Lohane Mattos

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UNIVERSIDADE VEIGA DE ALMEIDA – UVA
 CURSO: ENGENHARIA CIVIL
ANÁLISE COMPARATIVA DO COMPORTAMENTO DE PILARES METÁLICOS E MISTOS QUANTO À RESISTÊNCIA AO FOGO
LOHANE MATTOS RIBEIRO
CABO FRIO
2017
UNIVERSIDADE VEIGA DE ALMEIDA - UVA
 CURSO: ENGENHARIA CIVIL
LOHANE MATTOS RIBEIRO
Trabalho de conclusão de curso apresentado ao curso de Engenharia Civil da Universidade Veiga de Almeida, como requisito parcial para obtenção do título de Bacharel em Engenharia Civil.
Orientador: Prof. a Msc. Danielle Malvaris.
ANÁLISE COMPARATIVA DO COMPORTAMENTO DE PILARES METÁLICOS E MISTOS QUANTO À RESISTÊNCIA AO FOGO
CABO FRIO
2017
UNIVERSIDADE VEIGA DE ALMEIDA - UVA
CURSO: ENGENHARIA CIVIL
ANÁLISE COMPARATIVA DO COMPORTAMENTO DE PILARES METÁLICOS E MISTOS QUANTO À RESISTÊNCIA AO FOGO
Por
LOHANE MATTOS RIBEIRO
Este trabalho de conclusão de curso do curso de Engenharia Civil foi julgado e aprovado pelos membros da Comissão Examinadora abaixo identificados; foi aprovado como requisito parcial para a obtenção do grau de Bacharel em Engenharia Civil da Universidade Veiga de Almeida – UVA.
___________________________
Orientadora: Prof. a Danielle Malvaris.
Universidade Veiga de Almeida – UVA 
___________________________
Professora: Luciana Peixoto
Universidade Veiga de Almeida – UVA
___________________________
Professor: Fabio Paiva
Universidade Veiga de Almeida – UVA
Este trabalho é dedicado à Deus em primeiro lugar, ao meu filho, aos meus pais, pela compreensão e apoio durante esta etapa de minha vida. 
 
