Projeto de estruturas de concreto em situações de incêndio 2ª edição

Capa Projeto de estruturas de concreto_Pignata_novo ISBN.pdf 1 08/12/2016 16:58:39

1

As estruturas das edificações devem ser verificadas para a situação de incêndio por exigência de legislação estadual ou pelo Código de Defesa do Consumidor.

Introdução

2 Segurança contra incêndio

3

O autor dedica-se a pesquisar esse assunto há mais de 20 anos e reconhece a pouca difusão que o tema tem no meio técnico. Em vista disso e aproveitando-se da recém-publicada norma brasileira sobre projeto de estruturas de concreto em situação de incêndio, resolveu contribuir com o engenheiro de estruturas escrevendo este livro.

PIGNATTA SILVA

Conteúdo

Valdir Pignatta Silva - Professor Doutor do Departamento de Engenharia de Estruturas e Geotécnica da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo.

- Autor de 7 livros e mais de 150 artigos publicados.

- Membro de mais de uma dezena de comissões de estudo da ABNT sobre estruturas e estruturas em situação de incêndio.

O incêndio

Comportamento dos materiais estruturais

5 C

Segurança das estruturas em situação de incêndio

M

Y

6

CM

Tempo requerido de resistência ao fogo

MY

CY

CMY

K

7 Dimensionamento de vigas de concreto

8 Dimensionamento de lajes de concreto

9 Dimensionamento de pilares de concreto

10 Métodos alternativos de dimensionamento

11

Com base principalmente na norma brasileira ABNT NBR 15200:2012, nas Instruções Técnicas do CBPMESP e na norma europeia Eurocode 2 parte 1.2, discorreu-se sobre diversos tópicos de interesse para o correto projeto de estruturas de concreto em situação de incêndio.

No capítulo 1, apresentam-se alguns incêndios históricos e sua influência na legislação brasileira. No capítulo 2, discorre-se sobre a segurança contra incêndio nas edificações e os principais aspectos que interferem na segurança das estruturas. Os capítulos 3 e 4 são dedicados à modelagem simplificada do incêndio e ao comportamento dos materiais a altas temperaturas. Nos capítulos 5 e 6, apresenta-se a forma de se determinar ações e resistências na situação excepcional de um incêndio e o tempo requerido de resistência ao fogo (TRRF). Seguem-se nos capítulos 7 a 9 os métodos simplificados e normatizados para o dimensionamento de lajes, vigas e pilares em incêndio. No capítulo 10, divulgam-se ferramentas para dimensionamento, alternativas às detalhadas na norma brasileira. No capítulo 11, incluem-se alguns exemplos de aplicação. Os anexos compreendem informações complementares aos capítulos do corpo principal do livro, alguns subsídios para pesquisadores e incluem-se dados para o dimensionamento de concreto de alta resistência conforme norma europeia.

Exemplos de aplicação

www.blucher.com.br

CONCRETO EM SITUAÇÃO DE INCÊNDIO

4

- Coordenador do programa de pós-graduação em engenharia civil da EPUSP (2003-2005).

PROJETO DE ESTRUTURAS DE CONCRETO EM SITUAÇÃO DE INCÊNDIO Conforme ABNT NBR 15200:2012 2ª edição

VALDIR PIGNATTA SILVA

- Vice-presidente da ALBRASCI Associação Luso-Brasileira para a Segurança contra Incêndio. http://www.lmc.ep.usp.br/people/valdir

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Conteúdo

2ª edição

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Projeto de estruturas de concreto em situação de incêndio: conforme ABNT NBR 15200:2012 © 2016 Valdir Pignatta e Silva Editora Edgard Blücher Ltda.

Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP) Angélica Ilacqua CRB-8/7057 Rua Pedroso Alvarenga, 1245, 4º andar 04531-934 – São Paulo – SP – Brasil Tel.: 55 11 3078-5366 contato@blucher.com.br www.blucher.com.br

Silva, Valdir Pignatta Projeto de estruturas de concreto em situação de incêndio / Valdir Pignatta e Silva – 2. ed. – São Paulo: Blucher, 2016.

240 p. : il.

Bibliografia

Segundo o Novo Acordo Ortográfico, conforme 5. ed.

ISBN 978-85-212-1128-0

do Vocabulário Ortográfico da Língua Portuguesa, Academia Brasileira de Letras, março de 2009.

É proibida a reprodução total ou parcial por quaisquer meios, sem autorização escrita da Editora.

Todos os direitos reservados pela Editora Edgard Blücher Ltda.

