DIMENSIONAMENTO DE VIGAS DE CONCRETO ARMADO EM

246 Pages·2012·9.47 MB·Portuguese

GABRIELA BANDEIRA DE MELO LINS DE ALBUQUERQUE

DIMENSIONAMENTO DE VIGAS DE CONCRETO ARMADO
EM SITUAÇÃO DE INCÊNDIO

São Paulo
2012
GABRIELA BANDEIRA DE MELO LINS DE ALBUQUERQUE

DIMENSIONAMENTO DE VIGAS DE CONCRETO ARMADO
EM SITUAÇÃO DE INCÊNDIO

Dissertação apresentada à Escola Politécnica da
Universidade de São Paulo para obtenção do título
de Mestre em Engenharia

São Paulo
2012
GABRIELA BANDEIRA DE MELO LINS DE ALBUQUERQUE

DIMENSIONAMENTO DE VIGAS DE CONCRETO ARMADO
EM SITUAÇÃO DE INCÊNDIO

Dissertação apresentada à Escola Politécnica da
Universidade de São Paulo para obtenção do título
de Mestre em Engenharia

Área de concentração:
Engenharia de Estruturas

Orientador:
Prof. Dr. Valdir Pignatta e Silva

São Paulo
2012
Este exemplar foi revisado e alterado em relação à versão original, sob
responsabilidade única da autora e com a anuência de seu orientador.

São Paulo, 18 de dezembro de 2012.

Assinatura da autora ____________________________

Assinatura do orientador _______________________

FICHA CATALOGRÁFICA

Albuquerque, Gabriela Bandeira de Melo Lins de
Dimensionamento de vigas de concreto armado em situação

de incêndio / G.B.M.L. de Albuquerque. -- ed.rev. -- São Paulo,
2012.
245 p.

Dissertação (Mestrado) - Escola Politécnica da Universidade
de São Paulo. Departamento de Engenharia de Estruturas e
Geotécnica.

1. Concreto armado 2. Viga (Dimensionamento) 3. Incêndio

4. Método gráfico I. Universidade de São Paulo. Escola Politéc-
nica. Departamento de Engenharia de Estruturas e Geotécnica

II. t.
Dedico este trabalho, com todo o meu amor,
a George, Júlia e Júlio, pais e avô queridos.
AGRADECIMENTOS

Ao Professor Doutor Valdir Pignatta e Silva, pela confiança, apoio e, sobretudo,
valiosa orientação.
Aos amigos Cristiano Schmidt, Guilherme Monticelli, Lucas Fiorani e Nicolau Archilla
Neto, pelo carinho e companheirismo.
RESUMO

As vigas de concreto armado perdem capacidade resistente quando em situação de
incêndio. A ferramenta mais prática para o dimensionamento dessas peças é o
método tabular, apresentado na ABNT NBR 15200:2012, em que a partir do tempo
requerido de resistência ao fogo (TRRF) se encontram a largura mínima da seção
transversal e a menor distância admissível entre o centro geométrico da armadura e
a face aquecida. Contudo, apesar de simples, ele limita os cálculos a poucos valores
tabelados, não permitindo ao engenheiro buscar soluções diferentes. Por isso, nesta
Dissertação, desenvolveu-se um método alternativo, com o auxílio do programa de
computador sueco Super Tempcalc. A priori, definiu-se o campo de temperaturas de
vigas sob lajes sujeitas ao incêndio-padrão ISO 834 (1999), em função do tempo.
Em seguida, considerando-se a redução das resistências do concreto e do aço,
calculou-se o momento fletor resistente para os diferentes casos estudados. Foram
analisadas térmica e estruturalmente vigas com diversas larguras, alturas,
cobrimentos, diâmetros e disposições de armaduras. Os momentos resistentes em
situação de incêndio derivados do programa foram comparados a valores provindos
de métodos simplificados, propostos pelas normas brasileira e europeia (Eurocode 2
parte 1-2, 2004) e, ainda, a um método mais avançado. Após a validação dos dados,
criaram-se gráficos que associam o parâmetro µ, relação entre o momento fletor
solicitante em situação de incêndio e o momento fletor resistente à temperatura
ambiente, ao tempo de resistência ao fogo (TRF), para cada situação de interesse.
Esses gráficos, que envolvem tanto armaduras positivas quanto negativas, também
permitem levar em conta a redistribuição de momentos, o que conduzirá à
otimização na solução encontrada. Nos exemplos de aplicação realizados, os
resultados obtidos a partir do método gráfico se mostraram, em geral, mais
econômicos, quando comparados aos do método tabular.
Palavras-chave: Concreto armado. Vigas. Dimensionamento. Incêndio. Análise
térmica. Método gráfico.
ABSTRACT

