SEMINÁRIO SINDUSCON-FIEMG

Desempenho das edificações Segurança contra incêndio

Eng. Hélio Pereira Chumbinho

ABECE – Regional BH

Palestra: Desempenho Estrutural em situação de incêndio – Estabilidade (NBR 15.200:2012)

Critérios para classificação da resistência ao fogo dos elementos da construção

Fonte: Projeto de estruturas de concreto em situação de incêndio – Proposta de revisão da NBR 15200:2004 – Prof. Dr. Valdir Pignatta e Silva

Modelo de incêndio-padrão

Fonte: Projeto de estruturas de concreto em situação de incêndio – Proposta de revisão da NBR 15200:2004 – Prof. Dr. Valdir Pignatta e Silva

Fonte: Projeto de estruturas de concreto em situação de incêndio – Proposta de revisão da NBR 15200:2004 – Prof. Dr. Valdir Pignatta e Silva

1 – Escopo - ABNT NBR 15200

Esta norma estabelece os critérios de projeto de estruturas de

concreto em situação de incêndio e a forma de demonstrar o seu

atendimento, conforme requisitos de resistência ao fogo estabelecidos na

ABNT NBR 14432.

Esta norma se aplica às estruturas de concreto projetadas para

edificações de acordo com a ABNT NBR 6118.

Esta norma aplica-se às estruturas de concretos normais,

identificadas por massa especifica seca maior do que 2000 kg/m³, não

excedendo 2800 kg/m³, do grupo I de resistência (C20 a C50), conforme

classificação da ABNT NBR 8953. Para concretos do grupo II de

resistência, conforme classificação da ABNT NBR 8953, podem ser

empregadas as recomendações do Eurocode 2, Part 1.2.

Para estruturas ou elementos estruturais pré-moldados ou pré-

fabricados de concreto aplicam-se os requisitos das Normas Brasileiras

especificas. Na ausência de Norma Brasileira especifica, aplicam-se as

recomendações desta norma.

Para situações não cobertas por esta Norma ou cobertas de maneira

simplificada, o responsável técnico pelo projeto pode usar procedimentos

ou normas internacionais aplicáveis aceitos pela comunidade

tecnocientífica, desde que demonstrado o atendimento ao nível de

segurança previsto por esta norma.

3 Requisitos Gerais • 3.1 O projeto de estruturas de concreto à temperatura ambiente deve

atender os requisitos da ABNT NBR 6118. O projeto de estruturas de concreto em situação de incêndio tem por base a correlação entre o comportamento dos materiais e da estrutura à temperatura ambiente (considerada próxima a 20°C) com o que ocorre em situação de incêndio.

• 3.2 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.

• 3.3 Considera-se que os objetivos estabelecidos em 3.2 são atingidos se for demonstrado que a estrutura mantém as funções corta-fogo e de suporte.

• 3.4 Os requisitos descritos em 3.3 estão inseridos num conjunto maior de requisitos gerais de proteção contra incêndio que compreende:

- reduzir o risco de 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.

• 3.5 Edificações de grande porte, sobretudo mais altas ou contendo maior carga de incêndio, devem atender a exigências mais severas para cumprir com os requisitos gerais. Projetos que favoreçam a prevenção ou a proteção contra incêndio, em termos desses requisitos gerais, reduzindo o risco de incêndio ou sua propagação e especialmente facilitando a fuga dos usuários e a operação de combate, podem ter aliviadas as exigências em relação à resistência de sua estrutura ao fogo, conforme previsto na ABNT NBR 14432, ou seja, o método do tempo equivalente conforme detalhado no Anexo A.

• 3.6 As duas funções estabelecidas em 3.3 devem ser verificadas sob

combinações excepcionais de ações, no estado-limite último, de modo

que são aceitáveis plastificações e ruínas locais que não determinem

colapso além do local.

• 3.7 Como plastificações, ruínas e até colapsos locais são aceitos, a

estrutura só pode ser reutilizada após um incêndio se for vistoriada,

tiver sua capacidade remanescente verificada e a sua recuperação for

projetada e executada. Essa recuperação pressupõe o atendimento de

todas as capacidades últimas e de serviço exigidas para a condição de

uso da estrutura antes da ocorrência do incêndio ou para uma eventual

nova condição de uso.

• 3.8 A verificação prevista em 3.7 pode eventualmente concluir que

não existe necessidade de recuperação da estrutura, se o incêndio

tiver sido de pequena severidade ou se a estrutura tiver proteção

superabundante.

RESISTÊNCIA DO CONCRETO À COMPRESSÃO EM ALTAS TEMPERATURAS

Figura 1 – Fator de redução da resistência do concreto silicoso em função da temperatura

A resistência à compressão do concreto decresce com o aumento da

temperatura. Essa relação é dada por fc,θ = kcθ fck, vista abaixo.

