Engenheiros e técnicos do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) passaram meses recriando meticulosamente os longos pisos de concreto apoiados por vigas de aço comumente encontradas em edifícios de escritórios altos, apenas para incendiar deliberadamente as estruturas, destruindo-os em uma fração do tempo que levou para construí-los.

Esses experimentos cuidadosamente planejados produziram lajes de concreto rachadas e vigas de aço contorcidas, mas dos escombros surgiu uma riqueza de novas percepções sobre como as estruturas do mundo real se comportam e podem, eventualmente, falhar em incêndios descontrolados em edifícios. Os resultados do estudo, relatado no Journal of Structural Engineering , indicam que as estruturas construídas para codificar nem sempre estão equipadas para sobreviver às forças induzidas por mudanças extremas de temperatura, mas os dados obtidos aqui podem ajudar os pesquisadores a desenvolver e validar novas ferramentas de projeto e códigos de construção que reforçam a segurança contra incêndio.

Nos Estados Unidos, materiais à prova de fogo são pulverizados ou pintados em vigas ou colunas de suporte de peso para diminuir o aumento de temperatura em caso de incêndio. Esses materiais, que são normalmente as únicas medidas de resistência ao fogo integradas aos esqueletos dos edifícios, são exigidos pelos códigos de construção para serem grossos o suficiente para atrasar a deterioração estrutural por um certo número de horas. A responsabilidade de apagar incêndios ou evitar que se espalhem, Contudo, normalmente recai em medidas fora do projeto estrutural, como sistemas de sprinklers e bombeiros locais.

A abordagem atual para segurança contra incêndio é normalmente suficiente para proteger a maioria dos edifícios contra o colapso; Contudo, são raras as situações em que os sistemas de proteção contra incêndios e os esforços de combate a incêndios não são suficientes. Em circunstâncias terríveis como essas, onde o fogo se enfurece de forma descontrolada, as chamas podem, às vezes, queimar tão quente que sobrepujam a defesa da proteção contra fogo e selam o destino da estrutura.

Assim como o líquido vermelho em um termômetro sobe em um dia quente, os componentes de um edifício sofrerão alongamento térmico em temperaturas elevadas. Mas enquanto o líquido tem espaço para se expandir, vigas de aço, como aqueles usados ​​para segurar andares em prédios de escritórios, são normalmente amarrados em suas extremidades para apoiar colunas, que normalmente permanecem frios e mantêm sua forma por mais tempo devido à proteção adicional contra fogo e ao reforço da estrutura circundante. Com muito pouco espaço de manobra, feixes que aquecem durante os incêndios podem pressionar seus limites intransigentes, potencialmente quebrando suas conexões e causando o colapso dos pisos.

Para preparar melhor os edifícios para os piores cenários, projetos estruturais podem precisar levar em conta as forças introduzidas por incêndios. Mas, como o comportamento de um prédio em chamas é complexo, engenheiros estruturais precisam de ajuda para prever como seus projetos se comportariam em um incêndio real. Modelos de computador que simulam incêndios em edifícios podem fornecer orientação inestimável, mas para que essas ferramentas sejam eficazes, uma quantidade considerável de dados experimentais é necessária primeiro.

"O principal objetivo deste experimento é desenvolver dados de estrutura realista e condições de fogo que podem ser usados ​​para desenvolver ou validar programas computacionais, "disse Lisa Choe, Engenheiro estrutural do NIST e autor principal do estudo. "Então, os programas podem ser expandidos para diferentes configurações de edifícios e usados ​​para o projeto."

As estruturas raramente são testadas contra fogo em uma escala realista. Os testes padrão usam fornos de laboratório que normalmente acomodam apenas componentes individuais ou pequenos conjuntos sem os tipos de conexões finais que são usados ​​em edifícios. O tamanho é menos problemático para o NIST, Contudo. Dentro do National Fire Research Laboratory (NFRL), os engenheiros podem construir e queimar com segurança estruturas de até dois andares e ter uma infinidade de ferramentas disponíveis para inspecionar a destruição.

Imitando o design de pisos de prédios de escritórios altos, Choe e seus colegas do NFRL formaram lajes de concreto sobre vigas de aço medindo 12,8 metros (42 pés) - um comprimento típico em prédios de escritórios e também o mais longo testado contra fogo nos Estados Unidos. Os pisos estavam suspensos no ar, presos em suas extremidades para apoiar as colunas por duplo ângulo ou conexões de guia de cisalhamento, que têm formatos diferentes, mas ambos são comuns.

Para tornar as condições de teste ainda mais reais, os engenheiros usaram um sistema hidráulico para puxar o chão, simulando o peso dos ocupantes e objetos móveis como móveis. As vigas também foram revestidas com material à prova de fogo com uma classificação de resistência ao fogo de duas horas para atender aos requisitos do código de construção, Disse Choe.

Dentro de um compartimento à prova de fogo, três queimadores movidos a gás natural queimaram o chão por baixo, liberando calor tão rapidamente quanto um incêndio em um prédio real. Enquanto o compartimento aquecia, vários instrumentos mediram as forças sentidas pelos feixes junto com sua deformação e temperatura.

À medida que as temperaturas dentro do compartimento ultrapassavam 1, 000 C, os feixes de expansão, tendo sido restringido entre duas colunas de suporte, começou a ceder perto de suas extremidades.

Nenhum piso saiu dos testes de incêndio imaculados, mas alguns resistiram mais do que outros. Após cerca de uma hora de aquecimento, as conexões da guia de cisalhamento de uma viga - agora tendo caído mais de dois pés - fraturadas, levando ao colapso. As vigas com conexões de ângulo duplo, Contudo, venceu o calor e permaneceu intacto. Isso é, até que eles caíram horas depois que os fornos foram desligados, à medida que os feixes resfriaram e se contraíram de volta para cima, quebrar as conexões de ângulo duplo.

Embora o pequeno tamanho da amostra do estudo signifique que conclusões sobre edifícios em geral não puderam ser tiradas, Choe e sua equipe descobriram que as vigas com conexões de ângulo duplo suportaram maiores forças e deformações das mudanças de temperatura do que aquelas com conexões de guia de cisalhamento.

“A influência do alongamento e da contração térmica é algo que não devemos ignorar no projeto de estruturas de aço expostas a incêndios. Essa é a grande mensagem, "Choe disse.

Em direção ao objetivo de projetos mais robustos, esses resultados fornecem dados valiosos para os pesquisadores que desenvolvem modelos preditivos de incêndio que podem estabelecer uma base para edifícios que resistem não apenas a queimaduras, mas a força do fogo.