1. Concreto – efeito da temperatura 2. Engenharia de estruturas 3. Construção de concreto armado 4. Engenharia de estruturas 5. Incêndio 6. Engenharia de segurança contra incêndios 7. Segurança contra incêndios I. Título 16-1417

CDD 620.13642 Índices para catálogo sistemático:

1. Concreto – efeito da temperatura 2. Engenharia de estruturas

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Conteúdo 7

Conteúdo

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Introdução ............................................................................................. 11

1.1 Incêndios históricos......................................................................... 11

1.2 Legislação e normatização brasileiras............................................. 16

1.3 Estruturas em incêndio................................................................... 17

2

Segurança contra incêndio.................................................................. 23

2.1 Considerações gerais....................................................................... 23

2.2 Compartimentação.......................................................................... 24

2.2.1 Isolamento de risco............................................................. 30

2.3 Resistência ao fogo.......................................................................... 32

2.4 Proteção ativa.................................................................................. 34

3

O incêndio ............................................................................................. 35

3.1 Introdução........................................................................................ 35

3.2 Incêndio-padrão............................................................................... 38

4

Comportamento dos materiais estruturais...................................... 41

4.1 Concreto ............................................................................................. 41

4.1.1 Resistência à compressão do concreto a altas temperaturas....................................................................... 41 4.1.2 Alongamento....................................................................... 46

4.1.3 Calor específico................................................................... 47

4.1.4 Condutividade térmica........................................................ 48

4.1.5 Densidade............................................................................ 49

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8

Projeto de Estruturas de Concreto em Situação de Incêndio

4.2 Aço

............................................................................................. 50

4.2.1 Resistência ao escoamento do aço e módulo de

elasticidade de armadura passiva a altas temperaturas..... 50

4.2.2 Resistência ao escoamento do aço e módulo de

elasticidade de armadura ativa a altas temperaturas......... 53

4.2.3 Diagramas tensão-deformação dos aços............................. 55

4.3 Resfriamento e pós-incêndio........................................................... 58

5

Segurança das estruturas em situação de incêndio....................... 61

5.1 Edifícios de baixo risco à vida......................................................... 61

5.2 Ações e segurança........................................................................... 63

5.2.1 Determinação dos esforços solicitantes............................. 64

5.2.2 Determinação dos esforços resistentes.............................. 67

6

Tempo requerido de resistência ao fogo.......................................... 69

6.1 Método tabular................................................................................. 70

6.2 Redutor de TRRF (método do tempo equivalente)........................ 70

7

Dimensionamento de vigas de concreto............................................

7.1 Método tabular para dimensionamento.......................................... 77

77

7.1.1 Vigas biapoiadas.................................................................. 78

7.1.2 Vigas contínuas e redistribuição de momentos.................. 78

7.1.2.1 Armaduras negativas............................................. 80

7.1.3 Armaduras de canto............................................................ 81

7.1.4 Redução de c1...................................................................... 81

7.1.5 Armaduras em várias camadas........................................... 83

7.1.6 Vigas com largura variável.................................................. 84

7.1.7 Armaduras ativas................................................................. 85

7.1.8 Revestimento....................................................................... 85

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7.2 Métodos alternativos....................................................................... 85

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Conteúdo 9

8

Dimensionamento de lajes de concreto............................................

8.1 Método tabular para dimensionamento.......................................... 87

8.2 Métodos alternativos....................................................................... 91

9

Dimensionamento de pilares de concreto........................................ 93

87

9.1 Método analítico para a determinação do tempo de resistência

ao fogo de pilares............................................................................. 93

9.2 Método tabular geral para dimensionamento de pilares

retangulares ou circulares............................................................... 96

9.3 Outras situações de pilares e tirantes............................................. 107

10 Métodos alternativos de dimensionamento..................................... 109

10.1 Métodos avançados.......................................................................... 109

10.2 Métodos simplificados...................................................................... 110

10.3 Lajes ............................................................................................. 112

10.3.1 Lajes maciças....................................................................... 112

10.3.2 Lajes nervuradas................................................................. 114

10.3.2.1 Lajes nervuradas à temperatura ambiente.......... 114

10.3.2.2 Lajes nervuradas em situação de incêndio.......... 114

10.4 Vigas ............................................................................................. 119

10.5 Pilares ............................................................................................. 123

11 Exemplos de aplicação......................................................................... 125 Anexo A Classificação das edificações e áreas de risco quanto à ocupação....................................................................................... 137 Anexo B Cargas de incêndio específicas (ABNT NBR 14432:2001)............. 141 Anexo C Incêndio natural compartimentado – curvas paramétricas............ 143 Anexo D Interação entre elementos estruturais............................................ 149

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10

Projeto de Estruturas de Concreto em Situação de Incêndio

Anexo E Método gráfico para dimensionamento de vigas de concreto armado ............................................................................................. 159 Anexo F Isotermas de seções transversais de pilares sujeitas ao

incêndio-padrão nas quatro faces................................................... 219 Anexo G Concreto de alta resistência (CAR)................................................ 229 Referências bibliográficas............................................................................. 233

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Introdução 11

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Introdução1

1.1 Incêndios históricos O primeiro grande incêndio da Era Cristã, historicamente registrado, foi o de Roma em 19 de julho de 64. O fogo propagou-se pela cidade por nove dias. As residências, feitas com madeira, as ruas estreitas e os ventos colaboraram para a grande destruição. Foram milhares de mortos e três quartos da cidade foram destruídos (Figura 1.1). Há controvérsias quanto a Nero ter sido o mandante do incêndio ou ter-se aproveitado dele para reconstruir Roma e culpar os cristãos. O fato é que, após esse incêndio, Nero idealizou um sistema de alarme formado pelos vigiles, que eram pessoas que patrulhavam várias áreas da cidade a fim de alertar em caso de incêndio. Assim, Roma tornou-se a primeira cidade do mundo a adotar um sistema de alarmes anti-incêndios (COSTA, 2002).

