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FACULDADE BRASILEIRA - MULTIVIX
CURSO DE GRADUAÇÃO DE ENGENHARIA CIVIL
FELIPE GERÔNIMO COCO
GUSTAVO MUNIZ FERNANDES
DIMENSIONAMENTO DE VIGAS DE AÇO EM SITUAÇÃO DE
INCÊNDIO E ANÁLISE DAS PROTEÇÕES TÉRMICAS
VITÓRIA
2013
FELIPE GERÔNIMO COCO
GUSTAVO MUNIZ FERNANDES
DIMENSIONAMENTO DE VIGAS DE AÇO EM SITUAÇÃO DE
INCÊNDIO E ANÁLISE DAS PROTEÇÕES TÉRMICAS
Trabalho de Conclusão de Curso de Graduação em Engenharia Civil apresentado à Faculdade MULTIVIX, como requisito parcial para obtenção do título de Bacharel em Engenharia Civil. Orientador: Prof. Msc. Elicarlos Vionet Scaramussa Correia.
VITÓRIA
2013
FELIPE GERÔNIMO COCO
GUSTAVO MUNIZ FERNANDES
DIMENSIONAMENTO DE VIGAS DE AÇO EM SITUAÇÃO DE
INCÊNDIO E ANÁLISE DAS PROTEÇÕES TÉRMICAS
Trabalho de Conclusão de Curso de Graduação em Engenharia apresentado à
Faculdade MULTIVIX, como requisito parcial para obtenção do grau de Bacharel em
Engenharia Civil
Aprovada em 12 de dezembro de 2013
COMISSÃO EXAMINADORA
Engenheiro Civil Msc. Elicarlos Vionet Scaramussa Correia Faculdade MULTIVIX Orientador
Engenheiro Civil Msc.Rodrigo Nóbrega Faculdade MULTIVIX Examinador
Engenheiro Civil Msc. Renato Fonseca Faculdade MULTIVIX Examinador
RESUMO
O consumo de aço no Brasil é considerado relativamente baixo em relação aos
países desenvolvidos, no entanto com o passar do tempo cada vez mais esse
material vem ganhando espaço no meio construtivo. Em paralelo à necessidade de
projetar e construir, os profissionais da engenharia e arquitetura devem ter o máximo
de cuidado no que diz respeito à segurança estrutural das edificações metálicas,
lembrando-se que o aço possui uma baixa resistência a temperaturas elevadas,
portanto é de extrema importância a sua verificação em situação de incêndio.
Para proteger a estrutura passivamente, evitando que a edificação entre em colapso
estrutural e os usuários sofram danos à saúde e ao bem material caso ocorra
sinistros relacionados à elevação de temperatura, pode-se adotar várias alternativas
diferentes para o sistema de proteção térmica. O trabalho em questão tem como
objetivo expor os métodos de dimensionamento de vigas metálicas em situação de
incêndio conforme as normas vigentes e avaliar os tipos de proteções mais
utilizadas, tanto no aspecto econômico, como no aspecto técnico, sendo elas a
argamassa projetada, tinta intumescente, placas de gesso acantonado, placas de lã
de rocha e manta fibrocerâmica.
Tomando como base a consulta em literaturas renomadas e normas pertinentes ao
assunto, foi realizado o dimensionamento citado acima através de planilhas elaboras
no Excel®, sendo realizado posteriormente o levantamento dos custos para a
aplicação dos diferentes tipos de proteção térmica sugeridas no trabalho. Depois de
realizado todo esse processo, verificou-se que a argamassa projetada foi a proteção
economicamente mais viável para o empreendimento hipotético analisado no
estudo, no entanto a diferença de custo entre esse tipo de material para a tinta
intumescente foi baixo, se comparado ao valor total da obra. Do exposto, conclui-se
que nem sempre a alternativa menos onerosa é a mais viável, devendo ser levado
em consideração também os aspectos técnicos, tais como, estética, facilidade de
aplicação, manutenção e limpeza na obra.
Palavras-chave: Incêndio. Proteção. Aço. Segurança Estrutural.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Fachada do Edifício Avenida Central – RJ ................................................. 12
Figura 2: Imagens do Edifício Joelma no instante do incêndio ocorrido 1974 ........... 13
Figura 3: Perfil em aço laminado de seção “I” ........................................................... 17
Figura 4: Vigas Alveolares......................................................................................... 18
Figura 5: Desenho esquemático Vigas Treliçadas .................................................... 18
Figura 6: Desenho esquemático Vigas Vierendeel .................................................... 19
Figura 7: Viga mista constituída de aço e madeira .................................................... 19
Figura 8: Ilustração esquemática – Diagramas de esforços de uma viga biapoiada . 20
Figura 9: Gráfico ilustrando as variáveis para o cálculo literal do momento de inércia
de uma peça qualquer ............................................................................................... 21
Figura 10: Nomenclatura das partes constituintes de um perfil “I” ............................ 22
Figura 11: Diagrama tensão-deformação do aço ...................................................... 24
Figura 12: Estrutura de uma ponte construída em aço patinável .............................. 28
Figura 13: Triângulo do fogo ..................................................................................... 29
Figura 14: Gráfico temperatura x tempo de um incêndio........................................... 30
Figura 15: Modelo do gráfico de incêndio padrão ..................................................... 31
Figura 16: Modelo do gráfico de incêndio natural ...................................................... 33
Figura 17: Desenho esquemático ilustrando os mecanismos de transferência de
calor........................................................................................................................... 39
Figura 18: Imagem de uma viga metálica após ocorrência de um incêndio .............. 43
Figura 19: Gráfico alongamento do aço x temperatura ............................................. 45
Figura 20: Gráfico calor específico x temperatura ..................................................... 46
Figura 21: Gráfico condutividade térmica x temperatura ........................................... 47
Figura 22: Gráfico temperatura x tempo para diferentes fatores de massividade ..... 48
Figura 23: Fator de massividade de um perfil mediante diferentes tipos de exposição
ao fogo ...................................................................................................................... 49
Figura 24: Gráfico temperatura x tempo para o TRRF .............................................. 49
Figura 25: Ilustração esquemática de perfis com proteção tipo contorno e tipo caixa
respectivamente ........................................................................................................ 53
Figura 26: Vermiculita em forma de flocos ................................................................ 54
Figura 27: Aplicação de argamassa projetada cimentitious em viga metálica........... 55
Figura 28: Aplicação de argamassa projetada a base de fibras minerais em viga
metálica ..................................................................................................................... 56
Figura 29: Estrutura de aço revestida por manta fibrocerâmica ................................ 58
Figura 30: Estrutura metálica revestida com placas de gesso acartonado................ 58
Figura 31: Estrutura metálica revestida com placas de lã de rocha constituindo
proteção do tipo caixão ............................................................................................. 59
Figura 32: Efeito da tinta intumescente mediante exposição ao fogo ....................... 60
Figura 33: Encamisamento de pilar de metálico com utilização de concreto armado
.................................................................................................................................. 61
Figura 34: Edifício com esquema de estrutura irrigada para proteção contra incêndio
.................................................................................................................................. 62
Figura 35: Ilustração da alma de um perfil “i” ............................................................ 73
Figura 36: Ilustração da mesa de um perfil “i” ........................................................... 74
Figura 37: Ilustração de uma viga metálica submetida à flambagem lateral por torção
(FLT).......................................................................................................................... 77
Figura 38: Ilustração de uma viga possuindo enrijecedores intermediários .............. 81
Figura 39: Gráfico de fatores de redução da resistência do aço ............................... 84
Figura 40: Laje pré-moldada de EPS (isopor) ........................................................... 97
Figura 41: Planta baixa pavimento tipo .................................................................... 99
Figura 42: Planta esquemática das vigas do projeto ............................................... 100
Figura 43: Planta esquemática - Faixa de influência das vigas ............................... 102
Figura 44: Ilustração esquemática mostrando como as vigas estarão expostas ao
fogo ......................................................................................................................... 110
Figura 45: Ilustração esquemática mostrando a parede como barreira para a viga 2
................................................................................................................................ 111
Figura 46: Histograma comparativo do valor das proteções térmicas com relação ao
tipo de aço (MR 250 ou AR 350) utilizado no projeto. ............................................. 126
Figura 47: Histograma comparativo do valor do aço (MR 250 ou AR 350) revestido
com proteção térmica. ............................................................................................. 127
LISTA DE TABELAS
Tabela 1: Classificação das edificações quanto ao tipo de uso e ocupação ............. 34
Tabela 2: Classificação das edificações quanto à altura ........................................... 38
Tabela 3: Classificação do risco das edificações quanto a carga de incêndio .......... 39
Tabela 4: Fatores de redução da resistência do aço ................................................. 83
Tabela 5: Características das proteções térmicas ..................................................... 94
Tabela 6: Características dos aços utilizados ........................................................... 95
Tabela 7: Planilha orçamentária de proteções térmicas para vigas em aço MR 250
................................................................................................................................ 114
Tabela 8: Planilha orçamentária de proteções térmicas, incluindo fornecimento e
instalação das vigas – aço MR 250 ......................................................................... 115
LISTA DE QUADROS
Quadro 1: Propriedades mecânicas mínimas dos aços mais utilizados em estruturas
.................................................................................................................................. 26
Quadro 2: Carga de incêndio nas edificações ........................................................... 38
Quadro 3: Método tabular para determinação do TRRF ........................................... 50
Quadro 4: Exemplo de Carta de cobertura para placa de gesso acartonado ............ 64
Quadro 5: Quadro com critérios de isenção para verificação estrutural em situação
de incêndio ................................................................................................................ 65
Quadro 6: Valores dos coeficientes de ponderação das ações ................................. 68
Quadro 7: Valores dos fatores de combinação e redução......................................... 68
Quadro 8: Valores máximos permitidos de deslocamento (flecha) ........................... 69
Quadro 9: Coeficiente para ações permanentes diretas consideradas
separadamente ......................................................................................................... 85
Quadro 10: Coeficiente para ações permanentes diretas agrupadas ................... 85
Quadro 11: Parâmetros obtidos no dimensionamento da viga 1 para temperatura
ambiente.................................................................................................................. 103
Quadro 12: Parâmetros obtidos no dimensionamento da viga 2 para temperatura
ambiente.................................................................................................................. 104
Quadro 13: Parâmetros obtidos no dimensionamento da viga 3 para temperatura
ambiente.................................................................................................................. 105
Quadro 14: Parâmetros obtidos no dimensionamento da viga 4 para temperatura
ambiente.................................................................................................................. 106
Quadro 15: Parâmetros obtidos no dimensionamento da viga 5 para temperatura
ambiente.................................................................................................................. 107
Quadro 16: Parâmetros obtidos no dimensionamento da viga 6 para temperatura
ambiente.................................................................................................................. 108
Quadro 17: Resumo das vigas de aço utilizadas nos pavimentos tipo .................... 109
Quadro 18: Parâmetros obtidos no dimensionamento da viga 1, 3 e 4 em situação de
incêndio ................................................................................................................... 112
Quadro 19: Parâmetros obtidos no dimensionamento da viga 5 e 6 em situação de
incêndio ................................................................................................................... 112
Quadro 20: Quantitativo de áreas para proteções térmicas nas vigas .................... 113
Quadro 21: Planilha orçamentária para fornecimento e instalação das vigas
metálicas ................................................................................................................. 114
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ............................................................................................... 12
1.1 PROBLEMA .................................................................................................... 14
1.2 OBJETIVOS .................................................................................................... 15
1.2.1 Objetivo Geral ............................................................................................. 15
1.2.2 Objetivos Específicos ................................................................................ 15
1.3 JUSTIFICATIVA .............................................................................................. 15
2 VIGAS ............................................................................................................ 17
2.1 TIPOS DE VIGAS METÁLICAS ...................................................................... 17
2.2 FLEXÃO NAS VIGAS ..................................................................................... 19
2.3 PROPRIEDADES GEOMÉTRICAS DAS VIGAS ............................................ 20
3 AÇOS E SUAS PROPRIEDADES ................................................................. 23
3.1 PROPRIEDADES DOS AÇOS ESTRUTURAIS ............................................. 23
3.1.1 Diagrama tensão-deformação ................................................................... 23
3.1.2 Ductilidade .................................................................................................. 24
3.1.3 Fragilidade................................................................................................... 25
3.1.4 Resiliência ................................................................................................... 25
3.1.5 Tenacidade .................................................................................................. 25
3.1.6 Fadiga .......................................................................................................... 25
3.2 TIPOS DE AÇOS UTILIZADOS EM ESTRUTURAS ............................................. 26
3.2.1 Aços-Carbono ............................................................................................. 27
3.2.2 Aços de baixa liga ...................................................................................... 27
3.2.3 Aços patináveis .......................................................................................... 27
3.2.4 Aços com tratamento térmico ................................................................... 28
4 INCÊNDIO E MECANISMOS DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR ................ 29
4.1 FORMAÇÃO E EVOLUÇÃO DE UM INCÊNDIO ............................................ 29
4.2 INCÊNDIO PADRÃO ...................................................................................... 31
4.3 INCÊNDIO NATURAL..................................................................................... 32
4.4 CLASSIFICAÇÃO DO FOGO ......................................................................... 33
4.5 CLASSIFICAÇÃO DAS EDIFICAÇÕES .......................................................... 33
4.6 ALTURA DA EDIFICAÇÃO ............................................................................. 37
4.7 CARGA DE INCÊNDIO DOS EDIFÍCIOS ....................................................... 38
4.8 MECANISMOS DE TRANSFERÊNCIA CALOR ............................................. 39
4.8.1 Condução .................................................................................................... 39
4.8.2 Convecção................................................................................................... 40
4.8.3 Radiação ...................................................................................................... 40
4.9 MEDIDAS DE PROTEÇÃO CONTRA INCÊNDIO ................................................ 40
5 COMPORTAMENTO DO AÇO EM SITUAÇÃO DE INCÊNCIO .................... 42
5.1 PROPRIEDADES MECÂNICAS E TÉRMICAS DO AÇO MEDIANTE AO
FOGO ........................................................................................................................ 43
5.1.1 Resistência ao escoamento e módulo de elasticidade ........................... 43
5.1.2 Massa específica ........................................................................................ 43
5.1.3 Alongamento ............................................................................................... 44
5.1.4 Calor específico .......................................................................................... 45
5.1.5 Condutividade térmica ............................................................................... 46
5.2 FATOR DE MASSIVIDADE OU FORMA ........................................................ 47
5.3 TEMPO REQUERIDO DE RESISTÊNCIA AO FOGO (TRRF) ....................... 49
5.4 DETERMINAÇÃO DA TEMPERATURA NO AÇO EXPOSTO AO FOGO SEM
PROTEÇÃO TÉRMICA ............................................................................................. 51
5.5 PROTEÇÕES TÉRMICAS PARA VIGAS DE AÇO EM SITUAÇÃO DE
INCÊNDIO ................................................................................................................. 52
5.5.1 Argamassa projetada à base de vermiculita ............................................ 53
5.5.2 Argamassa projetada cimentícia (cimentitious) ...................................... 54
5.5.3 Argamassa projetada à base de fibra mineral .......................................... 55
5.5.4 Mantas ......................................................................................................... 57
5.5.5 Placas rígidas .............................................................................................. 58
5.5.6 Pintura intumescente ................................................................................. 59
5.5.7 Encamisamento com concreto armado ou concreto celular .................. 60
5.5.8 Estruturas irrigadas .................................................................................... 61
5.5.9 Aumento da seção do perfil ....................................................................... 62
5.6 DETERMINAÇÃO DA TEMPERATURA NO AÇO EXPOSTO A ALTAS
TEMPERATURAS COM PROTEÇÃO TÉRMICA...................................................... 62
5.7 CARTA DE COBERTURA DOS MATERIAIS DE PROTEÇÃO TÉRMICA ....... 64
5.8 CRITÉRIOS DE ISENÇÃO DE VERIFICAÇÃO ESTRUTURAL EM SITUAÇÃO
DE INCÊNDIO ........................................................................................................... 65
5.9 REUTILIZAÇÃO DOS ELEMENTOS ESTRUTURAIS APÓS O INCÊNDIO ... 65
6 DIMENSIONAMENTO DE VIGAS DE EM AÇO EM TEMPERATURA
AMBIENTE NBR 8800 (2008) ................................................................................... 66
6.1 COMBINAÇÃO DE AÇÕES E ESFORÇOS SOLICITANTES ......................... 66
6.1.1 Combinações últimas normais .................................................................. 67
6.1.2 Combinações para os estados limites de utilização ............................... 69
6.2 PRÉ-DIMENSIONAMENTO DO PERFIL ............................................................. 71
6.3 DETERMINAÇÃO DO MOMENTO FLETOR RESISTENTE .......................... 71
6.3.1 Verificação da esbeltez .............................................................................. 72
6.3.2 Flambagem local da alma (FLA) ................................................................ 72
6.3.3 Flambagem local da mesa (FLM) ............................................................... 74
6.3.4 Flambagem lateral por torção (FLT) .......................................................... 76
6.3.5 Limite do momento resistente ................................................................... 79
6.4 DETERMINAÇÃO DO ESFORÇO CORTANTE RESISTENTE ...................... 79
7 DIMENSIONAMENTO DE VIGAS DE AÇO EM SITUAÇÃO DE INCÊNDIO
SEM UTILIZAÇÃO DE PROTEÇÃO TÉRMICA NBR 14323 (2003) ........................ 82
7.1 FATOR DE MASSIVIDADE ............................................................................ 82
7.2 TEMPERATURA ATINGIDA PELO PERFIL DE AÇO DURANTE O INCÊNDIO
........................................................................................................................ 82
7.3 FATORES DE REDUÇÃO DO LIMITE DE ESCOAMENTO E MÓDULO DE
ELASTICIDADE ........................................................................................................ 82
7.4 COMBINAÇÕES DE AÇÕES PARA O ESTADO LIMITE ÚLTIMO ................ 84
7.5 VERIFICAÇÃO QUANTO AO MOMENTO FLETOR PARA OS ESTADOS
LIMITES ÚLTIMOS ................................................................................................... 86
7.5.1 Parâmetros considerados nos cálculos ................................................... 86
7.5.2 Flambagem local da mesa (FLM) e Flambagem local da alma (FLA) ..... 87
7.6 VERIFICAÇÃO QUANTO AO ESFORÇO CORTANTE PARA OS ESTADOS
LIMITES ÚLTIMOS ................................................................................................... 88
8 DIMENSIONAMENTO DE VIGAS DE AÇO EM SITUAÇÃO DE INCÊNDIO
COM UTILIZAÇÃO DE PROTEÇÃO TÉRMICA NBR 14323 (2003) ........................ 90
9 METODOLOGIA............................................................................................. 91
9.1 TIPOS DE PESQUISA .................................................................................... 91
9.2 PROCEDIMENTOS TÉCNICOS ..................................................................... 92
9.3 UNIVERSO E AMOSTRA ............................................................................... 92
9.4 COLETA DE DADOS ...................................................................................... 93
10 APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS DADOS COLETADOS ....................... 94
10.1 INTRODUÇÃO AO PROJETO ........................................................................ 94
10.2 RESTRIÇÕES DE PROJETO ......................................................................... 96
10.3 CARREGAMENTOS UTILIZADOS NO DIMENSIONAMENTO ...................... 97
10.4 PROJETO ARQUITETÔNICO ........................................................................ 99
10.5 DIMENSIONAMENTO DAS VIGAS SEGUNDO NBR 8800 (2008) .............. 100
10.5.1 Viga 1 ......................................................................................................... 102
10.5.2 Viga 2 ......................................................................................................... 103
10.5.3 Viga 3 ......................................................................................................... 104
10.5.4 Viga 4 ......................................................................................................... 105
10.5.5 Viga 5 ......................................................................................................... 106
10.5.6 Viga 6 ......................................................................................................... 107
10.5.7 Padronização das vigas ........................................................................... 108
10.6 DIMENSIONAMENTO DAS VIGAS SEGUNDO NBR 14323 (2003) ............ 109
10.7 LEVANTAMENTO DOS CUSTOS ................................................................ 113
11 CONSIDERAÇÕES FINAIS ......................................................................... 116
12 REFERÊNCIAS ............................................................................................ 120
APÊNDICE....................................................................................................125
APÊNDICE A.................................................................................................126
APÊNDICE B.................................................................................................127
12
1 INTRODUÇÃO
O uso das estruturas metálicas na construção civil tem aumentado cada vez mais
com o passar dos anos, devido à praticidade e rapidez de execução das obras, visto
que o prazo é um dos maiores problemas no que diz respeito a serviços de
engenharia e construção. Aliado à rapidez de execução as estruturas metálicas
também proporcionam grande flexibilidade na arquitetura e nos métodos
construtivos, podendo vencer grandes vãos com peças mais esbeltas que estruturas
de concreto ou madeiras, além de reduzir as cargas nas fundações. Como exemplo
de grandes obras executadas em estruturas metálicas no Brasil podemos citar o
Edifício Avenida Central (figura 1), localizado no Rio de Janeiro, construído no ano
de 1961, conforme ilustrado por Dias (1999).