AGRADECIMENTOS
 À Deus por tudo que Ele tem feito na minha vida. Ao meu filho Enzo por cada sorriso que me deu forças e motivação. Aos meus pais por serem tão especiais na minha vida, a minha orientadora Danielle Malvaris, pelo suporte no pouco tempo que lhe coube, pelas suas correções e incentivos e a todos meus amigos que direta ou indiretamente fizeram parte da minha formação.
A verdadeira motivação vem de realização, desenvolvimento pessoal, satisfação no trabalho e reconhecimento.
 Frederick Herzberg
RESUMO
Este trabalho apresenta um estudo do comportamento dos pilares metálicos e mistos quando são submetidos à ação de um incêndio. Foram realizados dimensionamentos através do método simplificado de acordo com as normas NBR 14323 (2003) “Dimensionamento de estruturas de aço e de estruturas mistas aço-concreto de edifícios em situação de incêndio” e NBR 8800 (2006) “Projeto de estruturas de aço e de estruturas mistas de aço e concreto de edifícios”. Foram estudados através deste método a capacidade estrutural, resistência, distribuição de temperatura e a força normal resistente em que os pilares são submetidos.
Palavras chave: estruturas mistas; pilares mistos; resistência ao fogo.
ABSTRACT
This work presents a study of the behavior of metallic and composite pillars when subjected to the action of a fire. Sizing was carried out using the simplified design method according to the norms NBR 14323 (2003) "Dimensioning steel structures and steel-concrete mixed structures of buildings in a fire situation" and NBR 8800 (2006) "Design of Steel Structures and Mixed Structures of Steel and Concrete Buildings". The structural capacity, strength, temperature distribution and forces in which the columns were subjected were studied through this method.
Keywords: composite pillars; composite metallic; fire resistance.
LISTA DE FIGURAS
Figura 21- Perfis laminados Fonte: Metodologia de detalhamentos de estruturas metálicas	25
Figura 22- Perfis soldados Fonte: Metodologia de detalhamentos de estruturas metálicas	25
Figura 23- Perfis tubulares Fonte: Metodologia de detalhamentos de estruturas metálicas	26
Figura 2-4- Tipos de seções transversais de pilares mistos Fonte: Revista Escola de Minas/CBCA...................................................................................................................26
Figura 15- Incêndio no Edifício Andraus. Fonte: Screentvoficial,2013.....................27
Figura 16- Incêndio no Edifício Joelma. Fonte: Screentvoficial,2013.....................27
Figura 27- Comparação entre a deterioração do aço e concreto quando há um aumento de temperatura Fonte: NBR 14323 (2003)......................................................................28
Figura 28- Comparação do Aço em relação a proteção térmica. Fonte: Silva; Vargas, 2003, p.19........................................................................................................................29
Figura 29- Argamassa Projetada Fonte: Pannoni, 2013...............................................32
Figura 210- Fibra Projetada. Fonte: Pannoni, 2013.......................................................33
Figura 211- Grãos de Vermiculita Fonte: Alibaba, 2013..............................................34
Figura 212- Placa de Gesso Acartonado. Fonte: Real, 2004..........................................35
Figura 213- Placas de Lã de Rocha Fonte: Pannoni, 2013..........................................35
Figura 213- Tinta intumescente. Fonte: Pannoni, 2013............................................... 36
Figura 214- Encamisamento com a utilização de Concreto Armado. Fonte: Cadernos de Engenharia de Estruturas, São Carlos,2003.....................................................................37
Figura 3-1- Método do tempo equivalente Fonte: Pignatta (2012)..............................41
Figura 41 - Pavimento tipo do edifício modelo Fonte: Camargo, 2012........................49
Figura 42 - Elevações do edifício modelo Fonte: Camargo, 2012.................................50
Figura 43- Edifício Fonte: Camargo, 2012....................................................................54
Figura 44- Temperatura pela curva de incêndio padrão Fonte: O autor.......................55
Figura 45- Temperatura pela curva de incêndio real Fonte: O autor.............................56
Figura 46- Força normal resistente incêndio real Fonte: O autor..................................56
Figura 6-1- Perda de força normal resistente do pilar metálico e misto Fonte: O autor .........................................................................................................................................61
LISTA DE TABELAS
Tabela 21- Propriedades Mecânicas mínimas dos aços mais utilizados em estruturas;	23
Tabela 22- Resistência de alguns tipos de Aço-Carbono	24
Tabela 23- Resistência de alguns tipos de aços de Baixa Liga	24
Tabela 24-Causa de mortes em incêndios de edifícios..................................................29
Tabela 25- Propriedades físicas Argamassa Projetada ..................................................33
Tabela 26- Propriedades físicas Fibra Projetada............................................................34
Tabela 27- Propriedades físicas Gesso Acartonado ......................................................36
Tabela 28- Propriedades físicas Placa de Lã de Rocha..................................................36
Tabela 31- Exigência de TRRF (NBR 14432)............................................................41
Tabela 3-2- Valores das cargas específicas de incêndio................................................. 43
Tabela 33- Modelo de incêndio padrão..........................................................................48
Tabela 41 - Resistências e propriedades mecânicas dos aços empregados	...................51
Tabela 42 - Módulos de elasticidade dos concretos	.......................................................51
Tabela 43 - Características dos pilares metálicos...........................................................52Tabela 44 - Capacidade resistente para os pilares mistos e metálicos...........................53
Tabela 45- Dimensões mínimas da seção transversal, cobrimento mínimo de concreto da seção de aço e distâncias mínimas dos eixos das barras da armadura à face do concreto...........................................................................................................................57
Tabela 5-1- Comparação dos três materiais de proteção mais utilizados........................60
LISTA DE SÍMBOLOS
A — área da seção transversal
E — módulo de elasticidade do aço à temperatura ambiente
Eɵ — módulo de elasticidade longitudinal à temperatura θ
Sfi,d — esforço solicitante de cálculo em situação de incêndio
Rfi,d — esforço resistente de cálculo
Nfi,Rd — força normal resistente de cálculo
Ky,ɵ — fator de redução da resistência ao escoamento do aço à temperatura θa
Ag — área bruta da seção transversal da barra
fy — resistência ao escoamento do aço à temperatura ambiente
Xfi — fator de redução associado à f resistência à compressão
Ky,θ — fator de redução da resistência ao escoamento do aço à temperatura θa
λo — índice de esbeltez reduzido para barras comprimidas
KE, θ — fator de redução do módulo de elasticidade do aço à temperatura θa
 
