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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ DOUGLAS MITSUHITO SANO NATÁLIA SANTOS POLEGATO RUAN DIEGO DELLA COLLETA REDIMENSIONAMENTO DE LAJES E VIGAS PARA UM PROJETO ESTRUTURAL DE CONCRETO EM SITUAÇÃO DE INCÊNDIO CONFORME NBR 15200 (2012) CURITIBA 2013
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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ
DOUGLAS MITSUHITO SANO NATÁLIA SANTOS POLEGATO RUAN DIEGO DELLA COLLETA
REDIMENSIONAMENTO DE LAJES E VIGAS PARA UM PROJETO ESTRUTURAL DE CONCRETO EM SITUAÇÃO DE INCÊNDIO CONFORME NBR 15200 (2012)
CURITIBA 2013
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ
DOUGLAS MITSUHITO SANO NATÁLIA SANTOS POLEGATO RUAN DIEGO DELLA COLLETA
REDIMENSIONAMENTO DE LAJES E VIGAS PARA UM PROJETO ESTRUTURAL DE CONCRETO EM SITUAÇÃO DE INCÊNDIO CONFORME NBR 15200 (2012)
Trabalho Final de Curso apresentado como requisito parcial à conclusão do Curso de Engenharia Civil, Setor de Tecnologia, Universidade Federal do Paraná. Orientador: Prof. Dr. Sc. Marcos Arndt.
CURITIBA 2013
TERMO DE APROVAÇÃO
DOUGLAS MITSUHITO SANO NATÁLIA SANTOS POLEGATO RUAN DIEGO DELLA COLLETA
REDIMENSIONAMENTO DE LAJES E VIGAS PARA UM PROJETO ESTRUTURAL DE CONCRETO EM SITUAÇÃO DE INCÊNDIO CONFORME NBR 15200 (2012)
Trabalho Final de Curso apresentado como requisito parcial à conclusão do Curso de Engenharia Civil, Setor de Tecnologia, Universidade Federal do Paraná, pela seguinte banca examinadora:
____________________________________ Prof. Dr. Marcos Arndt
Orientador – Departamento de Construção Civil, UFPR.
_______________________________ Prof. Dr. Elvidio Gavassoni Neto
Departamento de Construção Civil, UFPR.
_______________________________ Prof. Dr. Roberto Dalledone Machado
Departamento de Construção Civil, UFPR.
Curitiba, 09 de dezembro de 2013
Aos nossos familiares que sempre estiveram ao nosso lado.
AGRADECIMENTOS
A Deus, pelo dom da vida. As nossas famílias, pelo incondicional apoio, carinho e atenção. Ao nosso orientador, Professor Doutor Marcos Arndt pela paciência,
dedicação e orientação. A todos os professores da Universidade Federal do Paraná que de alguma
forma contribuíram para nossa rica formação e desenvolvimento acadêmico. Aos amigos, pelo apoio, cumplicidade e por terem tornado essa caminhada
mais fácil e divertida. Ao Professor Antônio Stramandinoli, por fornecer o projeto estrutural,
fundamental neste trabalho e por estar sempre pronto a cooperar. À JCE Projetos Estruturais através do Professor Jorge Luiz Ceccon e
Engenheiro Raphael, pela disponibilidade do local de trabalho e valiosos ensinamentos.
Por fim, com muito respeito, agradecemos aos professores Roberto
Dalledone Machado e Elvidio Gavassoni Neto por aceitar fazer parte da banca avaliadora engrandecendo este trabalho.
Não ergas alto um edifício sem fortes alicerces, se o fizeres viverás com medo.
Sabedoria Persa
RESUMO
Após grandes incêndios históricos iniciou-se um movimento para a elaboração de normas e procedimentos para evitar tragédias e preservar a vida dos usuários da estrutura, assim como a propriedade em si. No Brasil, até a década de 70 não havia nenhuma legislação atuante na prevenção de incêndios, porém, após uma série de ocorrências com diversas mortes, o país se viu na necessidade de regulamentar leis e sugestionar instruções para os casos de incêndio, sendo sua última publicação do assunto a norma NBR 15200, Projeto de estruturas de concreto em situação de incêndio, publicada em 2012. O concreto, por ser um material incombustível e de baixa condutividade térmica, oferece à estrutura certa proteção contra o incêndio. Em vista disso, muitos projetos estruturais ignoram a NBR 15200 (2012). Deste modo, este trabalho busca aplicar a norma vigente através do método tabular, citar dificuldades operacionais de executar o dimensionamento e estabelecer o impacto quantitativo dos principais materiais utilizados, caso haja a consideração do incêndio no projeto estrutural. Palavras-chaves: incêndio, dimensionamento, estruturas de concreto.
ABSTRACT
After major historical fires a movement started for the development of standards and procedures to prevent tragedies and preserve the lives of users of the structure, as well as the property itself. In Brazil, until the 70s there was no active legislation in fire prevention, however, after a series of events with several deaths, the country was in need of regulatory laws and suggests directions for cases of fire, and its last publication on this subject was NBR 15200, Design of concrete structures in fire, published in 2012. The concrete is a non-combustible material and it has low thermal conductivity, which offers some protection to the structure against fire. Therefore many structural designs ignore the NBR 15200 (2012). Thus, this work seeks to apply current regulations trough of tabular method, mentioning operational difficulties to perform scaling and establish the quantitative impact of the main materials used in case there is the consideration of fire in structural design. Keywords: fire, design, concrete structure.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
FIGURA 2.1 – CURVA TEMPERATURA X TEMPO DE UM INCÊNDIO REAL ........ 28
FIGURA 2.2 – CURVA TEMPERATURA X TEMPO DE INCÊNDIO PADRÃO ......... 29
FIGURA 2.3 – CURVA TEMPERATURA-TEMPO NATURAL E PADRÃO (ISO 834 E
ASTM E-119) ............................................................................................................. 29
FIGURA 3.1 – SISTEMA PROPOSTO POR CHARLES BAGE ................................ 31
FIGURA 3.2 – LAJE TÍPICA DO EDIFÍCIO SEDE DA EMPRESA THE HOME
INSURANCE COMPANY .......................................................................................... 31
FIGURA 4.1 – VARIAÇÃO DA RESISTÊNCIA DOS MATERIAIS EM FUNÇÃO DA
TEMPERATURA ....................................................................................................... 34
FIGURA 4.2 – VARIAÇÃO DO MÓDULO DE ELASTICIDADE DOS MATERIAIS EM
FUNÇÃO DA TEMPERATURA ................................................................................. 35
FIGURA 4.3 – SITUAÇÃO DE ESTRUTURAS APÓS INCÊNDIO. (A) ELEMENTO
ISOLADO DE AÇO, (B) SPALLING EM PILAR DE CONCRETO ............................. 35
FIGURA 4.4 – O FENÔMENO DO SPALLING .......................................................... 36
FIGURA 4.5 – DENSIDADE DO CONCRETO .......................................................... 39
FIGURA 4.6 – FATOR DE REDUÇÃO DA RESISTÊNCIA DO AÇO DE ARMADURA
PASSIVA EM FUNÇÃO DA TEMPERATURA ........................................................... 41
FIGURA 4.7 – FATOR DE REDUÇÃO DO MÓDULO DE ELASTICIDADE DO AÇO
DE ARMADURA PASSIVA EM FUNÇÃO DA TEMPERATURA ............................... 42
FIGURA 6.1 – DISTÂNCIAS E ....................................................................... 60
FIGURA 6.2 – DISTÂNCIAS E .......................................................................... 63
LISTA DE TABELAS
TABELA 2.1 – TEMPERATURA DOS GASES X TEMPO CONFORME A CURVA
ASTM E-119 .............................................................................................................. 30
TABELA 4.1 – VALORES DA RELAÇÃO , , / , PARA CONCRETOS DE
MASSA ESPECÍFICA NORMAL (2000 A 2800 ) PREPARADOS COM
AGREGADOS PREDOMINANTEMENTE SILICOSOS ............................................. 37
TABELA 5.1 – TEMPOS REQUERIDOS DE RESISTÊNCIA AO FOGO (TRRF) EM
MINUTOS .................................................................................................................. 46
TABELA 5.2 – CLASSIFICAÇÃO DAS EDIFICAÇÕES CONFORME NBR 14432
(2001) ........................................................................................................................ 47
TABELA 5.3 – FATORES DE PONDERAÇÃO DAS MEDIDAS DE SEGURANÇA
CONTRA INCÊNDIOS .............................................................................................. 52
TABELA 5.4 – VALORES DE EM FUNÇÃO DO RISCO DE ATIVAÇÃO DO
INCÊNDIO (R) ........................................................................................................... 52
TABELA 6.1 – VALORES DOS COEFICIENTES DE PONDERAÇÃO DAS AÇÕES
PERMANENTES NAS COMBINAÇÕES EXCEPCIONAIS ....................................... 56
TABELA 6.2 – VALORES DOS COEFICIENTES DE PONDERAÇÃO DAS AÇÕES
VARIÁVEIS NAS COMBINAÇÕES EXCEPCIONAIS ............................................... 56
TABELA 6.3 – VALORES DOS FATORES DE COMBINAÇÃO ( ) E DE REDUÇÃO
( E ) PARA AS AÇÕES VARIÁVEIS ................................................................ 57
TABELA 6.4 – DIMENSÕES MÍNIMAS PARA VIGAS BIAPOIADAS ........................ 61
TABELA 6.5 – DIMENSÕES MÍNIMAS PARA VIGAS CONTÍNUAS OU VIGAS DE
PÓRTICOS ................................................................................................................ 61
TABELA 6.6 – DIMENSÕES MÍNIMAS PARA LAJES SIMPLESMENTE APOIADAS
.................................................................................................................................. 64
TABELA 6.7 – DIMENSÕES MÍNIMAS PARA LAJES CONTÍNUAS ........................ 64
TABELA 6.8 – DIMENSÕES MÍNIMAS PARA LAJES LISAS OU COGUMELOS ..... 64
TABELA 7.1 – CARACTERÍSTICAS INICIAIS DAS VIGAS DO EDIFÍCIO A ............ 73
TABELA 7.2 – REDIMENSIONAMENTO DAS VIGAS DO EDIFÍCIO A .................... 75
TABELA 7.3 – CARACTERÍSTICAS INICIAIS DAS LAJES DO EDIFÍCIO A ............ 78
TABELA 7.4 – REDIMENSIONAMENTO DAS LAJES DO EDIFÍCIO A .................... 79
TABELA 8.1 – DIMENSÕES FINAIS DAS VIGAS DO EDIFÍCIO A .......................... 82
TABELA 8.2 – QUANTITATIVO DAS VIGAS DO EDIFÍCIO A .................................. 84
TABELA 8.3 – VERIFICAÇÃO DAS ARMADURAS NEGATIVAS DAS VIGAS DO
EDIFÍCIO A ............................................................................................................... 85
TABELA 8.4 – DIMENSÕES FINAIS DAS LAJES DO EDIFÍCIO A .......................... 87
TABELA 8.5 – QUANTITATIVO DA LAJE DO EDIFÍCIO A....................................... 87
LISTA DE ABREVIATURAS E/OU SIGLAS
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas
ACI – American Concrete Institute
AS – Australian Standard
ASTM – American Society for Testing and Materials
BS – British Standard
d.C. – depois de Cristo
ISO – International Organization for Standardization
NBR – Norma Brasileira Regulamentada
NFPA – National Fire Protection Association
NPT – Norma de Procedimento Técnico
NZS – New Zealand Standard
prEN – pre-European Standard
TRRF – Tempo Requerido de Resistência ao Fogo
LISTA DE SÍMBOLOS
θ – temperatura dos gases do ambiente
– temperatura dos gases quentes no ambiente
t – tempo
f , – resistência à compressão quando o concreto está sujeito a altas temperaturas
k , – fator de redução da resistência do concreto na temperatura θ
θ – temperatura dos gases do ambiente
f , – resistência característica à compressão do concreto em situação normal
Δl – alongamento da peça de concreto provocado pela temperatura
l – comprimento da peça a 20
θ – temperatura do concreto
– variação da densidade do concreto com a temperatura
f , – resistência ao escoamento do aço da armadura passiva
k , –fator de redução da resistência do aço na temperatura θ
f – resistência característica do aço de armadura passiva em situação normal
ε – deformação linear específica do aço
E , – módulo de elasticidade de armadura passiva
k , – fator de redução do módulo de elasticidade do aço na temperatura θ
E – módulo de elasticidade do aço de armadura passiva em situação normal
θ – temperatura do aço
f ,θ – valor de resistência de cálculo do concreto a uma determinada temperatura
f ,θ– resistência característica do concreto a uma determinada temperatura
f ,θ – valor de resistência de cálculo do aço a uma determinada temperatura
f ,θ– resistência característica do aço a uma determinada temperatura
– metros quadrados
– profundidade do solo
– altura da edificação
– valor que substitui o TRRF tabelado
, – valor característico da carga de incêndio específica, conforme NBR 14432
(1999)
– fator que considera a influência da ventilação e da altura do compartimento
– área de ventilação vertical para o ambiente externo do compartimento
– área do piso do compartimento
– área de ventilação horizontal para o ambiente externo do compartimento
– altura do compartimento
γ – fator de ponderação determinado por γ γ γ γ
γ – fator de ponderação da existência ou não de chuveiros automáticos
γ – fator de ponderação da existência ou não de brigada contra incêndio
γ – fator de ponderação da existência ou não de detecção automática
γ – fator de ponderação determinado por γ γ γ
A – área do piso do compartimento
– valor de cálculo da ação
– coeficiente de ponderação das ações permanentes
, – valor característico das ações permanentes
, – valor da ação transitória excepcional
– coeficiente de ponderação das ações variáveis
, – fator de combinação efetivo utilizado para determinação dos valores
reduzidos das ações variáveis
– fator de combinação
– fator de redução
– fator de redução
– distância entre o eixo da armadura longitudinal e a face do concreto exposta ao fogo
∆ – redução do cobrimento em milímetro
, – valor de cálculo dos esforços solicitantes em situação de incêndio
– valor de cálculo dos esforços solicitantes em situação normal
, – área de armadura calculada conforme a NBR 6118 (2007)
, – área de armadura efetiva
– menor valor de largura da alma
í – menor valor de largura da viga
– valor de largura da viga
– distância entre a linha de centro do apoio e a seção considerada
, – mínima área de armaduras negativas na seção localizada na distância
“ ”
, 0 – área de armaduras negativas calculadas conforme NBR 6118 (2007)
– comprimento efetivo do vão da viga determinado conforme NBR 6118 (2007)
– distância média à face do concreto
– distância da barra i, de área , ao fundo da viga
– distância da barra i, de área , à face lateral mais próxima
– área de armadura da barra i
– altura da viga
– menor dimensão da laje
– maior dimensão da laje
– quilograma força
– tonelada força
, – cobrimento utilizado no projeto estrutural original
∅ – diâmetro do estribo
, – cobrimento de acordo com a NBR 6118 (2007)
∅ , – diâmetro da armadura longitudinal no projeto estrutural original
– largura da viga utilizada no projeto estrutural original
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ...................................................................................................... 19
1.1 HISTÓRICO ........................................................................................................ 19
1.2 OBJETIVOS ........................................................................................................ 23
1.3 JUSTIFICATIVA .................................................................................................. 23
1.4 ORGANIZAÇÃO DO TEXTO ............................................................................... 24
2 O INCÊNDIO ......................................................................................................... 26
2.1 INCÊNDIO NATURAL ......................................................................................... 26
2.2 INCÊNDIO PADRÃO ........................................................................................... 28
3 PROTEÇÃO DAS ESTRUTURAS CONTRA INCÊNDIO ..................................... 31
4 COMPORTAMENTO DOS PRINCIPAIS MATERIAIS ESTRUTURAIS UTILIZA-DOS NA CONSTRUÇÃO .......................................................................................... 34
4.1 CONCRETO ........................................................................................................ 36
4.1.1 Propriedades físicas e mecânicas do concreto afetadas pela temperatura segundo a NBR 15200 (2012) ................................................................................... 37
4.2 AÇO .................................................................................................................... 39
4.2.1 Propriedades físicas e mecânicas do aço afetadas pela temperatura segundo a NBR 15200 (2012) .................................................................................................... 40
4.2.2 Propriedades físico-térmicas do aço a altas temperaturas segundo a NBR 14323 (1999) ............................................................................................................. 42
4.3 VALOR DE CÁLCULO DAS RESISTÊNCIAS ..................................................... 43
5 TEMPO REQUERIDO DE RESISTÊNCIA AO FOGO .......................................... 44
5.1 MÉTODO DO TEMPO EQUIVALENTE ............................................................... 51
6 DIMENSIONAMENTO DAS ESTRUTURAS EM SITUAÇÃO DE INCÊNDIO ...... 54
6.1 AÇÕES E SEGURANÇA SEGUNDO A NBR 8681 (2003) .................................. 54
6.1.1 Determinação dos esforços solicitantes ........................................................... 55
6.2 MÉTODO TABULAR CONFORME NBR 15200 (2012)....................................... 57
6.2.1 Redução do 1 ................................................................................................. 59
6.2.2 Vigas ................................................................................................................ 59
6.2.3 Lajes ................................................................................................................. 63
6.3 OUTROS MÉTODOS .......................................................................................... 65
6.3.1 Método simplificado de cálculo ......................................................................... 65
6.3.2 Métodos avançados de cálculo ........................................................................ 66
6.3.3 Método experimental ........................................................................................ 66
7 DIMENSIONAMENTO DO ESTUDO DE CASO ................................................... 67
7.1 MÉTODO DE TEMPO EQUIVALENTE PARA REDUÇÃO DO TRRF................. 69
7.2 APLICAÇÃO DO MÉTODO TABULAR NO CASO EM ESTUDO ........................ 71
7.2.1 Redução do 1 ................................................................................................. 71
7.2.2 Vigas ................................................................................................................ 71
7.2.3 Lajes ................................................................................................................. 76
8 RESULTADOS ...................................................................................................... 81
9 CONCLUSÃO ....................................................................................................... 89
9.1 RECOMENDAÇÕES ........................................................................................... 91
REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 93
ANEXOS ................................................................................................................... 96
19
1 INTRODUÇÃO
O processo de concepção para obtenção de uma estrutura estável abrange
diversas etapas e requisitos. Durante o cálculo estrutural de qualquer
empreendimento é necessário avaliar as diversas formas de atuação de ações, entre
elas as que agem de forma permanente, as que variam de acordo com o uso ou de
forma não constante, e, finalmente, as extraordinárias que atuam raramente durante
a vida útil do elemento. Entre as cargas excepcionais se destaca o fenômeno de
aumento súbito de temperatura, o incêndio.