Figura 1.1 – Ilustração que representa o incêndio de Roma.

Figura 1.2 – Ilustração que representa o incêndio de Londres.

Fonte: Greatest-Mysteries. Disponível em: <http://greatest-mys teries.blogspot.com/2007/04/great-fire-of-rome.html>.

Fonte: National Geographic. Disponível em: http://news.national geographic.com/news/2009/11/photogalleries/maya-2012-fai led-apocalypses/#/great-fire-london-1666_11739_600×450. jpg.

1 As Seções 1.1 e 1.2 deste capítulo são uma transcrição adaptada de Gill et al. (2008). A seção 1.3 é, em grande parte, transcrição de Silva et al. (2008).

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Projeto de Estruturas de Concreto em Situação de Incêndio

Outro incêndio histórico é o de Londres, iniciado em 2 de setembro de 1666 (Figura 1.2). Nesse incêndio, mais de 13 mil casas foram destruídas. Oficialmente, o número de mortes é pequeno, no entanto, historiadores alegam que o número pode ter sido bastante grande, em vista da dificuldade de registro na época, além de as pessoas pobres nem sempre entrarem nas estatísticas.2 Um grande incêndio de dimensões urbanas foi o de Chicago, iniciado em 8 de outubro de 1871 (Figura 1.3). Foram dois dias de incêndio e mais de 300 mortes.3

Figura 1.3 – Ilustração que representa o incêndio de Chicago.

Fonte: Arquiline’s Blog. Disponível em: <http://arqline.files.wor dpress.com/2010/10/great-fire-chicago-pintura-da-epoca.jpg>.

Figura 1.4 – Incêndio no Teatro Iroquois.

Fonte: Chicago Now. Disponível em: <http://www.chicagonow. com/blogs/chicago-halloween-haunted-blog-photos/2009/10/ iroquois-theater.html>.

Esses incêndios tomavam grande parte das cidades antigas, em virtude de as edificações serem contíguas, com estruturas de madeira e ruas estreitas. Após a modernização das cidades, os incêndios passaram a se restringir ao edifício.

Nos Estados Unidos, antes que ocorressem incêndios com grande perda de vidas, a segurança contra incêndio tinha por ênfase a proteção ao patrimônio. O primeiro Handbook, publicado por Everett U. Crosby em 1896 – ainda não editado pela National Fire Protection Association (NFPA) –, predecessor do atual Fire protection handbook, buscou facilitar o trabalho dos inspetores das companhias de seguros. Cerca de metade do manual de 183 páginas se dedicava a chuveiros automáticos e a suprimento de água. O marco divisório na segurança contra incêndio aconteceu no início do século XX, após ocorrerem quatro grandes incêndios com vítimas. São os seguintes: •

2 3

Teatro Iroquois em Chicago (Figura 1.4) em 30 de dezembro de 1903, aproximadamente um mês após a abertura do Teatro. O Teatro Iroquois era tido Fonte: Wikipedia. Disponível em: <http://en.wikipedia.org/wiki/Great_Fire_of_London>.

Fonte: ChicagoHistoryMuseum. Disponível em: <http://www.chicagohs.org/history/fire.html>.

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O incêndio 35

3

O incêndio

3.1 Introdução O aumento da temperatura dos elementos estruturais, em decorrência da ação de um incêndio (ação térmica), causa redução da resistência e do módulo de elasticidade, bem como, eventualmente, o aparecimento de esforços solicitantes adicionais decorrentes das restrições às deformações de origem térmica.

Ação térmica é a ação na estrutura descrita por meio do fluxo de calor, por radiação e por convecção, provocado pela diferença de temperaturas entre os gases quentes do ambiente em chamas e os componentes da estrutura.

Radiação é o processo pelo qual o calor flui na forma de propagação de ondas de um corpo em alta temperatura para outro em temperatura mais baixa. Ao aproximar-se a mão de uma lâmpada, sente-se calor, mesmo no vácuo, em virtude do fluxo radiante (Figura 3.1). Em um compartimento, a radiação é proveniente dos gases quentes, das chamas e das paredes aquecidas. Se a fumaça tiver grande densidade de fuligem, resultante da combustão incompleta dos materiais combustíveis do compartimento, a radiação provinda dos gases será predominante.

Convecção é o processo pelo qual o calor flui, envolvendo movimentação de mistura de fluido, principalmente entre sólidos e fluidos. Decorrente da diferença de densidades entre os gases com diferentes temperaturas no ambiente em chamas, eles se movimentam e tocam as estruturas transferindo-lhes calor (fluxo convectivo – Figura 3.2).

A principal característica de um incêndio, no que concerne ao estudo das estruturas, é a curva que fornece a temperatura média dos gases quentes em função do tempo de incêndio (Figura 3.3). Em virtude da turbulência ocorrida durante o incêndio, é usual adotar-se, em métodos simplificados de análise, uma distribuição uniforme de temperaturas no compartimento após o flashover. A partir dessa curva é possível calcular-se o campo térmico nos elementos estruturais.

