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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA
CENTRO DE TECNOLOGIA
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
Daniela Lopes Andreazza
CONCRETO EM SITUAÇÃO DE INCÊNDIO E REQUISITOS DA
NORMA ABNT NBR 15200:2012
Santa Maria, RS
2017
Daniela Lopes Andreazza
CONCRETO EM SITUAÇÃO DE INCÊNDIO E REQUISITOS DA NORMA
ABNT NBR 15200:2012
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado
ao Curso de Engenharia Civil da Universidade
Federal de Santa Maria (UFSM, RS), como
requisito parcial para obtenção do título de
Engenheira Civil.
Orientador: Prof. Dra. Larissa Degliuomini Kirchhof
Santa Maria, RS
2017
Daniela Lopes Andreazza
CONCRETO EM SITUAÇÃO DE INCÊNDIO E REQUISITOS DA NORMA
ABNT NBR 15200:2012
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado
ao Curso de Engenharia Civil da Universidade
Federal de Santa Maria (UFSM, RS), como
requisito parcial para obtenção do título de
Engenheira Civil.
Aprovado em 07 de agosto de 2017:
____________________________________
Larissa Degliuomini Kirchhof, Dra. (UFSM)
(Presidente/Orientador)
___________________________________
Alessandro Onofre Rigão, Me. (UFSM/Cachoeira do Sul)
___________________________________
Ticiana dos Santos de Souza, Eng.
Santa Maria, RS
2017
RESUMO
TÍTULO
AUTOR: Daniela Lopes Andreazza
ORIENTADOR: Prof. Dra. Larissa Degliuomini Kirchhof
Historicamente, o homem tenta compreender e controlar o fogo. Quando este fenômeno
toma proporções maiores, acaba resultando em tragédias, causando perdas materiais e até
mesmo humanas. Um incêndio pode ser influenciado por muitos fatores, em alguns casos
aleatórios, o que torna este acontecimento, um fato único, de modo que não se pode prever
como, onde ou o tamanho de um incêndio. As consequências trazidas em incêndios
ocorridos em edificações podem ser avassaladoras de acordo com seu sistema construtivo
e medidas de segurança adotadas. No mundo todo, a história traz grandes incêndios
trágicos em diversos países, e entre as maiores tragédias estão as ocorridas no Gran Circo
Norte Americano, no Edifício Joelma e na Boate Kiss, todos no Brasil. Em cada período
em que ocorreram, os grandes incêndios alarmaram a comunidade acadêmica da área de
engenharia civil para a criação de normas e instruções técnicas na área de segurança
contra incêndio. Atualmente, existem inúmeras instruções técnicas estaduais, normas
nacionais e outras legislações que regem a construção civil para segurança contra
incêndio. Além disso, é necessária também a fiscalização do cumprimento destas
normativas. Nas universidades brasileiras, não é comum que cursos de engenharia tenham
em seu currículo disciplinas voltadas para a segurança contra incêndio, falha já em
processo de mudança, uma vez que a Lei Federal 13.425, recentemente aprovada, torna
obrigatória a inserção de disciplinas desta área em cursos de engenharia no Brasil. Assim,
objetivou-se com este trabalho, trazer uma abordagem geral de normas voltadas para
estruturas em situação de incêndio, analisando requisitos de projeto necessários de acordo
com a norma ABNT NBR 15200:2012, bem como um estudo a respeito do
comportamento do concreto em situação de incêndio. Concluiu-se após o estudo que não
é possível se obter a certeza absoluta contra a ocorrência de um incêndio, o que incentiva
o estudo do comportamento de estruturas e medidas de prevenção e combate a incêndio
cabíveis ao projetista. Ainda que o homem não seja capaz de controlar o fogo,
engenheiros que obedeçam aos requisitos mínimos exigidos em normas e instruções
técnicas, podem impactar positivamente no caso de ocorrência de incêndio em
edificações. Além disso, ao obedecer às exigências quanto a segurança contra incêndio,
projeta-se uma estrutura que possibilite em que seus usuários possam, caso ocorra um
incêndio, ter plenas condições de evadir do local, evitando fatalidades. Este trabalho visa
ajudar estudantes, engenheiros e arquitetos a compreender as normas referentes à situação
de incêndio no dimensionamento de estruturas, de forma que edificações sejam melhor
projetadas em relação a segurança contra incêndio.
Palavras-chave: Segurança contra incêndio. ABNT NBR 15200:2012. Estruturas em
situação de incêndio.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Curva de incêndio natural .............................................................................. 17
Figura 2 - Elevação padronizada da temperatura ........................................................... 18
Figura 3 - Curva de incêndio padrão ISO 834 ................................................................ 19
Figura 4 - Modelo de compartimentação vertical (verga-peitoril) ................................. 21
Figura 5 - Modelo de compartimentação vertical (abas) ................................................ 21
Figura 6 - Modelo de compartimentação horizontal ...................................................... 22
Figura 7 - Distância entre edificações com fachadas paralelas ...................................... 24
Figura 8 - Temperatura no elemento construtivo com base na curva incêndio-padrão .. 26
Figura 9 - Transformações físico-químicas do concreto endurecido ao ser submetido as
altas temperaturas ........................................................................................... 29
Figura 10 - Diagrama tensão-deformação do aço a temperaturas elevadas ................... 41
Figura 11 - Valor de c1 e b para seção retangular .......................................................... 51
Figura 12 - Largura b para diferentes tipos de seção ...................................................... 51
LISTA DE QUADROS
Quadro 1 - Medidas de segurança contra incêndio e respectivas normas ...................... 12
Quadro 2 - Medidas de segurança e resoluções técnicas estaduais ................................ 14
Quadro 3 - Área máxima de compartimentação horizontal ............................................ 23
Quadro 4 - Índice para distâncias de segurança ............................................................ 25
Quadro 5 - Tempo requerido de resistência ao fogo (TRRF) ......................................... 27
Quadro 6 - Valores do coeficiente de redução da resistência à compressão em função da
temperatura para agregados silicosos e calcários ........................................ 33
Quadro 7 - Coeficientes de redução para a resistência da armadura passiva, para a
resistência da armadura ativa e para o módulo de elasticidade em função da
temperatura segundo a ABNT NBR 15200:2012 ........................................ 37
Quadro 8 - Valores dos parâmetros para o diagrama tensão-deformação de fios e
cordoalhas .................................................................................................... 39
Quadro 9 - Valores dos parâmetros para o diagrama tensão-deformação de barras
protendidas ................................................................................................... 39
Quadro 10 - Coeficientes de ponderação das ações para combinações últimas ............. 48
Quadro 11 – Fatores de combinação e de redução para as ações variáveis em edifícios 49
Quadro 12 - Dimensões mínimas para vigas biapoiadas ................................................ 52
Quadro 13 - Dimensões mínimas para vigas contínuas ou vigas de pórticos ................ 52
Quadro 14 - Dimensões mínimas para lajes simplesmente apoiadas ............................. 53
Quadro 15 - Dimensões mínimas para lajes contínuas ................................................... 53
Quadro 16 - Dimensões mínimas para lajes lisas ou cogumelo ..................................... 54
Quadro 17 - Dimensões mínimas para lajes nervuradas simplesmente apoiadas .......... 54
Quadro 18 - Dimensões mínimas para lajes nervuradas contínuas em, pelo menos, uma
das bordas ....................................................................................................................... 55
Quadro 19 - Dimensões mínimas para lajes nervuradas armadas em uma só direção ... 55
Quadro 20 - Dimensões mínimas para pilares com uma face exposta ao fogo .............. 56
Quadro 21 - Síntese da ABNT NBR 6118:2014 ............................................................ 59
Quadro 22 - Síntese da ABNT NBR 15200:2012 .......................................................... 59
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ...................................................................................................... 8
1.1. JUSTIFICATIVA .................................................................................................... 9
2 SEGURANÇA CONTRA INCÊNDIO ................................................................ 10
2.1. INTRODUÇÃO .................................................................................................... 10
2.2. AÇÃO TÉRMICA (INCÊNDIO) ......................................................................... 15
2.2.1.Caracterização de um incêndio ........................................................................... 16
2.2.2.Curvas de incêndio .............................................................................................. 17
2.3. PROTEÇÃO ATIVA E PASSIVA ....................................................................... 19
2.3.1.Compartimentação .............................................................................................. 20
2.4. RESISTÊNCIA AO FOGO................................................................................... 25
3 PROPRIEDADES DO CONCRETO EM SITUAÇÃO DE INCÊNDIO ............. 28
3.1. INTRODUÇÃO .................................................................................................... 28
3.2 Propriedades térmicas e mecânicas do concreto .................................................... 29
3.2.1 Massa específica .................................................................................................. 29
3.2.2 Calor específico ................................................................................................... 30
3.2.3 Condutividade térmica ........................................................................................ 31
3.2.4 Alongamento térmico .......................................................................................... 32
3.2.5 Resistência à compressão do concreto a altas temperaturas ............................... 32
3.2.6 Resistência à tração ............................................................................................. 34
3.2.7 Relação tensão-deformação ................................................................................ 34
3.3 Propriedades térmicas e mecânicas do aço ............................................................ 35
3.3.1 Massa específica .................................................................................................. 35
3.3.2 Calor específico ................................................................................................... 35
3.3.3 Condutividade térmica ........................................................................................ 36
3.3.4 Alongamento térmico .......................................................................................... 36
3.3.5 Resistência ao escoamento do aço e módulo de elasticidade da armadura passiva
e ativa às altas temperaturas .................................................................................. 37
3.3.6 Módulo de elasticidade ....................................................................................... 39
3.3.7 Relação tensão-deformação ................................................................................ 40
3.4 SPALLING NO CONCRETO ............................................................................... 42
4 ASPECTOS RELACIONADOS À NORMA BRASILEIRA ABNT NBR
15200:2012 ............................................................................................................ 45
4.1. BREVE HISTÓRICO DE NORMAS EM SITUAÇÃO DE INCÊNDIO NO
BRASIL ................................................................................................................ 45
4.2. A NORMA BRASILEIRA NBR 15200:2012 ...................................................... 46
4.2.1 Ação correspondente ao incêndio ....................................................................... 47
4.2.2 Métodos de resolução propostos pela norma ...................................................... 49
4.2.2.1 Simplificado ..................................................................................................... 49
4.2.2.2 Tabular ............................................................................................................. 50
4.2.2.3 Avançado .......................................................................................................... 56
4.3 COMPARATIVO ENTRE ABNT NBR 6118:2014 E ABNT NBR 15200:2012 . 57
5 CONCLUSÃO .......................................................................................................... 60
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ......................................................................... 61
8
1 INTRODUÇÃO
Desde os primórdios da humanidade, o fogo é um fenômeno objeto da vontade do
homem de decifrá-lo, dominá-lo e compreendê-lo. O fogo quando toma proporções
maiores pode se caracterizar como um incêndio, de modo a causar destruição, podendo
resultar em perdas materiais, e até mesmo, humanas. Um incêndio depende de inúmeros
fatores, que torna cada ocorrência, um acontecimento único. Assim, não é possível prever
como, onde ou a magnitude que ocorrerão os incêndios (GOUVEIA, 2001 apud LIMA et
al., 2004).
As consequências de incêndios que atingem edificações, dependendo do sistema
construtivo e das medidas adotadas para segurança contra incêndio, se ineficientes,
podem ser avassaladoras. Assim como mostra a história, em grandes incêndios ocorridos
no mundo todo, como é o caso dos Estados Unidos, Arábia Saudita, China, Japão,
Espanha e França. No entanto, além destes países, grandes incêndios, entre os maiores da
história mundial, aconteceram no Brasil.
Os incêndios no Gran Circo Norte Americano (Rio de Janeiro), Edifício Joelma
(São Paulo) e na Boate Kiss (Rio Grande do Sul), são os maiores já registrados no país.
