O uso da NBR 15200:2012 na elaboração de projetos ......De acordo com a NBR 14432:2001 o incêndio...
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O uso da NBR 15200:2012 na elaboração de projetos estruturais de concreto armado: custo ou
investimento?
Julho/2019
ISSN 2179-5568 – Revista Especialize On-line IPOG - Goiânia - Ano 10, Edição nº 17 Vol. 01 Julho/2019
O uso da NBR 15200:2012 na elaboração de projetos estruturais de
concreto armado: custo ou investimento?
HELENO WILSON RODRIGUES DE SOUZA – [email protected]
MBA em Projeto, Execução e Desempenho de Estruturas e Fundações
Instituto de Pós-Graduação - IPOG
Brasília, DF, 22 de setembro de 2018
Resumo
Na elaboração dos projetos de grande parte das estruturas de concreto armado os engenheiros
estruturais precisam atender requisitos gerais e específicos contidos na NBR 6118:2014. No
entanto, nesta Norma não estão incluídos requisitos exigíveis para evitar os estados-limites
gerados por alguns tipos de ações, como é o caso das ações provocadas por incêndios. A NBR
15200:2012 foi desenvolvida para preencher essa lacuna, estabelecendo os critérios de projeto
de estruturas de concreto em situações de incêndio, obedecendo os requisitos de resistência ao
fogo constantes na NBR 14432:2001. Essa pesquisa bibliográfica tem o objetivo de fomentar a
utilização da NBR 15200:2012 no meio técnico, uma vez que, mesmo com a possibilidade de
aumento de custos, sua aplicação representa mais segurança para os usuários da edificação
projetada. Para o desenvolvimento dessa pesquisa foram consultadas as Normas de projetos de
estruturas de concreto em vigor, publicações sobre o dimensionamento de pilares, lajes e vigas
em situação de incêndio e realizada uma comparação com o dimensionamento desses elementos
estruturais utilizando somente a NBR 6118:2014. A análise dos dimensionamentos indica um
acréscimo no quantitativo de materiais nas lajes, contudo, nos pilares e vigas o
dimensionamento com base na NBR 6118:2014 atendeu aos requisitos da NBR 15200:2012.
Concluiu-se que o ligeiro aumento nos quantitativos de materiais são variáveis de acordo com
o procedimento de verificação adotado, mesmo assim, pode ser traduzido em investimento à
preservação da vida humana e de patrimônios.
Palavras-chave: Incêndio. Segurança. Concreto armado. Estrutura.
1. Introdução
A segurança contra incêndio no Brasil na década de 70 não tinha como principal objetivo a
preservação da vida dos ocupantes das edificações, já que até então não tinham ocorrido grandes
incêndios no país. As exigências da época eram basicamente a disponibilidade de hidrantes e
de extintores para a proteção do patrimônio, era o foco das seguradoras. Logo após os incêndios
no edifício Andraus (1972), com 16 mortos e 336 feridos, e o do edifício Joelma (1974), com
179 mortos e 320 feridos, ambos em São Paulo, as medidas de segurança contra incêndios foram
reformuladas no Brasil. “O objetivo das regulamentações modernas de segurança contra
incêndio é proteger a vida e evitar que os incêndios, caso se iniciem, se propaguem para fora
de um compartimento do edifício” (SILVA, 2012, p.17). Atualmente a Associação Brasileira
de Normas Técnicas (ABNT) dispõe de algumas normas que estabelecem condições mínimas
a serem atendidas nos projetos de segurança contra incêndio, a NBR 14432:2001 – Exigências
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de resistência ao fogo de elementos construtivos de edificações - Procedimento, nos projetos
de dimensionamentos a NBR 14323:2013 – Projeto de estruturas de aço e de estruturas mistas
de aço e concreto de edifícios em situação de incêndio, e a NBR 15200:2012 – Projeto de
estruturas de concreto em situação de incêndio. Segundo Silva (2012), nos estados onde os
Corpos de Bombeiros não exigirem o cumprimento das normas da ABNT em suas Instruções
Normativas, deve ser utilizado o Código de Defesa do Consumidor (CDC). A NBR 6118:2014,
no seu item 10.3, estabelece que a segurança das estruturas de concreto deve sempre ser
verificada em relação ao estado-limite último de esgotamento da capacidade resistente da
estrutura, no seu todo ou em parte, considerando exposição ao fogo, conforme a ABNT NBR
15200. Apesar do conhecimento sobre a redução das propriedades mecânicas do concreto
quando submetido a altas temperaturas, ainda há resistência por parte dos projetistas em
dimensionar estruturas com base na NBR 15200:2012, em razão de possíveis aumentos das
dimensões das peças estruturais e consequente aumento do quantitativo de materiais, afetando
a concorrência entre os profissionais. Deve-se priorizar a economia em detrimento da
segurança? Com o objetivo de fomentar a utilização da norma, serão apresentados nessa
pesquisa exemplos de dimensionamentos de elementos estruturais de acordo com a NBR
15200:2012, onde será possível verificar o aumento de materiais em comparação ao
dimensionamento utilizando somente a NBR 6118:2014, e, diante de tal comparação, trazer a
reflexão se o possível aumento no valor do projeto representa custo ou investimento na
segurança da edificação.
