resistencia ao fogo

Proteção das Estruturas de Betão Armado Contra o Fogo

João Vinagre

Dimensionamento de Estruturas – 2010/2011

Proteção das Estruturas de Betão Armado Contra o Fogo ‐ 2/32

Protecção das Estruturas deBetão Armado Contra o Fogo

Sumário:

• Fatores condicionantes da resistência ao fogo

• Aspetos gerais a atender na conceção

• Conceitos regulamentares (EC2‐P1.2)

• Métodos de cálculo

• Valores regulamentares (método indireto)


Factores condicionantes

Principais aspetos a ter em conta na conceção e dimensionamento de uma estrutura para uma conveniente proteçãoao fogo (1/2):

• forma das seções;

Conceitos Regulamentares

Lajes

Vigas

Pilares

Conclusões

Concepção Geral


• posicionamento das armaduras nas seções;

• emendas e dobragens dos varões;

• posicionamento das juntas estruturais;

Métodos de Cálculo

Métodos Indiretos

Paredes



• proteção das ancoragens de cabos de pré‐esforço.

Principais aspetos a ter em conta (2/2):

• percentagem de armadura colocada nos elementos;

Fundamentalmente, a boa conceção de estruturas de betão armado para resis‐tência ao fogo traduz‐se na colocação de mais betão e menos armaduras.


Lajes

Vigas

Pilares

Conclusões

Concepção Geral



Métodos Indiretos

Paredes


Concepção Geral

Aspectos gerais a atender na concepção de estruturas de BA:

• os elementos estruturais verticais sofrem menores danos se a sua maior dimensão coincidir com a menor dimensão da estrutura;


Lajes

Vigas

Pilares

Conclusões

Concepção Geral



Métodos Indiretos

Paredes


Concepção Geral

Os elementos de maior rigidez devem situar‐se no interior da planta ou na parte central entre duas juntas estruturais, para possibilitar uma dilatação da estrutura, idêntica em todas as direcções.


Lajes

Vigas

Pilares

Conclusões

Concepção Geral



Métodos Indiretos

Paredes


Concepção Geral

É conveniente a adopção de elemen‐tos com menores percentagens de armadura (seções de maiores dimen‐sões)

Menor percentagem de armadura

Melhor comportamento estrutural


Lajes

Vigas

Pilares

Conclusões

Concepção Geral



Métodos Indiretos

Paredes


Concepção Geral

É conveniente a colocação de um maior número de varões e a não concentração das armaduras junto aos cantos das secções (devido ao maior acréscimo de temperatura que neles ocorre).


Lajes

Vigas

Pilares

Conclusões

Concepção Geral



Métodos Indiretos

Paredes


Conceitos regulamentares

O dimensionamento de estruturas com resistência ao fogo é abordado no

EC2, Parte 1.2: Resistência ao fogo de estruturas de betão, nele sendo apenas referidos os métodos passivos de resistência ao fogo (a consideração do fogo como ação é tratado no EC1.Parte 5).


Lajes

Vigas

Pilares

Conclusões

Concepção Geral



Métodos Indiretos

Paredes



Tipos de especificação a adoptar para os elementos:

R ‐manutenção da resistência mecânica;

E ‐ manutenção da estanquidade ao fogo (não formação de fendas ou aberturas que permitam a propagação do fogo para outras regiões da estrutura);

I ‐ manutenção do isolamento (impedimento à propagação do fogo por aumento da temperatura na face oposta à do incêndio).


Lajes

Vigas

Pilares

Conclusões

Concepção Geral



Métodos Indiretos

Paredes



O critério R é considerado satisfeito se a função resistente do elemento é mantida durante o requerido tempo de exposição ao fogo.

O critério E é considerado satisfeito se a função de estanquidade do elemento é mantida durante o requerido tempo de exposição ao fogo.


Lajes

Vigas

Pilares

Conclusões

Concepção Geral



Métodos Indiretos

Paredes



O critério I é considerado satisfeito se o acréscimo de temperatura média em toda a superfície não exposta é limitado a 140 K e o aumento máximo em qualquer ponto não excede 180 K.


