ESTRUTURAS DE AÇO E PROTEÇÃO CONTRA O FOGO

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ESTRUTURAS DE AÇO E

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A construção de um edifício, independente da matéria-prima que compõe sua estrutura, não pode prescindir de estratégias para elevar a sua resistência perante o fogo.

O objetivo é minimizar o risco à vida, possibilitando a fuga dos usuários em caso de emergência, e reduzir a perda patrimonial diante de incêndios.

Felizmente há um amplo arsenal de recursos – de materiais a boas práticas de projeto e execução – para aumentar a resistência ao fogo dos edifícios estruturados em aço.

É sobre essas soluções que tratamos nesse e-book. Aspectos conceituais, as principais exigências das normas técnicas e as tecnologias para proteção disponíveis são alguns dos tópicos abordados nas páginas seguintes, sempre com o objetivo de apoiar projetistas e arquitetos a desenvolverem edifícios cada vez melhores, mais seguros e com custos competitivos.

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Ainda que incêndios sejam fenômenos excepcionais, o projeto estrutural, seja envolvendo aço, concreto, ou solução mista, deve incorporar medidas capazes de aumentar sua resistência ao fogo.

A complexidade dessas ações varia em função da altura do edifício, do tipo de ocupação e da arquitetura mais ou menos compartimentada. Edifícios de pequeno porte, de fácil desocupação, demandam menos dispositivos de segurança e podem até dispensar a análise do comportamento da estrutura em situação de incêndio. O mesmo não ocorre em edifícios de grande porte, mais difíceis de serem desocupados e cujo colapso pode colocar em risco a vizinhança.

PROTEÇÃO AO FOGO:

CONCEITOS DE PROJETO

A ABNT NBR 14.432:2001 - Exigências de resistência ao fogo dos elementos construídos das edificações - Procedimento e as instruções técnicas do Corpo de Bombeiros de cada estado são as referências técnicas que definem se uma obra tem necessidade de verificação das estruturas em situação de incêndio.

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PROTEÇÃO PASSIVA E ATIVA

Conceitualmente, as medidas de proteção contra o fogo em edificações dividem-se em passivas e ativas.

No primeiro grupo estão as medidas de proteção incorporadas à construção do edifício e que são, portanto, projetadas pelo arquiteto. São exemplos de proteção passiva:

Complementares aos sistemas de proteção passiva, há os sistemas de proteção ativa, que somente entram em ação quando ocorre um incêndio.

O sistema de proteção ativa é essencialmente constituído de instalações prediais para detecção e alarme do incêndio, para combate ao fogo (chuveiros automáticos, hidrantes, extintores etc.), para orientação do abandono (iluminação e sinalização das rotas de fuga), entre outros.

► Compartimentação (horizontal e vertical)

► Saídas de emergência

► Reação ao fogo de materiais de acabamento e

revestimento

► Resistência ao fogo dos elementos construtivos

► Controle de fumaça

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COMPARTIMENTAÇÃO HORIZONTAL E VERTICAL

Uma das medidas mais importantes para aumentar a segurança de um edifício perante o fogo é a compartimentação. Tal estratégia consiste, basicamente, em dividir o edifício em células capazes de suportar o calor da queima dos materiais por certo período e conter a expansão do fogo.

A compartimentação pode ser horizontal, quando se dedica a impedir a propagação do incêndio entre ambientes do mesmo pavimento. Nesse caso, utiliza dispositivos como:

A compartimentação também pode ser vertical quando se destina a impedir a propagação do fogo entre pavimentos consecutivos. Para obtê-la, o projetista pode se apoiar em soluções como:

► Lajes corta-fogo

► Enclausuramento das escadas por meio de paredes e

portas corta-fogo

► Registros corta-fogo em dutos que intercomunicam os

pavimentos

► Paredes e portas corta-fogo instaladas nos pontos em que

os cômodos se comunicam

► Registros corta-fogo colocados nos dutos que trespassam

as paredes corta-fogo

► Afastamento horizontal entre janelas e portas de setores

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FATORES QUE INTERFEREM NA RESISTÊNCIA AO FOGO DE UMA

ESTRUTURA E EM SEU COMPORTAMENTO FRENTE AO FOGO

(1) “Resistência ao Fogo das Estruturas de Aço”, de Mauri Resende Vargas e Valdir Pignatta e Silva, publicado pelo CBCA (Centro Brasileiro da Construção em Aço).

