ensaio; - modo de aplicação das cargas; - tipo de máquina; - condições de realização do ensaio Os ensaios de recepção não destrutivos utilizam métodos em que não há destruição das peças a ensaiar. Estes ensaios têm a vantagem de se poderem realizar na própria peça e portanto sem necessidade de recorrer a provetes, permitindo também acompanhar a resistência da peça ao longo do tempo. Seguidamente apresentam-se alguns ensaios de recepção não destrutivos: Esclerómetro de Schmidt os métodos esclerométricos aferir a resistência do betão à compressão, com base no recuo de um pistão depois deste colidir com a superfície da peça a ensaiar, estimando, desta forma, a resistência a partir da dureza superficial do betão. O esclerómetro de Schmidt (figura 6) é constituído por um pequeno cilindro maciço de aço junto ao qual existe uma mola que recua ao fazê-lo chocar com a superfície da peça. Este recuo é tanto maior quanto maior for a resistência à compressão da peça. Este método é útil para determinar a evolução do endurecimento do betão ou comparar a sua qualidade em diferentes zonas da mesma obra, mas não para controlar a resistência do betão já que a dispersão dos diferentes valores obtidos é bastante grande e além disso a parte ensaiada é apenas a camada superficial do betão. Os valores obtidos dependem de alguns factores como por exemplo, a posição do esclerómetro, o estado da superfície, a humidade do betão, a rigidez da peça e a concentração de grãos à superfície. Figura 6 - Esclerómetro de Schmidt. Propriedades dos Materiais 9/43

11 Martelo de Einbeck trata-se também de um ensaio de dureza, conseguido à custa de uma mossa provocada na superfície da peça de betão com um martelo. Mede-se o diâmetro da mossa e quanto maior ele for menos duro é o material. Métodos de auscultação dinâmica estes métodos consistem em imprimir vibrações às peças em observação com vista a determinar a resistência mecânica. Método de Propagação de Ondas este método consiste na emissão de um pulso sonoro (através de uma sonda de emissão) ao material a estudar e a partir da trajectória das ondas no interior do material, aferir a integridade das propriedades desse material. A partir da velocidade de propagação pode-se determinar o módulo de elasticidade e, a partir deste obter a resistência da peça. Há tendência para usar a velocidade de propagação como elemento aferidor da resistência da peça, em vez do módulo de elasticidade. Apresentam-se os valores médios da velocidade de propagação em alguns materiais: Granito 4000 a 6000 m/s Betão 4400 a 5000 m/s Aço 5600 m/s a 5900 m/s Alumínio 6200 m/s Terra vegetal 300 a 600 m/s Para a aplicação deste método pode-se usar um aparelho designado por PUNDIT Portable Ultrasonic Non-Destructive Digital Indicating Tester (figura 7). Este equipamento produz ondas ultra sónicas que são transmitidas ao material através de uma sonda que é colocada numa das faces do material. No extremo oposto é posicionada outra sonda que recebe o sinal propagado através do material. Desta forma é possível detectar defeitos no interior da peça, tais como cavidades, fendas e fissuras. Propriedades dos Materiais 10/43

12 a) b) Figura 7 Pundit. Consultando o ábaco da figura 2b) pode-se determinar a resistência à rotura por compressão. A velocidade de propagação das ondas no betão depende de vários factores: distância percorrida através do betão, dimensões transversais da peça testada, presença de armaduras e composição do betão. Método das Radiações estes métodos recorrem à aplicação de Raios X e Raios γ para detecção de defeitos em metais e peças de betão. 6. Propriedades gerais dos materiais A relação entre a massa e o volume dos materiais permite caracterizar objectivamente alguns materiais. A massa corresponde à quantidade de matéria encerrada num corpo e a unidade utilizada para a quantificar é quilograma (kg). A massa é proporcional ao peso do mesmo corpo quando estas duas grandezas são aferidas no mesmo local, isto porque o peso de um corpo corresponde à força com que a sua matéria é atraída para o centro da Terra. A unidade utilizada para quantificar o peso de um corpo é quilograma força (kgf). A partir destas duas propriedades podem ser definidas outras grandezas tais como: Volume aparente, V (ou volume total): na quantificação do volume aparente de um corpo consideram-se o volume de matéria e o volume dos vazios nele encerrados: V=V r +V v (1) Em que: V Volume aparente (m 3 ) V r Volume absoluto (m 3 ) V v Volume de vazios (m 3 ) Propriedades dos Materiais 11/43