Essa curva apresenta um ramo inicial (fase de ignição) de baixa temperatura.

Nesse período, pode haver riscos à vida humana em função de gases tóxicos ou asfixiantes exalados do material combustível em chamas. Os projetos de arquitetura e de instalações devem prever a desocupação rápida da edificação nessa fase

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Projeto de Estruturas de Concreto em Situação de Incêndio

do incêndio. Entretanto, não haverá riscos à estrutura que, como será visto mais adiante, necessita de altas temperaturas para perder capacidade resistente. Essa fase é denominada de pré-flashover.

Caso o incêndio não seja extinto nessa fase, haverá um aumento brusco da temperatura a partir de um instante conhecido como flashover ou instante de inflamação generalizada, que ocorre quando a superfície de toda a carga combustível presente no ambiente entra em ignição. A partir desse instante, o incêndio torna-se de grandes proporções, tomando todo o compartimento, e a temperatura dos gases eleva-se rapidamente até todo o material combustível extinguir-se. Em seguida, haverá a redução gradativa da temperatura dos gases.

A favor da segurança, é usual admitir-se que a temperatura do ambiente em chamas atinge sempre seu valor máximo, e a estrutura deve ser verificada para tal situação.

Figura 3.1 – Fluxo de calor radiante.

Figura 3.2 – Fluxo de calor convectivo.

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Segurança das estruturas em situação de incêndio 61

5

Segurança das estruturas em situação de incêndio

5.1 Edifícios de baixo risco à vida Edifícios de fácil desocupação tais como construções de pequeno porte, edifícios industriais ou depósitos podem dispensar a verificação da segurança estrutural, exceto quando haja interesse de proteção patrimonial. Esses edifícios estão identificados na ABNT NBR 14432:2001 e nas instruções técnicas dos Corpos de Bombeiros. Um resumo da IT8 do CBPMESP é apresentado na Tabela 5.1. Para uso em projeto, recomenda-se consultar as instruções técnicas dos Corpos de Bombeiros locais ou, na sua ausência, a ABNT NBR 14432.

Tabela 5.1 – Tabela de isenções de verificação de segurança estrutural, conforme IT 8 (2011). Área total construída

Uso (2)

Carga de incêndio específica limite (3)

Altura (4)

Meios de proteção contra incêndio (5)

≤ 750 m2

Qualquer

-

≤ 12 m

-

2

2

≤ 1.500 m

Qualquer (6)

≤ 500 MJ/m

≤ 12 m

-

Qualquer

Centros esport., term. pass. (7)

-

≤ 12 m

-

Qualquer

Garagens abertas (8) (9)

-

≤ 30 m

-

Qualquer

Academias (10)

-

≤ 12 m

-

Qualquer

Depósitos (11)

Baixa

≤ 12 m

-

Qualquer Qualquer

Qualquer Industrial

2

≤ 500 MJ/m

Térrea (12)

-

2

Térrea (12)

-

2

≤ 1.200 MJ/m

Qualquer

Depósitos

≤ 2.000 MJ/m

Térrea (12)

-

Qualquer

Qualquer (13)

Qualquer

Térrea (12)

Chuveiros automáticos (14)

Qualquer

Qualquer (13)

Qualquer

Térrea (12)

Abertas (9)

≤ 5.000 m2

Qualquer (13)

Qualquer

Térrea (12)

Fachadas de aproximação (15)

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Projeto de Estruturas de Concreto em Situação de Incêndio

1. As edificações devem atender às demais exigências do CBPMESP, em especial sobre rotas de fuga e condições de ventilação. As isenções não se aplicam aos subsolos com mais de um piso de profundidade ou área de pavimento superior a 500 m2 e à estrutura de paredes de vedação das escadas e elevadores de segurança, de isolamento de riscos e de compartimentação.

2. Conforme Anexo A deste livro.

3. Carga de incêndio específica determinada conforme Anexo B deste livro.

4. Altura da edificação é a distância compreendida entre o ponto que caracteriza a saída situada no nível de descarga do prédio e o piso do último pavimento, excetuando-se zeladorias, barrilete, casa de máquinas, piso técnico e pisos sem permanência humana.

5. Conforme IT´s ou Normas Brasileiras em vigor.

6. Exceto edificações pertencentes às divisões C2, C3, E6, F1, F5, F6, H2, H3 e H5.

7. Uso de F3, F4 e F7 (centros esportivos, terminais de passageiros, construções provisórias etc.) nas áreas de transbordo e circulação.