Toda essa tragédia trouxe, em cada período em que ocorreu, o incentivo ao estudo e
elaboração de material técnico voltado para a área de segurança contra incêndio. Isto
proporcionou que fossem desenvolvidas medidas para prevenção de incêndio, além do
estudo de materiais com melhor desempenho em situação de incêndio. Atualmente,
existem instruções técnicas estaduais, normas nacionais e outras legislações que regem a
construção civil para segurança contra incêndio. Porém, além de material técnico, é
necessário contar com fiscalização do cumprimento destes. Infelizmente, a atualização de
normas e a intensificação de fiscalização apenas ocorre após alguma tragédia.
Poucas são as universidades brasileiras com cursos de engenharia que oferecem
disciplinas voltadas para segurança contra incêndio. Esta é uma falha no currículo dos
cursos de graduação atualmente. Porém, no dia 30/06/2017 foi aprovada a Lei Federal
13.425 que torna obrigatória a inserção de disciplinas com o tema de segurança contra
incêndio no currículo de cursos de engenharia, o que deve possibilitar maior produção de
estudos relacionados ao tema, além de maior conscientização dos novos engenheiros.
Assim, este trabalho apresenta uma abordagem geral a respeito do comportamento
do concreto em situação de incêndio, bem como os requisitos de projeto necessários de
acordo com a norma ABNT NBR 15200:2012.
9
1.1. JUSTIFICATIVA
Devido a trágica ocorrência do incêndio na Boate Kiss, na cidade de Santa Maria,
com 242 vítimas de maioria universitários, a proximidade com um sinistro de tamanha
magnitude traz inquietude para quem estuda na área de construção civil. A relação
próxima com a tragédia motiva este trabalho, uma vez que durante a graduação, não há
nenhuma disciplina que trate do assunto de estruturas em situação de incêndio. Assim,
realizou-se um estudo a respeito do concreto em situação de incêndio, além de análise de
normas voltadas para o tema.
1.2. OBJETIVOS
1.2.1. Objetivo Geral
O objetivo geral deste trabalho é trazer uma abordagem geral de normas voltadas
para estruturas em situação de incêndio, analisando requisitos de projeto necessários de
acordo com a norma ABNT NBR 15200:2012, bem como um estudo a respeito do
comportamento do concreto em situação de incêndio.
1.2.2. Objetivos Específicos
Os objetivos específicos deste trabalho consistem em:
Com base na literatura, esclarecer a definição e caracterização de
segurança contra incêndio, ação térmica;
Abordar medidas de prevenção de incêndio em edificações;
Explicar o comportamento de propriedades do concreto e do aço em
situação de incêndio, e sobre o fenômeno de spalling no concreto;
Realizar uma análise histórica de normas brasileiras, esclarecendo
requisitos e orientações na ABNT NBR 15200:2012;
Realizar comparativo entre as normas ABNT NBR 6118:2014 e ABNT
NBR 15200:2012.
10
2 SEGURANÇA CONTRA INCÊNDIO
2.1. INTRODUÇÃO
A Segurança Contra Incêndio (SCI) é uma área de pesquisa, desenvolvimento e
ensino, internacionalmente em expansão, que visa garantir a prevenção e combate a
incêndios. Segundo Seito et al. (2008), as maiores incidências de incêndios, tanto
pequenos quanto grandes, são em edificações, portanto, é tendência a exigência de testes
de materiais, equipamentos, sistemas construtivos e utensílios utilizados em edificações
quanto à SCI. Especialmente em países da Europa, nos EUA e no Japão, tem-se maior
atividade na área. As perdas ocasionadas por incêndios, especialmente criminosos ou
terroristas, provocam uma postura severa por parte destes países quanto à prevenção de
incêndios.
No Brasil, Silva (2012) expõe uma sucessão de tragédias no Brasil, que fizeram
com que, posteriormente, medidas fossem estudas e implantadas. O marco inicial foi o
incêndio do Gran Circo Americano, ocorrido em 17 de dezembro de 1961 em Niterói,
resultando em 250 vítimas fatais, o maior número até hoje, e 400 feridos. Pouco antes do
final do espetáculo, um incêndio, de origem criminosa, tomou conta da lona que cobria o
circo que caiu em chamas sobre um público de 2500 pessoas em menos de 3 minutos, as
pessoas em pânico foram pisoteadas e queimadas e os corpos obstruíram as saídas. Desse
modo, as principais causas da tragédia em si foram a ausência dos requisitos de escape,
como dimensões e locação correta de saídas e pessoas com treinamento para orientar a
multidão.
A segunda tragédia, em São Paulo, na avenida São João, ocorreu o primeiro
grande incêndio em prédios altos, em 24 de fevereiro de 1972. A estrutura era um prédio
comercial de 31 andares, e especulou-se que o fogo iniciou em uma loja no térreo, nos
cartazes de publicidade que estavam acima da marquise. Foram 336 feridos e 16 mortos.
O prédio não possuía escada de segurança, e só não houve mais vítimas porque as pessoas
se deslocaram para o heliponto da edificação, e lá ficaram protegidas, pela laje e beirais
da estrutura, até que fossem resgatados (SILVA, 2012).
Fechando a sequência histórica, está o incêndio no Edifício Joelma, localizado na
Praça da Bandeira em São Paulo, que ocorreu em dia 1º de fevereiro de 1974, com 179
mortos e 320 feridos. O edifício de escritórios e estacionamentos tinha 23 andares e não
possuía escada de segurança. Nesse caso, o prédio não possuía heliponto, e a grande
11
maioria das vítimas pereceram na cobertura do prédio, na tentativa se de salvarem
(SILVA, 2012).
A primeira manifestação técnica sobre o assunto se deu pouco mais de um mês
depois, em março de 1974, com o Simpósio de Segurança Contra Incêndio, realizado pelo
Clube de Engenharia do Rio de Janeiro que discutiu sobre o assunto, a partir de três linhas
de raciocínio, sendo elas: como evitar incêndios, como combatê-los e como minimizar os
seus efeitos (SEITO et al., 2008).
Em 1976, o estado do Rio de Janeiro se tornou o primeiro a ter uma legislação
estadual voltada para a segurança contra incêndio. Dessa forma, houve um crescimento
na autonomia do corpo de bombeiros dos estados. Em 1983, o estado de São Paulo
elaborou sua legislação estadual com o Decreto nº 20811/83. Na década de 80, iniciou-se
a produção de normas da ABNT sobre sistema de alarmes e detectores de incêndio,
iluminação de emergência e outras (SEITO et al., 2008). A prefeitura de São Paulo, apesar
de editar seu código de obras em 1975, implantou uma legislação estadual somente em
1983, o Decreto nº 20811. Em 2011, o decreto paulista nº 46076/01 foi ampliado de 38
instruções técnicas sobre incêndio, para 44 instruções (SILVA, 2012).
Nas décadas de 80 a 2000, pode-se citar outros incêndios que entraram em
evidência pela sua grande proporção. Nos anos 90 nenhum evento do porte dos já citados
ocorreu. Em 1984, em Cubatão/SP, centenas de litros de gasolina foram espalhados no
mangue próximo a uma favela, por conta de um vazamento. Pouco tempo depois, uma
ignição causou o incêndio do material e seu número oficial de vítimas foi de 93. Em 2000,
em Uruguaiana/RS, um curto-circuito em um aquecedor incendiou uma creche, em que
12 crianças, entre 2 e 4 anos, morreram. Em Belo Horizonte, em 2001, um show no
Canecão deixou mais de 300 pessoas feridas, após queima de fogos no palco (Revista
Exame, publicação em 29/01/2013).
Em 27 de janeiro de 2013, em Santa Maria/RS, um grande incêndio faz o assunto
voltar em evidência. Ocorre a segunda maior tragédia em número de vítimas no país,
conforme Souza (2016), com 242 vítimas fatais e centenas de feridos. Fogos de artifício
utilizados durante o show que estava ocorrendo alcançaram o forro da boate, e o fogo se
alastrou rapidamente. Nesse episódio, vários fatores no âmbito de infraestrutura
colaboraram para a tragédia, como o tipo de material do forro, a falta de recarga dos
extintores de incêndio, a boate possuir uma única saída, que ainda era obstruída, conforme
Jornal O Globo (Publicação em 22/03/2013). De acordo com Aquino (2015), essa tragédia
12
expos o quão deficiente a legislação vigente era em relação à segurança contra incêndio,
o que trouxe à tona a necessidade de grandes mudanças no território nacional. Dessa
forma, a prevenção contra incêndio voltou a se tornar destaque, tanto no meio técnico
quanto científico.
É muito comum encontrar edificações sendo utilizadas para fins diferentes dos
que foram projetadas. Isto é, conforme determinada edificação toma uma nova função de
uso, devido a locação ou venda da propriedade, não há realização de diagnóstico que
avalie se ela está apta ou não para receber a nova finalidade. Assim, fica evidente uma
imprudência tanto por parte dos órgãos fiscalizadores, quanto na mentalidade do
investidor, que muitas vezes não percebe a importância de readaptar a estrutura para seu
novo uso.
As exigências de segurança contra incêndio em edificações no Brasil são definidas
por legislações de cada estado, e várias delas determinam que as estruturas sejam
verificadas para a situação de incêndio. Estas legislações que obrigam o cumprimento da
norma, garantem desempenho previsto da estrutura. Segundo Silva (2012), o objetivo das
regulamentações modernas de segurança contra incêndio é proteger a vida e evitar que os
incêndios, caso se iniciem, se propaguem para fora de um compartimento do edifício.
Após a tragédia da Boate Kiss, o Estado do Rio Grande do Sul e o respectivo
Corpo Militar de Bombeiros (CBMRS) elaboraram e revisaram Decretos Estaduais, Leis
Complementares e Regulamentações Técnicas. Segundo Souza (2016), em maior
destaque, foi instaurada a popularmente conhecida “Leis Kiss”, Lei Complementar nº
14.376:2013, que estabelece normas sobre segurança, prevenção e proteção contra
incêndios nas edificações e áreas de risco. Mais tarde, em 22 de setembro de 2016, a lei
foi atualizada pela Lei Complementar nº 14.924, regulamentada pelo Decreto Estadual nº
53.280:2016.
Pelo viés da engenharia, existem normas que devem ser respeitadas e utilizadas,
desde a concepção dos seus projetos, passando pela sua execução, pela escolha de
materiais adequados, até a sua entrega. Salienta-se que na falta de instruções técnicas
estaduais, deve-se fazer uso de outras instruções e normas, conforme o Quadro 1.
Quadro 1 - Medidas de segurança contra incêndio e respectivas normas
Item Medida de segurança contra incêndio Norma a ser observada
1 Acesso de Viaturas de Bombeiros Instrução Técnica n.º 06, do Corpo de
Bombeiros da Polícia Militar do Estado de São
Paulo
13
2 Compartimentação Horizontal e
Vertical Nota: A implementação da
compartimentação horizontal e
vertical como medida de segurança,
prevista na legislação em vigor
(medida obrigatória) não se destina à
isenção de outros dispositivos e
medidas
Instrução Técnica n.º 09, do Corpo de
Bombeiros da Polícia Militar do Estado de São
Paulo, de forma suplementar a esta Resolução
Técnica
3 Controle de Fumaça Instrução Técnica n.º 15, do Corpo de
Bombeiros da Polícia Militar do Estado de São
Paulo
4 Controle de Materiais de Acabamento
e Revestimento
Instrução Técnica n.º 10, do Corpo de
Bombeiros da Polícia Militar do Estado de São
Paulo
5 Detecção e Alarme de Incêndio ABNT NBR 17240 e NBR ISO 7240 Notas: 1.
A distribuição dos acionadores manuais e a
localização da central de alarme deverão
cumprir o disposto na ABNT NBR 17240. 2.
A partir de 1º de janeiro de 2018, os
PPCI/PSPCI protocolados no CBMRS para a
primeira análise, não poderão possuir os
avisadores sonoros acoplados no mesmo
invólucro dos acionadores manuais. 3. Os
acionadores manuais deverão ser instalados a
uma altura entre 0,90 e 1,35 m do piso
acabado.