13 Volume absoluto, V r (ou volume real): corresponde ao volume ocupado pela matéria, não se considerando o volume de vazios desse corpo; V r =V - V v (2) Massa volúmica aparente: corresponde à massa de um corpo por unidade de volume aparente desse corpo (kg/m 3 ); Massa volúmica absoluta: é a relação entre a massa de um corpo e o volume absoluto (real) desse corpo (kg/m 3 ); Peso volúmico: é o peso de um corpo por unidade de volume aparente desse corpo (kgf/m 3 ); Densidade: relaciona a massa de um corpo com a massa de igual volume de água a uma temperatura de 4ºC; Porosidade: corresponde ao quociente entre o volume de vazios e o volume aparente (expresso em %). 7. Características mecânicas dos materiais O dimensionamento estrutural de uma edificação só é possível quando se conhecem perfeitamente as propriedades mecânicas dos materiais que vão ser utilizados na sua construção. De uma forma muito simples, pode-se afirmar que o cálculo estrutural de um edifício consiste na definição de áreas capazes de resistir a uma determinada solicitação (por exemplo a uma carga, à acção do vento ou à acção de um sismo). Qualquer corpo quando é submetido à acção de uma solicitação exterior (força ou momento) sofre uma deformação (figura 8). As deformações podem ter carácter reversível ou irreversível. No primeiro caso, quando a força externa deixa de ser aplicada, o corpo retoma a sua forma inicial. Propriedades dos Materiais 12/43

14 a) Barra b) Tracção Compressão c) Esforço transverso d) Momento de flexão e) Momento de torção Figura 8 Deformações causadas por várias acções exercidas sobre uma barra. Em cada secção o esforço distribui-se pela área. Se a área da secção transversal é pequena, o esforço será grande; se a área aumentar, o esforço diminuirá. A relação entre as forças aplicadas numa determinada secção e a sua área designa-se por tensão, σ. Força σ = (3) Superfície O conceito de tensão é essencial em engenharia. A tensão máxima que um material suporta em determinadas condições de carregamento é uma característica muito importante desse material. Cada material reage de forma diferente às tensões instaladas, isto é, para uma mesma tensão poderá haver uma deformação diferente, em diferentes materiais. No entanto, a uma acção aplicada num determinado elemento corresponde sempre uma variação das suas dimensões (deformação). As variações dimensionais para além de serem proporcionais às tensões instaladas, também variam em função das dimensões lineares dos elementos onde os esforços estão a ser exercidos, pelo que devem ser expressas em função do comprimento unitário. É desta forma que se definem as deformações unitárias ou extensões. A extensão, ε, é expressa através da relação entre a variação dimensional provocada pelo carregamento relativamente ao comprimento inicial, medido antes da aplicação da força (figura 9). Propriedades dos Materiais 13/43

15 l o comprimento inicial do corpo (antes da aplicação da carga) l f comprimento do corpo medido durante a aplicação da carga Figura 9 Deformação de um corpo devido à acção de uma força de compressão. A Lei de Hooke estabelece a seguinte relação entre a tensão e a deformação sofrida por um determinado material: Tensão Deformação = Constante (4) A maioria das propriedades mecânicas dos materiais é obtida a partir de ensaios de tracção ou de compressão. Nesses ensaios submete-se um provete do material a uma carga axial, continuamente crescente até se dar a rotura (figura 10), registando-se os valores das cargas aplicadas (F) e das correspondentes deformações. Figura 10 Ensaio de tracção num provete. Os valores das tensões aplicadas e das respectivas deformações podem ser relacionados através do designado diagrama de tensão-deformação (figura 11). Propriedades dos Materiais 14/43

