SEMINÁRIO SINDUSCON-FIEMG Desempenho das edificações Segurança contra incêndio Palestra: Desempenho Estrutural em situação de incêndio Estabilidade (NBR 15.200:2012) Eng. Hélio Pereira Chumbinho ABECE Regional BH
Critérios para classificação da resistência ao fogo dos elementos da construção Fonte: Projeto de estruturas de concreto em situação de incêndio Proposta de revisão da NBR 15200:2004 Prof. Dr. Valdir Pignatta e Silva
Modelo de incêndio-padrão Fonte: Projeto de estruturas de concreto em situação de incêndio Proposta de revisão da NBR 15200:2004 Prof. Dr. Valdir Pignatta e Silva
Fonte: Projeto de estruturas de concreto em situação de incêndio Proposta de revisão da NBR 15200:2004 Prof. Dr. Valdir Pignatta e Silva
1 Escopo - ABNT NBR 15200 Esta norma estabelece os critérios de projeto de estruturas de concreto em situação de incêndio e a forma de demonstrar o seu atendimento, conforme requisitos de resistência ao fogo estabelecidos na ABNT NBR 14432. Esta norma se aplica às estruturas de concreto projetadas para edificações de acordo com a ABNT NBR 6118. Esta norma aplica-se às estruturas de concretos normais, identificadas por massa especifica seca maior do que 2000 kg/m³, não excedendo 2800 kg/m³, do grupo I de resistência (C20 a C50), conforme classificação da ABNT NBR 8953. Para concretos do grupo II de resistência, conforme classificação da ABNT NBR 8953, podem ser empregadas as recomendações do Eurocode 2, Part 1.2.
Para estruturas ou elementos estruturais pré-moldados ou préfabricados de concreto aplicam-se os requisitos das Normas Brasileiras especificas. Na ausência de Norma Brasileira especifica, aplicam-se as recomendações desta norma. Para situações não cobertas por esta Norma ou cobertas de maneira simplificada, o responsável técnico pelo projeto pode usar procedimentos ou normas internacionais aplicáveis aceitos pela comunidade tecnocientífica, desde que demonstrado o atendimento ao nível de segurança previsto por esta norma.
3 Requisitos Gerais 3.1 O projeto de estruturas de concreto à temperatura ambiente deve atender os requisitos da ABNT NBR 6118. O projeto de estruturas de concreto em situação de incêndio tem por base a correlação entre o comportamento dos materiais e da estrutura à temperatura ambiente (considerada próxima a 20 C) com o que ocorre em situação de incêndio. 3.2 Os objetivos gerais da verificação de estruturas em situação de incêndio são: - limitar o risco à vida humana; - limitar o risco da vizinhança e da própria sociedade; - limitar o risco da propriedade exposta ao fogo. 3.3 Considera-se que os objetivos estabelecidos em 3.2 são atingidos se for demonstrado que a estrutura mantém as funções corta-fogo e de suporte.
3.4 Os requisitos descritos em 3.3 estão inseridos num conjunto maior de requisitos gerais de proteção contra incêndio que compreende: - reduzir o risco de incêndio; - controlar o fogo em estágios iniciais; - limitar a área exposta ao fogo (compartimento corta-fogo); - criar rotas de fuga; - facilitar a operação de combate ao incêndio; - evitar ruína prematura da estrutura, permitindo a fuga dos usuários e as operações de combate ao incêndio. 3.5 Edificações de grande porte, sobretudo mais altas ou contendo maior carga de incêndio, devem atender a exigências mais severas para cumprir com os requisitos gerais. Projetos que favoreçam a prevenção ou a proteção contra incêndio, em termos desses requisitos gerais, reduzindo o risco de incêndio ou sua propagação e especialmente facilitando a fuga dos usuários e a operação de combate, podem ter aliviadas as exigências em relação à resistência de sua estrutura ao fogo, conforme previsto na ABNT NBR 14432, ou seja, o método do tempo equivalente conforme detalhado no Anexo A.
3.6 As duas funções estabelecidas em 3.3 devem ser verificadas sob combinações excepcionais de ações, no estado-limite último, de modo que são aceitáveis plastificações e ruínas locais que não determinem colapso além do local. 3.7 Como plastificações, ruínas e até colapsos locais são aceitos, a estrutura só pode ser reutilizada após um incêndio se for vistoriada, tiver sua capacidade remanescente verificada e a sua recuperação for projetada e executada. Essa recuperação pressupõe o atendimento de todas as capacidades últimas e de serviço exigidas para a condição de uso da estrutura antes da ocorrência do incêndio ou para uma eventual nova condição de uso. 3.8 A verificação prevista em 3.7 pode eventualmente concluir que não existe necessidade de recuperação da estrutura, se o incêndio tiver sido de pequena severidade ou se a estrutura tiver proteção superabundante.