SUMÁRIO
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INTRODUÇÃO
O elemento metálico passou a ser bastante utilizado na construção civil pelo fato de possuir vantagens como: a rapidez na execução em função da elevada relação entre resistência e peso próprio, curtos prazos, flexibilidade de reformas e obra limpa e organizada. Por outro lado, a utilização de elementos mistos na estrutura de uma edificação apresenta algumas vantagens como: maior rigidez dos elementos, diminuição das seções necessárias, e maiores vãos possíveis. 
Os pilares mistos são os elementos menos difundidos no Brasil. Os primeiros pilares mistos a serem utilizados foram os pilares revestidos por concreto, porém concreto não possuía função estrutural, tinha somente a função de proteger o perfil da corrosão e do fogo (LUBAS; PIGNATTA E SILVA, 2011). Com o tempo viu-se que teve o aumento de rigidez e de resistência. E em meados dos anos 60 e 70, o elemento misto se difundiu, sendo bastante empregado até os dias atuais.
Em 1997, foi criada a comissão de estudos para a elaboração do texto para a Norma Brasileira, que permite ao engenheiro de estrutura dimensionar as estruturas de aço em situação de incêndio e calcular a temperatura que causa o colapso de cada peça estrutural e analisar a necessidade ou não da utilização de material de revestimento contra fogo.
 Em 1999, as Normas Brasileiras que tratam da segurança estrutural frente ao fogo foram aprovadas, NBR 14432 “Exigências de Resistência ao Fogo de Elementos Construtivos de Edificações Procedimento” e NBR 14323 “Dimensionamento de Estruturas de Aço de Edifícios em Situação de Incêndio - Procedimento”. A NBR 14432 trata de prevenir o colapso estrutural, tornando possível a retirada dos ocupantes, reduzir os danos às propriedades do edifício e as propriedades vizinhas e permitir o rápido acesso do Corpo de Bombeiros.
Quando há ocorrência de incêndio em um edifício, toda a estrutura sofre a ação da sobrecarga e do peso próprio. À proporção que o incêndio se propaga se dá um novo estado de tensão e uma nova variável de tempo. 
Dessa forma, as propriedades mecânicas desses materiais danificam-se. Faz-se necessário então, reduzir o risco de incêndio em projetos de construção civil e, caso estes ocorram, é necessário aumentar o tempo de início de deformação da estrutura, oferecendo maior segurança a estas construções.
No entanto, uma pergunta fica no ar “Por que a proteção do Aço contra o fogo se ele não queima”? O aço, em temperaturas superiores a 500 °C, imerso em um ambiente em que a temperatura é homogênea, tende-se a perder sua margem de segurança que foi definida no início do projeto, iniciando o processo de flambagem. De modo que, as propriedades mecânicas do aço enfraquecem-se com o aumento de temperatura, o que pode ocasionar o colapso prematuro do edifício. Para temporizar a ação do fogo na estrutura, o aço é protegido com produtos que diminuirão a velocidade com que são aquecidos. Que por sua vez, auxiliam na resistência ao fogo.
Justificativa
O uso de elementos de aço e elementos mistos começou tardiamente no Brasil, se comparado com os países estrangeiros. Algumas empresas siderúrgicas foram criadas no Brasil, o que facilitou a obtenção do produto, mas naquela época o consumo ainda era pequeno. No entanto, o Brasil tem ocupado posição importante no cenário internacional, sendo o 10° produtor mundial de aço e o 1° na América Latina. A produção brasileira alcançou 10,7 milhões de toneladas entre janeiro e abril de 2007, representando crescimento de 11,5% em relação ao mesmo período em 2006. (IBS, 2007).
De acordo com o vice-presidente da ArcelorMittal Aços Longos América Central e do Sul, a construção metálica vem crescendo entre 30% e 50% nos últimos cinco anos no país. Dessa forma, é relevante o estudo dos materiais de prevenção e proteção dos Pilares Metálicos e Mistos quanto à resistência ao fogo, pois o pilar é um elemento estrutural vertical usado normalmente para receber os esforços diagonais de uma edificação e transferi-los para outros elementos, que por sua vez, é o elemento que sustenta a estrutura e isto está associado à garantia à segurança das pessoas que se encontrarem no interior de um edifício principalmente, quando há ocorrência de um incêndio. A proteção contra incêndio está associada à proteção da vida humana e dos bens materiais que ali se encontram. Ainda que os incêndios sejam condições excepcionais que mereçam ser sempre evitadas, é fundamental que as edificações sejam capazes de resistir ao calor. Isso pelo menos por um período de tempo suficiente para evitar que a estrutura entre em colapso antes de sua desocupação completa.
É primordial este estudo principalmente quando está se tratando de elemento metálico, pois este não possui grande resistência ao fogo e com o efeito do fogo, elevará a temperatura dos elementos que o constituem, podendo alterar a sua rigidez e resistência, bem como alterar os deslocamentos e as cargas que a estrutura suporta. Assim, de fato, o uso de materiais de proteção é essencial por darem a estrutura maior resistência, diminuir a probabilidade de corrosão e proteção da estrutura contra o colapso. 
Objetivo Geral
Analisar o comportamento dos pilares metálicos e mistos quando submetidos a uma situação de incêndio, assim como apresentar diversos tipos de prevenção e proteção ao fogo de acordo com as normas técnicas e legislação vigente no estado do Rio de Janeiro.
Objetivos Específicos
Fazer revisão bibliográfica e de legislação vigente;
Apresentar os tipos de prevenção e proteção;
Verificar a situação do pilar quanto à resistência;
Apresentar uma análise do material mais adequado para a proteção dos pilares de aço e mistos;
Metodologia
ESBOÇO DA METODOLOGIA
• Artigos
• Dissertações
• Normas Técnicas
• Legislação
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 
 
