9 Proposta de dimensionamento de elementos de concreto armado à flexão simples em situação de incêndio

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1 9 Proposta de dimensionamento de eementos de concreto armado à fexão simpes em situação de incêndio 9.1 Introdução Com ase nos resutados otidos pea modeagem computaciona, a autora desta tese propõe um método simpicado de cácuo para o projeto de eementos de concreto armado, de seções usuais da Construção Civi do Brasi, sujeitos à fexão simpes ajes maciças, ajes nervuradas e vigas projetados à temperatura amiente conforme as normas NBR 6118:2003 e NBR 8681:2003. Trata-se de um método gráco construído a partir da saída de resutados do software Super Tempcac. As taeas que deram origem aos áacos são apresentadas no Anexo B, para faciitar interpoações e a introdução do método de dimensionamento em programas de cácuo para dimensionamento de ajes e vigas de concreto armado. Para a situação de incêndio, as diretrizes de projeto dos eementos asearam-se na NBR 8681:2003 (cácuo das ações para a situação de incêndio) e na NBR 15200:2004 (cácuo das propriedades mecânicas dos materiais estruturais à temperatura eevada). Os vaores mínimos da resistência dos materiais são: f ck 20 Pa, para o concreto, e f yk 500 Pa para o aço. O método permite cacuar a capacidade resistente de seções armadas, fornecendo dados para considerar a redistriuição de esforços de eementos hiperestáticos, facutativa ao projetista. A resistência requerida ao fogo que os eementos devem ter aseia-se nas diretrizes da NBR 14432:2001 e da IT 08:04. A Figura 9.2 apresenta uma síntese dos procedimentos de cácuo para uso do método aqui proposto. O Apêndice D fornece exempos de apicação com ase em um projeto de um edifício residencia. 9.2 Ações e segurança A estaiidade estrutura é considerada satisfatória quando a condição de segurança é vericada:

2 356 Dimensionamento de eementos de concreto armado em situação de incêndio S R (9.1) d, d, onde: S d, vaor de cácuo dos esforços atuantes, determinado a partir da cominação útima excepciona das ações; R d, vaor de cácuo do correspondente esforço resistente (, ), no qua se incui um redutor de resistência devido ao aquecimento dos materiais concreto e aço. Para eementos sujeitos à fexão simpes, anaisados isoadamente, considera-se apenas o momento fetor da seção mais soicitada, a ser vericado em situação de incêndio. Assim, a eq. (9.1) é sustituída pea eq. (9.2). (9.2) Sd, R d, onde: Sd, vaor de cácuo do momento fetor atuante em situação de incêndio;, vaor de cácuo do momento fetor resistente em situação de incêndio. A cominação de ações em situação de incêndio (eq. 9.3) é cacuada considerando-se que o incêndio é uma ação excepciona. Para estruturas sujeitas apenas à ação gravitaciona, as ações permanentes e variáveis podem ser reduzidas ao carregamento permanente (peso próprio) e à sorecarga (ações acidentais). F d, γ F + γ ψ. F (9.3) g gk q 0 j,ef qk onde: F d, vaor de cácuo da ação tota para a situação de incêndio; F gk vaor característico das ações permanentes; F Qk vaor característico da ação variáve; γ g coeciente de ponderação para ações permanentes para a situação de incêndio (Cap. 4, Taea 4.1); γ q coeciente de ponderação das ações variáveis para a situação de incêndio (Cap. 4, Taea 4.1); ψ 0 j,ef, 7 0 ψ fator de cominação referente à parcea quase permanente das ação 2 variáve para a situação de incêndio (Taea 9.1).