As ações permanentes e variáveis como peso próprio do material e ação do
vento são extensamente analisadas pelos profissionais atuantes na área, já as
ações excepcionais, dentre elas o incêndio, são relegadas ao um segundo plano ou
ignoradas por ser necessário um maior aprofundamento em setores teóricos mais
específicos como a Termodinâmica e a Transferência de Calor (COSTA, 2008).
Com o aumento das opções de materiais utilizados em construções,
possibilidade de estruturas mais esbeltas e exigência de uma segurança maior pelo
usuário final, são necessários novos estudos e avaliações para o caso da ocorrência
de um fenômeno de aumento súbito de temperatura (PORTO, 2011).
Para um engenheiro civil, responsável pelo projeto e execução de estruturas,
é extremamente importante estar preparado para calcular, executar e proporcionar
manutenção de empreendimentos em que um incêndio ponha em risco vidas
humanas.
Segundo a NBR 15200 (2012) em seu item 5.2, os objetivos gerais da
verificação de estruturas em situação de incêndio são:
― limitar o risco à vida humana;
― limitar o risco da vizinhança e da própria sociedade;
― limitar o risco da propriedade exposta ao fogo.
1.1 HISTÓRICO
Historicamente o ser humano tende a reagir ao invés de prevenir grandes
desastres. Desta maneira, é necessário olhar o passado de eventos ruins e os erros
cometidos para que se possa refletir e aprender. O histórico dos incêndios
20
relevantes tem seu início em 19 de julho de 64 d.C., na cidade de Roma, forçando a
cidade a adotar o primeiro sistema de alarme anti-incêndios (SILVA, 2012).
Posteriormente, com o surgimento de polos urbanos em condições precárias e
altamente povoados, a ocorrência de grandes acidentes com fogo tornaram-se
comuns, destacando-se o grande incêndio de Londres em 2 de setembro de 1666,
com 13 mil casas destruídas e o incêndio de Chicago em 8 de outubro de 1871, com
2 dias de incêndio e mais de 300 mortes (SILVA, 2012).
O início da criação de algum procedimento para prevenção e proteção
contra a ocorrência de acidentes com fogo aconteceu após 4 grandes incêndios com
vítimas fatais nos Estados Unidos (SILVA, 2012):
― Em 30 de dezembro de 1903, no Teatro Iroquois localizado em Chicago,
supostamente projetado para ser seguro contra incêndio e matou cerca de 600
pessoas (NFPA Journal, 1995; SEITO et al., 2008; SILVA, 2012);
― No Opera Rhoads na Pensilvânia, em 13 de janeiro de 1908, onde 170
pessoas morreram (SEITO et al., 2008; SILVA, 2012);
― Na Lake View Elementaty School em Ohio, no dia 4 de março de 1908,
matando 172 crianças e 2 professores (NFPA Journal, 2008; SEITO et al., 2008;
SILVA, 2012);
― Finalmente, em 25 de março de 1911 na cidade de Nova York, na
Triangle Shirtwaist Company, com 146 pessoas morrendo (NFPA Journal, 1993;
SEITO et al., 2008; SILVA, 2012).
Após esses eventos inicia-se um movimento para a elaboração de normas e
procedimentos para evitar incêndios e preservar a vida dos usuários da estrutura,
assim como a propriedade em si. Em 1914 a National Fire Protection Association
(NFPA) edita a 4ª edição do Manual de proteção contra incêndios (SEITO et al.,
2008; SILVA, 2012).
Infelizmente no Brasil, não ocorreu o aprendizado e conhecimento de outros
países para a produção de legislação atuante na prevenção de incêndios, por isso
até a década de 70 não existia preocupação com eventos com fogo. Com isso
diversas tragédias ocorreram (SEITO et al., 2008; SILVA, 2012):
― Em 17 de dezembro de 1961, o Gran Circo Norte-Americano em Niterói
no Rio de Janeiro, teve sua lona criminosamente incendiada e o incidente matou 250
21
pessoas além de deixar mais de 400 pessoas feridas (SEITO et al., 2008; SILVA,
2012);
― Na Volkswagen do Brasil, em São Bernardo do Campo, no dia 18 de
dezembro de 1970. Até este evento se acreditava que o modo de construção
baseado em alvenaria e a proximidade com o oceano evitaria a ocorrência de
grandes incêndios no país (SEITO et al., 2008; SILVA, 2012);
― No Edifício Andraus, em São Paulo na data de 24 de fevereiro de 1972.
Foi o primeiro grande incêndio em um edifício e resultou em 16 mortos e 336 feridos
(SEITO et al., 2008; SILVA, 2012);
― Em 1° de fevereiro de 1974, ocorreu um grande incêndio no Edifício
Joelma, localizado em São Paulo, acarretando 179 mortos e 320 feridos. A
proximidade com o episódio do Edifício Andraus somado ao grande número de
envolvidos, resultou em uma profunda reformulação das medidas para segurança na
prevenção e proteção contra incêndios (SEITO et al., 2008; SILVA, 2012);
Mais recentemente, mesmo com a existência de ampla documentação e
técnicas modernas para a proteção contra incêndios, pode-se citar um exemplo
recente onde o fogo foi subestimado:
― Em 27 de janeiro de 2013, 242 pessoas morreram e 116 ficaram feridas
em um incêndio ocorrido na boate Kiss localizada na cidade gaúcha de Santa Maria.
A tragédia foi uma soma de múltiplas imprudências, desde o uso de artefato
incendiário em ambiente fechado, passando pela superlotação do local e da
arquitetura precariamente projetada para evacuação (ZERO HORA, 2013).
Após a série de ocorrências com diversas mortes, os órgãos responsáveis e
governos procuraram regulamentar leis e sugestionar instruções para os casos de
incêndio. Apenas recentemente no Brasil iniciou-se o processo de recomendações
para projetos estruturais. Em 1980 foi pulicada a NBR 5627 - “Exigências
particulares das obras de concreto armado e protendido em relação à resistência ao
fogo”. O Corpo de Bombeiros de São Paulo publicou em 1994 uma série de
Instruções Técnicas para estruturas metálicas, tema não abrangido pela norma
anterior. Segundo, Silva (2007), a atitude tomada pelo Corpo de Bombeiros de São
Paulo foi correta, porém, as exigências no texto foram inflexíveis e rigorosas. No
entanto, a publicação destas instruções, incentivou a discussão do tema no meio
técnico, acadêmico e industrial. A Associação Brasileira de Normas Técnicas
22
instituiu em 1996 um Grupo de Trabalho para a elaboração de textos
regulamentadores sobre o tema. Em 1999 o grupo constituído de representantes do
Corpo de Bombeiros de São Paulo, de fabricantes de materiais de revestimentos, do
Instituto de Pesquisa Tecnológica, de escritórios de projetos e de siderúrgicas,
redigiu e aprovou a NBR 14323 – “Dimensionamento de estruturas de aço de
edifícios em situação de incêndio – Procedimento” (ABNT, 1999). Em 2000, com o
grupo recebendo a contribuição de oficiais do Corpo de Bombeiros, redigiu-se a
NBR 14432 – “Exigências de resistência ao fogo de elementos construtivos de
edificações – Procedimento” (ABNT, 2000), abrangendo as diversas estruturas
independentemente do material componente. A NBR 5627 - “Exigências particulares
das obras de concreto armado e protendido em relação à resistência ao fogo” foi
cancelada em 2001 e substituída pelo Anexo B da nova NBR 6118 – “Projeto de
estruturas de concreto – Procedimento”. Em 2003 na nova revisão da NBR 6118, o
Anexo B foi retirado, porém utilizado como referência para a NBR 15200 – “Projeto
de estruturas de concreto em situação de incêndio”, publicada em 2004, tendo uma
nova edição publicada em 2012 (SILVA, 2007).
Segundo (DINIZ, 2009) o concreto é o segundo material mais consumido
depois da água. O concreto é um material construtivo amplamente difundido,
podendo ser encontrado em casas de alvenaria, rodovias, pontes, edifícios das mais
variadas alturas, torres de resfriamentos, usinas hidrelétricas e nucleares, obras de
saneamento e até em plataformas petrolíferas. Seu uso é difundido pela facilidade
de execução e adaptação nas mais diferentes formas. No entanto, a garantia de
qualidade e segurança, exige uma série de cuidados desde a fase de projeto até a
execução. Entre as preocupações necessárias está à verificação da estrutura em
relação ao aumento de temperatura súbita, o incêndio.
O concreto é um material incombustível, possui baixa condutividade térmica,
não produz gases tóxicos durante a atuação do fogo e os elementos componentes
têm baixo fator de massividade, portanto, as estruturas são consideradas seguras
em situação de incêndio (COSTA & SILVA, 2002). Contando com as características
relatadas anteriormente e com a existência de outros sistemas de proteção contra a
ocorrência de incêndios, muitos projetos estruturais ignoram a NBR 15200 (2012).
Tal medida pode ser imprudente levando-se em conta o vasto histórico de tragédias
ocorridas e que continuam a existir.
23
A concepção de qualquer empreendimento tem como objetivo o uso pelo ser
humano, portanto, a utilização durante a vida útil da edificação deve proporcionar a
máxima garantia e conforto ao usuário. A segurança da estrutura é essencial e
mesmo que o fogo se trate de uma ação excepcional é necessário um estudo
prevendo a sua ocorrência. Portanto a norma vigente deve ser difundida, estudada e
obedecida visando a proteção dos usuários das estruturas atuais.
1.2 OBJETIVOS
O objetivo deste trabalho é redimensionar as vigas e lajes do pavimento tipo
de um edifício de concreto armado utilizando o método tabular da NBR 15200
(2012), comparando os quantitativos de concreto e armadura resultantes. Os
resultados obtidos mostrarão o possível impacto de um dimensionamento da
estrutura quando sujeita ao fogo, podendo ampliar o debate sobre o uso da norma
em vigor.
Para alcançar o objetivo geral proposto pretende-se:
- analisar a ação do fogo nos principais materiais construtivos componentes
de uma estrutura;
- explicar a NBR 15200 (2012), a fim de compreender seu uso e
procedimentos para o dimensionamento de estruturas sujeitas ao fogo;
- apresentar normas complementares que permitem determinar certos
índices necessários para o redimensionamento da estrutura;
- criar um procedimento de cálculo baseado na NBR 15200 (2012),
facilitando seu entendimento e uso;
- finalmente, relatar um redimensionamento de um projeto estrutural real,
com o objetivo de demonstrar o uso da NBR 15200 (2012) e levantar um debate
sobre sua utilização.
1.3 JUSTIFICATIVA
A atual norma para Projetos de Estruturas de Concreto em Situação de
Incêndio, a NBR 15200, é vigente desde 2012, substituindo a versão anterior de
2004. Antes, ainda, existia a NBR 5627, cancelada em 2001, além de outras
24
publicações sobre o incêndio atuante em estruturas de concreto. Mesmo com vasta
documentação sobre o assunto, a aplicação dos modelos e normas ainda não é
difundida e seu uso ainda é relevado nos projetos estruturais. Desta maneira é
importante exemplificar a aplicação em estudos de casos para a divulgação dos
métodos existentes.
Os métodos simplificados disponíveis na documentação técnica existente
nem sempre são práticos, racionais e econômicos. Além disso, necessita-se de
conhecimentos em termodinâmica para a aplicação, indisponíveis ao engenheiro na
maior parte das vezes. Assim, é importante estudar a viabilidade do uso da norma a
fim de quantificar o aumento ou não de materiais, necessidade da aplicação de
novas normas no dimensionamento dos projetos e o custo adicional do novo
processo.
A existência de grandes números de incêndios ocorrentes nas edificações
exige uma estratégia dos projetistas na Engenharia Civil. O uso da norma precisa
ser introduzido e difundido com o objetivo de ampliar o horizonte do estudo da
atuação de fogo nas estruturas de concreto.
1.4 ORGANIZAÇÃO DO TEXTO
Este Trabalho Final de Curso está dividido em 10 capítulos. O capítulo 1,
Introdução, apresenta o histórico de incêndios e suas consequências na criação de
normas e aumento da relevância dos estudos voltados para a atuação do fogo nas
estruturas. Ainda na introdução são expostos os objetivos, justificativa para a
realização do trabalho e organização do texto com o objetivo de demonstrar a
coordenação e o raciocínio utilizado.
O capítulo 2, O Incêndio, define e caracteriza a atuação do aumento de
temperatura nos elementos estruturais e realça as diferenças das curvas
temperatura x tempo de incêndio real e de incêndio-padrão adotadas nas análises
estruturais.
O capítulo 3, Proteção das Estruturas Contra Incêndio, trata das formas
de proteção em que uma estrutura pode ser submetida, podendo esta ser protegida
de forma ativa e/ou passiva. O enfoque maior está na proteção passiva, que tem
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como alvo assegurar proteção contra o fogo em qualquer momento da vida útil da
estrutura, sendo este o objetivo principal do presente trabalho.
É importante ter conhecimento do modo em que o aumento súbito de
temperatura pode influenciar nas propriedades dos principais materiais estruturais
utilizados. O capítulo 4, Comportamento dos Principais Materiais Estruturais
Utilizados na Construção, expõe como as propriedades físicas e mecânicas do
concreto e do aço, principais componentes do concreto armado, sofrem alterações
com a atuação do incêndio.
No capítulo 5, Tempo Requerido de Resistência ao Fogo, é estabelecido o
tempo mínimo de oposição ao fogo de um elemento construtivo quando sujeito ao
incêndio padrão. O tempo requerido de resistência ao fogo é um valor dado em
função do risco de incêndio e de suas consequências, e varia de acordo com o tipo
de uso e ocupação em que a estrutura está inserida.
Os diferentes métodos de dimensionamento das estruturas de concreto
armado em situação de incêndio podem ser vistos no capítulo 6, Dimensionamento
das Estruturas em Situação de Incêndio, porém, há uma melhor abordagem do
Método Tabular, tanto pelo fato de ser o mais utilizado como também ter sido o
método escolhido no trabalho para o dimensionamento do estudo de caso.
O capítulo 7, Dimensionamento do Estudo de Caso, traz as características
do objeto em estudo e as alterações que lhe foram impostas pelo método tabular de
dimensionamento.
Os resultados oriundos do dimensionamento do estudo de caso estão
expostos no capítulo 8, Apresentação do Resultado.
Por fim, no capítulo 9, Conclusão, é exposto o impacto da utilização do
método tabular de dimensionamento de estruturas em situação de incêndio, além da
apresentação de particularidades notadas durante a execução do trabalho.
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2 O INCÊNDIO
O aumento da temperatura nas estruturas de concreto em decorrência de
um incêndio causa redução da resistência característica e do módulo de
elasticidade, além de provocar alteração dos esforços solicitantes em decorrência
das restrições às deformações de origem térmica (BUCHANAN, 2001).
A elevação da temperatura nos elementos da estrutura é conduzida pela
ação térmica, que é descrita por meio dos seguintes fluxos de calor (SILVA, 2012):
Convectivo – gerado pela diferença de densidade entre os gases com
diferentes temperaturas no ambiente. Em caso de incêndio, é esse fluxo que
transfere calor para estrutura.