Figura 2 – Fator de redução da resistência do aço de armadura passiva em função da temperatura

RESISTÊNCIA AO ESCOAMENTO E MÓDULO DE ELASTICIDADE DO AÇO

DA ARMADURA PASSIVA EM ALTAS TEMPERATURAS

A resistência ao escoamento do aço comum decresce com o aumento da

temperatura. Essa relação é dada por fy,θ = ksθ fyk.

O módulo de elasticidade do aço comum decresce com o aumento da

temperatura. Essa relação é dada por Es,θ = kEsθ Es.

Figura 3 – Fator de redução do módulo de elasticidade do aço de armadura passiva em função da

temperatura

Figura 4 – Fator de redução da resistência do aço da armadura ativa formada por fios ou cordoalhas em função da temperatura

RESISTÊNCIA AO ESCOAMENTO E MÓDULO DE ELASTICIDADE DO

AÇO DA ARMADURA ATIVA EM ALTAS TEMPERATURAS

A resistência ao escoamento do aço de protensão decresce com o

aumento da temperatura. Essa relação é dada por fpyk,θ = kpθ fpyk.

O módulo de elasticidade do aço de protensão decresce com o aumento da

temperatura. Essa relação é dada por Ep,θ = kEpθ Ep.

Figura 5 – Fator de redução do módulo de elasticidade do aço de

armadura ativa em função da temperatura

4 Ação correspondente ao incêndio Conforme estabelecido na ABNT NBR 14432, a ação correspondente ao

incêndio pode ser representada por um intervalo de tempo de exposição ao incêndio-padrão (definido na ABNT NBR 14432, de acordo com a ABNT NBR 5628). Esse intervalo de tempo chamado tempo requerido de resistência ao fogo (TRRF) é definido nesta Norma a partir das características da construção e do seu uso.

O calor transmitido à estrutura nesse intervalo de tempo (TRRF) gera em cada elemento estrutural, em função de sua forma e exposição ao fogo, certa distribuição de temperatura.

Esse processo conduz à redução da resistência dos materiais e da capacidade dos elementos estruturais, além da ocorrência de esforços solicitantes decorrentes de alongamentos axiais restringidos ou de gradientes térmicos.

Como com o aquecimento, a rigidez das peças diminui muito e a capacidade de adaptação plástica cresce proporcionalmente, os esforços gerados pelo aquecimento podem, em geral, ser desprezados. Casos especiais em que essa hipótese precise ser verificada devem atender ao disposto em 8.5.

5 Verificação de estruturas de concreto em situação de

incêndio

• 5.1 Método tabular

Neste método, basta atender às dimensões mínimas apresentadas nas

tabelas 4 A 12, em função do tipo de elemento estrutural e do TRRF,

respeitando-se as limitações indicadas. Essas dimensões mínimas devem

sempre respeitar também a ABNT NBR 6118.

Essas dimensões são normalmente: a largura das vigas, a espessura das

lajes, as dimensões das seções transversais de pilares e tirantes e,

principalmente, a distancia entre o eixo da armadura longitudinal e a face

do concreto exposta ao fogo (c1). Para valores intermediários de

dimensões pode ser feita interpolação linear.

Os ensaios mostram que em situação de incêndio as peças de concreto

rompem usualmente por flexão ou flexocompressão e não por

cisalhamento. Por isso, considera-se apenas a armadura longitudinal nesse

critério.

Os valores de c1 apresentados em todas as tabelas referem-se a

armaduras passivas. No caso de elementos protendidos, os valores de c1 para

as armaduras ativas são determinados acrescendo-se 10 mm para barras e 15

mm para fios e cordoalhas. No caso de armaduras ativas pós-tracionadas

(sem aderência), as cabeças de protensão devem ser protegidas de forma que

em situação de incêndio não haja perda de protensão.

É permitida a consideração do revestimento no cálculo das distâncias

c1, respeitadas as seguintes prescrições:

- revestimentos aderentes de argamassa de cal e areia (aderência à tração de

acordo com a ABNT NBR 13528) têm 67% de eficiência relativa ao concreto;

- revestimentos de argamassa de cimento e areia aderentes (aderência à

tração de acordo com a ABNT NBR 13528) 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.

Não é permitida a consideração do revestimento na determinação das

dimensões mínimas da seção transversal de pilares e lajes lisa ou cogumelo.

Para outros elementos, não há essa restrição.

• 5.1.1 Vigas

As tabelas 4 e 5 fornecem as dimensões mínimas bmín e bwmín das vigas e o valor de c1 das armaduras inferiores, em função do TRRF. Essas tabelas foram construídas com a hipótese de vigas com aquecimento em três lados, sob laje. Os valores indicados nessas tabelas podem ser empregados também para o caso de vigas aquecidas nos quatro lados, desde que sua altura não seja inferior a bmín e a área da seção transversal da viga não seja inferior a 2xb²mín.