16 Figura 11 - Diagrama tensões normais - deformações de um aço macio. A partir da análise do diagrama da figura 11, podem-se quantificar alguns parâmetros, tais como limite de resistência à rotura, limite elástico ou módulo de elasticidade. No mesmo diagrama, as tensões nominais, σ, são dadas por : F σ = (5) A 0 em que F é a força de tracção e A 0 é a área da secção inicial do provete. A deformação nominal, ε, isto é, a extensão, é calculada por L - L 0 ε = = (6) L 0 L L em que L é o aumento de comprimento e L 0 é o comprimento inicial do provete. 0 Ainda da análise do diagrama da figura 11, é possível identificar as seguintes fases de comportamento do material (até este atingir a rotura): Regime elástico Ocorre durante a fase inicial do ensaio, em que a tensão nominal, σ, é proporcional à deformação nominal, ε. A tensão limite de proporcionalidade, σ p, corresponde ao ponto em que deixa de haver proporcionalidade entre as tensões e as deformações. A tensão limite de elasticidade, σ e, isto é, a tensão para além da qual o material apresenta, após a descarga, deformações permanentes, é ligeiramente superior a σ p. Usualmente considera-se σ e σ p. A área triangular situada abaixo do diagrama, desde zero até σ p, Propriedades dos Materiais 15/43

17 chama-se módulo de resiliência e representa a capacidade física do material em absorver energia sem adquirir deformações permanentes. Cedência plástica A cedência plástica é atingida quando a força aplicada, F, passa a manter-se estacionária. A tensão correspondente designa-se por tensão de cedência, σ c. O trecho do diagrama que corresponde à cedência é sensivelmente horizontal e designa-se por patamar de cedência. A partir desta fase e até à rotura, o material apresenta sempre deformações permanentes após a descarga, o que caracteriza o comportamento plástico. Endurecimento Na fase de endurecimento, a tensão nominal atinge o valor máximo, σ r, a que se dá o nome de tensão de rotura do material, ainda que a rotura do provete não ocorra nesta fase. No entanto, esta designação justifica-se pelo facto do valor máximo da tensão nominal coincidir com a rotura no caso dos materiais frágeis. Observa-se que até ao final da fase de endurecimento, a deformação é sensivelmente uniforme ao longo do provete. Estricção A estricção ocorre após o endurecimento e caracteriza-se por a deformação deixar de ser uniforme ao longo do provete, concentrando-se numa determinada zona zona de estricção - facilmente identificável por um acentuado estrangulamento da secção transversal do provete. O provete rompe finalmente pela secção mais reduzida na zona de estricção. Durante esta fase, ao decréscimo da tensão nominal corresponde um acréscimo da deformação nominal. Um aspecto importante a referir no ensaio de tracção é a diferença do comportamento observado entre materiais dúcteis e materiais frágeis: um material dúctil sofre uma deformação plástica significativa antes da rotura, enquanto que um material frágil exibe um comportamento praticamente elástico até à rotura. Os materiais também se podem deformar devido a outras causas, tais como o acréscimo de temperatura: se um material sofrer um aumento de temperatura dilatar-se-á. Para um estudo mais pormenorizado, pode-se classificar essa dilatação em três tipos: dilatação linear (que Propriedades dos Materiais 16/43

18 ocorre apenas numa dimensão), dilatação superficial (ocorre em duas dimensões) e dilatação volumétrica (ocorre em três dimensões). Todos os materiais são caracterizados por um coeficiente de dilatação térmica linear, α. Este parâmetro permite prever as deformações sofridas pelos materiais devido à acção da temperatura. Uma barra de um determinado material, de comprimento inicial L 0 e temperatura inicial T 0, ao ser aquecida à temperatura T, passa a ter um novo comprimento L (figura 12). Figura 12 Efeito do acréscimo de temperatura no comprimento de uma barra de um determinado material. (7): A variação do comprimento da barra, L, da figura 12, pode ser calculada pela expressão L = α T (7) L 0 O comprimento da barra, L, correspondente ao acréscimo de temperatura t=t-t 0 é dado pela seguinte expressão: ( 1+ α t) L = L0 (8) Nas expressões (7) e (8): L 0 Comprimento inicial (mm) α Coeficiente de dilatação térmica linear (ºC -1 ) t Variação de temperatura (ºC) Quando se pretende estudar a dilatação de uma laje de betão devida ao aumento de temperatura, a ocorrência predominante é o aumento da superfície dessa laje. Uma laje de área inicial A 0 a uma temperatura t 0, ao ser aquecida à temperatura t, passa a ter uma área A (figura 13). Propriedades dos Materiais 17/43

