volume 6 | número 3 · avaliação do método simplificado da abnt nbr 14323:2013 no cálculo da...

68
Revista da Estrutura de Aço | Volume 6 | Número 3 Volume 6 | Número 3 Dezembro de 2017

Upload: buitu

Post on 16-Nov-2018

218 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Volume 6 | Número 3 · Avaliação do método simplificado da ABNT NBR 14323:2013 no cálculo da elevação da temperatura em pilares de aço inseridos em parede Yagho de Souza Simões,

Revista da Estrutura de Aço | Volume 6 | Número 3

Volume 6 | Número 3Dezembro de 2017

Page 2: Volume 6 | Número 3 · Avaliação do método simplificado da ABNT NBR 14323:2013 no cálculo da elevação da temperatura em pilares de aço inseridos em parede Yagho de Souza Simões,

Revista da Estrutura de Aço | Volume 6 | Número 3

ARTIGOSAnálise teórica-experimental da capacidade resistente

à flexão em ligações tubulares flangeadasCaio Orsi Vieira Ramos Pereira, Arlene Maria Cunha Sarmanho, Guilherme Cássio Elias,

Luiz Henrique de Almeida Neiva e João Alberto Venegas Requena

Piso misto de pequena altura com laje alveolar:lima solução inovadora

Patrícia Tavares de Souza e Ana Lúcia Homce de Cresce El Debs

Avaliação do método simplificado da ABNT NBR 14323:2013 no cálculo da elevação da temperatura em

pilares de aço inseridos em paredeYagho de Souza Simões, Fábio Martin Rocha e Jorge Munaiar Neto

Projeto estrutural para adaptação de um edifício histórico em centro cultural Banco do Brasil

Ricardo Hallal Fakury, Sebastião Salvador Real Pereira, Ana Lydia Reis de Castro e Silva, Márcio Lúcio Gomes e João Eduardo de Paula Carvalho

153

169

189

209

Page 3: Volume 6 | Número 3 · Avaliação do método simplificado da ABNT NBR 14323:2013 no cálculo da elevação da temperatura em pilares de aço inseridos em parede Yagho de Souza Simões,

Revista indexada no Latindex e Diadorim/IBICT

* Autor correspondente 

Recebido: 09/09/2016 Aprovado: 16/10/2017 

Volume 6. Número 3 (dezembro/2017). p. 153‐168 ‐ ISSN 2238‐9377 

 Análise Teórica‐Experimental da Capacidade Resistente à Flexão em Ligações Tubulares 

Flangeadas Caio Orsi Vieira Ramos Pereira1, Arlene Maria Cunha Sarmanho1*, Guilherme 

Cássio Elias1, Luiz Henrique de Almeida Neiva1 e João Alberto Venegas Requena2 

 

1Programa de Pós‐Graduação em Engenharia Civil – PROPEC – DECIV/EM/UFOP, [email protected][email protected]

[email protected][email protected] 2Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo, UNICAMP, 

[email protected]  

Theoretical‐Experimental Analysis of bending strength in Circular Hollow 

Sections Flanged Connections 

Resumo 

Devido às prescrições normativas não  considerarem a  flexão das  ligações  flangeadas para a determinação de sua capacidade resistente, se entende como necessário estudar esta influência teoricamente e experimentalmente. Neste  trabalho, a  flexão  foi  simulada considerando‐se a excentricidade do carregamento axial de tração, variando‐a de 0% até 24% do diâmetro externo do  tubo.  Com  isso  foi  possível  estudar  a  flexão  dos  flanges  e  o  efeito  alavanca  gerado. Os resultados  teóricos  apresentaram  valores menores  que  os  experimentais,  indicando  que  a equação estudada pode ser utilizada no dimensionamento destas ligações. 

Palavras‐chave: Estruturas metálicas, Perfis tubulares circulares, Ligação flangeada. 

Abstract   

Due to the normative prescriptions do not consider the bending  in the flange connections  in order to predict the connection strength, it is necessary to study this influence theoretically and experimentally.  In  this work,  the bending was  simulated  considering  the  eccentricity of  the tension axial load, varying it from 0% to 24% of the external diameter of the hollow section. With this, it was possible to study the bending of the flanges and the prying effect. The theoretical results  presented  smaller  values  than  the  experimental  results,  indicating  that  the  studied equation can be used in order to predict the strength of these connections. 

Keywords: Steel structures, Circular hollow sections, Flanged connection. 

 

Page 4: Volume 6 | Número 3 · Avaliação do método simplificado da ABNT NBR 14323:2013 no cálculo da elevação da temperatura em pilares de aço inseridos em parede Yagho de Souza Simões,

 

154 

1 Introdução 

Com o passar dos anos há uma necessidade cada vez maior de desenvolvimento de 

novas técnicas na indústria da construção civil, tornando‐se necessárias a utilização e a 

aplicação de materiais cada vez mais eficientes. A exemplo do aço, um dos materiais 

mais  eficientes  dentro  da  construção  civil  devido  às  suas  inúmeras  características 

positivas. Dentre elas, sua flexibilidade, fazendo com que possa ser utilizado tanto em 

estruturas constituídas por elementos de seções transversais abertas como fechadas. As 

seções fechadas se destacam por apresentar uma alta resistência quando solicitadas a 

esforços de compressão, como por exemplo, as suas aplicações em sistemas treliçados 

e em pilares. 

A  alta  resistência  dos  perfis  com  seções  fechadas  se  justifica  pelo  fato  destes 

apresentarem  inércias  praticamente  invariáveis  em  qualquer  eixo  coordenado  que 

passe pelo centro de gravidade de suas seções. 

Para a aplicação da estrutura metálica em canteiros de obras, têm‐se as ligações, que 

podem  ser  soldadas  ou  parafusadas,  destacando‐se  a  ligação  flangeada,  que  é 

largamente utilizada  em  estruturas  treliçadas de  telhado devido  à  sua  facilidade de 

execução. A Figura 1  ilustra a  ligação  flangeada dos  tipos  circular e  retangular, para 

aplicação em uma estrutura de telhado do aeroporto Tancredo Neves em Confins, Belo 

Horizonte – MG. 

 

 

Figura 1 – Ligações flangeadas circulares e retangulares do aeroporto Tancredo Neves 

em Confins ‐ MG (Pereira, 2016) 

Page 5: Volume 6 | Número 3 · Avaliação do método simplificado da ABNT NBR 14323:2013 no cálculo da elevação da temperatura em pilares de aço inseridos em parede Yagho de Souza Simões,

 

155 

Este trabalho tem como objetivo avaliar o efeito da flexão (oriunda de carregamentos 

excêntricos)  em  ligações  flangeadas  com  flanges  de  seção  inteira,  por meio  de  um 

estudo  teórico‐experimental em que a capacidade  resistente e o comportamento da 

ligação foram observados.  

Atualmente  há  um  número  reduzido  de  pesquisas  realizadas  sobre  o  tema,  onde  é 

importante destacar as pesquisas de: Kato e Hirose (1985) realizaram um dos primeiros 

estudos experimentais dos efeitos da variação da geometria da ligação; Cao e Bell (1996) 

estudaram os efeitos da variação da geometria dos flanges; Fidalgo (2014) estudou a 

ligação por meio de um estudo numérico da  ligação, considerando a excentricidade e 

por  fim,  chegando  a equações que permitiram o  cálculo das espessuras dos  flanges 

conforme seu carregamento excêntrico; Pereira (2016) estudou as equações propostas 

por Fidalgo (2014), e as comparou com resultados experimentais para a validação das 

mesmas. 

1.1 Efeito alavanca 

O efeito alavanca, conhecido também como prying, é causado pela flexão de chapas. 

Este efeito faz com que os parafusos da ligação fiquem solicitados por um carregamento 

extra,  podendo  fazer  com  que  os mesmos  falhem.  A  Figura  2  representa  o  efeito 

alavanca, segundo a norma ABNT NBR 8800:2008 – Projeto de Estruturas de Aço e de 

Estruturas Mistas de Aço e Concreto de Edificação. 

 

Figura 2 – Efeito alavanca (ABNT NBR 8800:2008) 

Page 6: Volume 6 | Número 3 · Avaliação do método simplificado da ABNT NBR 14323:2013 no cálculo da elevação da temperatura em pilares de aço inseridos em parede Yagho de Souza Simões,

 

156 

A influência do efeito alavanca é proporcional à esbeltez das chapas da ligação, ou seja, 

quanto mais finas as chapas, maior será o efeito transmitido aos parafusos da ligação. 

Há também outros parâmetros da geometria de ligação que influenciam na transmissão 

desse efeito para os parafusos. Tais parâmetros são definidos por Cao e Bell (1996) como 

e1 e e2 representados no corte A‐A da Figura 2. 

No caso da ligação flangeada, este efeito ocorre no flange da ligação, fazendo com que 

os  parafusos  fiquem  submetidos  a  um  carregamento maior  que  aquele  aplicado  na 

ligação. 

2 Prescrições existentes 

Para  a  definição  da  geometria  da  ligação,  foi  utilizado  um  carregamento  solicitante 

semelhante à força axial de tração resistente de cálculo correspondente ao escoamento 

de toda a seção bruta do tubo. Porém, como o objetivo do trabalho é avaliar a flexão no 

flange,  foi  considerada  uma  redução  de  30%  da  força  axial  resistente  e  o  fator  de 

ponderação com valor de 1,0, gerando uma geometria de  ligação com flanges menos 

resistentes, de forma que o modo de falha se apresentasse o flange. Essa mesma relação 

foi utilizada por Requena e Santos (2007). Sendo assim, as fórmulas utilizadas (Equações 

1 a 7) para o dimensionamento dos flanges, foram as da norma ABNT NBR 16239:2013 

– Projeto de Estruturas de Aço e de Estruturas Mistas de Aço e Concreto de Edificação 

com perfis tubulares. 

,2 . . ,

. .  (1) 

12.

. 4 .   (2) 

ln   (3) 

2  (4) 

22.   (5) 

2  (6) 

2  (7) 

Page 7: Volume 6 | Número 3 · Avaliação do método simplificado da ABNT NBR 14323:2013 no cálculo da elevação da temperatura em pilares de aço inseridos em parede Yagho de Souza Simões,

 

157 

Sendo,  

Nt,Sd – Força axial de tração solicitante de cálculo; 

fy – Tensão de escoamento do aço do flange; 

f3 ‐ Coeficiente de forma da ligação; 

r1, r2 e r3 – Valores de raios do flange, parafusos e tubos, respectivamente 

conforme demostrado na Figura 3; 

e1 – Valor referente à distância entre a borda externa dos tubos ao centro dos 

furos dos parafusos. 

 

 Figura 3 – Representação da ligação flangeada e dos raios definidos pelas equações 5, 

6 e 7. 

3 Equação proposta 

Com a utilização da equação que  considera a  flexo‐tração  foi possível  considerar os 

efeitos impostos na ligação de tração centrada e de carregamento excêntrico: 

 

,  (8) 

 

Com  isso,  tem‐se  uma  equação  que  simplifica  o  carregamento  na  ligação  com  a 

utilização  de  um  valor  de  carregamento  axial  de  tração  solicitante  de  cálculo, 

representado pela forma abreviada por Neq (carregamento sem excentricidade): 

 

.   (9) 

Page 8: Volume 6 | Número 3 · Avaliação do método simplificado da ABNT NBR 14323:2013 no cálculo da elevação da temperatura em pilares de aço inseridos em parede Yagho de Souza Simões,

 

158 

Com  a utilização da equação da norma ABNT NBR 16239:2013  (Equação 10) para o 

cálculo das espessuras dos flanges, tem‐se o coeficiente de forma da ligação: 

 

2 . . ,

. .  (10) 

2 . .

. .  (11) 

 

Generalizando a Equação 11 para a  consideração de  carregamentos de  flexo‐tração, 

tem‐se: 

2 . . ,

. .  (12) 

 

Isolando os termos em comum das Equações 11 e 12 e igualando‐as, chega‐se à Equação 

13: 

. ,  (13) 

 

Substituindo a Equação 8 na Equação 9, chega‐se à Equação 14: 

 

, .   (14) 

 

Em que o valor do momento solicitante de cálculo, MSd, é determinado pela Equação 15, 

onde e é a excentricidade de carregamento: 

 

. ,   (15) 

 

Substituindo as Equações 14 e 15 na Equação 13 e fazendo as devidas simplificações, 

chega‐se à Equação 16: 

.1

1 .   (16) 

 

Page 9: Volume 6 | Número 3 · Avaliação do método simplificado da ABNT NBR 14323:2013 no cálculo da elevação da temperatura em pilares de aço inseridos em parede Yagho de Souza Simões,

 

159 

Da Equação 16, variando o valor de excentricidade para zero,  fi  torna‐se  igual a  f3, e 

conforme aumenta‐se o valor da excentricidade, o fator fi diminui, fazendo com que os 

valores finais de espessura de flange, Equação 10 (trocando o f3 pelo fi), fiquem maiores. 

4 Programa experimental 

O  programa  experimental  foi  desenvolvido  no  Laboratório  de  Estruturas  Altamiro 

Tibiriçá Dias da Universidade Federal de Ouro Preto. 

4.1 Caracterização mecânica 

Foram  realizados ensaios de  tração para obter a  tensão  limite de escoamento,  fy, o 

alongamento residual após a ruptura, ΔL, e a tensão  limite de resistência à tração, fu, 

dos aços utilizados nos tubos e nos  flanges. As Tabelas 1 e 2 representam os valores 

encontrados.  

 

Tabela 1 – Resultado de caracterização mecânica dos tubos. 

Tubos ‐ Protótipos  Dt x tt [mm] fy [MPa] fu [MPa] ∆L [%] 

1  61,1 x 6,0  381  479  34,5 

  

Tabela 2 – Resultado de caracterização mecânica dos flanges. 

Flanges  tf [mm] fy [MPa] fu [MPa] ∆L [%]

Aço A36  9,5  302  467  41,0 

 

 

4.2 Geometrias 

Os ensaios experimentais foram realizados utilizando as geometrias de cálculo definidas 

com a utilização das equações existentes da ABNT NBR 16239:2013, e com a redução 

das espessuras dos flanges para que os protótipos demonstrassem o efeito da flexão 

nos flanges. A Tabela 3 representa as dimensões dos protótipos ensaiados. 

Page 10: Volume 6 | Número 3 · Avaliação do método simplificado da ABNT NBR 14323:2013 no cálculo da elevação da temperatura em pilares de aço inseridos em parede Yagho de Souza Simões,

 

160 

Tabela 3 – Geometria dos protótipos ensaiados (Pereira, 2016) 

Protótipo  Tubos  Flanges 

Perna de Solda [mm] 

Nº de Parafusos(½ polegada) 

Dt [mm] 

tt [mm] 

A [cm²] 

W [cm³] 

Df [mm] 

tf [mm] 

1  61,1  6,0  10,39  13,05  160  9,5  8,0  6 

 

Os comprimentos dos tubos foram padronizados em 300 mm, permitindo deste modo 

um  espaçamento  suficiente  entre  a  solda  do  flange  e  a  solda  do  aparato  de 

carregamento para que as tensões se uniformizassem ao  longo do tubo, reduzindo o 

efeito do Shear Lag próximo aos flanges. A solda utilizada foi a de filete com perna de 

solda de 8,0 mm. A quantidade de parafusos utilizada foi padronizada em seis parafusos 

com ½ polegada (12,7 mm) de diâmetro. 

4.3 Aplicação do carregamento 

A ligação foi ensaiada utilizando uma prensa servo‐hidráulica INSTRON SATEC 5569, com 

a  aplicação  de  deslocamentos  nas  extremidades  dos  aparatos  de  carregamento  da 

ligação. Estes aparatos foram dimensionados para que a ligação fosse considerada como 

biapoiada  em  suas  extremidades.  As  excentricidades  foram  consideradas  com  o 

deslocamento da soldagem dos centros de gravidade dos tubos da ligação em relação 

aos centros de gravidades das mesas dos perfis “T” conectados ao aparato por meio de 

um parafuso de diâmetro de 31 mm. A representação final da ligação excêntrica com o 

aparato de carregamento esta demonstrada na Figura 4: 

 

 

Figura 4 – Representação da ligação com o deslocamento de soldagem referente à 

excentricidade de carregamento (Pereira, 2016) 

 

4.4 Instrumentação e aquisição dos dados 

A instrumentação utilizada é representada na Figura 5: 

Page 11: Volume 6 | Número 3 · Avaliação do método simplificado da ABNT NBR 14323:2013 no cálculo da elevação da temperatura em pilares de aço inseridos em parede Yagho de Souza Simões,

 

161 

 

 

Figura 5 – Representação da instrumentação da ligação com a excentricidade de 

carregamento (Pereira, 2016) 

 

2 extensômetros  longitudinais  colados à meia altura do  tubo  (a 150 mm dos 

flanges), um do lado (região de maior tração) e o outro do lado oposto (região 

de menor tração); 

1 extensômetro longitudinal colado na alma do T (não representado na Figura 5), 

localizado  próximo  ao  trecho  da  redução  de  sua  largura  (devido  ao  raio  de 

concordância) e do lado referente ao posicionamento excêntrico do tubo; 

1 roseta de deformações posicionada no flange entre os parafusos 1 e 2; 

1  LVDT  para medição  do  afastamento  das mesas  do  perfil  “T”  indicando  o 

alongamento da ligação flangeada; 

1 LVDT medindo o deslocamento vertical do perfil “T” inferior;  

1  LVDT  inferior,  medindo  eventuais  deslocamentos  laterais  oriundos  da 

excentricidade projetada. 