RESISTÊNCIA DO CONCRETO À COMPRESSÃO EM ALTAS TEMPERATURAS A resistência à compressão do concreto decresce com o aumento da temperatura. Essa relação é dada por fc,θ = kcθ fck, vista abaixo. Figura 1 Fator de redução da resistência do concreto silicoso em função da temperatura
RESISTÊNCIA AO ESCOAMENTO E MÓDULO DE ELASTICIDADE DO AÇO DA ARMADURA PASSIVA EM ALTAS TEMPERATURAS A resistência ao escoamento do aço comum decresce com o aumento da temperatura. Essa relação é dada por fy,θ = ksθ fyk. Figura 2 Fator de redução da resistência do aço de armadura passiva em função da temperatura
O módulo de elasticidade do aço comum decresce com o aumento da temperatura. Essa relação é dada por Es,θ = kesθ Es. Figura 3 Fator de redução do módulo de elasticidade do aço de armadura passiva em função da temperatura
RESISTÊNCIA AO ESCOAMENTO E MÓDULO DE ELASTICIDADE DO AÇO DA ARMADURA ATIVA EM ALTAS TEMPERATURAS A resistência ao escoamento do aço de protensão decresce com o aumento da temperatura. Essa relação é dada por fpyk,θ = kpθ fpyk. Figura 4 Fator de redução da resistência do aço da armadura ativa formada por fios ou cordoalhas em função da temperatura
O módulo de elasticidade do aço de protensão decresce com o aumento da temperatura. Essa relação é dada por Ep,θ = kepθ Ep. Figura 5 Fator de redução do módulo de elasticidade do aço de armadura ativa em função da temperatura
4 Ação correspondente ao incêndio Conforme estabelecido na ABNT NBR 14432, a ação correspondente ao incêndio pode ser representada por um intervalo de tempo de exposição ao incêndio-padrão (definido na ABNT NBR 14432, de acordo com a ABNT NBR 5628). Esse intervalo de tempo chamado tempo requerido de resistência ao fogo (TRRF) é definido nesta Norma a partir das características da construção e do seu uso. O calor transmitido à estrutura nesse intervalo de tempo (TRRF) gera em cada elemento estrutural, em função de sua forma e exposição ao fogo, certa distribuição de temperatura. Esse processo conduz à redução da resistência dos materiais e da capacidade dos elementos estruturais, além da ocorrência de esforços solicitantes decorrentes de alongamentos axiais restringidos ou de gradientes térmicos. Como com o aquecimento, a rigidez das peças diminui muito e a capacidade de adaptação plástica cresce proporcionalmente, os esforços gerados pelo aquecimento podem, em geral, ser desprezados. Casos especiais em que essa hipótese precise ser verificada devem atender ao disposto em 8.5.
5 Verificação de estruturas de concreto em situação de incêndio 5.1 Método tabular Neste método, basta atender às dimensões mínimas apresentadas nas tabelas 4 A 12, em função do tipo de elemento estrutural e do TRRF, respeitando-se as limitações indicadas. Essas dimensões mínimas devem sempre respeitar também a ABNT NBR 6118. Essas dimensões são normalmente: a largura das vigas, a espessura das lajes, as dimensões das seções transversais de pilares e tirantes e, principalmente, a distancia entre o eixo da armadura longitudinal e a face do concreto exposta ao fogo (c1). Para valores intermediários de dimensões pode ser feita interpolação linear. Os ensaios mostram que em situação de incêndio as peças de concreto rompem usualmente por flexão ou flexocompressão e não por cisalhamento. Por isso, considera-se apenas a armadura longitudinal nesse critério.
Os valores de c1 apresentados em todas as tabelas referem-se a armaduras passivas. No caso de elementos protendidos, os valores de c1 para as armaduras ativas são determinados acrescendo-se 10 mm para barras e 15 mm para fios e cordoalhas. No caso de armaduras ativas pós-tracionadas (sem aderência), as cabeças de protensão devem ser protegidas de forma que em situação de incêndio não haja perda de protensão. É permitida a consideração do revestimento no cálculo das distâncias c1, respeitadas as seguintes prescrições: - revestimentos aderentes de argamassa de cal e areia (aderência à tração de acordo com a ABNT NBR 13528) têm 67% de eficiência relativa ao concreto; - revestimentos de argamassa de cimento e areia aderentes (aderência à tração de acordo com a ABNT NBR 13528) têm 100% de eficiência relativa ao concreto; - revestimentos protetores à base de gesso, vermiculita ou fibras com desempenho equivalente podem ser empregados, desde que sua eficiência e aderência na situação de incêndio sejam demonstradas experimentalmente. Não é permitida a consideração do revestimento na determinação das dimensões mínimas da seção transversal de pilares e lajes lisa ou cogumelo. Para outros elementos, não há essa restrição.