2. Incêndio
De acordo com Carvalho et al. (2012, p.16), incêndio é o fogo que foge ao controle do homem,
queimando tudo aquilo que a ele não é destinado a queimar, capaz de produzir danos ao
patrimônio e à vida por ação das chamas, do calor e da fumaça.
2.1. Incêndio Natural
A NBR 14432:2001 apresenta o conceito de incêndio natural como sendo a variação de
temperatura que simula o incêndio real, função da geometria, ventilação, características
térmicas dos elementos de vedação e da carga de incêndio específica.
2.2. Incêndio Padrão
Segundo Silva (2012), os ensaios laboratoriais de materiais de construção a altas temperaturas
são feitos em fornos com elevação padronizada de temperatura do ambiente interno. Por
simplicidade, as normas técnicas permitem que essa curva seja empregada como curva de
aquecimento em projeto de estruturas.
De acordo com a NBR 14432:2001 o incêndio padrão é a elevação padronizada de temperatura
em função do tempo, dada pela equação 1.
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θg = θ0 + 345 log(8t + 1) (1)
onde:
t é o tempo, em minutos;
θo é a temperatura do ambiente antes do início do aquecimento, em graus Celsius, geralmente
tomada igual a 20°C;
θg é a temperatura dos gases, em graus Celsius, no instante t.
Ainda segundo Silva (2012), a curva padrão é aplicável a incêndios em que a carga de incêndio
é similar à madeira, papel, pano, palha, etc, no que tange ao potencial calorífico. Quando a
carga de incêndio é formada por material derivado de petróleo o incêndio é mais severo e outra
curva deve ser usada. O Eurocode 1 (2002) recomenda para esses casos a equação 2.
θg = 1.080 (1 − 0,33e−0,17t − 0,68e−2,50t) + 20 (2)
onde:
t é o tempo, em minutos;
θg é a temperatura dos gases, em graus Celsius, no instante t.
Na fase totalmente desenvolvida, segundo Carvalho et al. (2012, p.117), o incêndio torna-se
mais forte, consumindo mais oxigênio e material combustível, momento em que sua
temperatura ultrapassa 800ºC. Com altas temperaturas os materiais têm suas propriedades
mecânicas e áreas resistentes reduzidas, conforme figuras 1 e 2.
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Figura 1 – Variação da resistência dos materiais em função da temperatura
Fonte: Silva (ABECE 2004)
Figura 2 – Variação do módulo de elasticidade dos materiais em função da temperatura
Fonte: Silva (ABECE 2004)
2.3. Carga de Incêndio
Tanto a NBR 14432:2001, quanto a NBR 15200:2012, apresentam carga de incêndio como
sendo a soma das energias caloríficas que poderiam ser liberadas pela combustão completa de
todos os materiais combustíveis em um espaço, inclusive os revestimentos das paredes
divisórias, pisos e tetos. “É a quantidade total de material combustível existente em um prédio,
espaço ou área passível de ser atingida pelo fogo, incluindo materiais de acabamento e
decoração” (CARVALHO et al., 2012, p.122).