 Para  a  aquisição  dos  dados  de  instrumentação  foram  utilizados  dois  sistemas,  um 

referente  à  prensa,  que  permite  adquirir  dados  de  deslocamento  e  carregamentos 

referentes à ligação; e outro sistema que permite adquirir os dados de extensometria e 

os demais deslocamentos. 

Page 12: Volume 6 | Número 3 · Avaliação do método simplificado da ABNT NBR 14323:2013 no cálculo da elevação da temperatura em pilares de aço inseridos em parede Yagho de Souza Simões,

 

162 

4.5 Imperfeição dos protótipos 

Antes da execução dos ensaios  foram medidas as  imperfeições que poderiam causar 

erros  de  análises.  Estas  imperfeições  foram  conferidas,  considerando  tanto  a 

excentricidade teórica como a excentricidade real. A Tabela 4 apresenta o resultado do 

levantamento de imperfeições. 

 

Tabela 4 – Excentricidades dos protótipos (Pereira, 2016) 

Protótipo  P1 

Excentricidade teórica  8%  16%  24% 

Excentricidade real  5,93% 12,81% 25,90% 

 

5 Resultados experimentais 

Assim  como esperado, os ensaios experimentais  apresentaram  a  flexão dos  flanges. 

Como por exemplo, o ensaio com excentricidade real de 5,93% do diâmetro externo do 

tubo utilizado, representado na Figura 6. 

 

 

Figura 6 – Representação da flexão do flange do ensaio com excentricidade real de 

5,93% (Pereira, 2016) 

 

O Gráfico 1 apresenta as curvas com a rigidez proporcional às excentricidades por meio 

dos valores de carregamento versus deslocamento longitudinal das ligações ensaiadas. 

Page 13: Volume 6 | Número 3 · Avaliação do método simplificado da ABNT NBR 14323:2013 no cálculo da elevação da temperatura em pilares de aço inseridos em parede Yagho de Souza Simões,

 

163 

Percebe‐se  que  quanto mais  excêntrico  for  o  carregamento  aplicado  ao  protótipo, 

menor é o carregamento suportado pelo mesmo. 

 

 

Gráfico 1 – Carregamento x deslocamento dos ensaios experimentais (Pereira, 2016) 

 

Os  Gráficos  2  e  3  apresentam,  respectivamente,  os  valores  de  carregamentos  nas 

ligações versus as deformações axiais obtidas dos lados mais e menos tracionados dos 

tubos. Com os valores de extensometria dos tubos das ligações foi possível verificar o 

efeito da flexão criado pelos carregamentos excêntricos impostos às ligações, podendo 

observar que os valores apresentam uma simetria entre os valores de deformações dos 

tubos do lado mais e menos tracionado (Gráficos 2 e 3), considerando‐se como base a 

curva referente ao protótipo menos excêntrico. 

Analisando os Gráficos 2 e 3 é possível observar que, quanto maior a excentricidade 

imposta na ligação, maior será a variação das deformações entre os lados mais e menos 

tracionados. Para a maior excentricidade estudada, em função do binário de forças do 

momento, ocorreu compressão no lado menos tracionado do tubo para níveis de carga 

inferiores a 100 kN (Gráfico 3). 

0

50

100

150

200

250

300

0 1 2 3 4 5

Carregamento [kN

]

Deslocamento das extremidades dos tubos, Δ [mm]

P1 Exc 5,93%

P1 Exc 12,81%

P1 Exc 25,90%

Page 14: Volume 6 | Número 3 · Avaliação do método simplificado da ABNT NBR 14323:2013 no cálculo da elevação da temperatura em pilares de aço inseridos em parede Yagho de Souza Simões,

 

164 

 

Gráfico 2 – Carregamento x deformações do lado mais tracionado dos tubos da ligação 

(Pereira, 2016) 

 

 

Gráfico 3 – Carregamento x deformações do lado menos tracionado dos tubos da 

ligação (Pereira, 2016) 

 

Também  foram  estudados  os  valores  de  deformações  referentes  às  deformações 

principais das rosetas posicionadas nos flanges. Com estes valores foi possível observar 

que  a  maioria  dos  ensaios  apresentaram  deformações  superiores  aos  valores  de 

deformação de escoamento do aço do  flange, comprovando a  flexão dos  flanges. Os 

valores das deformações dos  flanges  são apresentadas no Gráfico 4  com  valores de 

carregamento na ligação versus deformações principais. 

 

0

50

100

150

200

250

300

‐100 400 900 1400 1900

Carregamento [kN

]

Deformação longitudinal dos tubos, ε [µm/m]

P1 Exc 5,93%

P1 Exc 12,81%

P1 Exc 25,90%

Escoamento

0

50

100

150

200

250

300

‐100 400 900 1400 1900

Carregamento [kN

]

Deformação longitudinal dos tubos, ε [µm/m]

P1 Exc 5,93%

P1 Exc 12,81%

P1 Exc 25,90%

Escoamento

Page 15: Volume 6 | Número 3 · Avaliação do método simplificado da ABNT NBR 14323:2013 no cálculo da elevação da temperatura em pilares de aço inseridos em parede Yagho de Souza Simões,

 

165 

 

Gráfico 4 – Carregamento x deformações principais dos flanges (Pereira, 2016) 

 

A Tabela 5 representa os valores de carregamento de tração referente à falha, Nt,Rd‐exp, 

e os respectivos modos de  falhas associados, observados no programa experimental. 

Para os valores de carregamento de falha, foi definido como o carregamento em que o 

primeiro dos modos de falha descritos a seguir ocorria: 

Escoamento do ponto mais crítico dos flanges; 

Escoamento da seção bruta dos tubos; 

Escoamento do aparato de carregamento; 

Ruptura da solda. 

 

Tabela 5 – Carregamentos e modos de falha dos protótipos (Pereira, 2016) 

Protótipo  Nt,Rd‐exp  Falha 

P1Exc 5,93 %  199 kN Escoamento do flange

P1Exc 12,81 %  158 kN Escoamento do flange

P1Exc 25,90 %  154 kN Escoamento do flange

 

Da Tabela 5, observa‐se que os valores da capacidade resistente dos protótipos tendem 

a  diminuir  conforme  a  excentricidade  aumenta,  provando  a  fragilidade  da  ligação 

quando há excentricidade. 

 

0

50

100

150

200

250

300

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000

Carregamento [kN

]

Deformação principal, ε1 [µm/m]

P1 Exc 5,93%

P1 Exc 12,81%

P1 Exc 25,90%

Escoamento

Page 16: Volume 6 | Número 3 · Avaliação do método simplificado da ABNT NBR 14323:2013 no cálculo da elevação da temperatura em pilares de aço inseridos em parede Yagho de Souza Simões,

 

166 

6 Comparação dos resultados experimentais e a equação proposta 

A  partir  dos  resultados  experimentais,  considerando  a  geometria  dos  protótipos 

ensaiados,  foi  realizada  uma  extrapolação  dos  resultados  utilizando  a  equação 

desenvolvida  neste  trabalho  (Equação  16),  determinando  os  valores  teóricos  de 

capacidade  resistente  a  carregamentos  axiais  de  tração,  através  do  fluxograma 

apresentado na Figura 7. 

 

 

 

 

 

 

 

Figura 7 – Determinação dos valores teóricos de capacidade resistente. 

 

Na  Tabela  6  são  apresentados  os  valores  teóricos  e  experimentais  de  capacidade 

resistente à carregamentos axiais de tração dos protótipos estudados. 

 

Tabela 6 – Valores teóricos e experimentais de capacidade resistente a carregamentos 

axiais de tração. 

Protótipo 1 Excentricidades 

5,93%  12,81%  25,90% 

fi  3,2950  2,6156  1,8786 

Nt,Rd‐teo [kN]  141,07  111,98  80,43 

Nt,Rd‐exp [kN]  199,00  158,00  154,00 

Diferença  29,11%  29,13%  47,77% 

 

 

Nt,Rd = 181,76 kN tf = 9,5 mm fy = 302 MPa (Caracterização A36)

2 . ,

. . →

.1

1 . → ,. . .

2

Page 17: Volume 6 | Número 3 · Avaliação do método simplificado da ABNT NBR 14323:2013 no cálculo da elevação da temperatura em pilares de aço inseridos em parede Yagho de Souza Simões,

 

167 

7 Considerações finais 

Com os resultados apresentado nas Tabelas 5 e 6, é possível observar que os valores 

estão na mesma ordem de grandeza, porém com valores diferentes. Esta diferença pode 

ser explicada se considerado os pontos de extensometria, que caracterizam os modos 

de falha da ligação, podendo indicar valores que não são máximos. A Figura 8 ilustra o 

ponto onde foi posicionada a roseta que indicou a falha na ligação por escoamento dos 

flanges e também apresenta um diagrama de tensões de von Mises. 

 

 

Figura 8 – Pontos de extensometria dos flanges (Pereira, 2016) 

 

Com base na Figura 8, é possível observar que os pontos críticos de tensões nos flanges 

ocorrem nos pontos próximos ao contato destas com as soldas, e não nos pontos que 

as  rosetas  ficaram posicionadas. As  rosetas  foram posicionadas afastadas das  soldas 

devido à dificuldade de colocação nos pontos próximo das mesmas. 

Outros  fatores  que  podem  ter  contribuído  para  o  afastamento  dos  valores 

experimentais dos teóricos são os possíveis erros de fabricação e erros no levantamento 

de imperfeições. Uma vez que para cada excentricidade de carregamento do protótipo 

houve apenas um ensaio experimental. 

Percebe‐se que para  as menores excentricidades estudadas,  a diferença encontrada 

entre os  resultados  teórico e experimental  foi próxima  (da ordem de 30%),  todavia, 

conforme  aumentou‐se  a  excentricidade,  houve  maior  dispersão  entre  os  valores 

encontrados. Indicando que para maiores excentricidades a equação precisa ser melhor 

ajustada para considerar o efeito da flexão. 

Page 18: Volume 6 | Número 3 · Avaliação do método simplificado da ABNT NBR 14323:2013 no cálculo da elevação da temperatura em pilares de aço inseridos em parede Yagho de Souza Simões,

 

168 

Considerando‐se  que  os  valores  de  capacidade  resistente  encontrados  por meio  da 

equação  teórica  apresentada  foram  inferiores  àquele  obtidos  nos  ensaios 

experimentais,  percebe‐se  que  a  proposição,  para  a  geometria  de  tubos  e  flanges 

estudados, apresenta valores favoráveis à segurança, podendo ser utilizada na ausência 

de formulação mais adequada. É necessário, portanto, um estudo mais aprofundado, 

com  realização  de  programa  experimental  com  outras  tipologias  de  ligações  e 

excentricidades, que permita uma melhor calibração da equação proposta. 

8 Agradecimentos 

Os autores agradecem a FAPEMIG (Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas 

Gerais), CNPq (Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico), CAPES 

(Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior). 

 

9 Referências bibliográficas 

ASSOCIAÇÃO  BRASILEIRA  DE  NORMAS  TÉCNICAS.  NBR  8800:2008  ‐  Projeto  de Estruturas de Aço e de Estruturas Mistas de Aço e Concreto de Edifícios. Rio de Janeiro, 2008.  ASSOCIAÇÃO  BRASILEIRA  DE  NORMAS  TÉCNICAS.  NBR  16239:2013  ‐  Projeto  de Estruturas de Aço e de Estruturas Mistas de Aço e Concreto de Edificação com perfis tubulares. Rio de Janeiro, 2013.  CAO,  J.  J.; BELL, A.  J.. Determination of bolt  forces  in  a  circular  flange  joint under tension  force. Elsevier,  International  Journal of Pressure Vessels and Piping, p.63‐71, 1996.  FIDALGO, A. M. Estudo Teórico e Numérico do Comportamento de Ligações tipo Flange Circular para Estruturas Tubulares de Aço. Dissertação de Mestrado, UNICAMP, 2014. 

 KATO,  B.;  HIROSE,  R..  Bolted  Tension  Flanges  Joining  Circular  Hollow Members. Elsevier, J. Construct. Steel Research, p.79‐101, 1985.  PEREIRA, C. O. V. R. Análise numérico‐experimental de resistência a flexão em ligações tubulares flangeadas. Dissertação de Mestrado, PROPEC ‐ UFOP, 2016.  REQUENA,  J.  A.  V.;  SANTOS,  A.  L.  E.  F.  Dimensionamento  de  ligações  em  barras tubulares de estruturas metálicas planas. Coleção técnico‐científica V&M do Brasil, vol. 1. Campinas: V&M do Brasil, 2007. 

Page 19: Volume 6 | Número 3 · Avaliação do método simplificado da ABNT NBR 14323:2013 no cálculo da elevação da temperatura em pilares de aço inseridos em parede Yagho de Souza Simões,

       Revista indexada no Latindex e Diadorim/IBICT 

* Autor correspondente 

Recebido: 09/08/2017 Aprovado: 11/11/2017 

Volume 6. Número 3 (dezembro/2017). p. 169‐188 ‐ ISSN 2238‐9377

 Piso misto de pequena altura com laje alveolar: 

uma solução inovadora Patricia Tavares de Souza¹* e Ana Lucia Homce de Cresce El Debs² 

 

¹ Departamento de Engenharia de Estruturas, Escola de Engenharia de São Carlos, USP, Av. Trabalhador Sãocarlense 400, São Carlos ‐ SP, Brasil, [email protected]

² Departamento de Engenharia de Estruturas, Escola de Engenharia de São Carlos, USP, Av. Trabalhador Sãocarlense 400, São Carlos ‐ SP, Brasil, [email protected]

Slim floor with hollow core slab: an innovative solution 

 

Resumo O  piso misto  de  pequena  altura  com  laje  alveolar  de  concreto  tem  sido  frequentemente utilizado  no  mercado  internacional  de  construção  devido  à  redução  da  altura  do  piso. Entretanto, existem poucos estudos sobre esse sistema com laje alveolar. Nesta pesquisa, dois ensaios  de  flexão  em  quatro  pontos  foram  realizados  para  investigar  o  comportamento  à flexão e a capacidade resistente ao cisalhamento dos pisos mistos, convencional e de pequena altura,  com  laje  alveolar  e  conector  tipo  pino  com  cabeça.  Para  comparação,  uma  análise teórica  foi  realizada  e  o  programa  computacional DIANA  em  elementos  finitos  foi  utilizado para  estender o  escopo da  investigação  experimental. Os  resultados mostraram que o piso misto de pequena altura é 32% mais resistente que a viga de aço isolada e a transferência de forças de cisalhamento na interface é menor do que no sistema convencional, desta maneira é proposta a redução do grau de conexão para o piso misto de pequena altura.  

Palavras‐chave: Vigas Mistas; Piso Misto de Pequena Altura; Lajes Alveolares; Conectores Tipo Pino com Cabeça.  Abstract   The  slim  floor  construction  incorporating  precast  concrete  hollow  core  slabs  has  been frequently used  in  the  international  construction market due  to  the  reduced  section depth. However, there are few studies about the slim floor with hollow core slabs. In this study, two full‐scale bending tests at four points were carried out to investigate the flexural behavior and shear strength of the conventional composite beam and the composite slim floor with hollow core  slabs  and  stud bolts.  To  compare  a  theoretical  analysis was  carried out  and  the  finite element package DIANA was used to extend the scope of the experimental investigation. The results showed that the slim floor is 32% stronger and stiffer than the equivalent isolated steel beam and  the  shear  forces  transfer at  the  interface  is  less  than  in  the conventional  system, therefore it is proposed to reduce the connection degree to the composite slim floor.   Keywords: Composite Beams; Composite Slim Floor; Hollow Core Slabs; Stud Bolts.   

Page 20: Volume 6 | Número 3 · Avaliação do método simplificado da ABNT NBR 14323:2013 no cálculo da elevação da temperatura em pilares de aço inseridos em parede Yagho de Souza Simões,

 

170 

1 Introdução 

As  vigas mistas de aço e  concreto  consistem na associação de um elemento de aço 

simétrico a uma laje de concreto que trabalham em conjunto para resistir aos esforços 

de flexão. No sistema convencional, a laje de concreto é posicionada sobre o perfil de 

aço,  elevando  a  altura  total  do  composto  e  reduzindo  a  altura  útil  da  edificação. A 

partir  de  1970,  os  princípios  do  piso misto  de  pequena  altura  surgiram  quando  os 

pesquisadores  do  Swedish  Institute  of  Steel  Construction  (SISC)  descobriram  como 

reduzir a altura  total das vigas mistas. A mesa  inferior do perfil de aço possuía uma 

largura maior do que a mesa superior de modo que a laje de concreto fosse suportada 

pela mesa inferior e o perfil de aço ficasse inserido na altura do piso. Além disso, esse 

sistema  possui  algumas  vantagens,  tais  como  o  aumento  da  resistência  ao  fogo 

(Newman (1995), Rocha et al. (2013)), da capacidade resistente e da rigidez em relação 

à seção de aço, o aumento da capacidade resistente às  instabilidades  locais da seção 

de aço, a economia de material e de mão de obra. 