Radioativo – calor propagado através de ondas causadas pela diferença de
temperatura entre as chamas e a superfície dos elementos estruturais e de
compartimentação.
Condutivo – ocorre no interior da estrutura, transmitindo o calor de molécula
a molécula no interior da peça de concreto.
A principal característica de um incêndio que interessa para análise
estrutural é a curva que relaciona a temperatura média dos gases quentes com o
tempo. Através dela são obtidos parâmetros importantes para o dimensionamento
das estruturas como temperatura máxima e duração do incêndio (SILVA, 2012).
Existem duas curvas principais que relacionam temperatura e tempo usadas para
análise estrutural, uma que representa o comportamento de um incêndio real e a
outra um modelo simplificado chamada de curva de incêndio padrão.
2.1 INCÊNDIO NATURAL
A NBR 14432 (2001) define incêndio natural como: variação de temperatura
que simula o incêndio real, função da geometria do compartimento, grau de
ventilação, características térmicas dos elementos de vedação (massa especifica,
condutividade e calor específico) e da carga de incêndio específica. A determinação
de uma curva temperatura-tempo de um incêndio real, que relaciona o aumento da
temperatura com o tempo, é extremamente complexa por ter uma elevada
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quantidade de variáveis, e então esse modelo não é usual na verificação de
estruturas submetidas a esse tipo de ação.
O incêndio real apresenta três estágios principais, ilustrados na FIGURA 2.1:
a) Ignição – Nessa fase ocorrem as menores temperaturas e, portanto, não
há risco ao patrimônio por colapso estrutural. O risco a vida humana acontece em
função de gases tóxicos ou asfixiantes que podem ser exalados do material
combustível. Elementos de prevenção de incêndio, como por exemplo, detectores de
fumaça, chama e temperatura, chuveiros automáticos, extintores, brigada de
incêndio, etc., poderão ser eficientes e extinguir rapidamente o fogo, tornando
totalmente desnecessária a verificação de segurança da estrutura (SILVA, 2004). É
nessa fase também que deve ser feita a desocupação rápida da área incendiada,
sendo isso previsto no projeto arquitetônico.
b) Aquecimento – caso o fogo não seja eliminado, em um determinado
momento o incêndio toma proporções maiores ocorrendo uma inflamação
generalizada dos elementos (flashover). Este é um estado transitório em que os
elementos combustíveis se inflamam, entram em ignição quase simultaneamente
gerando uma grande propagação do calor e caracterizando a consolidação do
incêndio. Esse estágio intermediário do incêndio é o instante mais crítico para a
estrutura (SILVA, 2004).
c) Resfriamento - Quando todo material combustível presente no local for
queimado, a temperatura dos gases diminui gradualmente com o passar do tempo.
É importante salientar que os impactos nos materiais e nas distribuições das
temperaturas são diferentes para o resfriamento natural e resfriamento através do
uso de água (SILVA, 2004).
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FIGURA 2.1 – CURVA TEMPERATURA x TEMPO DE UM INCÊNDIO REAL FONTE: VARGAS; SILVA (2003).
2.2 INCÊNDIO PADRÃO
É difícil determinar a duração e a intensidade que um incêndio pode assumir
devido a uma diversidade de fatores que podem afetá-lo, mencionados
anteriormente. Sendo assim, a curva temperatura-tempo do incêndio real pode variar
muito de um caso para o outro. Por conta disso, surgiu a necessidade de criar um
novo modelo experimental idealizado para análise estrutural, baseado em incêndios
reais, chegando-se a uma curva-padrão (SILVA, 2004).
A curva do incêndio padrão não representa um incêndio real, sendo adotada
pelas principais normas do mundo por questões práticas. Ela possui apenas uma
parte ascendente bem característica e bem definida, ou seja, a temperatura dos
gases sempre se comporta de forma crescente com o tempo, independente das
características do ambiente e da carga de incêndio, não considerando que os gases
terão uma diminuição no grau de agitação das suas moléculas (SILVA, 2004). A
FIGURA 2.2 a seguir representa um modelo de curva-padrão.
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FIGURA 2.2 – CURVA TEMPERATURA x TEMPO DE INCÊNDIO PADRÃO FONTE: VARGAS; SILVA (2003).
Existem duas curvas-padrão que são mais utilizadas no mundo, a ASTM E-
119 e a ISO 834 e que se diferenciam muito pouco uma da outra (SILVA, 2004),
como pode ser observadas na FIGURA 2.3 abaixo.
FIGURA 2.3 – CURVA TEMPERATURA-TEMPO NATURAL E PADRÃO (ISO 834 E ASTM E-119) FONTE: SILVA (2004).
A NBR 14432 (2001) recomenda a curva ISO 834 que é expressa por:
345 log 8 1 (2.1)
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onde:
= tempo (min);
= temperatura dos gases do ambiente, no instante 0, admitida
normalmente como 20 ;
= temperatura dos gases quentes no ambiente ( ).
A curva de incêndio-padrão ASTM E-119 é representada na TABELA 2.1 a
seguir.
TABELA 2.1 – TEMPERATURA DOS GASES x TEMPO CONFORME A CURVA ASTM E-119
TEMPO (mín)
( )
0 20 5 538
10 704 15 760 20 795 25 821 30 843 35 862 40 878 45 892 50 905 55 916 60 927 65 937 70 946 75 955 80 963 85 971 90 978
120 1010 240 1093 480 1260
FONTE: ASTM (2000).
Segundo SILVA (2004) por não se tratar de um incêndio real, qualquer
conclusão que se tire baseada nessas curvas deve ser analisada com cuidado.
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3 PROTEÇÃO DAS ESTRUTURAS CONTRA INCÊNDIO
A busca pela segurança nas estruturas através de proteção contra incêndios
surgiu com a Revolução Industrial na Inglaterra e a aglomeração de materiais
inflamáveis em fábricas e edificações. Em 1796, após vários incidentes já relatados
anteriormente, Charles Bage propôs um “edifício à prova de incêndios” (FIGURA 3.1)
propondo a troca de vigas e pilares de madeira por elementos metálicos, além de
executar os pisos através de arcos com tijolos revestidos por concreto (SEITO et al.,
2008; SILVA, 2012).
FIGURA 3.1 – SISTEMA PROPOSTO POR CHARLES BAGE FONTE: SEITO et al. (2008)
Em 1885, nos Estados Unidos o edifício sede da empresa The Home
Insurance Company, em Chicago, se tornou o primeiro a apresentar como forma de
proteção da estrutura, o revestimento dos elementos de ferro fundido com concreto
(FIGURA 3.2) (SILVA, 2012).
FIGURA 3.2 – LAJE TÍPICA DO EDIFÍCIO SEDE DA EMPRESA THE HOME INSURANCE COMPANY FONTE: SEITO et al. (2008)
Mesmo não sendo um isolante ideal, o concreto foi utilizado inicialmente
como revestimento para o esqueleto estrutural metálico dos edifícios, sem exercer
qualquer função estrutural. Posteriormente, o concreto adquiriu importância para a
estrutura e, juntamente com o aço passou a integrar pilares, vigas e lajes dos
edifícios chegando ao estágio atual de concreto armado. Desta maneira, foram
necessários novos estudos sobre o comportamento do concreto em situações de
32
altas temperaturas, destacando-se a publicação de (FREITAG, 1899 apud SILVA et
al., 2008) relatando ensaios demonstrando que havia redução de resistência no
concreto, mas, não era preocupante, em vista do uso para lajes de pequenos vãos.
Já (MÖRCH, 1948 apud SILVA et al., 2008) alertou sobre a necessidade de
verificação das estruturas de concreto armado submetidas a incêndios.
O incêndio quando atinge o edifício proporciona uma ação excepcional nos
diversos elementos estruturais. No local abrangido pelo fogo os efeitos são diretos,
conforme explicado no comportamento dos componentes do concreto armado, as
propriedades mecânicas dos materiais sofrem perda das características inicias com
o aumento do fogo. Desta maneira, o elemento sob o impacto do incêndio pode ter
sua capacidade resistente reduzida até o estado de colapso. Em áreas afastadas do
fogo os efeitos são indiretos, toda a estrutura está sujeita a seu peso próprio e
sobrecargas. Assim que ocorre o aumento da temperatura a condição inicial se
altera e um novo estado de tensão é produzido, gerando um carregamento
excepcional em toda a estrutura. Ainda pode-se considerar que todos os elementos
da estrutura estão mais ou menos rigidamente interligados. Assim, a alteração de
temperatura proporcionada pelo fogo provoca dilatações térmicas que são
restringidas, originando novas reações e tensões não previstas (PANNONI, 2002).
Tendo conhecimento das consequências de um incêndio em um edifício a
NBR 15200 (2012) recomenda no item 5.4 que a estrutura seja protegida contra o
fogo de forma a:
- reduzir o incêndio;
- controlar o fogo em estágios iniciais;
- limitar a área exposta ao fogo (compartimento corta-fogo);
- criar rotas de fuga;
- facilitar a operação de combate ao incêndio;
- evitar ruína prematura da estrutura, permitindo a fuga dos usuários e as
operações de combate ao incêndio.
A forma para satisfazer os itens anteriores da norma são sistemas de
proteção contra incêndios atuando de forma ativa ou passiva. A proteção ativa inicia
seu funcionamento com o acionamento de um dispositivo específico de maneira
manual ou automática. Seu objetivo é inicialmente detectar o fogo, posteriormente
alertar os usuários da estrutura e finalmente o combate da situação. Podemos
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exemplificar a proteção ativa com os sistemas de alarme manual ou automático de
incêndio, meios para a detecção de fumaça, extintores, hidrantes, sprinklers e
iluminações de emergência. A proteção passiva atua sem a necessidade de
qualquer acionamento estando relacionada ao projeto e execução da estrutura. O
objetivo é assegurar a proteção contra o fogo em qualquer momento da vida útil da
edificação. Podemos exemplificar a proteção passiva como a acessibilidade em
janelas e portas, rotas de fugas, compartimentação, revestimentos e, o objetivo
principal deste trabalho, o correto dimensionamento dos elementos estruturais
(SILVA, 2012).
Para que sejam atendidas as condições de dimensionamento em caso de
incêndios na edificação são utilizadas normas regulamentadoras condicionando os
elementos estruturais dentro de exigências para evitar o colapso (NBR 14432,
2001), fornecer parâmetros para o projeto de estruturas de concreto em situação de
incêndio (NBR 15200, 2012) ou esclarecer projetos de estruturas de aço e de
estruturas mistas de aço e concreto de edifícios (NBR 8800, 2008).
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4 COMPORTAMENTO DOS PRINCIPAIS MATERIAIS ESTRUTURAIS UTILIZA-
DOS NA CONSTRUÇÃO
Com o avanço da tecnologia na construção civil, a pedra natural e a
madeira, utilizadas antigamente devido a sua alta disponibilidade na natureza,
deixaram de ser usadas, pois não agrupavam as características principais que uma
obra deveria ter: durabilidade e resistência. Assim, séculos mais tarde com a busca
do homem de se encontrar um material ideal para ser utilizado nas construções que
incorporassem tais características, o ferro, o aço e o concreto começaram a ser
empregados largamente na construção civil.
Diante disso, conforme Botelho (2009), no final do século XIX na Europa, o
concreto armado começou a ser utilizado devido à necessidade de se obter um
material durável que resistisse tanto aos esforços de tração como também aos
esforços de compressão.
A resistência dos materiais como: o aço, o concreto, o alumínio e a madeira,
quando submetidos a elevadas temperaturas é reduzida, pois há degeneração das
propriedades mecânicas dos materiais (FIGURAS 4.1 e 4.2) ou redução da área
resistente (FIGURA 4.3b) (SILVA, 2012).
FIGURA 4.1 – VARIAÇÃO DA RESISTÊNCIA DOS MATERIAIS EM FUNÇÃO DA TEMPERATURA FONTE: SILVA (2012).
35
FIGURA 4.2 – VARIAÇÃO DO MÓDULO DE ELASTICIDADE DOS MATERIAIS EM FUNÇÃO DA TEMPERATURA FONTE: SILVA (2012).
Embora a redução das propriedades mecânicas do concreto e da madeira
conforme a temperatura aumenta, seja mais acentuada que a do aço, deve-se
ressaltar que um elemento isolado de aço, geralmente, atinge maiores temperaturas
se comparado com os outros materiais (FIGURA 4.3a) (SILVA, 2012).
(a)
(b)
FIGURA 4.3 – SITUAÇÃO DE ESTRUTURAS APÓS INCÊNDIO. (a) ELEMENTO ISOLADO DE AÇO, (b) SPALLING EM PILAR DE CONCRETO FONTE: SILVA et al. (2008).
A seguir, por se tratar neste trabalho somente de estruturas de concreto
armado em situação de incêndio, serão expostas somente as propriedades e
comportamento do concreto e do aço.
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4.1 CONCRETO
O concreto quando sujeito à ação térmica de um incêndio, além de perder
sua resistência, também perde área resistente por causa do spalling (FIGURA 4.4).
FIGURA 4.4 – O FENÔMENO DO SPALLING FONTE: KHOURY (2002), apud FREITAS JUNIOR (2010)
O spalling é um lascamento da superfície de concreto que ocorre devido ao
comportamento diferencial dos componentes do concreto face a altas temperaturas
e da pressão interna da água ao evaporar-se. Este fenômeno reduz a área
resistente do concreto expondo a armadura ao fogo (FIGURA 4.3b). A ocorrência do
spalling é eventual e soluções para tentar evitá-lo são inviáveis economicamente
(SILVA, 2012).
O método tabular, procedimento adotado neste trabalho para o
redimensionamento do estudo de caso, prevê cobrimentos suficientes com o objetivo
de proporcionar à armadura dos elementos construtivos uma maior segurança
quanto ao spalling em uma situação de incêndio, inibindo a exposição das
armaduras.
37
4.1.1 Propriedades físicas e mecânicas do concreto afetadas pela
temperatura segundo a NBR 15200 (2012)
a) Resistência à compressão
A resistência à compressão quando o concreto está sujeito a altas
temperaturas pode ser obtida através de:
f , k , f , (4.1)
onde:
f , é a resistência característica à compressão do concreto em situação
normal;
k , é o fator de redução da resistência do concreto na temperatura θ,
conforme TABELA 4.1.
TABELA 4.1 – VALORES DA RELAÇÃO , , / , PARA CONCRETOS DE MASSA ESPECÍFICA NORMAL (2000 ⁄ a 2800 ⁄ ) PREPARADOS COM AGREGADOS PREDOMINANTEMENTE SILICOSOS
TEMPERATURA DO CONCRETO
( ) k , f , /f ,
1 2,00 20 1,00
100 1,00 200 0,95 300 0,85 400 0,75 500 0,60 600 0,45 700 0,30 800 0,15 900 0,08 1000 0,04 1100 0,01 1200 0,00
FONTE: NBR 15200 (2012).
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O fator de redução de resistência do concreto (k , ) decresce conforme
ocorre o aumento de temperatura, tornando a resistência à compressão quando o
concreto está sujeito a altas temperaturas (f , ) muito baixa, podendo chegar a zero
em casos que a temperatura atinja valores superiores a 1200 . É importante notar
que na temperatura de 20 , ou seja, em temperatura ambiente, o fator de redução
de resistência do concreto é igual a 1,00, não alterando a resistência à compressão
quando o concreto está sujeito a altas temperaturas (f , ) em relação a resistência
característica à compressão do concreto em situação normal (f , ).
Para valores intermediários de temperatura pode ser feita interpolação
linear.
b) Alongamento
De forma simplificada, a relação entre o alongamento específico do concreto
e a temperatura pode ser calculada por:
Δll
18x10 θ 20 (4.2)
onde:
Δl é o alongamento da peça de concreto provocado pela temperatura;
l é o comprimento da peça a 20 ;
θ é a temperatura do concreto, em graus Celsius.
c) Calor específico
A relação entre o calor específico do concreto e a temperatura pode ser
tomada como constante. Nesse caso, pode ser considerada igual a 1000J/kg .
d) Condutividade térmica
De forma simplificada, a condutividade térmica do concreto em relação à
temperatura pode ser considerada constante. Nesse caso, pode ser considerada
igual a 1,3W/m .
39
e) Densidade
A variação da densidade do concreto com a temperatura é caracterizada
pela perda de água e pode ser definida por:
ρ θ ρ 20 para 20 115
(4.3)
ρ θ ρ 20 1 0,02 para 115 200
ρ θ ρ 20 0,98 0,03 para 200 400
ρ θ ρ 20 0,95 0,07 para 400 1200
A variação da densidade do concreto com a temperatura pode ser
observada na FIGURA 4.5.
FIGURA 4.5 – DENSIDADE DO CONCRETO FONTE: SILVA (2012).