2.4. Tempo requerido de resistência ao fogo – TRRF
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A NBR 14432:2001 conceitua o TRRF como o tempo mínimo de resistência ao fogo de um
elemento construtivo quando sujeito ao incêndio-padrão. Trata-se de um parâmetro para projeto
e não deve ser confundido com tempo de duração de um incêndio, tempo de desocupação ou
tempo-resposta do Corpo de Bombeiros. O TRRF pode ser obtido pelo método tabular ou pelo
método do tempo equivalente. No primeiro método, é determinado de forma empírica, em
função das dimensões e do tipo de utilização do edifício, tabela 1. No segundo método, os
valores de TRRF podem ser reduzidos em até 30 minutos nas edificações com características
favoráveis à segurança contra incêndio.
Tabela 1 – Tempos requeridos de resistência ao fogo (TRRF), em minutos
Fonte: NBR 14432:2001
3. Ações e segurança
Conforme a NBR 15200:2012, em condições usuais, as estruturas são projetadas à temperatura
ambiente e, dependendo das suas características e uso, devem ser verificadas em situação de
incêndio. Na temperatura ambiente a segurança estrutural é considerada verificada quando os
esforços atuantes forem menores ou iguais aos esforços resistentes, conforme inequação 3.
Sd ≤ Rd (3)
onde:
Sd é o valor de cálculo do esforço atuante;
Rd é o valor de cálculo do esforço resistente.
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Para as situações de incêndio, utiliza-se a inequação 4.
Sd,fi ≤ Rd,fi (4)
onde:
Sd.fi é o valor de cálculo do esforço atuante, determinado a partir da combinação última
excepcional das ações, de acordo com a NBR 8681:2003;
Rd,fi é o valor de cálculo do esforço resistente reduzido em função da temperatura.
3.1. Determinação dos esforços solicitantes
De acordo com Silva (2012, p.64), os esforços solicitantes são calculados a partir das ações
atuantes sobre a estrutura. Essas ações ou forças podem ser permanentes (peso próprio),
variáveis (vento, sobrecarga) e variáveis excepcionais (incêndio, choque, etc). Para o cálculo
dos esforços atuantes em situação de incêndio, Sd.fi, pode-se considerar uma combinação
excepcional das ações, onde as forças atuantes são reduzidas em relação aos valores utilizados
em temperatura ambiente.
Para a combinação última excepcional das ações, a NBR 8681: 2013 recomenda a equação 5.
Fd,fi = ∑ γg,fi,imi=1 . FGi,k + γq,fi . FQ,fi + γq,fi . ∑ ψ2
nj=1 . FQj,k (5)
onde:
Fd.fi é o valor de cálculo da ação na combinação excepcional;
FGi, k é o valor característico da ação permanente i;
FQ,fi é o valor representativo da ação térmica (ação excepcional);
FQj,k é o valor característico da ação variável j;
γg,fi é o coeficiente de ponderação das ações permanentes em incêndio;
γq,fi é o coeficiente de ponderação das ações variáveis em incêndio;
Ψ2 é o fator de combinação utilizado para determinação dos valores reduzidos das ações
variáveis, quando a ação principal for o fogo, pode ser reduzido multiplicando-o por 0,7 (NBR
8681:2003).
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A NBR 15200:2012 destaca que, como alternativa, na ausência de qualquer solicitação gerada
pelas deformações impostas em situação de incêndio, as solicitações de cálculo em situação de
incêndio podem ser calculadas admitindo-as iguais a 70 % das solicitações de cálculo à
temperatura ambiente, tomando-se apenas as combinações de ações que não incluem o vento,
equação 6.
Sd,fi = 0,7. Sd (6)
onde:
Sd,fi é o valor da solicitação de cálculo em situação de incêndio;
Sd é o valor da solicitação de cálculo em temperatura ambiente.
3.2. Determinação dos esforços resistentes
De acordo com a NBR 15200:2012, os valores de cálculo das resistências do concreto e dos
aços em situação de incêndio devem ser determinados usando-se γm = 1.0, ou seja, a resistência
de cálculo é igual a resistência característica, equações 7 e 8.
fcd,θ = fck,θ (7)
fyd,θ = fyk,θ (8)
onde:
fcd,θ é o valor de resistência de cálculo do concreto a uma determinada temperatura;
fck,θ é a resistência característica do concreto a uma determinada temperatura;
fyd,θ é o valor de resistência de cálculo do aço a uma determinada temperatura;
fyk,θ é a resistência característica do aço a uma determinada temperatura.