Para  compor o piso misto de pequena altura, vários  tipos de perfis e  lajes  têm  sido 

estudados onde o perfil de aço sempre está contido na altura da  laje, entre os quais 

destacam‐se: Rackham et al.  (2006), De Nardin e El Debs  (2012), Nádaskýa  (2012) e 

Chen  et  al.  (2015). Os  primeiros  trabalhos  de  vigas mistas  com  laje  alveolar  foram 

desenvolvidos por  Lam  et  al.  (1998,  2000), nos quais doze  ensaios de  cisalhamento 

direto  e  três  ensaios  de  vigas mistas  submetidas  à  flexão  em  quatro  pontos  com 

conector  tipo pino com cabeça  foram  realizados. Em  resumo, os autores concluíram 

que  a  variação da  largura da  junta entre  as  lajes  alveolares modificou  a  capacidade 

resistente do conector quando essa largura era menor que quatro vezes o diâmetro do 

conector.  Também  eles  observaram  um  elevado  aumento  do  momento  fletor 

resistente e da rigidez da viga mista em relação ao perfil metálico isolado. Entretanto, 

a  grande  proporção  de  vazios,  a  falta  de  armadura  transversal  e  o  tipo  de  apoio 

tornam as lajes alveolares protendidas suscetíveis à ruptura por cisalhamento. Hegger 

et  al.  (2009) estudaram  a  capacidade  resistente  ao  cisalhamento de  lajes  alveolares 

apoiadas na mesa  inferior de perfis de aço esbeltos. Os  resultados  indicaram que os 

perfis  esbeltos  podem  causar  um  decréscimo  na  capacidade  resistente  ao 

cisalhamento das lajes de 30 a 40%.  

Page 21: Volume 6 | Número 3 · Avaliação do método simplificado da ABNT NBR 14323:2013 no cálculo da elevação da temperatura em pilares de aço inseridos em parede Yagho de Souza Simões,

 

171 

No Brasil, De Nardin e El Debs (2009) ensaiaram três vigas parcialmente revestidas sem 

e com conectores tipo pino com cabeça, soldados na mesa  inferior ou na alma. Com 

conectores, um pequeno acréscimo de capacidade de momento foi obtido. As autoras 

demonstraram  expressões  para  o  cálculo  do momento  fletor  resistente  positivo  de 

vigas mistas parcialmente revestidas, adotando as seguintes hipóteses: interação total 

aço‐concreto e desconsideração do concreto tracionado (Figura 1). A partir da face da 

mesa superior do perfil de aço, a posição da linha neutra (yp) pode ser obtida através 

do equilíbrio de forças: 

bfft2

fAfttdftfbtfttfAy

ckyw

yf1yf1wywckf2yf2wyf2p

                                    (1) 

 

Figura 1 – Geometria da viga mista parcialmente revestida, De Nardin e El Debs (2009). 

Onde, Af é a área da mesa do perfil metálico; b é a largura efetiva da laje de concreto; 

d é a altura  total do perfil de aço;  fck é a  resistência  característica à compressão do 

concreto;  fy  é  a  tensão  de  escoamento  do  aço;  tf  é  a  espessura  da mesa  do  perfil 

metálico; tw é a espessura da alma do perfil metálico.  

Considerando  interação  total  aço‐concreto  e  seus módulos plásticos  respectivos  (Zxs 

and Zxc), o momento de plastificação total é expresso por (MR): 

ZfZfM xcckxsyR                                                                                                               (2) 

Outras  expressões  têm  sido  desenvolvidas  para  o  cálculo  do  momento  resistente 

considerando  interação parcial (Limazie e Chen, 2015) e para o cálculo da capacidade 

resistente ao cisalhamento do conector com laje alveolar e capa de concreto (Araújo et 

al.,  2016).  Por  outro  lado,  recomendações  normativas  que  orientam  o  projeto  e 

execução de pisos mistos de pequena altura com  laje alveolar não existem no Brasil, 

somando‐se a  isso, poucos trabalhos  foram desenvolvidos nessa área como o estudo 

Page 22: Volume 6 | Número 3 · Avaliação do método simplificado da ABNT NBR 14323:2013 no cálculo da elevação da temperatura em pilares de aço inseridos em parede Yagho de Souza Simões,

 

172 

da capacidade resistente ao cisalhamento de conectores em pisos mistos de pequena 

altura (Souza et al., 2017).  

Essa pesquisa tem por  finalidade contribuir com a caracterização do comportamento 

dos  pisos mistos  de  pequena  altura,  bem  como  da  influência  de  suas  ligações  aço‐

concreto  na  distribuição  dos  esforços,  através  da  investigação  experimental  da 

capacidade resistente da seção mista em ensaios de flexão. 

 

2 Programa experimental e modelagem numérica 

2.1 Programa experimental 

A  investigação experimental consistia em um ensaio de piso misto de pequena altura 

submetido à flexão em quatro pontos com controle de força para a determinação do 

momento  resistente  do  piso  misto  com  grau  de  conexão  parcial  (FSF).  Para  a 

comparação entre a viga mista convencional e o  slim  floor, um ensaio de viga mista 

convencional submetida à flexão em quatro pontos com controle de força foi realizado 

para determinação do momento resistente da viga mista com grau de conexão parcial 

(FC).  

Os modelos físicos eram compostos por lajes alveolares protendidas com resistência à 

compressão característica de 45 MPa e altura de 160 mm. A sua  largura era de 1245 

mm e possuíam comprimento de 500 mm para a confecção dos modelos (Figura 2a). 

Além disso, para  compor  a  seção  transversal, o perfil metálico  laminado  com  seção 

transversal do tipo W 200x46,1 e comprimento de 3735 mm, em aço A 572 grau 50, foi 

utilizado  (Figura 2b). Um corte na mesa superior do perfil metálico, utilizado no piso 

misto de pequena altura,  foi realizado para  facilitar a concretagem  (Figura 2c). E por 

fim, os conectores  tipo pino com cabeça possuíam o diâmetro e a altura constantes 

nos modelos,  isto é, o diâmetro do fuste era de 19 mm, o diâmetro da cabeça era de 

31,5 mm com espessura de 10 mm e a altura do conector era de 110 mm (Figura 2d). A 

Tabela 1 apresenta as propriedades mecânicas do perfil de aço, conforme o catálogo 

do  fabricante,  e  do  conector  tipo  pino  com  cabeça  conforme  o  ensaio  de  tração 

recomendado pela NBR ISO 6892‐1 (2013).  

 

Page 23: Volume 6 | Número 3 · Avaliação do método simplificado da ABNT NBR 14323:2013 no cálculo da elevação da temperatura em pilares de aço inseridos em parede Yagho de Souza Simões,

 

173 

Tabela 1 – Propriedades mecânicas do aço. 

Material  Tensão de escoamento (MPa)  Tensão de Ruptura (MPa) 

Perfil  345  450 

Conector  345  430 

 

Figura 2 – Os componentes da seção mista (mm). a) laje alveolar; b) perfil metálico; c) corte na 

mesa superior do perfil metálico; d) conector tipo pino com cabeça. 

O traço do concreto da capa  foi definido, a partir de um concreto de classe C25/C30 

com alta trabalhabilidade e relação água/cimento, para facilitar o preenchimento dos 

alvéolos  durante  a  concretagem  da  capa  sobre  as  lajes  alveolares.  Para  a 

caracterização  do  concreto  em  cada  dia  de  concretagem  e  para  cada  betonada 

realizada, oito corpos de prova cilíndricos de 10x20 cm foram moldados e a Tabela 2 

apresenta as propriedades mecânicas do concreto convencional que  foram obtidas a 

partir dos ensaios de compressão e  tração por compressão diametral para os corpos 

de prova cilíndricos. Como o cimento CPV – ARI  foi utilizado, o ganho de  resistência 

após o 14º dia não era significativo, por  isso, alguns modelos  foram ensaiados antes 

dos 28 dias e as betonadas foram denominadas por “B1” e “B2”. 

 

 

 

Page 24: Volume 6 | Número 3 · Avaliação do método simplificado da ABNT NBR 14323:2013 no cálculo da elevação da temperatura em pilares de aço inseridos em parede Yagho de Souza Simões,

 

174 

Tabela 2 – Propriedades mecânicas da capa de concreto. 

Concreto  Idade Resistência à 

Compressão Média (MPa) 

Resistência à Tração Média 

(MPa) 

Módulo de Elasticidade (GPa) 

Desvio Padrão 

FSF – B1  21  36,20  2,53  27,30  0,47 

FSF – B2  21  35,70  2,41  28,70  1,31 

FC – B1  28  34,00  2,36  32,40  0,35 

FC – B2  28  29,60  2,05  29,01  0,76 

*FSF – piso misto de pequena altura; 

Para uma conexão parcial, quatro conectores foram soldados em cada face da alma do 

perfil metálico  do  piso misto  de  pequena  altura  na  região  entre  o momento  fletor 

máximo  e  o  momento  fletor  nulo  adjacente.  Na  viga  mista  convencional,  cinco 

conectores  foram  soldados  na mesa  superior  do  perfil metálico  na mesma  região, 

considerando a contribuição da armadura na ligação aço‐concreto. O comportamento 

dos conectores tipo pino com cabeça é importante para o estudo do elemento misto, e 

como a força cortante máxima ocorre na região dos apoios, os penúltimos conectores 

foram instrumentados com extensômetros a cerca de 40 mm da base soldada no lado 

a ser tracionado. 

Na montagem dos modelos, as lajes alveolares no piso misto de pequena altura foram 

posicionadas sobre a mesa inferior do perfil metálico, deixando uma junta longitudinal 

de 48 mm para o lançamento do concreto de preenchimento (Figura 3). Dessa forma, a 

largura de apoio das  lajes  sobre o perfil metálico  foi de 50 mm. A extremidade das 

lajes  alveolares,  na  região  de  apoio  sobre  o  perfil  metálico,  possuía  um  pequeno 

chanfro para facilitar a concretagem. Já as lajes alveolares na viga mista convencional 

foram posicionadas sobre a mesa superior do perfil metálico (Figura 4) e foram ligadas 

por  meio  de  armadura  transversal  com  10 mm  de  diâmetro  e  400 mm  de 

comprimento, que foi colocada dentro dos alvéolos simetricamente a partir do centro 

do perfil de aço, totalizando 12 barras.  

Page 25: Volume 6 | Número 3 · Avaliação do método simplificado da ABNT NBR 14323:2013 no cálculo da elevação da temperatura em pilares de aço inseridos em parede Yagho de Souza Simões,

 

175 

 

Figura 3 – Detalhes da seção transversal e da posição do conector até o meio do vão para o 

piso misto de pequena altura (mm). 

 

 

Figura 4 – Detalhes da seção transversal e da posição do conector até o meio do vão para viga 

mista convencional (mm). 

Tampões de EPS foram colocados em todos os alvéolos a uma profundidade entre 150 

e 200 mm para que o concreto moldado no local envolvesse o conector no piso misto 

de pequena altura e a armadura transversal na viga mista convencional, e ao mesmo 

tempo  não  preenchesse  os  alvéolos  por  completo,  formando  assim,  chaves  de 

cisalhamento. A capa de concreto com espessura entre 40 e 50 mm era armada com 

uma tela soldada Q138, que era composta de fios com diâmetro de 4,2 mm espaçados 

Page 26: Volume 6 | Número 3 · Avaliação do método simplificado da ABNT NBR 14323:2013 no cálculo da elevação da temperatura em pilares de aço inseridos em parede Yagho de Souza Simões,

 

176 

a cada 100 mm. A tela soldada foi colocada 30 mm acima da laje alveolar por meio de 

espaçadores para concreto. 

Previamente à concretagem, para a análise do comportamento do perfil de aço, seis 

extensômetros  foram  colados na  alma e dois na mesa  superior na  seção  central do 

modelo.  Desse  modo,  as  deformações  na  seção  foram  possíveis  de  se  identificar, 

permitindo determinar a posição da linha neutra e a ocorrência de escoamento do aço. 

Após  a  concretagem  e  a  preparação  da  superfície,  os  últimos  extensômetros  foram 

posicionados sobre a capa de concreto e na mesa inferior do perfil de aço para medir 

suas  deformações  (Figura  5).  Cada  uma  das  vigas  mistas  tinha  3735  mm  de 

comprimento e duas  forças  verticais  foram  aplicadas  a 1245 mm das extremidades, 

utilizando cilindros hidráulicos com capacidade para 1000 kN de carregamento estático 

e  controle  de  força.  Tanto  a  laje  de  concreto  quanto  o  perfil  metálico  foram 

simplesmente  apoiados  nas  extremidades  (Figura  6).  Os  transdutores  verticais,  no 

meio do vão e de extremidades, foram utilizados para medir o deslocamento vertical e 

o deslizamento relativo entre o perfil e a laje, respectivamente.  

 

Figura 5 – Instrumentação do ensaio de flexão para o piso misto de pequena altura (mm). 

 

Page 27: Volume 6 | Número 3 · Avaliação do método simplificado da ABNT NBR 14323:2013 no cálculo da elevação da temperatura em pilares de aço inseridos em parede Yagho de Souza Simões,

 

177 

Figura 6 – Arranjo geral do ensaio de viga mista. a) viga mista convencional; b) piso misto de 

pequena altura. 

2.2 Modelagem numérica 

O  software  DIANA®  é  um  pacote  computacional  de  elementos  finitos,  baseado  no 

método  dos  deslocamentos  e  o  FX,  concebido  pela  empresa Midas,  é  o  pré  e  pós‐

processador do DIANA®. Este pacote  computacional  foi proposto para a modelagem 

numérica  do  perfil metálico  isolado  que  foi  simulado  para  a  análise  do  ganho  de 

capacidade resistente quando a ação mista aço e concreto é considerada (Figura 7). 

 

Figura 7 – Modelo numérico do perfil de aço. 

Para a simulação numérica do aço, um elemento sólido hexaédrico e  isoparamétrico 

com 8 nós  foi utilizado que baseia‐se na  interpolação  linear para deslocamentos. Na 

criação  da  geometria,  optou‐se  pela  simetria  para  diminuir  o  tempo  de 

processamento. O modelo  constitutivo  elasto‐plástico,  que  foi  adotado  para  o  aço, 

Page 28: Volume 6 | Número 3 · Avaliação do método simplificado da ABNT NBR 14323:2013 no cálculo da elevação da temperatura em pilares de aço inseridos em parede Yagho de Souza Simões,

 

178 

considera o critério de ruptura de Von Mises. Em relação ao material aço,  foi  feito o 

uso  das  propriedades mecânicas  do  tipo  utilizado,  de  acordo  com  os  catálogos  dos 

fabricantes (Tabela 1).  

Para evitar concentrações de tensões,  foi gerada uma chapa de apoio para o perfil e 

também uma chapa para aplicação e distribuição do carregamento. Como condições 

de contorno na chapa de apoio, as translações dos nós da chapa foram restringidas nas 

direções y e z, e na face de simetria, os deslocamentos foram restringidos em x e y. Já 

no  carregamento,  os  deslocamentos  unitários  foram  aplicados  em  todos  os  nós  da 

chapa sobre o perfil na direção z, localizada a um terço do comprimento total do perfil 

metálico em  relação ao apoio. A  técnica de  solução adotada  foi a de Quasi‐Newton 

com critério de convergência de deslocamento e como critério de parada considerou‐

se o escoamento do perfil metálico. 

3 Resultados e discussões 

3.1 Previsão teórica 

Uma vez que as características dos modelos físicos são definidas, a análise teórica foi 

realizada  com o objetivo de  se avaliar a  sua adequação e de  se obter uma previsão 

inicial da capacidade  resistente. Essa análise  foi  feita com a utilização de expressões 

teóricas  recomendadas  pela  Norma  Brasileira  ‐  NBR  8800  (2008)  e  expressões 

simplificadas de De Nardin e El Debs (2009), considerando a resistência à compressão 

característica do concreto  (fck)  igual a 33 MPa, o módulo de elasticidade do concreto 

(E)  igual a 27500 MPa, a tensão de escoamento do aço  igual (fy) a 345 MPa, a tensão 

de ruptura do aço do conector (fucs) igual a 430 MPa e a área da seção transversal do 

conector  (Acs).  O  cálculo  da  capacidade  resistente  ao  cisalhamento  dos  conectores 

( RdQ ) foi dado pela NBR 8800 (2008): 

1885mm²A

kN 810,7fA

kN 897,92

EfAQ

cs

ucscs

ckcs

Rd

                                                                                             (3) 

No  cálculo  da  área  da  seção  transversal  do  conector,  considerou‐se  os  cinco 

conectores  soldados na  região entre o momento  fletor máximo e o momento  fletor 

Page 29: Volume 6 | Número 3 · Avaliação do método simplificado da ABNT NBR 14323:2013 no cálculo da elevação da temperatura em pilares de aço inseridos em parede Yagho de Souza Simões,

 

179 

nulo adjacente, mais a alça soldada na  linha dos conectores de diâmetro de 16 mm e 

aço  CA‐50,  pois  esta  enrijecia  a  ligação  aço‐concreto  e  foi  considerada  levando  em 

conta sua capacidade resistente proporcionalmente (Figura 8a).  

