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9Proteção Estrutural Contra IncêndioProteção Estrutural Contra Incêndio

MÓDULO

Sistemas estruturais em Aço

Tópicos deste móduloProteção ao Fogo

1. Introdução 2. Comportamento dos materiais estruturais em incêndio 3. Dinâmica de Incêndio 4. Tempo requerido de resistência ao fogo (TRRF) 5. Exigências da NBR 14432 6. Isenções de verificação I – NBR 14432 7. Isenções de verificação II – NBR 14432 8. Métodos de dimensionamento de materiais de proteção

8.1. Auto-proteção 8.2. Materiais usuais na proteção de estruturas

8.2.1. Concreto 8.2.2. Materiais projetados 8.2.3. Materiais rígidos e semi-rígidos 8.2.4. Gesso acartonado8.2.5. Tintas intumescentes 8.3. Custo dos materiais

9. Métodos Simplificados e métodos avançados de dimensionamento

10. Conclusão

Bibliografia

Porque é necessário o tratamento contra fogo das estruturas de aço?

Da mesma forma que o módulo 8 abordou a proteção contra a corrosão das estruturas de aço, optamos por incluir este módulo 9, dedicado a proteção das estruturas de aço contra o efeito do calor provocado por um eventual incêndio.Devido as características de bom condutor térmico, o aço tem a capacidade de se aquecer rapidamente. Principalmente, se levarmos em consideração que as seções dos perfis de aço são, normalmente, bastante esbeltas e por isso com menos massa que as peças de concreto.

O calor faz com que o aço tenha suas características físicas de resistência alteradas, enquanto permanecer sob a ação desta fonte de calor.Ao final do incêndio, apesar das alterações de forma que a estrutura possa ter sofrido, o aço readquire sua resistência, em novos arranjos estruturais.

É importante ressaltar que todos os materias sofrem alterações sob ação do fogo. Tanto o aço como concreto perdem em torno de 50% de sua resistência quando atingem 600º C. Apenas o concreto demora mais para atingir esta temperatura, devido a ser um mau condutor térmico, e por isso um bom isolante, e também ao fato das peças terem maior massa.

Existem diversas formas de se proteger a estrutura de aço da ação do fogo.Inclusive o concreto é uma delas, seja na forma de placas de revestimento, ou na forma de sistemas mistos aço-concreto, onde o perfil de aço trabalha associado ao concreto, aumentando a resistência a flambagem, reduzindo a seção de pilares e vigas e ainda fornecendo uma proteção passiva ao elemento estrutural.

Assim sendo, devido a importância deste tema, convidamos novamente o Prof. Fabio Domingos Panonni, Phd., reconhecidamente uma das autoridades nacionais neste assunto, para apresentar os diversos métodos de proteção contra incêndio utilizados atualmente.

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Da mesma forma que o módulo 8, este módulo, em função do tamanho dos arquivos, foi dividido em 12 partes.

Cada uma delas é um arquivo auto-executável, que deve ser baixado para o computador do aluno, de onde poderá ser visualizado e salvo.

Com este expediente evitaremos o problema de velocidade de execução de vídeos via internet, com suas interrupções constantes, para descarregamento de dados. A tela do vídeo tem dois botões que permitem avançar ou recuar, dentro do vídeo em exibição.

Além disso, este pdf esta disponível como apoio complementar, entretanto, sem o vídeo. Devido a algumas tabelas e imagens adicionais que não estão inclusas no vídeo, recomendamos fazer o acompanhamento em paralelo a exibição dos vídeos.

Parte 1 - (6.61Mb)

Parte 2 - (6.15 Mb)

Parte 3 - (12.6 Mb)

Parte 4 - (7.8 Mb)

Parte 5 - (19.3 Mb)

Parte 6 - (10.9 Mb)

Parte 7 - (12.6 Mb)

Parte 8 - (15.3 Mb)

Parte 9 - (12.3 Mb)

Parte 10 - (6.92 Mb)

Parte 11 - (5.3 Mb)

Parte 12 - (6.04 Mb)

Partes componentes do módulo 9

Módulo 9 - Proteção ao Fogo das Estruturas de Aço

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Página em branco

Objetivos da Segurança Contra Incêndio

Proteção Estrutural Contra Incêndio

Módulo 9

Prof. Fabio Domingos Pannoni Ph.D.