6 Hidrantes e Mangotinhos ABNT NBR 13714, de forma suplementar a
esta Resolução Técnica Notas: 1. Para os
depósitos de gás liquefeito de petróleo (GLP),
deverá ser observada, ainda, a ABNT NBR
15514 e demais normas específicas. 2. Para os
depósitos de líquidos inflamáveis e
combustíveis, deverão ser observadas, ainda,
as normas ABNT NBR 17505-1, ABNT NBR
17505-2, ABNT NBR 17505-3, ABNT NBR
17505-4, ABNT NBR 17505-5, ABNT NBR
17505-6, ABNT NBR 17505-7 e demais
normas específicas. 3. Caso a edificação ou
área de risco de incêndio possua acesso de
viaturas de bombeiro, constituído de pórtico e
via de acesso, o dispositivo de recalque poderá
ser instalado em local adequado dentro do lote,
junto às vias de acesso, afastado, no mínimo,
15 metros de qualquer edificação ou área de
risco de incêndio existente no lote. 4. Nos
mezaninos, não será necessária a instalação de
tomada de hidrante caso sua área esteja
coberta pelo sistema de hidrantes do
respectivo pavimento.
7 Iluminação de Emergência ABNT NBR 10898 Notas: 1. Será exigida
somente a iluminação de aclaramento, exceto
nos recintos sem iluminação natural ou
artificial suficiente para permitir o acúmulo de
energia no elemento fotoluminescente das
sinalizações de saída, devendo ser instalada a
14
iluminação de balizamento, entrando em
funcionamento quando acionado o sistema de
iluminação. 2. É obrigatória a iluminação de
balizamento nas rotas de saída das ocupações
do grupo F, divisões F-5, F-6, F-11 e F-12,
devendo permanecer acesa durante o horário
de funcionamento da atividade. 3. O sistema
de iluminação de balizamento, quando
exigido, deverá ser adicional, sem prejuízo ao
sistema de iluminação de aclaramento,
somente sendo aceita iluminação de
balizamento com fundo na cor verde com
símbolos e letras brancas ou com fundo
translúcido ou branco e símbolos e letras na
cor verde. 4. Todas as edificações e áreas de
risco de incêndio com altura superior a 12 m e
as divisões F-5, F-6, F-11 e F-12 deverão
possuir botão de emergência para
desligamento da alimentação de energia
elétrica, posicionado em local de permanente
vigilância e devidamente sinalizado.
8 Instalações Automáticas de Extinção
de Incêndio – Chuveiros Automáticos
ABNT NBR 10897 Nota: Caso a edificação ou
área de risco de incêndio possua acesso de
viaturas de bombeiro, o dispositivo de
recalque poderá ser instalado em local
adequado dentro do lote, junto às vias de
acesso, afastado, no mínimo, 15 m de qualquer
edificação ou área de risco de incêndio
existente no lote.
9 Plano de Emergência ABNT NBR 15219
10 Segurança Estrutural em Incêndio Instrução Técnica n.º 08, do Corpo de
Bombeiros da Polícia Militar do Estado de São
Paulo
11 Sinalização de Emergência ABNT 13434-1, ABNT NBR 13434-2 e
ABNT NBR 13434-3
12 Sistema de Proteção Contra Descargas
Atmosféricas – SPDA
ABNT NBR 5419
Fonte: CBMRS (2017).
Quadro 2 - Medidas de segurança e resoluções técnicas estaduais
Item Medida de segurança contra
incêndio
Resolução técnica a ser
observada
1 Brigada de Incêndio Resolução Técnica n.º
014/BM-CCB/2009, e suas
atualizações
2 Extintores de incêndio Resolução Técnica CBMRS
n.º 14/2016 – Extintores de
Incêndio, e suas atualizações
Nota: Para as normas técnicas
específicas que não
informarem a distância
máxima a percorrer do
extintor até a área de risco de
15
incêndio, adotar-se-á: a) o
afastamento mínimo de 03 m
do extintor em relação à área
de risco de incêndio; b) a
distância máxima a percorrer
de 15 m da área de risco de
incêndio até o extintor.
3 Saídas de Emergência Resolução Técnica CBMRS
n.º 11 – Parte 01/2016 –
Saídas de Emergência, e suas
atualizações
4 Hidrante Urbano Resolução Técnica CBMRS
n.º 16/2017 – Hidrante
Urbano, e suas atualizações
Fonte: CBMRS (2017).
Não é possível ter certeza absoluta contra a ocorrência de um incêndio, mas se
todas as medidas de segurança forem tomadas, sua probabilidade de ocorrência poderá
ser minimizada. A seguir serão apresentados aspectos relacionados ao incêndio, aos
meios ativos e passivos, bem como à resistência ao fogo dos elementos construtivos.
2.2. AÇÃO TÉRMICA (INCÊNDIO)
De acordo com Costa (2008), a ação térmica nas edificações ocasiona um aumento
brusco de temperatura dos elementos estruturais, que por sua vez causa transformações
físico-químicas, redução da resistência e do módulo de elasticidade dos materiais, e por
ventura, o surgimento de esforços solicitantes adicionais, provenientes das restrições a
deformações que tenham origem dessa ação. A ação térmica é descrita pelo autor como o
fluxo de calor dissipado por radiação e convecção, que é causado pela diferença de
temperatura entre os componentes da estrutura e os gases quentes do ambiente do
incêndio.
No processo de radiação, o calor flui por propagação de onda, de um corpo com
alta temperatura para outro com baixa, e em um compartimento, é originado dos gases
quentes das chamas e paredes, que estão aquecidas. Na convecção, o calor flui,
subsequente da diferença de densidades entre os gases de diferentes temperaturas no
ambiente que está em chamas. Esses gases se movimentam e acabam tocando as estrutura
e, assim, é transferido o calor. Em situação de incêndio, a ação térmica é excepcional e
deve ser considerada no projeto estrutural (COSTA, 2008).
16
Na estrutura, o calor passa por cada molécula do material, no caso do concreto, se
propaga pela elevação gradual de temperatura ao logo da seção do elemento, originando
assim, elevados gradientes térmicos. No aço, a propagação do calor ocorre com maior
rapidez, e as altas temperaturas tendem a se uniformizar pelas barras das armaduras,
devido a sua pequena seção (COSTA, 2008).
2.2.1. Caracterização de um incêndio
De acordo com Costa e Silva (2006), o incêndio pode ser modelado por meio de
curvas temperatura-tempo; elas associam a elevação da temperatura em função do tempo
de duração do incêndio, permitindo estimar a máxima temperatura dos gases quentes no
ambiente em chamas. Um incêndio real apresenta as seguintes fases:
• Ignição: é o início da inflamação (t=0), caracterizado por temperaturas
relativamente baixas que não implicam em riscos à estrutura e, principalmente à vida
humana (KIRCHHOF, 2004). Esta fase é também chamada de pré-flashover.
• Fase de aquecimento: Após a fase de ignição, a temperatura aumenta
rapidamente devido à superfície de toda carga combustível presente no ambiente entrar
em ignição. Nesse instante, ocorre o aumento brusco da temperatura denominado
flashover ou instante de inflamação generalizada. Após a ocorrência do flashover, a
temperatura dos gases eleva-se rapidamente, caracterizando a fase de aquecimento, até
boa parte do material combustível se extinguir (KIRCHHOF, 2004).
• Fase de resfriamento: após a queima de todo o material combustível, há
redução gradativa da temperatura dos gases no ambiente. Devido à inércia térmica, a
temperatura no elemento estrutural continuará a aumentar por alguns minutos, havendo,
portanto, um pequeno “atraso” no início do resfriamento da estrutura. (PURKISS, 1996
apud COSTA E SILVA, 2006).
Cada cenário de incêndio possui suas particularidades em relação à duração,
intensidade, risco, entre outros. Os fatores que determinam a variabilidade de um incêndio
em relação a outro são a carga de incêndio (material combustível presente no
compartimento), a geometria do compartimento (ambiente restrito por paredes, pisos,
recuos, etc., que restringe a propagação do incêndio para a vizinhança), o grau de
ventilação (representada pelas aberturas do compartimento), a característica dos materiais
de compartimentação (resistência térmica dos materiais que constituem os elementos de
vedação no compartimento em chamas), etc. (COSTA E SILVA, 2006).
17
2.2.2. Curvas de incêndio
COSTA e SILVA (2006) descrevem que para facilitar a determinação da ação
térmica nas estruturas, modelos matemáticos de incêndio foram formulados para
descreverem a variação da temperatura do compartimento em função do tempo do
sinistro. A relação temperatura x tempo é representada pelas “curvas temperatura-tempo”
ou “curvas de incêndio”, as quais podem ser padronizadas (curva incêndio-padrão) ou
parametrizadas pelas características do cenário do incêndio (curvas naturais).
De acordo com SILVA (1997), denomina-se incêndio natural, o modelo para o
qual se admite que a temperatura dos gases respeite às 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 (Figura 1). Para tal,
modela-se o incêndio, considerando a variação da quantidade de material combustível, o
grau de ventilação do compartimento em chamas, etc. Admite-se por simplicidade que o
incêndio se inicia no instante do “flashover” (SCHLEICH, 1994 apud SILVA, 1997).
Figura 1 - Curva de incêndio natural
Fonte: SILVA (1997 p. 4).
No entanto, KIRCHHOF (2004) menciona que devido as dificuldades em se
estabelecer a curva "Temperatura x Tempo" de um incêndio natural, justificada pela
grande variabilidade dos fatores mencionados anteriormente, a norma ABNT NBR
18
14323:2013 - “Dimensionamento de estruturas de aço e de estruturas mistas aço-concreto
de edifícios em situação de incêndio”, por simplificação, disponibiliza ao usuário
equações para o dimensionamento com base em um método simplificado, juntamente
com uma curva padronizada denominada de " Incêndio-Padrão".
Segundo Costa e Silva (2006), o incêndio-padrão é o modelo de incêndio
idealizado para análises experimentais, admitindo-se que a temperatura dos gases quentes
no compartimento em chamas obedeça às curvas padronizadas. Na ausência de dados
realísticos, as curvas padronizadas podem ser consideradas em função temperatura da
atmosfera do ambiente compartimentado. O comportamento das curvas Incêndio-Padrão
está ilustrado na Figura 2.
Figura 2 - Elevação padronizada da temperatura
Fonte: SILVA (1997 p. 5).
As curvas-padrão possuem apenas o ramo ascendente, com a temperatura dos
gases crescente em relação ao tempo, independente da influência das características do
ambiente e da quantidade de material combustível (SILVA, 1997). Portanto, as curvas-
padrão não representam uma situação real de incêndio, uma vez que as características do
cenário do incêndio podem variar de um compartimento para o outro (COSTA, 2002,
COSTA E SILVA, 2003). No entanto, elas são usadas para facilitar os ensaios em série
de elementos construtivos para avaliar a sua resistência a fogo (COSTA E SILVA, 2006).
A ABNT NBR 14323:1999 recomenda que a equação 1 seja adotada para a
elevação padronizada de temperatura em função do tempo. Esta equação representa a
relação temperatura-tempo apresentada na norma ISO 834:1975 - "Fire resistance tests -
19
elements of buiding construction". A Figura 3 ilustra a curva incêndio-padrão ISO 834
(1975).
Figura 3 - Curva de incêndio padrão ISO 834
Fonte: SILVA (2012, p 39).
𝜃𝑔 = 345𝑙𝑜𝑔10(8𝑡 + 1) + 𝜃𝑔,0 (1)
Onde:
θg = temperatura dos gases no instante t (°C);
t = tempo (minutos);
θg,0 = temperatura dos gases no início do aquecimento (°C), geralmente admitida
20°C.
2.3. PROTEÇÃO ATIVA E PASSIVA
Para a garantia da segurança contra incêndio, é de suma importância a utilização
de diversos mecanismos de proteção, que podem ser divididos em meios ativos e passivos.
Os meios ativos, adquirem importância pois auxiliam na detecção e alerta de um incêndio,
de modo que os ocupantes de uma edificação tenham tempo e consigam ficar seguros. Os
meios passivos são relacionados ao sistema construtivo e funcionam de modo a não
propiciar a propagação do fogo para além do local onde se iniciou (SEITO et al., 2008).