4.2 AÇO
Segundo DIAS (2002), o aço é um produto siderúrgico definido como uma
liga metálica constituída principalmente de ferro e pequenas quantidades de carbono
(de 0,002% até 2,00%).
40
4.2.1 Propriedades físicas e mecânicas do aço afetadas pela temperatura
segundo a NBR 15200 (2012)
a) Resistência ao escoamento do aço de armadura passiva
A resistência ao escoamento do aço da armadura passiva pode ser obtida
por:
f , k , f (4.4)
onde:
f é a resistência característica do aço de armadura passiva em situação
normal;
k , é o fator de redução da resistência do aço na temperatura θ, conforme
FIGURA 4.6. Ainda na FIGURA 4.6 considera-se a seguinte legenda:
– curva cheia: k , aplicável quando ε 2%, geralmente armaduras
tracionadas de vigas, lajes ou tirantes;
– curva tracejada: k , aplicável quando ε 2%, geralmente armaduras
comprimidas de pilares, vigas ou lajes.
onde:
ε é a deformação linear específica do aço.
41
FIGURA 4.6 – FATOR DE REDUÇÃO DA RESISTÊNCIA DO AÇO DE ARMADURA PASSIVA EM FUNÇÃO DA TEMPERATURA FONTE: NBR 15200 ( 2012).
b) Módulo de elasticidade de armadura passiva
Com o aumento da temperatura, o módulo de elasticidade decresce
(FIGURA 4.7) podendo ser obtido por:
E , k , E (4.5)
onde:
E é o módulo de elasticidade do aço de armadura passiva em situação
normal;
k , é o fator de redução do módulo de elasticidade do aço na temperatura
θ (FIGURA 4.7).
42
FIGURA 4.7 – FATOR DE REDUÇÃO DO MÓDULO DE ELASTICIDADE DO AÇO DE ARMADURA PASSIVA EM FUNÇÃO DA TEMPERATURA FONTE: NBR 15200 (2012).
4.2.2 Propriedades físico-térmicas do aço a altas temperaturas segundo a
NBR 14323 (1999)
a) Alongamento
O alongamento do aço pode ser determinado de maneira simplificada por:
Δll
14 10 θ 20 (4.6)
onde:
Δl é o alongamento provocado pela temperatura;
l é o comprimento da peça a 20 ;
θ é a temperatura do aço, em graus Celsius.
b) Calor específico
A relação entre o calor específico do aço e a temperatura pode ser tomada
como constante. Nesse caso, pode ser considerada igual a 600J/kg .
43
c) Condutividade térmica
De forma simplificada, a relação entre a condutividade térmica do aço e a
temperatura pode ser considerada constante. Nesse caso, pode ser considerada
igual a 45W/m .
4.3 VALOR DE CÁLCULO DAS RESISTÊNCIAS
Segundo a NBR 15200 (2012), os valores de cálculo das resistências do
concreto e dos aços em situação de incêndio devem ser determinados usando-se
γ 1,0, ou seja:
f ,θ f ,θ (4.7)
f ,θ f ,θ (4.8)
onde:
f ,θ é o valor de resistência de cálculo do concreto a uma determinada
temperatura;
f ,θ é a resistência característica do concreto a uma determinada
temperatura;
f ,θ é o valor de resistência de cálculo do aço a uma determinada
temperatura;
f ,θ é a resistência característica do aço a uma determinada temperatura.
44
5 TEMPO REQUERIDO DE RESISTÊNCIA AO FOGO
Segundo a NBR 14432 (2001), Tempo Requerido de Resistência ao Fogo
(TRRF) é o tempo mínimo de resistência ao fogo de um elemento construtivo,
quando sujeito ao incêndio-padrão. Trata-se de um valor que é função do risco de
incêndio e de suas consequências. Logo, para edificações do mesmo grupo onde o
perigo de ocorrência é o mesmo, o TRRF será maior para a edificação que tiver
maior altura porque as consequências poderão ser mais graves caso aconteça o
incêndio. Não se deve confundir o TRRF com tempo de desocupação, duração do
incêndio ou tempo-resposta do Corpo de Bombeiros ou brigada de incêndio.
O método tabular, principal processo para dimensionamento de estruturas
de concreto em situação de incêndio da NBR 15200 (2012) estabelece o TRRF em
função do uso e das dimensões da edificação, independente do material construtivo
utilizado.
Os tempos requeridos de resistência ao fogo podem ser determinados de
acordo com a TABELA 5.1 retirada da NBR 14432 (2001) exibida a seguir,
obedecendo-se as seguintes recomendações:
a) os tempos entre parênteses podem ser usados em subsolo nos quais a
área bruta de cada pavimento seja menor ou igual a500m e em edificações nas
quais cada pavimento acima do solo tenha área menor ou igual a 750m ;
b) estão isentas dos requisitos de resistência ao fogo as edificações:
- cuja área total seja menor ou igual a 750m ;
- com até dois pavimentos cuja área total seja menor ou igual a 1500m e
carga de incêndio específica inferior ou igual a 1000MJ m⁄ ;
- pertencente às divisões F-3, F-4 e F-7 das classes P1 a P3, exceto regiões
de ocupação distinta;
- pertencente às divisões G-1 e G-2 das classes P1 a P4 abertas
lateralmente, com estrutura em concreto armado ou protendido;
- pertencente à divisão J-1 das classes P1 a P4, com estrutura em concreto
armado ou protendido ou em aço;
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c) o TRRF das edificações pertencentes às divisões F-3, F-4 e F-7 das
classes P4 e P5 devem ser de 30 minutos e 60 minutos, respectivamente, e os das
classes S2 e S1, de 90 minutos e 60 minutos, respectivamente;
d) o TRRF das vigas que não pertençam ao sistema responsável pela
estabilidade estrutural da edificação não necessita ser maior que 60 minutos, exceto
para edificações com altura superior a 45 m, para as quais o TRRF não necessita
ser maior que 90 minutos;
e) o TRRF das lajes da edificação não necessita ser maior que 90 minutos,
exceto para edificações com altura superior a 45m;
f) em uma mesma edificação, o TRRF do subsolo não pode ser tomado
menor que o dos pavimentos situados acima do solo;
g) as isenções constantes na alínea b) não se aplicam às edificações cujos
ocupantes tenham restrição de mobilidade, como no caso de hospitais, asilos e
penitenciárias;
As edificações são classificadas em grupos devido à sua ocupação. A
TABELA 5.2 transcreve os grupos e quais os tipos de edificações estão inseridas
nos mesmos.
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TABELA 5.1 – TEMPOS REQUERIDOS DE RESISTÊNCIA AO FOGO (TRRF) EM MINUTOS
GRUPO OCUPAÇÃO /
USO DIVISÃO
PROFUNDIDADE DO SOLO ALTURA DA EDIFICAÇÃO
CLASSE S2 10
CLASSE S2 10
CLASSE P1
CLASSE P2 12
CLASSE P3 23
CLASSE P4 30
CLASSE P5 30
A Residencial A-1 a A-3 90 60 (30) 30 30 60 90 120
B Serviço de
hospedagem B-1 e B-2 90 60 30 60 (30) 60 90 120
C Comercial varejista
C-1 a C-3 90 60 60 (30) 60 (30) 60 90 120
D
Serviços profissionais, pessoais e
técnicos
D-1 a D-3 90 60 (30) 30 60 (30) 60 90 120
E Educacional e cultura física
E-1 a E-6 90 60 (30) 30 30 60 90 120
F Locais de
reunião pública F-1, F-2, F-5,
F-6 e F-8 90 60 60 (30) 60 60 90 120
G Serviços
automotivos
G-1 e G-2 não abertos lateralmente e G-3 a G-5
90 60 (30) 30 60 (30) 60 90 120
G-1 e G-2 abertos
lateralmente 90 60 (30) 30 30 30 30 60
H Serviços de
saúde e institucionais
H-1 a H-5 90 90
60 30 60 60 90 120
I Industrial I-1 90 60 (30) 30 30 60 90 120 I-2 120 90 60 (30) 60 (30) 60 (90) 120 (90) 120
J Depósitos J-1 90 60 (30) 30 30 30 90 60 J-2 120 90 60 60 60 (90) 120 (90) 120
Nota: Os tempos entre parênteses podem ser usados em subsolos nos quais a área bruta de cada pavimento seja menor ou igual a 500m² e em edificações nas quais cada pavimento acima do solo tenha área menor ou igual a 750m².
FONTE: NBR 14432 (2001).
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TABELA 5.2 – CLASSIFICAÇÃO DAS EDIFICAÇÕES CONFORME NBR 14432 (2001)
GRUPO OCUPAÇÃO/USO DIVISÃO DESCRIÇÃO EXEMPLOS
A Residencial
A-1 Habitações unifamiliares Casas térreas ou assobradadas, isoladas ou não.
A-2 Habitações multifamiliares Edifícios de apartamentos em geral.
A-3 Habitações coletivas Pensionatos, internatos, mosteiros, conventos, residenciais geriátricos.
B Serviços de hospedagem
B-1 Hotéis e assemelhados Hotéis, motéis, pensões, hospedarias, albergues, casas de cômodos.
B-2 Hotéis residenciais Hotéis e assemelhados com cozinha própria nos apartamentos (incluem-se apart-hotéis, hotéis residenciais).
C Comercial Varejista
C-1 Comércio em geral, de
pequeno porte Armarinhos, tabacarias, mercearias, fruteiras, butiques e outros.
C-2 Comércio de grande e
médio portes Edificios de lojas, lojas de departamentos, magazines, galerias comerciais, supermercados em geral, mercados e outros.
C-3 Centros comerciais Centro de compras em geral (shopping centers).
D
Serviços profissionais, pessoais e
técnicos
D-1 Locais para prestação de serviços profissionais ou condução de negócios
Escritórios administrativos ou técnicos, consultórios, instituições financeiras (que não estejam incluídas em D-2), repartições públicas, cabeleireiros, laboratórios de análises clínicas sem internação, centros profissionais e outros.
D-2 Agências bancárias Agências bancárias e assemelhados.
D-3 Serviços de reparação (exceto os classificados
em G e I)
Lavanderias, assistência técnica, reparação de manutenção de aparelhos eletrodomésticos, chaveiros, pintura de letreiros e outros.
CONTINUA
48
TABELA 5.2 – CLASSIFICAÇÃO DAS EDIFICAÇÕES CONFORME NBR 14432 (2001) CONTINUAÇÃO
GRUPO OCUPAÇÃO/USO DIVISÃO DESCRIÇÃO EXEMPLOS
E Educacional e cultura física
E-1 Escolas em geral Escolas de primeiro, segundo e terceiro graus, cursos supletivos e pré-universitários e outros.
E-2 Escolas especiais Escolas de artes e artesanato, de línguas, de cultura geral, de cultura estrangeira e outras.
E-3 Espaço para cultura física Locais de ensino e/ou práticas de artes marciais, ginástica (artística, dança, musculação e outros), esportes coletivos (tênis, futebol, e outros que não estejam incluídos em F-3), saunas casas de fisioterapia e outros.
E-4 Centros de treinamento
profissional Escolas profissionais em geral.
E-5 Pré-escolas Creches, escolas maternais, jardins-de-infância.
E-6 Escolas para portadores
de deficiências Escolas para excepicionais, deficientes visuais e auditivos e outros.
F Locais de reunião
pública
F-1 Locais onde há objetos de
valor inestimável Museus, centros de documentos históricos, bibliotecas e outros.
F-2 Templos e auditórios Igrejas, sinagogas, templos e auditórios em geral.
F-3 Centros esportivos Estádios, ginásios e piscinas cobertas com arquibancadas, arenas em geral.
F-4 Estações e terminais de
passageiros Estações rodoferroviárias, aeroportos, estações de transbordo e outros.
F-5 Locais de produção e apresentação de artes
cênicas
Teatros em geral, cinemas, óperas, auditórios de estúdios de rádio e televisão e outros.
CONTINUA
49
TABELA 5.2 – CLASSIFICAÇÃO DAS EDIFICAÇÕES CONFORME NBR 14432 (2001) CONTINUAÇÃO
GRUPO OCUPAÇÃO/USO DIVISÃO DESCRIÇÃO EXEMPLOS
F Locais de reunião
pública
F-6 Clubes sociais Boates e clubes noturnos em geral, salões de baile, restaurantes dançantes, clubes sociais e assemelhados.
F-7 Construções provisórias Circos e assemelhados.
F-8 Locais para refeições Restaurantes, lanchonetes, bares, cafés, refeitórios, cantinas e outros.
G Serviços
automotivos
G-1 Garagens sem acesso de
público e sem abastecimento
Garagens automáticas.
G-2 Garagens com acesso de
público e sem abastecimento
Garagens coletivas sem automação, em geral, sem abastecimento (exceto veículos de carga e coletivos).
G-3 Locais dotados de abastecimento de
combustível Postos de abastecimento e serviço, garagens (exceto veículos de carga e coletivos).
G-4 Serviços de conservação,
manutenção e reparos Postos de serviço sem abastecimento, oficina de consertos de veículos (exceto de carga e coletivos) e borracharias (sem recauchutagem).
G-5
Serviços de manutenção em veículos de grande porte e retificadoras em
geral
Oficinas e garagens de veículos de carga e coletivos, máquinas agrícolas e rodoviárias, retificadoras de motores.
H Serviços de saúde
e institucionais
H-1 Hospitais veterinários e
assemelhados Hospitais, clínicas e consultórios veterinários e assemelhados (inclui-se alojamento com ou sem adestramento).
H-2
Locais onde pessoas requerem cuidados
especiais por limitações físicas ou mentais
Asilos, orfanatos, abrigos, geriátricos, reformatórios sem celas e outros.
CONTINUA
50
CONTINUAÇÃO DA TABELA 5.2 – CLASSIFICAÇÃO DAS EDIFICAÇÕES CONFORME NBR 14432 (2001) CONCLUSÃO
GRUPO OCUPAÇÃO/USO DIVISÃO DESCRIÇÃO EXEMPLOS
H Serviços de saúde
e institucionais
H-3 Hospitais e assemelhadosHospitais, casas de saúde, prontos-socorros, clínicas com internação, ambulatórios e postos de atendimento de urgência, postos de saúde e puericultura e outros.
H-4
Prédios e instalações vinculadas às forças
armadas, policias civil e militar
Quartéis, centrais de polícia, delegacias distritais, postos policiais e outros.
H-5 Locais onde a liberdade
das pessoas sofre restrições
Hospitais psiquiátricos, reformatórios, prisões em geral e instituições assemelhadas.
I
Industrial, comercial de
médio e alto risco, atacadista
I-1
Locais onde as atividades exercidas e os materiais utilizados ou depositados
apresentem médio potencial de incêndio
Locais onde a carga de incêndio não atinja 1200 ⁄ .
I-2
Locais onde as atividades exercidas e os materiais
utilizados e/ou depositados apresentem
grande potencial de incêndio
Locais onde a carga de incêndio ultrapassa 1200 ⁄ .
J Depósitos J-1
Depósitos de baixo risco de incêndio
Depósitos sem risco de incêndio expressivo. Edificações que armazenam tijolos, pedras, areias, cimentos, metais e outros materiais incombustíveis.
J-2 Depósitos de médio e alto
risco de incêndio Depósitos com risco de incêndio maior. Edificações que armazenam alimentos, madeira, papel, tecidos e outros.
FONTE: NBR 14432 (2001).
51
5.1 MÉTODO DO TEMPO EQUIVALENTE
Na NPT 008 (2012), NBR 15200 (2012) e NBR 14323 (1999) pode-se
encontrar um método para a redução de até 30 minutos do TRRF determinado na
TABELA 5.1. O método é denominado de Método do Tempo Equivalente e inclui
características e parâmetros exclusivos da edificação em estudo para realizar a
diminuição do valor tabelado do TRRF.
A fim de obter valores de cobrimentos mais condizentes com a realidade, o
Tempo Requerido de Resistência ao Fogo pode ser reduzido pela seguinte
expressão:
0,07 , (5.1)
onde:
t , é o valor que substitui o TRRF tabelado determinado anteriormente;
q , , é o valor característico da carga de incêndio específica, conforme
Anexo C da NBR 14432 (2001);
W, é um fator que considera a influência da ventilação e da altura do
compartimento conforme equação apresentada a seguir:
6 ,
0,6290 0,4
1 12,5 1 100,5 , para 0,3 (5.2)
Para 0,30, deve ser adotado 0,30. Em qualquer caso, 0,025.
onde:
A , é a área de ventilação vertical para o ambiente externo do
compartimento;
A , é a área do piso do compartimento;
A , é a área de ventilação horizontal para o ambiente externo do
compartimento;
52
H, é a altura do compartimento;
γ , é um fator de ponderação determinado por γ γ γ γ ,
conforme TABELA 5.3 a seguir:
TABELA 5.3 – FATORES DE PONDERAÇÃO DAS MEDIDAS DE SEGURANÇA CONTRA INCÊNDIOS
VALORES DE , E
Existência de chuveiros automáticos
Brigada contra incêndio Existência de detecção
automática
0,60 0,90 0,90
FONTE: NPT 008 (2012); NBR 15200 (2012) E NBR 14323 (1999).
