Forno instalado na EESC realiza experimentos com materiais em situação de incêndio

Equipamento, em operação no Brasil desde 2011, pode atingir até 1200 ºC e permite analisar experimentalmente o comportamento de diversos elementos estruturais 

Um forno horizontal, atualmente instalado no Departamento de Engenharia de Estruturas (SET) da Escola de Engenharia de São Carlos (EESC) da USP, tem viabilizado nos últimos anos diversas pesquisas voltadas ao ganho de conhecimento sobre a segurança de elementos estruturais a partir de sua exposição a cenários de incêndio. Trata-se de um importante equipamento alimentado com gás natural, o qual possui dimensões internas iguais a 4 m x 3 m de base e 1,5 m de altura, oito queimadores e pode atingir até 1200 ºC. Por meio desse forno, um dos primeiros do tipo instalados no Brasil, estruturas como lajes, vigas e paredes têm suas resistências verificadas em temperaturas elevadas e sob a ação de uma carga pré-determinada. Com o uso desse forno já foram realizados experimentos em vigas de aço e mistas de aço e concreto, vigas de madeira e mistas de madeira e concreto, pisos de madeira e elementos de alvenaria estrutural. 

O equipamento é revestido internamente com manta cerâmica resistente ao calor e possui gavetas em duas paredes laterais por onde é possível passar partes não aquecidas de elementos a serem testados, tais como vigas. Dependendo do experimento, elementos estruturais inteiros em escala natural também podem ser inseridos diretamente em seu espaço interno. O professor Carlito Calil Junior, docente do SET, esclarece que durante a realização de ensaios, os quais ocorrem sob altas temperaturas que simulam as condições de um incêndio, é preciso analisar e assegurar a resistência dos materiais sob carregamento, uma vez que as cargas acabam contribuindo para conduzir a estrutura ao colapso. “Trata-se de importante característica, pois ainda que elementos ensaiados sem carregamento possam ser de interesse em alguns casos, o ideal é considerar carregamento aplicado no elemento em simultaneidade com a ação térmica, situação representativa das estruturas quando expostas ao incêndio e, portanto, de maior interesse enquanto análise estrutural da edificação”, afirma.

Diversos estudos já foram realizados graças ao forno. Além de pesquisas acadêmicas, esse mesmo equipamento também tem sido utilizado em ensaios para indústrias da construção civil. “É um equipamento bastante completo, tanto do ponto de vista da instrumentação como no referente à variedade de materiais que pode ser analisada em situação de incêndio, seguindo todas as normas internacionais”, celebra Calil. 

A compra do forno, que na época custou cerca de R$ 580.000,00, foi financiada pela Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP). Para colocá-lo em funcionamento, foi preciso ainda investir na infraestrutura para levar gás natural encanado para dentro do Laboratório. Até 2010, muitas vezes os pesquisadores que trabalhavam nessa área precisavam recorrer a simulações computacionais e análises teóricas do comportamento das estruturas sob altas temperaturas. “Muitos pesquisadores e empresários, à época, realizavam seus ensaios no exterior, pois não havia um forno desse no Brasil, muito menos alguém que pudesse fabricá-lo. Tivemos muitas dificuldades. Cheguei a fazer um orçamento para trazer um forno da Inglaterra”, lembra o Professor Calil. 

O professor Jorge Munaiar Neto, também docente do SET, recorda que a chegada do forno à EESC em 2010 resultou em importante quebra de barreira à pesquisa. “Até então, trabalhávamos com informações de experimentos realizados por outros pesquisadores, na maioria das vezes, usando dados de estudos de outros países, os quais nem sempre eram suficientemente representativos para nossos objetivos”, afirma. Um exemplo, dentre vários, se volta a ensaios em vigas de madeira em incêndio, cujas informações obtidas nos experimentos permitiram constatar aspectos até então identificados apenas em ensaios realizados no exterior. “Como aspecto de interesse, por exemplo, após a realização de nossos ensaios em vigas de madeira, ainda que externamente fique evidente uma intensa camada carbonizada, internamente ainda existe uma grande parte de material não carbonizado”, complementa Jorge.

Para os especialistas, oferecer aos alunos dos cursos de engenharia da EESC, em níveis de graduação ou pós-graduação, a possibilidade de terem à disposição um forno como esse é um grande privilégio e um diferencial na formação, tendo em vista a oportunidade de poder presenciar a realização de ensaios. “Quanto mais completo for o conjunto de equipamentos em contexto de incêndio em uma instituição, melhor para seus estudantes, pois poucas são as instituições no Brasil que possuem fornos de grandes dimensões que possibilitam acompanhar ensaios de elementos estruturais em escala natural. Quando ligamos o forno, alunos de outras áreas de pesquisa do SET aproveitam para acompanhar a realização de ensaios”, destaca Jorge.

Alguns produtos de interesse na construção civil estão sendo estudados nos últimos anos no forno da EESC, como o uso de concreto com agregados reciclados buscando a redução de resíduos poluentes. “Estamos atualmente desenvolvendo pesquisas analisando elementos mistos de aço e concreto com agregados reciclados, cujos ensaios em nosso equipamento permitiram verificar a eficiência desse tipo de concreto enquanto resistência e barreira térmica”, ressalta Jorge. 

Empresários do setor de materiais para construção civil têm se beneficiado do aparelho, já que saber como é o desempenho do elemento estrutural quando submetido à ação do fogo é determinante para a indústria. "O controle de qualidade oferecido pela USP, uma das melhores universidades na América Latina, já atestou a segurança de vários produtos da construção civil, inclusive de materiais que estão entrando no mercado agora", afirma Calil, ressaltando que a industrialização da construção civil é uma tendência mundial, e a Engenharia de Segurança é um setor que deve crescer ainda mais nos próximos anos.

Felipe Icimoto, engenheiro de Pesquisa e Desenvolvimento na AMATA Urbem, empresa que está implantando uma indústria com alta escala de produção de madeira engenheirada no Brasil – a qual em parceria com o fabricante austríaco KLH, forneceram as lajes em CLT (Cross Laminated Timber, em inglês) na construção do primeiro edifício comercial do Brasil com 3 pavimentos em CLT, localizado em São Paulo, no bairro de Pinheiros, conta que por conhecer a EESC, onde realizou mestrado, doutorado e pós-doutorado, sabia da expertise da Instituição nesta área e buscou a parceria na investigação da resistência ao fogo de laje em CLT.

“Neste estudo, nós avaliamos a resistência da laje de madeira exposta diretamente ao fogo com aplicação de carregamento, e obtivemos resultado positivo, onde ao final do ensaio a laje manteve sua capacidade estrutural. Além de utilizar matéria prima proveniente de um recurso natural renovável, a madeira engenheirada é um produto industrializado altamente tecnológico e tem como características principais a resistência estrutural e a precisão em sua fabricação, o que facilita a montagem e otimiza o tempo de obra. Os elementos pré-fabricados de madeira engenheirada estão ganhando destaque na construção civil, com diversos projetos de prédios em andamento no Brasil e na América do Sul, o que vem despertando o interesse de fundos de investimentos no setor”. A parceria entre a AMATA Urbem e a EESC ainda continua e novos testes estão em andamento na Universidade.

Para obter informações referentes ao forno da EESC/USP, basta entrar em contato com o professor Jorge utilizando o e-mail jmunaiar@sc.usp.br ou pelo telefone (16) 3373-9487.

Texto: Assessoria de Comunicação da EESC, Jorge Munaiar Neto e Carlito Calil Junior, com informações de Felipe Icimoto.