Sistemas Estruturais em Aço

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Objetivos da segurança contra incêndio

• Possibilitar a fuga dos ocupantes da edificação em condições de segurança

• Possibilitar a segurança das operações de combate ao incêndio

• Promover a minimização de danos às edificações adjacentes e à infraestrutura pública

Objetivos da SCI

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Como atingir estes objetivos?

• Prevenindo a ignição• Escolha de materiais• Gerenciamento e manutenção da edificação

• Facilitando a fuga• Rotas de fuga• Educação e treinamento

• Prevenindo o desenvolvimento do incêndio• Detetores de fumaça e calor• Chuveiros automáticos• Extintores

• Condições de contorno da edificação

• Compartimentação

• Ventilação

• Prevenção do colapso estrutural• Projeto estrutural• Proteção térmica

Objetivos da SCI

Comportamento dos materiais


Módulo 9


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• Todos os materiais estruturais perdem resistência e rigidez com a elevação de temperatura

Comportamento dos Materiais

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Dinâmica do Incêndio


Módulo 9


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O fogo: um fenômeno físico• Reação exotérmica

Fogo = (combustível+oxigênio+ativação)


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• Fases de um incêndio


• A severidade de um incêndio depende de vários parâmetros:• Quantidade e localização dos combustíveis• Velocidade de combustão dos materiais• Condição de ventilação (aberturas)• Geometria do compartimento• Propriedades térmicas do envoltório

O Incêndio-padrão


Módulo 9


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• Resistência ao fogo é o tempo em que um elemento construtivo continuará a desenvolver suas funções, sob condições especificadas.

O Incêndio-padrão

Normas Brasileiras


Módulo 9


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NBR 14432

AçoNBR 14323

ConcretoNBR 15200

MadeiraEurocode

Dimensionamento por ensaios

Método simplificado

Métodos avançados

Métodos baseados em análise de risco

Métodos do tempo equivalente

Projeto de Engenharia de Segurança

Contra Incêndio

Normas Brasileiras

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NBR 14432Esta Norma estabelece as condições a serem atendidas pelos elementos estruturais e de compartimentação que integram os edifício para que, em situação de incêndio, seja evitado o colapso estruturalConcreto, aço, madeira, etc.

Normas Brasileiras

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Tabela A1

Normas Brasileiras

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Edificações cuja área seja menor ou igual a

750m2

ISENÇÕES IMPORTANTES

Edificações com até 2 pavimentos com área menor ou igual a 1.500 m2 e

que possuam carga de incêndio específica ≤ 1.000 MJ/m2

Centros esportivos (estádios, ginásios, piscinas com arquibancadas, arenas), estações e terminais de passageiros

(estações rodoferroviárias, aeroportos, estações de transbordo) e construções provisórias (circos e assemelhados) com altura ≤ 23

m, exceto as regiões de ocupação distinta

Garagens sem acesso público e sem abastecimento (garagens automáticas), garagens com acesso de público e sem

abastecimento, com altura ≤ 30 m, abertas lateralmente, com estrutura ... que atenda às condições construtivas do Anexo D

(vigas principais e secundárias devem ser construídas como vigas mistas, utilizando-se conectores de cisalhamento...)