19 Figura 13 Efeito do acréscimo de temperatura na área da secção de um determinado material. A variação da área da secção, A, devido ao acréscimo de temperatura t do material da figura 13 é calculada pela expressão: A = β t (9) A 0 Em que β = 2 α (10) A área da secção, A, correspondente à temperatura T pode ser calculada através da expressão (11). ( 1+ β t) A = A 0 (11) Nas expressões (9), (10) e (11): t - Variação de temperatura, t-t 0 (ºC) A 0 Área da secção inicial (mm 2 ) β - Coeficiente de dilatação superficial (ºC -1 ) Na dilatação de um paralelepípedo devido ao aumento de temperatura, o facto predominante é o acréscimo de volume desse paralelepípedo. Um corpo de volume inicial V 0 à temperatura t 0, ao ser aquecido à temperatura t, passa a ter um volume V (figura 14). Figura 14 Efeito do aumento de temperatura no volume de um corpo de um determinado material. A variação de volume, V, do corpo da figura 14, devido ao acréscimo de temperatura t é: V = γ t (12) V 0 Propriedades dos Materiais 18/43

20 Em que. γ = 3 α (13) O volume final do corpo, V, correspondente à temperatura t é dado pela expressão (14): ( 1+ γ t) V = V0 (14) Nestas três ultimas expressões: V 0 Volume do corpo (mm³), à temperatura t (ºC) γ - Coeficiente de dilatação volumétrica (ºC -1 )) t - variação de temperatura, t-t 0 (ºC) 6. Características térmicas dos materiais 6.1 Comportamento ao fogo A principal característica de um material, em termos de segurança contra incêndio, é a sua maior ou menor contribuição para a deflagração de um incêndio ou para o seu desenvolvimento. Esta característica designa-se por reacção ao fogo e permite classificar os materiais em cinco classes (figura 15). No quadro 1 indicam-se as características mais importantes de cada classe de reacção ao fogo dos materiais. R eacção ao Fogo Incom bustível M 0 Combustível N ão inflam ável M 1 Inflam ável M 2 M 3 M 4 Figura 15 Classes de reacção ao fogo dos materiais. Propriedades dos Materiais 19/43

21 Classes de reacção ao fogo M 0 M 1 M 2 M 3 M 4 Descrição São incombustíveis Submetidos ao calor, decompõem-se sem chama, sem emissão sensível de calor, sem libertação apreciável de gases combustíveis ou nocivos. A sua combustão ou incandescência termina após a supressão da fonte de calor. A sua combustão ou incandescência prossegue mesmo após o afastamento da fonte de calor. A sua combustão ou incandescência prossegue e propaga-se até à destruição total. Exemplos - Pedra - Gesso - Betonilha - Metais - Reboco com pintura - PVC rígido - Espuma de poliestireno ignifugado - Papel reforçado com juta - Reboco ou estuque com pintura espessa - Tacos de madeira - Mosaicos vinílicos - Aglomerado composto de cortiça - Derivados de madeira envernizados - Aglomerado negro de cortiça Quadro 1 Características das classes de reacção ao fogo dos materiais. A classificação apresentada no quadro 1 será substituída pela classificação europeia de desempenho de reacção ao fogo para os materiais de construção. Esta classificação baseia-se em factores diversos, tais como aumento de temperatura, perda de massa, tempo de presença da chama e taxa de propagação do fogo. A classificação europeia estabelece a classificação da seguinte forma: 1. Produtos de construção, excluindo pavimentos CLASSES: A1 F; 2. Produtos de construção de pavimentos, incluindo os seus revestimentos, com classes desde A1 FL a F FL ; 3. Produtos lineares para isolamento térmico de condutas, com classes desde A 1L a F L. Outra característica dependente dos materiais, tem a ver com a manutenção das funções dos elementos estruturais e de compartimentação durante um determinado tempo. Designa-se por resistência ao fogo e avalia o tempo que decorre entre o início do processo térmico a que o Propriedades dos Materiais 20/43