Segundo a ABNT NBR14432:2001 - "Exigências de resistência ao fogo de
elementos construtivos de edificações - Procedimento”, proteção ativa é o tipo de
proteção contra incêndio que é ativada manual ou automaticamente, em resposta aos
20
estímulos provocados pelo fogo e é composta basicamente das instalações prediais contra
incêndio. Já a proteção passiva é o conjunto de medidas incorporado ao sistema
construtivo do edifício, sendo funcional durante o uso normal da edificação e que reage
passivamente ao desenvolvimento, não estabelecendo condições propícias à sua
propagação. É composta por compartimentação horizontal e vertical, rotas de fuga e a
resistência ao fogo dos elementos construtivos, entre outros. (SILVA, 2012).
2.3.1. Compartimentação
Silva (2014) cita que para que a probabilidade de ocorrência de um incêndio seja
reduzida, caso ele se inicie, é importante garantir que o fogo não se propague, por meio
de compartimentação da edificação, ou seja, dividir a edificação vertical ou
horizontalmente, de forma a separar as partes, seja por paredes ou lajes, de materiais
capazes de limitar a ação do fogo.
De acordo com a IT CBPMESP n°9:2011 – “Compartimentação horizontal e
compartimentação vertical”, compartimentação tem a função básica de impedir a
propagação da fumaça e das chamas em um incêndio. Esta é essencial para garantir a
segurança das rotas de fuga da edificação, além de permitir o acesso do corpo de
bombeiros ao combate ao incêndio. A compartimentação pode ser horizontal, com a
utilização de paredes corta-fogo, ou vertical, com a utilização de lajes, confeccionadas
com materiais capazes de resistir ao fogo, com o intuito de impedir que o fogo se alastre
para outras partes da edificação.
A mesma instrução técnica especifica que a compartimentação vertical é
constituída dos seguintes elementos construtivos ou de vedação: entrepisos corta-fogo,
enclausuramento de escadas e poços de elevador, selos corta-fogo, cortina corta-fogo,
entre outros. As figuras 4 e 5 apresentam modelos de compartimentação vertical.
21
Figura 4 - Modelo de compartimentação vertical (verga-peitoril)
Fonte: IT CBPMESP n°9:2011.
Figura 5 - Modelo de compartimentação vertical (abas)
Fonte: IT CBPMESP n°9:2011.
Rodrigues (2009), em estudo realizado com auxílio do software Fire Dynamic
Simulator analisou o comportamento de diferentes tipos de sistema contra incêndio e
pânico em compartimentação vertical. A partir de seu estudo, concluiu que muitos fatores
22
influenciam na propagação de chamas como a geometria de aberturas e a configuração
do pé-direito.
Ainda, a IT CBPMSP n°9:2011 apresenta os elementos necessários para uma
compartimentação horizontal: paredes corta-fogo, portas corta-fogo, vedadores corta-
fogo, registros corta-fogo (impedem a passagem de fumaça em dutos de ventilação), selos
corta-fogo (isolam os shafts do incêndio) e afastamento horizontal entre aberturas. A
Figura 6 ilustra um exemplo de compartimentação horizontal.
Figura 6 - Modelo de compartimentação horizontal
Fonte: IT CBPMESP n°9:2011.
Ainda, a IT CBSP n°9:2011 apresenta limites de área para compartimentação
horizontal, isto é, o tamanho máximo que uma área compartimentada deve ter. Esses
valores dependem das características da edificação e são apresentados no Quadro 2.
23
Quadro 3 - Área máxima de compartimentação horizontal
Fonte: IT CBPMESP n°9:2011.
Segundo a mesma Instrução Técnica, aberturas situadas em fachadas paralelas,
coincidentes ou não, pertencentes a áreas de compartimentação horizontal distintas dos
edifícios situados no mesmo lote ou terreno, devem estar distanciadas de forma a evitar a
propagação do incêndio por radiação térmica. A Figura 7 ilustra a distância para fachadas
paralelas.
24
Figura 7 - Distância entre edificações com fachadas paralelas
Fonte: IT CBPMESP n°9:2011.
De acordo com a IT CBPMESP nº7:2011 - “Separação entre edificações
(isolamento de risco) ”, a distância representada na Figura 7 deve atender a equação 2 a
seguir.
𝐷 = 𝛼. 𝑙. 𝛽 (2)
Onde:
D = distância mínima entre fachadas;
l = menor dimensão da fachada de superfície radiante. Se não houver
compartimentação vertical, esse comprimento será de toda a fachada da edificação, senão,
será adotada a fachada do pavimento;
β = distância adicional de segurança, que será de 1,5m em municípios que
possuam Corpo de Bombeiros com viaturas de combate e 3m para municípios que não
possuem;
α = índice das distâncias de segurança, encontrado de acordo com o Quadro 3.
25
Quadro 4 - Índice para distâncias de segurança
Fonte: IT CBPMESP nº7:2011.
2.4. RESISTÊNCIA AO FOGO
De acordo com a ABNT NBR 14432:2000, a resistência ao fogo é definida como
uma característica que um elemento construtivo possui de resistir a ação do fogo,
garantindo seu isolamento, estanqueidade e segurança estrutural.
A ABNT NBR 5628:2001 - “Componentes Construtivos estruturais–
determinação da resistência ao fogo” trata dos métodos de ensaio para a determinação da
resistência ao fogo de elementos construtivos, analisando o tempo que as amostras,
expostas a uma simulação de incêndio, satisfazem as exigências contidas na mesma. São
condições quanto às temperaturas máxima e média que não podem ser ultrapassadas na
face não exposta ao fogo; quanto à estanqueidade da amostra e quanto à resistência
mecânica. Já a ABNT NBR 10636:1989 - "Paredes divisórias sem função estrutural -
determinação da resistência ao fogo" apresenta os métodos de ensaio para a determinação
da resistência ao fogo de paredes e divisórias sem função estrutural que é caracterizada
pela sua capacidade de manter a estabilidade (deve manter-se íntegra sem apresenta
colapso), a estanqueidade (deve impedir a passagem de chamas e gases quentes) e
isolamento térmico (deve resistir à transmissão de calor, impedindo que as temperaturas
na face não exposta ao fogo superem determinados limites).
De acordo com a ABNT NBR 5628: 2001, para caracterizar isolamento, o
elemento construtivo deve ter a capacidade de impedir a ocorrência, na face que não está
exposta ao fogo. Acréscimos de temperatura menores que 140ºC, na média dos pontos,
26
ou maiores que 180ºC, em qualquer ponto de medida. Em termos práticos, a estrutura tem
que evitar a passagem de calor que possa dar início a um incêndio no compartimento que
não está em chamas.
A ABNT NBR 5628:2001 define que um elemento construtivo estanque tem a
capacidade de impedir a ocorrência de rachaduras e aberturas, em que através delas
possam passar chamas e gases quentes que possam ignizar um chumaço de algodão. Com
relação ao requisito resistência mecânica, a norma define que deve ser considerado
inutilizado o componente que apresentar ruptura ou deslocamento transversal maior que
o estipulado.
Outro ponto importante a ser discutido diz respeito ao conceito de Tempo
Requerido de Resistência ao Fogo (TRRF) e Tempo de Resistência ao Fogo (TRF). De
acordo com COSTA (2008), na prática emprega-se a curva padrão- para facilitar os
cálculos, embora haja uma dificuldade operacional: a curva temperatura-tempo do
elemento construtivo não apresenta a temperatura máxima, Figura 8. Tal inconsistência
pode ser solucionada de forma fictícia, ao arbitrar-se um “tempo” em que ocorre a
temperatura máxima. Esse tempo é conhecido como TRRF e é encontrado em normas
técnicas.
Figura 8 - Temperatura no elemento construtivo com base na curva incêndio-padrão
Fonte: COSTA e SILVA (2003).
A ABNT NBR 14432:2001 - “Existência de resistência ao fogo de elementos
construtivos de edificações - Procedimento” define o Tempo Requerido de Resistência ao
Fogo (TRRF) como sendo “o tempo mínimo de resistência ao fogo de um elemento
construtivo quando sujeito ao incêndio-padrão”. A resistência ao fogo é estabelecida em
função da resistência dos elementos construtivos isolados em resistir à ação do fogo por
um determinado período de tempo. Deve-se ter claro que o TRRF é um parâmetro de
27
projeto e não representa o tempo de duração do incêndio, tempo de desocupação ou
tempo-resposta do corpo de bombeiros ou brigada de incêndio (Costa, 2008).
Já o TRF é o tempo máximo em que o elemento construtivo pode manter sua
função, segundo critérios de resistência ao fogo: estabilidade estrutural ou
compartimentação. A segurança contra incêndio será satisfatória quando o TRF for maior
ou igual ao TRRF (COSTA, 2008).
Determinados elementos exigem um valor mínimo de TRRF, que independe da
edificação e são determinados pelo tipo de ocupação e pela altura da edificação, de acordo
com o Quadro 4. De acordo com a ABNT NBR 9077:2001 – “Saída de emergência em
edifícios”, a altura da edificação é a medida entre o ponto que representa a saída de nível
de descarga até o piso do último pavimento tipo.
Para as saídas de emergência, no Rio Grande do Sul, o CBMRS exige que seja
utilizada a RT nº11 – parte 01/2016.
Quadro 5 - Tempo requerido de resistência ao fogo (TRRF)
Fonte: IT CBPMESP nº08:2011.
28
3 PROPRIEDADES DO CONCRETO EM SITUAÇÃO DE INCÊNDIO
3.1. INTRODUÇÃO
Pierin et al. (2014) citam que os principais materiais utilizados na prática da
construção civil, tais como aço, concreto armado, madeira, alumínio, quando aquecidos,
sofrem degradação das suas propriedades mecânicas. Quando ocorre uma situação de
incêndio, os elementos estruturais perdem grande parte da sua capacidade portante.
Costa e Silva (2002) explicam que dentre todos os materiais que podem ser
utilizados, pode-se dizer que o mais consagrado nacional e internacionalmente, é o
concreto armado. Algumas de suas características mais atrativas são sua
incombustibilidade, condutividade térmica baixa, não liberação de gases tóxicos ao ser
submetido ao fogo, e baixo fator de massividade em seus elementos estruturais, dessa
forma, em situação de incêndio as estruturas de concreto são consideradas seguras.
O concreto armado possui bom desempenho quando comprimido e, pela
solidariedade entre o aço e o concreto, pode ser considerado um material “homogêneo” à
temperatura ambiente. Quando submetido a temperaturas superiores a 100 °C, essa
característica de material “homogêneo” se perde na medida em que a temperatura
aumenta, isso devido às transformações químicas, físicas e mineralógicas da sua matriz,
conforme mostrado na Figura 9 (COSTA, 2008).
Segundo Sousa e Silva (2015), deve-se conhecer as propriedades térmicas do
material, para que seja feita a análise de estruturas submetidas a elevadas temperaturas,
em especial a massa específica, o calor específico, a condutividade térmica e a expansão
térmica, sendo as três primeiras citadas de suma importância.
Além das propriedades térmicas, é necessário conhecer também as propriedades
mecânicas do material, especialmente as resistências à compressão e à tração, o módulo
de elasticidade e as relações tensão-deformação. Usualmente, os modelos matemáticos
que representam as propriedades mecânicas dos materiais em função do aumento da
temperatura são obtidos por meio de resultados experimentais ou modelagens numéricas
(COSTA, 2008).
29
Figura 9 - Transformações físico-químicas do concreto endurecido ao ser submetido as
altas temperaturas
Fonte: COSTA (2008).
3.2 Propriedades térmicas e mecânicas do concreto
3.2.1 Massa específica
Segundo Sousa e Silva (2015), para o intervalo 20 °C ≤ θ ≤ 150 °C, a massa
específica do concreto depende dos seus agregados e de sua umidade. Sob temperatura
elevada, a massa específica muda devido à perda de umidade e à expansão térmica do
material.
A ABNT NBR 15200:2012 e o Eurocode 2 - Part 1:2004 apresentam as equações
(3) a (6), aplicável aos concretos de densidade normal com agregados silicosos ou
calcáreos, para o intervalo de 20 °C ≤ θ ≤ 1200 °C.