γ , é um fator de ponderação determinado por γ γ γ . O valor de γ
é retirada da equação seguinte eγ da TABELA 5.4:
γ 1 A h 3 /10 (5.3)
onde:
A , é a área do piso do compartimento, em m²;
h, é a área do piso habitável mais elevado da edificação, em m.
Os valores de γ devem estar compreendidos entre 1 3.
TABELA 5.4 – VALORES DE EM FUNÇÃO DO RISCO DE ATIVAÇÃO DO INCÊNDIO (r)
EXEMPLOS DE OCUPAÇÃO
0,85 Escola, galeria de arte, parque aquático, igreja, museu.
1,00
Biblioteca, cinema, correio, consultório médico, escritório, farmácia, frigorífico, hotel, livraria, hospital, laboratório fotográfico, indústria de papel, oficina elétrica ou mecânica, residência, restaurante, supermercado, teatro, depósitos (produtos farmacêuticos, bebidas alcoólicas, venda de acessórios de automóveis) e depósitos em geral.
1,20 Montagem de automóveis, hangar, indústria mecânica.
1,50 Laboratório químico, oficina de pintura de automóveis. FONTE: NPT 008 (2012); NBR 15200 (2012) E NBR 14323 (1999).
53
Para uso deste método algumas limitações devem ser empregadas (NBR
15200, 2012):
- O tempo equivalente determinado por este método não pode ser inferior ao
determinado pela TABELA 5.1, reduzido de 30 minutos;
- O tempo equivalente determinado por este método não pode ser inferior a
15 minutos;
- q , γ γ 300MJ m⁄ .
54
6 DIMENSIONAMENTO DAS ESTRUTURAS EM SITUAÇÃO DE INCÊNDIO
As estruturas que não estão isentas de verificação na situação de incêndio,
devem respeitar o TRRF estabelecido devido às dimensões e tipo de utilização da
edificação conforme NBR 14432 (2001) (TABELA 5.1).
Diferentes métodos podem ser empregados para o dimensionamento de tais
estruturas, porém o mais utilizado é o Método Tabular, devido a sua simplicidade e
facilidade de aplicação.
O objeto em estudo neste trabalho é um edifício do Grupo D (TABELA 5.2) e
não se enquadra em nenhum tipo de isenção.
6.1 AÇÕES E SEGURANÇA SEGUNDO A NBR 8681 (2003)
As ações causam esforços e/ou deformações nas estruturas e podem ser
classificadas de acordo com sua variabilidade no tempo em permanentes, variáveis
e excepcionais.
As ações permanentes podem ser divididas em:
- Diretas: peso próprio dos elementos da construção e de todos os
elementos permanentes;
- Indiretas: protensão, recalques de apoio e retração dos materiais.
Já as ações variáveis são consideradas como cargas acidentais na
construção, assim como: efeitos do vento, variações de temperatura, pressões
hidrostáticas e hidrodinâmicas, entre outros. As mesmas são classificadas em
função da sua probabilidade de ocorrência durante a vida da edificação em:
- Normais: grande probabilidade de ocorrência, sendo obrigatoriamente
consideradas no projeto das estruturas de um dado tipo de construção;
- Especiais: ações como sismos ou cargas acidentais de natureza.
As ações variáveis especiais, por apresentarem duração extremamente
curta e baixa probabilidade de ocorrência durante a vida da construção, podem ser
chamadas de ações excepcionais, incluindo-se neste grupo: explosões, choques de
veículos, enchentes, sismos e incêndios.
55
O incêndio, além de ser tratado como causa de ações excepcionais, produz
redução da resistência em relação aos valores normalmente utilizados em
temperatura ambiente.
Um carregamento excepcional decorre de ações excepcionais que podem
gerar efeitos desastrosos. Por se tratar de um carregamento com uma duração
extremamente baixa, este somente deve ser considerado no projeto de
determinadas estruturas, onde a ocorrência desses tipos de ações não pode ser
desprezada. Assim sendo, sua verificação da segurança só ocorre em relação aos
estados limites último através de uma única combinação última excepcional de
ações.
6.1.1 Determinação dos esforços solicitantes
A NBR 8681 (2003) recomenda a seguinte equação para combinação última
excepcional:
, , , , (6.1)
onde:
F é o valor de cálculo da ação;
F , é o valor característico das ações permanentes;
F , é o valor da ação transitória excepcional;
F , é o valor característico da ação variável;
γ é o coeficiente de ponderação das ações permanentes conforme
TABELA 6.1;
γ é o coeficiente de ponderação das ações variáveis conforme TABELA 6.2;
Ψ , é o fator de combinação efetivo utilizado para determinação dos
valores reduzidos das ações variáveis conforme TABELA 6.3. A NBR 8681 (2003)
recomenda que na situação onde a ação principal for o fogo, o fator de redução Ψ
pode ser reduzido, multiplicando-o por 0,7.
56
TABELA 6.1 – VALORES DOS COEFICIENTES DE PONDERAÇÃO DAS AÇÕES PERMANENTES NAS COMBINAÇÕES EXCEPCIONAIS
TIPO DE AÇÃO EFEITO
DESFAVORÁVEL FAVORÁVEL
Peso próprio de estruturas metálicas 1,1 1,0 Peso próprio de estruturas pré-moldadas 1,1 1,0 Peso próprio de estruturas moldadas no local
1,1
1,0
Elementos construtivos industrializados (1) 1,1 1,0 Elementos construtivos industrializados com adições in loco
1,2
1,0
Elementos construtivos em geral e equipamentos (2)
1,3
1,0
Efeitos de recalques de apoio e de retrações dos materiais
0
0
(1) Por exemplo: paredes e fachadas pré-moldadas, gesso acartonado (2) Por exemplo: paredes de alvenaria e seus revestimentos, contrapisos
FONTE: NBR 8681 (2003).
TABELA 6.2 – VALORES DOS COEFICIENTES DE PONDERAÇÃO DAS AÇÕES VARIÁVEIS NAS COMBINAÇÕES EXCEPCIONAIS
TIPO DE AÇÃO COEFICIENTE DE PONDERAÇÃO
Ações variáveis em geral 1,0
FONTE: NBR 8681 (2003).
57
TABELA 6.3 – VALORES DOS FATORES DE COMBINAÇÃO ( ) E DE REDUÇÃO ( e ) PARA AS AÇÕES VARIÁVEIS
AÇÕES ,
CARGAS ACIDENTAIS DE EDIFÍCIOS Locais em que não há predominância de pesos e de equipamentos que permanencem fixos por longos períodos de tempo, nem de elevadas concentrações de pessoas1
0,5 0,4 0,3
Locais em que há predominância de pesos e de equipamentos que permanecem fixos por longos períodos de tempo, ou de elevadas concentrações de pessoas2
0,7 0,6 0,4
Bibliotecas, arquivos, depósitos, oficinas e garagens 0,8 0,7 0,6 VENTO
Pressão dinâmica do vento nas estruturas em geral 0,6 0,3 0,0 TEMPERATURA
Variações uniformes de temperatura em relação à média anual local
0,6 0,5 0,3
CARGAS MÓVEIS E SEUS EFEITOS DINÂMICOS Passarelas de pedestres 0,6 0,4 0,3 Pontes rodoviárias 0,7 0,5 0,3 Pontes ferroviárias não especializadas 0,8 0,7 0,5 Pontes ferroviárias especializadas 1,0 1,0 0,6 Vigas de rolamento de pontes rolantes 1,0 0,8 0,5 1 Edificações residenciais, de acesso restrito 2 Edificações comerciais, de escritórios e de acesso público 3 Para combinações excepcionais onde a ação principal for sismo, admite-se adotar para o valor zero 4 Para combinações excepcionais onde a ação principal for o fogo, o fator de redução pode ser reduzido, multiplicando-o por 0,7
FONTE: NBR 8681 (2003).
6.2 MÉTODO TABULAR CONFORME NBR 15200 (2012)
O método tabular é o processo mais simples e rápido a ser utilizado para as
estruturas de concreto armado atenderem aos requisitos da verificação em situação
de incêndio (COSTA & SILVA, 2003). Ele é apresentado em diversos códigos
internacionais (BS 8110 Part 2 (1985), ACI-216R (1989), NZS 3101 (1995), AS-3600
(2001), prEN 1992-1-2 (2002) citados por COSTA & SILVA, 2003) e baseia-se em
um conjunto de tabelas que associa o tempo requerido de resistência ao fogo
(TRRF) e o tipo de elemento estrutural (lajes, vigas, pilares e tirantes). Este método
58
permite uma aplicação direta para o dimensionamento, evitando-se assim,
programas de computador sofisticados ou ensaios experimentais. Ele fornece as
dimensões mínimas (espessura das lajes; largura das vigas; dimensões das seções
transversais de pilares e tirantes e principalmente a distância entre o eixo da
armadura longitudinal e a face do concreto exposta ao fogo, denominado c ) a serem
adotadas no projeto (COSTA & SILVA, 2003). Essas dimensões mínimas também
devem sempre atender a NBR 6118 (2007). Leva-se em conta apenas a armadura
longitudinal nesse critério, porque os ensaios mostram que em situação de incêndio
as peças de concreto rompem usualmente por flexão ou flexo-compressão e não por
cisalhamento. É importante salientar também, que os valores de c apresentados em
todas as tabelas referem-se a armaduras passivas (NBR 15200, 2012).
As tabelas desse método se baseiam no princípio de que a temperatura em
um ponto da seção transversal do concreto é menor tanto quanto mais afastado ele
estiver da superfície exposta ao fogo. Dessa forma, quanto maior for a seção
transversal, maior será o núcleo frio e, quanto maior for o cobrimento e mais
afastada da superfície aquecida estiver a armadura, menor será sua temperatura
(COSTA & SILVA, 2003).
De acordo com a NBR 15200 (2012), para pilares e lajes lisas ou tipo
cogumelo, não é permitido considerar o revestimento na determinação das
dimensões mínimas da seção transversal. Para outros elementos estruturais, pode-
se considerar o revestimento no cálculo das distâncias c , respeitando as seguintes
determinações:
- revestimentos aderentes de argamassa de cal e areia (aderência à tração
de acordo com a NBR 13528 (2010)) têm 67% de eficiência relativa ao concreto;
- revestimentos de argamassa de cimento e areia aderentes (aderência à
tração de acordo com a NBR 13528 (2010)) têm 100% de eficiência relativa ao
concreto;
- revestimentos protetores à base de gesso, vermiculita ou fibras com
desempenho equivalente podem ser empregados, desde que sua eficiência e
aderência na situação de incêndio sejam demonstradas experimentalmente.
59
6.2.1 Redução do
Os valores indicados de c na TABELA 6.4, TABELA 6.5, TABELA 6.6,
TABELA 6.7 e TABELA 6.8, foram originados se levando em consideração S , S⁄
0,7 e A , A ,⁄ 1,0.
Onde, S , é o valor de cálculo dos esforços solicitantes em situação de
incêndio e S é o valor de cálculo dos esforços solicitantes em situação normal.
Conforme nota 4 da TABELA 6.3 nas combinações excepcionais onde a ação
principal for o fogo, o fator de redução ψ pode ser reduzido, multiplicando-o por 0,7,
ou seja, a relação S , S⁄ 0,7 se torna verdadeira nas tabelas a serem utilizadas.
Já a relação A , A ,⁄ 1,0 raramente é obedecida, isso porque, comumente em
projetos estruturais se utiliza um valor maior da área de armadura realmente
instalada (A , ) em relação a área de armadura calculada conforme a NBR 6118
(2007) (A , ), gerando um valor menor que 1,0 da relação A , A ,⁄ . Sendo
assim, o item 8.2 da NBR 15200 (2012) permite reduzir em ∆c o valor de c
conforme a seguinte equação:
∆ 24,5 35 , ,
, (6.2)
onde:
∆c redução do cobrimento c , em mm.
A EQUAÇÃO 6.2 somente é válida quando, 0,4 S , S 0,7⁄ e
0,7 A , A , 1,0⁄ .
Quando S , S 0,4⁄ , adota-se S , S 0,4⁄ e quando A , A , 0,7⁄ ,
adota-se A , A , 0,7⁄ .
6.2.2 Vigas
A TABELA 6.4 e a TABELA 6.5 fornecem as dimensões mínimas b í e
b , í , conforme FIGURA 6.2 das vigas e o valor de c (FIGURA 6.1) das armaduras
60
inferiores, em função do TRRF. Essas tabelas foram construídas com a hipótese de
vigas com aquecimento em três lados, sob laje, porém, os valores indicados nas
tabelas podem ser empregados também para o caso de vigas aquecidas nos quatro
lados, desde que sua altura não seja inferior a b í e a área da seção transversal da
viga não seja inferior a 2 b² í .
Há concentração de temperatura junto às bordas da face inferior das vigas,
por isso, em casos com somente uma camada de armaduras e largura não superior
ao b í indicado na coluna 3 da TABELA 6.4 e na coluna 2 da TABELA 6.5,
conforme o TRRF, a distância c (FIGURA 6.1) no fundo das vigas deve ser 10 mm
maior do que c dado pelas referidas tabelas.
Alternativamente, para manter iguais os cobrimentos das armaduras tanto
em relação à face inferior quanto à lateral da viga, deve-se:
- para concreto armado, especificar barras de canto com um diâmetro
imediatamente superior ao calculado, conforme NBR 7480 (2007).
- para concreto protendido, considerar para efeito de dimensionamento, uma
força de protensão igual a 0,7 da indicada para a obra.
FIGURA 6.1 – DISTÂNCIAS E FONTE: NBR 15200 (2012).
Para vigas de largura variável, b í refere-se ao mínimo valor de b medido
ao nível do centro geométrico das armaduras, enquanto b é o menor valor de
largura da alma, conforme FIGURA 6.2, que deve atender aos valores mínimos da
TABELA 6.4 e TABELA 6.5.
h≥b
c1
b
c1l
61
FIGURA 6.2 – DEFINIÇÃO DAS DIMENSÕES PARA DIFERENTES TIPOS DE SEÇÃO TRANSVERSAL DE VIGAS FONTE: NBR 15200 (2012).
TABELA 6.4 – DIMENSÕES MÍNIMAS PARA VIGAS BIAPOIADAS
TRRF mín
Combinações de í ⁄ mm/mm , í
mm
1 2 3 4
30 80/25 120/20 160/15 190/15 80
60 120/40 160/35 190/30 300/25 100
90 140/60 190/45 300/40 400/35 100
120 190/68 240/60 300/55 500/50 120
180 240/80 300/70 400/65 600/60 140
FONTE: NBR 15200 (2012).
TABELA 6.5 – DIMENSÕES MÍNIMAS PARA VIGAS CONTÍNUAS OU VIGAS DE PÓRTICOS
TRRF mín
Combinações de í ⁄ mm/mm , í
mm
1 2 3 4
30 80/15 160/12 - - 80
60 120/25 190/12 - - 100
90 140/37 250/25 - - 100
120 190/45 300/35 450/35 500/30 120
180 240/60 400/50 550/50 600/40 140 FONTE: NBR 15200 (2012).
62
Os valores indicados na TABELA 6.5 somente podem ser utilizados se o
coeficiente de redistribuição de momentos à temperatura ambiente respeitar os
limites estabelecidos na NBR 6118 (2007), item 14.6.4.3. Caso contrário, deve ser
empregada a TABELA 6.4 ou deve ser elaborada análise mais precisa.
Para vigas contínuas com TRRF 90min, a área de armaduras negativas
entre a linha de centro do apoio e 0,3 l não pode ser menor do que:
, , 0 1 2,5 ⁄ (6.3)
onde:
x, é a distância entre a linha de centro do apoio e a seção considerada;
A , x , é a mínima área de armaduras negativas na seção localizada na
distância “x”;
A , 0 , é a área de armaduras negativas calculadas conforme NBR 6118
(2007);
l , é o comprimento efetivo do vão da viga determinado conforme NBR 6118
(2007).
FIGURA 6.3 – ENVOLTÓRIA DE MOMENTOS FLETORES FONTE: NBR 15200 (2012).
Quando as barras da armadura forem dispostas em camadas, a distância
média à face do concreto (c ) deve respeitar o valor c , í tabelado. O valor de c
deve sempre ser o menor entre os seguintes valores:
63
∑∑
∑∑
(6.4)
onde:
c , é a distância da barra i, de áreaA , ao fundo da viga;
c , é a distância da barra i, de áreaA , à face lateral mais próxima.
