No desenvolvimento de projetos de estruturas de aço (fotografia 1), pode ser necessário levar em conta o desempenho estrutural em caso de ocorrência de incêndio. Isto porque a elevação progressiva da temperatura promove efeitos deletérios na estrutura, e pode ocasionar um colapso prematuro. “A exposição do aço a altas temperaturas faz degenerar suas características físicas e químicas, o que causa redução de rigidez e resistência” (MARTINS, 2000, p.18).
Silva (1997) afirma que o aumento da temperatura nos elementos estruturais, causa redução da resistência, redução do módulo de elasticidade e o aparecimento de esforços solicitantes adicionais (ações indiretas), nas estruturas em que há restrições às deformações térmicas.
DIMENSIONAMENTO EM SITUAÇÃO DE INCÊNDIO
De acordo com a NBR ABNT 14323, o dimensionamento de uma estrutura em situação de incêndio pode ser feito por meio do método simplificado. Neste caso, a distribuição da temperatura na seção transversal e ao longo do comprimento do elemento deve ser considerada uniforme.
A norma NBR ABNT 14323, considera que no caso de ser adotada a exposição ao incêndio-padrão no dimensionamento, efeitos de expansões térmicas das barras podem ser sempre desprezados.
O método simplificado de dimensionamento é utilizado em elementos estruturais envolvidos pelos gases quentes, devido a ocorrência de um incêndio no interior de um compartimento. Aplica-se também para elementos externos, mas neste caso o efeito do incêndio é de menor severidade. Segundo Martins (2000), o método simplificado geralmente conduz a resultados conservativos (Fluxograma 1).
As expressões para obtenção dos valores da capacidade resistente dos elementos estruturais de aço, fornecidas na NBR ABNT 14323, se aplicam à situação em que a distribuição de temperatura na seção transversal seja uniforme em sua seção transversal e ao longo do comprimento.
Esforço resistente de cálculo para tubos tracionados
Tubos de aço axialmente tracionados, previstos pela NBR 8800 e NBR 14762, podem ter sua força axial resistente de cálculo em situação de incêndio, para o estado-limite último de escoamento da área bruta, determinado por:
“O estado-limite último de ruptura da seção líquida efetiva não precisa ser considerado, desde que haja um parafuso em cada furo, uma vez que a temperatura do aço será menor na ligação devido à presença de material adicional” (SILVA, 1997, p.76).
Redução das propriedades mecânicas
O aço, assim como outros materiais estruturais, quando submetido a altas temperaturas sofre uma redução da sua resistência (Gráfico 1).
Para taxa de aquecimento entre 2 °C/min e 50 °C/min, a NBR ABNT 14323 fornece fatores de redução (Tabela 1), relativos aos valores a 20 °C, da resistência ao escoamento e do módulo de elasticidade do aço, de modo que:
Tempo Requerido de Resistência ao Fogo (TRRF)
A ABNT NBR 14432 (Exigência de resistência ao fogo de elementos de construção de edificações – Procedimento) descreve a exigência de resistência ao fogo determinando em forma de tempo, de duas formas: TRRF (tempo requerido de resistência ao fogo) ou do tempo equivalente.
Os tempos são preestabelecidos entre 30 e 120 minutos, com intervalos de 30 minutos, em função da altura da edificação, da área do pavimento, da ocupação do edifício, das medidas de proteção ativa disponíveis, etc.
Para Vargas e Silva (2003, p.18) “à medida que o risco à vida humana é considerado maior, devido à ocupação e a altura do edifício, a exigência torna-se mais rigorosa e o tempo requerido de resistência ao fogo aumenta”.
Temperatura em função do tempo pelo incêndio-padrão
A temperatura em função do tempo do incêndio é difícil de ser determinada e se altera para cada situação estudada. Convencionou se adotar uma curva padronizada pela ISO 834, como modelo para a análise experimental de estruturas. Esse modelo é conhecido como modelo do incêndio-padrão (Gráfico 2). É importante ressaltar, que essa curva não representa um incêndio real, e sim uma simplificação.