8. Garagens (G1 e G2) abertas lateralmente com estrutura em concreto armado ou protendido ou em aço que atenda às seguintes condições construtivas: As vigas principais e secundárias devem ser construídas como vigas mistas, utilizando-se necessariamente conectores de cisalhamento. As lajes de concreto podem ser moldadas no local ou podem ser de concreto pré-moldado. Os perfis metálicos das vigas devem ter fator de massividade menor ou igual a 350m-1. Os perfis dos pilares devem ter fator de massividade menor ou igual a 250m-1. Os elementos escolhidos pelo projetista da estrutura como responsáveis pela estabilidade em situação de incêndio devem ser verificados nesta situação para um TRRF de 30min. No caso de ligação flexível entre viga e pilar, o momento fletor negativo próximo ao pilar deve ser absorvido por meio de armadura adicional na laje de concreto. Essa armadura, a menos que cálculos mais precisos sejam feitos, deve ser de 0,2% da área da laje de concreto situada sobre a mesa superior do perfil metálico, segundo um corte perpendicular à viga.

9. Edificação aberta lateralmente é edificação ou parte de edificação que, em cada pavimento: tenha ventilação permanente em duas ou mais fachadas externas, provida por aberturas que possam ser consideradas uniformemente distribuídas e que tenham comprimentos em planta que, somados, atinjam pelo menos 40% do perímetro e áreas que, somadas, correspondam a, pelo menos, 20% da superfície total das fachadas externas; ou tenha ventilação permanente em duas ou mais fachadas externas, provida por aberturas cujas áreas somadas correspondam a, pelo menos, 1/3 da superfície total das fachadas externas, e pelo menos 50% destas áreas abertas situadas em duas fachadas opostas. Em qualquer caso, as áreas das aberturas nas fachadas externas somadas devem corresponder a, pelo menos, 5% da área do piso no pavimento, e as obstruções internas eventualmente existentes devem ter, pelo menos, 20% de suas áreas abertas, com as aberturas dispostas de forma a poderem ser consideradas uniformemente distribuídas, para permitir ventilação.

10. Edificações destinadas a academias de ginástica e similares, E-3, nas áreas destinadas a piscinas, vestiários, salas de ginástica, musculação e similares, desde que possuam, nessas áreas, materiais de acabamento e revestimento incombustíveis, ou de classe II-A. 11. Divisão J1 – Depósitos de material incombustível.

12. Edificação térrea é a edificação de apenas um pavimento, podendo possuir um piso elevado com área inferior ou igual à terça parte da área do piso situado no nível de descarga.

13. Exceto edificações pertencentes às divisões C, F-1, F-2, F-5, F-6, F-8 e F-10, I-3, J-4, que poderão ter TRRF reduzido de 60 min para 30 min.

14. Chuveiros automáticos com bicos do tipo resposta rápida.

15. Com, pelo menos, duas fachadas para acesso e estacionamento operacional de viaturas, conforme consta na IT 06/11, que perfaçam no mínimo 50% do perímetro da edificação;

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Dimensionamento de vigas de concreto 77

7

Dimensionamento de vigas de concreto

As informações apresentadas neste capítulo são válidas para estruturas de concreto com fck ≤ 50 MPa e submetidas ao incêndio-padrão.

7.1 Método tabular para dimensionamento A distribuição de temperaturas no concreto não é uniforme. Costuma-se representá-la por meio de isotermas (Figura 7.1), que podem ser determinadas por meio de programas de análise térmica.

200

400

600

800

200 400 600 800

200 400 600 800

Figura 7.1 – ilustração das isotermas em um elemento de concreto.

Segundo a ABNT NBR 15200:2012, 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 no método tabular.

A ABNT NBR 15200:2012 informa que, no método tabular, basta atender às dimensões mínimas apresentadas nas tabelas, em função do tipo de elemento estrutural e do TRRF, respeitando-se as limitações indicadas. Nessas tabelas não são considerados eventuais efeitos de spalling (lascamentos) ou restrições à deformação térmica.

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Projeto de Estruturas de Concreto em Situação de Incêndio

O Eurocode 2 (2004) admite que a segurança estrutural das vigas de concreto armado estará verificada, ao se limitar a temperatura das barras de aço em 500 ºC. Apesar de ser uma simplificação da realidade, é uma hipótese aceita pela comunidade científica internacional.

7.1.1 Vigas biapoiadas Tendo em vista a pequena dimensão da seção transversal da barra de aço em relação à do concreto, admite-se que a temperatura no centro geométrico (CG) da seção da barra de aço é igual à do concreto que a circunda. A temperatura na seção transversal de uma barra, portanto, depende da distância do CG à face exposta ao fogo e das dimensões da viga. Como a temperatura no concreto varia com o tempo em função da curva de aquecimento, pode-se associar a temperatura de 500 °C ao TRRF extraído de normas ou códigos. Desse modo, foi construída a Tabela 7.1.

Esse é o método tabular apresentado na ABNT NBR 15200:2012, em que, para cada TRRF, encontram-se a largura mínima da viga (bmín), a distância mínima entre o eixo da armadura longitudinal (CG) e a face do concreto exposta ao fogo (c1).

Tabela 7.1 – Dimensões mínimas para vigas biapoiadas TRRF min

Combinações bmín/c1 mm/mm

bwmín mm

1

2

3

4

30

80/25

120/20

160/15

190/15

80

60

120/40

160/35

190/30

300/25

100

90

140/60

190/45

300/40

400/35

100

120

190/68

240/60

300/55

500/50

120

180

240/80

300/70

400/65

600/60

140

Obs.: Os valores de c1 indicados nesta tabela são válidos para armadura passiva. 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.