6.2.3 Lajes
Para o dimensionamento de lajes em situação de incêndios é utilizada a
TABELA 6.6, TABELA 6.7, TABELA 6.8 e as Tabelas 9, 10 e 11 da NBR 15200
(2012) que indicam as espessuras mínimas e capas de lajes com o aquecimento na
face inferior, assim como o valor de c das armaduras inferiores, ambos em função
do TRRF (FIGURA 6.2). Os valores de h indicados na TABELA 6.6, TABELA 6.7 e
Tabelas 9 e 10 da NBR 15200 (2012) são os mínimos para garantir a função corta-
fogo (FIGURA 6.2). Caso não haja tal exigência, se assumem as condições
definidas na NBR 6118 (2007).
FIGURA 6.2 – DISTÂNCIAS E FONTE: AUTORES
hc
1
64
TABELA 6.6 – DIMENSÕES MÍNIMAS PARA LAJES SIMPLESMENTE APOIADAS
TRRF mín
mm
mm Laje armada em duas direções² Laje armada em
uma direção / 2 / , , /
30 60 10 10 10
60 80 10 15 20
90 100 15 20 30
120 120 20 25 40
180 150 30 40 55 ¹ Dimensões mínimas para garantir a função corta-fogo; ² Lajes apoiadas nas quatro bordas; caso contrário, a laje deve ser considerada armada em uma direção. FONTE: NBR 15200 (2012).
TABELA 6.7 – DIMENSÕES MÍNIMAS PARA LAJES CONTÍNUAS
TRRF mín mm
mm
30 60 10
60 80 10
90 100 15
120 120 20
180 150 30
¹ Dimensões mínimas para garantir a função corta-fogo; ² Válido para lajes armadas em uma ou duas direções.
FONTE: NBR 15200 (2012).
TABELA 6.8 – DIMENSÕES MÍNIMAS PARA LAJES LISAS OU COGUMELOS
TRRF mín mm
mm
30 150 10
60 180 15
90 200 25
120 200 35
180 200 45
¹ Dimensões mínimas para garantir a função corta-fogo.
FONTE: NBR 15200 (2012).
65
Para o uso da TABELA 6.7 e TABELA 6.8, aplicam-se os mesmos requisitos
para vigas contínuas referentes à redistribuição de momentos e prolongamento das
armaduras negativas no vão dos elementos estruturais. No caso de essas
exigências não serem observadas, as lajes contínuas sobre vigas (TABELA 6.7)
devem ser tratadas como simplesmente apoiadas (TABELA 6.6), as lajes lisas
(TABELA 6.8) devem ter c conforme TABELA 6.6 para laje armada em uma só
direção, no entanto, h deve seguir a TABELA 6.8.
A Tabela 9 e 10 da NBR 15200 (2012) são indicadas para lajes nervuradas
armadas em duas direções. Já para lajes nervuradas armadas em uma só direção,
recomenda-se aplicar a Tabela 11 da NBR 15200 (2012) para as nervuras e a
coluna de lajes armadas em uma só direção da TABELA 6.6 para a capa. Como o
edifício objeto de estudo não possui lajes nervuradas, as respectivas tabelas não
são apresentadas neste trabalho, podendo ser consultadas na norma
regulamentadora.
6.3 OUTROS MÉTODOS
Além do método tabular para o dimensionamento das estruturas em situação
de incêndio, outros métodos podem ser empregados segundo a NBR 15200 (2012),
porém, estes não são comumente utilizados.
A seguir são brevemente apresentados outros tipos de métodos.
6.3.1 Método simplificado de cálculo
Este método é baseado em três hipóteses:
- As solicitações de cálculo em situação de incêndio podem ser calculadas
conforme item 6.1.1;
- O esforço resistente de cálculo em situação de incêndio de cada elemento
pode ser calculado com base na distribuição de temperatura obtida para sua seção
transversal, podendo ser obtida na literatura técnica ou em programas específicos
de computador;
66
- Os esforços resistentes podem ser calculados pelos critérios da NBR 6118
(2007) para a situação à temperatura ambiente, adotando para o concreto e o aço
resistência média em situação de incêndio.
6.3.2 Métodos avançados de cálculo
Os métodos avançados devem considerar:
- A combinação de ações deve ser composta com base na NBR 8681
(2003);
- Esforços solicitantes de cálculo acrescidos dos efeitos de deformações
térmicas restringidas;
- Esforços resistentes devem ser calculados considerando as distribuições
de temperatura conforme TRRF;
- As distribuições de temperatura e resistência devem ser rigorosamente
calculadas considerando as não linearidades envolvidas.
6.3.3 Método experimental
Em casos especiais, a resistência ao fogo pode ser considerada superior à
calculada pela NBR 15200 (2012), desde que justificada por ensaios de acordo com
a NBR 5628 (2001).
67
7 DIMENSIONAMENTO DO ESTUDO DE CASO
O estudo de caso é caracterizado por ser um edifício comercial, projetado no
ano de 2012 e atualmente em construção na cidade de Curitiba. O empreendimento
possui 23 pavimentos totalizando 68,55m de altura, o andar objeto de estudo
(pavimento-tipo) possui pé-direito de 3,10m e o subsolo apresenta 3 níveis com 3m
de altura, totalizando 9m de profundidade. Neste estudo são considerados os
principais pavimentos do edifício onde se encontrará o maior número de pessoas e
materiais, portanto, o dimensionamento será realizado nos pavimentos-tipos que
neste empreendimento se encontram do 4° até o 9° andar.
O projeto estrutural cedido pelo ex-professor da Universidade Federal do
Paraná, Roberto Stramandinoli, encontra-se no ANEXO A e será chamado de
Edifício A. Toda a estrutura foi modelada e analisada através do software CAD/TQS.
Assim, o redimensionamento do pavimento em estudo será realizado com a
utilização do mesmo programa computacional em conformidade com as diretrizes da
norma NBR 6118 (2007), com o objetivo de tornar o processo de cálculo mais ágil e
restringir o procedimento ao tema principal do trabalho.
Conforme projetos estruturais do ANEXO A disponíveis para consulta, todas
as lajes são maciças, armadas nas duas direções, sem protensão e têm como
cargas (peso próprio) e sobrecargas previstas:
- L8, L9 e L12 igual a 450 kgf m⁄ , sendo revestimento igual a 150 kgf m⁄ e
carga acidental 300 kgf m⁄ ;
- L2, L3, L5, L6, L7, L13 a L16 igual a 350 kgf m⁄ , sendo revestimento igual
a 150 kgf m⁄ e carga acidental 200 kgf m⁄ ;
- L1, L4, L10 e L11 igual a 800 kgf m⁄ , sendo revestimento igual a
600 kgf m⁄ e carga acidental 200 kgf m⁄ .
Para as vigas foi adotado um carregamento permanente de 0,15 tf m⁄ com
exceção da viga 18 (V18) que em um de seus vãos foi utilizado um carregamento
permanente de 0,5 tf m⁄ .
Com as características do objeto de estudo pode-se definir parâmetros
importantes para a definição do TRRF a ser usado no dimensionamento dos
elementos estruturais. Conforme a TABELA 5.2, em se tratando de um edifício
68
comercial com função para futuros escritórios administrativos ou técnicos pode-se
enquadrar o empreendimento no grupo D de uso ou ocupação com serviços
profissionais, pessoais e técnicos, com divisão D-1, local para prestação de serviços
profissionais ou condução de negócios.
Definidos o grupo e divisão do objeto de estudo passa-se para a definição do
TRRF conforme a TABELA 5.1. Sendo a altura da edificação de 68,55m desde o
andar térreo, sugere-se a classe P5 e por consequência o TRRF de 120 minutos.
No seguimento do trabalho se utilizará o método de tempo equivalente para
redução do TRRF, objetivando conseguir cobrimentos com menores valores e
próximos da realidade. O Edifício A é caracterizado por uma grande área de janelas
laterais, aumentando significativamente a área vertical de ventilação, portanto, o
método será importante na redução no valor do TRRF tabulado.
Com o TRRF definido e reduzido, será realizado o redimensionamento de
vigas e lajes através das tabelas disponibilizadas na NBR 15200 (2012). As tabelas
da NBR 15200 (2012) apresentam conjuntos de combinações de largura mínima,
cobrimento e características estruturais no caso de vigas e espessura, cobrimento e
características estruturais para as lajes. No procedimento adotado para vigas,
define-se uma largura para cada elemento e é calculado o cobrimento necessário e
realizadas análises do modelo estrutural no software CAD/TQS. Nas lajes o
procedimento é semelhante apenas definindo-se a espessura inicialmente.
De importância fundamental para o dimensionamento conforme a norma
NBR 15200 (2012), os cobrimentos do projeto estrutural foram definidos como 1,5cm
para as lajes e 2,0cm para as vigas. É importante salientar que a definição do
cobrimento varia de acordo com o texto da norma utilizada, enquanto a NBR 6118
(2007) define o cobrimento como a distância da face do elemento até a superfície
externa da armadura utilizada (em geral o estribo), a NBR 15200 (2012) determina
como a distância da face exposta ao fogo até o eixo da armadura longitudinal
utilizada. Devido a esta diferença de texto entre as normas, os cobrimentos de lajes
e vigas foram determinados assim:
- Para as vigas somou-se o diâmetro da armadura do estribo (∅ ) e a
metade do diâmetro da menor armadura longitudinal utilizada para o
dimensionamento original (∅ , 2⁄ ), portanto,
69
, , ∅∅ ,
2 (7.1)
Em casos de camada secundária, utilizou-se a EQUAÇÃO 6.4.
- Para as lajes somou-se a metade do diâmetro da armadura longitudinal
utilizada para o dimensionamento original (∅ , 2⁄ ), portanto,
, ,∅ ,
2 (7.2)
Após a certificação de que todos os elementos estruturais alterados estão
em conformidade com as normas NBR 6118 (2007) e NBR 15200 (2012), inicia-se o
processo de detalhamento com o objetivo de conseguir dados suficientes para uma
análise.
7.1 MÉTODO DE TEMPO EQUIVALENTE PARA REDUÇÃO DO TRRF
A fim de obter valores de cobrimentos mais condizentes com a realidade, o
TRRF foi reduzido conforme a EQUAÇÃO 5.1 e item 5.1. O valor característico da
carga de incêndio (q , determinado conforme a tabela C.1 do Anexo C da NBR
14432 (2001) é 700MJ m⁄ . O fator W é calculado analisando as características de
influência de ventilação e da altura do pavimento no projeto estrutural original,
chegando-se aos valores de A 200,2m , A 382,6m ,A 21,5m e H
3,1m. Como a relação A A⁄ é igual a 0,52, utiliza-se a EQUAÇÃO 5.2:
63,1
,
0,6290 0,4 200,2
382,6
1 1,25 1 10 200,2382,6
21,5382,6
0,77 0,5
O fator de ponderação (γ ) é determinado de acordo com as características
das medidas de segurança contra incêndio adotadas na edificação. Como não
houve acesso a informações de sistemas contra incêndio do estudo de caso o fator
70
de ponderação (γ ) teve seu valor definido como 1,0, desconsiderando-se a TABELA
5.3.
Já o fator de ponderação (γ ) é calculado por γ γ γ , sendo o γ
conforme a EQUAÇÃO 5.3:
1382,6 3,1 3
101,0
O fator γ é verificado na TABELA 5.4 e escolhido como risco de ativação
de incêndio normal em escritórios, portanto, γ 1,0. Desta maneira o fator de
ponderação γ é calculado:
1,0 1,0 1,0
Verifica-se que:
, 700 1,0 1,0 700 ⁄ 300 ⁄
Portanto o tempo equivalente calculado é através da EQUAÇÃO 5.1:
0,07 700 0,77 1,0 1,0 37,8 40
Porém,
30
120 30 90
Assim, adota-se como 90 minutos o TRRF para o dimensionamento do
edifício em estudo.
71
7.2 APLICAÇÃO DO MÉTODO TABULAR NO CASO EM ESTUDO
Definido o TRRF o foco passa a ser a verificação de conformidade do projeto
estrutural existente com a NBR 15200 (2012). Todo o cálculo foi especificado e
detalhado ao máximo, tentando mostrar o correto funcionamento das etapas
requeridas pela norma.
7.2.1 Redução do
No estudo de caso do Edifício A, a relação S , S⁄ 0,7 é obedecida devido
às combinações excepcionais respeitarem a nota 4 da TABELA 6.3, onde o fator de
redução ψ pode ser reduzido, multiplicando-o por 0,7 quando a ação principal for o
fogo. Já a relação A , A ,⁄ 1,0 não é respeitada no projeto original, isto porque
é comum aplicar uma área de armadura maior do que a área de armadura calculada.
Portanto, a NBR 15200 (2012), permite a redução do c , conforme o item 6.2.1 do
presente trabalho.
Neste trabalho optou-se pela não aplicação da redução, isto porque, ao não
realizar a redução:
- valores maiores de c atrapalham o dimensionamento das peças, porém,
prezam pela segurança do edifício;
- o trabalho é reduzido tanto em projeto quanto na execução quando se
generalizam as características e evitam-se cobrimentos diferenciados para os
mesmos tipos de elementos;
- ao se admitir A , A ,⁄ 1,0, mesmo sabendo que a relação é menor
que 1,0, a segurança das peças é garantida com boa margem, tanto pela NBR 6118
(2007) quanto pela NBR 15200 (2012).
7.2.2 Vigas
Neste estudo se considerou aquecimento em três lados sob a laje, caso
mais comum em situações de incêndio e atendido pelo método tabular da NBR
15200 (2012). Como o projeto estrutural foi concebido obedecendo ao coeficiente de
72
redistribuição de momentos e existindo os prolongamentos das armaduras no vão
dos elementos estruturais, neste caso, apenas se utiliza, respectivamente, a
TABELA 6.4 e TABELA 6.5 para a verificação e dimensionamentos das vigas
biapoiadas e contínuas.
Todas as vigas apresentam cobrimento de 2,0cm, obedecendo a NBR 6118
(2007), item 7.4.7.6, nota 1, onde se permite utilizar cobrimento de no mínimo 1,5cm
quando houver algum tipo de previsão de revestimento final.
O c , foi calculado conforme EQUAÇÃO 7.1 e respeitando o
dimensionamento das armaduras transversais e longitudinais do projeto estrutural
original dimensionado conforme a NBR 6118 (2007). Como cada viga apresenta
características e dimensões próprias optou-se por demonstrar o valor individual ao
invés de uma generalização dos cobrimentos. Caso existam armaduras transversais
ou longitudinais de características distintas em uma mesma viga, selecionou-se o
pior caso para o estudo, ou seja, com menor cobrimento.
Analisando o projeto estrutural (ANEXO A), relatam-se as características das
vigas componentes do projeto estrutural na TABELA 7.1 abaixo.
73
TABELA 7.1 – CARACTERÍSTICAS INICIAIS DAS VIGAS DO EDIFÍCIO A
VIGAS mm
, mm
∅mm
∅ ,
mm
,mm
CARACTERÍSTICA (BIAPOIADA/CONTÍNUA)
V1 120 20 5,0 5,0 30,0 CONTÍNUA
V2 140 20 5,0 3,2 28,2 CONTÍNUA
V3 200 20 6,3 3,2 29,5 BIAPOIADA
V4 120 20 5,0 5,0 30,0 BIAPOIADA
V5 140 20 5,0 8,0 33,0 CONTÍNUA
V6 120 20 5,0 5,0 30,0 BIAPOIADA
V7 140 20 5,0 6,3 31,3 CONTÍNUA
V8 200 20 5,0 6,3 31,3 BIAPOIADA
V9 120 20 5,0 5,0 30,0 BIAPOIADA
V10 120 20 5,0 5,0 30,0 BIAPOIADA
V11 140 20 5,0 3,2 28,2 CONTÍNUA
V12 120 20 5,0 5,0 30,0 BIAPOIADA
V13 120 20 5,0 5,0 30,0 BIAPOIADA
V14 120 20 5,0 5,0 30,0 CONTÍNUA
V15 140 20 5,0 8,0 33,0 CONTÍNUA
V16 120 20 5,0 5,0 30,0 BIAPOIADA
V17 120 20 5,0 3,2 28,2 BIAPOIADA
V18 200 20 5,0 10,0 35,0 CONTÍNUA
V19 140 20 5,0 5,0 30,0 BIAPOIADA
V20 120 20 5,0 5,0 30,0 BIAPOIADA
V21 120 20 5,0 3,2 28,2 BIAPOIADA
V22 120 20 5,0 5,0 30,0 BIAPOIADA
V23 200 20 8,0 10,0(1) 50,4 (1) BIAPOIADA
V24 120 20 5,0 3,2 28,2 BIAPOIADA
V25 120 20 5,0 5,0 30,0 BIAPOIADA
V26 140 20 5,0 8,0 33,0 CONTÍNUA
V27 120 20 5,0 5,0 30,0 CONTÍNUA (1) A viga V23 apresenta barras da armadura em mais de uma camada, portanto se utiliza a EQUAÇÃO 6.4:
,
∑ ,
∑38 3 ∅ 78 2 ∅
5 ∅54,0
∑ ,
∑2 38 2 ∅ 100 1 ∅
5 ∅50,4
74
Determinado o TRRF anteriormente em 90 minutos, redimensiona-se a
estrutura conforme a TABELA 6.4 para vigas biapoiadas e TABELA 6.5 para vigas
contínuas. Porém notou-se que ao adotar a dimensão mínima de b í 140mm e
cobrimento c 60mm da TABELA 6.4 de vigas biapoiadas, na direção horizontal
da viga restaria apenas 20mm entre os eixos da armadura longitudinal (b í 2
c 140 2 60 20mm , impossibilitando o uso do mínimo indicado no item
18.3.2.2 da NBR 6118 (2007), que especifica o espaçamento mínimo livre entre as
faces das barras longitudinais superior a 20mm. Portanto, para as vigas biapoiadas
tomou-se como mínimo a relação b í 190mm e cobrimento c 45mm. Os
valores intermediários não encontrados nas tabelas serão interpolados conforme
indica o texto da norma. Assim inicia-se o redimensionamento com a coluna 3 da
seguinte TABELA 7.2, ou seja, as novas dimensões mínimas recomendadas para as
vigas.