O piso misto de alma cheia possuía interação parcial, pois: 

kN 2021,7fAQ

kN 7128btfQ

yaRd

cckRd

                                                                                                    (4) 

Ocorrendo essas condições,  tinha‐se que  Rdcd QC , portanto a determinação das 

variáveis Cad, Tad e yp foi feita a partir das expressões a seguir.  

kN 1416,2CCT

kN 605,5CfA2

1C

adcdad

cdyaad

                                                                                          (5) 

Onde,  Aa  é  a  área  do  perfil metálico;  Cad  é  a  força  resistente  de  cálculo  da  região 

comprimida  do  perfil  de  aço;  Ccd  é  a  força  resistente  de  cálculo  da  espessura 

comprimida da laje de concreto; Tad é a força resistente de cálculo da região tracionada 

do perfil de aço. 

A  posição  da  linha  neutra  foi  definida  a  partir  do  topo  do  perfil metálico  e  para 

kN770,4 5,3422,33fAC yfad , a linha neutra passava na mesa superior: 

cm 0,86tfA

Cy f

yf

adp                                                                                                            (6)

 

A linha neutra na laje foi definida por: 

cm 2,3bf

Ca

ck

cd                                                                                                                        (7) 

A  linha neutra na  laje estava  localizada na capa de concreto, portanto a consideração 

da  largura  efetiva  como  a  largura  total  da  laje  estava  correto,  pois  desprezou‐se  a 

participação do concreto na zona tracionada. 

O momento fletor resistente foi dado (MR): 

kN.m 352,7yd2

atCyydCβM tccdctadvmR

                              (8) 

Page 30: Volume 6 | Número 3 · Avaliação do método simplificado da ABNT NBR 14323:2013 no cálculo da elevação da temperatura em pilares de aço inseridos em parede Yagho de Souza Simões,

 

180 

Onde a é a espessura da região comprimida da laje; tc é a altura da laje de  concreto; yc 

é a distância do centro geométrico da  região comprimida do perfil de aço até a  sua 

face superior; yt é a distância do centro geométrico da região tracionada do perfil de 

aço até a sua face inferior. 

Porém,  considerando  somente  a  área  dos  cinco  conectores  (Acs  =  1418  mm²)  e 

refazendo os cálculos, obteve‐se um momento fletor resistente (MR) de 312,4 kN.m. 

O  piso  misto  de  pequena  altura  possuía  interação  completa  pela  formulação 

apresentada por De Nardin e El Debs (2009) e essa formulação só considera o concreto 

entre as mesas do perfil. A posição da linha neutra foi dada: 

cm 2,87bfft2

fAfttdftfbtfttfAy

ckyw

yf1yf1wywckf2yf2wyf2p

                      (9) 

Através da determinação da linha neutra, o módulo resistente plástico foi calculado e o 

momento fletor resistente foi dado: 

kN.m 180,7ZfZfM xcckxsyR                                                                            (10) 

3.2 Configuração final dos modelos 

A  partir  da  configuração  final  dos  pisos mistos,  para  a  viga mista  convencional,  a 

fissuração teve início no trecho de cisalhamento constante com o surgimento de uma 

fissura  inclinada  para  uma  força  equivalente  a  67%  da  força  máxima.  Após  o 

surgimento dessa primeira fissura, novas fissuras surgiram no trecho entre os pontos 

de  aplicação  das  forças  e  os  apoios  e,  por  fim,  uma  fissura  longitudinal  de 

fendilhamento  foi  formada  por  todo  o  comprimento  da  viga  mista,  com  o 

descolamento  da  capa  de  concreto,  para  uma  força  equivalente  a  82%  da  força 

máxima. Enquanto para o piso misto de pequena altura, a fissuração do concreto teve 

início  na  região  tracionada  no  trecho  de momento  fletor  constante  para  uma  força 

equivalente a 75% da força máxima e, em seguida, novas fissuras surgiram ao longo do 

comprimento  em  direção  aos  apoios.  E  por  fim,  uma  fissura  longitudinal  de 

fendilhamento foi formada.  

A  análise  visual  dos  conectores  e  a  verificação  de  que  esses  se  mantinham 

praticamente  intactos  foram possíveis, pois um dos  lados dos modelos de piso misto 

Page 31: Volume 6 | Número 3 · Avaliação do método simplificado da ABNT NBR 14323:2013 no cálculo da elevação da temperatura em pilares de aço inseridos em parede Yagho de Souza Simões,

 

181 

foi  escarificado,  sendo  retirado  o  concreto  em  volta  dos  conectores  (Figura  8). 

Portanto, o modo de falha por ruptura do conector por cisalhamento não ocorreu.  

 

Figura 8 – Configuração final dos conectores nas vigas mistas. a) viga mista convencional; b) 

piso misto de pequena altura. 

3.3 Força de ruptura e deslocamentos verticais 

Os valores máximos experimentais e teóricos de força aplicada e flecha para as vigas 

mistas,  tanto para a convencional  (FC) quanto para a de pequena altura  (FSF), estão 

apresentados na Tabela 3.  

Tabela 3 – Principais resultados das vigas mistas e do perfil metálico. 

Elemento Força Máxima 

(kN) Flecha (mm) 

Momento máximo experimental (kN.m) 

Momento máximo teórico (kN.m) 

FC  274,5  23,5  341,75  312,4 ‐ 352,7 

FSF  194,1  37,1  241,65  180,7 

Perfil Isolado  135,0  ‐  ‐  168,1 

*FSF – piso misto de pequena altura; FC – viga mista convencional. 

Comparando  os  valores  de  momento  fletor  teórico  e  experimental,  o  valor 

experimental diverge do  teórico em 25% para o piso misto de pequena altura. Essa 

diferença  foi  devido  ao  fato  da  formulação  considerar  uma  laje  maciça  e  a  não 

caracterização das propriedades mecânicas do aço do perfil metálico. Para viga mista 

convencional,  divergiu  entre  3  a  9%  devido  à  consideração  da  alça  na  ligação  aço‐

concreto  e  à  norma  ser  mais  conservadora,  respectivamente.  No  piso  misto  de 

pequena  altura  com  os  conectores  soldados  horizontalmente  na  alma,  o  resultado 

indicou a eficiência dos conectores nessa posição, pois o valor de momento resistente 

Page 32: Volume 6 | Número 3 · Avaliação do método simplificado da ABNT NBR 14323:2013 no cálculo da elevação da temperatura em pilares de aço inseridos em parede Yagho de Souza Simões,

 

182 

experimental  é  25%  maior  que  o  teórico,  que  considera  interação  total.  A  força 

máxima  do  perfil metálico  isolado  foi  obtida  numericamente. Notou‐se  que  há  um 

ganho de 32% de capacidade de momento à flexão quando a ação mista entre o aço e 

o concreto foi considerada no piso misto de pequena altura (Figura 9). 

Por meio de uma análise elástica, através da Equação 11, os deslocamentos  teóricos 

(d) foram obtidos para a viga mista convencional com conexão completa (Figura 10). A 

curva foi plotada  junto com as curvas dos modelos experimentais. De acordo com os 

procedimentos normativos, para os pisos mistos com conexão completa, o momento 

de  inércia efetivo  (Ief) é  igual  ao momento de  inércia da  seção homogeneizada  (Itr). 

Notou‐se que o grau de conexão  influenciou a rigidez das vigas mistas. Na viga mista 

convencional com grau de conexão próximo a 0,4, o momento de  inércia efetivo  foi 

menor que o momento de inércia efetivo considerando conexão completa, portanto os 

deslocamentos  teórico  e  experimental  foram  próximos  até  certo  limite  de 

proporcionalidade (Figura 9). 

 

Figura 9 – Curva de força versus deslocamento vertical nos ensaios de flexão e modelo 

numérico. 

 

Figura 10 – Arranjo do carregamento nos ensaios de flexão. 

Page 33: Volume 6 | Número 3 · Avaliação do método simplificado da ABNT NBR 14323:2013 no cálculo da elevação da temperatura em pilares de aço inseridos em parede Yagho de Souza Simões,

 

183 

4a3L24EI

Md 22

ef                                                                                                           (11) 

Como esperado, a viga mista convencional demonstrou ser mais rígida em relação ao 

piso misto  de  pequena  altura,  devido  ao maior momento  de  inércia  proporcionado 

pela maior altura da seção  transversal. Para uma  força aplicada entre 125 e 150 kN, 

respectivamente,  as  vigas  mistas  demonstraram  um  comportamento 

aproximadamente  linear. A partir deste ponto, o comportamento dos deslocamentos 

verticais apontou para uma mudança de  rigidez próxima à  força máxima, ou  seja, o 

comportamento Força versus Deslocamento Vertical  foi mais dúctil. O piso misto de 

pequena altura alcançou uma  flecha de 37,1 mm maior do que a  flecha obtida pela 

viga mista de 23,5 mm, embora a força máxima seja 30% menor, demonstrando assim, 

menor rigidez. 

3.4 Ligação aço‐concreto 

O comportamento só é considerado misto se mecanismos realizarem a transferência 

de esforços entre os materiais. Para isso, os conectores de cisalhamento são utilizados, 

os quais têm como objetivo restringir o deslizamento relativo longitudinal e impedir a 

separação vertical na interface aço‐concreto. Para verificar a eficiência dos conectores, 

os  deslizamentos  foram  medidos  para  os  dois  tipos  de  pisos  mistos  e  não 

apresentaram comportamento e ordem de grandeza semelhantes, como ilustra Figura 

11.   

Em geral, os modelos apresentaram assimetria no deslizamento, ou seja, um dos lados 

do modelo deslizou mais que o outro. O piso misto de pequena altura com conectores 

horizontais apresentou para até 77% da  força máxima aplicada, ou seja, 150 kN, um 

comportamento semelhante dos dois lados do modelo sem deslizamento relativo aço‐

concreto,  indicando que havia  interação  total. A partir deste ponto, um  lado obteve 

maiores  deslizamentos  do  que  o  outro  lado  para  pequenos  incrementos  de  carga, 

contudo esse modelo se mostrou mais rígido com deslizamento médio de 0,4 mm do 

que a viga mista convencional, com conectores verticais, com deslizamento médio de 

3,5 mm. Esse efeito ocorreu por  causa do diferente grau de  conexão entre os pisos 

mistos, da configuração da seção mista e da posição dos conectores, pois a ligação aço‐

concreto com os conectores  inseridos dentro dos alvéolos da  laje pré‐fabricada  ficou 

Page 34: Volume 6 | Número 3 · Avaliação do método simplificado da ABNT NBR 14323:2013 no cálculo da elevação da temperatura em pilares de aço inseridos em parede Yagho de Souza Simões,

 

184 

mais  rígida  devido  à  influência  do  confinamento  gerado  pelos  próprios  alvéolos. 

Concluiu‐se que o  início do escorregamento  implicou no aparecimento das primeiras 

fissuras por tração na laje de concreto no piso misto de pequena altura. 

 

Figura 11 – Curva de força versus deslizamento médio aço‐concreto nos ensaios de flexão. 

As  deformações  foram  medidas  para  os  penúltimos  conectores  das  extremidades 

localizados na região de força cortante constante e estão apresentadas na Figura 12.  

 

Figura 12 – Deformações nos penúltimos conectores. 

Observou‐se que os conectores da viga mista convencional foram mais solicitados do 

que  os  conectores  do  piso  misto  de  pequena  altura.  Portanto,  concluiu‐se  que  a 

transferência de forças de cisalhamento na interface do piso misto de pequena altura é 

Page 35: Volume 6 | Número 3 · Avaliação do método simplificado da ABNT NBR 14323:2013 no cálculo da elevação da temperatura em pilares de aço inseridos em parede Yagho de Souza Simões,

 

185 

menor do que da viga mista  convencional devido à menor  força máxima atingida e, 

assim,  os  conectores  não  plastificaram,  sugerindo  que  cada  elemento  estrutural 

suportou uma parcela da força aplicada de maneira conjunta. 

3.5 Deformações na seção mista 

As deformações médias no concreto e no perfil metálico no meio do vão e ao longo da 

altura da seção transversal, para as duas vigas mistas ensaiadas, estão apresentadas na 

Figura 13. Verificou‐se que a deformação de compressão no concreto para o piso misto 

de pequena altura foi aproximadamente o dobro da deformação registrada para a viga 

mista  convencional  e  a  ordem  de  grandeza  das  deformações  indicou  que  o 

esmagamento  do  concreto  não  ocorreu.  A  linha  neutra  do  piso misto  de  pequena 

altura  estava  localizada  na  alma  a  41 mm  da mesa  superior.  Observou‐se  que  as 

deformações da superfície superior do concreto e da mesa superior do perfil metálico 

foram próximas e o diagrama de deformações foi contínuo até o passo de carga F150, 

indicando  que  possuía  interação  total.  A  plastificação  da  seção metálica  na  região 

tracionada  foi percebida pela ordem de  grandeza das deformações. O perfil de  aço 

plastificou  na  região  tracionada  do  piso  misto  de  pequena  altura  sem  apresentar 

modos localizados de ruptura. 

Figura 13 ‐ Posição da linha neutral durante o ensaio de flexão onde F é o passo de carga em kN. 

Page 36: Volume 6 | Número 3 · Avaliação do método simplificado da ABNT NBR 14323:2013 no cálculo da elevação da temperatura em pilares de aço inseridos em parede Yagho de Souza Simões,

 

186 

Na viga mista convencional, a análise da posição da linha neutra ficou comprometida, 

pois um problema com o extensômetro posicionado na mesa superior  inviabilizou as 

leituras  de  deformação  neste  ponto.  Contudo,  a  linha  neutra  no  perfil  metálico 

provavelmente estava  localizada na mesa superior e a plastificação do perfil metálico 

não ocorreu.  

4 Conclusões 

Este estudo tem como objetivo principal avaliar o comportamento estrutural de pisos 

mistos de pequena altura, em particular a capacidade resistente e o modo de ruptura. 

As principais conclusões são resumidas a seguir. 

O  comportamento  de  pisos  mistos  de  pequena  altura  e  a  eficiência  dos 

conectores  tipo pino  com  cabeça  soldados na alma do perfil, na promoção do 

comportamento  conjunto  aço‐concreto,  foram  avaliados  experimentalmente 

através  do  ensaio  de  flexão  em  quatro  pontos.  Os  resultados  experimentais 

foram  comparados  a  valores  teóricos  de modelos  normativos  e  simplificados, 

pois o pequeno número de amostras ensaiadas não tem caráter representativo 

para  se  propor  critérios  de  dimensionamento  específicos  para  tais  elementos 

mistos. Porém, constata‐se que a utilização de análises simples pode ser aplicada 

para pisos mistos de pequena altura. Comparando os valores de momento fletor 

teórico e experimental, verifica‐se que o valor experimental diverge do  teórico 

em 25% para o piso misto de pequena altura. Essa diferença é devido ao fato da 

formulação considerar uma laje maciça e a não caracterização das propriedades 

mecânicas do aço do perfil metálico. Para viga mista convencional, divergiu entre 

3 a 9% devido à consideração da alça na ligação aço‐concreto e à norma ser mais 

conservadora, respectivamente.  

Como esperado, a viga mista convencional é mais resistente que o piso misto de 

pequena altura devido ao maior momento de  inércia proporcionado pela altura 

total  da  seção mista  e,  assim,  apresentou menores  deformações  no  aço  e  no 

concreto. Entretanto, a transferência de forças entre a laje e o perfil foi maior na 

viga mista convencional devido à maior deformação no conector e à maior força 

de ruptura. Portanto, o piso misto de pequena altura possui menor capacidade 

Page 37: Volume 6 | Número 3 · Avaliação do método simplificado da ABNT NBR 14323:2013 no cálculo da elevação da temperatura em pilares de aço inseridos em parede Yagho de Souza Simões,

 

187 

resistente  e  menor  transferência  de  forças  de  cisalhamento  na  interface, 

indicando que o grau de conexão pode ser reduzido para este sistema. 

O grau de conexão mostrou ter grande influência na rigidez das vigas mistas. Na 

viga mista  convencional  com grau de  conexão próximo  a 0,4, o deslocamento 

vertical é semelhante ao deslocamento teórico, considerando a análise elástica, 

até  o  limite  de  proporcionalidade.  Em  relação  ao  deslizamento  na  interface, 

nota‐se que o deslizamento relativo entre o concreto e o aço é nulo, enquanto 

existe interação total entre eles. 