𝜌𝑐,𝜃 = 𝜌𝑐, se 20 °C ≤ θ ≤ 115 °C (3)
𝜌𝑐,𝜃 = 𝜌𝑐 [1 − 0,02 (𝜃−115
85)], se 115 °C ≤ θ ≤ 200 °C (4)
𝜌𝑐,𝜃 = 𝜌𝑐 [0,98 − 0,03 (𝜃−200
200)], se 200 °C ≤ θ ≤ 400 °C (5)
𝜌𝑐,𝜃 = 𝜌𝑐 [0,95 − 0,07 (𝜃−400
800)], se 400 °C ≤ θ ≤1200°C (6)
30
Onde:
ρc = massa específica do concreto de densidade normal à temperatura ambiente
[kg/m³];
ρc,θ = massa específica do concreto de densidade normal em função da temperatura
θ [kg/m³].
A equação (3) tem sido questionada por conta de a redução de até 12% da massa
específica do concreto de densidade normal quando em situação de incêndio, ser
considerada exagerada (COSTA, 2008). Na prática, tem-se observado que a redução da
massa específica é menor do que a apontada pelo Eurocode 2 – Part 1:2004 e também,
pelo impacto da variação da massa específica sobre as propriedades térmicas do concreto
ser muito pequeno. Por isso, a massa específica do concreto submetido a altas
temperaturas pode ser considerada com valor constante e igual ao do concreto em
temperatura ambiente. (SCHLEICH, 2005 apud COSTA, 2008).
A norma ABNT NBR 6118:2014 recomenda utilizar, nos projetos de estruturas
de concreto, massa específica igual a ρc = 2400 kg/m³ para as análises térmicas das seções
dos elementos de concreto armado e igual a ρc = 2500 kg/m³ para o cálculo do peso
próprio dos elementos de concreto de seção com armaduras.
3.2.2 Calor específico
O calor específico do concreto próximo aos 100°C se eleva de forma súbita devido
à evaporação da água livre. Esse pico é chamado de cp,top, situando-se entre 100 °C e 115
°C. O valor de cp,top varia de acordo com a umidade do concreto. Tanto a ABNT NBR
15200:2012 quanto o Eurocode 2 – Part 1:2004 recomendam que o calor específico seja
obtido por meio das equações (7) a (10).
𝐶𝑝,𝜃 =900, para 20 °C ≤ θ ≤ 100 °C (7)
𝐶𝑝,𝜃 = 900 + (𝜃 − 100), para 100 °C ≤ θ ≤ 200 °C (8)
𝐶𝑝,𝜃 = 100 − (𝜃−200
2), para 200°C ≤ θ ≤400 °C (9)
𝐶𝑝,𝜃 =1100, para 400 °C ≤ θ ≤ 1200 °C (10)
31
Onde:
𝐶𝑝.𝑡𝑜𝑝 = 900, para umidade de 0%, em peso;
𝐶𝑝.𝑡𝑜𝑝 = 1470, para umidade de 1,5%, em peso;
𝐶𝑝.𝑡𝑜𝑝 = 2020, para umidade de 3,0%, em peso;
Cp,θ = calor específico por unidade de massa do concreto de densidade normal em
função da temperatura θ [J/kg °C];
Cp,top = valor de pico do calor específico por unidade de massa do concreto em
função da umidade de equilíbrio do concreto e da temperatura θ [J/kg °C].
Para estruturas de concreto armado, o teor de umidade U ≤ 4% (em peso) é mais
representativo, enquanto 4% < U ≤ 10% é mais representativo para estruturas mistas de
aço e concreto (COSTA, 2008).
3.2.3 Condutividade térmica
A condutividade térmica do concreto está diretamente ligada com as propriedades
dos agregados, mas também é influenciada pela porosidade da pasta de cimento
(BAZANT; KAPLANT, 1996 apud COSTA, 2008; CALLISTER JÚNIOR, 2002 apud
COSTA, 2008). A condutividade do concreto de densidade normal com agregado silicoso
ou calcário pode ser determinada, para 20 °C ≤ θ ≤ 1200 °C, pela equação (11), que é
correspondente ao valor mínimo adequado às estruturas de concreto A equação (11) é
recomendada pela norma ABNT NBR 15200:2012 e pelo Eurocode 2 – Part 1:2004.
𝜆 = 1,36 − 0,36𝜃𝑐
100+ 0,0057(
𝜃𝑐
100) ² (11)
Onde:
λ = condutividade térmica do concreto de densidade normal com agregado silicoso
ou calcário (W/m °C);
θ = temperatura do concreto (°C).
O valor mínimo da condutividade térmica deve ser considerado 1,3 W/m °C.
32
3.2.4 Alongamento térmico
O alongamento específico do concreto de densidade normal com agregado silicoso
é calculado pelas equações (12) e (13) segundo a ABNT NBR 15200:2012 e o Eurocode
2 – Part 1:2004.
𝛥𝑙
𝑙= −1,8𝑥10−4 + 9𝑥10−6𝜃 + 2,3𝑥10−11𝜃³, para 20 °C ≤ θ ≤ 700 °C (12)
𝛥𝑙
𝑙= 14𝑥10−3, para 700 °C ≤ θ ≤ 1200 °C (13)
Onde:
l = comprimento da peça de concreto a 20°C;
∆l = alongamento do elemento de concreto provocado pela variação de
temperatura;
θ = temperatura do elemento (°C).
O alongamento específico do concreto de densidade normal com agregado
calcário é calculado pelas equações (14) e (15), recomendada apenas pelo Eurocode 2 –
Part 1:2004.
𝛥𝑙
𝑙= 18𝑥10−3(𝜃 − 20), para 20 °C ≤ θ ≤ 700 °C (14)
𝛥𝑙
𝑙= 12𝑥10−3, para 700 °C ≤ θ ≤ 1200 °C (15)
3.2.5 Resistência à compressão do concreto a altas temperaturas
Silva (2012), fala que conforme a temperatura aumenta, a resistência à
compressão o concreto diminui, e ainda que o concreto com agregado silicoso possui pior
comportamento ao fogo. A redução da resistência à compressão do concreto é dada pela
equação 16:
𝑓𝑐,𝜃 = 𝐾𝑐,𝜃𝑓𝑐,𝑘 (16)
Onde:
33
fck = resistência característica do concreto à compressão em temperatura ambiente
(MPa);
fck,θ = resistência característica do concreto à compressão à temperatura elevada θ
(MPa);
kc,θ = coeficiente de redução da resistência à compressão do concreto em função
da temperatura θ (adimensional). Os valores deste coeficiente estão presentes no Quadro
5.
Quadro 6 - Valores do coeficiente de redução da resistência à compressão em função da
temperatura para agregados silicosos e calcários
Fonte: CEN (2004) apud Sousa e Silva (2015).
Lima (2005) concluiu em seu estudo que as propriedades do concreto, tanto macro
quanto microestruturais são afetadas pelas altas temperaturas, independente da
composição do material. O autor determinou que a temperatura crítica, onde há sensível
redução de características mecânicas se dá na faixa de 400 a 600°C. Ainda, salienta que
a compacidade do concreto é afetada tanto para resistência convencional quanto alta
resistência.
O mesmo autor encontrou resultados mais favoráveis aos concretos de alta
resistência quanto à relação resistência a compressão e módulo de deformação em relação
aos concretos convencionais. Ficou evidenciado durante o estudo que a norma ABNT
34
NBR 15200 indica fatores adequados para estimar as propriedades do concreto em
situação de incêndio, o que destaca a importância das normas vigentes.
3.2.6 Resistência à tração
Em temperaturas elevadas, assim como em temperatura ambiente, a resistência à
tração é comumente desprezada. Mas para situações em que ela deve ser considerada,
pode-se considerá-la igual à resistência à tração em temperatura ambiente, para
temperaturas de até 100°C. Além dessa temperatura, pode-se estimar a resistência à tração
pelas equações (17) e (18), de acordo com o Eurocode 2 – Part 1:2004.
𝑓𝑐𝑡,𝜃 = 𝑓𝑐𝑡, para θ ≤ 100 °C (17)
𝑓𝑐𝑡,𝜃 = [1 − (𝜃−100
500)] 𝑓𝑐𝑡, para 100 °C ≤ θ ≤ 600 °C (18)
Onde:
fct,θ = resistência a tração do concreto à temperatura elevada θ (MPa);
fct = resistência a tração do concreto à temperatura ambiente (MPa).
A propriedade de resistência à tração adquire importância uma vez que o
desenvolvimento de fissuras surgirá na direção paralela à superfície, quando o somatório
das tensões atuantes ultrapassar a resistência à tração do material. Esse processo é
acompanhado por uma repentina liberação de energia seguida de uma ruptura violenta na
região próxima à superfície aquecida (KIRCHHOF, 2010).
3.2.7 Relação tensão-deformação
A ABNT NBR 15200:2012 e o Eurocode 2 – Part 1:2004 indicam para a
representação do diagrama tensão-deformação do concreto a temperaturas elevadas, a
equação (19).
𝜎𝑐,𝜃 = 𝑓𝑐,𝜃3(
𝜀𝑐,𝜃𝜀𝑐1,𝜃
)
2+(𝜀𝑐,𝜃𝜀𝑐1,𝜃
)³ (19)
35
Onde:
σc,θ = tensão à compressão do concreto à temperatura elevada θ (MPa);
fc,θ = resistência à compressão do concreto à temperatura elevada θ (MPa);
εc,θ = deformação linear específica do concreto em função da temperatura θ
(adimensional);
εc1,θ = deformação linear específica correspondente à resistência à compressão do
concreto à temperatura elevada θ (adimensional).
3.3 Propriedades térmicas e mecânicas do aço
Para análise térmica de uma estrutura de concreto armado, as propriedades
térmicas do aço são irrelevantes, pois a área das barras de aço é muito pequena para
desenvolver gradientes de temperaturas significativos na seção do aço (COSTA, 2008).
A seguir serão apresentadas as propriedades térmicas que regem o comportamento do
material frente às altas temperaturas.
3.3.1 Massa específica
A massa específica do aço é considerada independente da temperatura, pois ele
possui uma estrutura microcristalina bem definida e estável a altas temperaturas, com
valor constante e igual a ρs = 7850 kg/m³.
3.3.2 Calor específico
O calor específico do aço pode ser determinado por meio das equações (20) a (23)
do Eurocode 2 – Part 1:2004.
𝑐𝑎,𝜃 = 425 + 7,73𝑥10−1𝜃 − 1.69𝑥10−3𝜃² + 2,22𝑥10−6𝜃³ (20)
𝐶𝑎,𝜃 = 666 − (13002
𝜃−738), para 600 °C ≤ θ ≤ 735 °C (21)
𝐶𝑎,𝜃 = 545 − (17820
𝜃−731), para 735 °C ≤ θ ≤ 900 °C (22)
𝐶𝑎,𝜃 = 650, para 900 °C ≤ θ ≤ 1200 °C (23)
36
Onde:
Ca,θ = calor específico por unidade de massa do aço em função da temperatura θ
(J/kg/°C).
Para modelos simples de cálculos, o calor específico do aço pode ser considerado
independente da temperatura, constante e igual a Ca = 600 J/kg /°C (CEN, 2004
SCHLEICH, 2005 apud COSTA, 2008).
3.3.3 Condutividade térmica
Para o cálculo da condutividade térmica do aço, o Eurocode 4:2005 recomenda as
equações (24) e (25).
𝜆𝑎,𝜃 = 54 − 3,33𝑥10−2𝜃, para 20 °C ≤ θ ≤ 800 °C (24)
𝜆𝑎,𝜃 = 27,3, para 800 °C ≤ θ ≤ 1200 °C (25)
Onde:
λa,θ= condutividade térmica do aço em função da temperatura θ (W/m/°C).
3.3.4 Alongamento térmico
O alongamento específico do aço estrutural e de armaduras para concreto é
calculado pelas equações (26) a (28) (CEN, 2004).
𝛥𝑙
𝑙= −2,416𝑥10−4 + 1,2𝑥10−5𝜃 + 0,4𝑥10−8𝜃², para 20 °C ≤ θ ≤ 750 °C (26)
𝛥𝑙
𝑙= 11𝑥10−3, , para 750 °C ≤ θ ≤ 860 °C (27)
𝛥𝑙
𝑙= −6,2𝑥10−3 + 2𝑥10−5𝜃 , para 860 °C ≤ θ ≤ 1200 °C (28)
Onde:
l = comprimento do aço a temperatura de 20°C;
∆l = alongamento do elemento de aço provocado pela temperatura;
θ = temperatura do elemento (°C).