► Sistema estrutural - vínculos, carregamento, vão, dimensões da seção transversal do perfil

► Condições de exposição ao fogo - elemento estrutural isolado, integrado com parede, misto aço-concreto

► Cenário do incêndio real - quantidade e distribuição da carga de incêndio, ventilação, elementos de vedação

► Condições de propagação - compartimentação vertical e horizontal, revestimentos de piso e parede

► Medidas de segurança contra incêndio - chuveiros automáticos, detecção de calor ou de fumaça, brigada contra incêndio

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AUMENTANDO A RESISTÊNCIA AO CALOR DE ESTRUTURAS DE AÇO

PARTE 2

Os materiais tradicionalmente utilizados nas estruturas dos edifícios – concreto, aço, madeira e alumínio – têm suas propriedades bastante alteradas quando expostos a incêndios. Não é à toa que as normas técnicas estabelecem exigências mínimas de resistência ao fogo para os componentes estruturais, levando em consideração a temperatura crítica na qual cada material perde uma proporção significativa de sua resistência mecânica ou atinge um estado-limite de deformações ou de tensões.

No caso das estruturas de aço e mistas, a ABNT NBR 14.432 determina que os materiais utilizados na estrutura e nas

compartimentações dos edifícios devem atender ao TRRF, que é o tempo requerido de resistência ao fogo de um elemento construtivo quando sujeito a um incêndio padrão.

Para valores de TRRF baixos, por exemplo, inferiores a 20 minutos, é possível que a própria estrutura de aço resista ao aquecimento e dispense o revestimento especial contra o fogo. Já TRRFs altas exigem que a estrutura receba tratamento com argamassas projetadas, placas ou pinturas intumescentes. A determinação da espessura desse revestimento se dá por métodos analíticos ou por resultados de ensaios.

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MATERIAIS PARA AUMENTAR

A RESISTÊNCIA AO CALOR

DAS ESTRUTURAS

Os revestimentos utilizados para atender TRRFs altas devem apresentar elevado calor específico, reduzida condutividade térmica, garantia de integridade durante a evolução do incêndio, resistência mecânica adequada e custo viável. As principais soluções disponíveis no mercado se dividem em três grandes grupos:

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ARGAMASSA PROJETADA

Bombeada diretamente sobre a estrutura, é composta pela mistura de aglomerantes, agregados leves e aditivos poliméricos. É capaz de manter a temperatura do aço relativamente baixa por até 30 minutos durante a primeira hora do incêndio, sem liberar fumaça. Em comparação às tintas intumescentes, as argamassas projetadas apresentam custo mais baixo. Tanto que são amplamente utilizadas em edifícios multipavimentos estruturados em aço. Em edificações de médio e grande porte seu custo situa-se em torno de 10% do valor da estrutura.

As argamassas projetadas são indicadas para uso em vigas ocultas por forros falsos, colunas embutidas com acabamentos e vigas livres de abuso mecânico onde o requinte visual não é esperado. Em contrapartida, não devem ser aplicadas em vigas de fachadas expostas e colunas aparentes.

DENSIDADE

BAIXA

MÉDIA

ALTA

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Baixa densidade

Podem ser secas (à base de lã de rocha) ou úmidas (à base de gesso e de fibras/vermiculita). São as mais

utilizadas no Brasil.