-
Figura 1: Fachada do Edifício Avenida Central – RJ
Fonte: Dias, 1999, p. 21
Apesar das edificações em estruturas metálicas apresentarem grandes vantagens
com relação à estética e flexibilidade na arquitetura, o aço utilizado nas peças
estruturais apresenta uma considerável perda de resistência mediante a situação de
elevação de temperatura. Do exposto, surge a necessidade de proteger a estrutura
para que em situação de incêndio e pânico o empreendimento não venha a ruir ou
apresentar grandes danos ao patrimônio, além de proporcionar tempo hábil para
13
evacuação dos usuários da edificação. Segundo Silva, Vargas, Ono (2010) mediante
estatísticas internacionais, a cada dez minutos uma vida humana é perdida devida a
ocorrência de incêndios, no qual o principal motivo dessas mortes é a fumaça
gerada nos primeiros momentos do sinistro. No Brasil, um dos acidentes mais
catastróficos relacionado a incêndio aconteceu em fevereiro de 1974 no Edifício
Joelma, localizado na cidade de São Paulo, no qual deixou 188 mortos e 345
feridos. A figura 2 abaixo mostra a fachada do Edifício Joelma no instante do
acidente.
Figura 2: Imagens do Edifício Joelma no instante do incêndio ocorrido 1974
Fonte: Screentvoficial, 2013
Além do Edifício Joelma, vários outros empreendimentos importantes passaram pela
ocorrência de incêndio deixando grandes prejuízos no que diz respeito ao bem
material e a vida humana, como o Edifício Andraus e o Edifício Grande Avenida,
ambos localizados em São Paulo, totalizando 33 mortes ao todo. Até o ano de 1987
no país, ainda não se tinha normas rigorosas com relação à proteção estrutural
contra incêndio nas edificações. No entanto segundo Ferreira, Correia, Azevedo
(2006) a partir desse período houve um avanço significativo na elaboração e
aplicação de normas de segurança contra fogo no país, porém apenas em 1999 a
ABNT colocou em vigor a NBR 14323 – Dimensionamento de estruturas de aço em
situação de incêndio, fazendo com que a concepção dos projetos passasse a
incorporar medidas de proteções passivas em seu sistema estrutural, garantindo a
integridade da edificação em situação de temperaturas elevadas.
14
Diante da necessidade de expandir o conhecimento nessa área que ainda carece de
bibliografias e informações, o presente trabalho trás consigo a proposta de
dimensionar as vigas metálicas de um edifício de quatro pavimentos em situação de
elevação de temperatura, e avaliar os tipos de proteções mais usuais disponíveis no
mercado, expondo tanto aspectos técnicos quanto financeiros.
O trabalho foi dividido em três etapas, sendo elas, o referencial teórico que consiste
na pesquisa bibliográfica junta a livros, artigos, normas e sites, na apresentação e
análise dos dados coletados, que expõe as informações geradas no
dimensionamento, bem como os tipos de proteções utilizadas e os custos que
envolvem a execução do sistema, e por fim as considerações finais, que tem como
objetivo comparar as informações adquiridas no decorrer do estudo e opinar no que
diz respeito aos resultados alcançados, sugerindo melhorias para estudos futuros e
visando ampliar o campo de visão dos profissionais de engenharia no que tange ao
dimensionamento de estruturas metálicas em situação de incêndio.
1.1 PROBLEMA
Devido a grande utilização de estruturas metálicas na construção de edifícios, sejam
eles comerciais, residenciais ou de ocupação mista, surge a necessidade de
proteção ao patrimônio e a vida dos usuários da edificação em situação de incêndio
e pânico, fato que deve ser observado na execução do projeto e no
dimensionamento da estrutura, visto que existem normas pertinentes ao assunto e
vários meios de tecnologia que possibilitam a proteção dos elementos estruturais
expostos ao fogo. Ficando a cargo de o projetista realizar o correto
dimensionamento da estrutura e avaliar qual proteção será mais vantajosa para o
empreendimento, tendo em vista o custo do sistema e os aspectos técnicos
referentes à aplicação, estética e manutenção.
15
Neste contexto o presente estudo se propõe a responder a seguinte questão
problema: Como dimensionar vigas de aço em situação de incêndio e fazer a
escolha do melhor tipo de proteção térmica a ser utilizada?
1.2 OBJETIVOS
1.2.1 Objetivo Geral
Dimensionar as vigas metálicas de um edifício residencial de quatro pavimentos em
situação de incêndio e fazer uma análise técnica e econômica quanto aos diferentes
tipos de proteções térmicas utilizadas.
1.2.2 Objetivos Específicos
conceituar vigas de aço e suas respectivas propriedades;
apresentar conceitos gerais sobre incêndio e mecanismo de transferência de
calor;
avaliar o comportamento do aço mediante exposição ao fogo;
expor procedimentos de dimensionamento de vigas de aço em situação de
incêndio mediante as normas técnicas e literaturas consultadas;
Apresentar os tipos de materiais para proteção térmica e avaliar os seus
respectivos custos.
1.3 JUSTIFICATIVA
A construção civil está cada vez mais demandada por tecnologia e rapidez na
execução das obras, com isso as construções em estruturas metálicas têm
conquistado um amplo espaço no meio construtivo.
16
Em paralelo com a concepção do método construtivo o projetista precisa se atentar
para os requisitos de segurança das estruturas e os riscos que a mesma poderá
oferecer aos usuários caso ocorra uma situação de pânico e incêndio, pois em
princípio de colapso estrutural devido ao incêndio, a edificação deverá propor um
tempo mínimo suficiente para evacuação dos usuários e a preservação total ou
parcial do patrimônio.
A proteção das estruturas metálicas em situação de incêndio é um assunto amplo e
de extrema importância na área de engenharia civil, porém carece de bibliografias e
estudos voltados para esse tema. O principal motivo que levou à realização deste
trabalho foi o interesse em conhecer e divulgar o assunto, visto que não foi um tema
abordado no curso de graduação e que deve ser observado pelos profissionais que
atuam na área de projetos estruturais.
17
2 VIGAS
As vigas são elementos de extrema importância em um sistema estrutural, podendo
fazer parte de complexas estruturas ou até simples pórticos planos. Segundo Dias
(1997) estão sujeitas basicamente à flexão e são empregadas para vencer vãos
horizontais, trabalham transferindo cargas que geralmente são verticais para os
apoios através de um caminhamento horizontal. Para Hibbeler (2010) as vigas são
elementos delgados que suportam carregamentos aplicados perpendicularmente em
seu eixo longitudinal.
2.1 TIPOS DE VIGAS METÁLICAS
Na área de estruturas existem diversos tipos de vigas metálicas, e cada viga deve
ser concebida de acordo com o projeto a ser implantado e a função a ser exercida.
As vigas podem ser de alma cheia, alveolares, treliçadas, vierendeel e mistas.
As vigas de alma cheia são perfis em formato de “I” em que as massas são
concentradas em duas chapas horizontais, sendo uma superior e outra inferior,
ligadas perpendicularmente por uma chapa delgada. Na distribuição das cargas
absorvidas pela viga, as mesas ficam responsáveis pelos esforços de momento
fletor e a alma pelos esforços de força cortante. Do exposto necessita-se que as
mesas sejam mais espessas que a alma, conforme ilustra a figura 3.
Figura 3: Perfil em aço laminado de seção “I”
Fonte: Specialtb, 2013
18
As vigas alveolares conforme ilustrada na figura 4,são peças no formato de “I”, no
qual é feito um corte longitudinal no eixo da alma do perfil juntamente com a
abertura de orifícios neste mesmo plano, estas partes separadas são soldadas
posteriormente com um deslocamento de forma que exista vazios na alma da viga.
Com esse método de fabricação a seção transversal da viga terá uma altura
significativamente maior que o formato original, com a mesma massa inicial, tendo
uma melhor inércia e uma redução no peso.
Figura 4: Vigas Alveolares
Fonte: Archiexpo, 2013
As vigas treliçadas são estruturas constituídas por barras localizadas no mesmo
plano geométrico submetidas a cargas nodais (esforços transferidos para os nós)
conectadas via ligações soldadas ou parafusadas. A figura 5 abaixo ilustra um
desenho esquemático de uma viga treliçada.
Figura 5: Desenho esquemático Vigas Treliçadas
Fonte: Dados primários, 2013
As vigas Vierendeel conforme ilustrado na figura 6,são compostas de barras
resistentes na forma de quadros, unidas entre si por meio de ligações rígidas, e
devem resistir aos esforços em que a viga será submetida. Em função da
característica dos seus vínculos, essas vigas são mais deformáveis que as treliças
planas. DIAS (1997).
19
Figura 6: Desenho esquemático Vigas Vierendeel
Fonte: Dados primários, 2013
Existem ainda as vigas mistas, que segundo Hibbeler (2010) são vigas construídas
com dois ou mais materiais diferentes, como madeira e concreto. A figura 7 abaixo
ilustra um exemplo de viga mista composta de aço e madeira.
Figura 7: Viga mista constituída de aço e madeira
Fonte: C3equipamentos, 2013
2.2 FLEXÃO NAS VIGAS
As vigas submetidas a carregamentos transversais sofrem tensões internas
provocando deformações ao longo de seu eixo longitudinal. Portanto para o correto
dimensionamento da viga é necessário fazer a classificação da flexão segundo os
esforços a que a peça estará submetida. As flexões nas vigas são classificadas em
flexão pura ou simples.
Na ocorrência da flexão pura tem-se atuando na viga apenas o momento fletor, já na
flexão simples existe na viga a atuação de esforços de momento fletor e força
cortante. PINHEIRO (2005).
Devido à flexão em que as vigas estão submetidas, surge uma deformação na peça
estrutural, que na prática é chamada de flecha. Segundo Botelho (1998) as peças
20
podem apresentar grandes deformações, a forma deformada da viga é chamada
linha elástica deformada.
A limitação de flechas provocadas pelas cargas permanentes tem a finalidade de evitar deformações pouco estéticas. As flechas permanentes exageradas (vulgarmente chamadas barriga) produzem uma sensação intuitiva de insegurança. (PFEIL, 1995, p.152)
A figura 8 ilustra abaixo uma viga biapoiada resistindo a esforços de cisalhamento e
momento fletor. O trecho compreendido entre a extremidade e a força P está
submetido à flexão simples, pois há existência de força cortante e momento fletor, e
o trecho entre as forças concentradas, está submetido à flexão pura, devido ao fato
de existir nesse trecho, apenas momento fletor.
Figura 8: Ilustração esquemática – Diagramas de esforços de uma viga biapoiada
Fonte: Dados primários, 2013
2.3 PROPRIEDADES GEOMÉTRICAS DAS VIGAS
Para o correto dimensionamento das vigas metálicas, existem quatro propriedades
geométricas da peça estrutural que são imprescindíveis para os cálculos, sendo
21
estes o momento de inércia (I), raio de giração (r), módulo resistente a flexão (W) e
módulo de resistência plástico (Z).
Segundo Halliday (2008), momento de inércia (I) é a forma como a massa de um
corpo está distribuída em relação ao eixo de rotação. O valor do momento de inércia
é obtido pelo produto de um elemento de área pelo quadrado de sua distância a um
eixo considerado.
Figura 9: Gráfico ilustrando as variáveis para o cálculo literal do momento de inércia de uma peça qualquer
Fonte: Dados primários, 2013
O cálculo do momento de inércia em relação ao eixo “x” é dado pela integral da
equação 1, e em relação ao eixo “y”, a integral da equação 2.
∫
∫
O raio de giração (r) Segundo Botelho (1998) tem uma característica linear, sendo
obtido pelo resultado da raiz quadrada da razão entre o momento de inércia e a área
da seção.
√
22
Segundo Pinheiro (2005), o módulo resistente a flexão (W) é a razão entre o
momento de inércia e a distância do centro de gravidade até a extremidade superior
ou inferior da seção da peça.
O módulo de resistência plástico (Z) é uma das propriedades geométricas mais
importantes das vigas, sendo fundamental para o cálculo do momento de
plastificação do perfil.
∫
Para o calculo do módulo de resistência plástico em perfis “I”, o valor pode ser obtido
através da tabela do fabricante ou pela equação 6.
( )
( )
A figura 10 ilustra a nomenclatura de cada parte que compõe um perfil “I”.
Figura 10: Nomenclatura das partes constituintes de um perfil “I”
Fonte: Dados primários, 2013
23
3 AÇOS E SUAS PROPRIEDADES
3.1 PROPRIEDADES DOS AÇOS ESTRUTURAIS
Na área da engenharia é muito comum a utilização do aço como peças estruturais, e
os fatores mais importantes considerados no dimensionamento são a resistência
mecânica e a durabilidade do material. “Os aços estruturais são fabricados conforme
as características mecânicas e/ou químicas, desejáveis no produto final.”
(PINHEIRO, 2005, p.06).
3.1.1 Diagrama tensão-deformação
As barras de aço submetidas a esforços de tração estão sujeitas a um alongamento
na direção de seu comprimento, onde o monitoramento das tensões aplicadas e das
deformações verificadas neste material podem ser expressas pelo diagrama tensão-
deformação. A deformação durante o ensaio é medida com o auxílio de um aparelho
acoplado a máquina, chamado extensômetro.
Uma das fases do ensaio é a fase elástica, no qual o material obedece a Lei de
Hooke, onde para certos valores de tensão o material obedece a um comportamento
linear, tendo sua deformação proporcional à tensão aplicada. A elasticidade é a
propriedade que o material tem de voltar ao seu estado inicial após vários ciclos de
carga e descarga. A constante de proporcionalidade desde trecho retilíneo do gráfico
é denominada módulo de elasticidade. DIAS (1997).
Segundo Hibbeler (2010) um pequeno aumento de tensão acima do limite de
elasticidade fará com que a peça sofra deformações permanentes. A tensão que
provoca este comportamento é chamada tensão de escoamento, e nessa fase o
material sofre deformações plásticas, não retornando ao seu estado inicial.
24
Segundo Dias (1997) após o escoamento, ainda na fase plástica o material entra em
uma fase chamada encruamento, em que há novamente a variação de tensão com a
deformação, porém de forma não linear. O máximo valor de tensão antes da ruptura
é chamado limite de resistência do aço.
A tensão de escoamento e a tensão última são as propriedades mais importantes do
aço no que diz respeito ao cálculo de estruturas, pois se deve impedir que o aço
atinja essas tensões, de forma a limitar as deformações da peça, ajudando a
prevenir o colapso estrutural.
Figura 11:Diagrama tensão-deformação do aço
Fonte: Cesec, 2013
3.1.2 Ductilidade
Ductilidade é a capacidade dos materiais de se deformar plasticamente antes da
ruptura. As vigas de aço dúcteis sofrem grandes deformações antes de se
romperem, sendo na prática um aviso da presença de tensões elevadas na
estrutura. DIAS (1997).
25
3.1.3 Fragilidade
“É o oposto da ductilidade. Os aços podem ser tomados frágeis pela ação de
diversos agentes: baixas temperaturas, efeitos térmicos locais causados, por
exemplo, por solda elétrica etc.” (PFEIL, 1995, p.07).
Segundo Dias (1997) um material frágil como o ferro fundido, por exemplo, não se
deforma plasticamente antes da ruptura, diz-se então que o material possui ruptura
brusca, abrupta.
3.1.4 Resiliência
“É a capacidade do material de absorver energia mecânica em regime elástico.”
(PINHEIRO, 2005, p.10).
3.1.5 Tenacidade
Tenacidade é a capacidade de o material absorver energia mecânica quando
submetidos a cargas de impacto. DIAS (1997).
Segundo Pfeil (1995) a tenacidade é medida pela área total abaixo da curva do
diagrama de tensão-deformação no ensaio de tração simples, (dada em J/m³ -
Joules por metro cúbico).
3.1.6 Fadiga
A fadiga de um material é verificada quando a peça está submetida ao efeito de
esforços repetitivos em grande número, podendo haver ruptura do material sob
26
tensões inferiores as obtidas no ensaio de tensão-deformação, no qual se utiliza
carregamento estático.
No dimensionamento de estruturas sob efeito dinâmico é imprescindível a
verificação à fadiga, tais como pontes e peças de máquinas por exemplo. DIAS
(1997).