37
3.3.5 Resistência ao escoamento do aço e módulo de elasticidade da armadura passiva e
ativa às altas temperaturas
Com ao aumento da temperatura, a resistência ao escoamento do aço na armadura
passiva decresce, e pode ser obtida pela equação 29.
𝑓𝑦𝑘,𝜃 = 𝐾𝑠,𝜃𝑓𝑦𝑘 (29)
Onde
fy,k = resistência característica do aço de armadura passiva em situação normal;
Ks = o fator de redução da resistência do aço na temperatura θ (valores
apresentados no Quadro 6.
Quadro 7 - Coeficientes de redução para a resistência da armadura passiva, para a
resistência da armadura ativa e para o módulo de elasticidade em função da
temperatura segundo a ABNT NBR 15200:2012
Fonte: ABNT (2012), CEN (2004) apud Sousa e Silva (2015).
Para o aço submetido à tração, considera-se que ele atinja o patamar de
escoamento em situação de incêndio para εy,θ = 2%. Para as armaduras comprimidas,
38
deve-se compatibilizar a deformação do aço com a do concreto. Portanto, dificilmente o
aço atingirá 2% e, dessa forma, o redutor da tensão máxima atingida deve ser diferente.
Assume-se, por simplicidade, que a tensão máxima é igual àquela correspondente à
deformação plástica residual de 0,2% (SILVA, 2012).
A resistência ao escoamento do aço da armadura ativa decresce com o aumento
da temperatura, podendo o valor característico ser obtido pela equação (30) e o valor de
cálculo pela equação (31) (CEN, 2004).
𝑓𝑝𝑦𝑘,𝜃 = 𝐾𝑝,𝜃𝑓𝑝𝑦𝑘 (30)
𝑓𝑝𝑦𝑑,𝜃 = 𝑓𝑝𝑦𝑘,𝜃 (31)
Onde:
fpyk,θ = resistência característica a tração do aço protendido à temperatura elevada
θ [MPa];
Kp,θ = coeficiente de redução da resistência à tração do aço protendido em função
da temperatura θ [adimensional];
fpyk = resistência característica a tração do aço protendido em temperatura
ambiente [MPa];
fpyd,θ = resistência de cálculo a tração do aço protendido à temperatura elevada θ
[MPa].
Os valores do coeficiente de redução da resistência à tração do aço protendido em
função da temperatura θ são encontrados no Quadro 7, para fios e cordoalhas, e no Quadro
8, para barras.
39
Quadro 8 - Valores dos parâmetros para o diagrama tensão-deformação de fios e
cordoalhas
Fonte: CEN (2004).
Quadro 9 - Valores dos parâmetros para o diagrama tensão-deformação de barras
protendidas
Fonte: CEN (2004).
3.3.6 Módulo de elasticidade
40
O módulo de elasticidade do aço também diminui com o aumento da temperatura.
Essa redução é estimada por meio do coeficiente ksE,θ. O módulo de elasticidade do aço
submetido a altas temperaturas é dado pela equação (32) (CEN, 2004).
𝐸𝑠,𝜃 = 𝐾𝑠𝐸,𝜃𝐸𝑠 (32)
Onde
Es,θ = módulo de elasticidade do aço de armadura passiva em situação elevada;
KEs,θ = fator de redução do módulo de elasticidade do aço na temperatura θ;
Es = módulo de elasticidade do aço de armadura passiva em situação normal.
Para armadura ativa, que também tem redução do seu módulo de elasticidade
conforme há aumento da temperatura, a equação é representada a seguir.
𝐸𝑝,𝜃 = 𝐾𝐸𝑝,𝜃𝐸𝑝 (33)
Onde:
Ep,θ = módulo de elasticidade do aço protendido à temperatura elevada θ (Mpa);
kEp,θ = coeficiente de redução do módulo de elasticidade do aço protendido em
função da temperatura θ (adimensional);
Ep = módulo de elasticidade do aço protendido em situação normal (Mpa).
3.3.7 Relação tensão-deformação
O diagrama tensão-deformação do aço a temperaturas elevadas pode ser elaborado
a partir das equações (34) a (43) (CEN, 2004), é está ilustrado na Figura 10.
41
Figura 10 - Diagrama tensão-deformação do aço a temperaturas elevadas
Fonte: CEN (2004).
𝜎𝑠,𝜃 = 𝜀𝑠,𝜃𝐸𝑠,𝜃, para 0 ≤ 𝜀𝑠,𝜃 < 𝜀𝑝,𝜃 (34)
𝜎𝑠,𝜃 = 𝑓𝑝,𝜃 − 𝑐 +𝑎
𝑏√𝑎2 − (𝜀𝑦,𝜃 − 𝜀𝑠,𝜃)², para 𝜀𝑝,𝜃 ≤ 𝜀𝑠,𝜃 < 𝜀𝑦,𝜃 (35)
𝜎𝑠,𝜃 = 𝑓𝑦𝑘,𝜃, para 𝜀𝑦,𝜃 ≤ 𝜀𝑠,𝜃 < 𝜀𝑡,𝜃 (36)
𝜎𝑠,𝜃 = 𝑓𝑦𝑘,𝜃 [1 − (𝜀𝑠,𝜃−𝜀𝑡,𝜃
𝜀𝑢,𝜃−𝜀𝑡,𝜃)], para 𝜀𝑡,𝜃 ≤ 𝜀𝑠,𝜃 < 𝜀𝑢,𝜃 (37)
𝜎𝑠,𝜃 = 0, para 𝜀𝑠,𝜃 > 𝜀𝑢,𝜃 (38)
𝑎2 = (𝜀𝑦,𝜃 − 𝜀𝑝,𝜃) (𝜀𝑦,𝜃 − 𝜀𝑝,𝜃 +𝑐
𝐸𝑠,𝜃) (39)
𝑏2 = 𝑐(𝑒𝑦,𝜃 − 𝑒𝑝,𝜃)𝐸𝑠,𝜃 + 𝑐² (40)
𝑐 =(𝑓𝑦𝑘,𝜃−𝑓𝑝,𝜃)²
(𝜀𝑦,𝜃−𝜀𝑝,𝜃)𝐸𝑠,𝜃−2(𝑓𝑦𝑘.𝜃−𝑓𝑝,𝜃) (40)
𝜀𝑝,𝜃 =𝑓𝑝,𝜃
𝐸𝑠,𝜃 (41)
𝜀𝑦,𝜃 = 0,02 (42)
𝑓𝑝,𝜃 = 𝑘𝑝,𝜃𝑓𝑦,𝜃 (43)
Onde:
fyk,θ = resistência ao escoamento do aço na temperatura elevada θ [MPa];
fyk = resistência ao escoamento do aço a temperatura de 20°C [MPa];
42
fp,θ = resistência correspondente ao limite de proporcionalidade do aço na
temperatura θ (Mpa);
kp,θ = redutor do limite de proporcionalidade;
Es,θ = módulo de elasticidade do aço na temperatura θ (Mpa).
Os parâmetros εs,θ e εu,θ dependem da classe de resistência do aço.
Para CA-60 εs,θ=5% e εu,θ= 10%
Para CA-25 e CA-50 εs,θ=15% e εu,θ= 20%
Para as armaduras passivas, os digramas tensão deformação podem ser calculadas
pela mesma equação, apenas substituindo:
𝜀𝑝,𝜃 por 𝜀𝑝𝑝,𝜃, 𝜀𝑠,𝜃 por 𝜀𝑠𝑝,𝜃, 𝜀𝑦,𝜃 por 𝜀𝑝𝑦,𝜃, 𝜀𝑡,𝜃 por 𝜀𝑝𝑡,𝜃, 𝜀𝑝,𝜃 por 𝜀𝑝𝑝,𝜃, 𝜀𝑢,𝜃 por
𝜀𝑝𝑢,𝜃, 𝐸𝑠,𝜃 por 𝐸𝑝,𝜃, 𝑓𝑝,𝜃 por 𝑓𝑝𝑝,𝜃 e 𝑓𝑦𝑘,𝜃 por 𝑓𝑝𝑦𝑘,𝜃.
3.4 SPALLING NO CONCRETO
O termo spalling é definido no Boletim Técnico 118 da Construction Industry
Research and Information Association (CIRIA) como a perda gradativa de camadas ou
pedaços da superfície de um elemento estrutural, que pode se manifestar de forma
violenta ou não, quando esse é exposto a uma rápida elevação de temperatura, como é o
caso da ocorrência de incêndios em obras civis (MALHOTRA, 1984 apud KIRCHHOF,
2010).
Existem muitos tipos de spalling, dentre eles (FIB 2007 apud Klein Junior 2011):
• Spalling dos agregados;
• Spalling explosivo;
• Spalling superficial;
• Spalling por delaminação;
• Spallling de canto;
• Spalling após o resfriamento.
Klein Junior (2011) ainda diz que não existe divisão clara entre os tipos de
spalling, e que em um único incêndio podem ser vistos vários, ou até mesmo todos os
tipos de spalling. Geralmente, os três primeiros citados aparecem nos instantes iniciais do
incêndio, e os outros três mais para o final, e sua extensão e severidade variam bastante.
A tabela 1, mostra os fatores que influenciam nos diversos tipos de spalling.
43
Tabela 1 - Fatores que influenciam na ocorrência dos diversos tipos de spalling
Fonte: Khoury (2006) apud Klein Junior (2011).
Klein Junior (2011) explica que o spalling de natureza violenta é o explosivo. Ele
ocorre geralmente na primeira meia hora do incêndio, ocorrência se dá da expulsão da
água de forma explosiva, de concreto que pode ter a espessura de 25mm a 100mm. Dentre
os fatores que atuam, influenciando na sua ocorrência, estão: resistência, idade e
permeabilidade do concreto, taxa de aquecimento e intensidade dos gradientes térmicos
na seção transversal, tipo e tamanho dos agregados, teor de umidade do concreto,
presença de fissuras, dente outros, e ainda pode ocorrer de duas maneiras, pela pressão
nos poros ou pela pressão térmica e podem ocorrer separadas ou ao mesmo tempo,
dependendo da seção transversal, características dos materiais e teor de umidade do
concreto.
O mesmo autor comenta que o spalling causado pela pressão dos poros tem como
fatores de influência, a permeabilidade do concreto, a saturação inicial e a taxa de
aquecimento. Para os elementos que compõem uma edificação, essa pressão que ocorre
nos poros deve ser avaliada em conjunto com as tensões térmicas e de carregamento, para
ver se há ou não possibilidade de spalling explosivo. Ele pode ser descrito em sua fase
inicial, pelo aumento de temperatura que faz com que aumente a pressão nos poros, e
44
permite que ela passe para zonas mais frias, e esse vapor preenche os poros dessa região,
fazendo com que aumente mais a pressão, pois o vapor não tem mais onde penetrar.
Klein Junior (2011) cita que o spalling pelas tensões térmicas ocorre devido a
tensões que se desenvolvem pelas altas taxas de aquecimento, pois gera gradientes de
pressão que induzem tensões de compressão, nas proximidades da face aquecida, e de
tração nas faces quentes. Essas tensões de compressão podem ser aumentadas pelo
carregamento, e se juntam às tensões térmicas. Esse tipo é muito raro de acontecer, pois
os níveis de carregamento não são suficientes para chegar aos estados limites.
O processo termomecânico ou mecanismo de tensão térmica está diretamente
associado aos gradientes de deformação térmica que ocorrem na estrutura. As tensões
térmicas podem se manifestar de forma isolada ou se superpor com o mecanismo de
poropressão na ocorrência do lascamento explosivo (KIRCHHOF, 2010).
Ainda, Klein Junior (2011) comenta que nos estados combinados ocorrem os dois
fenômenos descritos anteriormente, e faz com que fissuras apareçam internamente, se
desenvolvendo paralelamente à superfície, quando essa soma de tensões supera a
resistência do concreto.