Média densidade

Com maior resistência mecânica, são indicadas para edificações com mais de 150 m de altura e são mais utilizadas no

Hemisfério Norte.

Alta densidade

São aplicadas somente em situações especiais, em obras externas.

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TINTA INTUMESCENTE

São revestimentos especiais para estruturas metálicas que oferecem proteção passiva contra a ação do fogo. São inertes em baixas temperaturas, mas proporcionam isolação térmica através da intumescência (aumento de volume), que ocorre em temperaturas de aproximadamente 230°C.

Com textura, aparência e cores similares às pinturas convencionais, têm aplicação simples, com pistola ou rolo em três camadas. Na primeira, realiza-se o tratamento superficial com jato abrasivo ou lixamento mecânico, seguido da aplicação de primer epóxi com espessura máxima de 75 micras. A segunda camada consiste na aplicação da tinta intumescente propriamente dita, em espessuras que variam entre 200 e 8.000 micras, conforme o tipo de estrutura e o TRRF recomendado. Por fim, há a aplicação de tinta de acabamento que irá proteger a intumescente das agressões da atmosfera.

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MATERIAIS RÍGIDOS OU

SEMIRRÍGIDOS

Menos empregados no Brasil e aplicados na parte interna das edificações, esses revestimentos consistem em placas pré-fabricadas fixadas na estrutura por meio de pinos ou perfis leves de aço. Podem ser de gesso acartonado, lã de rocha e lã cerâmica. São especialmente competitivos para aplicação em superfícies planas.

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RESUMO DAS PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS DOS MATERIAIS

DE PROTEÇÃO ANTITÉRMICA TRADICIONAIS

(2) Adaptado de “Resistência ao fogo das estruturas de aço” de Mauri Resende Vargas e Valdir Pignatta e Silva, publicado pelo CBCA (Centro Brasileiro da Construção em Aço) Materiais projetados Materiais rígidos ou semirrígidos Materiais intumescentes

Custo relativo Baixo a médio Baixo a médio Médio a alto

Aplicação (úmida ou seca) Úmida Em geral, seca Úmida

Equipamentos necessários Equipamentos especiais são necessários Ferramental simples Equipamentos utilizados normalmente em _pintura

Uso interno/externo Interno e externo Interno; para uso externo, existe a _{necessidade de proteção adicional} Interno, com alguns sistemas externos

Acabamento texturizado

São normalmente lisos, com juntas visíveis, a menos que um acabamento seja aplicado; materiais semirrígidos são texturizados, com a fixação visível

Liso ou levemente texturizado; um acabamento decorativo colorido pode ser aplicado

Faixa de espessuras 10 a 75 mm

Camadas múltiplas podem ser necessárias; Placas de 6 a 100 mm e mantas de 12 a

76 mm Camadas de 0,3 a 6,5 mm

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AÇO PARCIALMENTE PROTEGIDO

Em alguns casos, é possível reduzir a espessura dos revestimentos de proteção térmica (tintas, argamassas) ou mesmo dispensar por completo essa proteção. Para isso destacamos três soluções (3)_:

Pilares preenchidos com blocos

Consiste no uso de blocos de concreto celular autoclavado cimentados entre as mesas de perfis laminados. Permite atingir até trinta minutos de resistência. Períodos maiores de resistência podem ser conseguidos pela proteção das mesas expostas com materiais de proteção antitérmica tradicionais (argamassas, tintas intumescentes).

Pilares preenchidos com concreto

É possível atingir sessenta minutos de resistência ao fogo quando o concreto moldado in loco é utilizado para preencher o volume entre as mesas do pilar. Para a fixação, são utilizados conectores de cisalhamento conectados à alma do perfil.

Vigas com cantoneiras presas à alma

Consistem em vigas com cantoneiras soldadas ou parafusadas na alma, suportando a laje de piso. Essa geometria protege a parte superior da viga do incêndio, enquanto a parte inferior continua exposta. A resistência ao fogo aumenta conforme as cantoneiras são movidas para regiões inferiores da mesa, atingindo até sessenta minutos de resistência.