 
• Caso 1- Pilar Metálico
• Caso 2- Pilar Misto
 
 ESTUDO DE CASO 
• Análise do comportamento dos pilares frente ao fogo.
• Apresentar os materiais de prevenção e proteção.
O QUE SERÁ FEITO 
Os materiais de proteção, mais conhecidos como “barreiras de proteção passiva”, são produtos que resistem à ação do fogo que junto às técnicas construtivas confinam o incêndio em seu lugar para que não tomem grandes proporções, além de preservar a propriedade estrutural do edifício. Nos anos 60 e 70 estes materiais foram empregados nas usinas nucleares. No Brasil,foram utilizados na Usina Nuclear Angra I, porém, esta tecnologia começou a ser direcionada à construção civil só a partir de 1994.
 Em vista disso, serão realizadas pesquisas bibliográficas apresentadas nos fundamentos da NBR 14323 para o dimensionamento de elementos estruturais de aço em situação de incêndio, incluindo os tipos de proteção contra incêndio que podem envolver os elementos estruturais. Será desenvolvido também estudo de caso de uma edificação que também foi objeto de outros estudos como: Camargo (2012) que analisou a estabilidade global de alguns sistemas estruturais metálicos frente a diferentes solicitações de vento; Fabrizzi (2007) no qual o enfoque foi o dimensionamento de elementos mistos para a dada edificação e; Santos (2016) que em seu trabalho de conclusão de curso fez um estudo comparativo da deslocabilidade em edificação de múltiplos andares, para estruturas com pilares metálicos e mistos. 
Neste trabalho, será realizada uma análise comparativa quanto à resistência ao fogo entre o pilar metálico e o pilar misto totalmente revestido de uma edificação de 20 pavimentos com 3,5 m de pé direito. O estudo de caso será dividido em dois casos: O caso 1 (Pilar Metálico) e o caso 2 (Pilar Misto). Serão apresentados também os diversos tipos de materiais de prevenção e proteção para estes pilares.
REFERENCIAL TEÓRICO
Este capítulo tem como objetivo apresentar de forma concisa os conceitos inerentes a este trabalho. Serão tratados os seguintes assuntos: propriedades dos aços estruturais; estruturas metálicas; estruturas mistas; tipos de aços utilizados em estruturas; pilares metálicos; pilares mistos; segurança contra incêndio no Brasil; método de proteção contra incêndios e dimensionamento conforme a NBR 14323.
2.1 Propriedades dos Aços Estruturais
Na área da construção civil é muito comum a utilização do aço como peças estruturais, e os fatores mais importantes no dimensionamento são a resistência mecânica, a rigidez e a durabilidade deste material.
“Os aços estruturais são fabricados conforme as características mecânicas e químicas, desejáveis no produto final.” (PINHEIRO, 2005, p.06).
2.2 Estruturas Metálicas
Segundo Sales (1995), uma estrutura em aço é uma alternativa viável quando algum dos requisitos listados a seguir é atendido, sendo que o grau de viabilidade do projeto cresce com a quantidade de requisitos a serem atendidos.
Grandes vãos nos pisos;
Grande altura da construção;
Flexibilidade no layout interno
Possibilidade de ampliações futuras;
Solo de baixa capacidade suporte;
Prazo de construção reduzido;
Montagem sob condições atmosféricas adversas;
Montagem em locais com pouca área para armazenamento.
O custo de uma construção em aço está diretamente relacionado ao consumo de aço da estrutura, em geral quanto menor o consumo de aço mais econômico é a edificação. O material; a mão-de-obra especializada; o transporte e armazenamento de material; as condições atmosféricas e suas consequências quanto à corrosão das peças metálicas; e custos com manutenções futuras são outros fatores que influenciam no custo final. 
As ligações metálicas podem apresentar um comportamento rígido, ou flexível, ou ainda um comportamento semirrígido. A definição do comportamento é essencial para que ocorra uma correta modelagem da estrutura, uma vez que os comportamentos das ligações interferem diretamente na posição das cargas na edificação. 
2.3 Estrutura mista de aço-concreto
Atualmente, as estruturas de aço e concreto são os materiais mais utilizados na construção civil, pelo fato do aço trabalhar melhor na tração e o concreto na compressão, a associação desses dois materiais já é uma pratica comum a engenharia estrutural (Chust R. C., 2014), como no caso do concreto armado. A diferença de elementos de concreto armado ou metálicos, para os elementos mistos está na colaboração do aço à sua resistência.
No Brasil a utilização desses elementos ainda é pequena quando comparada com países asiáticos e europeus (El Debs & De Nardin, 2013), porém essa utilização tem se desenvolvido, principalmente para as lajes e vigas mistas.
As principais vantagens da Estrutura Mista são: 
Utilização de médios e grandes vãos;
Elevada resistência ao fogo; 
Bom comportamento- estabilidade; 
Uso de formas de aço colaborantes;
Resistência das lajes de concreto, necessárias por razões construtivas.
2.4 Tipos de Aços Utilizados em Estruturas
O Aço é uma liga metálica formada pela mistura do ferro com os demais elementos e desta mistura obtêm-se aços de vários tipos. Os aços utilizados na construção são divididos em dois grupos: aços-carbono e aços de baixa liga. A tabela 2.1 abaixo apresenta alguns aços utilizados em estruturas e suas respectivas nomenclaturas especificadas por normas técnicas.
 
Tabela 21- Propriedades Mecânicas mínimas dos aços mais utilizados em estruturas;
	
	
	Limite de Escoam-Fy
	Limite de Ruptura-Fu
	Denominação
	Características
	Tf/cm²
	KN/cm²
	Tf/cm²
	KN/cm²
	ASTM A36/MR250
	Aço-carbono estrutural comum
	2,5
	25,0
	4,0
	40,0
	ASTM A36/MDCOS CIVIL
	Aço-carbono média resistência
	3,0
	30,0
	4,0
	40,0
	ASTM A570 G33
	Aço-carbono laminado a quente para perfis dobrados a frio 
	2,3
	23,0
	3,6
	35,0
	ASTM A572 G50-1/ G35
	Aço de baixa liga e alta resistência mecânica
	3,5
	34,5
	4,5
	45,0
	ASTM A709 G36
	Aço de baixa liga e alta resistência à corrosão atmosférica
	2,5
	25,0
	4,0
	40,0
	ASTM A709 G50,USI SAC-300
	Aço de baixa liga e alta resistência à corrosão atmosférica
	3,0
	30,0
	4,0
	40,0
	COSARCOR 300 e CSN COR-420
	