A combinação de aço e concreto apresenta algumas vantagens em relação aos 

elementos  de  aço  e  de  concreto  isolados  e,  em  certas  situações,  é  a melhor 

opção. Em comparação ao perfil de aço isolado, o piso misto de pequena altura 

proposto  possui  capacidade  resistente  32%  maior,  demonstrando  que  esse 

sistema misto é interessante no ganho de capacidade resistente e rigidez.  Além 

de  aumentar  a  estabilidade  estrutural  e  a  resistência  ao  fogo,  a  utilização  de 

pisos  mistos  de  pequena  altura  reduz  a  altura  do  pavimento  e, 

consequentemente, diminui a altura total da edificação. Somando a  isso, o uso 

de  lajes  pré‐fabricadas  gera  um  aumento  de  produtividade  com  menos 

desperdício. Portanto, o arranjo proposto é interessante e viável para edificações 

de múltiplos andares com necessidade de rapidez de execução, ganho de altura 

útil e redução de custos. 

 

5 Agradecimentos 

As  autoras  agradecem  aos  técnicos  do  Laboratório  de  Estruturas  (EESC)  pela 

colaboração  nos  ensaios. Agradem  a  Capes, CNPq  e  a  empresa  TATU  pré‐moldados 

pelo financiamento da pesquisa. Agradecem a Deus, família e amigos pelo apoio. 

 

6 Referências bibliográficas 

ARAÚJO, D. L; SALES, M. W. R; PAULO, S. M; EL DEBS, A. L. H. C. Headed steel stud connectors for composite steel beams with precast hollow‐core slabs with structural topping. Engineering Structures. Elsevier Ltd, v.107, n., p.135‐150, 2016. 

Page 38: Volume 6 | Número 3 · Avaliação do método simplificado da ABNT NBR 14323:2013 no cálculo da elevação da temperatura em pilares de aço inseridos em parede Yagho de Souza Simões,

 

188 

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 8800: Projeto e execução de estruturas de aço e de estruturas mistas aço‐concreto de edifícios. Rio de Janeiro, 2008. 

ASSOCIAÇÃO  BRASILEIRA  DE  NORMAS  TÉCNICAS.  NBR  ISO  6892‐1:  Materiais  metálicos  – ensaios de tração à temperatura ambiente. Rio de Janeiro, 2013. 

CHEN, S; LIMAZIE, T; TAN, J. Flexural behavior of shallow cellular composite floor beams with innovative shear connections. Journal of Constructional Steel Research. Elsevier Ltd, v.106, n., p.329‐346, 2015. 

DE  NARDIN,  S;  EL  DEBS,  A.  L.  H.  C.  Composite  connections  in  slim‐floor  system:  An experimental study.  Journal of Constructional Steel Research. Elsevier Ltd, v.68, n., p.78‐88, 2012. 

DE NARDIN, S; EL DEBS, A. L. H. C. Study of partially encased composite beams with innovative position of stud bolts. Journal of Constructional Steel Research. Elsevier Ltd, v.65, n., p.342‐350, 2009. 

HEGGER,  J; ROGGENDORF, T; KERKENI, N. Shear capacity of prestressed hollow core slabs  in slim floor constructions. Engineering Structures. Elsevier Ltd, v.31, n., p. 551‐559, 2009. 

LAM, D; ELLIOTT, K. S; NETHERCOT, D. A. Experiments on composite steel beams with precast concrete  hollow  core  floor  slabs.  Proc.  Instn  Civ.  Engrs  Structs &  Bldgs.  n.140,  p.127‐138, 2000. 

LAM, D; ELLIOTT, K. S; NETHERCOT, D. A. Push‐off tests on shear studs with hollow‐cored floor slabs. The Structural Engineer. v.76, n.9, p.167‐174, 1998. 

LIMAZIE, T; CHEN, S. Numerical procedure  for nonlinear behavior analysis of composite  slim floor beams. Journal of Constructional Steel Research. Elsevier Ltd, v.106, n., p.209‐219, 2015. 

NÁDASKÝA,  P.  Steel‐concrete  composite  beams  for  slim  floors  –  specific  design  features  in scope of steel frames design. Steel Structures and Bridges. v.40, n., p.274‐279, 2012. 

NEWMAN, G. M. Fire resistance of slim floor beams. Journal of Constructional Steel Research. Elsevier Ltd, v.33, n., p.87‐100, 1995. 

RACKHAM,  J. W;  HICKS,  S.  J;  NEWMAN,  G. M.  Design  of  asymmetric  slimflor  beams with precast concrete slabs. UK : The Steel Construction Institute, 2006. 

ROCHA, F. M; MUNAIAR NETO, J; DE NARDIN, S. Análises numéricas de pisos mistos de baixa altura. Revista da Estrutura de Aço. CBCA, v.2, n.1, p.1‐20, 2013. 

SOUZA, P. T. D; KATAOKA, M. N; EL DEBS, A. L. H. C. Experimental and numerical analysis of the push‐out test on shear studs  in hollow core slabs. Engineering Structures. Elsevier Ltd, v.147, n., p. 398‐409, 2017.  

 

Page 39: Volume 6 | Número 3 · Avaliação do método simplificado da ABNT NBR 14323:2013 no cálculo da elevação da temperatura em pilares de aço inseridos em parede Yagho de Souza Simões,

       Revista indexada no Latindex e Diadorim/IBICT   

* Autor correspondente 

Recebido: 28/08/2017 Aprovado: 24/11/2017 

Volume 6. Número 3 (dezembro/2017). p. 189‐208 ‐ ISSN 2238‐9377 

 Avaliação do método simplificado da ABNT NBR 

14323:2013 no cálculo da elevação da temperatura em pilares de aço inseridos em parede 

 Yagho de Souza Simões¹*, Fábio Martin Rocha², Jorge Munaiar Neto3 

 

1 Escola de Engenharia de São Carlos (USP), Departamento de Estruturas, [email protected] 2 Escola de Engenharia de São Carlos (USP), Departamento de Estruturas, [email protected] 3 Escola de Engenharia de São Carlos (USP), Departamento de Estruturas, [email protected] 

 

Evaluation of the ABNT NBR 14323:2013 code simplified method for 

calculating the temperature of columns embedded on walls 

Resumo A norma brasileira ABNT NBR 14323:2013 prescreve, no referente aos pilares de aço em situação de  incêndio,  um  método  simplificado  para  calcular  a  evolução  da  temperatura  na  seção transversal.  Porém,  por  se  limitar  a  pilares  com  aquecimento  nas  quatro  faces,  elementos estruturais  inseridos em paredes não possuem método específico, admitindo o uso daquele descrito com certa modificação. Para verificar a efetividade do método normatizado, o presente artigo compara os resultados obtidos por modelos numéricos térmicos e aqueles calculados pela metodologia da norma para pilares de aço isolados e inseridos em paredes. Foi constatado que esse  possui  resultado  satisfatório  para  pilares  isolados. Diante  disso,  foi  proposto  um  novo método  simplificado  que  apresentou  melhores  resultados  que  os  obtidos  pelo  método normatizado para o caso de pilares associados a alvenarias. 

Palavras‐chave:  Pilares  de  aço  inseridos  em  paredes,  Temperatura,  Método  Simplificado, Modelo Numérico. 

 Abstract   The Brazilian code ABNT NBR 14323: 2013 prescribes a simplified method  for calculating the temperature  evolution  in  the  cross  section,  in  respect  to  steel  columns  subjected  to  fire situation. However, being limited to columns with heating on the four faces, structural elements inserted in walls have no specific design method, admitting the use of that one described with certain  modification.  To  verify  the  effectiveness  of  this  method,  this  paper  presents  a comparative  study  between  the  results  obtained  by  thermo‐numerical  models  and  those achieved using the methodology presented on the Brazilian code for insulated and inserted steel columns in walls. It was verified satisfactory results only when they come to isolated. Therefore, it was  proposed  a  new  simplified method, which  presented  better  results  for  the  columns inserted on walls when compared to the Brazilian code method. 

Keywords: Inserted steel columns in walls, Temperature, Simplified Method, Numerical Model 

Page 40: Volume 6 | Número 3 · Avaliação do método simplificado da ABNT NBR 14323:2013 no cálculo da elevação da temperatura em pilares de aço inseridos em parede Yagho de Souza Simões,

190 

1 Introdução 

Segundo a Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) através da Norma Brasileira 

(NBR) 14432:2001, a compartimentação é considerada uma medida de proteção passiva 

que tem como função diminuir ou evitar a propagação interna ou externa de chamas, 

calor e gases em um edifício incendiado. As paredes, por exemplo, funcionam como um 

elemento de compartimentação e oferecem aumento da resistência ao fogo de pilares 

quando estão em contato com esse elemento estrutural. 

Nas estruturas correntes compostas por elementos metálicos, grande parte dos pilares 

de  aço  se  encontra  inserida  em  paredes,  de modo  que,  em  situação  de  incêndio, 

apresentam comportamento estrutural diferente daqueles considerados isolados. Isso 

ocorre  porque  a  compartimentação  gerada  pela  alvenaria  induz  um  aquecimento 

diferencial no pilar, provocando gradientes térmicos em sua seção transversal. 

As  normas  vigentes  que  abordam  o  dimensionamento  de  estruturas metálicas  em 

situação  de  incêndio,  em  especial  a  brasileira  ABNT  NBR  14323:2013  e  a  europeia 

Eurocode 3 Parte 1‐2 (2005), tratam apenas dos pilares com distribuição uniforme da 

temperatura na seção transversal. O dimensionamento do elemento frente a essa ação 

excepcional consiste na determinação da temperatura média do perfil de aço com base 

em uma grandeza denominada “fator de massividade”, a qual é obtida pela razão entre 

o perímetro exposto ao fogo e a área bruta da seção transversal. 

No que concerne aos elementos estruturais pertencentes a paredes, as normas vigentes 

apenas fazem menção a essa configuração como um caso especial que necessita de uma 

análise  térmica  adequada,  sem  apresentar  um  método  simplificado  para  sua 

abordagem.  

O correto comportamento de um pilar inserido em alvenaria fundamenta‐se no efeito 

do gradiente térmico na seção transversal, levando em conta a formação de momentos 

fletores e curvatura no elemento estrutural. De acordo com Agarwal et al. (2014), a não 

consideração da diferença de temperatura nesse tipo de composição estrutural pode 

gerar resultados inseguros para a resistência ao fogo. 

O  comportamento dos pilares  inseridos em paredes  se baseia no efeito do Thermal 

Bowing. Esse fenômeno é apresentado de forma detalhada em Garlock e Quiel (2007) e 

Page 41: Volume 6 | Número 3 · Avaliação do método simplificado da ABNT NBR 14323:2013 no cálculo da elevação da temperatura em pilares de aço inseridos em parede Yagho de Souza Simões,

191 

em Correia et al. (2014), mas de maneira geral, pode ser resumido como o surgimento 

inicial de uma curvatura do pilar para o  lado exposto ao fogo (Figura 1A), seguido de 

uma mudança em sua curvatura para o lado oposto (Figura 1B). Esse comportamento 

ocorre devido aos efeitos da dilatação térmica em regime de aquecimento não uniforme 

e a perda de rigidez do material com o aumento da temperatura associados às restrições 

rotacionais presentes nas extremidades.  

    a)  b) 

 Figura 1 – Deformação do pilar de aço inserido em paredes: a) em direção ao fogo; b) 

em direção ao lado mais frio (Correia et al., 2014). 

 Em Silva et al. (2008) foi desenvolvido um estudo numérico‐experimental com o intuito 

de avaliar o efeito do gradiente térmico em elementos estruturais inseridos em paredes 

com aquecimento em apenas um lado. Para tanto, foram analisadas duas situações do 

pilar associado à alvenaria: com a alma paralela ou perpendicular à superfície da parede. 

Correia et al. (2014) também realizaram ensaios experimentais e modelagens numéricas 

de pilares de aço isolados e em contato com paredes, de modo a comparar seções que 

apresentavam aquecimento uniforme e diferencial com ênfase no estudo do fenômeno 

Thermal Bowing.   Ambos os estudos chegaram à conclusão que as paredes agem de 

forma a reduzir a temperatura da seção transversal, apesar de aumentar os esforços na 

estrutura.  Além  disso,  a  orientação  do  perfil  de  aço  interfere  significativamente  no 

comportamento e na resistência ao fogo do pilar.  

Tendo  em  vista  que  o  Eurocode  3  Parte  1‐2  (2005)  considera,  para  efeito  de 

dimensionamento,  apenas  pilares  de  aço  isolados,  em  Correia  et  al.  (2011)  foi 

Page 42: Volume 6 | Número 3 · Avaliação do método simplificado da ABNT NBR 14323:2013 no cálculo da elevação da temperatura em pilares de aço inseridos em parede Yagho de Souza Simões,

192 

apresentado um método simplificado para avaliar a temperatura nos pilares associados 

a alvenarias. A eficácia do método foi comprovada, com aplicabilidade para as seções 

transversais e paredes utilizadas no estudo. 

Diante da necessidade de aprofundar os conhecimentos sobre os métodos de cálculo 

numéricos e simplificados para pilares  inseridos em paredes, este artigo apresenta o 

desenvolvimento  de  modelos  numéricos  térmicos,  validados  a  partir  dos  ensaios 

experimentais  descritos  em  Rocha  (2016),  bem  como  estudo  teórico  para  a 

determinação  da  temperatura  por  meio  de  métodos  simplificados.  As  análises 

experimentais descritas em Rocha (2016) são apresentadas no item 3. 

 A partir dos modelos construídos, foi comparada a elevação da temperatura média dos 

perfis de aço da análise numérica com aquela obtida pelo método simplificado da ABNT 

NBR 14323:2013. Sugestões para a determinação do fator de massividade para pilares 

inseridos em paredes também são apresentados no decorrer do trabalho. 

2 Método simplificado para determinação da evolução da temperatura 

do aço 

A norma brasileira ABNT NBR 14323:2013 define que, para uma distribuição uniforme 

de  temperatura  na  seção  transversal,  aquecida  pela  curva  de  incêndio  padrão  da 

International  Organization  for  Standardization  (ISO)  834:1999,  a  evolução  de 

temperatura no perfil de aço sem revestimento será dada pela equação descrita em seu 

item 8.5.1.1.1. A  temperatura no elemento metálico é  função, portanto, do  fator de 

correção para efeito de sombreamento, do fator de massividade, da massa específica e 

do  calor  específico  do  aço,  do  fluxo  de  calor  por  unidade  de  área  e  do  tempo  de 

exposição ao fogo. 

No que se refere aos pilares inseridos em paredes, os quais apresentam um gradiente 

térmico na seção transversal, a referida norma não fornece um método específico para 

essas situações, porém se admite utilizar o mesmo procedimento citado anteriormente. 

Para isso, no cálculo do fator de massividade, deve‐se empregar apenas uma parte da 

área total bruta determinada pelo perímetro exposto ao fogo.  

Page 43: Volume 6 | Número 3 · Avaliação do método simplificado da ABNT NBR 14323:2013 no cálculo da elevação da temperatura em pilares de aço inseridos em parede Yagho de Souza Simões,

193 

3 Programa experimental 

Tendo  em  vista  que  a  estratégia  de  modelagem  numérica  se  baseia  no  ensaio 

experimental utilizado para  sua validação, nessa  seção  serão abordados os aspectos 

mais relevantes dos ensaios apresentados em Rocha (2016), os quais foram diretamente 

empregados para a construção dos modelos térmicos. 

O  programa  experimental  de  referência  foi  realizado  no  Laboratório  de  Ensaio  de 

Estruturas  e Materiais  da  Universidade  de  Coimbra,  Portugal,  e  contou  com  doze 

protótipos considerando pilares inseridos ou não em paredes, dentre os quais seis foram 

objeto de estudo desse artigo cujas características estão descritas na Tabela 1. 

Tabela 1 – Características dos perfis ensaiados em Rocha (2016) 

Número  Referência  Perfil HEA  Orientação da alma  Espessura do bloco

1  H100‐PAR‐T7  100  Paralela  7 cm 

2  H100‐ORT‐T7  100  Ortogonal  7 cm 

3  H220‐PAR‐T15  220  Paralela  15 cm 

4  H220‐ORT‐T15  220  Ortogonal  15 cm 

5  H100‐ISO  100  ‐  ‐ 

6  H220‐ISO  220  ‐  ‐ 

 Cada  pilar  ensaiado  apresenta  uma  referência,  como  pode  ser  vista  na  Tabela  1, 

informando o tipo de perfil do pilar de aço (HEA 100 ou HEA 220), a posição do perfil em 

relação à superfície da parede  (paralela ou ortogonal) e a espessura do elemento de 

vedação (7 cm ou 15 cm). Para os pilares que receberam aquecimento nas quatro faces, 

tiveram  como  referência  a  palavra  ISO.  As  características  geométricas  das  seções 

transversais dos perfis utilizados estão indicadas na Figura 2. 

 Figura 2 – Características geométricas dos perfis HEA 100 e HEA 220 (Rocha, 2016). 

