Valdir Pignatta e Silva

Professor doutor da Escola Politécnica da

Universidade de São Paulo

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INTRODUÇÃO

Em 1994, o Corpo de Bombeiros de São Paulo alegando que não havia Norma Brasileira com recomendações para o dimensionamento das estruturas de aço em situação de incêndio, publicou uma Instrução Técnica outorgando diretrizes para o projeto de estruturas metálicas. Essa Instrução Técnica não incluiu recomendações para edificações em concreto, por haver, à época, uma norma de estruturas de concreto em situação de incêndio (NBR 5627:1980). A atitude do CB/SP foi adequada, porém as exigências de segurança foram consideradas excessivas e inflexíveis. A IT, no entanto, incentivou o interesse pelo tema dos meios técnico, acadêmico e industrial.

Em 1996, a Associação Brasileira de Normas Técnicas instalou a Comissão de Estudos CE-24:301-06 "Proteção contra fogo das estruturas metálicas", depois renomeada para "Segurança das estruturas em situação de incêndio". Nessa comissão, foi criado um Grupo de Trabalho (GT), constituído por representantes do meio universitário (Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, Universidade Federal de Minas Gerais e Universidade Federal de Ouro Preto) e do meio técnico (Codemi e Tecsteel) para elaborar textos-base normativos sobre o assunto.

A CE composta, entre outros, de representantes do Corpo de Bombeiros/SP, de fabricantes de material de revestimento contra fogo, do Instituto de Pesquisas Tecnológica, de escritórios de projetos, de siderúrgicas, em 1999, após consulta pública, aprovou a NBR 14323:1999 "Dimensionamento de estruturas de aço de edifícios em situação de incêndio".

Para a utilização da NBR 14323:1999, foi necessária a elaboração de outra norma, que fornecesse as diretrizes para a determinação da ação térmica nos elementos construtivos das edificações. O GT, contando com a valiosa contribuição de diversos oficiais do Corpo de Bombeiros/SP, elaborou um texto-base, que foi aprovado pela Comissão de Estudos, após consulta pública, em 2000, dando origem à NBR 14432:2000 "Exigências de resistência ao fogo de elementos construtivos das edificações". Essa norma é válida para quaisquer estruturas, independente do material (concreto, aço, alvenaria estrutural, madeira, etc.) utilizado.

A NBR 5627:1980 “Exigências particulares das obras de concreto armado e protendido em relação à resistência ao fogo” foi cancelada em 2001 e substituída pelo Anexo B do texto de revisão da NBR 6118, versão de 2001. Esse anexo foi suprimido na versão final da NBR 6118:2003, mas tornou-se o texto-base para a NBR 15200:2004 “Projeto de estruturas de concreto em situação de incêndio”. 

Atualmente, a IT do Corpo de Bombeiros de São Paulo, revisada, é compatível com as Normas Brasileiras.

EXIGÊNCIAS DE RESISTÊNCIA AO FOGO DE ELEMENTOS

CONSTRUTIVOS DAS EDIFICAÇÕES. NBR 14432:2000

Objetivo

A Norma Brasileira NBR 14432:2000 "Exigências de resistência ao fogo de elementos construtivos de edificações" tem por objetivo estabelecer as condições a serem atendidas pelos elementos construtivos, estruturais ou de compartimentação, que integram os edifícios. O objetivo é, em situação de incêndio, evitar o colapso estrutural e atender requisitos de estanqueidade e isolamento de forma a possibilitar: a fuga dos ocupantes da edificação em condições de segurança, a segurança das operações de combate ao incêndio e a minimização de danos a edificações adjacentes e à infra-estrutura pública.

TRRF

O efeito do incêndio é a ação térmica nas estruturas e sua conseqüente elevação de temperatura. Difere das ações da gravidade e eólica, por se tratar de uma ação excepcional, devido ao baixo período de recorrência.

Para a análise das estruturas, o incêndio é caracterizado pela relação entre a temperatura dos gases quentes e o tempo. A severidade do incêndio depende da geometria e do uso do edifício, por conseguinte, varia para cada edificação.

Há modelos matemáticos do incêndio real denominados “curvas naturais” de incêndio. Essas curvas são parametrizadas pela carga de incêndio, pelo grau de ventilação e pelas características dos elementos de compartimentação (Fig. 1). Por simplicidade, a curva real é normalmente substituída por curvas padronizadas para ensaios. A mais difundida internacionalmente é a recomendada pela ISO 834 (Fig. 2), empregada para combustão de materiais celulósicos. Quaisquer conclusões com base nessa curva devem ser analisadas com cuidado, pois o incêndio-padrão não corresponde ao incêndio real. A NBR 5628:2001 baseia-se nessa curva-padrão.