Edificações térreas:

Galpão industrial com carga especif. de incêndio ≤ 1.200 MJ/m2

Depósito com carga específica de incêndio ≤ 2.000 MJ/m2

(estarão isentos, para qualquer carga específica de incêndio, desde que providas de chuveiros automáticos ou se tiverem área total ≤ 5.000 m2, com pelo menos duas fachadas de aproximação

que perfaçam, no mínimo, 50% do perímetro)

Normas Brasileiras

Dimensionamento


Módulo 9


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• Dimensionamento por ensaios• Carta de cobertura

Dimensionamento

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• A espessura é especificada de tal modo que a temperatura do aço não exceda uma dada temperatura (temperatura crítica) por um dado TRRF

Dimensionamento

Materiais de Proteção p1


Módulo 9


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• A solução frequentemente empregada para evitar o aumento excessivo da temperatura das estruturas de aço em situação de incêndioé revestí-las por meio de materiais de proteção térmica

• Formas de aplicação:


• Materiais projetados:

base cimentícia ou gesso contendo fibras minerais, vermiculita expandida e outros agregados leves

• Custo competitivo

• Resistência ao fogo de até 240 minutos

• Espessuras secas de 10mm a 40mm

• Aplicação é realizada em campo

• Materiais são conduzidos, dentro do equipamento de aplicação, na condição seca (fibras projetadas) ou úmida (materiais de base gesso contendo vermiculita)


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• Argamassas projetadas


• Fibra projetada

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• Argamassa projetada



Módulo 9


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• Materiais rígidos ou semi-rígidos


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• Materiais rígidos ou semi-rígidos


• Materiais rígidos ou semi-rígidos: fôrmas aplicadas a seco, tanto na forma de “caixas“ quanto de “envolventes“

• O grupo inclui fibras cerâmicas, a lã de rocha basáltica, o silicato de cálcio, gesso (placas de gesso acartonado ou o próprio gesso) e a vermiculita

• Resistência ao fogo de até 240 minutos• Placas de gesso acartonado e vermiculita são duras e lisas,

possuindo aparência agradável. São vulneráveis ao impacto• Mantas de fibras minerais (fibra cerâmica e lã de rocha basáltica)

são macias ao toque e flexíveis• A aparência visual variará de acordo com o sistema escolhido• Os materiais flexíveis são fixados ao aço por intermédio de

pinos de aço soldados à estrutura por meio de anilhas de pressão

• Apresentam-se em diversas espessuras(20, 25, 30, 35, 40 e 50mm)

• As placas rígidas podem ser fixadas através de uma grande variedade de opções (montantes de aço galvanizado, pinos de aço, parafusos auto-perfurantes e colas especiais)

• Períodos de resistência maiores são obtidos por meio da utilização de múltiplas camadas

• As juntas devem ser cuidadosamente recobertas

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• Lã de rocha (basáltica)

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• Gesso é o sulfato de cálcio que, no estado seco, contém cerca de

20% de água cristalizada• Quando sujeito a altas temperaturas, transforma-se em sulfato de cálcio anidro, com absorção de grande quantidade de calor• Por outro lado, a água existente em sua constituição, absorve calor para se vaporizar• Ao absorver grande quantidade de calor, o gesso atrasa o

aquecimento do componente estrutural, funcionando, assim, como material de proteção térmica

• O emprego do gesso exige a utilização de um suporte adequado que evite sua desagregação (p.ex., uma rede metálica ou fibra de vidro)

• Gesso

• Gesso acartonado (“rosa“)



Módulo 9


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• Revestimentos intumescentes


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• A primeira patente é de 1938. Seu uso tem crescido, em todos os países, nas últimas décadas

• O termo intumescente deriva do latin “tumescere“, que significa iniciar, expandir

• A intumescência ocorre pela reação de componentes ativos sob influência do calor, produzindo uma expansão significativa a partir de 200oC – 250oC

• Esses componentes ativos expandem muitas vezes sua espessura inicial aplicada quando aquecidos (tipicamentemais do que 60x), produzindo uma massa carbonácea que protege qualquer substrato sobre o qual o revestimento tenha sido aplicado

• Os revestimentos intumescentes mais empregados na construção civil podem ser tanto de base solvente quantoágua e tipicamente possuem uma espessura de película seca menor do que 3mm