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10 PERGUNTAS FREQUENTES SOBRE PROTEÇÃO

AO FOGO DE ESTRUTURAS METÁLICAS

PARTE 3

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O projeto arquitetônico é um dos fatores que interferem na escolha entre as duas soluções. Quando o objetivo é explorar a estética das estruturas

metálicas, deixando o material aparente, as tintas se destacam. Quando a ideia é proteger elementos embutidos acima de forros ou em garagens, a argamassa assume o protagonismo. Com relação à resistência ao fogo, tanto a tinta intumescente quanto a argamassa projetada podem atender às determinações das normas e legislações vigentes.

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Segundo instruções do Corpo de Bombeiros e das normas técnicas vigentes, os elementos vitais para a estabilidade da edificação devem receber,

obrigatoriamente, algum material que melhore seu desempenho perante o fogo. Isso significa que itens não estruturais, como pergolados, marquises e escadas simples podem ser isentos da proteção passiva. Essa liberação, contudo, deve ser atestada pelo projetista de estruturas responsável.

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Deve-se dar preferência às tintas intumescentes homologadas e aceitas pelo Corpo de Bombeiros de cada Estado. Outras referências

técnicas importantes para subsidiar o uso dessas soluções são as normas ABNT NBR 14.323 - Dimensionamento de estruturas de aço de edifícios em situação de incêndio – Procedimento, ABNT NBR 14.432 - Exigências de resistência ao fogo de elementos construtivos de edificações –

Procedimento, e ABNT NBR 5628 - Componentes construtivos estruturais - Determinação da Resistência ao Fogo.

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Respeitando as manutenções periódicas, a proteção passiva deve durar a vida útil da edificação. No caso das tintas intumescentes, a recomendação, independente da agressividade de atmosfera, é reaplicar a tinta de acabamento (selante) a cada dois anos.

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Para definir a necessidade ou não de proteções passivas, é preciso saber se essa estrutura é caracterizada como rota de fuga ou escada de emergência. Ela estará isenta de proteção passiva se não for rota de fuga e seu colapso não comprometer a estabilidade da edificação. Em se tratando de escada de emergência, o projetista deverá verificar se há janelas ou aberturas que possam transferir calor ao usuário em caso de incêndio. Se isso se confirmar, será preciso enclausurá-la por, no mínimo, o TRRF determinado para a edificação. Nesse cenário, os elementos da escada que sofrerem com a incidência de energia precisam contar com proteção térmica.

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De forma alguma. Primeiro porque pela legislação brasileira, todas as estruturas, independente do material de que são constituídas, devem ser verificadas em condição de incêndio. Depois porque o custo do revestimento contra o fogo, desde que adequadamente dimensionado, não trará impacto considerável no orçamento da construção como um todo. Vale lembrar que o projeto arquitetônico é decisivo para otimizar os custos com proteções passivas.

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A atividade desenvolvida no edifício, assim como o tipo e a quantidade de material combustível presente, são fatores que interferem no grau de risco de incêndio. Também é impactante a forma/arquitetura do edifício. Um edifício térreo com grande área de piso sem compartimentação pode representar um risco maior de incêndio do que um edifício com diversos andares, de mesma atividade, subdivididos em muitos

compartimentos. Por fim, mas não menor importante são as condições de ventilação do ambiente, as propriedades térmicas dos materiais constituintes das paredes e do teto, e os sistemas de segurança contra incêndio existentes.

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A avaliação é necessária para definir o grau de comprometimento e a possibilidade de recuperação, ou seja, se os materiais ainda apresentam condições de atender ao Estado Limite Último (ELU) e ao Estado Limite de Serviço (ELA). Por meio de ensaios em laboratório e de campo verifica-se se as propriedades mecânicas dos materiais constituintes dos elementos estruturais não foram alteradas ou reduzidas. Podem também ser realizadas inspeções técnicas e

verificações teóricas, além de modelagens computacionais para avaliação do comportamento estrutural. Somente após essa série de análises é possível indicar o destino da estrutura.