A partir da curva temperatura-tempo dos gases quentes, é possível determinar a temperatura no elemento da estrutura por meio de expressões, que admitem uma distribuição uniforme de temperaturas, válidas, portanto, para elementos esbeltos isolados. Os modelos de incêndio natural permitem determinar a temperatura máxima do elemento (Figs. 3 e 4), para a qual ele deve ser dimensionado. Isso não é conseguido ao se empregar o incêndio-padrão. Por, na prática, empregar-se a curva-padrão, há necessidade de arbitrar um “tempo” para determinar uma temperatura de dimensionamento.

Esse “tempo” é chamado de tempo requerido de resistência ao fogo – TRRF. Em face das dificuldades de cálculo e de sua variabilidade com o cenário de incêndio, o TRRF é avaliado subjetivamente, em função do risco e das conseqüências do incêndio. É definido por consenso da sociedade e estabelecido em normas ou códigos. ) TRRF padroniza a ação térmica a ser utilizada no dimensionamento das estruturas em incêndio. O TRRF não deve ser confundido com tempo de desocupação ou tempo de duração do incêndio. A NBR 14432:2000 apresenta uma tabela de tempos requeridos de resistência ao fogo (TRRF) dos elementos construtivos das edificações, mas permite também a utilização de outros métodos para determiná-lo, por exemplo: método do tempo equivalente e métodos de análise de risco, desde que adequados à realidade nacional. Permite também a utilização de métodos avançados (incêndio natural) para avaliar a ação térmica nas estruturas. Um resumo da citada tabela é apresentado na Tabela 1.

Tendo em vista a pequena probabilidade de acidentes em edifícios de fácil desocupação, algumas edificações são dispensadas de verificação estrutural. Um resumo das recomendações da Norma Brasileira é apresentado na Tabela 2.

Tabela 1 - TRRF (min) para alguns tipos de edificações (NBR 14432:2000).

Tabela 2 – Tabela de isenções de verificação de segurança estrutural (NBR 14432:2000)

(1) área total da edificação, observadas as recomendações constantes das normas brasileiras em vigor e em regulamentos de órgãos públicos.

(2) centros esportivos, terminais de passageiros, construções provisórias, etc., exceto as regiões de ocupação distinta. Para 23m<h£30m e h>30m o TRRF deverá ser de 30min e 60min respectivamente e para subsolo com h£10m e h>10m, o TRRF deverá ser de 60min e 90min, respectivamente.

(3) garagens abertas lateralmente, com estrutura em concreto armado ou protendido ou em aço que atenda a determinadas condições construtivas descritas na Norma. O grau mínimo de abertura lateral é definido na Norma.

(4) depósitos sem risco de incêndio expressivo, com estrutura em concreto armado ou protendido ou em aço.

(5) observados os critérios de compartimentação constantes das normas brasileiras em vigor e de regulamentos de órgãos públicos.

(6) conforme tabela fornecida na Norma.

(7) altura da edificação é a distância compreendida entre o ponto que caracteriza a saída situada no nível de descarga do prédio e o piso do último pavimento.

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

(9) conforme Normas Brasileiras em vigor.

(10) fachadas de aproximação com características definidas na Norma.

(11) As isenções não se aplicam às edificações cujos ocupantes tenham restrição de mobilidade, como no caso de hospitais, asilos e penitenciárias; à cobertura da edificação com função de piso, mesmo que seja para saída de emergência; à estrutura da edificação que, a critério do responsável técnico p elo projeto estrutural, for essencial à estabilidade de um elemento de compartimentação

DIMENSIONAMENTO DE ESTRUTURAS DE AÇO EM SITUAÇÃO DE INCÊNDIO. NBR 14323:1999

As condições de segurança de uma estrutura podem ser expressas por desigualdades do tipo:

F(S_d, R_d) £ 0

Quando a segurança puder ser verificada isoladamente em relação a cada um dos esforços atuantes, as condições de segurança podem ser expressas de forma simplificada: S_d £ R_d

Em situação de incêndio essa expressão toma a seguinte forma: S_d,fi £ R_d,fi,q

Onde:

S_d,fi é o valor de cálculo do esforço solicitante em situação de incêndio

R_d,fi,q é o valor de cálculo do esforço resistente em situação de incêndio

A ação térmica tem duração extremamente curta e baixa probabilidade de ocorrer durante a vida útil da construção, caracterizando, portanto, uma ação excepcional. S_d,fi é determinado conforme as recomendações da NBR 8681:2003 a partir da expressão:

Onde:

g_g é o valor do coeficiente de ponderação para as ações permanentes (vale 1,2 para ação permanente desfavorável)

g_q é o valor do coeficiente de ponderação para as ações variáveis (vale 1,0)

y₂ é o fator de combinação utilizado para a determinação dos valores reduzidos das ações variáveis nas combinações últimas (vale: 0 (zero) para pressão dinâmica do vento, 0,21 para cargas acidentais em locais em que não há predominância de pesos de equipamentos que permanecem fixos por longos períodos de tempo, nem de elevadas concentrações de pessoas (edifícios residenciais), 0,28 para cargas acidentais em locais em que há predominância de pesos de equipamentos que permanecem fixos por longos períodos de tempo, ou de elevada concentração de pessoas (edifícios comerciais), 0,42 para cargas acidentais em bibliotecas, arquivos, oficinas e garagens

As eventuais solicitações provenientes de restrições às deformações térmicas, geralmente, são desprezadas quando se utiliza o modelo do incêndio-padrão.

R_d,fi,q é determinado por expressões similares àquelas utilizadas no cálculo à temperatura ambiente, incluindo fatores de redução da resistência, k_y,q, e do módulo de elasticidade, k_E,q, fornecidos na Tabela 3. Algumas dessas expressões são modificadas por coeficientes de ajuste, com base experimental.

Tabela 3 - Fatores de redução

DIMENSIONAMENTO DE ESTRUTURAS DE CONCRETO EM SITUAÇÃO DE INCÊNDIO. NBR 15200:2004

Os materiais utilizados nas estruturas sofrem alterações na microestrutura em decorrência de elevação de temperatura, modificando suas propriedades físicas e mecânicas. Nos metais, apenas as propriedades mecânicas são reduzidas em incêndio. Na madeira e no concreto, além das propriedades mecânicas, a área resistente também pode ser reduzida, devido à carbonização e a lascamentos, respectivamente.

Apesar da distribuição não-uniforme de temperatura nos elementos de concreto, devido às baixas condutividade térmica e esbeltez, é usual adotar o modelo do incêndio-padrão para medir a “resistência ao fogo” em unidade de “tempo” (TRRF). Assim, todos os elementos estruturais devem respeitar o TRRF normatizado. O TRRF pode também ser determinado pelo método do tempo equivalente (MTE), detalhado na Instrução Técnica, IT, n°8 do Corpo de Bombeiros do Estado de São Paulo. O MTE permite reduzir o TRRF normatizado, se houver condições favoráveis de segurança a incêndio, procedentes da proteção ativa, baixa carga de incêndio, etc.

A verificação da estrutura pode ser realizada por meio de três métodos: tabular, simplificado e geral. Os dois últimos não são totalmente detalhados na NBR 15200:2004, permitindo ao projetista a escolha de métodos citados na literatura técnica internacional. O método tabular é o mais simples de ser empregado, mas nem sempre o mais econômico.

A temperatura diminui nas regiões próximas ao centro da seção transversal. Quanto maior a seção transversal, tanto maior será o núcleo frio. Quanto mais afastada estiver a armadura da face exposta ao calor, menor será sua temperatura (Fig. 5). É falsa a idéia de que o cobrimento da armadura é fundamental para protegê-la do calor, uma vez que o concreto não é um isolante ideal. A temperatura da armadura depende da sua posição (indiretamente do cobrimento) e das dimensões da seção transversal do elemento de concreto (Fig. 6).

As tabelas 4, 5 e 6 são exemplos do método tabular apresentado na Norma. É permitida a inclusão de revestimentos não-combustíveis na determinação das dimensões mínimas em função do TRRF.

Tabela 4 - Dimensões mínimas para lajes apoiadas em vigas

Tabela 5 - Dimensões mínimas para vigas contínuas

Tabela 6 - Dimensões mínimas para pilares

O fator “m_fi” é a razão entre os valores de cálculo da normal solicitante em situação de incêndio (N_Sd,fi) e da normal resistente em situação normal de uso (N_Rd).

A NBR 15200 permite, salvo cálculo mais preciso, considerar m_fi = 0,70.