4. Elementos estruturais em situação de incêndio
4.1. Pilares
O modelo estrutural utilizado por Santos (2015) foi composto de 8 pavimentos, sendo o
primeiro pavimento (Térreo), do segundo ao sétimo pavimento (Tipo) e o oitavo pavimento
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(Laje de cobertura). A estrutura foi modelada e analisada segundo as recomendações da NBR
6118:2014, utilizando-se o sistema CAD/TQS, Versão v18. Os pavimentos possuem pé-direito
de 3,50 m, lajes do tipo maciça com espessura de 12 cm, vigas com seção transversal de 12x60
e 19x60 cm e pilares com seção transversal de 19x60 e 25x60, conforme a figura 3.
Figura 3 – Corte esquemático do edifício e modelo 3D
Fonte: Santos (2015)
4.1.1. Resumo do dimensionamento dos pilares – NBR 6118:2014
Santos (2015) dimensionou os pilares utilizando os métodos citados na NBR 6118:2014, para
analise local de 2ª ordem, de acordo com os dados geométricos e de carregamento de cada pilar.
Na tabela 2, são apresentados os dados das seções transversais e as dimensões dos pilares de
acordo com o dimensionamento atendendo a NBR 6118:2014.
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Tabela 2 – Dados das seções transversais dos pilares do pavimento térreo até a laje de cobertura
Fonte: Santos (2015)
Na tabela 3, Santos (2015) apresentou os quantitativos de materiais dos pilares, fôrma, concreto
e aço por pavimento.
Tabela 3 – Resumo dos quantitativos de materiais dos pilares – NBR 6118:2014
Fonte: Santos (2015)
O comprimento equivalente dos pilares em situação de incêndio ℓef,fi, foi considerado igual ao
comprimento equivalente dos pilares em situação normal ℓe, para os pavimentos intermediários
e o ultimo pavimento, em virtude da classificação da estrutura ser de "Nós móveis", 𝛾z = 1.12
nas direções de vento 0 e 180. Os pilares foram considerados revestidos com argamassa de
cimento, cal e areia, com espessura de 15mm. Com a consideração do revestimento, foram
acrescidos no cálculo de C1, 10mm referente a 67% de eficiência relativa ao concreto, conforme
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especificação da norma NBR15200:2012. Na tabela 4, são apresentados os resultados das
verificações dos pilares em situação de incêndio por pavimento, de acordo com o método
analítico.
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Tabela 4 – Resultados da verificação dos pilares por pavimento - Método analítico
Fonte: Santos (2015)
Nota-se que alguns pilares do pavimento Cobertura não passaram na análise, por possuírem
excentricidade maior que o limite estabelecido pela NBR15200:2012, e ≤ 0,15.b, limite que
condiciona o uso do método Analítico. Para verificação dos pilares com excentricidade superior
ao limite estabelecido pelo método analítico, Santos (2015) empregou o método tabular geral
da NBR15200:2012. Contudo, as novas dimensões encontradas pelo método tabular geral
foram inviáveis de serem aplicadas para o pavimento Cobertura, por acarretarem um
superdimensionamento dos lances inferiores ao pavimento Cobertura, tendo em vista que os
mesmos atendem a todas as solicitações com a dimensões originais. Como solução, optou por
alterar a dimensão b dos pilares, P1, P5, P9, P10, P12, P17, P19, P20 e P21 para 250 mm em
todos os lances, e a dimensão h para 400 mm somente no lance do pavimento Cobertura. Após
a verificação, Santos (2015) constatou uma pequena variação dos esforços na estrutura,
entretanto não houve necessidade de alteração do dimensionamento original dos elementos.
4.1.2. Apresentação dos resultados
Santos (2015) apresentou o resumo com os quantitativos de materiais dos pilares, atendendo as
duas normas, tabela 5. As variações entre os quantitativos ao atendimento somente da
NBR6118:2014 e ao atendimento da NBR6118:2014 e da NBR15200:2012 podem ser
observados na tabela 6.