•

• Revestimentos intumescentes são muito utilizados na proteção de estruturas de aço para períodos de 30 e 60 minutos e seu uso para 90 minutos tem aumentado em alguns países

• Pode retardar em até duas horas o instante em que se atinge a temperatura crítica do componente a proteger

• Um sistema intumescente possui, de modo geral, três componentes: um primer, a tinta intumescente (a fase que reage) e um selante (a pintura de acabamento)

• Em algumas situações, o primer ou o acabamento podem não ser necessários

Tintas intumescentes:

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• A maior parte dos revestimentos intumescentes é dedicadaao uso interno ou em locais abrigados, em ambientes externos

• Durante a fase de construção, algum revestimento intumescente pode ficar temporariamente exposto ao ambiente externo e o uso de um selante pode ser necessário

• Para exposições externas, deve-se consultar o fabricante da tinta


• O uso destes produtos corresponde, em certos países, a mais do que 40% do mercado de produtos de proteção térmica utilizados em edifícios de múltiplos andares

• No Reino Unido, esse número já ultrapassa os 50%, sendo que 2/3 correspondem à aplicação em campo(“on-site“) e 1/3 à aplicação no fabricante (“off-site“)

Alguns benefícios provenientes da aplicação “off-site“ de tintas intumescentes:

• Construção mais rápida, pois a proteção deixa de ser uma etapa crítica do processo de construção

• Qualidade na aplicação, pois é feita sob condições cuidadosamente controladas e supervisionadas

• Redução de interferências no canteiro de obra, pois não há necessidade de alocação de equipamento


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• O revestimento intumescente é somente parte do sistema de proteção.

Para um sistema típico, haverá:

• Preparo de superfície

• Aplicação de primer, quando necessário

• Aplicação da tinta intumescente

• Aplicação de selante, quando necessário

• Aplicação de um acabamento decorativo quando especificado

• Na maior parte dos sistemas intumescentes, o selante e o acabamento decorativo são combinados em um único produto




Módulo 9


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• Concreto moldado “in loco“, concreto pré-moldado e concreto celular autoclavado tem sido utilizados como proteção térmica desde os primórdios da construção em aço.

• Concreto

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• Instrução Técnica 08/04 (CBESP)• Anexo B – Resistência ao Fogo Para Alvenarias

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DimensionamentoMétodos Simplificados


Módulo 9


• Elementos de aço simples

Onde:

• l é a condutividade térmica do aço• Q é o calor gerado internamente por unidade de volume e tempo

• r é a massa específica do aço• c é o calor específico do aço• q é a temperatura• t é o tempo

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Dimensionamento simplificado

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• Temperatura do aço (oC) sem proteção térmica, conforme modelo do incêndio padrão (ISO 834)


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• Elementos de aço protegidospor materiais de proteção térmica

Onde:• cm é o calor específico do material de proteção, J/kgK• lm é a condutividade térmica do material de proteção, W/mK

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• Exemplo de aplicação - 2

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• Exemplo de aplicação - 2

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• Métodos avançados• Millenium Dome • Richard Rogers – London - 1999

Dimensionamento

• Métodos prescritivos x engenharia

Engenharia de Segurança Contra Incêndio

Métodos Prescritivos Atuais

Um conjunto de soluções em segurança contra incêndio é feito sob medida para os riscos e objetivos previamente especificados

Muitas vezes não é flexível

Facilita a inovação, sem comprometimento da segurança

Incapaz de prever todas as situações reais

Os custos da proteção contra incêndio podem ser minimizados sem redução da segurança

Em geral, não fornece a solução ótima

Exige um grupo técnico altamente especializado

A evolução técnica é lenta –pode levar vários anos para que uma nova solução seja amplamente aceita

Consome grande capacidade computacional

Em sua forma mais simples (uso de “cartas de cobertura”), não requer nenhuma capacidade computacional.