Há concentração de temperatura junto às bordas da face inferior das vigas. Por essa razão, em vigas com somente uma camada de armaduras e largura não superior ao bmín indicado na coluna 3 da tabela 4 e na coluna 2 da Tabela 5, conforme o TRRF, a distância c1l (figura 6) no fundo das vigas deve ser 10 mm maior do que o c1 dado pelas referidas tabelas.

Figura 6 – Distâncias c1 e c1l

Alternativamente, para se 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 ABNT NBR 7480.

- para concreto protendido, considerar para efeito de dimensionamento, uma força de protensão igual a 0,7 da indicada para a obra.

Para vigas de largura variável, bmín refere-se ao mínimo valor de b medido ao nível do centro geométrico das armaduras, enquanto bw é o menor valor de largura da alma, conforme Figura 7, que deve atender aos valores mínimos das Tabelas 4 e 5.

Figura 7 – Definição das dimensões para diferentes tipos de seção

transversal de vigas

Tabela 4 – Dimensões para vigas biapoiadas

Tabela 5 – Dimensões mínimas para vigas contínuas ou vigas de pórtico

Figura 8 – Envoltória de momentos fletores

Tabela 6 – Dimensões mínimas para lajes simplesmente apoiadas

Tabela 7 – Dimensões mínimas para lajes contínuas

Tabela 8 – Dimensões mínimas para lajes lisas ou cogumelo

Tabela 9 – Dimensões mínimas para lajes nervuradas simplesmente apoiadas

Tabela 10 – Dimensões mínimas para lajes nervuradas contínuas em pelo menos uma das bordas

Tabela 11 – Dimensões mínimas para lajes nervuradas armadas em uma só direção

Tabela 12 – Dimensões mínimas para pilares com uma face exposta ao fogo

Tabela 13 – Dimensões mínimas para pilares-parede

• 5.2 Método analítico para pilares

Para pilares com mais de uma face exposta ao fogo, pode-se utilizar a

formulação apresentada a seguir para o calculo do tempo de resistência

ao fogo (TRF), cujo valor deve ser superior ou igual ao TRRF.

Essa formulação é adequada a estruturas de nós fixos. Entretanto, ela

pode ser empregada nos casos de estruturas em que os deslocamentos

não lineares (2ª ordem) devido ao desaprumo puderem ser

desconsiderados em situação de incêndio. O tempo de resistência ao

fogo de um pilar pode ser determinado por meio da seguinte equação:

• 5.3 Método simplificado de cálculo

O método simplificado de cálculo é baseado nas seguintes hipóteses:

- as solicitações de cálculo em situação de incêndio (Sd,fi) podem ser

calculadas conforme 8.1 (ABNT NBR 15200:2012)

- 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, considerando exposição ao fogo

conforme o TRRF. Essa distribuição de temperatura pode ser obtida na

literatura técnica ou calculada em programas específicos de computador

a partir do fluxo de calor determinado conforme Anexo F;

• 5.4 Métodos avançados de cálculo

Os métodos avançados de cálculo devem considerar pelo menos:

- combinação de ações em situação de incêndio composta rigorosamente

com base na ABNT NBR 8681;

- esforços solicitantes de cálculo, acrescidos dos efeitos das deformações

térmicas restringidas, desde que calculados por modelos não lineares

capazes de considerar as profundas redistribuições de esforços que

ocorrerem;

- esforços resistentes, que devem ser calculados considerando as

distribuições de temperatura conforme o TRRF;

- ambas as distribuições, de temperatura e de resistência, devem ser

rigorosamente calculadas considerando as não linearidades envolvidas.

A verificação da capacidade resistente deve respeitar o que

estabelece a ABNT NBR 6118.

A determinação da distribuição e temperatura na estrutura e a

verificação do isolamento térmico podem ser feitas analiticamente por

programas que considerem adequadamente a distribuição de temperatura

na edificação. Os programas utilizados devem ser validados, ser de uso

consagrado internacionalmente ou ser avalizados por ensaios experimentais

em estruturas.

O atendimento aos requisitos de estanqueidade, quando exigidos,

pode ser feito por ensaios experimentais do elemento que deve apresentar

função corta-fogo, em escala reduzida (amostra do material ou sistema), de

acordo com a ABNT NBR 5628.

• 5.5 Método experimental

Em casos especiais, pode-se considerar a resistência ao fogo superior à

calculada com base nesta Norma, desde que justificada por ensaios,

conforme ABNT NBR 5628.

O dimensionamento por meio de resultados de ensaios pode ser feito em

ensaios realizados em laboratório nacional ou estrangeiro, de acordo

com a Norma Brasileira específica ou de acordo com norma ou

especificação estrangeira, respeitando os critérios de similitude

aplicáveis ao caso.

Obrigado!