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Tabela 5 – Resumo dos quantitativos de materiais dos pilares - NBR 6118:2014 e NBR15200:2012
Fonte: Santos (2015)
Tabela 6 – Percentual de variação dos quantitativos dos pilares no atendimento as normas
Fonte: Santos (2015)
4.1.3. Análise dos resultados
Para Santos (2015), com base nos resultados de dimensionamento atendendo a NBR6118:2014
e posteriormente a NBR15200:2012, verificou-se que as variações nos quantitativos dos
materiais dos pilares foram pequenas. Para a estrutura objeto do estudo, foi possível perceber
que ao atender aos requisitos da NBR 6118:2014, no que diz respeito, as dimensões mínimas
dos elementos estruturais, resistência dos materiais, durabilidade das estruturas, deformações
limites, ações nas estruturas e demais considerações nela apresentadas, basicamente atende-se
as verificações de segurança em situação de incêndio da NBR15200:2012.
4.2. Vigas
Oliveira (2013) analisou uma viga de um edifício residencial, dimensionado em concreto
armado, com 7 andares tipo e 20,5 metros de altura, com bw = 14cm e h = 50cm, figura 4,
sofrendo acréscimo de temperatura devido a ocorrência de um incêndio em seus 3 lados
expostos.
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Figura 4 – Viga 5a e 5b do primeiro pavimento da estrutura
Fonte: Oliveira (2013)
Com base na tabela 1, considerando a destinação da edificação e sua altura, o TRRF a ser
adotado é de 60 minutos. Como não foi fornecida nenhuma informação adicional a respeito do
carregamento e construção da viga de análise, então foi realizada uma estimativa de
carregamento desconsiderando as cargas das lajes na viga, admitindo as propriedades de cada
material do processo construtivo, tabela 7.
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Tabela 7 – Tabela de estimativa dos momentos da viga à temperatura ambiente e em situação de incêndio
Fonte: Oliveira (2013)
4.2.1. Análise dos parâmetros
A NBR 15200:2012 destaca que, no método tabular, basta atender às dimensões mínimas
apresentadas nas tabelas 8 e 9, em função do tipo de elemento estrutural e do TRRF.
Tabela 8 – Dimensões mínimas para vigas biapoiadas a
Fonte: NBR 15200:2012
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Tabela 9 – Dimensões mínimas para vigas contínuas ou vigas de pórticos a
Fonte: NBR 15200:2012
De acordo com Oliveira (2013) na verificação pelo método tabular a viga apresentou bom
resultado, obedecendo o cobrimento que a norma exige. Os momentos solicitantes de cálculo
em situação de incêndio se mostraram inferiores aos momentos de cálculos resistentes limites
para um TRRF de 60 minutos, ficando abaixo do esperado em razão de não terem sido
consideradas as cargas das lajes nas vigas. Para Albuquerque e Silva (2013), o método tabular,
apesar de simples, restringe o trabalho do engenheiro, uma vez que o impede de buscar soluções
alternativas aos poucos valores tabelados.
4.2.2. Análise dos resultados
Para Oliveira (2013), o método tabular foi suficiente para a verificação da viga apresentada,
entretanto, como alternativa a NBR 15200:2012 permite que métodos avançados numérico-
computacionais ou métodos simplificados sejam utilizados. Foi possível verificar que o
dimensionamento com base nos requisitos da NBR 6118:2007 atendeu também aos requisitos
da NBR 15200:2012, sem a necessidade de redimensionamentos e aumento no quantitativo de
materiais.
4.3. Lajes nervuradas
De acordo com Silva e Bette (2012), para o dimensionamento de uma laje em situação de
incêndio, deve-se considerar que ela cumpra, simultaneamente, a função corta fogo e de
estabilidade estrutural. A NBR 15200:2012 fornece dimensões mínimas, por meio do método
tabular, para garantir tais funções, tabelas 10 e 11. A função corta fogo é garantida pela
espessura da capa e a função estrutural é garantida pela largura mínima da nervura e distância
mínima entre CG da armadura e face exposta ao fogo.
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Tabela 10 – Dimensões mínimas para lajes nervuradas simplesmente apoiadas
Fonte: NBR 15200:2012
Tabela 11 – Dimensões mínimas para lajes nervuradas contínuas em pelo menos uma das bordas
Fonte: NBR 15200:2012
Em um estudo de caso apresentado por Veríssimo e Salomão (2017), foram dimensionadas 4
lajes nervuradas com espaçamento entre nervuras de 61 centímetros e outras 4 respeitando as
dimensões mínimas apresentadas pelo método tabular da NBR 15200:2012, com o objetivo de
comparar o consumo de concreto e aço quando dimensionadas utilizando os parâmetros da NBR
6118:2014 e quando, além de atender às exigências dessa norma, também seguem os requisitos
da NBR 15200:2012.