3 9 Proposta de dimensionamento de eementos de concreto armado à fexão simpes em situação de incêndio 357 O estaeecimento do vaor mínimo do fator de redução referente à ação variáve para a situação de incêndio (Taea 9.1), 0,7 ψ 2 0, 3, aseia-se nos estudos estatísticos de Hoický & Scheich (2005) para a cominação de ações em edifícios de aço em situação de incêndio. Esse estudo considerou a proaiidade de incêndio e ruína de compartimentos de incêndio de área de piso A 1000 m² de um edifício comercia, incuindo-se a infuência da variaiidade do coeciente de redução da resistência do aço (κ s,θ ) em função da temperatura eevada (cf. Cap. 4, item 4.2.1). Taea 9.1: Fatores de redução para cominação excepciona das ações em situação de incêndio. Condição do oca 0,7 ψ 2 0, 3 Locais em que não há predominância de pesos de equipamentos que permanecem xos por ongos períodos de tempo, nem de eevadas concentrações de pessoas (edifícios residenciais, de 0,3* acesso restrito). Locais em que há predominância de pesos de equipamentos que permanecem xos por ongos períodos de tempo, ou de eevada concentração de pessoas (edifícios comerciais, de escritórios e 0,3* de acesso púico). Biiotecas, arquivos, depósitos, ocinas e garagens (NBR 8681:2003). 0,42 Nota: * Proposta desta tese (cf. Cap. 4, item 4.2.1). Esse imite poderia ser estendido às estruturas de outros materiais, uma vez o vaor 0,7 ψ 2 0,3 continuou a prover o maior níve de conaiidade mesmo após aumentar a variaiidade da resistência do materia à temperatura eevada (HOLICKÝ & SCHLEICH, 2005). Para eementos sem carga de vento, pode-se estimar o vaor de cácuo do momento fetor atuante em situação de incêndio por meio do fator η (eq. 9.4). O fator η é otido dividindose o vaor de cácuo da cominação de ações normais peo vaor de cácuo da cominação de ações para a situação de incêndio, empregando-se os coecientes de ponderação das ações consideradas vaores da NBR 8681:2003. F d, F d 1,2 Fgk + 0,7 ψ 2.FQk (9.4) η 1,4 Fgk + 1,4.F Qk Fd, Sd, onde: η coeciente redutor do vaor da ação em situação de incêndio; F d Sd F d vaor de cácuo da ação tota para a situação norma; Sd vaor de cácuo do momento fetor soicitante em situação norma.

4 358 Dimensionamento de eementos de concreto armado em situação de incêndio A eq. (9.4) é adequada a eementos isostáticos inseridos em pórticos de edifícios, por ex., vigas, em como a eementos hiperestáticos sem carga de vento, por ex., ajes. Na presença de outras ações, por ex., carga de vento na cominação norma de ações, deve-se usar a equação competa para o cácuo da ação tota no denominador da eq. (9.4). Uma extensiva anáise experimenta e numérica de 41 eementos hiperestáticos demonstrou que, quando em dimensionadas à situação norma de projeto, ees apresentam capacidade rotaciona maior que aquea imposta aos apoios peo gradiente térmico desenvovido na atura das seções de momento negativo durante o incêndio (ANDERBERG, 1978; FIP-CEB Buetins N 145 (1982), N 174 (1987) e N 208 (1991)). Aguns cuidados devem ser tomados a rigor, para evitar a ruptura antecipada de aguma seção do eemento, devido à ancoragem insuciente ou à aixa capacidade de deformação do aço das armaduras negativas. Aços de eevada resistência e aixa ductiidade não são adequados à pasticação das seções dos apoios e à efetiva redistriuição de esforços. Ao considerar a redistriuição de esforços num vão de estrutura contínua, o vaor de cácuo do momento soicitante máximo em situação de incêndio ( Sd, ) deve ser adequado ao momento resistente da seção (, ) no vão, de ta forma que os momentos resistentes 1, e 2, nos apoios estaeeçam o equiírio (Figura 9.1). 1, Sd, p d, 2 8 2, diagrama do momento redistriuído para carregamento uniforme, em situação de incêndio 3, p d, vaor tota do carregamento uniforme cacuado com ase na cominação excepciona de ações Figura 9.1: Redistriuição de momentos para carregamento distriuído uniforme em ajes ou vigas contínuas. O vaor máximo admissíve do momento fetor soicitante deve ser cacuado pea equação competa da cominação excepciona de ações.