7.1.2 Vigas contínuas e redistribuição de momentos À temperatura ambiente, é comum redistribuir-se os momentos fletores atuantes sobre os apoios (negativo) para o meio do vão (positivo). Em incêndio, como o calor age na região inferior das vigas, o momento positivo se torna mais crítico, en-

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Dimensionamento de pilares de concreto 93

9

Dimensionamento de pilares de concreto

As informações apresentadas neste capítulo, com base na ABNT NBR 15200/2012, são válidas para estruturas de concreto com fck ≤ 50 MPa e submetidas ao incêndio-padrão.

Os métodos apresentados nas Seções 9.1, 9.2 e 9.3 são adequados a estruturas de nós fixos, entretanto, poderão ser empregados nos casos de estruturas em que os deslocamentos não lineares (segunda ordem) decorrentes do desaprumo puderem ser desconsiderados em situação de incêndio. Em qualquer caso, os efeitos globais de segunda ordem à temperatura ambiente não poderão ultrapassar 30% dos respectivos esforços de primeira ordem (por exemplo, gz ≤ 1,3).

Na determinação de c1 conforme os métodos apresentados nas Seções 9.1, 9.2 e 9.3 é permitida a consideração do revestimento, respeitadas as prescrições indicadas na Seção 7.1.8 deste livro. Não é permitida a utilização do revestimento na determinação de b ou h.

9.1 Método analítico para a determinação do tempo de resistência ao fogo de pilares O tempo de resistência ao fogo de um pilar pode ser determinado por meio da Equação 9.1.

onde:

1,8  Rµ + Ra + RL + Rb + Rn  TRF = 120    120

(9.1)

Rµ = 83[1 – µfi] Ra = 1,60 (c1 – 30), c1 em mm Rl = 9,60 (5 – lef,fi) Rb = 0,09 b’ para 190 mm ≤ b’ ≤ 450 mm Rb = 40,5 para b’ > 450

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Projeto de Estruturas de Concreto em Situação de Incêndio

Rn = 0 para n = 4, sendo n o número de barras longitudinais Rn = 12 para n > 4 sendo: µ fi =

N Sd, fi N Rd

NSd,fi é o valor de cálculo da força axial em situação do incêndio;

NRd é o valor de cálculo da força normal resistente do pilar calculado de acordo com ABNT NBR 6118 com gm à temperatura ambiente, incluindo os efeitos da não linearidade geométrica (2.a ordem) e desconsiderados os efeitos das forças decorrentes do vento;

c1 é a distância entre o eixo da armadura longitudinal e a face do concreto exposta ao fogo;

lef,fi é o comprimento equivalente do pilar em situação de incêndio, em metro, e poderá sempre ser considerado igual ao da situação normal, lef, conforme Seção 15.6 da ABNT NBR 6118:2007. Para os pilares dos andares intermediários de edifícios de múltiplos pavimentos compartimentados verticalmente e com os efeitos globais de segunda ordem à temperatura ambiente inferiores ou iguais a 10% dos respectivos esforços de primeira ordem (por exemplo, gz ≤ 1,1), pode ser assumido que lef,fi = 0,5 lef e para o pavimento mais alto le,fi = 0,7 lef conforme ilustrado na Figura 9.1. Para situações em que os efeitos globais de segunda ordem à temperatura ambiente são superiores a 10% dos respectivos esforços de primeira ordem (por exemplo, gz > 1,1), o le,fi poderá ser determinado por análise estrutural específica. b’ = 2 Ac /(b +h) para h ≤ 1,5 b b’ = 1,2 b para h > 1,5 b Ac é a área da seção transversal do pilar em milímetro quadrado; b é a menor dimensão da seção transversal do pilar em milímetro; h é a maior dimensão da seção transversal do pilar em milímetro.

Para o uso da Equação 9.1, as seguintes limitações devem ser respeitadas: As /Ac ≤ 0,04 25 mm ≤ c1 ≤ 80 mm b’ ≥ 190 mm e ≤ 0,15 b lef,fi ≤ 6 m

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Exemplos de aplicação 125

11

Exemplos de aplicação

1. Determinar o tempo requerido de resistência ao fogo pelo método tabular conforme a IT8 do CBPMESP e utilizando o redutor de TRRF permitido pelo método do tempo equivalente de um edifício de escritórios com as seguintes características:

Altura (de incêndio) do edifício = 63 m.

Altura do andar = 3,20 m.

Área de ventilação do andar = Av/Af = 0,17 m2/ m2.

Área do andar = 820 m2.

Há chuveiros automáticos, detecção automática e brigada contra incêndio. O edifício é compartimentado verticalmente.

Solução: a) método tabular

Trata-se da simples observação da tabela a seguir, adaptada da IT 8 do CBPMESP (Seção 6.1 deste livro). Pela tabela, o TRRF é igual a 120 min.