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As principais isenções são as edificações cuja área seja menor ou igual a 750 m² e aquelas com até dois pavimentos com área menor ou igual a 1.500m² e que possuem carga específica de incêndio menor ou igual a 1.000 MJ/m². Também estão livres de verificações alguns tipos de garagens, galpões térreos com carga específica de incêndio menor ou igual a 1.200 MJ/m², além de centros esportivos e estações/terminais de passageiros com altura menor ou igual a 23 m.

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No caso das argamassas projetadas, são aplicáveis testes de resistência ao fogo, de coesão, densidade, deflexão e corrosão, por exemplo. As tintas intumescentes que atendem às normas UL (norte-americanas) devem suportar ensaios de resistência ao fogo após serem submetidas a simulações severas de condições ambientais. Esses testes incluem envelhecimento acelerado e exposição a umidade elevada.

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BIBLIOGRAFIA

Web seminário “Proteção contra o fogo em estruturas metálicas”, por Vladmir Santos. Realização: Portal AECweb.

Patrocínio: Gerdau.

Disponível em: https://www.aecweb.com.br/webseminarios/tecnologia-e-construcao/fogo-em-estruturas-metalicas/fogo-em-estruturas-metalicas.html

“Princípios da proteção de estruturas metálicas em situação de corrosão e incêndio”, de Fábio Domingos Pannoni, publicado pela Gerdau. Disponível em: https://www.gerdau.com/br/pt/productsservices/products/Document%20Gallery/manual-protecao-de-estruturas.pdf

“Resistência ao fogo das estruturas de aço”, de Mauri Resende Vargas e Valdir Pignatta e Silva,

publicado pelo CBCA (Centro Brasileiro da Construção em Aço).

Disponível em http://www.cbca-acobrasil.org.br

“Desempenho de edificações habitacionais. Guia orientativo para atendimento à norma ABNT NBR 15.575/2013”,

publicado pela CBIC (Câmara Brasileira da Indústria da Construção).

Disponível em https://www.cbic.org.br/arquivos/guia_livro/Guia_CBIC_Norma_Desempenho_2_edicao.pdf ABNT NBR 14.432:2000 – “Exigências de resistência ao fogo de elementos construtivos

de edificações – Procedimento”

ABNT NBR 14.323:2013 – “Projeto de estruturas de aço e de estruturas mistas de aço e concreto

de edifícios em situação de incêndio”

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Vladmir Santos

Engenheiro mecatrônico graduado pela Universidade Paulista (Unip), com formação complementar em Segurança contra Incêndio em Estruturas pela Universidade Estadual de Campinas (Unicamp) e pela Universidade de São Paulo (USP), onde também estudou Engenharia de Segurança no Trabalho. É consultor e sócio-diretor da PCF Soluções em Engenharia, empresa especializada em proteção passiva contra o fogo em estruturas metálicas e selagem de shafts: são mais de 600 projetos e 1,2 milhão m² construídos em todo o Brasil.

Ciro José Ribeiro Villela Araújo

Engenheiro civil formado pelo Centro Universitário FEI, mestre e doutor em Engenharia Civil na área de Estruturas pela Universidade Estadual de Campinas (Unicamp) e pós-graduado em Perícias de Engenharia e Avaliações pela Fundação Armando Álvares Penteado (FAAP). É responsável pela seção de Engenharia de Estruturas do Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT).

COLABORAÇÃO

TÉCNICA

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Juliana Nakamura

Hosana Pedroso

Fernanda Strazzacappa, Ian Vieira, Renato Faria

Arte e Diagramação:

Pedro Ruan Domingos

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