RELATÓRIO TÉCNICO N 04/2008 ANÁLISE DA AÇÃO DE ALTAS TEMPERATURAS EM PAINEL EM ALVENARIA DE BLOCOS CERÂMICOS VAZADOS

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1 RELATÓRIO TÉCNICO N 04/2008 ANÁLISE DA AÇÃO DE ALTAS TEMPERATURAS EM PAINEL EM ALVENARIA DE BLOCOS CERÂMICOS VAZADOS - Pauluzzi Produtos Cerâmicos LTDA - Porto Alegre - Fevereiro de 2008.

2 RELATÓRIO TÉCNICO Cliente: PAULUZZI PRODUTOS CERÂMICOS LTDA. Rodovia RS 118 Km 7,3 / n 7131 Sapucaia do Sul/RS CEP Fone: (51) pauluzzi@pauluzzi.com.br 1. INTRODUÇÃO Este Relatório Técnico apresenta os resultados obtidos no ensaio de um painel executado em alvenaria estrutural de blocos cerâmicos vazados, submetido a altas temperaturas. O ensaio foi realizado pela equipe de engenheiros e técnicos do Laboratório de Ensaios e Modelos Estruturais LEME, da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, no período de 15 a 17 de março de OBJETIVOS O objetivo principal do presente estudo foi determinar o desempenho de 1 tipo de painel executado em alvenaria de blocos cerâmicos vazados, fabricados pelas empresas Pauluzzi Produtos Cerâmicos Ltda., quando submetidos a altas temperaturas, sob carga de serviço, simulando uma situação real de aquecimento provocada durante um incêndio. 2

3 3. ESTRATÉGIA DE ENSAIO A estratégia de ensaio adotada consistiu em expor o painel a um aquecimento total de 900 o C em uma de suas faces, através do uso de um forno com aquecimento programável. No decorrer do ensaio, monitorou-se a elevação da temperatura na face não-exposta e no interior da amostra. O painel foi mantido sob uma carga axial de 6,25 tf/m. O procedimento de ensaio foi concebido a partir das recomendações da norma brasileira NBR 5628 Componentes Construtivos Estruturais: Determinação da Resistência ao Fogo, que estabelece como verificar o desempenho de um material como isolante térmico. Para a realização do ensaio foi utilizada a metodologia descrita a seguir: locação de pontos de medida das temperaturas na face não-exposta (externa) da amostra; execução de furos em diferentes profundidades, a partir da face nãoexposta (externa), para o posicionamento dos termopares; acoplagem do painel ao forno; instalação do sistema de aplicação de carga; aplicação da carga prevista com auxílio de um macaco hidráulico; transferência da carga aplicada pelo macaco hidráulico para tirantes do sistema de reação do pórtico de ensaio. colocação dos termopares nos furos executados nos pontos de medida, conforme indicado no item 5, sendo os mesmos colmatados com massa resistente ao calor; conexão dos termopares ao equipamento de leitura das temperaturas (Datalogger) e deste ao computador; 3

4 acionamento do forno para aquecimento da face interna do corpo-deprova, sendo adotada uma curva de incremento médio da temperatura de 27,5 o C/min, até que seja atingida a temperatura de referência de 900 o C (adaptada da Norma ISO 834: Fire Resistance Tests Elements of Building Construction); manutenção da temperatura a 900 o C, com registro contínuo da curva de evolução das temperaturas lidas pelos termopares, até que se atinja uma condição limite. Segundo a NBR 5628, o tempo de resistência às altas temperaturas (TRF) é definido como o tempo até que, ao menos uma das condições limite descritas a seguir, seja atingida: temperatura média na face não-exposta ao calor atinja 140 o C acima da temperatura ambiente (condição de isolamento); temperatura em qualquer ponto da face não-exposta ao calor atinja 180 o C acima da temperatura ambiente (condição de isolamento); surjam fissuras no elemento que permitam a passagem de gases aquecidos capazes de inflamar uma bucha de algodão encharcada com álcool (condição de estanqueidade); ocorra o colapso do elemento (condição de estabilidade); Caso nenhuma destas condições limite seja atingida, o ensaio é interrompido após o transcurso de 4 horas de exposição no patamar de 900 C, pois este é o tempo mais elevado prescrito por norma para materiais de construção em situação corta-fogo. 4

