PROGRAMA MACS+

O programa MACS+ – Membrane Action of Composite Structures (ou Ação de Membrana de Estruturas Compostas) – é de autoria do Dr. Olivier Vassart, da Arcelor Mittal, e do Dr. Bin Zhao, do CTICM (Centre Technique Industriel de la Construction Métallique).

Ele é resultado do projeto de pesquisa conhecido como Fire Resistance Assessment of Partially Protected Composite Floors (Avaliação de Resistência ao Fogo de Pisos Mistos Parcialmente Revestidos - FRACOF). O principal objetivo desse projeto – desenvolvido no Reino Unido - foi divulgar o que se conhecia a respeito de ação de membrana para os demais países da Europa. Um ensaio de incêndio em escala real foi realizado nesse projeto em 2008 (Vassart, 2011). O programa é uma ferramenta que utiliza as equações do método de Bailey para determinação da capacidade de um painel de laje em estudo para um determinado TRRF.

O ensaio confirmou que o sistema de lajes mistas não colapsou mesmo com algumas das vigas secundárias não revestidas, mas elas falharam em termos de integridade. Um guia para dimensionamento foi publicado (Vassart e Zhao, 2012a, 2012b) e o procedimento aplicado no programa.

O programa permite aos projetistas que verifiquem o comportamento de todo um edifício, sendo possível a determinação de quais dos elementos podem permanecer sem revestimento contra incêndio mantendo os níveis de segurança equivalentes aos métodos tradicionais.

No programa MACS+ é possível a definição de incêndios naturais a partir das curvas paramétricas adotadas no EN 1991 Parte 1-2 (2005), que levam em consideração a carga do incêndio específica e dimensões do compartimento e das aberturas. O programa MACS+ permite ainda a inserção de curvas tempo x temperatura a partir de um arquivo de texto, possibilitando o uso de resultados de outros modelos de incêndio.

O programa aplica-se a lajes mistas de aço e concreto empregando-se chapas perfiladas de até 80 mm de espessura e camada de concreto de 60 até 130 mm. A resistência à tração da chapa perfilada é ignorada na situação de incêndio.

É possível o uso de telas eletrossoldadas ou vergalhões com áreas e dimensões idênticas ou não como armadura negativa nas direções ortogonais, não se permitindo o uso de mais de uma camada por direção; também não é permitido o uso de armadura apenas em uma direção, nem o uso de armadura dentro da nervura da laje.

Ele apresenta telas eletrossoldadas das séries A e B em sua biblioteca empregadas no Reino Unido e França, mas o usuário também pode definir as dimensões da tela (desde que as bitolas sejam superiores a 5 mm e a área de armadura em cada direção seja superior a 100 mm2/m). Dessa maneira, é possível o emprego das telas utilizadas no Brasil.

Para a determinação das vigas empregadas na laje do pavimento, o programa MACS+ permite ao usuário a escolha de seções de uma lista predefinida de diversas dimensões, incluindo perfis I e H Americanos, Britânicos e Europeus mais comuns. Não é possível a edição ou criação de novos perfis dentro do programa.

5.2.1. Zonas de dimensionamento da laje

As zonas de dimensionamento – ou painéis de laje - compreendem vigas perimetrais dimensionadas para atingir a resistência ao fogo pretendida para a laje de pavimento, sendo, normalmente, revestidas contra o incêndio, além das vigas secundárias, que não recebem revestimento contra o fogo e a laje mista propriamente dita. A Figura 5.4 mostra o piso de um pavimento dividido em painéis. É possível verificar que os painéis denominados como A podem ter sua capacidade resistente em situação de incêndio verificada a partir do programa MACS+. Já o painel denominado B apresenta um pilar em seu interior, o que inviabiliza sua verificação em situação de incêndio a partir do programa MACS+, uma vez que não é possível o desenvolvimento da ação de membrana no painel de laje.

Figura 5.4 - Possíveis zonas de dimensionamento de pavimento (Vassart e Zhao, 2012a)

O método de dimensionamento em situação de incêndio admite no Estado-Limite Último que o momento fletor resistente das vigas internas – não revestidas – diminui significativamente, permitindo a distribuição dos esforços nas lajes nas duas direções, apoiadas em todo o seu perímetro (Figura 5.5). O programa MACS+ calcula o momento aplicado em cada viga periférica como o resultado das ações no painel de laje. O programa também determina o grau de utilização e a temperatura crítica das vigas periféricas, com o intuito de manter o apoio vertical no perímetro de cada pavimento de laje.

O revestimento dessas vigas em situação de incêndio é então determinado pelo projetista com base nessa temperatura crítica e tempo de resistência ao fogo requerido para a laje. O uso do programa restringe-se à resistência ao fogo igual ou superior a 60 minutos, sendo que as bordas do painel de laje devem estar alinhadas com o conjunto de pilares e vigas periféricas revestidas. Para resistência ao fogo de 30 minutos, essa restrição não se aplica e as bordas do painel não precisam estar alinhadas com a malha de pilares.

Figura 5.5 - Definição dos vãos e disposição das vigas no painel de laje (Vassart e Zhao, 2012a)

5.2.2. Laje de pavimento e vigas

A partir de um modelo de cálculo simplificado já realizado no programa, parte-se da premissa que a laje apresenta apoio adequado em seu perímetro. A temperatura crítica de cada viga é determinada com base na capacidade resistente do painel de laje.

A determinação da temperatura na laje é realizada a partir de um modelo de cálculo por elementos finitos levando em conta a forma da laje e respeitando-se os princípios e regras do item 4.4.2 do EN 1994 Parte 1-2 (2005, equivalente ao item 10.2 da ABNT NBR 14323:2013). Para as vigas mistas não revestidas sujeitas à curva ISO 834 (incêndio padrão), a determinação da temperatura pode ser realizada conforme apresentado no item 4.3.8.2 do EN 1994 Parte 1-2 (2005, equivalente ao item 8.5.1.1.1 da ABNT NBR 14323:2013).

Em relação à estanqueidade e o isolamento térmico da laje mista, o programa MACS+ não realiza essa verificação para a laje do pavimento, devendo o projetista assegurar que a altura da laje escolhida seja suficiente para garantir o critério de isolamento térmico necessário, conforme recomendações apresentadas na ABNT NBR 14323:2013.

5.2.3. Dimensionamento em situação de incêndio das vigas perimetrais do painel da laje

As vigas do contorno dos painéis da laje devem ser dimensionadas para garantir o tempo requerido de resistência ao fogo para a laje de pavimento, o que irá garantir que o padrão das linhas de ruptura e a majoração da capacidade resistente devido às ações de membrana de tração ocorrem realmente na prática; normalmente isso resulta na necessidade de emprego de revestimentos nas vigas contra incêndio.

O programa MACS+ calcula o efeito das ações sobre as vigas periféricas e o momento resistente da viga à temperatura normal, de forma a calcular a relação capacidade resistente- solicitação de cada viga, calculado conforme EN 1993 Parte 1-2 (2005, sem equivalência na ABNT NBR 14323:2013).

Uma vez que a taxa de utilização (relação entre solicitação e capacidade resistente do painel de laje) tenha sido determinada, o programa pode calcular a temperatura crítica do banzo inferior das vigas periféricas, sendo apresentada na saída de dados do programa para que seja possível a especificação do revestimento que será necessário para cada viga periférica.

No capítulo 6 é apresentada a modelagem de uma laje empregando o programa MACS+. No capítulo 7 os resultados do programa MACS+ são comparados aos obtidos a partir do método de Bailey. Também são apresentados os esforços solicitantes das vigas principais do painel de laje.