Lajes

Vigas

Pilares

Conclusões

Concepção Geral



Métodos Indiretos

Paredes

O valor numérico corresponde ao número de minutos a garantir resistência numa exposição a um fogo padrão (E30, R60, …)



Os elementos estruturais devem obedecer aos seguintes critérios:

• elementos com funções resistentes (pilares, vigas): R

• elementos de separação sem função resistente (paredes): EI

• elementos de separação com função resistente (paredes, lajes): REI


Lajes

Vigas

Pilares

Conclusões

Concepção Geral



Métodos Indiretos

Paredes



Métodos Diretos

Avaliação da capacidade resistente dos elementos tendo em conta os efeitos da temperatura. Garantia da condição:

Sd (t) ≤ Rd (t)

em que t é a duração da exposição do elemento ao fogo.


Lajes

Vigas

Pilares

Conclusões

Concepção Geral



Métodos Indiretos

Paredes



Métodos Diretos

O modelo de cálculo deve ter em conta o modo relevante de rotura da estrutura sujeita ao fogo, as alterações às propriedades dos materiais provocadas pela temperatura e o efeito do aumento das extensões e deforma‐ções (ações indirectas).

Nota: as alterações às relações constitutivas encontram‐se definidas e estabelecidas no EC2‐1.2


Lajes

Vigas

Pilares

Conclusões

Concepção Geral



Métodos Indiretos

Paredes



Métodos Indiretos

A garantia de segurança é obtida através da limitação, a determinados valores, de parâmetros geométricos dos elementos (larguras, espessuras, recobrimentos, etc.), em função do tempo em que se pretende garantir a segurança.


Lajes

Vigas

Pilares

Conclusões

Concepção Geral



Métodos Indiretos

Paredes



Métodos Indiretos

Os valores propostos pelo EC2.P1.2 referem‐‐se a exposições a um fogo padrão, tendo sido obtidos de forma empírica e confirmados pela experiência e por testes teóricos (valores conservativos).

Nota: Os valores tabelados referem‐se a betões de peso normal, compostos com inertes siliciosos. A adoção de inertes calcários, em vigas e lajes, permite a redução de 10% nos valores.


Lajes

Vigas

Pilares

Conclusões

Concepção Geral



Métodos Indiretos

Paredes


Métodos Indiretos

Os valores apresentados nas tabelas referem‐se essencialmente às dimensões das seções (menor dimensão de pilares e vigas, espessura dos elementos planos) e à distância do centro de gravidade das armaduras à face dos elementos.


Lajes

Vigas

Pilares

Conclusões

Concepção Geral



Métodos Indiretos

Paredes


Métodos Indiretos

Em seções compostas por diferentes camadas de armadura, o valor a deve ser considerado igual a:

siAiasiA

maConceitos Regulamentares

Lajes

Vigas

Pilares

Conclusões

Concepção Geral



Métodos Indiretos

Paredes

No entanto, a distância mínima de qualquer armadura à face não pode ser inferior ao valor estabelecido para R30 nem inferior a am/2.


Pilares

Os valores tabelados referem‐se a uma redução da carga de dimensionamento na situação de fogo de 70%.** mínimo de 8 varões


Lajes

Vigas

Pilares

Conclusões

Concepção Geral



Métodos Indiretos

Paredes

Resistência ao Fogo

Dimensão mínima do pilar / distância a [mm]

Exposição ao Fogo em mais do que um lado

Exposição num só lado (pilares inseridos em paredes)

R 30 200 / 32 155/ 25

R 60 250/ 46 155 / 25

R 90 350 / 53 155/ 25

R 120 350/ 57** 175 / 35

R 180 450/ 70** 230 / 55

R 240 ‐ 295 / 70


Paredes Não Resistentes


Lajes

Vigas

Pilares

Conclusões

Concepção Geral



Métodos Indiretos

Paredes

Resistência ao fogoEspessura mínima

[mm]

EI 30 60

EI 60 80

EI 90 100

EI 120 120

EI 180 150

EI 240 175

Nas paredes não resistentes é necessário garantir a estanquidade (E) e o impedimento à propagação (I).


Paredes Resistentes


Lajes

Vigas

Pilares

Conclusões

Concepção Geral



Métodos Indiretos

Paredes

Resistência

ao fogo

Dimensões mínimas da parede / distância a

[mm]

fi=0.70 Exposição num só lado Exposição em dois lados

REI 30 120 / 10 120 / 10

REI 60 130 / 10 140 / 10

REI 90 140 / 25 170 / 25

REI 120 160 / 35 220 / 35

REI 180 210 / 50 300 / 55

REI 240 270 / 60 350 / 60

Nas paredes resistentes torna‐se necessário garantir, além da estanquidade (E) e impedimento à propagação (I), a resistência (R).