3.2 TIPOS DE AÇOS UTILIZADOS EM ESTRUTURAS
Segundo Dias (1997) a composição química na fabricação do aço influência
diretamente na resistência do material para aplicações estruturais. Sendo o aço uma
liga metálica composta pela mistura do ferro com demais elementos, podem-se obter
aços de vários tipos. Os aços utilizados na área de estruturas são divididos em dois
grupos: aços-carbono e aços de baixa liga. O quadro 1abaixo mostra alguns aços
utilizados em estruturas e suas respectivas nomenclaturas especificadas por normas
técnicas. Os perfis de seção “I” utilizados em sistemas estruturais podem ser do tipo
soldado ou do tipo laminado, sendo que no presente trabalho as vigas serão
dimensionadas utilizando perfis laminados.
Quadro 1: Propriedades mecânicas mínimas dos aços mais utilizados em estruturas
Fonte: Belley, 2008, p. 45
27
3.2.1 Aços-Carbono
Segundo Pfeil (1995), os aços-carbono são os tipos mais utilizados. Em função do
teor de carbono, distinguem-se em quatro categorias:
I) Baixo carbono (C < 0,15%)
II) Moderado (0,15% < C < 0,29%)
III) Médio carbono (0,30% < C < 0,59%)
IV) Alto carbono (0,60% < C < 1,70%)
O aumento do teor de carbono constitui a maneira mais econômica para obtenção da resistência mecânica nos aços, atuando primordialmente no limite de resistência. Por outro lado, prejudica sensivelmente a ductilidade (em especial o dobramento) e a tenacidade. (DIAS, 2007, p.76)
3.2.2 Aços de baixa liga
Segundo Pfeil (1995) os aços de baixa liga são aços-carbono em que para melhorar
sua resistência são adicionados elementos de liga em sua composição (cromo,
cobre, manganês, molibdênio, níquel, fósforo, vanádio, zircônio). Através da adição
desses elementos de liga ocorre a modificação da microestrutura em grãos finos,
podendo aumentar consideravelmente a resistência mecânica e a soldabilidade do
aço.
3.2.3 Aços patináveis
Segundo Pfeil (1995) os aços patináveis caracterizam-se por oferecer maior
resistência à corrosão atmosférica e resistência mecânica adequada. No processo
de fabricação desse tipo de aço são adicionados elementos de liga, como o cobre,
níquel e cromo, criando uma espécie de barreira à corrosão do aço. Quando exposto
a atmosferas agressivas, nos aços patináveis cria-se uma camada protetora de
28
óxido que impede o desenvolvimento do processo corrosivo, podendo ser utilizado
sem qualquer revestimento. DIAS (1997).
Figura 12: Estrutura de uma ponte construída em aço patinável
Fonte: Cbca, 2013
3.2.4 Aços com tratamento térmico
Os aços-carbono e os aços de baixa liga podem ter sua resistência mecânica
aumentada através do tratamento térmico, porém, tornam-se aços com maiores
dificuldades para soldagem, o que os tornam pouco usuais em estruturas. PFEIL
(1995).
29
4 INCÊNDIO E MECANISMOS DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR
4.1 FORMAÇÃO E EVOLUÇÃO DE UM INCÊNDIO
Segundo Ferreira, Correia, Azevedo (2006) os incêndios são fenômenos aleatórios e
representam uma situação única, sendo que para sua ocorrência e respectivo
aumento da temperatura são necessários basicamente três elementos: material
oxidável (combustível), material oxidante (comburente) e fonte de ignição (energia
térmica).
O incêndio só ocorrerá com a presença desses três elementos, os quais podem ser
associados em um triângulo chamado de triângulo do fogo. Durante um incêndio
deve-se afastar ou eliminar um desses três elementos.
Figura 13: Triângulo do fogo
Fonte: Areaseg, 2013
O combustível é o material oxidável que reagirá com o comburente numa reação de
combustão, por exemplo: madeira, solventes, polímeros. Já o comburente é o
material gasoso, por exemplo o oxigênio.
A energia térmica é a fonte de ignição, ou seja, o agente que dará o início do
processo de combustão, por exemplo: chamas, superfícies aquecidas, fagulhas,
centelhas e raios.
30
O desenvolvimento do incêndio é representado na curva que fornece a temperatura
dos gases em função do tempo de incêndio. Através dessa curva consegue-se
calcular a temperatura máxima atingida pelas peças estruturais e a sua respectiva
resistência em situação de elevação de temperatura.
Figura 14: Gráfico temperatura x tempo de um incêndio
Fonte: Seito, A. I. et al. 2008, p.146
O período inicial do incêndio é caracterizado por um potencial de aquecimento do
combustível que está tomando conta do ambiente.
A ignição é o início da combustão do incêndio, marcando a transição para o período
de crescimento, como ilustrado no inicio do gráfico da figura 14.
O período de pré-flashover é onde o incêndio se espalha lentamente na superfície
do combustível, marcado pelas temperaturas médias (250ºC e 350ºC) e grande
produção de fumaça.
O flashover é caracterizado pelo ponto de transição para o período de combustão
mais forte, onde ocorre um aumento significativo na temperatura, ou seja, alta
inclinação do gráfico de curva temperatura-tempo de um incêndio, como ilustrado na
figura 14.
O período de combustão generalizada, que na curva do gráfico da figura 14
corresponde à fase entre o flashover e o pós-flashover ocorre quando a radiação
atinge a faixa de 20 kW/m², gerando a ignição espontânea dos materiais
31
combustíveis e o rápido desenvolvimento do incêndio que passa de superficial para
volumétrico. Vale frisar que nesse período as temperaturas são muito elevadas.
Após a fase de combustão generalizada, que na curva do gráfico da figura 14
corresponde ao trecho de decaimento, é o período onde ocorre a redução da
temperatura até a extinção total do incêndio, pois com o passar do tempo as chamas
vão consumindo todo o material combustível.
4.2 INCÊNDIO PADRÃO
Segundo Ferreira, Correia, Azevedo (2006) havendo a necessidade de verificar um
elemento estrutural de aço em situação de incêndio, é necessário a utilização de um
modelo de incêndio através de curvas temperatura-tempo. Devido a grande
variabilidade dos parâmetros que influenciam no incêndio, nem sempre é possível
através das curvas temperatura-tempo determinar as características desse
fenômeno.
No início do século XX nos Estados Unidos foram realizados os primeiros ensaios de
resistência ao fogo de elementos estruturais, chegando-se a uma curva temperatura-
tempo característica conhecida como incêndio padrão. Adota-se a curva de
incêndio-padrão como modelo para análise experimental de estruturas, de materiais
de proteção térmica, de portas corta-fogo, etc.
Figura 15: Modelo do gráfico de incêndio padrão
Fonte: Vargas; Silva, 2003, p.16
32
Segundo a NBR 14432 (2000), incêndio-padrão é a elevação padronizada de
temperatura em função do tempo, onde o valor da temperatura dos gases no
instante é dado pela equação 7.
Sendo:
: tempo expresso em minutos
: temperatura do ambiente antes do inicio do aquecimento, em graus Celsius,
geralmente tomada igual a 20ºC.
4.3 INCÊNDIO NATURAL
Segundo Silva (2001) o incêndio em que se admite que a temperatura dos gases
respeite as curvas temperatura-tempo naturais, construídas a partir de ensaios ou
modelos matemáticos aferidos a ensaios de incêndios que simulam a real situação
de um compartimento em chamas, é denominado incêndio natural. Os ensaios
acontecem em compartimentos com aberturas (janelas), nos quais o incêndio ocorre
sem a capacidade de propagação para fora dos mesmos, devido às características
do compartimento como estanqueidade, isolamento térmico e de resistência dos
elementos de vedação.
Com os resultados desses ensaios consegue-se demonstrar que as curvas
temperatura-tempo de um incêndio natural compartimentado dependem do grau de
ventilação, carga de incêndio e características térmicas do material componente da
vedação.
A principal característica dessas curvas, e que as distinguem da curva-padrão, é a de possuírem um ramo ascendente (fase de aquecimento) e um ramo descendente (fase de resfriamento), admitindo portanto, racionalmente, que os gases que envolvem o fogo não têm sua temperatura crescente com o tempo. (SILVA, 2001, p.35)
33
Figura 16: Modelo do gráfico de incêndio natural
Fonte: Seito, A. I. et al. 2008, p.145
4.4 CLASSIFICAÇÃO DO FOGO
Segundo a NBR 12693 (2010) a classificação didática para as diferentes naturezas
de fogos em função do material combustível, segue a seguinte sequência:
Fogo classe A:fogo envolvendo materiais combustíveis sólidos, tais como madeiras, tecidos, papéis, borrachas, plásticos termoestáveis e outras fibras orgânicas, que queimam em superfície e profundidade, deixando resíduos; Fogo classe B:fogo envolvendo líquidos e/ou gases inflamáveis ou combustíveis, plásticos e graxas que se liquefazem por ação do calor e queimam somente em superfície; Fogo classe C: fogo envolvendo equipamentos e instalações elétricas energizados. (NBR 12693, 1993, p.2)
4.5 CLASSIFICAÇÃO DAS EDIFICAÇÕES
Segundo o Decreto 2423-R do CBMES (Corpo de Bombeiros Militar do Espírito
Santo) as edificações são classificadas de acordo com seu tipo de uso e ocupação,
conforme a tabela 1.
34
Tabela 1: Classificação das edificações quanto ao tipo de uso e ocupação
Grupo Ocupação/Uso Divisão Descrição Exemplos
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
B Serviço de
Hospedagem
B-1 Hotel e
assemelhado
Hotéis, motéis, pensões, hospedarias, pousadas, albergues, casas de cômodos,
divisão A-3 com mais de 16 leitos
B-2 Hotel residencial Hotéis e assemelhados com cozinha própria nos apartamentos (incluem-se apart-hotéis,
flats, hotéis residenciais)
C Comercial
C-1 Comércio com baixa
carga de incêndio Artigos de metal, louças, artigos hospitalares
e outros
C-2
Comércio com média e alta carga
de incêndio
Edifícios de lojas de departamentos, magazines, armarinhos, galerias comerciais, supermercados em geral, mercados e outros
C-3 Shopping centers Centro de compras em geral (shopping
centers)
D Serviço
profissional
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
35
Grupo Ocupação/Uso Divisão Descrição Exemplos
E Educacional e cultura física
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 Espaço para cultura
física
Locais de ensino e/ou práticas de artes marciais, natação, ginástica (artística, dança, musculação e outros) esportes coletivos (tênis, futebol e outros que não estejam incluídos em F-3), sauna, casas
de fisioterapia e assemelhados. Sem arquibancadas.
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 deficiências
Escolas para excepcionais, deficientes visuais e auditivos e assemelhados
F Local de Reunião
de Público
F-1 Local onde há objeto de valor inestimável
Museus, centro de documentos históricos, galerias de arte, 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
Arenas em geral, estádios, ginásios, piscinas, rodeios, autódromos, sambódromos, pista de
patinação e assemelhados. Todos com arquibancadas
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 Clubes sociais 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
F-9 Recreação pública Jardim zoológico, parques recreativos e
assemelhados
F-10 Exposição de objetos
ou animais Salões e salas para exposição de objetos ou
animais. Edificações permanentes
36
Grupo Ocupação/Uso Divisão Descrição Exemplos
G
Serviço automotivo
e assemelhados
G-1 Garagem sem acesso de
público e sem abastecimento
Garagens automáticas, garagens com manobristas
G-2
Garagem com acesso de
público e sem abastecimento
Garagens coletivas sem automação, em geral, sem abastecimento (exceto veículos de carga e
coletivos)
G-3 Local dotado de
abastecimento de combustível
Postos de abastecimento e serviço, garagens (exceto veículos de carga e coletivos)
G-4 Serviço de conservação, manutenção e reparos
Oficinas de conserto de veículos, borracharia (sem recauchutagem). Oficinas e garagens de
veículos de carga e coletivos, máquinas agrícolas e rodoviárias, retificadoras de
motores
G-5 Hangares Abrigos para aeronaves com ou sem
abastecimento
H Serviço de saúde
e institucional
H-1 Hospital veterinário e
assemelhados
Hospitais, clínicas e consultórios veterinários e assemelhados (inclui-se alojamento com ou
sem adestramento)
H-2
Local onde pessoas requerem cuidados
especiais por limitações físicas ou mentais
Asilos, orfanatos, abrigos geriátricos, hospitais psiquiátricos, reformatórios, tratamento de
dependentes de drogas, álcool. E assemelhados. Todos sem celas
H-3 Hospital e assemelhado
Hospitais, casa de saúde, prontos-socorros, clínicas com internação, ambulatórios e postos de atendimento de urgência, postos de saúde e
puericultura e assemelhados com internação
H-4 Edificações das forças
armadas e policiais Quartéis, delegacias, postos policiais e
assemelhados
H-5 Local onde a liberdade
das pessoas sofre restrições
Hospitais psiquiátricos, manicômios, reformatórios, prisões em geral (casa de
detenção, penitenciárias, presídios) e instituições assemelhadas. Todos com celas
H-6 Clínica e consultório
médico e odontológico
Clínicas médicas, consultórios em geral, unidades de hemodiálise, ambulatórios e
assemelhados. Todos sem internação
I Indústria
I-1
Locais onde as atividades exercidas e os materiais utilizados apresentam
baixo potencial de incêndio. Locais onde a carga de incêndio não
chega a 300MJ/m2
Atividades que utilizam pequenas quantidades de materiais combustíveis. Aço, aparelhos de rádio e som, armas, artigos de metal, gesso,
esculturas de pedra, ferramentas, jóias, relógios, sabão, serralheria, suco de frutas,
louças, máquinas
I-2
Locais onde as atividades exercidas e os materiais utilizados
apresentam médio potencial de incêndio. Locais com carga de incêndio entre 300 a
1.200MJ/m2
Artigos de vidro, automóveis, bebidas destiladas, instrumentos musicais, móveis, alimentos, marcenarias, fábricas de caixas
I-3
Locais onde há alto risco de incêndio.
Locais com carga de incêndio superior a
1.200 MJ/m²
Atividades industriais que envolvam inflamáveis, materiais oxidantes, ceras,
espuma sintética, grãos, tintas, borracha, processamento de lixo
37
Fonte: Decreto nº 2423-R CBMES, 2009
4.6 ALTURA DA EDIFICAÇÃO
Segundo a NBR 14432 (2000) a 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.
Grupo Ocupação/Uso Divisão Descrição Exemplos
J Depósito
J-1 Depósitos de material
incombustível
Edificações sem processo industrial que armazenam tijolos, pedras, areias, cimentos, metais e outros materiais
incombustíveis. Todos sem embalagem
J-2 Todo tipo de Depósito Depósitos com carga de incêndio até
300MJ/m2
J-3 Todo tipo de Depósito Depósitos com carga de incêndio entre
300 a 1.200MJ/m2
J-4 Todo tipo de Depósito Depósitos onde a carga de incêndio
ultrapassa a 1.200MJ/m²
L Explosivo
L-1 Comércio Comércio em geral de fogos de artifício e
assemelhados
L-2 Indústria Indústria de material explosivo
L-3 Depósito Depósito de material explosivo
M Especial
M-1 Túnel Túnel rodoferroviário e marítimo, destinados a transporte de passageiros ou cargas diversas
M-2 Líquido ou gás inflamáveis ou combustíveis
Edificação destinada a produção, manipulação, armazenamento e distribuição de líquidos ou
gases inflamáveis ou combustíveis
M-3 Central de comunicação e
energia
Central telefônica, centros de comunicação, centrais de transmissão ou de distribuição de
energia e assemelhados
M-4 Propriedade em transformação
Locais em construção ou demolição e assemelhados
M-5 Silos Armazéns de grãos e assemelhados
M-6 Terra selvagem Floresta, reserva ecológica, parque florestal e
assemelhados
M-7 Pátio de contêineres Área aberta destinada a armazenamento de
contêineres
38
Tabela 2: Classificação das edificações quanto à altura
Fonte: Decreto n 2423-R CBMES, 2009
4.7 CARGA DE INCÊNDIO DOS EDIFÍCIOS
“Carga de incêndio é a soma das energias caloríficas que poderiam ser liberadas
pela combustão completa de todos os materiais combustíveis em um espaço,
inclusive os revestimentos das vedações.” (SILVA, 2001, p. 160)
Com o valor da carga de incêndio específica, é possível determinar o risco de
incêndio da edificação. A unidade de carga de incêndio utilizada na engenharia é o
Megajoule (MJ). O quadro 2 indica os valores de carga de incêndio para alguns tipos
mais comuns de edificações e a tabela 3 indica o risco da edificação em função da
carga de incêndio.
Quadro 2: Carga de incêndio nas edificações
Fonte: Silva; Vargas, 2003, p. 21
Tipo Denominação Altura
I Edificação Térrea H 1,00 m
II Edificação Baixa H 6,00 m
III Edificação de Média Altura 6,00 m < H 12,00 m
V Edificação Mediamente Alta 23,00 m < H 30,00 m
VI Edificação Alta Acima de 30,00 m
39
Tabela 3: Classificação do risco das edificações quanto a carga de incêndio
Risco Carga de Incêndio MJ/m²
Baixo até 300MJ/m²
Médio Entre 300 e 1.200MJ/m²
Alto Acima de 1.200MJ/m²
Fonte: Fonte: Decreto nº 2423-R CBMES, 2009
4.8 MECANISMOS DE TRANSFERÊNCIA CALOR
Segundo Ferreira (2006) o entendimento sobre os conceitos de transferência de
calor é muito importante para compreender o comportamento do incêndio e a análise
térmica das estruturas de aço. A figura 17 ilustra abaixo uma situação esquemática
indicando as formas de transferência de calor.
Figura 17: Desenho esquemático ilustrando os mecanismos de transferência de calor
Fonte: Ebanataw, 2013
4.8.1 Condução
Segundo Frota, Schiffer (2001) o mecanismo de transferência de calor por condução
ocorre entre dois corpos que se tocam ou mesmo partes do corpo que estejam a
temperaturas diferentes.
40
A condutibilidade térmica do material depende de sua densidade (a matéria é
sempre muito mais condutora que o ar contido em seus poros), da natureza química
(os materiais amorfos são geralmente menos condutores que os cristalinos) e da
umidade (a água é mais condutora que o ar).
4.8.2 Convecção
Segundo Frota, Schiffer (2001) a transferência de calor por convecção ocorre entre
dois corpos, sendo um deles sólido e o outro um fluido (líquido ou gás).