	3,0
	30,0
	4,2
	42,0
	ASTM A588,USI SAC-350
	Aço de baixa liga, alta resistência mecânica e à corrosão atmosférica
	3,5
	34,5
	4,9
	49,0
	COSARCOR 350
	
	
	
	
	
	ASTM A709 G70, USI SAC-490
	Aço de baixa liga, alta resistência mecânica e à corrosão atmosférica
	4,9
	49,0
	5,8
	58,0
 Fonte: Bellei, 2008, p.45
2.4.1 Aços Carbono
Conforme Pfeil (1995), os aços-carbono são os tipos mais utilizados. Em função do teor de carbono, são separados em quatro categorias:
Baixo Carbono (C < 0,15%)
Moderado (0,15% < C < 0,29%)
Médio Carbono (0,30% < C < 0,59%)
Alto Carbono (0,60% < C < 1,70%)
Tabela 22- Resistência de alguns tipos de Aço-Carbono
	Tipo de Aço
	Fy (Mpa)
	Fu(Mpa)
	ASTM-A36
	250
	400
	ASTM-A570 Gr36
	250
	365
	ASTM-A572 Gr50
	345
	450
	NBR 6648/CG-26
	255*
	410*
	
	245**
	410**
	NBR 6650/CF-26
	260
	410
	NBR 7007/MR-250
	250
	400
 Fonte- Infomet
2.4.2 Aços de Baixa Liga
Segundo Pfeil (1995), os aços de baixa liga são aços-carbono em que para obter melhor resistência são adicionados elementos de liga em sua composição como o magnésio, fósforo, cromo, cobre, manganês, níquel. Com estes elementos misturados, ocorre a modificação da microestrutura, o que se obtêm o aumento da resistência mecânica do aço.
Tabela 23- Resistência de alguns tipos de aços de Baixa Liga
	Tipo de Aço
	Fy (Mpa)
	Fu(Mpa)
	COS-AR-COR 350
	350
	500
	COS-AR-COR 300
	300
	400
	USI-SAC-350
	350
	500
	USI-SAC-300
	300
	400
	CSN-COR-500
	380
	500
	CSN-COR-420
	300
	420
Fonte- Brasmetal
2.5 Pilares Metálicos
Os pilares em aço são usualmente em perfis I laminados ou soldados, perfis caixão soldados e perfis tubulares ou seções compostas, associando dois ou mais perfis. Uma solução muito empregada em edificações industriais consiste nos pilares treliçados, em geral, mais leves que os pilares de alma cheia. Nos edifícios de múltiplos andares os pilares mistos aço-concreto são uma solução importante, em que os pilares são construídos por perfis de aço revestidos ou preenchidos com concreto (SÁLES, et al., 2005).
 
Figura 21- Perfis laminados
Fonte: Metodologia de detalhamentos de estruturas metálicas
Figura 22- Perfis soldados
Fonte: Metodologia de detalhamentos de estruturas metálicas
Figura 23- Perfis tubularesFonte: Metodologia de detalhamentos de estruturas metálicas
2.6 Pilares Mistos
Os pilares mistos são elementos estruturais submetidos à compressão ou flexão, nos quais um perfil de aço trabalha em conjunto com partes de concreto, armado ou não. O concreto atua com boa resistência à compressão, protege o perfil metálico da corrosão e de impactos, além de melhorar o comportamento do perfil à ação do fogo e à flambagem. O perfil metálico por sua vez colabora com sua elevada resistência mecânica, agilidade no processo construtivo e facilidade na execução de ligações e emendas. Os pilares mistos podem ser constituídos de perfis de aço total ou parcialmente revestidos (fig.2.4-a e fig.2.4-b) ou por perfis metálicos tubulares preenchidos por concreto (fig.2.4-c e fig.2.4-d), sendo que este concreto pode ser armado ou não.
Nos pilares totalmente revestidos por concreto, o perfil metálico fica totalmente imerso neste material, tornando desnecessária a verificação de seus elementos componentes à flambagem. Já os pilares parcialmente revestidos por concreto, eles possuem concreto na região entre as mesas e a alma do perfil metálico. Neste caso, é necessário verificar a flambagem dos elementos expostos do perfil metálico.
Figura 24- Tipos de seções transversais de pilares mistos
Fonte: Revista Escola de Minas / CBCA
2.7 Segurança contra Incêndio no Brasil 
Segundo DEL CARLO, Ualfrido em sua pesquisa sobre SCI (Segurança Contra Incêndio), existe a falta de medidas estruturais para aplicar as medidas necessárias de PCI (Proteção Contra Incêndio). Ele diz que a construção carece de:
Profissionais formados especificamente na área de PCI.
Laboratórios completos e em número compatível com as dimensões do Brasil. 
Legislação em nível nacional, estadual e municipal. 
Técnicos, instaladores, operadores de sistemas de PCI. 
Toda a produção nacional de materiais de construção ensaiada e catalogada. 
Exigência de conformidade com a legislação de todos os produtos importados, etc.
Ele aborda também que no Brasil, o conhecimento sobre segurança contra incêndio em edificações só se tornou assunto de importância após duas grandes tragédias nacionais: os incêndios nos edifícios Andraus (em 24 de fevereiro de 1972 com 16 mortos e 330 feridos) e Joelma (em 1 de fevereiro 1974 com 191 mortos e 300 feridos), ambos na cidade de São Paulo.
 