5 4. DESCRIÇÃO DO PAINEL ENSAIADO O painel avaliado possuía 74 cm de largura e 80 cm de altura, dimensões padronizadas para que seja possível acoplar o elemento ao forno de aquecimento. O mesmo foi confeccionado pelo fabricante do bloco cerâmico nas dependências do laboratório para a realização do ensaio. De acordo com as especificações do fabricante, o painel apresenta as seguintes características: Parede em alvenaria de blocos cerâmicos vazados com 14 cm de espessura total, compreendendo blocos cerâmicos BE (fabricante: PAULUZZI), cujas dimensões são 14 x 19 x 29 cm (largura x altura x comprimento), assentados com argamassa estrutural (fabricante: Fida), cuja resistência à compressão de 4MPa (dados fabricante). A figura 1 apresenta o aspecto do bloco cerâmico utilizado na confecção do painel. Figura 1 Aspecto do bloco cerâmico utilizado na confecção do painel 5

6 5. EQUIPAMENTOS DE ENSAIO Para aplicação da carga foi utilizado um macaco hidráulico com capacidade de 30tf, mobilizado com auxílio de uma bomba manual com limite de pressão de psi, como mostrado na figura 2. Figura 2 Aspecto da bomba utilizada no ensaio A medição da carga aplicada é feita com emprego de um sistema dotado de uma célula de carga com capacidade de 50 toneladas, calibrada com precisão de 0,5KN. A mesma pode ser vista na figura 3. Figura 3 Aspecto da célula de carga utilizada no ensaio 6

7 O registro das leituras de carga é realizado através de um sistema de aquisição de dados tipo System 5000, da National Instruments, como pode ser visto na figura 4. Este equipamento é gerenciado por um software que roda sobre a plataforma Windows. Os dados adquiridos são registrados num computador, o que permite o acompanhamento instantâneo da evolução da carga. Figura 4 Aspecto do sistema de aquisição de dados utilizado no ensaio Para execução do aquecimento de uma das faces do corpo-de-prova foi empregado um forno elétrico com potência de 18 kw/h, com controlador automático de temperatura digital micro-processado e precisão de 1 o C. O forno apresenta uma porta frontal com abertura de 50 x 50 cm, sendo dotado de resistências em aço Kanthal A e de isolamento térmico em fibra cerâmica. O mesmo possui um dispositivo especial que permite desligar as resistências situadas na porta e, conseqüentemente, deixa funcionando somente as internas. O equipamento admite que temperaturas de até 1050 o C sejam atingidas. A figura 5 mostra uma vista geral do forno. 7

8 Figura 5 Aspecto do forno utilizado nos ensaios A medição das temperaturas ao longo da espessura do elemento é feita com termopares tipo K, que possuem faixa de medição de 90 o a 1380 o C, linearização por software e compensação da junta fria. A precisão de leitura é de 0,2% da faixa máxima, o que equivale acerca de ±1 o C. A sua calibração vem de fábrica, não necessitando ajuste. A figura 6 mostra uma vista de um dos termopares utilizados. Figura 6 Aspecto de um dos termopares utilizados 8

9 O registro das leituras dos termopares é realizado com auxílio de um Datalogger monitorado por computador. O equipamento visto na figura 7 permite a aquisição e registro de variáveis analógicas. O mesmo possui 8 canais de entrada e é gerenciado por um software que roda sobre a plataforma Windows. Os dados adquiridos são registrados num computador, o que permite que seja acompanhada, através de gráficos, em tempo real, a evolução das temperaturas. Figura 7 Aspecto do Datalogger 6. INSTRUMENTAÇÃO DO PAINEL Logo após o posicionamento da parede ao forno, aplica-se a carga diretamente na célula de carga. Esta transmite a mesma ao sistema de aplicação do pórtico de ensaio. Quando o painel atinge o nível de compressão desejado, utilizam-se quatro tirantes metálicos para absorver a carga e aliviar a célula de carga e o macaco hidráulico, como mostram as fotos da figura 8(a) e 8(b). 9

10 (a) (b) Figura 8 Aspecto da (a) aplicação de carga e (b) atirantamento do pórtico. Além dos termopares posicionados na superfície externa do painel, antes da acoplagem da parede ao forno, a mesma foi perfurada para a colocação de termopares em diferentes profundidades, com o intuito de obter dados para traçar a evolução do perfil de temperatura na seção transversal do elemento. Na figura 9 observa-se o aspecto do painel após a instrumentação, com termopares em diferentes posições. Figura 9 Aspecto da instrumentação do painel 10