A convecção natural é originada pelo aquecimento de um fluido em uma região localizada, provocando uma diminuição de sua densidade que produz uma tendência de ascensão dessa porção com a consequente descida do fluido mais frio que está acima, que é mais denso. (FERREIRA, 2006, p.17)
4.8.3 Radiação
Segundo Frota, Schiffer (2001) o mecanismo de troca de calor por radiação ocorre
entre dois corpos que estejam entre si a uma distância qualquer, devido a sua
capacidade de absorver e emitir energia térmica. Esse mecanismo de troca de calor
é consequência de natureza eletromagnética de energia, e permiti sua transmissão
sem meio de propagação, ocorrendo mesmo no vácuo.
4.9 MEDIDAS DE PROTEÇÃO CONTRA INCÊNDIO
As medidas de proteção contra incêndio classificam-se basicamente em passivas e
ativas.
“Proteção passiva é conjunto de medidas de proteção contra incêndio incorporadas
à construção do edifício e que devem, portanto, ser previstas e projetadas pelo
arquiteto.”(SILVA, VARGAS, ONO, 2010, p. 17)
41
Segundo Ferreira, Correia, Azevedo (2006) proteções passivas para sistemas
estruturais são medidas que constituem no aumento da massa de aço dos
elementos ou na utilização de materiais de proteção térmica.
Já as proteções ativas, segundo Silva, Vargas, Ono (2010) são métodos de proteção
complementares ás medidas passivas, que só podem entrar em funcionamento caso
haja acionamento manual ou automático. Como exemplo de proteções ativas pode-
se citar hidrantes, extintores, chuveiro automático, etc.
42
5 COMPORTAMENTO DO AÇO EM SITUAÇÃO DE INCÊNCIO
Segundo Silva (2001), os materiais estruturais como o aço e o concreto quando
submetidos a altas temperaturas sofrem alterações em suas características físicas e
químicas, o que deve ser considerado no dimensionamento da estrutura em situação
de incêndio. Para MD/SDI - Secretária Especial de Desenvolvimento Industrial do
Ministério do Desenvolvimento Industrial (1989), a exposição à temperaturas
elevadas causa a redução da resistência e rigidez das peças, além do aparecimento
de esforços solicitantes adicionais e restrições nas estruturas, oriundas da dilatação
térmica dos materiais. A figura 18 ilustra abaixo a situação de uma viga metálica
após a ocorrência de um incêndio.
Segundo a NBR 14323 (2003), dimensionar uma estrutura em situação de incêndio
com ou sem proteção significa verificar as condições de estabilidade dos elementos
estruturais mediante à temperaturas elevadas, a fim de que não ocorra o colapso
estrutural, tornando possível a fuga dos usuários da edificação em tempo hábil, além
de evitar maiores danos e perda total do patrimônio.
Com relação aos métodos de dimensionamento, a NBR 14323 (2003) preconiza que
sejam realizados através de métodos de ensaios ou método do dimensionamento
analítico. Esse último pode ser dividido no método simplificado e no método
avançado.
No dimensionamento através de ensaios, estes devem ser realizados em
laboratórios e baseados em normas técnicas pertinentes ao assunto, podendo ser
brasileiras ou internacionais. No método simplificado as peças são analisadas
individualmente sempre considerando a degradação do material com o aumento da
temperatura, sendo os cálculos realizados através de modelos matemáticos
fornecidos pela norma, enquanto no método avançado são aplicadas situações
realísticas para simulações do incêndio. Devido à didática e a praticidade, no
trabalho em questão será utilizado o método de dimensionamento simplificado.
43
Figura 18: Imagem de uma viga metálica após ocorrência de um incêndio
Fonte: Real, 2004
5.1 PROPRIEDADES MECÂNICAS E TÉRMICAS DO AÇO
MEDIANTE AO FOGO
5.1.1 Resistência ao escoamento e módulo de elasticidade
Segundo Ferreira, Correia, Azevedo (2006) quando submetidos a altas temperaturas
os aços tendem a sofrer redução da tensão de escoamento e do módulo de
elasticidade. A NBR 14323 (2003) fornece o gráfico com os coeficientes de redução
da resistência do aço em função da temperatura, caso que será abordado mais
adiante.
5.1.2 Massa específica
Diferente da madeira e do concreto, que tem sua massa específica alterada em
função da umidade, a NBR 14323 (2003) considera que o aço mesmo em
temperaturas elevadas se mantém com a mesma massa específica de 7850 kg/m³.
44
5.1.3 Alongamento
Segundo Ferreira, Correia, Azevedo (2006) à medida que a temperatura do aço
aumenta, o material sofre alongamento. As equações abaixo determinam os valores
do alongamento do aço em função da temperatura.
Para :
Para :
Para :
Sendo:
: Comprimento da peça a 20ºC;
: Expansão térmica do aço provocada pelo aumento de temperatura;
: Temperatura do aço em ºC.
A partir das expressões acima, pode ser determinado o coeficiente de dilatação
térmica lembrando que . O gráfico da figura 19 ilustra a variação do
coeficiente de dilatação térmica do aço em função da temperatura.
45
Figura 19: Gráfico coeficiente de dilatação térmica x temperatura
Fonte: Seito, A. I. et al. 2008, p.140
Na adoção do método simplificado de dimensionamento a NBR 14323 (2003)
permite a consideração do alongamento variando linearmente com a temperatura,
seguindo a equação abaixo.
5.1.4 Calor específico
A quantidade de calor necessária para elevar de 1ºC uma unidade de massa de um
certo material, é chamado Calor específico. FERREIRA, CORREIA, AZEVEDO
(2006). No gráfico da figura 20 são mostrados os valores do calor específico do aço
para determinadas temperaturas, porém para efeitos de dimensionamento, a NBR
14323 (2003) permite que seja usado o valor de 600 J/kgºC.
Para :
Para :
46
Para :
Para :
Figura 20: Gráfico calor específico x temperatura
Fonte: Seito, A. I. et al. 2008, p.140
5.1.5 Condutividade térmica
Segundo Ferreira, Correia, Azevedo (2006), a Condutividade térmica é a
propriedade do material de conduzir calor. O gráfico da figura 21 mostra os valores
da condutividade térmica em função das temperaturas atingidas pelo aço, sendo 45
W/mºC o valor preconizado pela NBR 14323 (2003) para efeitos de
dimensionamento pelo método simplificado.
Para :
47
Para :
Figura 21: Gráfico condutividade térmica x temperatura
Fonte: Seito, A. I. et al. 2008, p.139
5.2 FATOR DE MASSIVIDADE OU FORMA
Segundo Ferreira, Correia, Azevedo (2006), fator de massividade é a relação entre a
área e o volume do corpo exposto ao fogo. Sendo uma barra prismática de
comprimento ( , o fator de massividade pode ser expresso de acordo com a
equação 18.
Sendo:
: Perímetro do perfil exposto ao fogo;
: Comprimento do perfil;
: Área bruta da seção transversal do perfil.
48
Segundo Silva (2001) o índice de aumento da temperatura de um elemento
estrutural é proporcional ao seu fator de massividade, como ilustrado no gráfico da
figura 22.
Figura 22: Gráfico temperatura x tempo para diferentes fatores de massividade
Fonte: Pannoni, 2007, p.79
Para Ferreira, Correia, Azevedo (2006), a redução do fator de massividade do perfil
adotado, pode ser obtida pela escolha de uma seção mais robusta, pois tendo uma
área maior no denominador da equação 18, o fator de massividade será reduzido.
Outra opção para a redução do fator de massividade é a aplicação de camadas de
proteção térmica na superfície dos perfis, caso que será abordado mais adiante. A
figura 23 ilustra a variação do fator de massividade em função do tipo de exposição
a que o perfil estará submetido, tendo como exemplo um perfil de alma cheia de
seção “I”.
49
Figura 23: Fator de massividade de um perfil mediante diferentes tipos de exposição ao fogo
Fonte: Pannoni, 2007, p.78
5.3 TEMPO REQUERIDO DE RESISTÊNCIA AO FOGO (TRRF)
Segundo Ferreira, Correia, Azevedo (2006), a segurança de uma estrutura em
situação de incêndio é atendida quando ela suporta os esforços solicitantes
decorrentes da elevação da temperatura, dentro de um determinado tempo (TRRF).
“O TRRF determina, na curva-padrão temperatura-tempo do elemento estrutural,
uma temperatura que se supõe seja a temperatura correspondente à máxima
temperatura do aço na curva natural.” (SILVA, 2001, p.72). Esse fato pode ser
ilustrado na curva da figura 24.
Figura 24: Gráfico temperatura x tempo para o TRRF
Fonte: Silva; Vargas, 2003, p.19
50
A NBR 14323 (2003) permite que seja utilizado o método tabular e o método do
tempo equivalente para ser determinado o TRRF, porém no trabalho em questão
será tratado apenas o método tabular, devido à didática e praticidade.
Segundo a NBR 14432 (2000), para especificar o TRRF de uma edificação pelo
método tabular deve ser feito o uso do quadro 3, que está em função do tipo de
edificação e da altura, sendo essa a distância entre o nível de saída da edificação e
o piso do pavimento habitável mais alto, excluindo-se barrilete, caixa d‟água, casa
de máquinas, etc.
Quadro 3: Método tabular para determinação do TRRF
Fonte: Pannoni, 2007, p.82
Segundo Ferreira, Correia, Azevedo (2006), um fato importante a ser comentado, é
que o TRRF é proveniente do consenso da sociedade e padronizado por normas,
não significando o tempo de duração de um incêndio, o período de evacuação dos
usuários, ou o tempo de chegadas do Corpo de Bombeiros.
51
5.4 DETERMINAÇÃO DA TEMPERATURA NO AÇO EXPOSTO AO
FOGO SEM PROTEÇÃO TÉRMICA
“A diferença de temperatura entre as chamas de um incêndio e os elementos
estruturais gera um fluxo de calor que, por radiação e por convecção, transferem-se
para a estrutura, provocando aumento de temperatura.” (SILVA, 2001, p.39).
A equação 19, conforme indicada abaixo é proveniente da NBR 14323 (2003), sendo
a equação que determina a variação da temperatura atingida pelo aço em um
intervalo de tempo quando exposto ao fogo, considerando que a distribuição de
temperatura na seção transversal do aço seja uniforme, a peça estrutural seja
totalmente inserida no fogo e o fluxo de calor seja unidimensional.
Onde:
: Fator de massividade, dado em ;
: Calor específico do aço em Joule por quilograma e por grau Celsius;
Massa específica do aço, em quilograma por metro cúbico;
: Fluxo de calor por unidade de área, em Watt por metro quadrado;
: Intervalo de tempo, em segundos. Não podendo ser tomado maior que 25000/F,
ou maior que 5 segundos.
Na equação 19 o valor de é dado por:
com
( )
e
*( ) +
52
Onde:
: Componente do fluxo de calor devido à convecção, em watt por metro quadrado;
: Componente de fluxo de calor devido à radiação, em watt por metro quadrado;
: Coeficiente de transferência de calor por convecção, podendo ser tomado para
efeitos práticos igual a 25 W/m²C;
: Temperatura dos gases, em graus Celsius;
: temperatura no aço, em graus Celsius;
: Emissividade resultante, podendo ser tomada para efeitospráticos igual a 0,5.
Para a determinação da temperatura dos gases no ambiente em chamas, utiliza-se a
equação 7, comentada no item 4.2.
Segundo Silva (2001) tendo em vista que o aço tem sua resistência reduzida
mediante a exposição ao fogo, existe uma temperatura denominada crítica, que leva
ao colapso o elemento estrutural. Para pilares e vigas essa temperatura varia entre
500ºC e 700ºC.
5.5 PROTEÇÕES TÉRMICAS PARA VIGAS DE AÇO EM SITUAÇÃO
DE INCÊNDIO
Segundo Ferreira, Correia, Azevedo (2006), quando um perfil de aço não resistir aos
esforços decorrentes da elevação da temperatura, deve-se adotar sistemas de
proteções ativas ou passivas, minimizando assim, os efeitos danosos provocados
nos aços durante um incêndio. Dentre os sistemas de proteções ativas estão
detectores de fumaça, chuveiros automáticos, etc. Já nos sistemas de proteções
passivas, destacam-se o aumento da seção do elemento estrutural ou a aplicação
de materiais de revestimento, envolvendo a peça e impedindo que o fogo atue
diretamente sobre o aço.
53
As proteções passivas utilizadas para revestir as vigas de aço podem ser do tipo
caixa ou do tipo contorno, como ilustrado na figura 25 abaixo.
Figura 25: Ilustração esquemática de perfis com proteção tipo contorno e tipo caixa respectivamente
Fonte: Dados primários, 2013
Segundo Silva, Vargas, Ono (2010), os materiais de revestimento térmico utilizados
em estruturas devem possuir as seguintes propriedades:
Baixa massa específica aparente;
Baixa condutividade térmica;
Alto calor específico;
Adequada resistência mecânica;
Garantia de integridade durante a evolução do incêndio;
Custo compatível com o empreendimento.
5.5.1 Argamassa projetada à base de vermiculita
Segundo Silva, Vargas, Ono (2010) são argamassas composta basicamente de
vermiculita expandida, gesso, aglomerantes hidráulicos, resinas acrílicas, fibras de
celulose e partículas de poliestireno, que com adição de água torna-se uma
argamassa de proteção térmica.
Quando aquecida, a vermiculita perde a água de hidratação, sofrendo expansão e
retardando o gradiente de aquecimento do aço.
54
Segundo Dias (1997), a vermiculita pode ser encontrada no mercado na forma de
flocos, e misturada com os demais componentes na própria obra. Quanto às formas
de aplicação, podem ser manual com utilização de espátula ou processo de
jateamento, não sendo necessário o uso de telas ou pinos para fixação.
Segundo Silva, Vargas, Ono (2010) as argamassas projetadas apresentam uma
textura rústica e grosseira, não sendo aconselhada para estruturas expostas e que
exijam alto padrão arquitetônico. Em contrapartida, apresentam um custo mais
acessível que as demais opções de proteção térmica e podem ser facilmente
escondidas com a colocação de rebaixamento de gesso ou materiais similares. Para
aplicação de argamassas projetadas é necessário o uso de sistema pressurizado,
jateando-as na estrutura a ser protegida. A figura 26 abaixo ilustra uma porção de
flocos de argila expandida.
Figura 26: Vermiculita em forma de flocos
Fonte: Alibaba, 2013
5.5.2 Argamassa projetada cimentícia (cimentitious)
Segundo Dias (1997) é uma argamassa composta basicamente de 80% de gesso e
20% de cimento e materiais inertes (fibra de celulose ou lã de rocha). Durante o
aquecimento, o gesso sofre a perda da água retida em seu interior, dificultando
assim a transmissão de calor, porém devido à perda de água o material começa a
deteriorar-se, desintegrando totalmente após a evaporação de todo o líquido. Para
55
aumentar a resistência deste material adicionam-se fibras, de forma que a
degradação total aconteça mediante temperaturas muito elevadas.
Segundo Ferreira, Correia, Azevedo (2006) essa argamassa caracteriza uma
proteção do tipo contorno, que proporciona uma aparência rugosa à superfície da
peça, não sendo indicada para ambientes com grandes exigências de estética. Além
disso, o uso deste material desencadeia um ambiente sujo durante a execução da
obra, tem dificuldade de aderência do substrato e possui um tempo de secagem
longo. Em contrapartida possui um custo mais acessível em relação a alguns
materiais de proteção térmica. A figura 27 ilustra abaixo a aplicação de argamassa
projetada em uma viga metálica.
Figura 27: Aplicação de argamassa projetada cimentitious em viga metálica
Fonte: Pannoni, 2013
5.5.3 Argamassa projetada à base de fibra mineral
Segundo Silva (2001) são produtos compostos por fibras minerais, basicamente lã
de rocha, misturadas com baixo teor de aglomerante. Para sua aplicação é
56
necessário o uso de sistema pneumático sob baixa pressão, são transportadas por
meio de mangueiras até o esguicho e misturadas com água atomizada, sendo seu
lançamento feito diretamente sobre a superfície desejada.
Assim como as outras argamassas projetadas, esta também proporciona uma
superfície rugosa e um baixo custo de aplicação.
Vale frisar que segundo Silva, Vargas, Ono (2010) as argamassas projetadas devem
trabalhar em conjunto com a estrutura acompanhando seus movimentos e
funcionando monoliticamente, penetrando em todos os cantos e fendas dos perfis e
ligações. A figura 28 abaixo ilustra um aplicador projetando argamassa a base de
fibras em uma viga metálica, fazendo o uso de tela para melhor aderência do
produto na superfície do aço.
Figura 28: Aplicação de argamassa projetada a base de fibras minerais em viga metálica
Fonte: Pannoni, 2013
Segundo Bellei, Pinho, Pinho (2008) os principais tipos de argamassas projetadas
encontradas no mercado são a BlazeShild II, a Monokote – MK6 e a Termisist-G.
Segundo Silva, Vargas, Ono (2010) a durabilidade das argamassas deve ser a
mesma da estrutura, e devem dispensar a manutenção possibilitando a facilidade de
57
reparos manuais. Além disso, devem ser isentas de umidade ao longo de sua vida
útil, tornando desnecessário o uso de primers de proteção contra corrosão para
estruturas internas. Durante a aplicação, para garantir uma boa durabilidade, não
devem ser deixados espaços vazios que possibilitem a inserção de insetos e a
proliferação de fungos em seu interior.
5.5.4 Mantas
Segundo Silva (2001) as mantas utilizadas para proteção térmica podem ser de fibra
cerâmica, lã de rocha ou outro material fibroso.
Segundo Dias (1997) as mantas de lã de rocha são produtos provenientes da
alteração de rochas basálticas. Estes materiais são compostos por fibras dispostas
de forma aleatória, sendo confeccionadas com tela galvanizada em uma das faces.
Com relação às mantas fibrocerâmicas, Dias (1997) comenta que são produtos
flexíveis formados pela aglomeração de fibras sílico-aluminosas de baixa densidade.
A composição é feita por fibras organizadas de maneira multidirecional e
entrelaçadas por agulhamento contínuo, proporcionando às mantas boa resistência
ao manuseio e a erosão. As mantas fibrocerâmicas podem ser utilizadas tanto para
proteção tipo contorno quanto caixa, não sendo neste caso recomendadas para
perfis com altura da alma maior que 150 mm, sendo necessário o uso de telas para
melhor estruturação. Em relação aos meios de fixação da manta, estas são fixadas
por pinos soldados nos perfis de aço ou por cintas metálicas.
Segundo Silva (2001) as mantas possuem um acabamento rústico, sendo
recomendado o uso em locais protegidos por forros e longe de umidade, conforme
figura 29.
58
Figura 29: Estrutura de aço revestida por manta fibrocerâmica
Fonte: Real, 2004
5.5.5 Placas rígidas
Segundo Silva, Vargas, Ono (2010) são elementos pré-fabricados com fixação feita
através de pinos ou perfis leves de aço, podendo ser composto por gesso,
vermiculita, materiais fibrosos ou combinação desses materiais.