Figura 25- Incêndio no Edifício Andraus. Figura 26- Incêndio no Edifício Joelma.
 Fonte: Screentvoficial,2013 Fonte: Screentvoficial,2013
Segundo Bonitese (2007 apud PURK ISS1996), segurança contra incêndio é definida como a aplicação dos princípios científicos de engenharia para os efeitos do fogo, com objetivo de reduzir perdas relacionadas à vida e à propriedade, através da quantificação de riscos e perigos envolvidos, de forma a prover soluções ideais em aplicações preventivas ou ativas. 
Já Vargas e Silva (2003), ele diz que se entende por risco à vida a exposição severa à fumaça ou ao calor dos usuários da edificação e eventuais desabamentos dos elementos estruturais sobre os usuários ou sobre a equipe de resgate. E sobre perda patrimonial, entende-se a destruição parcial ou total da edificação, dos estoques, dos documentos, dos equipamentos ou dos acabamentos do edifício sinistrado ou da vizinhança.
 A Figura 2.7 a seguir contém uma representação comparativa entre as perdas de propriedades do aço e do concreto com o ganho de temperatura (N UN ES e B E ZERRA, 2006).
Figura 27- Comparação entre a deterioração do aço e concreto quando há um aumento de temperatura
Fonte: NBR 14323 (2003)
A representação gráfica que o efeito de variação térmica sobre o aço, representado à esquerda, apresenta uma queda das propriedades de resistência e elasticidade do elemento estrutural. O módulo de elasticidade do aço (E) acentua sua redução antes de atingir 200°C, enquanto que a resistência característica do aço (fy) começa a ter uma redução após o atingir de 400°C. Por outro lado, o concreto armado tem uma redução das propriedades do seu (fy) a partir de valores em torno de 300°C enquanto que a elasticidade do mesmo decresce mais devagar quando comparado ao aço, e ainda possui mais de 80% de capacidade a algo em torno de 300°C. 
A tabela 2-4 mostra o percentual de mortes de incêndios em edifícios comparado a outros tipos de causas de mortes. 
Tabela 24-Causa de mortes em incêndios de edifícios.
	País
	Calor e Fumaça
	Outras Causas
	França
	95%
	5%
	Alemanha
	74%
	26%
	Países Baixos
	90%
	10%
	Reino Unido
	97%
	3%
	Suíça
	99%
	1%
	Fonte- Plank, 1996
 
O gráfico a seguir apresenta a relação entre temperatura e tempo mostrando uma análise comparativa da curva de incêndio, quando o aço possui proteção térmica e quando não possui proteção térmica. 
 
Figura 28- Comparação do Aço em relação a proteção térmica.
Fonte: Silva; Vargas, 2003, p.19
Dessa forma, é possível visualizar claramente que o aço com proteção térmica não chega próximo ao aço sem proteção térmica, muito menos a curva de incêndio padrão, então pode-se perceber que é essencial a proteção térmica do aço no que diz respeito às condições de segurança estrutural em situação de incêndio.
 	 