Valdir Pignatta e Silva

Professor Doutor da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (EPUSP)

Autor dos livros "Estruturas de aço em situação de incêndio" e "Resistência ao fogo das estruturas de aço" e de mais de 70 trabalhos publicados sobre engenharia de estruturas e engenharia de segurança contra incêndio

Coordenador do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil da Escola Politécnica da USP  (2003-2005)

Coordenador de pós-graduação da área de Estruturas, do Departamento de Engenharia de Estruturas e Fundações (PEF) da EPUSP (2003-2005)

Membro do comitê científico do IV Workshop Structures in Fire (SiF) 2006. Aveiro.

Membro do grupo "Structures in Fire" (SiF) coordenado pela Universidade de Liège

Representante do Brasil no Working Group on "Fire Safety in Multi-Storey Buildings", do IISI - International Iron and Steel Institute (Bruxelas)

Revisor do Journal of Structural Engineerig do ASCE

Revisor do Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering

Membro do International Association for Fire Safety Science (IAFSS) 

Lider do Grupo de Pesquisa CNPq "Segurança das Estruturas em Situação de Incêndio"

Coordenador do Curso de Especialização (360 h) em "Gestão da segurança contra incêndio e explosões" oferecido pelo PECE/EPUSP

Coordenador de educação do Grupo de Pesquisa Tecnológica em Segurança contra Incêndio da Universidade de São Paulo (GSI/USP)

Membro do Laboratório de Mecânica Computacional do Departamento de Engenharia de Estruturas e Fundações da EPUSP (LMC/PEF/EPUSP)

Membro do Laboratório de Estruturas e Materiais Estruturais do Departamento de Engenharia de Estruturas e Fundações da EPUSP (LEM/PEF/EPUSP)

Professor da disciplina "Estruturas de Aço em Situação de Incêndio", oferecida de forma pioneira na América Latina, desde 1999, pelo programa de pós-graduação senso estrito do PEF/EPUSP

Coordenador da comissão de estudos CE-24:301-06/ABNT "Segurança das estruturas em situação de incêndio" (1995-2002) para a elaboração do texto-base das Normas: NBR 14323 “Dimensionamento de estruturas  de aço de edifícios em situação de incêndio” e NBR 14432 "Exigências de resistência ao fogo de elementos construtivos de edificações"

Membro da comissão de estudos  CE-24:201-03/ABNT  para  a  elaboração  do  texto- base da Norma “Potencial de risco de incêndio nas edificações”

Membro da comissão de estudos CE:28.000.04 (GT-04-7)/ABNT  para  a  elaboração  do  texto-base da Norma Brasileira NBR 5884 “Perfis Estruturais Soldados de Aço”

Membro da comissão de estudos CE-02:125.01/ABNT "Projeto e execução de  estruturas metálicas" para a elaboração de texto-base da  Norma Brasileira NBR 14762 “Dimensionamento de Estruturas de Aço Constituídos por Perfis Formados a Frio”

Membro da comissão de estudos CE:28.000.04 (GT-04-8)/ABNT  para  a  elaboração  do  texto-base de revisão da Norma Brasileira NBR 6355 “Perfis estruturais de aço, formados a frio”

Membro do grupo de trabalho que está elaborando texto-base para revisão da NBR 8800 "Projeto de estruturas de aço de edifícios" e NBR 14323 "Dimensionamento de estruturas  de aço de edifícios em situação de incêndio”

Sócio colaborador da Associação Brasileira da Construção Metálica (ABCEM)

Membro do Conselho Editorial da Revista Construção Metálica (1996-2001)

Consultor científico do “NUTAU’98 Arquitetura e Urbanismo: Tecnologias para o Século XXI” (Núcleo de Pesquisa em Tecnologia da Arquitetura e Urbanismo da Universidade de São Paulo). São Paulo. 1998

Membro do comitê organizador e do comitê científico do I CICOM - Congresso Internacional da Construção Metálica. São Paulo. 2001

Membro do comitê organizador e do comitê científico do I CICOM - Congresso Internacional da Construção Metálica. São Paulo. 2001 e do comitê científico do II CICOM - São Paulo. 2002

Membro do comitê científico do XXXII Jornadas Sul-Americanas de Eng. Estrutural. Campinas. 2006

Membro do comitê científico do V e VI Simpósio EPUSP sobre estruturas de concreto. 2002/2006

Representante do PEF/EPUSP na Comissão de Pós-Graduação da EPUSP¨ 

Representante dos Professores Doutores no Conselho do PEF/EPUSP

Assessor ad hoc: CAPES, CNPq, FAPESP e FAPEMIG

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