22 elemento é submetido e o momento em que ele deixa de satisfazer determinadas exigências relacionadas com as suas funções. É analisada sob vários aspectos: - Estabilidade ao fogo garantir que não se esgota a capacidade resistente, dos elementos de construção a que apenas se exija a função de suporte, durante um determinado tempo em minutos. O elemento designa-se por estável ao fogo, EF (exemplo: pilar EF 90 estável ao fogo durante pelo menos 90 minutos). - Estanquidade ao fogo assegurar que não há emissão de chamas ou gases inflamáveis, por atravessamento dos elementos, a que se exija função de compartimentação, durante um certo período de tempo. Um elemento com estas características designa-se por pára-chamas, PC. (exemplo: porta PC 30 estanque ao fogo durante pelo menos 30 minutos). - Isolamento Térmico garantir que não se atingem certos limites de temperatura na face do elemento não exposto ao fogo, durante um determinado período de tempo. Um elemento que garanta este isolamento designa-se por corta-fogo, CF. (exemplo: parede CF 60 garante isolamento térmico pelo menos durante 60 minutos). A classificação dos elementos estruturais ou de compartimentação do ponto de vista da sua resistência ao fogo compreende, para cada uma das três qualificações consideradas estável ao fogo, pára-chamas e corta-fogo - nove classes, correspondentes aos seguintes escalões de tempo, indicados em minutos: A Directiva 2000/367/CE, apresenta outra classificação para avaliação do desempenho ao fogo dos produtos de construção, baseada nos parâmetros REI: R Capacidade de suporte de carga E Estanquidade às chamas e gases quentes I Isolamento térmico 6.2 Comportamento térmico dos materiais A transmissão do calor entre dois elementos ocorre sempre que se verifique uma diferença de temperatura entre eles, dando-se o fluxo no sentido das menores temperaturas. O fluxo de calor, φ, é a quantidade de calor que passa através de uma determinada superfície por unidade de tempo. A transmissão de calor pode ocorrer por: Propriedades dos Materiais 21/43

23 Radiação os corpos emitem energia sob a forma de ondas electromagnéticas. Quanto mais quente estiver um corpo mais energia liberta. Convecção corresponde à passagem do calor de uma zona para a outra de um fluído, por efeito do movimento relativo das suas partículas, provocado por uma diferença de pressão devida a um diferencial de temperatura com a consequente diferença de densidade da massa fluida considerada. Condução a condução de calor ocorre sempre que há diferença de temperatura, do ponto de maior para o ponto de menor temperatura, sendo esta a forma típica de propagação de calor nos sólidos. As partículas que constituem o corpo, no ponto de maior temperatura vibram intensamente, transmitindo a sua energia cinética às partículas vizinhas. O calor é transmitido do ponto de maior para o ponto de menor temperatura, sem que a posição relativa das partículas varie. Alguns materiais conduzem melhor o calor que outros. Esta propriedade é expressa pela condutibilidade térmica, λ, que é uma propriedade térmica do material. A condutibilidade térmica de um material corresponde ao fluxo de calor que percorre 1 m 2 de uma parede com 1 m de espessura desse material, quando a diferença de temperatura entre as duas faces da parede é de 1ºC (figura 16) e exprime-se em W/m ºC. Figura 16 Condutibilidade térmica de um material. A espessura de um material é um factor muito importante a considerar já que a espessura é directamente proporcional ao seu isolamento térmico. No entanto, há outros factores a considerar no estudo do comportamento térmico dos materiais, para além da espessura. A resistência que um determinado material oferece à passagem de calor, é a relação entre a sua espessura, expressa em metro, e a sua condutibilidade térmica, λ (figura 17). A resistência térmica, R, de um elemento de construção pode ser determinada através da expressão (15) e expressa-se em [(m 2 ºC)/W]. Propriedades dos Materiais 22/43