Reinforced concrete beams lose their load capacity when subjected to fire. The most
practical tool for their design is the tabular method, presented in ABNT NBR
15200:2012, in which, from the time required for fire resistance (TRRF), the minimum
width of the transversal section and the smallest admissible distance between the
centroid of the rebar and the heated face can be found. Yet, albeit simple, it limits the
calculation to a few fixed values, not allowing the engineer to seek different solutions.
Hence, an alternative method was developed in this Dissertation, using the Swedish
Super Tempcalc software. Firstly, the temperature field of beams subjected to ISO
834 (1999) standard fire situation was defined, as a function of time. Next,
considering the reduction in concrete and steel strength, the resistance bending
moment was calculated for the different cases studied. Beams with different widths,
heights, covers, diameters and reinforcing bars dispositions were thermally and
structurally analyzed. The resistance moments in fire situation obtained from the
software were compared to values deriving from simplified methods, proposed by
Brazilian and European (Eurocode 2 part 1-2, 2004) standards, besides a more
advanced method. After data validation, graphs were created, associating the
parameter µ, ratio between the applied bending moment in fire and the resistance
bending moment at ambient temperature, to time for fire resistance (TRF), for each
situation of interest. These graphs, involving both positive and negative
reinforcement, also allow consideration of the redistribution of moments, which will
lead to the optimization of the solution found. In the examples analyzed, the results
deriving from the graphic method were generally more economic compared to the
tabular method.
Key words: Reinforced concrete. Beams. Design. Fire. Thermal analysis. Graphic
method.
LISTA DE SÍMBOLOS

A - área do elemento finito de concreto comprimido j
cj
A - área do bloco de concreto comprimido da laje
cl
A - área do bloco de concreto comprimido da nervura de uma viga sob laje
cn
A - área de aço total da armadura
s
A - área da seção transversal da barra i da armadura
si
A - área das seções das barras presentes na camada de armaduras j
sj
A - área de armadura calculada (necessária)
s,calc
A (x) - mínima área de armadura negativa na seção localizada na distância x
s,calc
A (0) - área de armadura negativa calculada (necessária)
s,calc
A - área de armadura realmente instalada
s,ef
a - espessura das zonas descartadas
z
b - largura da seção da viga
b - largura da laje
f
b - largura efetiva da seção, obtida pelo método da isoterma de 500 °C
fi
b - largura do elemento finito de concreto comprimido j
j
b - largura mínima da seção da viga
mín
b - largura da nervura de uma viga sob laje
w
c - cobrimento
c - calor específico do material
p
c , - calor específico do concreto para umidade u
p u
c , - calor específico do concreto à temperatura θ
p θc c
c - distância entre o eixo da armadura longitudinal inferior e a face do concreto
1
exposta ao fogo
c - distância da barra i, de área A , à face lateral mais próxima
1hi si
c - distância entre o eixo da armadura longitudinal de canto e a face lateral do
1l
concreto exposta ao fogo
c - distância média à face do concreto para armaduras de vigas dispostas em
1m
camadas
c - distância da barra i, de área A , ao fundo da viga
1vi si
c - distância da camada de armaduras j, de área A , ao fundo da viga
1vj sj
d - altura efetiva da viga
d - altura efetiva de vigas com talão
ef
d - altura efetiva da seção, obtida pelo método da isoterma de 500 °C
fi
F - força resultante de cálculo na área de concreto comprimido da seção
cd
transversal à temperatura ambiente
F - força resultante de cálculo na área de concreto comprimido da seção em
cd,fi
situação de incêndio
F - força resultante de cálculo na área de concreto comprimido da laje à
cdl
temperatura ambiente
F - força resultante de cálculo na área de concreto comprimido da nervura de uma
cdn
viga sob laje à temperatura ambiente
F - força resultante de cálculo na armadura à temperatura ambiente
sd
F - força resultante de cálculo na armadura em situação de incêndio
sd,fi
f - resistência característica à compressão do concreto à temperatura θ
c,θ
f - resistência de cálculo à compressão do concreto à temperatura ambiente
cd