Klein Junior ainda acrescenta que a ocorrência do spalling pode reduzir
significantemente os níveis de segurança das edificações em situação de incêndio, e tem
como principais consequências fazer com que as armaduras fiquem expostas diretamente
ao fogo, além da redução da seção transversal do elemento fazer com que a peça perca
capacidade resistente, fazendo com que as tensões sejam transferidas para as peças de aço
e concreto remanescentes.
45
4 ASPECTOS RELACIONADOS À NORMA BRASILEIRA ABNT NBR
15200:2012
4.1. BREVE HISTÓRICO DE NORMAS EM SITUAÇÃO DE INCÊNDIO NO
BRASIL
De acordo com Simões (2005), até 2001, estruturas de concreto não eram
avaliadas quanto ao risco de sua função estrutural quando submetidas a uma situação de
incêndio, até a revisão da norma brasileira ABNT NBR 6118:2001 - “Projeto de
Estruturas de Concreto - Procedimento”, que trata do dimensionamento das estruturas de
concreto armado e de seu anexo “Estruturas de concreto em situação de incêndio”. Em
2003, com a nova revisão, o texto anexo à norma que tratava de situação de incêndio, foi
suprimido, dessa forma, a ABNT NBR 6118:2003 trata apenas de dimensionamento de
estruturas de concreto armado, originando uma nova norma específica para o caso de
situação de incêndio. Assim, foi publicada no final de 2004 a ABNT NBR 15200 –
“Projeto de estruturas de concreto em situação de incêndio”, a primeira norma nacional
que trata especificamente do concreto armado em situação de incêndio elaborada a partir
do EUROCODE 2 – “Design of concrete structures – Part 1-2 General rules – Structural
fire design” e adaptada à realidade brasileira, considerando os produtos e a experiência
no Brasil, conforme citado em seu prefácio. Esta norma foi revisada e teve sua segunda
edição lançada em 2012, devido à necessidade de atualização em relação aos avanços
tecnológicos na área de segurança contra incêndio, e alguns ajustes referentes a
procedimentos da prática à área de projetos (Revista Pini – Publicação em 23/05/2012).
As últimas e mais relevantes mudanças na área de projetos em situação de
incêndio se deram em função do incêndio da Boate Kiss. Com esse cenário, a readaptação
e elaboração das normas técnicas, bem como readaptações das legislações vigentes se
tornaram quase que imediatamente necessárias, em resposta ao ocorrido.
De acordo, com Costa et al. (2016), no que diz respeito à segurança de estruturas
em situação de incêndio, a Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) coloca à
disposição a ABNT NBR 14432:2001 - “Exigências de resistência ao fogo de elementos
construtivos e edificações - Procedimento”, ABNT NBR 14323:2013 - “Projeto de
Estruturas de Aço e de estruturas mistas de aço e concreto de edifícios em situação de
incêndio”, ABNT 15200:2012 - “Projeto de estruturas de concreto em situação de
incêndio” e baseadas nessas normas é que os Corpos de Bombeiros de diversos estados
46
elaboram suas Instruções Técnicas, de modo a evidenciar as exigências que se fazem
cumprir pelos seus decretos estaduais.
A ABNT NBR 14432:2001 mostra em seu escopo as medidas a serem tomadas
para que os elementos estruturais e de compartimentação, que compõe os edifícios, em
situação de incêndio, consigam evitar o colapso estrutural. Com esses requisitos atendidos
corretamente, a estrutura deve ser estanque e isolada por um período de tempo suficiente
para possibilitar a fuga das pessoas que ocupam a estrutura, em condições de segurança;
permite que as operações de combate a incêndio sejam realizadas com segurança, e que
os danos às edificações vizinhas e públicas sejam minimizados.
ABNT NBR 14323:2013, em seu escopo, descreve os requisitos necessários ao
dimensionamento de estruturas mistas, que estejam resguardadas pela ABNT NBR
8800:2008 – “Projeto de estruturas de aço e de estruturas mistas de aço e concreto de
edifícios” e pela a ABNT NBR 14762:2010 - “Dimensionamento de estruturas de aço
constituídas por perfis formados à frio”, de acordo com sua aplicabilidade, além de
estarem de acordo com ABNT NBR 14432:2001 ou legislação brasileira vigente, e é
baseada no método dos estados limites.
Silva e Fakury (2000) explicam que com a utilização dessa norma ABNT
14323:2013, desde que seja conhecida a temperatura atuante em cada elemento, é possível
verificar a segurança estrutural em situação de incêndio. Para que seja possível avaliar a
temperatura de cada elemento, utilizam-se expressões conhecidas de transferência de
calor, fornecidas pela norma, que são aplicadas à curva temperatura-tempo do incêndio.
Também é possível por meio desta, determinar a temperatura crítica de cada elemento
estrutural.
Finalmente, a ABNT NBR 15200:2012 – “Projeto de Estruturas de concreto em
situação de incêndio” que em seu escopo estabelece os critérios que devem ser atendidos
em situação de incêndio de acordo com os tempos requeridos de resistência ao fogo pela
ABNT NBR 14432:2001, e que deve ser aplicada nas estruturas de concreto calculadas
conforme a ABNT NBR 6118:2014 – “ Projeto de estruturas de concreto –
Procedimento”. A ABNT NBR 15200:2012 será descrita no item a seguir.
4.2. A NORMA BRASILEIRA NBR 15200:2012
47
Conforme mencionado anteriormente, a norma brasileira NBR 15200:2012 –“
Projeto de estruturas de concreto em situação de incêndio – Procedimento” é a norma
vigente para estruturas de concreto armado sob ação de incêndio, e foi elaborada a partir
do Eurocode 2 – Design of concrete structures – Part 1-2 General rules- Structural fire
design (2004). Foi elaborada no Comitê Brasileiro de Construção Civil (ABNT/CB-02) e
pela Comissão de Estudo de Estruturas de Concreto Simples, Armado e Protendido (CE-
02: 124.15), e tem como objetivo estabelecer critérios para o projeto de estruturas de
concreto em situação de incêndio e demonstrar o seu atendimento.
O funcionamento da ABNT NBR 15200:2012 é baseado na “correlação entre o
comportamento dos materiais e da estrutura em situação normal, com o que ocorre em
situação de incêndio” (ABNT NBR 15200, 2012, p.5).
O item 5 da ABNT NBR 15200:2012 descreve quais os requisitos e objetivos
gerais que são: limitar o risco à vida humana, à vizinhança e à própria sociedade, e da
propriedade exposta ao fogo. Esses objetivos são considerados atingidos se a estrutura
demostrar que mantém as funções de corta-fogo e suporte, sendo assim, devem ser
verificadas sob combinações excepcionais de ações no Estado Limite Último (ELU).
Essas funções, também estão compreendidas em um conjunto maior de requisitos gerais
de proteção ao incêndio, sendo elas: reduzir o risco de incêndio, controlar o fogo nos
estágios iniciais, limitar a área exposta ao fogo (compartimento corta-fogo), facilitar a
operação contra incêndio e evitar a ruína prematura.
A ABNT NBR 15200:2012 ainda exige que as edificações de grande porte, ou que
possuem maior carga de incêndio, devem atender exigências mais severas para cumprir
os requisitos gerais. Seus projetos devem favorecer a prevenção e proteção contra
incêndio, reduzindo o risco de incêndio e sua propagação.
4.2.1 Ação correspondente ao incêndio
A ABNT NBR 15200:2012, descreve que uma ação correspondente a um incêndio
pode ser representada através de um intervalo de tempo em que a estrutura em questão
esteja exposta ao incêndio-padrão (ABNT NBR 14432, 2001), que é definido como
TRRF. O calor que durante esse tempo é transmitido à estrutura gera, em cada elemento,
uma distribuição de temperatura diferente, em função de sua forma, e de sua exposição
ao fogo, processo esse que causa a redução da resistência dos materiais e de sua
48
capacidade estrutural. Também ocorrem novos esforços solicitantes, que provem de
alongamentos axiais restringidos e de gradientes térmicos (ABNT NBR 15200:2012).
Costa (2008) menciona que a verificação para situação de incêndio só acontece
nos estados limites últimos (ELU), que são aqueles associados ao colapso estrutural ou
ruínas estruturais que são caracterizadas por perda de equilíbrio, deformações excessivas
que acabam em rupturas e perda de estabilidade). Para a situação de incêndio, a ação
excepcional a ser considerada é a térmica. A equação 44 descreve como considerar as
ações em situação de incêndio (ABNT NBR 6118, 2014).
𝑆𝑑,𝑓𝑖 = ∑ 𝛾𝑔𝑖 . 𝐹𝐺𝑖,𝑘 + 𝐹𝑄,𝑒𝑥𝑐𝑚𝑖=1 + 𝛾𝑞 . ∑ 0,7. 𝜓2𝑗. 𝐹𝑞𝑗,𝑘
𝑛𝑗=1 (44)
Onde:
Sd,fi é o valor de cálculo das combinações últimas excepcionais;
FGi,k é o valor característico das ações permanentes;
FQ,exc é o valor da ação excepcional considerada;
Fqj,k é o valor característico das ações variáveis para a ação excepcional;
γgi é o coeficiente de ponderação das ações permanentes para a ação excepcional;
γq é o coeficiente de ponderação das ações variáveis para a situação excepcional;
ψ2j é o fator para a ação quase permanente, no caso incêndio, que multiplicado
por 0,7.
No Quadro 9 são representados os coeficientes de ponderação utilizados para
determinar o valor da ação excepcional de incêndio.
Quadro 10 - Coeficientes de ponderação das ações para combinações últimas
Fonte: NBR 8681 (2004).
49
Quadro 11 – Fatores de combinação e de redução para as ações variáveis em edifícios
Fonte: NBR 8681 (2003).
Para que seja garantida a segurança estrutural, o valor calculado dos efeitos das
ações (Sd,fi) deve ser menor que o valor de cálculo da capacidade resistente (Rd).
No próximo item, serão apresentados os métodos de verificação do
dimensionamento de estruturas de concreto em situação de incêndio, conforme a norma
ABNT NBR 15200:2012, de uma forma geral. Sousa e Silva (2015) destacam, que as
informações apresentadas para o dimensionamento dos elementos (vigas, lajes e pilares),
pela ABNT NBR 15200:2012 são válidas para elementos em concreto com resistência
característica à compressão fck ≤ 50 MPa e submetidas ao incêndio-padrão e exigem que
os TRRFs, sejam previamente calculados pela ABNT NBR 14432:2001 e as estruturas de
concreto, conforme os procedimentos da ABNT NBR 6118:2014 que tem como base a
correlação dos materiais a 20º C (considerada temperatura ambiente).
4.2.2 Métodos de resolução propostos pela norma
4.2.2.1 Simplificado
O Método simplificado é baseado em três hipóteses e é importante salientar que
ele não garante a função corta-fogo. (ABNT NBR 15200, 2012), sendo elas:
O cálculo das solicitações de cálculo pode ser feito conforme a equação
(45).
𝑆𝑑,𝑓𝑖 = 0,7 ∙ 𝑆𝑑 (45)
Onde:
Sd,fi = Solicitações de cálculo em situação de incêndio;
50
Sd = Solicitações de cálculo em situação normal.
Considerando o tempo de exposição ao fogo, conforme o TRRF, o esforço
resistente calculado, em situação de incêndio, para cada tipo de elemento, pode ser
calculado com base na distribuição da temperatura obtida para sua seção transversal,
distribuição essa que pode ser calculada com programas de computador específicos, a
partir do fluxo de calor determinado (anexo F da norma).
Desde que seja adotado para o concreto e para o aço a resistência média
em situação de incêndio, os esforços resistentes podem ser calculados para situação
normal, pelos critérios estabelecidos na ABNT NBR 6118:2014. Essa resistência média
é obtida distribuindo a perda total de resistência do concreto ou das armaduras, na parte
comprimida da seção de concreto e na armadura total, respectivamente. Como opção,
pode-se utilizar métodos que considerem a seção em situação de incêndio reduzida, sendo
assim é necessário pesquisar métodos na literatura para simular corretamente essa
redução.