2.8 Prevenção de Incêndio
A implantação da prevenção de incêndio se faz por meio de atividades que visam a evitar o surgimento do sinistro, possibilitar sua extinção e reduzir seus efeitos antes da chegada do Corpo de Bombeiros.
Os objetivos da prevenção de incêndio são:
A garantia da segurança à vida das pessoas que se encontrarem no interior de um edifício, quando da ocorrência de um incêndio;
A prevenção da propagação do incêndio, envolvendo todo o edifício;
A proteção do conteúdo e a estrutura do edifício;
Minimizar os danos materiais de um incêndio.
De acordo com o Corpo de Bombeiros, é necessário que todos os trabalhadores ou moradores da edificação coloquem em prática as normas estabelecidas sobre os cuidados preventivos e o comportamento diante do incidente, promovendo exercícios, através da simulação de incêndios. Esta prática contribui para a prevenção e segurança de todos. No entanto, para que isto ocorra é necessário que os equipamentos que combatem o incêndio estejam em perfeito estado de conservação.
A prudência também é uma fonte primordial no combate aos incêndios. Por consequência é fundamental que toda a edificação funcione conforme as condições de segurança estabelecidas por lei, que vão desde a obrigatoriedade de extintores de incêndios, hidrantes, mangueiras, registros, chuveiros automáticos e escadas com corrimão. Dentre estes equipamentos, o mais utilizado para combater incêndios é o extintor, que deve ter a manutenção pelo menos uma vez por ano, por pessoas credenciadas e especializadas. É relevante também, além de adquirir e conservar os equipamentos de segurança saber manuseá-los e ensinar a todos os trabalhadores como acionar o alarme, como funciona o extintor ou abandonar o recinto, quando necessário sem provocar tumultos.
2.9 Método de Proteção contra Incêndios
As medidas de proteção contra incêndios são classificados em ativas e passivas. As proteções ativas, conforme Silva, Vargas, Ono (2010) são métodos de proteção complementares às medidas passivas, que só entram em funcionamento caso sejam acionados manualmente ou automaticamente. Como por exemplo, os extintores e o chuveiro automático.
De acordo com Ferreira, Correia, Azevedo (2006) as proteções passivas para sistemas estruturais são medidas que constituem no aumento da massa de aço dos elementos ou na utilização de materiais de proteção térmica.
Em 1722, um dos primeiros, senão o primeiro material de proteção passiva foi patenteado na Inglaterra por David Hartley. Para prevenir o espalhamento do incêndio de um andar para outro este sistema foi instalado em muitas casas na época. Ele diz que a proteção térmica dos elementos estruturais de aço (chamada deproteção passiva) é o meio mais comum de se proteger o aço contra o incêndio. E que vários são os materiais utilizados com esta finalidade, tais como as argamassas projetadas, tintas intumescentes, mantas cerâmicas ou de lã de rocha basáltica, gesso acartonado.
Em termos gerais, os materiais de proteção térmica devem apresentar:
Baixa massa específica aparente;
Baixa condutividade térmica;
Alto calor específico;
Adequada resistência mecânica (quando expostos a impactos);
Garantia de integridade durante a evolução do incêndio;
Custo compatível;
Segundo o Yopanan C. P. Rebello engenheiro de estruturas e diretor técnico da Ycon Engenharia, Grupo Refrasol e CBCA(Grupo Brasileira o da Construção em Aço), vários são os materiais que constituem o PCI tais como as argamassas projetadas, tintas intumescentes, mantas cerâmicas ou de lã de rocha basáltica, gesso acartonado e outros.
Assim sendo, são vários os tipos de materiais utilizados na proteção da Estrutura Metálica e Estrutura Mista quanto à proteção ao fogo. São elas:
2.9.1 Argamassa Projetada
São produtos com alto conteúdo de aglomerantes que, quando misturados com água, geram uma massa fluida, que é transportada por meio de uma mangueira até o esguicho, onde o ar comprimido faz o jateamento diretamente na superfície do aço. Que por sua vez tem o resultado de uma superfície rugosa, que é mais apropriada para elementos acima de forros ou para ambientes menos exigentes. A argamassa geralmente é constituída de gesso ou vermiculita, cimento, resinas acrílicas e cargas inertes, tais como poliestireno expandido e celulose. 
 .
Figura 29- Argamassa Projetada
 Fonte: Pannoni, 2013.
Uma das argamassas projetadas “Cimentitious”, muito utilizada no Brasil, é o Monokote MK-6, importado dos Estados Unidos. É de baixa massa 3 específica (240 kg/m ), atóxico, aplicado por projeção diretamente sobre a estrutura, dispensando o uso de pinos ou telas para fixação. É composto basicamente por 82% de gesso, 2% de cimento Portland e por resinas acrílicas, não existindo nenhum tipo de reação química após sua aplicação ou quando exposto a altas temperaturas. 
 
Tabela 25- Propriedades físicas Argamassa Projetada
	Propriedades Físicas
	Mínimos Recomendados
	Resultados de Testes
	Densidade Seca Média
	240 kg/m³
	240 kg/m³
	Aderência ao aço
	9,6 kPa
	16,2 kPa
	Compressão 10%def.máx
	57 kPa
	68,9 kPa
	Erosão- ar a 24km/h
	Max 0,53 g/m²
	0
	Corrosão
	Não contribui
	Não contribui
 Fonte: Catálogo Grace do Brasil
2.9.2 Fibra Projetada
São produtos de baixa e média densidades, contendo basicamente fibras minerais e aglomerantes que é transportada sob baixa pressão por meio de uma mangueira até o esguicho, onde é misturada com água atomizada e jateada diretamente na superfície do aço, obtidas a partir de escória de alto-forno como principal ingrediente. Estas fibras são misturadas com cimento Portland (20 a 30% do peso seco total) para criar uma mistura de baixa densidade. É mais apropriada para elementos acima de forros ou para ambientes menos exigentes.
Figura 210- Fibra Projetada.
 Fonte: Pannoni, 2013
A fibra projetada, importada dos Estados Unidos e muito utilizada no Brasil, é denominada Blaze Shield. Produto de baixa densidade 3 (240 kg/m ), atóxico, é aplicado por projeção diretamente sobre a estrutura, dispensando o uso de pinos ou telas para fixação. É composto basicamente por fibras de rocha, não existindo nenhum tipo de reação química após sua aplicação ou mesmo quando exposto a altas temperaturas.
Tabela 26- Propriedades físicas Fibra Projetada
	Propriedades Físicas
	Mínimos Recomendados
	Resultados de Testes
	Densidade Seca Média
	240 kg/m³
	264 kg/m³
	Aderência ao aço
	9,6 kPa
	19,1 kPa
	Compressão 10%def.máx
	57 kPa
	81,4 kPa
	Erosão- ar a 24km/h
	Max 0,53 g/m²
	0
	Corrosão
	Não contribui
	Não contribui
	Condutibilidade - 600°C
	Não contribui
	0,173 W/m°C
	Calor específico - 600°C
	Não contribui
	2344 J/kg°C
Fonte- Catálogo Isolatek
2.9.3 Argamassa Projetada à Base de Vermiculita
É produto de baixa densidade, composto basicamente de vermiculita expandida, cimento Portland e aglomerados minerais. 
Figura 211- Grãos de Vermiculita
Fonte: Alibaba, 2013
2.9.4 Placas de Gessos Acartonado
Placas são elementos pré-fabricados fixados na estrutura por meio de pinos ou perfis leves de aço, proporcionando diversas possibilidades de acabamento. Geralmente são compostas com materiais fibrosos ou vermiculita ou gesso ou combinação desses materiais. Tem, internamente, uma malha de fibra de vidro, que mantém o conjunto estruturado quando exposto às elevadas temperaturas do incêndio.
Figura 212- Placa de Gesso Acartonado.
 Fonte: Real, 2004
 