Ocupação/uso

Altura da edificação (em metro) h≤6

6≤h≤12

12<h≤23

23<h≤30

30≤h≤80

80<h≤120

120<h≤150

Residência

30

30

60

90

120

120

150

Hotel

30

60

60

90

120

150

180

Supermercado

60

60

60

90

120

150

150

Escritório

30

60

60

90

120

120

150

Shopping

60

60

60

90

120

150

150

Escola

30

30

60

90

120

120

150

Hospital

30

60

60

90

120

150

180

Igreja

60

60

60

90

120

150

180

TRRF = 120 min

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126

Projeto de Estruturas de Concreto em Situação de Incêndio

b) redutor de TRRF via método do tempo equivalente (Seção 6.2 deste livro).

Será usada a Equação 6.1, repetida a seguir.

te = 0,07 qfi gn gs W

A carga de incêndio específica característica para escritórios, segundo o Anexo B, vale:

qfi = 700 MJ/m2

Como há chuveiros automáticos, detecção e brigada contra incêndio, então, segundo a tabela 6.2, gn vale:

gn = 0,6 × 0,9 × 0,9 = 0,486

Por ser um escritório, gs2, segundo a tabela 6.3, vale:

gs2 = 1,0

O fator de segurança gs1, determinado conforme Equação 6.3, vale:

γ s1 = 1 +

820 ( 63 + 3) A ( h + 3) =1+ = 1,54 100000 100000

gs1 = 1,54

O valor de W será determinado conforme a Equação 6.2.

⎧ 0,3 ⎛ ⎞4 ⎫ ⎛ A ⎪ ⎛ 6 ⎞0,3 ⎪ 6 ⎞ 4 W = ⎜ ⎟ ⎨0,62 + 90 × ⎜0,4 − v ⎟ ⎬ = ⎜ ⎟ 0,62 + 90 × (0,4 − 0,17 ) = 1,05 ⎜ ⎟ ⎝H⎠ ⎪ A f ⎪ ⎝ 3,20 ⎠ ⎝ ⎠ ⎭ ⎩

{

⎞

v⎟ ⎟ f⎠

4⎫

}

0,3 ⎪ ⎛ 6 ⎞ 4 ⎬=⎜ ⎟ 0,62 + 90 × (0,4 − 0,17 ) = 1,05

⎪ ⎝ 3,20 ⎠ ⎭

{

}

W = 1,05

Finalmente, tem-se:

te = 0,07 × 700 × 0,486 × 1,54 × 1,05 = 39 min

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Anexos 137

Anexo A Tabela A 1 – Classificação das edificações e áreas de risco quanto à ocupação (conforme Dec. Lei 46076/2001 – Estado de São Paulo) Grupo Ocupação/Uso Divisão Descrição

A

Residencial

A-1

Habitação unifamiliar.

Casas térreas ou assobradadas (isoladas e não isoladas) e condomínios horizontais.

A-2

Habitação multifamiliar.

Edifícios de apartamento em geral.

A-3

Habitação coletiva.

Pensionatos, internatos, alojamentos, mosteiros, conventos, residências geriátricas. Capacidade máxima de 16 leitos.

Hotel e assemelhado.

Hotéis, motéis, pensões, hospedarias, pousadas, albergues, casas de cômodos e divisão A3 com mais de 16 leitos. E assemelhados.

B-2

Hotel residencial.

Hotéis e assemelhados com cozinha própria nos apartamentos (incluem-se apart-hotéis, hotéis residenciais) e assemelhados.

C-1

Comércio com baixa carga Armarinhos, artigos de metal, louças, arde incêndio. tigos hospitalares e outros.

C-2

Comércio com média e alta carga de incêndio.

Edifícios de lojas de departamentos, magazines, galerias comerciais, supermercados em geral, mercados e outros.

C-3

Shopping centers.

Centro de compras em geral (shopping centers).

D-1

Local para prestação de serviço profissional ou condução de negócios.

Escritórios administrativos ou técnicos, instituições financeiras (que não estejam incluídas em D-2), repartições públicas, cabeleireiros, centros profissionais e assemelhados.

D-2

Agência bancária.

Agências bancárias e assemelhados.

D-3

Serviço de reparação (exceto os classificados em G-4).

Lavanderias, assistência técnica, reparação e manutenção de aparelhos eletrodomésticos, chaveiros, pintura de letreiros e outros.

D-4

Laboratório.

Laboratórios de análises clínicas sem internação, laboratórios químicos, fotográficos e assemelhados.

B-1 B

C

D

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Serviço de hospedagem

Comercial

Serviço profissional

Exemplos

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138

E

F

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Projeto de Estruturas de Concreto em Situação de Incêndio

Educacional e cultura física

Local de reunião de público

E-1

Escola em geral.

Escolas de primeiro, segundo e terceiro graus, cursos supletivos e pré-universitário e assemelhados.

E-2

Escola especial.

Escolas de artes e artesanato, de línguas, de cultura geral, de cultura estrangeira, escolas religiosas e assemelhados.

E-3

Locais de ensino e/ou práticas de artes marciais, ginástica (artística, dança, musculação e outros), esportes coletiEspaço para cultura física. vos (tênis, futebol e outros que não estejam incluídos em F-3), sauna, casas de fisioterapia e assemelhados.