Vigas

Formas das secções consideradas

Em vigas de largura variável, o valor mínimo b refere‐‐se ao centro de gravidade da armadura. Em secções I, com banzo de largura variável, a sua espessura efectiva, def, não deve ser inferior a:

min21 5.0 bdddef


Lajes

Vigas

Pilares

Conclusões

Concepção Geral



Métodos Indiretos

Paredes


Vigas Simplesmente Apoiadas


Lajes

Vigas

Pilares

Conclusões

Concepção Geral



Métodos Indiretos

Paredes


Dimensões mínimas [mm]

Possíveis combinações de a e bmin

R 30 bmin

a

80

25

120

20

160

15

200

15R 60 bmin

a

120

40

160

35

200

30

300

25R 90 bmin

a

150

55

200

45

300

40

400

35R 120 bmin

a

200

65

240

60

300

55

500

50R 180 bmin

a

240

80

300

70

400

65

600

60R 240 bmin

a

280

90

350

80

500

75

700

70


Vigas Contínuas


Lajes

Vigas

Pilares

Conclusões

Concepção Geral



Métodos Indiretos

Paredes



Possíveis combinações de a e bmin

R 30 bmin

a

80

15

160

12R 60 bmin

a

120

25

200

12R 90 bmin

a

150

35

250

25R 120 bmin

a

200

45

300

35

450

35

500

30R 180 bmin

a

240

60

400

50

550

50

600

40R 240 bmin

a

280

75

500

60

650

60

700

50


Lajes Vigadas

A espessura mínima especificada garante a verificação dos critérios E e I. A exigência do critério R é garantida com as espessuras mínimas expressas no EC2‐1.1

1 - laje de betão; 2 - revestimento (não combustível); 3 - isolamento sonoro (possivelmente combustível)

21 hhhs


Lajes

Vigas

Pilares

Conclusões

Concepção Geral



Métodos Indiretos

Paredes


Lajes Vigadas


Lajes

Vigas

Pilares

Conclusões

Concepção Geral



Métodos Indiretos

Paredes

Resistência ao fogo


Espessurahs [mm]

Distância a

1 direcção2 direcções

lx/ly1,5 1,5lx/ly2,0

REI 30 60 10 10 10

REI 60 80 20 10 15

REI 90 100 30 15 20

REI 120 120 40 20 25

REI 180 150 55 30 40

REI 240 175 65 40 50

lx e ly são os vãos da laje, sendo ly>lx


Lajes Fungiformes


Lajes

Vigas

Pilares

Conclusões

Concepção Geral



Métodos Indiretos

Paredes



Espessura, hs distância a

REI 30 150 10

REI 60 200 15

REI 90 200 25

REI 120 200 35

REI 180 200 45

REI 240 200 50


Lajes Nervuradas


Lajes

Vigas

Pilares

Conclusões

Concepção Geral



Métodos Indiretos

Paredes



Combinações de largura das nervuras e distância a

Espessura hse distância a

REI 30bmin = 80a = 15

hs=80a=10

REI 60bmin = 100a = 35

12025

≥20015*

hs=80a=10

REI 90bmin = 120a = 45

16040

≥25030

hs=100a=15

REI 120bmin = 160a = 60

19055

≥30040

hs=120a=20

REI 180bmin = 220a = 75

26070

≥41060

hs=150a=30

REI 240bmin = 280a = 90

35075

≥50070

hs=175a=40


Conclusões

Na concepção de estruturas de betão armado para resistência ao fogo há que atender, fundamentalmente:

‐ à distribuição da rigidez dos elementos;

‐ à forma da secção dos elementos;

‐ ao posicionamento da armadura.


Lajes

Vigas

Pilares

Conclusões

Concepção Geral



Métodos Indiretos

Paredes


Conclusões

O EC2.Parte1.2 possibilita uma avaliação indirecta da resistência ao fogo (duração) em função dos objectivos de:

‐ resistência;

‐ estanquidade;

‐ isolamento;

através da especificação de dimensões mínimas a adoptar para os elementos e para o posicionamento da armadura.


Lajes

Vigas

Pilares

Conclusões

Concepção Geral



Métodos Indiretos

Paredes


Bibliografia

Eurocode 1 Part 1,5 ‐ prEN 1991‐1‐5‐2003 — Eurocode 1: Actionson structures ‐ Part 1‐5: General actions ‐ Thermal actions, 2003.

Eurocode 2 Part 1,2 ‐ prEN 1992‐1‐2‐2004 – Structural FireDesign, 2004

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