11 Salienta-se que os orifícios foram posicionados em torno do centro da área exposta, onde o fluxo de calor é mais uniforme, pois não é afetado por eventuais efeitos de borda. Após a colocação dos termopares, os mesmos foram tamponados com uma massa resistente ao calor, conforme a figura 10. Figura 10 Aspecto da colmatação dos furos Na figura 11, apresentam-se o detalhamento do painel e as posições dos termopares utilizados para medição do perfil de temperaturas. Na figura 12, apresenta-se uma vista superior de um bloco cerâmico com a posição dos termopares 3, 5, 6 e 7 em relação aos vazios do mesmo. Os demais furos (termopares 2, 4 e 8) foram realizados na junta de argamassa. Na tabela 1 encontram-se as profundidades dos termopares utilizados para medir o perfil de temperatura através do painel. Os termopares utilizados como parâmetro para verificar os critérios de norma foram os termopares 7 e 8. 11

12 Face Aquecida Vista superior Vista frontal Figura 11 Posições dos termopares no painel ensaiado Figura 12 Detalhe com posicionamento dos termopares 3, 5, 6 e 7 em relação ao bloco cerâmico Tabela 1 - Posicionamento dos termopares no painel Termopar POSIÇÃO 1 Forno mm da face externa / 000 mm da face interna mm da face externa / 025 mm da face interna mm da face externa / 070 mm da face interna mm da face externa / 095 mm da face interna mm da face externa / 115 mm da face interna mm da face externa / 140 mm da face interna mm da face externa / 140 mm da face interna 12

13 7. RESULTADOS A tabela 2 contém a evolução das temperaturas ao longo da espessura do protótipo, sendo possível observar os valores de tempo equivalente e as temperaturas correspondentes, registradas pelos termopares em determinado momento do ensaio. Na tabela são apresentados os dados necessários para verificação do atendimento aos parâmetros previstos na NBR 5628: a temperatura máxima atingida na face não aquecida, o tempo decorrido até que esta temperatura fosse alcançada e uma estimativa do tempo de resistência ao fogo (TRF) do elemento, baseado no ajuste do tempo de aquecimento em relação ao da norma. Tabela 2 Resultados do ensaio Termopar t (min) Temperatura [ºC] 045 eq eq eq eq Parâmetros NBR 5628 Chumaço Algodão Ensaio Laboratório Não inflamou Tmédia C *** t (min) Tmáxima C *** T máx [ºC] 164 t Tmáx [min] 236 Estimativa TRF >4h 13

14 De acordo com os resultados da tabela, nenhuma das condições limites impostas pela NBR 5628 foram atingidas no decorrer do ensaio. Este resultado indica que a resistência a altas temperaturas deste painel pode ser considerada como superior a 4 (quatro) horas. Em relação à degradação do material, observou-se que a face não-exposta ao calor permaneceu praticamente intacta ao término do ensaio, conforme mostra a figura 13. Figura 13 Aspecto da face não-exposta ao calor após o ensaio Após a abertura do forno, examinou-se visualmente a face exposta diretamente ao calor constatando-se o aparecimento de fissuras nos blocos cerâmicos, vistas na figura 14(a), que foram ocasionadas pelo desenvolvimento de um gradiente de temperatura entre a face aquecida (interna) e a face menos aquecida (externa), que provoca uma flexão do painel, parcialmente impedida pelo aumento da tensão confinante. As fissuras geradas não chegaram a permitir a passagem de gases aquecidos, capazes de inflamar uma bucha de algodão com álcool. 14

15 Percebeu-se também a existência de sinais de degradação nas juntas de argamassa. Esta degradação pode ser atribuída às reações de desidratação e alteração cristalina dos compostos da pasta de cimento, que ocorrem durante o aquecimento. Isto faz com que a argamassa sofra uma perda de resistência e assuma um aspecto friável, como mostrado na figura 14(b). (a) (b) Figura 14 Aspecto das fissuras (destacadas para melhor visualização) (a) e da degradação da argamassa na face exposta ao calor após o ensaio (b) 8. CONCLUSÕES Os ensaios realizados indicam que a transmissão de calor na parede avaliada se dá com um retardo térmico elevado. Os dados coletados indicaram uma estimativa de tempo de resistência a altas temperaturas superior a 4 horas, para as condições de ensaio adotadas. Este resultado pode ser visto como um bom indicativo quanto ao comportamento, em termos de isolamento térmico, que seria apresentado por este elemento em situações de incêndio. 15

16 Este relatório contendo 16 páginas e foi elaborado pela equipe técnica do Laboratório de Ensaios e Modelos Estruturais do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil da Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Porto Alegre, 08 de Fevereiro de Prof. Dario Lauro Klein CREA/RS n o Prof. João Luiz Campagnolo CREA/RS n o Prof. Luiz Carlos Silva Filho CREA/RS n o Participou do trabalho o acadêmico Lucas Tarragô Ramos de Araújo.