Page 44: Volume 6 | Número 3 · Avaliação do método simplificado da ABNT NBR 14323:2013 no cálculo da elevação da temperatura em pilares de aço inseridos em parede Yagho de Souza Simões,

194 

Em  relação  aos  aspectos  construtivos,  as  paredes  foram  construídas  com  blocos 

cerâmicos cuja altura  foi a mesma do pilar de aço  (2940 mm) e um comprimento de 

1200  mm  para  cada  lado  do  elemento  estrutural.  Esses  elementos  de  vedação 

receberam uma camada de argamassa do lado não exposto ao fogo, o que resultou em 

um aumento de 15 mm na espessura dos mesmos.  

No  que  concerne  aos  procedimentos  de  ensaio,  os  pilares  foram  carregados, 

posteriormente  inseridos em um  sistema  tridimensional de  restrição e, em  seguida, 

iniciou‐se o aquecimento. O forno utilizado foi do tipo modular elétrico, composto por 

três módulos, sendo dois deles com 1,0 m de altura e o outro com 0,5 m. Quando unidos, 

formavam uma estrutura com dimensões 1,5 x 1,5 x 2,5 m³, de maneira que apenas 2,5 

m  centrais  do  pilar  eram  aquecidos.  A  Figura  3a  traz  a  representação  do  sistema 

completo utilizado no ensaio experimental. 

a)  b) 

 Figura 3 – a) Representação do sistema global dos ensaios; b) Seções de medição de 

temperatura (Rocha, 2016). 

A instrumentação realizada no ensaio experimental com a indicação dos pontos em que 

foram medidas as temperaturas pelos termopares estão representadas no item 5 deste 

estudo, referente a validação dos modelos numéricos propostos. A nomenclatura dos 

termopares é dada por TX.Y, em que X representa a seção analisada e Y corresponde ao 

ponto de medição. Ressalta‐se ainda que, ao longo da altura do pilar, as temperaturas 

foram medidas em cinco seções (Figura 3b), porém apenas a seção três (central) será 

utilizada como referência.  

4 Modelagem numérica térmica proposta  

A modelagem numérica foi realizada por meio do código computacional ABAQUS versão 

6.14, que utiliza o Método dos Elementos Finitos como formulação. A Figura 4 mostra a 

Page 45: Volume 6 | Número 3 · Avaliação do método simplificado da ABNT NBR 14323:2013 no cálculo da elevação da temperatura em pilares de aço inseridos em parede Yagho de Souza Simões,

195 

representação dos modelos térmicos dos elementos estruturais estudados. Nela estão 

indicados apenas um pilar para  cada orientação da alma em  relação à  superfície da 

parede, uma vez que os modelos são construídos de maneira semelhante, alterando 

apenas as dimensões da seção  transversal e a espessura dos elementos de vedação. 

Ressalta‐se  que  os modelos  são  apresentados  em  perspectiva  e  na  horizontal  para 

melhor visualização. 

     a)  b) 

 Figura 4 – Representação dos modelos térmicos para o pilar. 

 No que diz respeito à criação desses modelos numéricos,  foi empregado o elemento 

finito do tipo casca (DS4) para representação do perfil de aço, e do tipo sólido (C3D8) 

para  as  paredes. No  processo  de  geração  de malhas  foi  feito  um  refinamento  que 

permitiu a adoção de elementos finitos com tamanho de 30 mm para os materiais. 

Ainda  na  Figura  4,  observa‐se  que  não  foi  reproduzido  o  sistema  de  restrição 

tridimensional dos ensaios  (Figura 3a), uma vez que a  representação simplificada  foi 

suficiente para obtenção de bons  resultados. Em  relação ao contato entre o aço e a 

parede,  ele  foi modelado  com  o  uso  da  função  tie  constraint  do  tipo master‐slave 

surfaces que une os graus de liberdade dos nós das superfícies em contato. 

Outra  consideração  importante  no  processo  de  modelagem  pode  ser  observada 

novamente na Figura 4 e diz respeito às cinco divisões nos pilares e paredes ao longo de 

sua  altura  (eixo  z).  Tais  divisões  foram  empregadas  para  inserir  as  curvas  de 

aquecimento dos gases verificadas nas três regiões centrais (2,5 m) do modelo, sendo 

que cada uma delas representava a área de influência de cada módulo do forno. Cita‐se 

ainda que essas curvas não coincidem com a curva de incêndio padrão da ISO 834:1999, 

Page 46: Volume 6 | Número 3 · Avaliação do método simplificado da ABNT NBR 14323:2013 no cálculo da elevação da temperatura em pilares de aço inseridos em parede Yagho de Souza Simões,

196 

uma vez que o uso das paredes como forma de isolamento do forno resultava em uma 

grande perda de calor do sistema.  

No que concerne à parede, a análise numérica consistiu em uma macromodelagem, 

considerando‐a como um bloco maciço de mesma altura do pilar de aço e com 0,5 m de 

comprimento. Este  comprimento  se  refere, aproximadamente, à medida que esteve 

recebendo de calor durante os experimentos.  

Apesar  de,  durante  os  ensaios  experimentais,  ter  sido  aplicada  uma  camada  de 

argamassa do lado da parede não exposta ao incêndio, no modelo numérico definitivo 

essa  mesma  não  foi  considerada.  Tal  abordagem  foi  escolhida  tendo  em  vista  a 

ocorrência de aumento do custo computacional durante o processamento sem nenhum 

ganho significativo em termos de precisão dos resultados. 

4.1 Interações, Ação Térmica e Propriedade dos Materiais 

O modelo numérico foi construído a partir de uma análise térmica transiente, de modo 

que as propriedades dos materiais variassem com o tempo. As condições de contorno 

empregadas consistem nos três mecanismos de transferência de calor que vão interferir 

no aquecimento do elemento estrutural: condução, convecção e radiação. 

Quando se trata de pilares inseridos em paredes, deve‐se considerar os lados exposto e 

não exposto ao fogo na construção do modelo térmico. O Eurocode 1 Parte 1‐2 (2002) 

no  item  3.1  (5)  traz  para  esse  tipo  de  análise  duas  opções  para  levar  em  conta  os 

fenômenos  de  transferência  de  calor  para  o  lado  não  exposto.  Pode‐se  adotar  um 

coeficiente  de  convecção  equivalente  a  9 W/m²°C,  para  representar  os  efeitos  de 

convecção e radiação juntos, ou se admite esses fenômenos separadamente, de modo 

que o  coeficiente de  convecção  seja  igual a 4 W/m²ºC  com o  valor da emissividade 

dependente do material empregado. Para a face exposta, a norma europeia (EUROCODE 

3  Parte  1‐2,  2005)  considera  o  coeficiente  de  convecção  igual  a  25  W/m²ºC  e 

emissividade de 0,7 para a superfície do aço. 

Apesar disso, durante o processo de validação, o modelo numérico não gerou resultados 

satisfatórios utilizando as sugestões normatizadas. Por essa razão, foi necessário realizar 

uma  análise  de  sensibilidade  dos  parâmetros  mencionados  de  modo  que  fossem 

determinados aqueles que melhor representassem o ensaio experimental. A Tabela 2 

Page 47: Volume 6 | Número 3 · Avaliação do método simplificado da ABNT NBR 14323:2013 no cálculo da elevação da temperatura em pilares de aço inseridos em parede Yagho de Souza Simões,

197 

apresenta os parâmetros testados para realizar a calibração do modelo numérico, com 

destaque para aqueles empregados na representação final. 

Tabela 2 – Parâmetros testados para calibração do modelo numérico 

Superfície 

Lado exposto  Lado não exposto 

Emissividade Coeficiente de Convecção W.m²/ ºC 

Emissividade Coeficiente de Convecção       W.m²/ ºC 

Aço  0.6, 0.7, 0.8, 0.9  25  0.6, 0.7, 0.8, 0.9 4, 9 

Parede  0.7, 0.8  25  0.7, 0.8  4, 9 

 

Em  relação  às  demais  propriedades  térmicas  utilizadas  no  modelo,  como  o  calor 

específico e a condutividade térmica, para o aço foi seguido o equacionamento descrito 

na ABNT NBR  14323:2013,  o  qual  possui  basicamente  as mesmas  considerações  do 

EUROCODE 3 Parte 1‐2 (2005).  

Em relação às paredes, as propriedades térmicas foram consideradas constantes com o 

aumento da temperatura, seguindo os mesmos valores apresentados em Cadorin (2003) 

que, por  sua vez,  tratava de uma análise numérica no  código  computacional Ozone. 

Portanto, serão considerados os seguintes valores para as propriedades das paredes: 

840  J/kg°C para o  calor específico, 1600 kg/m³ para a massa específica e 0,7 para a 

condutividade térmica. 

5 Validação dos modelos numéricos 

O  processo  de  validação  da  análise  térmica  consistiu  em  verificar  se  os  resultados 

numéricos  representam  adequadamente  as  temperaturas  medidas  nos  ensaios 

experimentais cuja localização dos pontos de medição está representada na Figura 5.  

a)  b)  c) 

 Figura 5 – Posição dos termopares no ensaio experimental para os pilares: a) Isolados; b) Com a alma ortogonal à superfície da parede; c) Com a alma paralela à superfície da 

parede (Rocha, 2016). 

Page 48: Volume 6 | Número 3 · Avaliação do método simplificado da ABNT NBR 14323:2013 no cálculo da elevação da temperatura em pilares de aço inseridos em parede Yagho de Souza Simões,

198 

Na Figura 6 estão indicadas as variações de temperatura numéricas e experimentais na 

seção central dos pilares para os principais termopares. Como pode ser observado, são 

representados  os  resultados  para  apenas  dois  elementos  estruturais  inseridos  em 

paredes, uma vez que, para os demais, o comportamento obtido foi similar. 

a)  b) 

Figura 6 – Comparação entre temperaturas encontrados nos ensaios e numericamente para os pilares.  

 A análise gráfica permite constatar a boa concordância entre as temperaturas medidas 

na  análise  experimental  quando  comparadas  àquelas  obtidas  numericamente.  A 

diferença  de  temperatura  entre  resultados  numérico  e  experimental  para  os 

termopares estudados foi pequena, o que permite concluir que o modelo numérico está 

devidamente  validado.  A  partir  disso,  seguiu‐se  para  a  obtenção  da  elevação  da 

temperatura média dos pilares a partir do método simplificado da norma brasileira. 

6 Avaliação do método simplificado para cálculo das temperaturas da 

ABNT NBR 14323:2013 

Esta seção busca empregar o método simplificado da ABNT NBR 14323:2013, descrito 

no item 2, para obtenção da evolução da temperatura média do perfil de aço. A partir 

disso, são comparados os resultados determinados por meio deste método com aqueles 

alcançados  pela modelagem  numérica  térmica  de modo  a  verificar  a  eficiência  da 

referida norma no cálculo das temperaturas da seção transversal.  

Page 49: Volume 6 | Número 3 · Avaliação do método simplificado da ABNT NBR 14323:2013 no cálculo da elevação da temperatura em pilares de aço inseridos em parede Yagho de Souza Simões,

199 

6.1 Considerações acerca da modelagem numérica 

Nessa nova etapa, optou‐se por utilizar os parâmetros normatizados de emissividade e 

coeficiente de convecção, a fim de padronizar os resultados. Essa escolha foi feita, pois 

nesta  etapa  serão  comparadas  temperaturas  numéricas  com  aquelas  obtidas  pelos 

métodos  simplificados  considerados.  Em  outras  palavras,  a  ideia  é  garantir  a 

coincidência, enquanto parâmetros, entre método normatizado e modelo numérico. 

Assim, os pilares foram modelados utilizando a curva de incêndio‐padrão, ISO 834:1999, 

com os parâmetros térmicos definidos pela norma brasileira. Portanto, para os pilares 

isolados e para a  face exposta ao  fogo dos pilares  inseridos em paredes, o valor da 

emissividade  resultante  para  a  superfície  de  aço  foi  igual  a  0,7  e  o  coeficiente  de 

convecção equivalente igual a 25 W.m²/ ºC.  

Em  relação  às  propriedades  térmicas  para  o  lado  não  exposto  e  aquelas 

correspondentes às paredes na face aquecida, a norma brasileira não traz informações 

a  respeito.  Portanto,  serão  empregados  os  parâmetros  fornecidos  pelos  códigos 

normatizados europeus e descritos no item 4.1. Assim, para a face não exposta, adotou‐

se  o  valor  da  emissividade  igual  a  0,7  para  os  materiais  e  para  o  coeficiente  de 

convecção, 4 Wm²/°C. O tempo de análise do modelo térmico foi limitado ao tempo do 

ensaio experimental de cada pilar.  

Na modelagem numérica, o cálculo da temperatura média do perfil de aço consiste em 

definir  uma  temperatura  representativa  em  cada  passo  de  tempo  para  a  seção 

transversal. 

6.2 Aplicação do método simplificado 

Nos pilares que possuem aquecimento em suas quatro  faces, a aplicação do método 

simplificado se dá de maneira direta a partir da determinação do fator de massividade 

e aplicação da equação fornecida pelo item 8.5.1.1.1 da ABNT NBR 14323:2013.  

De  acordo  com  a  ABNT  NBR  14323:2013,  para  pilares  inseridos  em  elementos  de 

compartimentação, essa equação também pode ser aplicada, desde que se considere 

no cálculo do fator de massividade a área bruta correspondente à parcela determinada 

pelo perímetro exposto. A  Figura 7 mostra as  seções  transversais para esses pilares 

considerados no trabalho, destacando o perímetro exposto ao fogo dos perfis. 

Page 50: Volume 6 | Número 3 · Avaliação do método simplificado da ABNT NBR 14323:2013 no cálculo da elevação da temperatura em pilares de aço inseridos em parede Yagho de Souza Simões,

200 

A partir da definição do perímetro exposto, a etapa seguinte consiste em estabelecer a 

área total ( gA ) delimitada por esse perímetro. Como pode ser vista ainda na Figura 7, é 

possível determinar a área aquecida pelo fogo para os pilares com gradiente térmico ao 

longo  da  alma  (H220‐ORT‐T15  e  H100‐ORT‐T7),  uma  vez  que  as  chamas  envolvem 

completamente a mesa exposta e parte da alma do perfil de aço. Porém, para os pilares 

com aquecimento diferencial ao longo da mesa (H220‐PAR‐T15 e H100‐PAR‐T7), não se 

consegue calcular essa área de maneira precisa, pois apenas um lado dos componentes 

do perfil de aço está aquecido, de modo que não pode ser tomada a área total dessa 

região. A norma brasileira não faz referência a esse cenário. 

 Figura 7 – Representação do perímetro exposto ao fogo para os pilares. 

 Diante disso, a Figura 8 traz a representação das seções transversais dos pilares com a 

alma paralela à superfície da parede, indicando a área adotada. Observa‐se, portanto, 

que a área exposta empregada  foi aquela delimitada pela metade da espessura dos 

elementos parcialmente aquecidos. 

   Figura 8 – Representação da área bruta ( gA ) adotada para os pilares. 

Page 51: Volume 6 | Número 3 · Avaliação do método simplificado da ABNT NBR 14323:2013 no cálculo da elevação da temperatura em pilares de aço inseridos em parede Yagho de Souza Simões,

201 

A partir disso, a Tabela 3 indica os valores do perímetro exposto (u ), área bruta ( gA ) e 

o correspondente fator de massividade ( gAu / ) que foram utilizados para determinar a 

evolução da temperatura média do perfil de aço para os seis pilares de aço.  

Tabela 3 – Perímetro exposto, área bruta e fator de massividade para os perfis de aço 

  u (mm)  gA (mm²)  gAu / (m‐1) 

H220‐ORT‐T15  493  2553  193 

H220‐PAR‐T15  493  2253  219 

H220‐ISO  1286  6430  200 

H100‐ORT‐T7  221  825  268 

H100‐PAR‐T7  221  720  307 

H100‐ISO  582  2120  275 

 

6.3 Comparação e análise dos resultados  

Inicialmente, será analisada a aplicabilidade do método simplificado para os pilares com 

aquecimento  uniforme  na  seção  transversal.  A  Figura  9  traz  comparação  entre  os 

resultados  teóricos  e  aqueles  obtidos  pela  modelagem  numérica  para  os  pilares 

isolados, ou seja, aquecidos igualmente em todas as faces. 

a)  b) 

Figura 9 – Comparação entre os resultados numéricos e aqueles fornecidos pelo Método Simplificado da ABNT NBR 14323:2013 para os pilares isolados. 

 A Figura 9 permite inferir que a norma brasileira consegue representar bem a evolução 

de temperatura para os pilares isolados, devido à proximidade das curvas evidenciadas. 

Em  relação  aos elementos estruturais  inseridos em paredes,  a  Figura 10  fornece os 

Page 52: Volume 6 | Número 3 · Avaliação do método simplificado da ABNT NBR 14323:2013 no cálculo da elevação da temperatura em pilares de aço inseridos em parede Yagho de Souza Simões,

202 

resultados numéricos e  teóricos obtidos apenas para os pilares  formados pelo perfil 

H220, pois os demais pilares apresentaram comportamento semelhante.  