Segundo Klein Júnior (2011), deve-se ressaltar que a expressão do Método
Simplificado foi obtida por meio de ajuste de curvas, de forma que não tem base em
qualquer condição de equilíbrio. Seus resultados estão muito ligados aos dados usados na
calibração do método. Assim, o campo de aplicação do Método Simplificado restringe-
se, para cada variável, aos valores avaliados experimentalmente. O Método Simplificado
não pode ser extrapolado com segurança para casos além dos seus limites de validade,
pois os resultados podem ser bastante imprevisíveis e discrepantes.
Após realização de trabalho com ensaios experimentais, Castro et al. (2005)
concluíram que uma das principais desvantagens do método simplificado consiste em sua
limitação no uso das seções transversais. Isso acontece, pois o método fica dependente de
curvas isotérmicas presentes em literatura estrangeira, uma vez que é adaptado de norma
estrangeira, cujas seções não são usuais no Brasil.
4.2.2.2 Tabular
Neste método, basta que a estrutura atenda as dimensões mínimas apresentadas
nas tabelas, que são em função do tipo de elemento estrutural, do seu TRRF, sempre
respeitando as limitações indicadas. As dimensões mínimas não devem ser inferiores às
impostas na ABNT NBR 6118:2014. Essas dimensões mínimas consideradas (bmin)
51
(Figura 11 e 12) são normalmente: largura das vigas, espessura de lajes, seções
transversais de pilares e tirantes, e principalmente, a distância entre o eixo da armadura
longitudinal e da face de concreto que estará exposta ao fogo (c1) (Figura 11). É apenas
considerada a armadura longitudinal nesse critério, pois os ensaios mostram que em
situação de incêndio, as peças de concreto rompem, geralmente, por flexão ou flexo-
compressão, e não por cisalhamento (ABNT NBR 15200, 2012).
Figura 11 - Valor de c1 e b para seção retangular
Fonte: Adaptado de ABNT NBR 15200 (2012).
Figura 12 - Largura b para diferentes tipos de seção
Fonte: ABNT NBR 15200 (2012).
A seguir são representadas as dimensões mínimas para cada tipo de elemento
estrutural, segundo a ABNT NBR 15200:2012.
52
Quadro 12 - Dimensões mínimas para vigas biapoiadas
Fonte: ABNT NBR 15200:2012.
Quadro 13 - Dimensões mínimas para vigas contínuas ou vigas de pórticos
Fonte: ABNT NBR 15200:2012.
53
Quadro 14 - Dimensões mínimas para lajes simplesmente apoiadas
Fonte: ABNT NBR 15200:2012.
Quadro 15 - Dimensões mínimas para lajes contínuas
Fonte: ABNT NBR 15200:2012.
54
Quadro 16 - Dimensões mínimas para lajes lisas ou cogumelo
Fonte: ABNT NBR 15200:2012.
Quadro 17 - Dimensões mínimas para lajes nervuradas simplesmente apoiadas
Fonte: ABNT NBR 15200:2012.
55
Quadro 18 - Dimensões mínimas para lajes nervuradas contínuas em, pelo menos, uma
das bordas
Fonte: ABNT NBR 15200:2012.
Quadro 19 - Dimensões mínimas para lajes nervuradas armadas em uma só direção
Fonte: ABNT NBR 15200:2012.
56
Quadro 20 - Dimensões mínimas para pilares com uma face exposta ao fogo
Fonte: ABNT NBR 15200:2012.
Silva (2007) cita que as tabelas apresentadas na NBR 15200:2004 (mantidas na
versão de 2012), consideram situações limites que conduzem a valores antieconômicos
para a maioria das situações. Assim, propõe em seu artigo uma alternativa válida para
situações mais comuns, induzindo a valores mais econômicos e precisos, se comparados
à da norma.
4.2.2.3 Avançado
Segundo o EN 1994-1-2:2005, onde o método tabular ou modelos simplificados
não são aplicáveis, é necessário usar um método com base em análise avançada ou um
método com base em ensaios experimentais. Modelos avançados de cálculo, em geral,
têm por base modelos numéricos para solução do problema e são fundamentados no
comportamento da estrutura em situação de incêndio. Modelos de análise térmica devem
ter por base os fundamentos da transferência de calor. Para análise mecânica os modelos
devem seguir os princípios da análise estrutural levando em conta os efeitos da
temperatura (CALDAS, 2008).
Souza Junior (2004) define modelo avançado de cálculo como uma abordagem
mais racional que avalia os riscos da edificação fazendo uso de ferramentas
computacionais. Assim, avalia-se de forma mais real o comportamento da estrutura sob
condições de incêndio.
Segundo a ABNT NBR 15200:2012, o uso de programas para a determinação da
distribuição e temperatura e verificação do isolamento pode ser aceita se eles
considerarem adequadamente a distribuição da temperatura na edificação. A norma ainda
cita que quando necessário atender aos requisitos de estanqueidade, podem ser feitos
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ensaios experimentais do elemento que deve ter função corta-fogo. Porém os métodos
avançados de cálculo devem levar em consideração, no mínimo:
Rigorosamente a combinação excepcional das ações em situação de
incêndio, com base na ABNT NBR 8681:2003;
O acréscimo dos efeitos das deformações térmicas restringidas aos
esforços solicitantes de cálculo, desde que sejam calculados por modelos não lineares,
capazes de considerar as grandes redistribuições de esforços que ocorrem;
Os esforços resistentes devem ser calculados levando em consideração as
distribuições de temperatura, conforme o TRRF;
Os cálculos das distribuições de temperatura e resistência devem respeitar
a ABNT NBR 6118:2014.
Caldas (2008) desenvolveu diversos modelos numéricos para análise de
comportamento de elementos estruturais em situação de incêndio, que se revelaram
adequados para análise de estruturas. Os resultados foram comparados com valores
numéricos e experimentais encontrados em literatura, com base no método avançado de
dimensionamento. Assim, os modelos desenvolvidos podem ser utilizados para análise
avançada com objetivo de estudar soluções de projeto ou comportamento de estruturas.
O modelo avançado (elementos finitos ou diferenças finitas) quando comparado a
modelos simplificados (expressões de norma), pode apresentar discrepâncias de valores.
Isso acontece pois nos modelos simplificados há muitas aproximações introduzidas,
normalmente a favor da segurança. Porém, quando o modelo avançado de cálculo é
utilizado, em geral, as temperaturas obtidas são maiores que as de modelos simplificados
(FRANSSEN E ZAHARIA, 2006 apud CALDAS, 2008).
4.3 COMPARATIVO ENTRE ABNT NBR 6118:2014 E ABNT NBR 15200:2012
A ABNT NBR 6118:2014 Projeto de estruturas de concreto – Procedimento, é a
norma que rege quase que com totalidade as estruturas de concreto de obras civis que são
executadas, hoje em dia, mas que também deve ser complementada por outras normas,
dependendo da estrutura a ser construída. Ela já está em sua a terceira edição, e substituiu
a versão anterior de 2007. Foi elaborada pelo Comitê Brasileiro da Construção Civil
(ABNT/CB-02), pela Comissão de Estudos de Estruturas de Concreto – Projeto e
Execução (CE-02:124.15). É uma norma que sofreu ampla revisão desde a sua concepção
e muitas contribuições para que chegasse ao nível em que se encontra hoje. Possui grande
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extensão e abrangência e apresenta todos os parâmetros necessários para se construir uma
estrutura segura. Em seu escopo, a ABNT NBR 6118:2014 diz que “Esta norma não
possui requisitos exigíveis para evitar os estados-limites gerados por certos tipos de ação,
como sismos, impactos, explosões e fogo” e indica que para em situação de incêndio é
necessário consultar a ABNT NBR 15200:2012.
Ajala et al. (2016) comentam que a maior diferença ABNT NBR 15200:2012 e a
ABNT NBR 6118:2014 é que a primeira recomenda um dimensionamento mais arrojado,
que preza mais a segurança. Reina (2010) relata que muitos profissionais da área
relacionam erroneamente a NBR 15200:2012 com as exigências de resistência ao fogo
pré-estabelecidas segundo a NBR 14432:2001, sendo que o principal objetivo da NBR
15200:2012 é estabelecer critérios que evitem o colapso estrutural e atendam aos
requisitos de estanqueidade, estabilidade e isolamento, além de limitar o risco da ruína
prematura da estrutura, permitindo a fuga dos usuários e as operações de combate e
controle do incêndio.
É imprescindível que a estrutura seja compartimentada de modo a evitar que o
fogo se propague além do local de origem e que mantenha a capacidade de suporte e
estabilidade global da edificação, assim como a de cada elemento que a compõe.
Garantindo essa função evita-se o colapso global e/ou local progressivo (REINA, 2010).
Ainda sobre as diferenças, de objetivos, a ABNT NBR 6118 (2014, p81), esclarece
que “o objetivo da análise estrutural é determinar os efeitos das ações em uma estrutura,
com a finalidade de efetuar verificações de estados limites últimos e de serviço”, ao passo
que a ABNT NBR 15200 (2012, p1) reforça o seu principal objetivo, que é definir “os
critérios de projeto de estruturas de concreto em situação de incêndio e a forma de
demonstrar o seu atendimento”. Os Quadros 20 e 21 representam os principais pontos
relacionados à ABNT NBR 6118:2014 e a ABNT NBR 15200.
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Quadro 21 - Síntese da ABNT NBR 6118:2014
Fonte: Ajala et al. (2016).
Quadro 22 - Síntese da ABNT NBR 15200:2012
Fonte: Ajala et al. (2016).
Assim, pode-se deferir que, para um dimensionamento adequado em situação de
incêndio, deve-se utilizar ambas normas, visto que são complementares.
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5 CONCLUSÃO
Após realização deste estudo, conclui-se que a segurança de estruturas quanto à
situação de incêndio é uma área muito importante e complexa, uma vez que o fogo é um
fenômeno afetado por muitos parâmetros. Dessa forma, não é possível se obter a certeza
absoluta contra a ocorrência de um incêndio, o que incentiva o estudo do comportamento
de estruturas e medidas de prevenção e combate a incêndio cabíveis ao projetista.
Com esse trabalho, ficou mais claro que a responsabilidade de um engenheiro vai
muito além dos parâmetros construtivos de uma obra, podendo impactar em vidas
humanas. Isto é, no caso de ocorrência de um sinistro, o projetista da edificação deve
garantir que ocorra o mínimo impacto na estrutura. Ainda que o homem não seja capaz
de controlar o fogo, pode diminuir seus efeitos em edificações. Isto é, engenheiros que
obedeçam aos requisitos mínimos exigidos em normas e instruções técnicas, podem
impactar positivamente no caso de ocorrência de incêndio em edificações. Portanto, o
projeto de uma edificação para que haja segurança em situação de incêndio, deve levar
em consideração muitos fatores, que passa basicamente pela aplicação correta das normas
e legislações, instruções técnicas que imperam sobre esse assunto, e além disso, pela
fiscalização dos órgãos competentes.
Cada evento é diferente do outro e há sempre a probabilidade de ocorrência de
alguma situação extraordinária, mas a soma de todos os requisitos, desde que sejam
corretas as suas aplicações, fazem com que haja uma redução da probabilidade de
ocorrência de um incêndio. Além disso, ao obedecer às exigências quanto a segurança
contra incêndio, projeta-se uma estrutura que possibilite em que seus usuários possam,
caso ocorra a situação de incêndio, ter melhores condições de evadir do local, evitando
quaisquer fatalidades.
Mesmo que os engenheiros já formados não tenham tido em sua graduação
disciplinas voltadas para segurança contra incêndio, as normas e instruções devem ser
seguidas. Espera-se que com a nova lei que torna obrigatório o tema em cursos de
engenharia, ocorram menos tragédias envolvendo fogo, e, caso ocorra um incêndio, que
as edificações sejam eficientes, de acordo com o exigido em norma, permitindo a fuga
dos usuários e não alastramento do incêndio. Espera-se que este trabalho ajude estudantes
e engenheiros a compreender as normas referentes à situação de incêndio no
dimensionamento de estruturas, de forma que edificações sejam melhor projetadas em
relação a segurança contra incêndio.
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