75
TABELA 7.2 – REDIMENSIONAMENTO DAS VIGAS DO EDIFÍCIO A
VIGAS mm
mm
, mm
, mm
V1 120 140 30,0 37,0
V2 140 140 28,2 37,0
V3 200 200 29,5 44,5
V4 120 190 30,0 45,0
V5 140 140 33,0 37,0
V6 120 190 30,0 45,0
V7 140 140 31,3 37,0
V8 200 200 31,3 44,5
V9 120 190 30,0 45,0
V10 120 190 30,0 45,0
V11 140 140 28,2 37,0
V12 120 190 30,0 45,0
V13 120 190 30,0 45,0
V14 120 140 30,0 37,0
V15 140 140 33,0 37,0
V16 120 190 30,0 45,0
V17 120 190 28,2 45,0
V18 200 200 35,0 30,5
V19 140 190 30,0 45,0
V20 120 190 30,0 45,0
V21 120 190 28,2 45,0
V22 120 190 30,0 45,0
V23 200 200 50,8 44,5
V24 120 190 28,2 45,0
V25 120 190 30,0 45,0
V26 140 140 33,0 37,0
V27 120 140 30,0 37,0
Comparados o dimensionamento realizado a temperatura ambiente pela
NBR 6118 (2007) e as exigências da norma NBR 15200 (2012), nota-se que apenas
a viga V23 atende aos valores mínimos de b í e c . Apesar das vigas V3, V8 e V18
possuírem b 200mm atendendo ao b í exigido pela NBR 15220 (2012), o
cobrimento c , não obedece ao c , tabulado. A viga V19 atende ao
b í com seu b 140mm, porém adotou-se b 190mm por motivos de
76
uniformização das vigas biapoiadas e a fim de obter um cobrimento executável,
conforme explicado. As vigas V2, V5, V7, V11, V15 e V26 têm dimensão b
140mm respeitando o b í , porém, seus c , são menores do que as tabelas
da NBR 15200 (2012) sugerem. As demais vigas não atendem b í e nem
c , .
Com as novas dimensões e cobrimentos, o modelo estrutural é novamente
processado e verificado sua conformidade de acordo com os carregamentos
originais. Sendo o cobrimento utilizado no software CAD/TQS calculado através da
EQUAÇÃO 7.1 e generalizado através da adoção de diâmetros de armadura
transversal e longitudinais mínimos, 5,0mm e 6,3mm respectivamente, a fim de
atender aos possíveis valores superiores:
, , ∅∅ ,
2
37,0 , 5,06,32
, 28,85 30,0 , para vigas contínuas
45,0 , 5,06,32
, 36,85 40,0 , para vigas biapoiadas
O processo poderia ser mais específico, sendo calculado um cobrimento
para cada viga individualmente, porém, generalizou-se um cobrimento para cada
característica (contínua ou biapoiada) com o objetivo de agilizar o procedimento.
7.2.3 Lajes
Conforme descrito na apresentação do Edifício A, as lajes componentes do
empreendimento em seu pavimento-tipo são armadas em duas direções. Considera-
se aquecimento na face inferior da laje e o elemento exercendo função corta-fogo.
Como o projeto estrutural foi concebido obedecendo ao coeficiente de redistribuição
de momentos e existindo os prolongamentos das armaduras no vão dos elementos
77
estruturais, neste caso, se utiliza a TABELA 6.6 e TABELA 6.7 para a verificação e
dimensionamentos das lajes. De acordo com o texto da NBR 15200 (2012) é
considerado o aquecimento na face inferior das lajes, portanto neste estudo apenas
foram verificadas as armaduras inferiores das lajes, mantendo o dimensionamento
original para as armaduras superiores.
Analisando o projeto estrutural (ANEXO A), nota-se uma grande laje central
do edifício (L5) com espessura de 15 cm, circundada por lajes com 10 cm de
espessura que constituem sacadas para os ambientes (L1, L2, L3, L4, L6, L7, L10,
L11, L13, L14, L15 e L16). Ainda existem lajes componentes do centro da estrutura,
próximo da região dos elevadores e escada, com espessuras de 15 cm (L8, L9 e
L12). Todas as lajes apresentam cobrimento de 1,5 cm, obedecendo a NBR 6118
(2007), item 7.4.7.6, nota 1.
O c , foi calculado conforme EQUAÇÃO 7.2 e respeitando o
dimensionamento das armaduras longitudinais do projeto estrutural original
dimensionado conforme a NBR 6118 (2007). Como cada viga apresenta
características e dimensões próprias optou-se por demonstrar o valor individual ao
invés de uma generalização dos cobrimentos. A laje L5 apresenta armaduras
longitudinais de características distintas em sua composição, portanto, selecionou-se
o pior caso para o estudo, ou seja, com menor cobrimento.
As características das lajes estão resumidas na TABELA 7.3.
78
TABELA 7.3 – CARACTERÍSTICAS INICIAIS DAS LAJES DO EDIFÍCIO A
LAJES mm
, mm
∅ ,
mm
,mm
CARACTERÍSTICA (S. APOIADA/CONTÍNUA)
⁄
L1 100 20 3,2 23,2 S. APOIADA 6,2
L2 100 20 3,2 23,2 S. APOIADA 6,9
L3 100 20 3,2 23,2 S. APOIADA 6,9
L4 100 20 3,2 23,2 S. APOIADA 6,2
L5 150 20 4,0 24,0 S. APOIADA 2,8
L6 100 20 3,2 23,2 S. APOIADA 8,1
L7 100 20 3,2 23,2 S. APOIADA 8,1
L8 150 20 4,0 24,0 S. APOIADA 1,3
L9 150 20 4,0 24,0 S. APOIADA 3,4
L10 100 20 3,2 23,2 S. APOIADA 7,4
L11 100 20 3,2 23,2 S. APOIADA 7,4
L12 150 20 4,0 24,0 S. APOIADA 1,1
L13 100 20 3,2 23,2 S. APOIADA 3,4
L14 100 20 3,2 23,2 S. APOIADA 3,4
L15 100 20 3,2 23,2 S. APOIADA 4,0
L16 100 20 3,2 23,2 S. APOIADA 4,0
Determinado o TRRF anteriormente em 90 minutos, redimensiona-se a
estrutura conforme TABELA 6.6 para lajes simplesmente apoiadas e TABELA 6.7
para lajes contínuas. Portanto as novas dimensões mínimas recomendadas para as
lajes são as apresentadas na TABELA 7.4 a seguir.
79
TABELA 7.4 – REDIMENSIONAMENTO DAS LAJES DO EDIFÍCIO A
LAJES mm
mm
, mm
, mm
L1 100 100 23,2 30,0
L2 100 100 23,2 30,0
L3 100 100 23,2 30,0
L4 100 100 23,2 30,0
L5 150 100 24,0 30,0
L6 100 100 23,2 30,0
L7 100 100 23,2 30,0
L8 150 100 24,0 15,0
L9 150 100 24,0 30,0
L10 100 100 23,2 30,0
L11 100 100 23,2 30,0
L12 150 100 24,0 15,0
L13 100 100 23,2 30,0
L14 100 100 23,2 30,0
L15 100 100 23,2 30,0
L16 100 100 23,2 30,0
Comparados o dimensionamento realizado a temperatura ambiente pela
NBR 6118 (2007) e as exigências da norma NBR 15200 (2012), nota-se que as lajes
L8 e L12 atendem aos valores mínimos de h e c . A laje L5 apresenta h 150mm,
superior ao exigido pela NBR 15200 (2012), porém o c , abaixo do c tabulado,
portanto, sua espessura permanecerá sem modificação, mas com o cobrimento
exigido pela NBR 15200 (2012). As demais lajes atendem ao h sugerido pela NBR
15200 (2012), mas o c , é abaixo do c exigido, sendo necessário modificar o
cobrimento para o redimensionamento.
Com as novas espessuras e cobrimentos, o modelo estrutural é novamente
processado e verificado sua conformidade de acordo com os carregamentos
originais. Sendo o cobrimento utilizado no software CAD/TQS calculado através da
EQUAÇÃO 7.1 e generalizado através da adoção de armadura longitudinal mínima,
6,3mm, a fim de atender aos possíveis valores superiores:
, , ∅ ,
2
80
30,0 , 6,32
, 26,85 30,0
O processo poderia ser mais específico, sendo calculado um cobrimento
para cada laje individualmente, porém, generalizou-se um cobrimento com o objetivo
de agilizar o procedimento.
81
8 RESULTADOS
Depois de inseridas no modelo estrutural do Edifício A as novas dimensões
de larguras (b í ) e cobrimentos (c ) das vigas, foram realizados os procedimentos
padrões do software CAD/TQS a fim de verificar a conformidade em relação aos
carregamentos do empreendimento. As vigas conferidas e aprovadas estão
resumidas na TABELA 8.1, sendo, a coluna VIGAS identificando cada viga conforme
o ANEXO B, b determinando a largura final adotada para validar a NBR 15200
(2012), c , , indicando a medida adotada na configuração do software
CAD/TQS para obedecer o cobrimento exigido na NBR 15200 (2012), as colunas
∅ e ∅ 2⁄ com os valores das armaduras transversais e metade das
longitudinais necessários para resistir aos carregamentos do edifício, a coluna c ,
trata do cobrimento final das vigas, sendo calculada conforme a seguinte equação:
, , , ∅∅
2 (8.1)
A última coluna, c , , indica o cobrimento que precisa ser respeitado
para a largura (b ) adotada, conforme TABELA 6.4 e TABELA 6.5, sendo
necessário respeitar a seguinte relação:
, , (8.2)
82
TABELA 8.1 – DIMENSÕES FINAIS DAS VIGAS DO EDIFÍCIO A
VIGAS mm
, , mm
∅ mm
∅
mm
, mm
,mm
V1 140 30,0 5,0 5,0 (1) 40,0 (1) 37,0
V2 140 30,0 5,0 3,2 38,2 37,0
V3 200 40,0 6,3 4,0 50,3 44,5
V4 190 40,0 5,0 3,2 48,2 45,0
V5 140 30,0 5,0 10,0 45,0 37,0
V6 190 40,0 5,0 3,2 48,2 45,0
V7 140 30,0 5,0 5,0 (2) 40,0 (2) 37,0
V8 200 40,0 5,0 5,0 50,0 44,5
V9 190 40,0 5,0 5,0 50,0 45,0
V10 190 40,0 5,0 3,2 48,2 45,0
V11 140 30,0 5,0 3,2 38,2 37,0
V12 190 40,0 6,3 5,0 51,3 45,0
V13 190 40,0 6,3 5,0 51,3 45,0
V14 140 30,0 5,0 6,3 41,3 37,0
V15 140 30,0 5,0 8,0 (3) 43,0 (3) 37,0
V16 190 40,0 6,3 4,0 50,3 45,0
V17 190 40,0 5,0 3,2 48,2 45,0
V18 200 30,0 5,0 12,5 47,5 30,5
V19 190 40,0 5,0 5,0 50,0 45,0
V20 190 40,0 6,3 6,3 52,6 45,0
V21 190 40,0 5,0 3,2 48,2 45,0
V22 190 40,0 6,3 6,3 52,6 45,0
V23 200 40,0 6,3 12,5 (4) 58,8 (4) 44,5
V24 190 40,0 5,0 3,2 48,2 45,0
V25 190 40,0 6,3 4,0 50,3 45,0
V26 140 30,0 5,0 6,3(5) 41,3 (5) 37,0
V27 140 30,0 5,0 5,0 40,0 37,0 (1) A viga V1 apresenta barras da armadura em mais de uma camada, portanto se utiliza a EQUAÇÃO 6.4:
,
∑ ,
∑40 2 ∅ 70 1 ∅
3 ∅50,0
∑ ,
∑40 2 ∅ 40 1 ∅
3 ∅40,0
CONTINUA
83
TABELA 8.1 – DIMENSÕES FINAIS DAS VIGAS DO EDIFÍCIO A
CONTINUAÇÃO(2) A viga V7 apresenta barras da armadura em mais de uma camada, portanto se utiliza a EQUAÇÃO 6.4:
,
∑ ,
∑40 2 ∅ 70 1 ∅
3 ∅50,0
∑ ,
∑40 2 ∅ 40 1 ∅
3 ∅40,0
(3) A viga V15 apresenta barras da armadura em mais de uma camada, portanto se utiliza a EQUAÇÃO 6.4:
,
∑ ,
∑43 2 ∅ 79 1 ∅
3 ∅55,0
∑ ,
∑43 2 ∅ 43 1 ∅
3 ∅43,0
(4) A viga V23 apresenta barras da armadura em mais de uma camada, portanto se utiliza a EQUAÇÃO 6.4:
,
∑ ,
∑58,8 2 ∅ 108,8 1 ∅
3 ∅75,5
∑ ,
∑58,8 2 ∅ 58,8 1 ∅
3 ∅58,8
(5) A viga V26 apresenta barras da armadura em mais de uma camada, portanto se utiliza a EQUAÇÃO 6.4:
,
∑ ,
∑41,3 2 ∅ , 73,8 1 ∅ ,
3 ∅ ,52,1
∑ ,
∑41,3 2 ∅ , 41,3 1 ∅ ,
3 ∅ ,41,3
Para a análise dos resultados, além do redimensionamento das vigas,
obteve-se, através de um relatório gerado pelo software CAD/TQS, um quantitativo
com o peso total de aço utilizado no projeto, assim como o volume de concreto das
vigas e área de forma apresentados na TABELA 8.2.
84
TABELA 8.2 – QUANTITATIVO DAS VIGAS DO EDIFÍCIO A
DIMENSIONAMENTO PESO TOTAL
DE AÇO (kg)
VOLUME DE CONCRETO
( )
ÁREA DE FORMAS
( )
NBR 6118 1.937 17,34 253,71
NBR 15200 2.380 19,29 255,58
De acordo com a TABELA 8.2, há um acréscimo no peso total de aço de
aproximadamente 23% para as vigas dimensionadas conforme a NBR 15200 (2012),
já o volume de concreto e a área de formas permanecem com valores próximos aos
originais, dimensionados conforme a NBR 6118 (2007).
Para o correto dimensionamento das vigas contínuas em situação de
incêndio, ainda é necessário verificar se a área de armaduras negativas obedece a
EQUAÇÃO 6.3, conforme a FIGURA 6.3. O ponto crítico da verificação é localizado
em 0,3 do vão efetivo em estudo (0,3l), portanto:
0,3
, 0,3 , 0 12,5 0,3
, 0,3 0,25 , 0
A TABELA 8.3 mostra a verificação realizada para as armaduras negativas,
sendo a coluna 6 (A , 0,3l ) maior que a coluna 5 (0,25 A , 0 ), averiguando
a exigência da NBR 15200 (2012).