Na  Figura  10  estão  representadas  as  curvas  de  evolução  da  temperatura média  do 

modelo numérico,  aquela obtida  pelo método  simplificado  (utilizando  os  fatores de 

massividade  da  Tabela  3)  e  a  curva  obtida  pelo método  normatizado  considerando 

aquecimento nas quatro faces do elemento estrutural (pilar isolado). 

a)  b) 

Figura 10 – Comparação entre os resultados numéricos e aqueles fornecidos pelo Método Simplifico da ABNT NBR 14323:2013 para os pilares inseridos em paredes. 

 A análise gráfica permite concluir que o método simplificado da norma brasileira fornece 

resultados bastante conservadores para os pilares em contato com alvenaria. Percebe‐

se ainda que, considerando o pilar com aquecimento nas quatro faces, o resultado do 

método simplificado é praticamente o mesmo quando se leva em conta os elementos 

de vedação, uma vez que o fator de massividade para ambos os casos foram similares. 

É importante destacar que o efeito sombra não foi considerado nos modelos numéricos 

e não se fez necessário, como pode ser visto nas figuras acima. No caso dos pilares sem 

paredes, os resultados obtidos foram equivalentes ao do método simplificado. E no caso 

dos pilares inseridos em paredes, apenas parte do perfil está exposto, diminuindo este 

efeito de sombra. 

Partindo  do  pressuposto  que  o  fator  de massividade  é  a  grandeza  que  influencia 

diretamente o cálculo da temperatura média do aço, foi realizada uma variação desse 

parâmetro  (Figura  11)  em  função  do  fator  de massividade  de  um  perfil  totalmente 

Page 53: Volume 6 | Número 3 · Avaliação do método simplificado da ABNT NBR 14323:2013 no cálculo da elevação da temperatura em pilares de aço inseridos em parede Yagho de Souza Simões,

203 

exposto ao fogo (100%), de modo a comparar o comportamento das curvas fornecidas 

pelo método simplificado e aquela proveniente da modelagem numérica. 

a)  b) 

 

Figura 11 – Variação do fator de massividade para determinação da evolução de temperatura de pilares de aço por meio do método simplificado da norma brasileira. 

 Pode‐se afirmar que, mesmo variando o fator de massividade, não se consegue definir 

uma  curva a partir do método  simplificado que  represente a  temperatura média da 

seção obtida pelos modelos numéricos  térmicos. Portanto, a equação  fornecida pela 

norma brasileira não pode ser empregada na determinação da evolução de temperatura 

média de pilares de aço inseridos em paredes, uma vez que o gradiente de temperatura 

altera o comportamento térmico e termoestrutural dos pilares.  

7 Proposta de método  simplificado para  cálculo de  temperaturas em 

pilares inseridos em paredes 

Esta seção se dedica à proposição de um método simplificado capaz de determinar de 

forma  satisfatória  a evolução da  temperatura média de pilares de  aço  inseridos em 

paredes, tendo como base as informações descritas pela ABNT NBR 14323:2013. 

7.1 Hipóteses básicas de cálculo 

a)  Admite‐se que a seção transversal seja dividida em duas partes de áreas iguais para 

a aplicação do método simplificado: uma referente ao lado exposto e outra ao lado 

não exposto ao  fogo, de modo a representar o aquecimento diferencial do pilar, 

como mostrado na Figura 12; 

Page 54: Volume 6 | Número 3 · Avaliação do método simplificado da ABNT NBR 14323:2013 no cálculo da elevação da temperatura em pilares de aço inseridos em parede Yagho de Souza Simões,

204 

 Figura 12 – Representação da seção transversal do pilar em duas áreas iguais. 

b) De maneira geral, adota‐se a equação do item 8.5.1.1.1 da norma brasileira para o 

cálculo  da  elevação  da  temperatura  no  perfil  de  aço,  porém  com  as  seguintes 

alterações: 

Para área exposta ao fogo, independente da configuração do perfil metálico em 

relação à superfície da parede, utiliza‐se integralmente a equação citada.  

Para a área não exposta ao fogo, adota‐se um coeficiente de ponderação para a 

temperatura calculada pela equação do método normatizado. Pilares com a alma 

ortogonal às paredes, esse valor corresponde a 0,25 e para pilares com a alma 

paralela à superfície das paredes, essa grandeza deve ser igual a 0,55. 

c) O  fator  de  massividade  para  os  pilares  inseridos  em  paredes  será  aquele 

correspondente ao perfil de aço com aquecimento nas quatro  faces, pois, como 

apresentado na Tabela 3, mesmo admitindo diferentes formas para cálculo dessa 

grandeza, os resultados foram bem semelhantes.  

7.2 Validação da proposta de cálculo 

De modo a garantir que o método proposto atenda a variadas situações, além daquelas 

apresentadas na Figura 12, foram modelados os pilares apresentados em Correia et al. 

(2011),  formados  por  diversos  tipos  de  perfis  de  aço  e  espessuras  de  paredes.  A 

descrição das características dos pilares utilizados para validação do método proposto 

está indicada na Tabela 4 de modo que a nomenclatura dos mesmos foi baseada naquela 

empregada nesse artigo. Destaca‐se que o tempo de exposição ao fogo foi  limitado a 

quatro horas. 

Page 55: Volume 6 | Número 3 · Avaliação do método simplificado da ABNT NBR 14323:2013 no cálculo da elevação da temperatura em pilares de aço inseridos em parede Yagho de Souza Simões,

205 

Tabela 4 – Características dos pilares empregados para validação do método proposto. 

Nomenclatura  Perfil Orientação do Perfil 

Espessura da parede 

Referência Bibliográfica 

H100‐ORT‐T7  HEA 100  Ortogonal  7 cm  Rocha (2016) 

H100‐PAR‐T7  HEA 100  Paralela  7 cm  Rocha (2016) 

H120‐ORT‐T9,8  HEA 120  Ortogonal  9,8 cm  Correia et al. (2011) 

H120‐PAR‐T10  HEA 120  Paralela  10 cm  Correia et al. (2011) 

H160‐ORT‐T13,4  HEA 160  Ortogonal  13,4 cm  Correia et al. (2011) 

H160‐ PAR ‐T14  HEA 160  Paralela  14 cm  Correia et al. (2011) 

H200‐ORT‐T17  HEA 200  Ortogonal  17 cm  Correia et al. (2011) 

H200‐ PAR ‐T18  HEA 200  Paralela  18 cm  Correia et al. (2011) 

H220‐ORT‐T15  HEA 220  Ortogonal  15 cm  Rocha (2016) 

H220‐ PAR ‐T15  HEA 220  Paralela  15 cm  Rocha (2016) 

H240‐ORT‐T20,6  HEA 240  Ortogonal  20,6 cm  Correia et al. (2011) 

H240‐ PAR ‐T18  HEA 240  Paralela  18 cm  Correia et al. (2011) 

H280‐ORT‐T18  HEA 280  Ortogonal  18 cm  Correia et al. (2011) 

H280‐ PAR ‐T18  HEA 280  Paralela  18 cm  Correia et al. (2011) 

 

O processo de validação da proposta de cálculo consiste na comparação entre as curvas 

obtidas  numericamente  para  a  temperatura média  da  área  exposta  e  não  exposta 

fornecidas pelo método simplificado proposto. A Figura 13 traz os resultados para alguns 

dos  pilares  utilizados.  Os  resultados  para  aqueles  elementos  estruturais  não 

representados foram semelhantes. 

Inicia‐se a análise dos resultados para os resultados obtidos da temperatura para o lado 

exposto ao fogo. A partir da Figura 13, conclui‐se que o método simplificado conseguiu 

representar bem a parte exposta dos pilares,  independente da orientação do perfil. 

Ressalta‐se que os resultados dos pilares com a alma ortogonal à superfície das paredes, 

especialmente  utilizando  os  perfis  HEA  100,  HEA  220  e  HEA  280,  foram  os  que 

apresentaram melhores resultados.  

A maior diferença entre  as  temperaturas numéricas e  aquelas obtidas pelo método 

simplificado, para a região exposta ao fogo, foi observada nos casos em que os pilares 

que apresentam o gradiente térmico ao longo da mesa. Nestes casos, pode‐se verificar 

que há maior dissipação de calor pela alma do perfil, diferentemente do pilar com a alma 

ortogonal à parede, o que acarreta em uma temperatura numérica menor para a zona 

exposta ao fogo. 

Page 56: Volume 6 | Número 3 · Avaliação do método simplificado da ABNT NBR 14323:2013 no cálculo da elevação da temperatura em pilares de aço inseridos em parede Yagho de Souza Simões,

206 

Figura 13 – Comparação entre as temperaturas obtidas numericamente e pelo método 

simplificado proposto para os pilares inseridos em paredes. 

Page 57: Volume 6 | Número 3 · Avaliação do método simplificado da ABNT NBR 14323:2013 no cálculo da elevação da temperatura em pilares de aço inseridos em parede Yagho de Souza Simões,

207 

Além disso,  chama‐se atenção para o  fato de que o método da norma não  leva em 

consideração os mecanismos de transferência de calor para a face não exposta, o que 

eleva a temperatura média da área exposta.  

Em relação aos resultados para o lado não exposto ao fogo fornecidos pela Figura 13, 

observa‐se também a eficiência do método proposto. Quando se comparam as curvas 

do  modelo  numérico  com  aquelas  obtidas  pelo  método  proposto,  a  diferença  de 

temperatura  é  pequena,  sendo  mais  acentuada  nos  primeiros  30  minutos  de 

aquecimento. 

À face do exposto, foi possível obter um método satisfatório para determinar a elevação 

da  temperatura de pilares de aço associados a alvenarias. Porém,  ressalta‐se que na 

maioria  dos  casos  em  que  o método  não  se  adequou  às  temperaturas  calculadas 

numericamente, os  resultados obtidos  se encontram a  favor da  segurança. Também 

pode‐se  mencionar  que,  em  comparação  ao  método  simplificado  da  ABNT  NBR 

14323:2013, os resultados são mais próximos da realidade. Pode‐se fazer esta afirmação 

uma vez que o método proposto considera temperaturas distintas para as regiões mais 

e menos aquecidas do perfil, enquanto que o método normatizado irá apresentar uma 

única temperatura para toda a seção. 

Por fim, vale ressaltar que mesmo o método apresentado é válido para uma gama de 

perfis e espessuras de paredes analisados em Rocha (2016) e Correia et al. (2011).   

8 Conclusão 

O estudo contou com a avaliação da aplicabilidade do método simplificado da norma 

brasileira ABNT NBR 14323:2013 na determinação da evolução da temperatura média 

dos perfis de aço isolados e inseridos em elementos de compartimentação. Constatou‐

se que, para pilares com aquecimento uniforme na seção transversal, o método gerou 

resultados satisfatórios quando comparados com os modelos térmicos de referência. 

Contudo, para os pilares inseridos em paredes, o método apresenta temperaturas muito 

superiores  às  que  seriam  observadas  na  realidade. Além  disso,  ao  variar  o  fator  de 

massividade, que é a grandeza que influencia diretamente o cálculo da temperatura no 

perfil, não se conseguiu definir uma curva que representasse os modelos numéricos. A 

partir disso, foi proposta uma nova metodologia que apresentou melhores resultados 

Page 58: Volume 6 | Número 3 · Avaliação do método simplificado da ABNT NBR 14323:2013 no cálculo da elevação da temperatura em pilares de aço inseridos em parede Yagho de Souza Simões,

208 

para a maioria dos casos estudados de pilares inseridos em paredes. Aqueles que não 

representaram  fielmente  a  evolução  de  temperatura  no  perfil,  ainda  apresenta 

resultados mais próximos da realidade do que o método da ABNT NBR 14323:2013. 

9 Agradecimentos 

Os  autores  deste  trabalho  agradecem  ao  Conselho  Nacional  de  Desenvolvimento 

Científico e Tecnológico (CNPq), à Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível 

Superior  (CAPES)  e  ao  Departamento  de  Engenharia  de  Estruturas  da  Escola  de 

Engenharia de São Carlos/USP pelo apoio à realização do presente trabalho. 

10 Referências 

ABNT. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 14323: projeto de estruturas de aço e de estruturas mistas de aço e concreto de edifícios em situação de incêndio. Rio de Janeiro: ABNT, 2013. ABNT. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 14432: exigências de resistência ao fogo de elementos construtivos de edificações ‐ procedimento. Rio de Janeiro: ABNT, 2000. AGARWAL, Anil; CHOE, Lisa.; VARMA, Amit H. Fire design of steel columns: Effects of thermal gradients. Journal of Constructional Steel Research, v. 93, p. 107‐118, 2014. CADORIN,  Jean‐François.  Compartment  fire models  for  structural  engineering.  2003.  201p. Thèse  (doctorat  en  sciences  appliquées),  Faculté de  Sciences Appliqués, Universitéde  Liège, Belgium, 2003. CORREIA, Antonio J.P. Moura; RODRIGUES, João Paulo C.; REAL, Paulo Vila Thermal bowing on steel columns embedded on walls under  fire conditions. Fire Safety  Journal, v. 67, p. 53‐69, 2014. CORREIA, Antonio J.P. Moura; RODRIGUES, João Paulo C.; SILVA, Valdir P. A simplified calculation method for temperature evaluation of steel columns embedded in walls. Fire and Materials, v. 35, n. 7, p. 431‐441, 2011. EUROCODE.  EUROPEAN  COMMITTEE  FOR  STANDARDIZATION.  EN  1991‐1‐2  ‐  Eurocode  1  ‐ Actions on structures ‐ Part 1‐2: General actions ‐ Actions on structures exposed to fire. Brussels, 2002. EUROCODE.  EUROPEAN  COMMITTEE  FOR  STANDARDIZATION.  EN  1993‐1‐2  ‐  Eurocode  3  ‐ Design of Steel Structures. Part 1‐2: General rules – Structural Fire Design. Brussels, 2005. GARLOCK, M.E.; QUIEL,  S.E. Mechanics  of wide‐flanged  steel  sections  that  develop  thermal gradients due to fire exposure. International Journal of Steel Structures, v. 7, n. 3, p. 153‐162, 2007. ISO.  INTERNATIONAL  STANDARD.  ISO  834‐1:  Fire‐resistance  tests  –  Elements  of  building construct – Part 1: General requirements. ISO, 1999. ROCHA,  Fabio Martin. Pilares  de  aço  e misto  de  aço  e  concreto  inseridos  em paredes  em situação de  incêndio. 2016. 256p. Tese (Doutorado em Engenharia de Estruturas) ‐ Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos, 2016. SILVA,  Valdir  P.;  CORREIA,  Antonio  J.P.  Moura;  RODRIGUES,  João  Paulo  C.  Simulação  do comportamento ao fogo de pilares de aço em contato com alvenaria. In: Jornadas Sudamericana de Ingenieria Estructural, 33., Santiago, 2008. Anais..., 2008.  

Page 59: Volume 6 | Número 3 · Avaliação do método simplificado da ABNT NBR 14323:2013 no cálculo da elevação da temperatura em pilares de aço inseridos em parede Yagho de Souza Simões,

  Revista indexada no Latindex e Diadorim/IBICT 

Recebido: 27/04/2017 Aprovado: 05/06/2017 

Volume 6. Número 3 (dezembro/2017). p. 209‐218 ‐ ISSN 2238‐9377

NOTA TÉCNICA 

Projeto Estrutural para Adaptação de um Edifício Histórico em Centro Cultural Banco do Brasil  

Ricardo Hallal Fakury 1, Sebastião Salvador Real Pereira 1, Ana Lydia Reis de Castro e Silva1*, Márcio Lúcio Gomes2 e João Eduardo de Paula Carvalho3 

1 Departamento de Engenharia de Estruturas da Escola de Engenharia, Universidade Federal de Minas Gerais, Av. Antônio Carlos 6627. Bloco I, 31270‐901, Belo Horizonte, 

MG, Brasil, [email protected] 2 Embrasmi Ltda., Belo Horizonte, Brasil, [email protected] 

3 Banco do Brasil, Belo Horizonte, Brasil, [email protected] 

 Structural Design for the Adaptation of a Historical Building into a                                  

Banco do Brasil Cultural Centre 

 

Resumo Neste trabalho são apresentadas as principais soluções estruturais utilizadas para a adaptação de um edifício de  concreto armado da década de 1930,  com  seis pavimentos mais  subsolo, situado na Praça da  liberdade, em Belo Horizonte, para  abrigar o Centro Cultural Banco do Brasil.  Essa  adaptação  consistiu  em demolir um  conjunto de pilares do primeiro  e  segundo pavimentos e apoiar os pilares dos andares superiores em uma estrutura de aço, de modo a criar uma área  livre para  instalação de um  teatro e de uma sala multiuso. A concepção e os aspectos principais do projeto da estrutura de aço são apresentados, bem como os detalhes mais relevantes a respeito do apoio dos pilares de concreto na estrutura de aço. 

Palavras‐chave:  estrutura  de  aço;  estrutura  de  concreto;  projeto  de  adaptação  de  edifício antigo; ligação aço‐concreto. 