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A análise estrutural foi realizada através da consideração de que os modelos se comportam
como um pórtico espacial. Esse pórtico foi composto por barras que simulam as vigas e os
pilares da estrutura, enquanto as lajes foram representadas pelo efeito de diafragma rígido
incorporados a essas barras. Nas vigas e lajes foram calculados os efeitos oriundos dos esforços
horizontais e verticais. Considerando a finalidade do projeto para uso residencial com altura do
pé direito de 3,06 m, o TRRF é de 30 minutos. Desse modo, com base na tabela 11, obtiveram
uma espessura de capa mínima de 8 cm, uma nervura de largura mínima de 8 cm e um Cmin de
1 cm.
4.3.1. Apresentação dos resultados
Após a definição dos critérios, do lançamento das peças estruturais e das cargas, Veríssimo e
Salomão (2017) realizaram a análise das lajes, obtendo os resultados dispostos nas tabelas 12,
13, 14 e 15.
Tabela 12 – Peso de aço
Fonte: Veríssimo e Salomão (2017)
Tabela 13 – Volume de concreto
Fonte: Veríssimo e Salomão (2017)
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Tabela 14 – Comparação do uso de concreto e aço
Fonte: Veríssimo e Salomão (2017)
Tabela 15 – Comparação do uso de concreto e aço
Fonte: Veríssimo e Salomão (2017)
4.3.2. Análise dos resultados
De acordo com Veríssimo e Salomão (2017), observou-se que o consumo de concreto tende a
ser maior nas lajes com as cubetas de 80x80cm, as dimensionadas conforme a NBR
15200:2012, apresentando até 24,68% de acréscimo no volume. Porém, a distribuição das
formas plásticas no tablado da laje é decisiva para a economia de concreto. Quanto ao consumo
de aço, o estudo apresentou um aumento do consumo desse material em todos os casos que
foram dimensionados pela NBR 15200:2012, chegando a representar 13,10% do peso de aço
de toda a laje no caso de lajes de 8 m de lado e 30 cm de espessura. A partir dos resultados
obtidos para as lajes estudadas, fica demonstrado que o método tabular para cálculo de
estruturas submetidas à ação de variação de temperatura, embora prático, não é econômico,
sendo, portanto, indicada a utilização de métodos mais precisos.
5. Conclusão
Conforme verificado nos exemplos de dimensionamentos de elementos estruturais em situação
de incêndio, a NBR 15200:2012 complementa as verificações a serem feitas pelos projetistas.
Trata-se inegavelmente de uma questão de segurança, uma vez que ao serem submetidos a altas
temperaturas, os elementos de concreto devem evitar a propagação do incêndio para outros
compartimentos da edificação. O dimensionamento dos pilares e viga, não gerou aumento do
quantitativo de materiais, entretanto, nas lajes nervuradas houve acréscimo de concreto e de aço
em razão das dimensões especificadas na norma. Diante disso, vale considerar que a
divergência de opiniões quanto ao uso da NBR 15200:2012 existe e evidencia a falta de uma
O uso da NBR 15200:2012 na elaboração de projetos estruturais de concreto armado: custo ou
investimento?
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cultura de segurança, mesmo com registros de perdas de vidas humanas e de patrimônios. Nesse
contexto, a economia não deve ser priorizada em detrimento da segurança, é imprescindível
lembrar que, além da estabilidade, uma estrutura segura garante a evacuação dos ocupantes e a
entrada das equipes de socorro em casos de incêndio. O meio acadêmico ainda é carente de
literatura sobre projetos de estruturas em situação de incêndio, o que limitou o alcance da
pesquisa. Como alternativa ao método tabular, a NBR 15200:2012 permite a utilização de
métodos alternativos, avançados ou simplificados, que podem ser explorados em novas
pesquisas. O projeto de estruturas em situação de incêndio merece ser abordado nas graduações
e especializações da engenharia civil, assim, os profissionais iniciariam suas carreiras com foco
na segurança das edificações.
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