E-4

Centro de treinamento profissional.

Escolas profissionais em geral.

E-5

Pré-escola.

Creches, escolas maternais, jardins de infância.

E-6

Escola para portadores de Escolas para excepcionais, deficientes deficiências. visuais e auditivos e assemelhados.

F-1

Local onde há objeto de valor inestimável.

Museus, centro de documentos históricos, bibliotecas e assemelhados.

F-2

Local religioso e velório.

Igrejas, capelas, sinagogas, mesquitas, templos, cemitérios, crematórios, necrotérios, salas de funerais e assemelhados.

F-3

Centro esportivo e de exibição.

Estádios, ginásios e piscinas com arquibancadas, rodeios, autódromos, sambódromos, arenas em geral, academias, pista de patinação e assemelhados.

F-4

Estação e terminal de passageiro.

Estações rodoferroviárias e marítimas, portos, metrô, aeroportos, heliponto, estações de transbordo em geral e assemelhados.

F-5

Arte cênica e auditório.

Teatros em geral, cinemas, óperas, auditórios de estúdios de rádio e televisão, auditórios em geral e assemelhados.

F-6

Clube social e diversão.

Boates, clubes em geral, salões de baile, restaurantes dançantes, clubes sociais, bingo, bilhares, tiro ao alvo, boliche e assemelhados.

F-7

Construção provisória.

Circos e assemelhados.

F-8

Local para refeição.

Restaurantes, lanchonetes, bares, cafés, refeitórios, cantinas e assemelhados.

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Capa Projeto de estruturas de concreto_Pignata_novo ISBN.pdf 1 08/12/2016 16:58:39

1

As estruturas das edificações devem ser verificadas para a situação de incêndio por exigência de legislação estadual ou pelo Código de Defesa do Consumidor.

Introdução

2 Segurança contra incêndio

3

O autor dedica-se a pesquisar esse assunto há mais de 20 anos e reconhece a pouca difusão que o tema tem no meio técnico. Em vista disso e aproveitando-se da recém-publicada norma brasileira sobre projeto de estruturas de concreto em situação de incêndio, resolveu contribuir com o engenheiro de estruturas escrevendo este livro.

PIGNATTA SILVA

Conteúdo

Valdir Pignatta Silva - Professor Doutor do Departamento de Engenharia de Estruturas e Geotécnica da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo.

- Autor de 7 livros e mais de 150 artigos publicados.

- Membro de mais de uma dezena de comissões de estudo da ABNT sobre estruturas e estruturas em situação de incêndio.

O incêndio

Comportamento dos materiais estruturais

5 C

Segurança das estruturas em situação de incêndio

M

Y

6

CM

Tempo requerido de resistência ao fogo

MY

CY

CMY

K

7 Dimensionamento de vigas de concreto

8 Dimensionamento de lajes de concreto

9 Dimensionamento de pilares de concreto

10 Métodos alternativos de dimensionamento

11

Com base principalmente na norma brasileira ABNT NBR 15200:2012, nas Instruções Técnicas do CBPMESP e na norma europeia Eurocode 2 parte 1.2, discorreu-se sobre diversos tópicos de interesse para o correto projeto de estruturas de concreto em situação de incêndio.

No capítulo 1, apresentam-se alguns incêndios históricos e sua influência na legislação brasileira. No capítulo 2, discorre-se sobre a segurança contra incêndio nas edificações e os principais aspectos que interferem na segurança das estruturas. Os capítulos 3 e 4 são dedicados à modelagem simplificada do incêndio e ao comportamento dos materiais a altas temperaturas. Nos capítulos 5 e 6, apresenta-se a forma de se determinar ações e resistências na situação excepcional de um incêndio e o tempo requerido de resistência ao fogo (TRRF). Seguem-se nos capítulos 7 a 9 os métodos simplificados e normatizados para o dimensionamento de lajes, vigas e pilares em incêndio. No capítulo 10, divulgam-se ferramentas para dimensionamento, alternativas às detalhadas na norma brasileira. No capítulo 11, incluem-se alguns exemplos de aplicação. Os anexos compreendem informações complementares aos capítulos do corpo principal do livro, alguns subsídios para pesquisadores e incluem-se dados para o dimensionamento de concreto de alta resistência conforme norma europeia.

Exemplos de aplicação

www.blucher.com.br

CONCRETO EM SITUAÇÃO DE INCÊNDIO

4

- Coordenador do programa de pós-graduação em engenharia civil da EPUSP (2003-2005).

PROJETO DE ESTRUTURAS DE CONCRETO EM SITUAÇÃO DE INCÊNDIO Conforme ABNT NBR 15200:2012 2ª edição

VALDIR PIGNATTA SILVA

- Vice-presidente da ALBRASCI Associação Luso-Brasileira para a Segurança contra Incêndio. http://www.lmc.ep.usp.br/people/valdir

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Projeto de Estruturas de Concreto em Situações de Incêndio Conforme ABNT NBR 15200:2012

Valdir Pignatta Silva ISBN: 9788521211280 Páginas: 237 Formato: 17x24 cm Ano de Publicação: 2016 Peso: 0.401 kg