 Abstract This  paper  presents  the  main  structural  solutions  applied  for  adaptation  of  a  reinforced concrete building of the 1930s, with six floors and underground,  located  in Liberty Square,  in Belo Horizonte city, to become a Banco do Brasil Cultural Centre. This adaptation consisted of the replacement of a set of columns of the first and second floors by a steel structure in order to create a free area for the placement of a theater and a multiuse area. The conception and the main  aspects  of  the  steel  structure  design  are  presented,  as well  as  the most  relevant details regarding the support of remaining concrete columns on the steel structure. 

Keywords:  steel  structure;  concrete  structure;  old  building  adaptation  design;  steel‐concrete connection. 

* Autor correspondente 

Page 60: Volume 6 | Número 3 · Avaliação do método simplificado da ABNT NBR 14323:2013 no cálculo da elevação da temperatura em pilares de aço inseridos em parede Yagho de Souza Simões,

 

 

210 

 

1    Introdução 

Em 1926 foi  iniciada pela Construtora Carneiro Rezende a obra de um edifício de seis 

pavimentos mais  subsolo em Belo Horizonte, na Praça da  Liberdade, projetado pelo 

arquiteto  Luiz  Signorelli  para  abrigar  a  então  Secretaria  de  Segurança  e  Assistência 

Pública  de Minas Gerais. De  estilo  eclético,  com  influências  neoclássicas  e  art  déco 

(Figura 1), o edifício foi  inaugurado no dia 7 de setembro de 1930 durante o governo 

do presidente Antônio Carlos Ribeiro de Andrada, tornando‐se sede da Secretaria do 

Interior,  que  anexara  a  Segurança  e  Assistência  Pública.  Pouco  tempo  depois,  foi 

transformado no Comando Geral das Forças Revolucionárias durante a Revolução de 

1930.  Mais  recentemente,  o  edifício,  que  foi  tombado  pelo  Instituto  Estadual  do 

Patrimônio Histórico e Artístico de Minas Gerais (IEPHA) em 1977, esteve ocupado pela 

Secretaria  da Defesa 

Social e Procuradoria 

Geral  do  Estado  de 

Minas Gerais. 

No  ano  de  2008,  foi 

estabelecida  uma 

parceria  entre  o 

Governo  do  Estado 

de Minas Gerais  e  o 

Banco do Brasil para 

que  o  edifício  viesse 

a  abrigar  o  Centro 

Cultural Banco do Brasil em Belo Horizonte (CCBB‐BH), integrando‐o assim ao Circuito 

Liberdade, complexo de antigos prédios da administração pública estadual, situados na 

Praça da Liberdade e  imediações, que  já se haviam tornado ou estavam se tornando 

espaços  de  cultura,  artes  e  lazer.  As  intervenções  para  restauração  arquitetônica  e 

artística  do  edifício  foram  assinadas  pelo  arquiteto  Flávio  Grillo  e  o  projeto  de 

arquitetura  que  adaptou  o  prédio  para  criação  dos  espaços  necessários  ao 

funcionamento  do  CCBB‐BH  foi  elaborado  pela  arquiteta  Eneida  Silveira  Bretas.  As 

obras tiveram início oficialmente em agosto de 2009.  

Figura 1 – Praça da Liberdade com o edifício objeto deste estudo em 1935 

(Fonte: pt.wikipedia.org – acessado em 03/06/2016) 

Page 61: Volume 6 | Número 3 · Avaliação do método simplificado da ABNT NBR 14323:2013 no cálculo da elevação da temperatura em pilares de aço inseridos em parede Yagho de Souza Simões,

 

 

211 

 

O CCBB‐BH foi  inaugurado em 27 de agosto de 2013 na condição de um dos maiores 

espaços culturais do Brasil, contando com área para exposição de 1.200 m², teatro com 

capacidade  para  264 lugares,  sala  multiuso,  ambientes  para  convivência,  lazer  e 

alimentação  e,  ainda,  loja  para  comercialização  de  produtos  culturais. Ao  todo,  são 

8.000 m²  abertos  ao  público  e mais  4.000 m²  que  ainda  serão  disponibilizados  no 

futuro, totalizando 12.000 m².  

A Figura 2‐a mostra a fachada do edifício do CCBB‐BH atualmente. Ele é composto de 

quatro  blocos  estruturais  separados  por  juntas  de  dilatação,  denominados  “Praça” 

(bloco de frente – voltado para a Praça da Liberdade), “IEPHA” (bloco lateral – voltado 

para prédio com instalações do IEPHA), “Sergipe” (bloco de fundo – voltado para a rua 

Sergipe) e “Niemeyer”  (bloco  lateral – voltado para edifício Niemeyer), contornando 

um pátio central com 330 m2 protegido por uma cobertura retrátil de vidro e metal no 

topo, conforme se vê na Figura 2‐b. A estrutura é composta por lajes, vigas e pilares de 

concreto armado. As fundações são constituídas por sapatas de espessura variável. 

  

                                        a) Fachada                                                          b) Blocos e pátio central  

Figura 2 – Visão atual do edifício do CCBB‐BH  (Fontes: tripadvisor.com.br e google.com.br/maps – acessados em 20/06/2016) 

 

Neste  trabalho  são apresentadas as  soluções estruturais utilizadas para a  criação de 

uma  área  livre  (sem  interferência  de  pilares)  de  cerca  de  500 m2  nos  pavimentos 

inferiores do edifício para possibilitar a construção do teatro e da sala multiuso.  

 

Page 62: Volume 6 | Número 3 · Avaliação do método simplificado da ABNT NBR 14323:2013 no cálculo da elevação da temperatura em pilares de aço inseridos em parede Yagho de Souza Simões,

 

 

212 

 

2    Estrutura de aço de sustentação 

2.1    Localização e concepção 

No  projeto  do  CCBB‐BH,  optou‐se  por  posicionar  o 

teatro e a sala multiuso no Bloco Sergipe do edifício 

(Figura 3), ocupando desde o subsolo até o segundo 

pavimento.  Essa decisão  levou em  conta que, nessa 

posição,  as  pessoas  poderiam  ter  acesso  fácil  ao 

interior do  teatro pelo pátio central, que seria ainda 

utilizado como espaço de apoio. 

Para a criação da área livre necessária à instalação do 

teatro  e  da  sala multiuso,  houve  a  necessidade  de 

eliminação parcial da estrutura de  concreto  armado 

dos primeiros pavimentos do edifício. Essa eliminação 

teve como aspecto mais  importante o corte de onze 

pilares no nível do piso do terceiro pavimento e de três outros pilares no nível do piso 

do  segundo  pavimento  e,  também,  a  supressão  das  vigas  que  uniam  esses  pilares 

nesses  dois  pisos.  Assim,  com  o  intuito  de manter  a  sustentação  dos  pavimentos 

superiores e, adicionalmente, o suporte dos pisos do segundo e terceiro pavimentos, 

uma  estrutura  de  aço  foi  projetada  pela  empresa  Embrasmi  Ltda.  e  verificada  por 

consultores  da  Escola  de  Engenharia  da  Universidade  Federal  de  Minas  Gerais 

(EE.UFMG), através da Fundação Christiano Ottoni (FCO/EE.UFMG). 

A estrutura de aço é constituída por quatro pórticos (pórtico P1 no eixo 1 com vão de 

12,0 m, pórticos P2 no eixo 2 e P3 no eixo 3 com vãos de 12,50 m, todos nascendo no 

subsolo e se elevando até o piso do terceiro pavimento, e pórtico P4 no eixo 4 com vão 

de  4,0 m,  nascendo  no  subsolo  e  se  elevando  até  o  piso  do  segundo  pavimento)  e 

quatro  vigas  longitudinais  no  piso  do  terceiro  pavimento  (duas  vigas  biapoiadas 

paralelas  com  10,60 m  de  vão  entre  os  pórticos  P1  e  P2  e  duas  vigas  biapoiadas 

paralelas  com  13,49 m  de  vão  entre  os  pórticos  P2  e  P3)  e,  ainda,  quatro  vigas 

longitudinais  no  piso  do  segundo  pavimento  (duas  vigas  biapoiadas  paralelas  com 

13,49 m de vão entre os pórticos P2 e P3 e duas vigas biapoiadas paralelas com 6,0 m 

Figura 3 – Posicionamento do teatro no edifício 

(Fonte: viaggiando.com.br – acessado em 03/06/2016) 

Page 63: Volume 6 | Número 3 · Avaliação do método simplificado da ABNT NBR 14323:2013 no cálculo da elevação da temperatura em pilares de aço inseridos em parede Yagho de Souza Simões,

 

 

213 

 

de  vão  entre  os  pórticos  P3  e  P4),  conforme mostra  a  Figura  4.  A  fundação  dessa 

estrutura de aço é independente da fundação da estrutura de concreto do edifício. 

 

Figura 4 – Estrutura de aço para sustentação dos pavimentos superiores do edifício 

2.2    Vigas longitudinais 

Cada uma das vigas de aço  longitudinais é formada por dois perfis I dispostos  lado a 

lado, com uma distância entre eles que permitiu inicialmente a manutenção das vigas 

e a passagem dos pilares de concreto armado da estrutura original do edifício. Com as 

lajes apoiadas nas vigas de 

aço,  as  vigas  de  concreto 

puderam  ser  demolidas  e 

os  pilares  de  concreto 

foram  afixados  em  blocos 

especiais  de  ancoragem 

(Figura  5).  Depois,  os 

pilares  de  concreto  foram 

cortados  logo  abaixo  dos 

blocos,  ficando  apoiados 

nos dois perfis dessas vigas por meio dos blocos, assunto que será tratado no Item 3. 

Figura 5 – Vigas típicas com pilares de concreto armado passando entre os perfis I 

Page 64: Volume 6 | Número 3 · Avaliação do método simplificado da ABNT NBR 14323:2013 no cálculo da elevação da temperatura em pilares de aço inseridos em parede Yagho de Souza Simões,

 

 

214 

 

As duas vigas do piso do terceiro pavimento entre os pórticos P1 e P2 são constituídas 

por um par de perfis PS 1000x600x25x12,5  cada uma. Entre os pórticos P2 e P3, no 

mesmo  pavimento,  uma  das  vigas  é  constituída  por  um  par  de  perfis 

PS 1000x600x50x16 e a outra por um par de PS 1000x600x37,5x12,5. As duas vigas do 

segundo  pavimento  entre  os  pórticos  P2  e  P3  são  constituídas  por  perfis  simples 

PS 750x300x50x16, cada uma. Finalmente, entre os pórticos P3 e P4, por dois pares de 

perfis W 610x155, cada uma. Os perfis soldados (PS) foram fabricados com chapas de 

aço ASTM A36 e os perfis laminados (W) com aço ASTM A572‐50. 

2.3    Pórticos 

Na Figura 6  são mostradas as dimensões dos quatro pórticos, observando‐se que os 

pórticos 1, 2 e 3 possuem quatorze barras cada e o Pórtico 4 cinco barras.  

  

Figura 6 – Geometria dos pórticos 

Page 65: Volume 6 | Número 3 · Avaliação do método simplificado da ABNT NBR 14323:2013 no cálculo da elevação da temperatura em pilares de aço inseridos em parede Yagho de Souza Simões,

 

 

215 

 

Em  todos  os  pórticos  as  barras 

são  compostas  por  dois  perfis I  

laminados,  ligados  lateralmente 

entre  si  por  soldas  contínuas, 

através  das  extremidades  das 

mesas,  formando  um  caixão 

(Figura  7).  No  Pórtico  1,  foram 

usados  perfis  W 610 x 101,  nos 

pórticos 2 e 3, perfis  W 610 x 155 

e no Pórtico 4, perfis W 410 x 85, fabricados com aço ASTM A572‐50 

As  ligações  entre  as  barras  dos  pórticos  são  todas  soldadas  e  as  bases  engastadas, 

conforme ilustra a Figura 8. 

 

Figura 8 – Ilustração de uma ligação entre barras de um pórtico e de uma base de pilar 

 

3    Suportes dos pilares remanescentes de concreto na estrutura de aço 

Os  suportes  dos  pilares  remanescentes  de  concreto  na  estrutura  de  aço  foram 

projetados  pela  FCO/EE.UFMG  para  transmitir  cargas  de  até  1800 kN  (reação 

característica máxima dos pilares) e executados em diversas fases, na seguinte ordem: 

a) colocação de caixas metálicas  retangulares contornando os pilares  logo acima da 

seção  em  que  eles  seriam  cortados,  com  o  preenchimento  de  todos  os  espaços 

vazios com grout; 

Figura 7 – Detalhe da ligação por solda entre dois perfis W nos pórticos 1 a 4 

Page 66: Volume 6 | Número 3 · Avaliação do método simplificado da ABNT NBR 14323:2013 no cálculo da elevação da temperatura em pilares de aço inseridos em parede Yagho de Souza Simões,

 

 

216 

 

b) execução de furos trespassando as caixas metálicas e o concreto dos pilares com o 

grout  à  sua  volta  através dos quais  se  inseriram  até 10 barras dywidag de 1¼”, 

protendidas  posteriormente  com  50 kN  cada  (as  barras  dywidag  protendidas 

impedem a ovalização das paredes das caixas, para que a reação dos pilares seja 

transmitida para as vigas de aço por meio de aderência); 

c) montagem da estrutura de aço descrita no  Item 2 sobre a fundação  já executada 

previamente, de modo que as caixas metálicas ficassem entre os dois perfis I que 

compõem cada viga de aço, com uma pequena folga (Figura 9‐a);  

d) Inserção de chapas de aço para preencher a  folga entre as caixas metálicas e os 

dois perfis I das vigas de aço e soldagem dessas chapas nas caixas e nos perfis, 

para que que as caixas ficassem perfeitamente ligadas às vigas (Figura 9‐b); 

  

    a) Antes da soldagem à viga                                     b) Após a soldagem à viga 

Figura 9 – Caixa metálica circundando pilar de concreto  

e) demolição de metade da seção tranversal dos pilares (Figura 10‐a);  

f) soldagem de chapa de aço no fundo das caixas metálicas, sob a metade demolida 

dos pilares;  

g) demolição do restante da seção transversal dos pilares (Figura 10‐b);  

h) soldagem de chapa de aço no restante do fundo das caixas metálicas;  

i) preenchimento  dos  espaços  entre  o  fundo  das  caixas metálicas  e  o  fundo  dos 

pilares com grout para  impedir qualquer movimentação  relativa entre esses dois 

componentes. 

 

Page 67: Volume 6 | Número 3 · Avaliação do método simplificado da ABNT NBR 14323:2013 no cálculo da elevação da temperatura em pilares de aço inseridos em parede Yagho de Souza Simões,

 

 

217 

 

  

             a) Metade da seção demolida                                      b) Toda a seção demolida 

Figura 10 – Demolição de um pilar 

É  interessante observar que o corte dos pilares em duas etapas  (metade da seção e 

soldagem de  chapa de aço no  fundo das  caixas metálicas em  cada uma)  teve  como 

razão assegurar a segurança estrutural durante as operações de demolição.  

 

4    Considerações finais 

Apesar da complexidade da situação tratada, a solução estrutural utilizada para criação 

de uma área  livre necessária à construção de um  teatro  (Figura 11) nos pavimentos 

inferiores  de  um  antigo  edifício  de  concreto  armado,  mostrada  neste  trabalho, 

mostrou‐se bastante prática, sendo executada sem maiores transtornos.  

  

                                    a) Plateia                                                                         b) Palco 

Figura 11 – Visão do teatro após concluído (Fonte: culturabancodobrasil.com.br ‐ acessado em 03/06/2016) 

A estrutura de  aço  cumpriu  adequadamente  sua  função,  suportando os pavimentos 

superiores do edifício. Os deslocamentos verticais máximos das vigas metálicas foram 

Page 68: Volume 6 | Número 3 · Avaliação do método simplificado da ABNT NBR 14323:2013 no cálculo da elevação da temperatura em pilares de aço inseridos em parede Yagho de Souza Simões,

 

 

218 

 

da  ordem  de  20 mm,  dentro  dos  valores  previstos.  Como  era  esperado,  ocorreram 

trincas e fissuras em algumas paredes de alvenaria no trecho da estrutura de concreto 

remanescente,  localizada  acima  das  caixas metálicas.  Por  essa  razão,onde  se  julgou 

necessário,  alguns  trechos  de  paredes,  paralelos  às  trincas,  foram  demolidos  e 

reconstruídos  para  eliminar  o  problema.  A  ligação  entre  as  partes  superiores  dos 

pilares que tiveram suas partes inferiores demolidas e a estrutura de aço, feita com os 

blocos de ancoragem, apresentou o comportamento esperado. 

Finalmente,  destaca‐se  que  foi  possível  adotar  a  solução  descrita  porque  a  quase 

totalidade  das  vigas  de  concreto  da  estrutura  original,  que  se  apoiavam  nos  pilares 

cortados,  eram  isostáticas,  o  que  evitou  o  aparecimentos  de  esforços  solicitantes 

adicionais causados pela deformação da estrutura de aço. A  rigor, houve apenas um 

caso  de  viga  hiperestática,  que  foi  devidamente  avaliado  e  os  esforços  adicionais 

induzidos foram pequenos para comprometer a segurança estrutural. 

 

AGRADECIMENTO 

Os autores agradecem ao Centro Cultural Banco do Brasil.