As placas de gesso acartonado têm seu núcleo constituído de gesso natural,
misturado com água e aditivos, revestido com duas lâminas de cartão duplex. Ao
adicionar fibras minerais em seu núcleo são obtidas as placas resistentes ao fogo. A
figura 30 ilustra abaixo a aplicação de painéis de gesso em uma viga metálica.
Figura 30: Estrutura metálica revestida com placas de gesso acartonado
Fonte: Real, 2004
59
As placas de lã de rocha, conforme ilustrado na figura 31são painéis rígidos
constituídos de materiais fibrosos, em geral formados pela aglomeração e
pulverização de resinas endurecidas termicamente.
Segundo Ferreira, Correia, Azevedo (2006), na utilização desses materiais deve-se
atentar com relação à junção das placas, pois o revestimento deve impedir a
passagem de gases através das juntas. Os revestimentos rígidos de proteção
térmica proporcionam um bom acabamento e um sistema de execução limpo na
obra, no entanto sua aplicação é lenta e podem-se ter placas com espessuras entre
20 mm e 50 mm.
Figura 31: Estrutura metálica revestida com placas de lã de rocha constituindo proteção do tipo caixão
Fonte: Pannoni, 2013
5.5.6 Pintura intumescente
Segundo Silva (2001) são pinturas reativas ao calor, que sofrem um processo de
expansão volumétrica, ou seja, intumescem quando expostas a temperaturas
maiores que 200ºC, conforme figura 32.
Tornam-se esponjosos com poros preenchidos por gases atóxicos, que atuam em conjunto com resinas especiais formando uma espuma rígida na superfície da estrutura, provocando o retardamento da elevação das temperaturas nos elementos metálicos. (SILVA, 2001, p.138)
60
Segundo Silva, Vargas, Ono (2010) as tintas intumescentes podem ser aplicadas por
pincel, rolo, ou pistola, aderindo diretamente sobre a superfície do perfil, sendo
necessário prever a utilização de fundo preparador (primer) e tinta de acabamento
na tonalidade desejada (top Seal).
Para Ferreira, Correia, Azevedo (2006) o uso deste material proporciona grandes
vantagens no que diz respeito à estética, facilidade de aplicação e limpeza na obra.
Em contrapartida, é um produto de custo elevado, que se usado de forma
inadequada pode inviabilizar o empreendimento.
Figura 32: Efeito da tinta intumescente mediante exposição ao fogo
Fonte: Pannoni, 2013
Segundo Bellei, Pinho, Pinho (2008) as principais tintas intumescentes encontradas
no mercado são a Calatherm 600, a Unitherm, a Nulifire S605 e S607 e a
CafcoSprayfilm WB2 e WB3.
5.5.7 Encamisamento com concreto armado ou concreto celular
Segundo Ferreira, Correia, Azevedo (2006) o concreto normal ou o concreto celular
podem ser alternativas para proteção contra incêndio, envolvendo parcial ou
totalmente o perfil metálico. Embora essa alternativa não seja abordada no trabalho
em questão devido à dificuldade de execução nas vigas e o fato de existir outras
61
soluções mais leves, trata-se de um método antigo e bastante utilizado para
proteção do aço mediante elevação de temperatura.
Segundo MD/SDI (1989) para aplicação do concreto simples executados “in situ” é
necessário o uso tela deployer ou em alguns casos ferragem convencional para
armação e prevenção contra fissuração da massa e garantia da resistência
mecânica.
Para Ferreira, Correia, Azevedo (2006) tanto o concreto comum quanto o concreto
celular funcionam muito bem como proteções ao fogo, devido a suas reduzidas
difusidades térmicas. A figura 33 abaixo, trás um esquema ilustrando o
encamisamento de um pilar metálico com utilização de concreto armado.
Figura 33: Encamisamento de pilar de metálico com utilização de concreto armado
Fonte: CBCA, 2011
5.5.8 Estruturas irrigadas
Segundo MD/SDI (1989) o enchimento de perfis tubulares com água constitui em um
tipo de proteção muito eficiente contra incêndio, garantindo que a estrutura se
mantenha funcional durante o período de exposição ao fogo. A figura 34 ilustra um
edifício com dois reservatórios garantindo a circulação da água através dos perfis
tubulares.
62
Figura 34: Edifício com esquema de estrutura irrigada para proteção contra incêndio
Fonte: Real, 2004
5.5.9 Aumento da seção do perfil
Além das proteções citadas acima, outra alternativa que pode proteger a estrutura
em situação de incêndio é a adoção de um perfil com seção mais robusta, ou seja,
proteger aço com aço, no entanto a execução da fundação e das ligações se tornam
mais onerosas, devido o aumento do peso próprio dos elementos estruturais em
aço. Além disso, em algumas situações o perfil utilizado deverá ter uma seção tão
robusta a ponto de não existir padrões comerciais no mercado e ser feito apenas por
encomenda, tornando o custo mais elevado.
5.6 DETERMINAÇÃO DA TEMPERATURA NO AÇO EXPOSTO A
ALTAS TEMPERATURAS COM PROTEÇÃO TÉRMICA
Segundo Ferreira, Correia, Azevedo (2006) quando uma peça estrutural possui
algum tipo de proteção térmica o aquecimento do aço irá depender das propriedades
do material de proteção, pois o aumento da temperatura será resultado da condução
de calor através desses materiais.
63
A NBR 14323 (2003) fornece uma equação para a determinação da temperatura de
um elemento estrutural situado no interior da edificação envolvido por proteção
térmica, considerando que a distribuição da temperatura seja uniformemente
distribuída ao longo da seção do perfil.
⁄ (
⁄ )
com
⁄
Onde:
⁄ : fator de massividade para elementos estruturais envolvidos por material de
proteção contra incêndio, em um por metro;
: perímetro efetivo do material de proteção contra incêndio, igual ao perímetro da
face interna do material de proteção contra incêndio mais metade dos afastamentos
desta face ao perfil de aço, em metro;
área da seção transversal do elemento estrutural;
: calor específico do aço em joule por quilograma e por grau Celsius;
: calo específico do material de proteção contra incêndio em joule por quilograma
e por grau Celsius;
: espessura do material de proteção contra incêndio;
: temperatura do aço no tempo t, em grau Celsius;
: temperatura dos gases no tempo t, em grau Celsius;
: condutividade térmica do material de proteção contra incêndio, em watt por
metro e por grau Celsius;
: massa específica do aço, em quilograma por metro cúbico;
: massa específica do material de proteção contra incêndio, em quilograma por
metro cúbico;
: Intervalo de tempo, em segundos. Não podendo ser tomado maior que 25000/F,
ou maior que 30 segundos.
64
A NBR 14323 (2003) diz ainda que quando a proteção térmica utilizada for a pintura
intumescente ou produtos com o mesmo comportamento, as equações acima não
poderão ser aplicadas, sendo necessário outros meios para a determinação da
temperatura do aço, como por exemplo, realização de ensaios em laboratórios
nacionais ou estrangeiros, respeitando os padrões estabelecidos pelas normas
técnicas vigentes.
5.7 CARTA DE COBERTURA DOS MATERIAIS DE PROTEÇÃO
TÉRMICA
Segundo Bellei, Pinho, Pinho (2008) todos os materiais de proteção térmica mesmo
sendo dimensionados pelo método teórico, são antes testados em laboratórios, e
então é gerada uma tabela chamada carta de cobertura, que indica a espessura
mínima do material a ser aplicado, em função do fator de massividade e do TRRF. O
quadro 4abaixo traz como exemplo, a carta de cobertura referente à argamassa
projetada a base de vermiculita e cimento, lembrando que a espessura pode variar
de acordo com cada fabricante.
Quadro 4: Exemplo de Carta de cobertura para placa de gesso acartonado
Fonte: Vargas; Silva, 2003, p.45
65
5.8 CRITÉRIOS DE ISENÇÃO DE VERIFICAÇÃO ESTRUTURAL EM
SITUAÇÃO DE INCÊNDIO
Devido ao fato de algumas edificações apresentarem facilidade de evacuação em
situações de sinistros e pânico, tais como edifícios baixos, de áreas pequenas ou de
apenas um pavimento, pode-se verificar os critérios de isenção para o cálculo
estrutural em situação de incêndio, como ilustrado no quadro 5. PANNONI (2007)
Quadro 5: Quadro com critérios de isenção para verificação estrutural em situação de incêndio
Fonte: Pannoni, 2007, p.82
5.9 REUTILIZAÇÃO DOS ELEMENTOS ESTRUTURAIS APÓS O
INCÊNDIO
Segundo MD/SDI (1989) após um incêndio, quando a peça estrutural esfria, o
elemento retoma suas propriedades originais, tais como, limite de escoamento,
ruptura e módulo de elasticidade. Estruturas que não sofrem deformações plásticas,
ganham novamente resistência e podem permanecer no conjunto estrutural da
66
mesma forma que atuavam antes. Já as peças que sofrem deformações
permanentes, podem ser substituídas por um novo material, sempre respeitando os
critérios de segurança e prevendo um bom sistema de escoramento.
Defeitos na estrutura causados pelo fogo são facilmente detectados, não sendo
coerente a suspeita de danos “escondidos” nos elementos estruturais.
6 DIMENSIONAMENTO DE VIGAS DE EM AÇO EM TEMPERATURA
AMBIENTE NBR 8800 (2008)
6.1 COMBINAÇÃO DE AÇÕES E ESFORÇOS SOLICITANTES
Segundo a NBR 8800 (2008) na análise estrutural devem ser consideradas todas as
ações que provocam efeitos significativos na estrutura, tendo em vista os estados
limites últimos e de serviço. As ações atuantes em uma estrutura podem ser
permanentes diretas, permanentes indiretas, variáveis e excepcionais.
As ações permanentes diretas são esforços provenientes do peso próprio da
estrutura e dos elementos fixos que compõe a edificação. As ações permanentes
indiretas são ações constituídas pela retração e fluência do concreto, esforços
devido ao deslocamento dos apoios e imperfeições geométricas. As ações variáveis
são ações que variam durante a vida útil da edificação, como por exemplo,
sobrecarga de uso e ocupação e forças devidas ao vento, restando as ações
excepcionais, que são esforços provenientes de sinistros que possam ocorrer
durante a vida útil da estrutura, como explosões, sismos, choque de veículos,
incêndios e enchentes.
As combinações de ações para o cálculo estrutural se dividem em normal, especial,
de construção e serviço. No trabalho em questão serão utilizadas somente as
combinações normais e de serviço para a verificação dos deslocamentos.
67
6.1.1 Combinações últimas normais
Segundo a NBR 8800 (2008) as combinações últimas normais são provenientes do
uso previsto para a edificação. No dimensionamento devem ser previstas tantas
combinações quantas forem necessárias para a verificação da segurança da
edificação. Em todas as combinações devem estar presentes as ações
permanentes, ação variável principal, e demais ações variáveis.
∑( ) ∑( )
Sendo:
: Valor da ação;
: Coeficiente de ponderação para ação permanente (quadro 6);
: Valores característicos das ações permanentes;
: Coeficiente de ponderação para ação variável principal (quadro 6);
: Valor característico da ação variável considerada principal para a combinação;
: Coeficiente de ponderação para as demais ações variáveis (quadro 6);
: Fator de combinação das ações (quadro 7);
: Valores característicos das ações variáveis que podem atuar
concomitantemente com a ação variável principal.
68
Quadro 6: Valores dos coeficientes de ponderação das ações
Fonte: NBR 8800, 2008, p. 18
Quadro 7: Valores dos fatores de combinação e redução
Fonte: NBR 8800, 2008, p. 19
69
6.1.2 Combinações para os estados limites de utilização
Em função do carregamento e das seções adotadas para a estrutura, ao longo da
vida útil da construção, podem aparecer deformações que provoquem desconforto
visual e patologias nos elementos pertencentes à edificação. Portanto, para a
previsão de deslocamentos excessivos e métodos de prevenção, a NBR 8800
(2008) preconiza algumas diretrizes que contribuem para o correto funcionamento
da estrutura. Para a verificação dos valores máximos dos deslocamentos verticais
(flecha), a norma fornece uma tabela que está em função do tipo de estrutura e do
comprimento do vão, sendo os valores referenciados para uma viga biapoiada.
Segundo a NBR 8800 (2008) no cálculo dos deslocamentos verticais a serem
comparados com os valores máximos dados no quadro 8, pode deduzir o valor da
contraflecha da viga até o limite do valor da flecha proveniente das ações
permanentes.
Quadro 8: Valores máximos permitidos de deslocamento (flecha)
Fonte: NBR 8800, 2008, p. 117
Para a determinação da deformação de vigas biapoiadas utiliza-se a equação
abaixo, segundo a NBR 8800 (2008).
70
Sendo:
: Carregamento proveniente da combinação de ações que será utilizada em função
das disposição da viga;
: Comprimento do vão da viga;
: Módulo de elasticidade do material;
: Momento de inércia da seção transversal.
No trabalho em questão, todas as vigas receberão carregamento de paredes, nesse
caso a formulação recomendada é a equação 27, que diz respeito à combinação
rara de serviço. Essa combinação pode ser utilizada para danos relacionados ao
funcionamento adequado da estrutura, tais como formação de fissuras e danos aos
fechamentos.
∑
∑
Sendo:
: Valor da ação;
: Valores característicos das ações permanentes;
: Valor característico da ação variável considerada principal para a combinação;
: Fator de redução para as ações variáveis (quadro 7);
: Valores característicos das ações variáveis que podem atuar
concomitantemente com a ação variável principal.
71
6.2 PRÉ-DIMENSIONAMENTO DO PERFIL
Segundo Silva, Pannoni (2010) uma maneira prática de pré-dimensionar vigas de
aço é a adoção das seguintes condições:
Para vigas continuamente travadas: altura = vão/20
Para vigas sem travamento lateral: altura = vão/15
Para vigas mistas: altura = vão/22
Além disso, tendo em mãos os valores do momento fletor e a tensão de escoamento
do aço utilizado, pode-se estimar o módulo resistente a flexão.
Sendo:
: Módulo resistente plástico;
: Momento solicitante;
: é o coeficiente de minoração do esforço resistente igual a 1,10.
: Tensão de escoamento do aço.
6.3 DETERMINAÇÃO DO MOMENTO FLETOR RESISTENTE
Segundo a NBR 8800 (2008) para o dimensionamento das barras submetidas a
momento fletor, no cálculo estrutural deve ser respeitada a seguinte condição:
Onde:
: Momento fletor solicitante de cálculo;
: Momentofletor resistente de cálculo.
72
6.3.1 Verificação da esbeltez
Para o correto dimensionamento das vigas metálicas em perfil I, devem ser
atendidos os critérios de esbeltez, segundo a NBR 8800 (2008), respeitando a
seguinte condição:
√
Onde:
: Esbeltez da alma do perfil;
: altura da alma do perfil;
: espessura da alma do perfil;
: Módulo de elasticidade do aço utilizado;
: Tensão de escoamento do aço utilizado.
Caso a condição não seja estabelecida, a viga a ser dimensionada será uma viga
esbelta, não sendo objetivo do trabalho em questão. Para o dimensionamento de
vigas esbeltas, a NBR 8800 (2008) fornece métodos para a correta verificação e
escolha ideal do perfil.
6.3.2 Flambagem local da alma (FLA)
Para a análise da flambagem local da alma, relaciona-se a altura “h” com a
espessura “tw” da alma, conforme ilustrado na figura 35, pois quanto maior for a
altura em relação a espessura, mais susceptível estará o perfil à flambagem. Com
relação às dimensões, cada fabricante disponibiliza suas tabelas contento as
informações necessárias ao dimensionamento, que deve seguir as seguintes
condições:
73
Figura 35: Ilustração da alma de um perfil “i”
Fonte: Dados primários. 2013
√
No dimensionamento pode ser definido também um parâmetro de esbeltez que
corresponde ao inicio do escoamento:
√
Portanto para a determinação do momento nominal teremos as seguintes condições:
Para , tem-se:
Para , tem-se:
( )
( )( )
Onde:
E para não é aplicável a FLA, pois a viga é esbelta quanto à alma.
74
Sendo:
: Altura da alma do perfil;
: Espessura da alma do perfil;
: Esbeltez correspondente à plastificação;
: Esbeltez correspondente ao escoamento;
: Momento nominal;
: Momento de plastificação;
: Momento correspondente ao escoamento;
: Menor módulo resistente elástico da seção.
6.3.3 Flambagem local da mesa (FLM)
Para a análise da flambagem local da mesa, relaciona-se a largura “bf” com a
espessura “tf” da mesa, conforme ilustrado na figura 36, pois quanto maior for a
largura em relação à espessura, mais susceptível estará o perfil à flambagem. Com
relação às dimensões, cada fabricante disponibiliza suas tabelas contento as
informações necessárias ao dimensionamento, que deve seguir as seguintes
condições:
Figura 36: Ilustração da mesa de um perfil “i”
Fonte: Dados primários, 2013
√
75
No dimensionamento pode ser definido também um parâmetro de esbeltez que
corresponde ao inicio do escoamento.
Para perfis laminados:
√
Com .
Para perfis soldados:
√
Com
√ ⁄, onde .
Portanto para a determinação do momento nominal teremos as seguintes condições:
Para , tem-se:
Para , tem-se:
( )( )
Com ( ) .
E para , tem-se:
76
No qual aplica-se esta equação para perfis laminados. Para perfis soldados, utiliza-
se a equação abaixo:
Com
√ ⁄.
Sendo:
: Largura da mesa do perfil;
: Espessura da mesa do perfil;
: Momento resistente nominal para a situação limite entre as classes de seções
semi-compactas e esbelta, isto é, ;
: Tensão residual de compressão nas mesas tomada igual ;
: Módulos resistentes elásticos das partes comprimidas e tracionadas,
respectivamente;
: Momento resistente à flexão determinado pela flambagem local elástica da
mesa ou da alma do perfil (momento crítico no caso de flambagem local da mesa).
6.3.4 Flambagem lateral por torção (FLT)
A análise da flambagem lateral por torção está relacionada com a possibilidade de
deslocamento lateral da viga, por conta dos carregamentos solicitantes originando
esforços de tração e compressão. No trabalho em questão as vigas serão
consideradas travadas lateralmente ao longo de seu comprimento, sendo impedida a
ocorrência de FLT. A figura 37 abaixo, ilustra um desenho esquemático de uma viga
metálica submetida à FLT.