85
TABELA 8.3 – VERIFICAÇÃO DAS ARMADURAS NEGATIVAS DAS VIGAS DO EDIFÍCIO A
VIGAS APOIO , ∅
, , ∅
, , mm²
, ,mm²
V1 1 2x10,0 2x10,0 39,3 157,1 2 2x10,0 2x10,0 39,3 157,1 3 2x10,0 2x10,0 39,3 157,1
V2
1 3x16,0 4x12,5 150,8 490,9 2 4x12,5 2x12,5 122,7 245,4 3 4x12,5 2x12,5 122,7 245,4 4 2x16,0 2x12,5 100,5 245,4 5 3x16,0 2x10,0 150,8 157,1
V5 1 7x20,0 4x25,0 549,8 1963,5 2 2x20,0 3x10,0 157,1 235,6
V7 1 3x16,0 3x16,0 150,8 603,2 2 4x16,0 3x16,0 201,1 603,2 3 2x16,0 3x16,0 100,5 603,2
V11
1 3x20,0 4x16,0 235,6 804,2 2 2x20,0 4x12,5 157,1 490,9 3 4x16,0 4x12,5 201,1 490,9 4 2x20,0 2x12,5 157,1 245,4 5 3x20,0 3x16,0 235,6 603,2
V14 1 2x10,0 2x5,0 39,3 39,3 2 2x10,0 2x5,0 39,3 39,3 3 2x10,0 2x5,0 39,3 235,6
V15
1 4x20,0 4x16,0 + 2x25,0 314,2 1786,0 2 5x20,0 3x25,0 392,7 1472,6 3 5x20,0 2x25,0 + 4x20,0 392,7 2238,4 4 4x20,0 4x20,0 314,2 1256,6
V18 1 8x20,0 4x25,0 628,3 1963,5 2 3x20,0 2x12,5 235,6 245,4 3 2x20,0 2x12,5 157,1 245,5
V26
1 4x20,0 3x25,0 314,1 1472,6 2 5x20,0 3x25,0 392,7 1472,6 3 5x20,0 3x25,0 392,7 1472,6 4 4x20,0 3x25,0 314,2 1472,6
V27 1 2x10,0 3x10,0 39,3 235,6 2 2x10,0 3x10,0 39,3 235,6 3 2x10,0 3x10,0 39,3 235,6
Nota-se nas duas últimas colunas que a relação A , 0,3l 0,25
A , 0 é obedecida, portanto as vigas são todas verificadas pela NBR 15200
(2012).
Depois de inserido no modelo estrutural do Edifício A as novas dimensões
de espessura (h) e cobrimento (c ) das lajes, foram realizados os procedimentos
86
padrões exigidos pelo software CAD/TQS a fim de verificar a conformidade em
relação aos carregamentos atuantes. As lajes conferidas e aprovadas estão
resumidas na TABELA 8.4, sendo, a coluna LAJES identificando cada laje conforme
o ANEXO B, h determinando a espessura final adotada para validar a NBR
15200 (2012), c , , indicando a medida adotada na configuração do software
CAD/TQS para obedecer o cobrimento exigido na NBR 15200 (2012), a coluna
∅ 2⁄ com o valor da metade do diâmetro da armadura longitudinal
necessária para os carregamentos do edifício, a coluna c , trata do cobrimento
final das lajes, sendo calculada conforme a seguinte equação:
, , ,∅
2 (8.1)
A última coluna, c , , indica o cobrimento que precisa ser respeitado
na espessura (h ) adotada, conforme TABELA 6.6, TABELA 6.7 e TABELA 6.8,
sendo necessário respeitar a seguinte equação:
, , (8.2)
87
TABELA 8.4 – DIMENSÕES FINAIS DAS LAJES DO EDIFÍCIO A
LAJES mm
, ,mm
∅
mm
, mm
, mm
L1 100 30,0 3,2 33,2 30,0
L2 100 30,0 3,2 33,2 30,0
L3 100 30,0 3,2 33,2 30,0
L4 100 30,0 3,2 33,2 30,0
L5 150(1) 30,0 4,0 34,0 30,0
L6 100 30,0 3,2 33,2 30,0
L7 100 30,0 3,2 33,2 30,0
L8(2) 150 - - - -
L9 150 30,0 4,0 34,0 30,0
L10 100 30,0 3,2 33,2 30,0
L11 100 30,0 3,2 33,2 30,0
L12(2) 150 - - - -
L13 100 30,0 3,2 33,2 30,0
L14 100 30,0 3,2 33,2 30,0
L15 100 30,0 3,2 33,2 30,0
L16 100 30,0 3,2 33,2 30,0 (1) A espessura da laje L5 foi mantida segundo o projeto estrutural original, alterando-se apenas o cobrimento, conforme explicado no texto anteriormente. (2) As lajes L8 e L12 atenderam todas as exigências da NBR 15200, sendo mantidas segundo o projeto estrutural original, conforme explicado no texto anteriormente.
Para a análise dos resultados, além do redimensionamento das lajes,
obteve-se, através de um relatório gerado pelo software CAD/TQS, um quantitativo
com o peso total de aço utilizado no projeto, assim como o volume de concreto das
lajes e área de formas, conforme TABELA 8.5.
TABELA 8.5 – QUANTITATIVO DA LAJE DO EDIFÍCIO A
DIMENSIONAMENTO PESO TOTAL
DE AÇO (kg)
VOLUME DE CONCRETO
( )
ÁREA DE FORMAS
( )
NBR 6118 1.713 50,67 357,71
NBR 15200 1.872 50,53 356,57
88
Conforme a TABELA 8.5 apresenta, há um acréscimo no peso total de aço
de aproximadamente 9,3% para as lajes dimensionadas de acordo com a NBR
15200 (2012), já o volume de concreto e a área de formas permanecem com valores
próximos aos originais, dimensionados conforme a NBR 6118 (2007).
A pequena alteração nos valores de armadura no caso de lajes foi causada
pelo fato das lajes já possuírem espessuras originais do dimensionamento
proveniente da NBR 6118 (2007) em conformidade com o mínimo exigido pela NBR
15200 (2012), diferente do ocorrido nas vigas, em que as dimensões tiveram que ser
alteradas para poderem atender as especificações mínimas da norma de projeto de
estruturas de concreto em situação de incêndio, NBR 15200 (2012).
Para uma comparação mais realista, o projeto fornecido com detalhamento
foi descartado, sendo apenas usado o modelo com os carregamentos originais e
dimensões originais. Assim, todos os dados de quantitativos foram retirados de
projetos sem detalhamento, com o objetivo de prevenir a influência dos projetistas
ou dos autores nos números obtidos.
89
9 CONCLUSÃO
Durante o presente trabalho, foi mostrada a importância do estudo em
projetos de estruturas de concreto em situação de incêndio. Iniciou-se a
apresentação com diversos exemplos históricos da atuação do fogo em
empreendimentos diversos, até se chegar à tragédia na boate Kiss. Através da
demonstração de casos anteriores buscou-se conscientizar o leitor sobre como o
aumento de temperatura em edifícios pode causar grandes estragos e justifica
qualquer estudo para amenizar futuras perdas em incêndios. A cronologia ainda
mostra o surgimento da preocupação das autoridades com o tema e por
consequência a criação de diversas normas que guiem os responsáveis pelas
estruturas em que o fogo pode atuar.
A NBR 15200 (2012) foi o guia principal para a realização do presente
trabalho. Justifica-se o estudo da norma por esta ser recentemente aprovada pelos
órgãos responsáveis e seu uso ser pouco difundido nos atuais projetos estruturais.
Antes de partir para o objetivo principal de redimensionar lajes e vigas, no capítulo 2,
explicou-se como atua o fogo natural e a forma encontrada para emular o fogo de
forma padrão. Apesar de não haver previsão para proteções ativas no estudo de
caso, o capítulo 3 tratou de explicar as formas de amenizar a atuação do incêndio
através de equipamentos específicos e apresentar o princípio de proteção passiva
baseada na estratégia de proteger as armaduras da atuação do incêndio
aumentando o cobrimento dos elementos componentes do edifício.
Apesar de o método escolhido ser baseado em valores mínimos definidos
através de tabelas, é importante conhecer o comportamento de cada material
utilizado no concreto armado durante a ação do fogo, portanto o capítulo 4 foi
separado para a explicação dos materiais e o resultado da atuação do incêndio.
Após a explicação teórica do dimensionamento baseado no método tabular
nos capítulos 5 e 6, o trabalho parte para o redimensionamento do projeto estrutural
no capítulo 7, com a definição do Tempo Requerido de Resistência ao Fogo através
das características principais da edificação (principal uso previsto e altura total).
Para tornar o método tabular mais racional para determinar o TRRF de edifícios no
Brasil, utilizou-se uma estimativa em função das características arquitetônicas da
edificação (áreas de ventilação horizontal, vertical e de piso, ponderações de acordo
90
com equipamentos de prevenção e combate ao fogo, assim como o risco de
incêndio conforme o uso da edificação). A estimativa foi baseada na atual norma do
Corpo de Bombeiros do Paraná e causou grande impacto para o trabalho ao diminuir
em 30 minutos o TRRF e possibilitar dimensões e cobrimentos dos elementos
construtivos mais próximos do dimensionamento em temperatura ambiente.
Com o TRRF definido, as tabelas fornecidas na NBR 15200 (2012) foram
utilizadas para determinar as novas dimensões e cobrimentos de vigas e lajes. No
uso das tabelas são fornecidas diversas características dos elementos (vigas
biapoiadas, vigas contínuas, lajes lisas, lajes nervuradas), portanto, é necessário um
mínimo conhecimento teórico de estruturas assim com um aprofundamento na forma
como o projeto estrutural foi concebido. O conhecimento teórico prévio necessário
limita o uso da norma a profissionais atuantes na área da Engenharia Civil.
No capítulo 8 os resultados são apresentados através de larguras e
cobrimentos finais utilizados nas vigas e espessuras e cobrimentos finais nas lajes.
Com o auxílio do software CAD/TQS são expostos os quantitativos de cada
elemento construtivo, assim como o projeto final no Anexo B.
No redimensionamento de vigas foram adotados dois cobrimentos distintos
para agilizar o processo e tornar o estudo mais amplo, porém, é possível estudar
cada viga separadamente adotando-se um cobrimento específico para cada peça.
Isto causaria um processo iterativo adotando um cobrimento, processando a viga
para se determinar a armadura longitudinal, recalcular o cobrimento obtido, conferir
com o mínimo determinado nas tabelas e, caso seja necessário, adotar novo
cobrimento. O processo se tornaria complexo, porém causaria maior economia de
concreto e evitaria cobrimentos muito superiores ao mínimo requerido. Ainda nas
vigas, notou-se que os maiores cobrimentos são exigidos em vigas biapoiadas, isso
devido às características do momento ser em sua maioria positivo e a armadura
positiva ser mais sensível à atuação do fogo abaixo da viga. No projeto estrutural do
estudo de caso as vigas biapoiadas possuem pouco comprimento e dimensões
próximas da adotada na tabela, portanto, não se pôde notar a influência no
quantitativo final. Ainda nas vigas biapoiadas pode-se notar uma contradição entre
as normas NBR 6118 (2007) e NBR 15200 (2012) quando se tentou utilizar a largura
mínima de 140 e cobrimento de 60 da TABELA 6.4. A incoerência pode ser
explicada pela diferente abordagem do conceito de cobrimento utilizado em cada
91
norma. Na verificação da área de armaduras negativas exigida pela norma não
houve nenhuma ocorrência de destaque, isso porque a maioria das armaduras teve
sua área aumentada no redimensionamento, porém esta checagem é necessária
para o caso de existir uma mudança mais drástica no pórtico da estrutura.
No redimensionamento das lajes as espessuras originais já atendiam ao
mínimo exigido da NBR 15200 (2012). Assim sendo foram alterados apenas os
cobrimentos das lajes. No projeto estrutural do estudo de caso todas as lajes são
simplesmente apoiadas, facilitando o redimensionamento. Assim como as vigas, se
adotou um cobrimento para todas as lajes, mas seria possível estudar caso a caso e
atingir valores menores com o objetivo de diminuir o volume de concreto. Caso fosse
realizado um processo iterativo nas lajes, este seria mais ágil, pois as tabela de
dimensões mínimas para tal elemento fornecem apenas um valor para cada
característica do elemento. Neste projeto estrutural, após o processamento com o
novo valor de cobrimento notou-se um aumento de uma bitola de armadura acima
em relação ao dimensionamento anterior baseado na NBR 6118 (2007), conclui-se
que é necessário reforço estrutural quando se aumenta o cobrimento e a quantidade
de aço é maior, fato que é comprovado no quantitativo final de lajes.
Após o estudo das vigas e das lajes pode-se concluir que a aplicação da
norma neste edifício aumentou a quantidade de aço, concreto e área de formas na
estrutura, mas seu uso é necessário no estudo de caso para prevenção de situações
de incêndio. Nas lajes as espessuras utilizadas já atendiam ao mínimo requerido,
necessitando apenas a modificação de cobrimento. Já nas vigas, com o uso de
mecanismos de proteção contra incêndios ou revestimentos apropriados pode-se
chegar a valores das dimensões e cobrimentos próximos do projeto estrutural
original. É importante ressaltar que o uso de diferentes medidas de cobrimentos
dificulta a execução e será necessário um maior controle das peças assim como
uma rígida verificação da concretagem.
9.1 RECOMENDAÇÕES
O estudo de estruturas de concreto sujeitas ao incêndio é amplo e a norma
NBR 15200 (2012) é recente, portanto se torna importante que o procedimento de
dimensionamento e verificação de empreendimentos em situação de fogo, seja
92
amplamente divulgado e o maior número de profissionais da engenharia tome
conhecimento da sua aplicação.
O atual trabalho apresentado trata de dois elementos importantes na
constituição de um edifício: lajes e vigas. Como sugestão para futuros trabalhos,
propõe-se o estudo dos pilares, que também é objeto de estudo da norma.
Na modelagem no software CAD/TQS deste edifício utilizou-se o cobrimento
sem nenhum adicional de revestimento previsto na arquitetura do projeto, em outro
trabalho pode-se amenizar o efeito do aumento de cobrimento estudando-se a
arquitetura e prevendo espessuras dos materiais utilizados no revestimento de
pisos, paredes e forros.
Neste trabalho foi utilizado o método tabular, definido como o mais simples e
intuitivo da NBR 15200 (2012). Em outros estudos é possível utilizar o método
simplificado de cálculo, método avançado e métodos experimentais, ampliando as
opções para o dimensionamento de peças estruturais. No presente estudo a
estrutura foi redimensionada partindo-se de um dimensionamento inicial realizado
conforme a NBR 6118 (2007), em outros trabalhos o dimensionamento já pode ser
iniciado através da norma de projetos para estruturas de concreto sujeitas a
incêndio, a NBR 15200 (2012), facilitando a compatibilização com a arquitetura
exigida do edifício.
Outra possibilidade de futuros estudos seria realizar o dimensionamento a
fim de determinar um Tempo Requerido de Resistência de Fogo, ou seja, com as
dimensões e cobrimentos dos elementos já definidos, determinar o TRRF através
das características de vigas, lajes e pilares. Trata-se de inverter o método e
classificar a edificação quanto ao tempo requerido de resistência ao fogo em que ela
se enquadraria. Este dado poderia ser utilizado como parâmetro para a
determinação de sistemas de combate do fogo e métodos de evacuação de
pessoas.
Os estudos acima sugeridos, quando abordados nas universidades,
atualmente são ainda apresentados de forma superficial e, naturalmente, os
profissionais com estes recursos adicionais terão oportunidades diferenciadas no
mercado de trabalho.
93
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94
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96
ANEXOS
ANEXO A - PLANTA DE FORMA DO PAVIMENTO TIPO DIMENSIONADO CON-FORME NBR 6118 (2007)......................................................................................... 97
ANEXO A - VIGAS V1 / V2 / V5 / V7 / V11 DO PAVIMENTO TIPO DIMENSIONA-DAS CONFORME NBR 6118 (2007) ........................................................................ 98
ANEXO A – VIGAS V14 / V15 / V18 / V26 / V27 DO PAVIMENTO TIPO DIMENSIO-NADAS CONFORME NBR 6118 (2007) ................................................................... 99
ANEXO A – VIGAS V3 / V4 / V6 / V8 / V9 / V10 / V12 / V13 / V16 / V17 / V19 / V20 / V21 / V22 / V23 / V24 / V25 DO PAVIMENTO TIPO DIMENSIONADAS CONFORME NBR 6118 (2007) .................................................................................................... 100
ANEXO A – LAJES DO PAVIMENTO TIPO DIMENSIONADAS CONFORME NBR 6118 (2007) ............................................................................................................. 101
ANEXO B – VIGAS V1 / V2 / V5 / V7 / V11 DO PAVIMENTO TIPO DIMENSIONA-DAS CONFORME NBR 15200 (2012) .................................................................... 102
ANEXO B - VIGAS V14 / V15 / V18 / V26 / V27 DO PAVIMENTO TIPO DIMENSIO-NADAS CONFORME NBR 15200 (2012) ............................................................... 103
ANEXO B – VIGAS V3 / V4 / V6 / V8 / V9 / V10 / V12 / V13 / V16 / V17 / V19 / V20 / V21 / V22 / V23 / V24 / V25 DO PAVIMENTO TIPO DIMENSIONADAS CONFORME NBR 15200 (2012) .................................................................................................. 104
ANEXO B – LAJES DO PAVIMENTO TIPO DIMENSIONADAS CONFORME NBR 15200 (2012) ........................................................................................................... 105