Dimensionamento

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• Métodos avançados

Dimensionamento

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Dimensionamento

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Tcompartimento <<<< tandar

Tdesocupação <<<< testrutura

testrutura→¥

• Métodos avançados

Dimensionamento

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Módulo 9

Certificação de Produtose Aplicadores


• Exigência !


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Os ensaios devem ser realizados em laboratórios reconhecidos, de acordo com as normas técnicas nacionais ou, na ausência destas, de acordo com normas ou especificações estrangeiras internacionalmente reconhecidas.


• Exigência !

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5.9 Materiais de proteção térmica5.9.1 A escolha, dimensionamento e aplicação de materiais de proteção térmica são de responsabilidade exclusiva do(s) responsável(eis) técnico(s) pelo projeto.5.9.2 As propriedades térmicas e o desempenho dos materiais de proteção térmica quanto à aderência, combustibilidade, fissuras, toxidade, erosão, corrosão, deflexão, impacto, compressão, densidade e outras propriedades necessárias para garantir o desempenho e durabilidade dos materiais, devem ser determinados por ensaios realizados em laboratório nacional ou estrangeiro reconhecido internacionalmente, de acordo com norma técnica nacional ou, na ausência desta, de acordo com norma estrangeira reconhecida internacionalmente.


• Exigência !

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Para as edificações com área superior a10.000 m², será exigido controle dequalidade durante a execução eaplicação dos materiais de proteçãotérmica às estruturas, realizado porempresa qualificada.

• Exigência !



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Conclusão


Módulo 9


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Finalizando, é importante esclarecer que a proteção de estruturas frente ao fogo é uma parte de um todo muito maior.

Quando avaliamos, de forma integrada, a proteção da estrutura, as rotas de desocupação, o uso de sistemas de proteção ativa e passiva e outros sistemas que compõem a segurança contra incêndio, traremos economia ao conjunto da proteção de estruturas.

Proteção de estruturas ao fogo pode custar muito menos se integrarmos as partes, que nada mais é que utilizar os métodos avançados apresentados anteriormente. Tudo esta relativamente claro nas normas. É importante que elas sejam lidas e seguidas suas recomendações. E não há maiores dificuldades em sua utilização.E o mais importante é o aumento da segurança da edificação..

Conclusão


Bibliografia e Leituras Adicionais do Módulo 9

Para complementar o conteúdo deste módulo, aos que quiserem se aprofundar no tema, recomendamos a leitura dos textos adicionais, disponíveis para download no ambiente do curso.Para abrir ou baixar estes textos, clique nos links abaixo:

1. A Segurança Contra Incêndio no Brasil- autores: Alexandre Itiu Seito, Alfonso Antonio Gill, Fabio Domingos Pannoni, Rosaria Ono, Silvio Bento da Silva, Valfrido Del Carlo, Valdir Pignatta e Silva

2. Segurança das Estruturas- autores: Valdir Pignatta e Silva, Fabio Domingos Pannoni, Edna Moura Pinto e Adilson Silva

3. Um Método Avançado de Cálculo para Pisos Mistos de Aço e Concreto em Situação de Incêndio- autores: Ricardo Hallal Fakury, José Carlos Lopes Ribeiro, Estevam Barbosa de Las Casas, Fabio Domingos Pannoni

4. Proteção de Estruturas Metálicas Frente ao Fogo - autor: Fabio Domingos Pannoni

5. A Real Fire In Small Apartment - A Case Study- autores: Valdir Pignatta e Silva, Ricardo Hallal Fakury, Francisco Carlos Rodrigues e Fabio Domingos Pannoni

6. Simulation Of a Compartment Flashover Fire Using HandCalculations, A Zone Model And a Field Model- autores: Valdir Pignatta e Silva, Ricardo Hallal Fakury, Francisco Carlos Rodrigues e Fabio Domingos Pannoni

7. Manual de Construção em Aço - Resistencia ao Fogo das Estruturas de Aço - CBCA - autores: Mauri Resende Vargas e Valdir Pignatta e Silva

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