77
Figura 37: Ilustração de uma viga metálica submetida à flambagem lateral por torção (FLT)
Fonte: Belley, Pinho, Pinho, 2008, p. 359
O correto dimensionamento preconizado pela norma deve seguir as seguintes
condições:
√
Assim como na FLA e FLM no dimensionamento pode ser definido também um
parâmetro de esbeltez que corresponde ao inicio do escoamento.
√
√ √
Com ( )
;
e
.
Portanto para a determinação do momento nominal teremos as seguintes condições:
Para , tem-se:
78
Para , tem-se:
*
( )( )+
Com ( ).
E para , tem-se:
√
(
)
Com
Sendo:
: Comprimento destravado da viga;
: raio de giração em torno do eixo y;
: Momento de inércia em torno do eixo y;
: Momento de inércia a torção pura;
: Constante de empenamento;
: Momento resistente à flexão determinado pela flambagem local elástica da
mesa ou da alma do perfil (momento crítico no caso de flambagem local da mesa);
: Coeficiente que leva em conta o efeito favorável de o momento não ser uniforme
no segmento .
: momento fletor máximo (em módulo) no trecho da viga;
Módulos dos momentos fletores no segmento da viga de comprimento
, respectivamente nos pontos situados às distâncias de , e de um
dos dois pontos de contenção lateral.
79
6.3.5 Determinação do momento resistente
Para a determinação do momento resistente de cálculo utiliza-se a equação 47
abaixo, no qual o Mn é o menor momento nominal obtido nas verificações anteriores
(FLA, FLM e FLT).
6.4 DETERMINAÇÃO DO ESFORÇO CORTANTE RESISTENTE
A NBR 8800 (2008) fornece as equações para o correto dimensionamento das vigas
metálicas submetidas a esforços cortantes, considerando os estados limites últimos
de escoamento e flambagem por cisalhamento. Em seções I, H e U fletidas em
relação ao eixo central de inércia perpendicular à alma (eixo de maior momento de
inércia), a força cortante resistente de cálculo, , deve ser determinada pelos
seguintes parâmetros abaixo.
Para , tem-se:
Para , tem-se:
E para , tem-se:
80
(
)
Onde:
√
√
{
[
]
Sendo:
: Força cortante correspondente à plastificação da alma por cisalhamento;
Onde:
: Altura total da seção transversal;
: Espessura da alma;
: Distância entre as linhas de centro de dois enrijecedores transversais;
: Altura da alma, tomada igual à distância entre as faces internas das mesas dos
perfis soldados, e igual a esse valor menos os dois raios de concordância entre
mesa e alma nos perfis laminados;
: é o coeficiente de minoração do esforço resistente igual a 1,10.
81
A figura 38 ilustra abaixo um desenho esquemático de uma viga metálica indicando
a nomenclatura de cada componente no cálculo dos enrijecedores.
Figura 38: Ilustração de uma viga possuindo enrijecedores intermediários
Fonte: Dados primários
A NBR 8800 (2008) fornece ainda o método de cálculo para as situações em que há
a necessidade de enrijecedores transversais intermediários, caso que não será
abordado no presente trabalho. Os enrijecedores transversais intermediários podem
ser dispensados nas vigas com (flambagem não é determinante no
dimensionamento); e ainda quando e o esforço cortante solicitante for
menor que o cortante resistente. Se essas condições não forem atendidas, os
enrijecedores transversais deverão ser instalados.
Outra situação que não será abordada no trabalho, mas que a norma estabelece
padrões de cálculo, é a verificação de enrijecedores para as vigas submetidas a
cargas concentradas diretamente sobre a mesa comprimida, sendo o vetor força
perpendicular ao eixo de flexão do perfil. Esse tipo de esforço pode ocasior
escoamento local, enrugamento ou flambagem da alma.Na estrutura do edifício a
ser analisado no trabalho a transmissão de esforços das vigas para os pilares será
feita via cantoneiras soldadas na alma do perfil e fixadas no pilar por meio de
parafusos de alta resistência, deixando uma pequena distância entre a viga e o pilar
de aproximadamente 10mm para que em caso de deformações e dilatação a
estrutura tenha condições de trabalhar sem ocasionar danos aos elementos
construtivos.
82
7 DIMENSIONAMENTO DE VIGAS DE AÇO EM SITUAÇÃO DE
INCÊNDIO SEM UTILIZAÇÃO DE PROTEÇÃO TÉRMICA NBR 14323
(2003)
7.1 FATOR DE MASSIVIDADE
Para a determinação do fator de massividade, segundo a NBR 14323 (2003) a
presença de pequenos furos na seção transversal do perfil pode ser desprezada,
sendo feita a consideração da área bruta para o dimensionamento.
7.2 TEMPERATURA ATINGIDA PELO PERFIL DE AÇO DURANTE O
INCÊNDIO
Para a condição de exposição ao fogo, no dimensionamento da estruturas, deve ser
determinada a temperatura que o aço irá atingir no instante final do TRRF, que
obedece a equação 19, fornecida pela NBR 14323 (2003).
7.3 FATORES DE REDUÇÃO DO LIMITE DE ESCOAMENTO E
MÓDULO DE ELASTICIDADE
Como dito anteriormente o aço tende a perder resistência mediante altas
temperaturas. Portanto, para taxas de aquecimento entre 2ºC/min e 50ºC/min, a
NBR 14323 (2003) fornece uma tabela que indica os fatores de redução do módulo
de elasticidade e tensão de escoamento em função da temperatura atingida pelo
perfil ao final do TRRF, visto que essas duas propriedades estão diretamente ligadas
ao dimensionamento das vigas metálicas. Os respectivos fatores de redução da
resistência para o aço exposto a altas temperaturas são dados pelas equações
abaixo e podem ser representados conforme a tabela 4 e o gráfico da figura 39.
83
Sendo:
: Resistência ao escoamento dos aços laminados a uma temperatura ;
: Resistência ao escoamento de aço a 20ºC;
: Resistência ao escoamento dos aços a 20ºC.
: Módulo de elasticidade dos aços laminados a uma temperatura ;
: Módulo de elasticidade de todos os aços a 20ºC.
Tabela 4: Fatores de redução da resistência do aço
Temperatura do aço θa (°C)
Fator de redução para a resistência ao limite de escoamento dos aços
laminados ( )
Fator de redução para a resistência ao módulo de
elasticidade dos aços
laminados ( )
20 1,000 1,000
100 1,000 1,000
200 1,000 0,900
300 1,000 0,800
400 1,000 0,700
500 0,780 0,600
600 0,470 0,310
700 0,230 0,130
800 0,110 0,090
900 0,060 0,068
1000 0,040 0,045
1100 0,020 0,023
1200 0,000 0,000
Fonte: NBR 14323 (2003), p. 10
84
Figura 39: Gráfico de fatores de redução da resistência do aço
Fonte: NBR 14323 (2003), p. 11
7.4 COMBINAÇÕES DE AÇÕES PARA O ESTADO LIMITE ÚLTIMO
Segundo a NBR 14323 (2003) as combinações para o estado limite último em
situação de incêndio devem ser consideradas como combinações últimas
excepcionais. Deve-se considerar que os esforços solicitantes decorrentes de um
incêndio têm o tempo de atuação muito pequeno, desta forma as combinações são
expressas conforme as equações abaixo.
Para locais em que não há predominância de pesos de equipamentos que
permaneçam fixos por longos períodos de tempo, nem de elevadas concentrações
de pessoas (por exemplo, edificações residenciais, de acesso restrito):
∑
Em locais em que há predominância de pesos de equipamentos que permaneçam
fixos por longos períodos de tempo, ou de elevadas concentrações de pessoas (por
exemplo, edificações comerciais, de escritórios e de acesso público):
0,000
0,200
0,400
0,600
0,800
1,000
1,200
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
Fato
r d
e re
du
ção
Temperatura (°C)
85
∑
Em bibliotecas, arquivos, depósitos, oficinas e garagens:
∑
Sendo:
: Valor característico das ações permanentes diretas;
: Valor característico das ações térmicas decorrentes do incêndio;
: Valor característico das ações variáveis decorrentes do uso e ocupação da
edificação;
: Valor do coeficiente de ponderação para as ações permanentes diretas, igual a
1,0 para ações permanentes favoráveis e dado pelo quadro 9, opcionalmente, pelo
quadro 10 para ações permanentes desfavoráveis.
Quadro 9: Coeficiente para ações permanentes diretas consideradas separadamente
Fonte: NBR 14323 (2003), p.16
Quadro 10: Coeficiente para ações permanentes diretas agrupadas
Fonte: NBR 14323 (2003), p.17
86
7.5 VERIFICAÇÃO QUANTO AO MOMENTO FLETOR PARA OS
ESTADOS LIMITES ÚLTIMOS
Segundo a NBR 14323 (2003) o esforço resistente de cálculo em situação de
incêndio, obtido a partir de qualquer método de dimensionamento, não pode ser
tomado com valor superior ao esforço resistente de cálculo à temperatura ambiente.
Ferreira, Correia, Azevedo (2006) diz que as expressões apresentadas pelo método
de dimensionamento simplificado são aplicadas às barras submetidas à flexão, cujos
elementos que compõem a seção transversal não sofram flambagem local em
regime elástico em decorrência da atuação do momento fletor e que possuam o
parâmetro de esbeltez ( ) usado para os estados limites últimos de flambagem local
da mesa comprimida (FLM), flambagem local da alma (FLA) e flambagem lateral por
torção (FLT) indicado na NBR 8800.
7.5.1 Parâmetros considerados nos cálculos
Para o dimensionamento das vigas metálicas em situação de incêndio é necessário
que seja estabelecido dois parâmetros ( e ), sendo esses obtidos em função do
tipo de condição em que a viga estará submetida.
O fator de correção é utilizado para a correção da distribuição de temperatura
não-uniforme na seção transversal, e tem os seguintes valores:
- Para uma viga com todos os quatro lados expostos: 1,00;
- Para uma viga envolvida por material de proteção contra incêndio, com três lados
expostos, com uma laje de concreto ou laje com fôrma de aço incorporada no quarto
lado: 1,40;
- Para uma viga sem proteção contra incêndio, com três lados expostos, com uma
laje de concreto ou laje com fôrma de aço incorporada no quarto lado: 1,15.
O fator de correção para distribuição de temperatura não-uniforme ao longo do
comprimento da barra fletida tem os seguintes valores:
87
- Nos apoios de uma viga estaticamente indeterminada: 1,15;
- Em todos os outros casos: 1,00.
7.5.2 Flambagem local da mesa (FLM) e Flambagem local da
alma (FLA)
Segundo a NBR 14323 (2003), a verificação quanto a FLM e FLA deve seguir as
seguintes condições:
Para , tem-se:
Para , tem-se:
*
+
Para , tem-se:
Quanto a FLT, a NBR 14323 (2003) estabelece as seguintes condições:
Para , tem-se:
Para , tem-se:
88
*
+
Para , tem-se:
Sendo:
: Momento resistente de cálculo em situação de incêndio;
: Momento fletor de flambagem elástica à temperatura ambiente, obtido de
acordo com a NBR 8800 (2008);
: Momento de plastificação da seção transversal a temperatura ambiente;
: Momento fletor correspondente ao inicio do escoamento da seção transversal
para projeto à temperatura ambiente, obtido de acordo com a NBR 8800 (2008);
: Fator de modificação para diagrama de momento fletor não uniforme, obtido de
acordo com a NBR 8800 (2008).
7.6 VERIFICAÇÃO QUANTO AO ESFORÇO CORTANTE PARA OS
ESTADOS LIMITES ÚLTIMOS
A verificação quanto ao esforço cortante em almas de perfis “I, H, U” e caixão,
fletidos em relação ao eixo perpendicular a alma, em situação de incêndio, deve
obedecer às seguintes condições, segundo a NBR 14323 (2003).
Para , tem-se:
Para , tem-se:
89
Para , tem-se:
(
)
Sendo:
: Esforço cortante resistente de cálculo em situação de incêndio.
: Parâmetro de esbeltez da alma, obtido de acordo com a NBR 8800 (2008);
: Parâmetro de esbeltez da alma correspondente a plastificação, obtido de acordo
com a NBR 8800 (2008);
: Parâmetro de esbeltez da alma correspondente ao inicio do escoamento, obtido
de acordo com a NBR 8800 (2008);
: Força cortante correspondente a plastificação da alma por cisalhamento, obtido
de acordo com a NBR 8800 (2008);
: Fator de redução da resistência ao escoamento do aço à temperatura .
90
8 DIMENSIONAMENTO DE VIGAS DE AÇO EM SITUAÇÃO DE
INCÊNDIO COM UTILIZAÇÃO DE PROTEÇÃO TÉRMICA NBR 14323
(2003)
Para o dimensionamento das vigas de aço em situação de incêndio com uso de
proteção térmica, são utilizadas as mesmas equações e condições descritas no item
7, porém a temperatura atingida pelo aço ao final do TRRF será menor, tendo em
vista que o mesmo estará protegido por algum material que seja isolante térmico.
Segundo a NBR 14323 (2003) a temperatura atingida pelo aço com proteção térmica
é determinada de acordo com a equação 23 do item 5.6, sendo assim, os
coeficientes de redução de resistência do aço terão seus valores aumentados,
conforme item 7.3, favorecendo o dimensionamento das vigas metálicas e
permitindo que a peça estrutural resista a um tempo maior quando exposto a altas
temperaturas.
91
9 METODOLOGIA
9.1 TIPOS DE PESQUISA
Segundo Gil (2010) as pesquisas classificam-se de acordo com seu objetivo,
podendo ser exploratórias, descritivas ou explicativas.
As pesquisas exploratórias caracterizam-se pela consulta às bibliografias e
entrevistas às pessoas que dominam o assunto a ser abordado. Esse tipo de
pesquisa permite a familiarização com o tema, fazendo com que ao final do estudo
seja possível a obtenção do conhecimento e a elaboração de hipóteses e
conclusões.
As pesquisas descritivas podem ser elaboradas com a finalidade de relacionar
possíveis variáveis, tendo como objetivo a descrição das características de uma
população. Grande parte das pesquisas com ênfase profissional se enquadra nessa
classificação.
As pesquisas explicativas têm como objetivo explicar os fatores que contribuem para
tal fenômeno. Esse tipo de pesquisa são as que mais se aprofundam no
conhecimento, pois são feitas com intuito de explicar a razão, o porquê das coisas.
No trabalho em questão, a pesquisa será descritiva e exploratória, tendo como
suporte para alcançar os resultados almejados à pesquisa bibliográfica, pesquisa de
campo, pesquisa documental, entrevista informal e a observação participante.
Dentre a bibliografia a ser consultada, estão livros de autores consagrados na área
de estruturas metálicas em situação de incêndio, como Valdir Pignatta e Fábio
Pannonipor exemplo. Além da literatura disponível, o referencial teórico também
será baseado em duas normas técnicas imprescindíveis para elaboração do
trabalho, que são a NBR 8800 (2008) que diz respeito ao dimensionamento de
estruturas metálicas em situação convencional e a NBR 14323 (2003) – Projeto de
Revisão, que preconiza o dimensionamento de estruturas metálicas e mistas em
situação de incêndio.
92
9.2 PROCEDIMENTOS TÉCNICOS
Os procedimentos realizados no trabalho em questão obedecerão à seguinte
seqüência:
- Estudar as normas técnicas nacionais referentes a projeto de estruturas metálicas
em situação convencional (temperatura ambiente) e em situação de incêndio;
- Estudar e pesquisar os assuntos pertinentes ao trabalho em livros técnicos,
trabalhos acadêmicos, artigos, sites e consulta à profissionais que atuam na área,
contribuindo de alguma forma para a evolução do estudo;
- Elaborar projeto em software AutoCAD® para realização do estudo de caso (projeto
de um edifício residencial de 04 pavimentos construído em estrutura metálica).
- Selecionar as vigas que serão verificadas e dimensionadas, bem como o
levantamento das cargas que estarão atuando na edificação;
- Dimensionamento das vigas de aço em situação temperatura ambiente e situação
de temperatura elevada com utilização de planilhas de cálculo no Excel®;
- Escolha do tipo de proteção térmica e levantamento dos custos, avaliando as
vantagens e desvantagens de casa uma delas.
9.3 UNIVERSO E AMOSTRA
O universo definido para a pesquisa de campo será formada por um projeto de um
edifício residencial estruturado em perfis de aço de seção “I” e “H”, sendo este último
preenchido em seu núcleo por em alvenaria de blocos e concreto armado, estando
presente para compor o projeto, mas não sendo objeto de estudo.
A amostra será formada pelas vigas metálicas dos pavimentos tipo, elementos
estruturais que serão biapoiados e submetidos a esforços cortantes e momentos
fletores, sendo as ligações vigas-pilares confeccionadas via cantoneiras
parafusadas. Essas vigas serão dimensionadas tanto em temperatura ambiente
como em situação de incêndio, levando em consideração as proteções térmicas
utilizadas.
93
9.4 COLETA DE DADOS
Os dados necessários à elaboração do trabalho serão coletados através de:
- Pesquisa bibliográfica em livros, artigos, trabalhos, normas, sites e consulta a
profissionais que atuam na área;
- Projeto arquitetônico elaborado pelos componentes do grupo;
- Resultados obtidos através de planilhas de cálculo no Excel®;
- Escolha das proteções térmicas e pesquisa de preço junto às empresas do ramo;
- Comparação dos resultados obtidos.
94
10 APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS DADOS COLETADOS
10.1 INTRODUÇÃO AO PROJETO
O trabalho em questão toma como referência o projeto de um edifício residencial de
04 pavimentos, sendo sua estrutura constituída por perfis de aço de seção „I‟ (vigas)
e seção „H‟ (pilares). Como o foco do trabalho está voltado para a análise das vigas
metálicas dos pavimentos tipo, as mesmas foram dimensionadas tanto para
temperatura ambiente, quanto para situação de incêndio, sendo um total de 6 vigas
diferentes, no qual uma delas não necessitará de verificação em situação de
incêndio, pois devido às disposições construtivas, a mesma estará protegida por
uma parede de alvenaria.
Com relação às proteções térmicas utilizadas, foram escolhidas cinco alternativas,
sendo elas: argamassa projetada, tinta intumescente, placa de gesso acartonado,
placas de lã de rocha e manta fibrocerâmica. As espessuras das proteções foram
baseadas em padrões comerciais encontrados no mercado, sendo utilizadas
inicialmente no dimensionamento as espessuras mínimas. Quanto às características
dos materiais, como massa específica, condutividade térmica e calor específico
foram adotados como referências os catálogos dos fabricantes e as literaturas
pertinentes ao assunto, conforme indicado abaixo na tabela 5.