5 9 Proposta de dimensionamento de eementos de concreto armado à fexão simpes em situação de incêndio 359 O comprimento de ancoragem mínimo das armaduras para a situação de incêndio deveria ser checado para o diagrama de momentos redistriuídos (eq. 9.5). Os coecientes de redução de resistência dos materiais do Eurocode 2 (EN :2004) fornecem um comprimento de ancoragem menor,,, 92 0, independente da temperatura da armadura. γ s γ, c situação excepciona, 1 1,15 1,2 1,4 69, 70 γ γ c 123 situação norma, s (9.5) onde:, comprimento de ancoragem necessário para a situação de incêndio [m]; comprimento de ancoragem rea, cacuado para a situação norma [m]. 9.3 étodo expedito de dimensionamento de estruturas de concreto armado sujeitas à fexão simpes O Super Tempcac v.5 fornece os vaores de cácuo do momento fetor resistente à, temperatura amiente ( ), em situação de incêndio (, ) e a reação μ. O vaor de cácuo do momento fetor resistente em situação de incêndio é função do campo de temperaturas nas seções transversais dos eementos. O campo de temperaturas depende do tempo de aquecimento e, portanto, o vaor de cácuo do momento fetor resistente depende do tempo de aquecimento. Logo, a reação μ tamém é função do tempo de aquecimento. O tempo de resistência ao fogo (TRF) da seção transversa de concreto armado é o tempo em que o momento fetor resistente se iguaa ao momento fetor soicitante (eq. 9.6). Dessa forma, a reação, μ pode ser interpretada como sendo a reação entre o momento fetor soicitante em situação de incêndio e o momento fetor resistente em situação norma (eq. 9.7).,

6 360 Dimensionamento de eementos de concreto armado em situação de incêndio (9.6) Sd,, μ (t TRF), Sd, (9.7) onde: Sd, vaor de cácuo do momento fetor soicitante em situação de incêndio. O coeciente redutor µ pode ser cacuado com ase no vaor de cácuo dos momentos soicitante e resistente para a situação norma (Cap. 4, eq. 4.21): μ η Sd (9.8) Os grácos µ x t (min) foram traduzidos em áacos que permitem avaiar o TRF da seção armada em função dos dados de projeto à temperatura amiente (eq. 9.7 ou eq. 9.8). Os áacos do Apêndice C prestam-se ao cácuo de seções de momento positivo e negativo, em função da taxa de armadura da seção, evando-se em conta os corimentos mínimos recomendados pea NBR 6118:2003 em função da casse de agressividade amienta. Os procedimentos para a determinação do TRF das seções de concreto armado são (Figura 9.2): 1 escoher um per da seção armada para aquee arranjo de armaduras (Apêndice C); denir o tipo de ocupação por meio do fator de redução (ψ 2 ) referente à ação variáve para as cominações de ações (Taea 9.1); 2 cacuar as cominações norma e excepciona de ações em função do fator de redução referente à ação variáve;, 3 determinar a reação μ (eq. 9.7 ou eq. 9.8); 4 determinar o vaor de TRF para a seção armada seecionada (Apêndice C); comparar o TRF da estrutura com o TRRF em função das características da edicação (NBR 14432:2001).

7 9 Proposta de dimensionamento de eementos de concreto armado à fexão simpes em situação de incêndio 361 A segurança estrutura é atendida quando TRF TRRF. Aternativamente, pode-se determinar o vaor de TRF de forma em prática e a favor da segurança, admitindo-se a condição-imite Sd no projeto para a situação norma, i.e., µ η (Cap. 4, eq. 4.21). Ta simpicação pode ser muito conservadora para as vigas de pórticos. início tipo de ocupação (fator ψ 2 ) ações permanentes G ações acidentais Q ações eóicas (vento) cominação norma de ações Sd, cominação excepciona de ações Sd ações acidentais Q ações eóicas (vento) η Sd, Sd μ Sd, η Sd 1 0,9 0,8 μ TRF (min) m 0,7 0,6 trocar a seção por outra ou aumentar a taxa de armadura NÃO TRF TRRF? 0,5 casse I 0,4 casse II 0,3 casse III TRF (min) SI OK! Figura 9.2: Procedimentos para determinar o tempo de resistência ao fogo (TRF) de seções armadas, com o auxíio dos grácos para o dimensionamento.

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