5.1.1 Vigas As tabelas 4 e 5 fornecem as dimensões mínimas bmín e bwmín das vigas e o valor de c1 das armaduras inferiores, em função do TRRF. Essas tabelas foram construídas com a hipótese de vigas com aquecimento em três lados, sob laje. Os valores indicados nessas tabelas podem ser empregados também para o caso de vigas aquecidas nos quatro lados, desde que sua altura não seja inferior a bmín e a área da seção transversal da viga não seja inferior a 2xb²mín. Há concentração de temperatura junto às bordas da face inferior das vigas. Por essa razão, em vigas com somente uma camada de armaduras e largura não superior ao bmín indicado na coluna 3 da tabela 4 e na coluna 2 da Tabela 5, conforme o TRRF, a distância c1l (figura 6) no fundo das vigas deve ser 10 mm maior do que o c1 dado pelas referidas tabelas. Figura 6 Distâncias c1 e c1l
Alternativamente, para se manter iguais os cobrimentos das armaduras tanto em relação à face inferior quanto à lateral da viga, deve-se: - para concreto armado, especificar barras de canto com um diâmetro imediatamente superior ao calculado, conforme ABNT NBR 7480. - para concreto protendido, considerar para efeito de dimensionamento, uma força de protensão igual a 0,7 da indicada para a obra. Para vigas de largura variável, bmín refere-se ao mínimo valor de b medido ao nível do centro geométrico das armaduras, enquanto bw é o menor valor de largura da alma, conforme Figura 7, que deve atender aos valores mínimos das Tabelas 4 e 5. Figura 7 Definição das dimensões para diferentes tipos de seção transversal de vigas
Tabela 4 Dimensões para vigas biapoiadas Tabela 5 Dimensões mínimas para vigas contínuas ou vigas de pórtico
Figura 8 Envoltória de momentos fletores
Tabela 6 Dimensões mínimas para lajes simplesmente apoiadas
Tabela 7 Dimensões mínimas para lajes contínuas Tabela 8 Dimensões mínimas para lajes lisas ou cogumelo
Tabela 9 Dimensões mínimas para lajes nervuradas simplesmente apoiadas
Tabela 10 Dimensões mínimas para lajes nervuradas contínuas em pelo menos uma das bordas
Tabela 11 Dimensões mínimas para lajes nervuradas armadas em uma só direção
Tabela 13 Dimensões mínimas para pilares-parede Tabela 12 Dimensões mínimas para pilares com uma face exposta ao fogo
5.2 Método analítico para pilares Para pilares com mais de uma face exposta ao fogo, pode-se utilizar a formulação apresentada a seguir para o calculo do tempo de resistência ao fogo (TRF), cujo valor deve ser superior ou igual ao TRRF. Essa formulação é adequada a estruturas de nós fixos. Entretanto, ela pode ser empregada nos casos de estruturas em que os deslocamentos não lineares (2ª ordem) devido ao desaprumo puderem ser desconsiderados em situação de incêndio. O tempo de resistência ao fogo de um pilar pode ser determinado por meio da seguinte equação:
5.3 Método simplificado de cálculo O método simplificado de cálculo é baseado nas seguintes hipóteses: - as solicitações de cálculo em situação de incêndio (Sd,fi) podem ser calculadas conforme 8.1 (ABNT NBR 15200:2012) - o esforço resistente de cálculo em situação de incêndio de cada elemento pode ser calculado com base na distribuição de temperatura obtida para sua seção transversal, considerando exposição ao fogo conforme o TRRF. Essa distribuição de temperatura pode ser obtida na literatura técnica ou calculada em programas específicos de computador a partir do fluxo de calor determinado conforme Anexo F; 5.4 Métodos avançados de cálculo Os métodos avançados de cálculo devem considerar pelo menos: - combinação de ações em situação de incêndio composta rigorosamente com base na ABNT NBR 8681; - esforços solicitantes de cálculo, acrescidos dos efeitos das deformações térmicas restringidas, desde que calculados por modelos não lineares capazes de considerar as profundas redistribuições de esforços que ocorrerem;
- esforços resistentes, que devem ser calculados considerando as distribuições de temperatura conforme o TRRF; - ambas as distribuições, de temperatura e de resistência, devem ser rigorosamente calculadas considerando as não linearidades envolvidas. A verificação da capacidade resistente deve respeitar o que estabelece a ABNT NBR 6118. A determinação da distribuição e temperatura na estrutura e a verificação do isolamento térmico podem ser feitas analiticamente por programas que considerem adequadamente a distribuição de temperatura na edificação. Os programas utilizados devem ser validados, ser de uso consagrado internacionalmente ou ser avalizados por ensaios experimentais em estruturas. O atendimento aos requisitos de estanqueidade, quando exigidos, pode ser feito por ensaios experimentais do elemento que deve apresentar função corta-fogo, em escala reduzida (amostra do material ou sistema), de acordo com a ABNT NBR 5628.
5.5 Método experimental Em casos especiais, pode-se considerar a resistência ao fogo superior à calculada com base nesta Norma, desde que justificada por ensaios, conforme ABNT NBR 5628. O dimensionamento por meio de resultados de ensaios pode ser feito em ensaios realizados em laboratório nacional ou estrangeiro, de acordo com a Norma Brasileira específica ou de acordo com norma ou especificação estrangeira, respeitando os critérios de similitude aplicáveis ao caso.
Obrigado!