Tabela 5: Características das proteções térmicas
Proteção Contra Incêndio
Calor Específico
Massa Específica
Condutividade Térmica
ARGAMASSA PROJETADA
1050 310 0,08
MANTA FIBROCERÂMICA
1130 128 0,087
PLACA DE GESSO ACARTONADO
1200 800 0,16
PLACA DE LÃ DE ROCHA 837,4 128 0,103
Fonte: Dados primários, 2013
95
Para a determinação da espessura da tinta intumescente será feita a utilização da
carta de cobertura fornecida pelo fabricante, visto que a elevação de temperatura
mediante a utilização deste material deve ser obtida através de ensaios realizados
em laboratórios nacionais ou estrangeiros, de acordo com a norma brasileira
específica ou de acordo com a normatização ou especificação estrangeira, não
sendo possível o dimensionamento da espessura mediante a formulação utilizada
para as demais proteções, conforme a NBR 14323 (2003).
Além da variação dos tipos de proteções térmicas utilizadas, também foram feitas
variações nos tipos de aço, adotando-se os mais utilizados em estruturas
convencionais e encontrados facilmente no mercado local, sendo eles o MR 250
(correspondente ao ASTM A36) e o AR 350. A tabela 6 abaixo indica o módulo de
elasticidade e as tensões de escoamento ( ),última ( ) e residual ( ) dos
respectivos aços contemplados no dimensionamento.Com relação às bitolas dos
perfis adotados, o cálculo foi baseado na tabela de perfis da Açominas,
disponibilizada facilmente no site do fabricante.
Tabela 6: Características dos aços utilizados
Tipo de Aço
MR 250 20000 25 40 7,5
AR 350 20000 35 45 10,5
Fonte: Tabela de barras e perfis da Gerdau, 2013
Outro tópico importante de ressaltar antes do dimensionamento das vigas do projeto
é a classificação da edificação com relação ao Tempo Requerido de Resistência ao
Fogo (TRRF) e os critérios de isenção da verificação e dimensionamento da
estrutura em situação de incêndio. Conforme a tabela 6 do item 5.3 a edificação se
caracteriza como residencial e possui uma altura entre 6 e 12 metros, sendo
enquadrada na faixa que corresponde a um TRRF de 30 minutos. Já com relação à
isenção da verificação estrutural em situação de incêndio conforme NBR 14432
(2000) a edificação estudada não se enquadra nos critérios da tabela 8 do item 5.8,
96
tendo uma área computável de 760,96m², portanto será necessária a verificação
estrutural em situação de incêndio.
10.2 RESTRIÇÕES DE PROJETO
Para o dimensionamento das vigas do projeto em questão, foram necessárias
algumas restrições, sendo elas:
- As vigas de aço serão todas constituídas por perfis laminados de seção „I‟ com
carregamento uniformemente distribuído ao longo de seu comprimento, sendo
dimensionadas apenas as vigas dos pavimentos tipos;
- As referidas vigas serão travadas continuamente ao longo de seu comprimento por
conectores de cisalhamento junto à laje, do exposto, não ocorrerão a Flambagem
lateral por torção e a possibilidade de calcular a viga como viga mista;
- As ligações dessas vigas com os pilares serão feitas via cantoneiras soldadas na
alma do perfil e parafusadas na mesa dos pilares, deixando um espaçamento de 10
mm entre a face da viga e a face do pilar, para que em caso de dilatação e
movimentação a estrutura possa trabalhar sem ocasionar sérios danos à edificação,
sendo assim, as ligações serão consideradas como articuladas (flexíveis);
- Nas vigas do projeto não haverá a existência de cargas concentradas sobre a
mesa do perfil, haja vista que nas ligações existentes entre viga/pilar (admitidas
flexíveis), as reações de apoio são transmitidas diretamente sobre a alma do perfil
(gerando cisalhamento). Portanto, não haverá necessidade de adotar enrijecedores
de apoio a essas vigas;
- Caso uma determinada viga não resista no critério de verificação quanto ao esforço
cortante, a mesma deverá ser verificada novamente adotando-se um perfil
imediatamente mais pesado, ou seja, não será considerada a utilização de
enrijecedores intermediários nesses elementos estruturais;
97
- Na verificação das vigas em situação de incêndio, o perfil adotado será o mesmo
que foi aprovado em temperatura ambiente, no qual deve ser observada a
viabilidade econômica na escolha do perfil, sendo feita apenas as variações de
proteções térmicas, sabendo que o TRRF é de 30 minutos;
- Na verificação quanto ao estado limite de utilização no que se refere à flecha
excessiva, caso a deformação seja maior que a permitida por norma, poderá ser
utilizada o recurso de contra-flecha no perfil adotado;
- No dimensionamento das vigas não será considerada a verificação com relação às
cargas de vento.
10.3 CARREGAMENTOS UTILIZADOS NO DIMENSIONAMENTO
No projeto utilizado para a realização do trabalho foram considerados os seguintes
carregamentos, conforme NBR 6120 (1980):
Laje pré-moldada treliçada preenchida por EPS (isopor), possuindo
capeamento de concreto armado, totalizando um carregamento de 1,98
KN/m². Segundo a tabela do fabricante a laje possui 12 cm de altura, sendo 8
cm da vigota e 4 cm do capeamento de concreto armado. Esse tipo de laje
pode vencer vãos de 3,20 a 5,10 metros, suportando sobrecargas de 100 a
1000 Kgf/m². A figura 39 abaixo ilustra o tipo de laje adotada do projeto;
Figura 40: Laje pré-moldada de EPS (isopor)
Fonte: Dimacol, 2013
98
Paredes em alvenaria de blocos cerâmicos executadas na espessura de 15
cm e com um peso específico de 13,0 KN/m³;
Contra piso em argamassa de cimento e areia na espessura de 5cm, tendo
um peso específico de 21,0 KN/m³;
Revestimento cerâmico com espessura de 10 mm em todo pavimento tendo
um peso específico de 18,0 KN/m³;
Forro de gesso no teto com peso próprio por superfície de 0,3 KN/m²;
Sobrecarga de uso e ocupação com carregamento de 2,0 KN/m², conforme
faixa de edificações residenciais da NBR 6120 (1980).
100
O projeto será composto de 04 pavimentos, sendo um térreo com garagem e mais
03 pavimentos tipos com dois apartamentos por pavimento, conforme ilustrado na
figura 41 acima.
10.5 DIMENSIONAMENTO DAS VIGAS SEGUNDO NBR 8800 (2008)
A figura 42 abaixo ilustra uma planta esquemática das vigas do projeto. O
dimensionamento das vigas de aço foi realizado com a utilização de planilhas de
cálculo elaboradas através do software Excel® conforme figura 43.
Figura 42: Planta esquemática das vigas do projeto
Fonte: Dados primários, 2013
101
Fig
ura
43:
Inte
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os, 2
013
102
A faixa de influência dos carregamentos nas vigas serão consideradas conforme
figura 44 abaixo, onde o carregamento das lajes será dividido somente para as vigas
principais (maiores), devido ao fato de que as lajes são armadas em apenas uma
direção (comprimento maior que duas vezes a largura), já com relação as vigas de
borda, como as mesmas não recebem diretamente o carregamento da laje admite-
se que essas peças possuam a função de resistiremas cargas de parede (vedação
externa) e proporcionarem maior rigidez ao pórtico.
Figura 44: Planta esquemática - Faixa de influência das vigas
Fonte: Dados primários, 2013
10.5.1 Viga 1
A viga 1 é uma viga biapoiada medindo 3,60 m de comprimento, sendo um total de
12 peças iguais, pois são simétricas em relação ao eixo vertical da planta baixa do
pavimento tipo (conforme figura 39). O carregamento atuante na viga 1 é inerente ao
peso próprio da parede de alvenaria construída sobre ela, cujo o valor é 5,38 KN/m.
No quadro 11 abaixo, seguem os parâmetros obtidos no dimensionamento em
temperatura ambiente, conforme NBR 8800 (2008). Como o carregamento na viga é
103
muito baixo, a menor bitola da tabela de perfis comerciais é suficiente para atender
aos esforços solicitantes.
Quadro 11: Parâmetros obtidos no dimensionamento da viga 1 para temperatura ambiente
Fonte: Dados primários, 2013
10.5.2 Viga 2
A viga 2 é uma viga biapoiada medindo 2,90 m de comprimento, sendo um total de
12 peças iguais, pois são simétricas em relação ao eixo vertical da planta baixado
pavimento tipo (conforme figura 39).A viga 2 é a viga menos solicitada do projeto,
pois suporta apenas seu peso próprio. No quadro 12 abaixo, seguem os parâmetros
obtidos no dimensionamento em temperatura ambiente, conforme NBR 8800 (2008).
MR 250 AR 350
Perfil W 150x13 W 150x13
q (KN/m) 7,695 7,695
L (m) 3,6 3,6
MSd (KN.m) 12,465 12,465
MRd (KN.m) 21,91 29,89
ia - Momento (%) 56,89% 41,70%
VSd (KN) 13,85 13,85
VRd (KN) 86,78 121,49
Flecha (cm) 0,926 0,926
Flecha Limite (cm) 1,03 1,03
Contra Flecha (cm) 0 0
Tipos de Aço
VIGA 1 - Temperatura Ambiente
Parâmetros
104
Quadro 12: Parâmetros obtidos no dimensionamento da viga 2 para temperatura ambiente
Fonte: Dados primários, 2013
10.5.3 Viga 3
A viga 3 é uma viga biapoiada medindo 2,825 m de comprimento, sendo um total de
12 peças iguais, pois são simétricas em relação ao eixo vertical da planta baixa do
pavimento tipo (conforme figura 39). O carregamento atuante na viga 3 é inerente ao
peso próprio da parede de alvenaria construída sobre ela, cujo o valor é 5,46 KN/m.
No quadro13 abaixo, seguem os parâmetros obtidos no dimensionamento em
temperatura ambiente, conforme NBR 8800 (2008). Assim como as vigas 1 e 2, o
carregamento na viga 3 é muito baixo, portanto a menor bitola da tabela de perfis
comerciais é suficiente para atender aos esforços solicitantes.
MR 250 AR 350
Perfil W 150x13 W 150x13
q (KN/m) 0,163 0,163
L (m) 2,9 2,9
MSd (KN.m) 0,171 0,171
MRd (KN.m) 21,91 29,89
ia - Momento (%) 0,78% 0,57%
VSd (KN) 0,236 0,236
VRd (KN) 86,78 121,49
Flecha (cm) 0,009 0,009
Flecha Limite (cm) 0,83 0,83
Contra Flecha (cm) 0 0
VIGA 2 - Temperatura Ambiente
ParâmetrosTipos de Aço
105
Quadro 13: Parâmetros obtidos no dimensionamento da viga 3 para temperatura ambiente
Fonte: Dados primários, 2013
10.5.4 Viga 4
A viga 4 é uma viga de borda biapoiada medindo 8,40 m de comprimento, sendo um
total de 8 peças iguais. Os carregamentos atuantes na viga 4 são relativos às cargas
permanentes das paredes de alvenaria (9,09 KN/m), da laje pré-moldada (3,56
KN/m), do contrapiso em argamassa de cimento e areia (1,89 KN/m), do
revestimento cerâmico com espessura de 1 cm (0,324 KN/m), do forro de gesso no
teto (0,54 KN/m) e à sobre carga de uso e ocupação (carga variável),cujo o valor é
3,60 KN/m. No quadro 14 abaixo, seguem os parâmetros obtidos no
dimensionamento em temperatura ambiente, conforme NBR 8800 (2008).
MR 250 AR 350
Perfil W 150x13 W 150x13
q (KN/m) 7,807 7,807
L (m) 2,825 2,825
MSd (KN.m) 7,788 7,788
MRd (KN.m) 21,91 29,89
ia - Momento (%) 35,55% 26,06%
VSd (KN) 11,027 11,027
VRd (KN) 86,78 121,49
Flecha (cm) 0,356 0,356
Flecha Limite (cm) 0,807 0,807
Contra Flecha (cm) 0 0
VIGA 3 - Temperatura Ambiente
ParâmetrosTipos de Aço
106
Quadro 14: Parâmetros obtidos no dimensionamento da viga 4 para temperatura ambiente
Fonte: Dados primários, 2013
10.5.5 Viga 5
A viga 5 é uma viga biapoiada medindo 8,40 m de comprimento, sendo um total de 8
peças iguais. Os carregamentos atuantes na viga 5 são inerentes às cargas
permanentes das paredes de alvenaria (13,05 KN/m), da laje pré-moldada (6,44
KN/m), do contrapiso em argamassa de cimento e areia (3,41 KN/m), do
revestimento cerâmico com espessura de 1 cm (0,585 KN/m), do forro de gesso no
teto (0,98 KN/m) e à sobre carga de uso e ocupação (carga variável), cujo o valor é
6,50 KN/m. Na quadro 15 abaixo, seguem os parâmetros obtidos no
dimensionamento em temperatura ambiente, conforme NBR 8800 (2008).
MR 250 AR 350
Perfil W 410x60 W 360x44
q (KN/m) 27,727 27,527
L (m) 8,4 8,4
MSd (KN.m) 244,549 242,785
MRd (KN.m) 293,65 249,55
ia - Momento (%) 83,28% 97,29%
VSd (KN) 116,452 115,612
VRd (KN) 496,36 463,68
Flecha (cm) 2,417 5,016
Flecha Limite (cm) 1,5 1,5
Contra Flecha (cm) 0,917 3,516
ParâmetrosTipos de Aço
VIGA 4 - Temperatura Ambiente
107
Quadro 15: Parâmetros obtidos no dimensionamento da viga 5 para temperatura ambiente
Fonte: Dados primários, 2013
10.5.6 Viga 6
A viga 6 é uma viga biapoiada medindo 8,40 m de comprimento, sendo um total de 8
peças iguais. Os carregamentos atuantes na viga 6 são relativos às cargas
permanentes das paredes de alvenaria (10,80 KN/m), da laje pré-moldada (5,67
KN/m), do contrapiso em argamassa de cimento e areia (3,01 KN/m), do
revestimento cerâmico com espessura de 1 cm (0,52 KN/m), do forro de gesso no
teto (0,86 KN/m) e à sobre carga de uso e ocupação(carga variável), cujo o valor é
5,73 KN/m. No quadro 16 abaixo, seguem os parâmetros obtidos no
dimensionamento em temperatura ambiente, conforme NBR 8800 (2008).
MR 250 AR 350
Perfil W 530x72 W 460x60
q (KN/m) 44,91 44,76
L (m) 8,4 8,4
MSd (KN.m) 396,106 394,783
MRd (KN.m) 399,08 411,11
ia - Momento (%) 99,25% 96,03%
VSd (KN) 188,622 187,992
VRd (KN) 643,09 694,91
Flecha (cm) 2,506 3,89
Flecha Limite (cm) 1,5 1,5
Contra Flecha (cm) 1,006 2,39
Parâmetros
VIGA 5 - Temperatura Ambiente
Tipos de Aço
108
Quadro 16: Parâmetros obtidos no dimensionamento da viga 6 para temperatura ambiente
Fonte: Dados primários, 2013
10.5.7 Padronização das vigas
Conforme mostrado nas tabelas acima referentes às vigas 4. 5 e 6, para um mesmo
tipo de aço tem-se três perfis diferentes. No entanto, para efeitos de padronização e
maior facilidade de aquisição dos perfis no mercado, será adotado para essas vigas,
a seção mais robusta em termos de peso, pois mediante a análise no
dimensionamento, sabe-se que esse perfil atenderá às solicitações de cálculo tanto
da viga menos carregada (viga 4), quanto da mais carregada (viga 5). Do exposto, o
resumo dos perfis adotados para as vigas do projeto em epígrafe encontra-se abaixo
no quadro 17.
MR 250 AR 350
Perfil W 530x66 W 460x52
q (KN/m) 38,621 38,446
L (m) 8,4 8,4
MSd (KN.m) 340,638 339,095
MRd (KN.m) 354,09 348,69
ia - Momento (%) 96,20% 97,25%
VSd (KN) 162,209 161,474
VRd (KN) 637,16 652,91
Flecha (cm) 2,463 4,01
Flecha Limite (cm) 1,5 1,5
Contra Flecha (cm) 0,963 2,51
ParâmetrosTipos de Aço
VIGA 6 - Temperatura Ambiente
109
Quadro 17: Resumo das vigas de aço utilizadas nos pavimentos tipo
Fonte: Dados primários, 2013
Nota-se que para o aço mais resistente, AR 350 a redução de peso em relação ao
aço de menor resistência (MR 250) foi de 1.814,40 Kg, ou seja, 14,70%.
10.6 DIMENSIONAMENTO DAS VIGAS SEGUNDO NBR 14323 (2003)
Admitindo-se as vigas dimensionadas em temperatura ambiente conforme item 10.5,
realizou-se à posterior verificação em situação de incêndio das mesmas, na qual
consistiu em avaliar se essas vigas adotadas no projeto suportariam os esforços
solicitantes em situação de temperatura elevada durante o TRRF (30 minutos).
Como nenhuma viga atendeu às solicitações em situação, tornou-se necessária a
utilização de tipos de sistema de proteção passivos, sendo adotados aqueles
descritos no item 10.1, (argamassa projetada, manta fibrocerâmica, placas de lã de
rocha, placas de gesso acartonado e tinta intumescente).
PerfilPeso
(Kg/m)
Peso Total
(Kg)Perfil
Peso
(Kg/m)
Peso Total
(Kg)
Viga 1 12 3,60 W 150x13 13 561,60 W 150x13 13 561,60
Viga 2 12 2,90 W 150x13 13 452,40 W 150x13 13 452,40
Viga 3 12 2,83 W 150x13 13 440,70 W 150x13 13 440,70
Viga 4 6 8,40 W 530x72 72 3628,80 W 460x60 60 3024,00
Viga 5 6 8,40 W 530x72 72 3628,80 W 460x60 60 3024,00
Viga 6 6 8,40 W 530x72 72 3628,80 W 460x60 60 3024,00
Total
Geral (Kg) 12.341,10
Total
Geral (Kg)10.526,70
RESUMO DAS VIGAS DOS PAVIMENTOS TIPO
Vão (m)Qtd.Vigas
Tipos de Aços
MR 250 AR 350
110
Com relação às espessuras dos revestimentos de proteção térmica adotados,
devido à formulação matemática para determinação da temperatura do aço consistir
em um método interativo, deve-se estimar inicialmente uma espessura desejada. Do
exposto, no dimensionamento das vigas do projeto, foram consideradas inicialmente
as menores espessuras fornecidas nos catálogos dos fabricantes e encontradas
com facilidade no mercado nacional.