Silva (1997) afirma que na falta de estudos mais realísticos essa curva padronizada para ensaios poderá ser adotada como curva temperatura-tempo dos gases.
DIMENSIONAMENTO DE TUBOS TRACIONADOS
Para a verificação da influência da temperatura devido ao incêndio, foi realizado o cálculo da capacidade resistente de tubos (Tabela 3), com três diâmetros diferentes de tubos e diversas espessuras para algumas hipóteses de cálculo:
· Curva de incêndio-padrão para determinação da temperatura dos gases;
· TRRF de 30 minutos, determinados pela ABNT NBR 14432;
· Método simplificado de cálculo expostos na ABN NBR 14323;
· Uso de planilhas para o cálculo dos diversos tubos.
· Tensão de escoamento do aço e módulo de elasticidade E=20000 kN/cm² em temperatura ambiente.
· Estado-limite último escoamento da seção bruta.
Métodos simplificados da norma NBR ABNT 14323 mostram uma alta perda de capacidade resistente em tubos não revestidos, em situação de incêndio (Gráfico 4).
Segundo Mesquita (2015), quando um elemento estrutural não possui capacidade resistente para garantir a resistência ao fogo, o projetista pode alterar o tubo estrutural, buscando um de melhor competência em situação de incêndio, ou poderá garantir a resistência ao fogo necessária através da utilização de um material de proteção ao fogo.
Por este motivo, uma opção para proteção passiva é o uso de tintas intumescentes. Quando a temperatura superficial se aproxima de 200ºC, a resina da tinta começa a amolecer, favorecendo a ocorrência das reações químicas do sistema intumescente. Ocorre uma formação de espuma carbônica, podendo se expandir em até cem vezes em relação à camada inicial. O resultado final é uma barreira de carvão (cinzas do material queimado) firmemente aderida ao substrato ao qual oferece isolamento térmico, que fornece um isolamento térmico (Gráfico 6).
Quando estas estruturas não são isentas das verificações de dimensionamento em situação de incêndio, elas devem ser submetidas à análise de acordo com as normas vigentes. O estudo sobre ações de incêndio no Brasil é recente, e as normas atuais, com seus métodos simplificados, trazem resultados conservadores.
Hoje com o SCIA Engineer podemos verificar a variação da resistência do aço de acordo com a norma Eurocode.
Daniel Ferraz de Souza
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REFERÊNCIAS
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 14323: Projeto de estruturas de aço e de estruturas mistas de aço e concreto de edifícios em situação de incêndio. 2 ed. Rio de Janeiro: ABNT, 2013. 66 p.
MARTINS, Michele Mendonça. Dimensionamento de Estruturas de Aço em Situação de Incêndio. 2000. 233 f. Dissertação (Mestrado) – Curso de Engenharia, UFMG, Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, 2000.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. ABNT NBR 8800:2008: Projeto de Estruturas de Aço e de Estruturas Mistas de Aço e Concreto de Edifícios. 2ª ed. Rio de Janeiro: ABNT, 2008. 609 p
SILVA, Valdir Pignatta. Estruturas de Aço em Situação de Incêndio. 1997. 189 f. Tese (Doutorado) – Curso de Engenharia, Escola Politécnica USP, Universidade de São Paulo, São Paulo, 1997.
VARGAS, Mauri Resende; SILVA, Valdir Pignatta e. Resistência ao Fogo das Estruturas de Aço. Rio de Janeiro: Centro Brasileiro da Construção em Aço – CBCA, 2003. 74 p.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. “Exigências de resistência ao fogo de elementos construtivos de edificações”. Procedimento. NBR 14432. Rio de Janeiro. 2000.GUIMARÃES, Patricia Pamplona de Oliveira. Sobre dimensionamento do revestimento contra fogo de estruturas de aço. 2007. 266 f. Dissertação (Mestrado) – Curso de Engenharia Civil, Escola Politécnica Usp, Universidade de São Paulo, São Paulo, 2007.