Outro fato importante a ser contemplado no dimensionamento é a condição de
exposição ao fogo das vigas do sistema estrutural, pois essa configuração influencia
diretamente no fator de massividade e na área a ser revestida com material de
proteção térmica. A figura 45 abaixo indica como as vigas estarão expostas em caso
de ocorrência de incêndio.
Figura 45: Ilustração esquemática mostrando como as vigas estarão expostas ao fogo
Fonte: Dados primários, 2013
Com relação à viga 2, esta possui uma certa particularidade, pois constata-se que a
mesma não precisará receber nenhum tipo de sistema de proteção contra
temperaturas elevadas, haja vista que devido às disposições construtivas, existirá
uma parede de alvenaria alinhada com a face interna da viga que funcionará como
uma barreira, impedindo que a temperatura se eleve bruscamente conforme mostra
a figura 46. Segundo a NT 09-2010 do CBMES, para uma parede de alvenaria de
blocos cerâmicos, conforme o projeto, um revestimento em argamassa de cimento,
cal e areia no traço 1:2:9 com 1,5 de espessura, resiste à aproximadamente 2 h de
exposição ao fogo, sendo suficiente o bastante para proteger a viga 2 em situação
de elevação de temperatura, lembrando que o TRRF do projeto é de 30 minutos.
111
Figura 46: Ilustração esquemática mostrando a parede como barreira para a viga 2 Fonte: Dados primários, 2013
Os quadros abaixo, 18 e 19, mostram os resultados obtidos no dimensionamento
das vigas do projeto em situação de incêndio, sendo indicado também o quantitativo
total de áreas de proteção para cada tipo de viga e o tipo de aço utilizado. Para o
levantamento das áreas das vigas a serem protegidas, multiplicou-se o perímetro do
revestimento do sistema de proteção pelo comprimento da peça, podendo ser
notado que as espessuras adotadas para as proteções térmicas foram todas iguais,
pois de acordo com as solicitações do projeto, as menores espessuras verificadas já
foram suficientes para garantir a devida proteção contra elevação de temperatura,
para um TRRF de 30 min. Com relação à tinta intumescente, a espessura foi obtida
através da carta de cobertura, como dito anteriormente no item 10.1.
112
Quadro 18: Parâmetros obtidos no dimensionamento da viga 1, 3 e 4 em situação de incêndio
Fonte: Dados primários, 2013
Quadro 19: Parâmetros obtidos no dimensionamento da viga 5 e 6 em situação de incêndio
Fonte: Dados primários, 2013
Depois de concluído o dimensionamento de cada viga em situação de incêndio, foi
levantado o quantitativo de área total de vigas a serem protegidas em função do tipo
de proteção, se é contorno (argamassa projetada, manta fibrocerâmica e tinta
intumescente) ou caixão (placas de lã de rocha e de gesso acartonado), conforme
quadro 20. Pode-se notar que quando é utilizado um aço mais resistente, a área de
proteção tende a diminuir, pois as seções dos perfis foram menos robustas.
Espessura
(mm)
Área
(m²)
Espessura
(mm)
Área
(m²)
Espessura
(mm)
Área
(m²)
Espessura
(mm)
Área
(m²)
Espessura
(mm)
Área
(m²)
Espessura
(mm)
Área
(m²)
Argamassa
Projetada10 10,71 10 10,71 10 8,41 10 8,41 10 36,84 10 30,64
Manta
Fibrocerâmica6 10,71 6 10,71 6 8,41 6 8,41 6 36,84 6 30,64
Placas de Lã de
Rocha25 6,39 25 6,39 25 5,02 25 5,02 25 26,41 25 22,93
Placas de Gesso
Acartonado12,5 6,39 12,5 6,39 12,5 5,02 12,5 5,02 12,5 26,41 12,5 22,93
Tinta
Intumescente0,32 10,71 0,32 10,71 0,32 8,41 0,32 8,41 0,2 36,84 0,2 30,64
Tipos de
Proteções
Dimensionadas
RESULTADOSVIGA 1 VIGA 3 VIGA 4
AR 350 MR 250 AR 350 MR 250 AR 350
Tipos de Aços Tipos de Aços Tipos de Aços
MR 250
Espessura
(mm)
Área
(m²)
Espessura
(mm)
Área
(m²)
Espessura
(mm)
Área
(m²)
Espessura
(mm)
Área
(m²)
Argamassa
Projetada10 73,68 10 61,29 10 73,68 10 61,29
Manta
Fibrocerâmica6 73,68 6 61,29 6 73,68 6 61,29
Placas de Lã de
Rocha25 52,82 25 45,86 25 52,82 25 45,86
Placas de Gesso
Acartonado12,5 52,82 12,5 45,86 12,5 52,82 12,5 45,86
Tinta
Intumescente0,32 73,68 0,32 61,29 0,32 73,68 0,32 61,29
Tipos de
Proteções
Dimensionadas
RESULTADOS
AR 350
VIGA 5 VIGA 6
Tipos de Aços Tipos de Aços
MR 250 AR 350 MR 250
113
Quadro 20: Quantitativo de áreas para proteções térmicas nas vigas
Fonte: Dados primários, 2013
10.7 LEVANTAMENTO DOS CUSTOS
Depois de levantado todo o quantitativo de áreas e tipos de proteções térmicas, foi
realizada uma pesquisa de mercado junto às empresas do ramo para cotação dos
preços, sendo que a argamassa projetada e a tinta intumescente são materiais
fornecidos e aplicados por empresas de São Paulo - SP, no qual acrescentaram em
seu custo o valor da mobilização e deslocamento, visto que o projeto foi baseado em
uma região da Grande Vitória - ES. Com relação ao aço, foi considerada uma
estimativa de custo por quilo, contemplando fornecimento e montagem. A pesquisa
foi efetuada tanto junto a empresas de montagem de estruturas para levantamento
de despesas com mão de obra, quanto junto a distribuidores, para orçamento de
material.
O orçamento foi baseado na possibilidade das vigas serem todas fabricadas em aço
MR 250 e também na hipótese de serem todas confeccionadas em aço AR 350,
obtendo-se assim variação no custo e no peso próprio da estrutura, sendo um dos
objetos de comparação e avaliação do projeto em estudo. A tabela 7 abaixo indica
os custos das proteções térmicas caso as vigas fossem executadas em aço MR 250
ou AR 350.
Argamassa Projetada
Manta Fibrocerâmica
Placas de Lã de Rocha
Placas de Gesso
Acartonado
Tinta Intumescente
203,32 172,34
203,32 172,34
RESUMO DE PROTEÇÕES DAS VIGAS
Tipos de Proteções
Dimensionadas
Tipos de Aços
MR 250 AR 350
Área Total (m²) Área Total (m²)
203,32 172,34
143,46 126,06
143,46 126,06
114
Tabela 7: Planilha orçamentária de proteções térmicas para vigas em aço MR 250 e AR 350
Fonte: Dados primários, 2013
O quadro 21 abaixo indica os custos para o fornecimento e montagem das vigas
metálicas do projeto, variando em função do tipo de aço.
Quadro 21: Planilha orçamentária para fornecimento e instalação das vigas metálicas
Fonte: Dados primários, 2013
ITEM DESCRIÇÃO UND. QUANT. VALOR UNIT. VALOR (R$)
1Fornecimento e aplicação para
o Aço MR 250m² 203,32 80,87R$ 16.442,49R$
2Fornecimento e aplicação para
o Aço AR 350m² 172,34 80,87R$ 13.937,14R$
3Fornecimento e aplicação para
o Aço MR 250m² 203,32 124,11R$ 25.234,05R$
4Fornecimento e aplicação para
o Aço AR 350m² 172,34 124,11R$ 21.389,12R$
5Fornecimento e aplicação para
o Aço MR 250m² 143,46 142,60R$ 20.457,40R$
6Fornecimento e aplicação para
o Aço AR 350m² 126,06 142,60R$ 17.976,16R$
7Fornecimento e aplicação para
o Aço MR 250m² 143,46 139,93R$ 20.074,36R$
8Fornecimento e aplicação para
o Aço AR 350m² 126,06 139,93R$ 17.639,58R$
9Fornecimento e aplicação para
o Aço MR 250m² 203,32 89,78R$ 18.254,07R$
10Fornecimento e aplicação para
o Aço AR 350m² 172,34 89,78R$ 15.472,69R$
TINTA INTUMESCENTE
Planilha Orçamentária - Proteções Térmicas
ARGAMASSA PROJETADA
PLACAS DE LÃ DE ROCHA
PLACAS DE GESSO ACARTONADO
MANTA FIBROCERÂMICA
Descrição Unid. Quant. Valor Unit. Valor Total
Vigas de aço MR 250 kg 12.341,10 11,63R$ 143.526,99R$
Vigas de aço AR 350 kg 10.526,70 12,12R$ 127.583,60R$
115
Fazendo-se a associação dos custos para fornecimento e instalação das proteções
térmicas e os custos para fornecimento e montagem das vigas metálicas, têm-se a
tabela 8 abaixo, a qual também pode ser ilustrada no histograma do apêndice B,
diferentemente da tabela 7 que faz referência apenas aos revestimentos de proteção
térmica separadamente.
Tabela 8: Planilha orçamentária de proteções térmicas, incluindo fornecimento e instalação das vigas – aço MR 250 e AR 350
Fonte: Dados primários, 2013
ITEM DESCRIÇÃO VALOR (R$)
1 Vigas do projeto com proteção térmica - MR 250 159.969,48R$
2 Vigas do projeto com proteção térmica - AR 350 141.520,74R$
3 Vigas do projeto com proteção térmica - MR 250 168.761,04R$
4 Vigas do projeto com proteção térmica - AR 350 148.972,72R$
5 Vigas do projeto com proteção térmica - MR 250 163.984,39R$
6 Vigas do projeto com proteção térmica - AR 350 145.559,76R$
7 Vigas do projeto com proteção térmica - MR 250 163.601,35R$
8 Vigas do projeto com proteção térmica - AR 350 145.223,18R$
9 Vigas do projeto com proteção térmica - MR 250 161.781,06R$
10 Vigas do projeto com proteção térmica - AR 350 143.056,29R$
Planilha Orçamentária - Proteções Térmicas com aço incluso
ARGAMASSA PROJETADA
MANTA FIBROCERÂMICA
PLACAS DE LÃ DE ROCHA
PLACAS DE GESSO ACARTONADO
TINTA INTUMESCENTE
116
11 CONSIDERAÇÕES FINAIS
Baseado no dimensionamento das vigas metálicas de um edifício residencial de 04
pavimentos hipoteticamente construído na Grande Vitória – ES, e na escolha dos
revestimentos de proteção térmica utilizados para a proteção do aço em situação de
incêndio, o presente estudo apresentará a análise comparativa entre a diferença de
peso e custo quando utilizados os aços MR 250 e o AR 350, e principalmente a
avaliação econômica e técnica das proteções escolhidas.
Primeiramente, com relação ao tipo de aço utilizado no dimensionamento das vigas,
observou-se uma redução no peso de 1.814,40 Kg, ou seja, quando utilizado o aço
AR 350, o peso da estrutura foi reduzido em 14,70%, além de contribuir para a
redução da área a ser revestida com proteção térmica, pois a utilização desse tipo
de aço se comparado com o aço comum (MR 250), proporciona perfis com alturas
menores no dimensionamento, já que possuem maior resistência ao escoamento e
ruptura. Já com relação ao custo por quilo desse tipo de aço, no mercado encontra-
se um preço médio de aproximadamente R$ 4,12 (quatro reais e doze centavos),
variando em função da quantidade a ser adquirida, já o aço MR 250 custa em média
R$ 3,63 (três reais e sessenta e três centavos).Do exposto, apesar de o aço AR 350
possuir um custo unitário maior que o MR 250, no custo total das vigas dos
pavimentos tipo sua utilização seria mais viável, pois ficaria 11,11% menos
dispendioso que o aço comum, fato que pode ser observado na tabela 32 do item
10.7.
Com relação às proteções térmicas consideradas no dimensionamento, observou-se
que realmente a argamassa projetada e a tinta intumescente possuem um menor
custo, visto que são os dois materiais de maior aplicação no mercado atual. Porém é
plausível que também seja feita uma análise técnica apurada de cada proteção
térmica, não levando em consideração apenas o custo final, mas o ganho no
decorrer da vida útil da obra com relação à aplicação, estética, durabilidade e
facilidade de manutenção.
117
No quesito aplicação, a argamassa projetada proporciona uma execução
relativamente rápida, se comparado com os outros tipos de proteção, porém pode
ocasionar em uma obra suja e com desperdícios, devido ao tipo de material e
método utilizado na aplicação. Os materias tais como lã de rocha, gesso acartonado
e manta fibrocerâmica são materiais de aplicação lenta, sendo necessária a
soldagem de pinos metálicos na estrutura para sua fixação, ocasionando em um
acréscimo relevante no período de execução da obra e gerando um alto índice de
perdas, mediante o grande número de cortes, visto que o tamanho das placas
respeitam padrões pré-existentes e encontrados no mercado. Com relação à tinta
intumescente, apesar de proporcionar uma estética agradável, uma obra limpa e
com poucas perdas, pode exigir um prazo entre demãos relativamente alto, e
cuidado especial com relação ao acabamento, caso a estrutura fique exposta ao
ambiente.
No que tange a preparação do substrato, para a aplicação da argamassa projetada
pode ser necessário a fixação de tela deployer na alma do perfil para melhor
aderência do material à viga, pois quanto maior o TRRF, maior será a espessura
utilizada, e consequentemente maior será a dificuldade de a argamassa aderir à
superfície a ser protegida. Para aplicação da pintura intumescente, basta que a
superfície a ser pintada esteja isenta de ferrugens, poeiras, óleos ou graxas,
podendo ser aplicada tanto por sistema de ar comprimido como manualmente
através de pincéis ou rolos. No que diz respeito às proteções tipo caixão, que são as
placas de gesso acartonado e as placas de lã de rocha, estas não terão contato
direto com a superfície da viga, pois serão fixadas diretamente nos pinos metálicos,
devendo o aplicador se atentar para a perfeita vedação das junções entre as placas
e para a possibilidade de abalos mecânicos, visto que são materiais que
proporcionam alta fragilidade à impactos.Com relação à manta fibrocerâmica,
durante sua aplicação a superfície deve se apresentar isenta de interferências que
possam ocasionar danos ao material, por se tratar de uma película frágil, podendo
sofrer rasgos e furos no decorrer de sua aplicação.
No critério de controle das espessuras, as placas de gesso acartonado, lã de rocha
e manta fibrocerâmica, proporcionam a vantagem de serem materiais com
118
espessuras pré-definidas, já encontradas prontas no mercado, não sendo
necessário o controle “in loco”, como a argamassa projetada e a tinta intumescente.
Fato importante de ser comentado também é o conforto visual e a estética da
edificação, visto que os materiais de proteção térmica são materiais de aspecto
rústico e não recomendado para aplicações externas ou expostas ao ambiente,
exceto a pintura intumescente, no qual trata-se de um material que proporciona um
aspecto agradável e semelhante a uma pintura convencional utilizada em estruturas
metálicas.
Com relação à logística e a disponibilidade dos materiais no mercado local, para a
argamassa projetada e a tinta intumescente, existe uma dificuldade de aquisição do
serviço, pois o fornecimento e aplicação destas proteções são realizadas por
empresas de outros Estados, sendo necessária a inclusão da mobilização nos
custos que compõem o orçamento, tornando-o mais oneroso, visto que o estudo em
questão foi baseado em uma edificação hipoteticamente construída na Grande
Vitória –ES, como já dito anteriormente.
No edifício analisado, com relação ao custo, a argamassa projetada foi a proteção
mais vantajosa, tendo um valor de R$ 13.937,00, considerando que as vigas serão
executadas em aço AR 350 (economicamente menos dispendioso) conforme
ilustrado no histograma do apêndice A. No entanto a diferença da argamassa para a
pintura intumescente foi de apenas R$ 1.535,55, valor que corresponde 1,07% do
valor total das vigas protegidas com tinta, mostrando que esse tipo de material vem
ganhando espaço no mercado de proteção passiva, ao contrario do que diz as
literaturas utilizadas na pesquisa, publicadas a algum tempo, que mostram a pintura
intumescente como o meio de proteção menos viável economicamente, se
comparado com as outras alternativas. Portanto conclui-se que para escolha da
proteção passiva do projeto em questão, apesar de não ser a alternativa com menor
custo, a pintura intumescente seria a opção mais indicada, visto que este sistema
proporcionaria um melhor acabamento final, facilidade de aplicação, manutenção e
limpeza na obra.
Para aprimoramento e prosseguimento dos estudos apresentados neste trabalho,
seguem algumas sugestões, tais como:
119
a) Dimensionamento estrutural contemplando todas as partes do edifício, tais
como, pilares, contraventamento, placas de bases e blocos de fundações,
continuando com a ideia comparativa entre os dois tipos de aço propostos no
trabalho.
b) Dimensionar a estrutura em situação de incêndio para diferentes tipos de
TRRF, fazendo uma analise comparativa quanto às espessuras das
proteções térmicas utilizadas.
c) Dimensionar a estrutura baseando-se na atualização da NBR 14323, no qual
foi revalidada em setembro de 2013.
120
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n.º 9269, de 21 de julho de 2009 e institui o Código de Segurança contra Incêndio e
Pânico (COSCIP) no âmbito do território do Estado e estabelece outras
providências. Vitória, 2009.
126
APÊNDICE A - Histograma comparativo do valor das proteções térmicas com
relação ao tipo de aço (MR 250 ou AR 350) utilizado no projeto.
Figura 47: Histograma comparativo do valor das proteções térmicas com relação ao tipo de aço (MR 250 ou AR 350) utilizado
no projeto.
Fonte: Dados primários, 2013
0,00
5.000,00
10.000,00
15.000,00
20.000,00
25.000,00
30.000,00
ArgamassaProjetada
MantaFibrocerâmica
Placas de Lãde Rocha
Placas deGesso
Acartonado
TintaIntumescente
Cu
sto
da
Pro
teçã
o (R
$)
Proteções Térmicas Aço MR 250
Aço AR 350
127
APÊNDICE B - Histograma comparativo do valor do aço (MR 250 ou AR 350)
revestido com proteção térmica.
Figura 48: Histograma comparativo do valor do aço (MR 250 ou AR 350) revestido com proteção térmica.
Fonte: Dados primários, 2013
R$-
R$30.000,00
R$60.000,00
R$90.000,00
R$120.000,00
R$150.000,00
R$180.000,00
ArgamassaProjetada
MantaFibrocerâmica
Placas de Lãde Rocha
Placas deGesso
Acartonado
TintaIntumescente
Cu
sto
do
aço
co
m p
rote
ção
térm
ica
Proteções Térmicas Aço MR 250
Aço AR 350
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