Tabela 27- Propriedades físicas Gesso Acartonado
	Descrição
	Valores
	Comportamento ao fogo
	Incombustível
	Condutibilidade térmica (W/m.k)
	0,15
	Calor específico (J/kg°C)
	1200
Fonte- Refrasol
2.9.5. Placas de Lã de Rocha
São painéis de baixa densidade, rígidos ou flexíveis, feitos de materiais fibrosos, aglomerados pela adição de resinas termo-endurecíveis. A lã de rocha é obtida da fusão da rocha de origem basáltica.
Figura 213- Placas de Lã de Rocha.
 Fonte: Pannoni, 2013
Tabela 28- Propriedades físicas Placa de Lã de Rocha
	Descrição
	Valores
	Comportamento ao fogo
	Incombustível
	Condutibilidade térmica (W/m.k)
	0,099
	Calor específico (J/kg°C)
	837,4
 Fonte- Catálogo Grace do Brasil
2.9.6 Tintas Intumescentes
Correspondem ao terceiro grupo genérico de materiais de proteção passiva e são classificados como produtos aparentados das tintas. É constituída por polímeros com pigmentos intumescentes, que reagem na presença de fogo, o em geral a 200°C, aumentando seu volume. Os poros resultantes são preenchidos por gases atóxicos que, junto com resinas especiais que constituem as tintas, formam uma espuma rígida na superfície do aço, retardando o efeito do calor da chama. É aplicada por meios convencionais, pistola ou rolo, proporcionando textura e aparência e cores similares às pinturas convencionais. É importante ressaltar que as propriedades do aço não são alteradas a essas temperaturas. 
Figura 213- Tinta intumescente.
Fonte: Pannoni, 2013
Há tintas intumescentes adequadas a ambientes externos e ambientes internos. A tinta intumescente é aplicada da mesma forma que outras tintas convencionais - por spray, pincel ou rolo, devendo ser observadas as seguintes condições:
Espessura máxima, por demão da película úmida, menor que 375 m, se aplicada com pincel ou menor que 1500 m se aplicada por spray; 
 Intervalo de 24 horas entre as demãos; 
 Mínimo de 3 dias para aplicação da tinta de acabamento;
2.9.7. Encamisamento com Concreto Armado
Revestimento de Concreto Armado em volta da Estrutura Metálica, o que faz lembrar-se da Estrutura Mista. No qual, o concreto armado é utilizado como material de proteção para a estrutura.
Figura 214- Encamisamento com a utilização de Concreto Armado.
Fonte: Cadernos de Engenharia de Estruturas, São Carlos,2003.
 Dimensionamento conforme NBR 14323
A NBR 14323 cabe definir os critérios gerais que regem o dimensionamento em situação de incêndio das estruturas de aço e das estruturas mistas aço-concreto de edifícios. Esta norma define os estados limites como:
O método dos estados limites, fixa as condições exigíveis para o dimensionamento em situação de incêndio de estruturas de aço e de estruturas mistas aço-concreto de edifícios, feitas com perfis laminados, perfis soldados não-híbridos e perfis formados a frio, com ligações executadas com parafusos ou soldas, ou ainda com ligações mistas.. (ABNT, NBR 14323: Dimensionamento de estruturas de aço e de estruturas mistas aço-concreto de edifícios em situação de incêndio- Procedimento, 1999, p.2) 
Entende-sepor estado limite como a situação a partir da qual a estrutura não apresenta o desempenho adequado à finalidade empregada. As finalidades são basicamente definidos por Estados Limites Últimos (ELU) e Estados Limites de Serviço (ELS).
De acordo com a NBR 8681, o (ELU) é aquele que invalida a utilização da estrutura no todo. Os estados limites últimos são geralmente caracterizados por: 
Instabilidade dinâmica
Transformação da estrutura ou de algum elemento em sistema hipostático;
Perda de estaticidade, global ou parcial;
Ruptura ou deformação plástica excessiva dos materiais;
Instabilidade por deformação;
Os estados limites de serviço causam efeitos estruturais que desrespeitam as condições específicas para o uso da construção, também são utilizados como indícios do comprometimento da durabilidade da estrutura. Além disso, com o ELS, é possível fazer a verificação da estrutura em sua situação de serviço, considerando as deformações limites dos elementos.
	
3. Exigências de resistência ao fogo
Para se verificar a segurança estrutural dos elementos de aço de uma edificação, em situação de incêndio, é necessário conhecer a exigência de resistência do fogo para cada tipo de elemento (vigas, pilares e lajes) conforme a legislação regional vigente ou, na sua ausência, conforme a norma NBR 14432. 
A exigência de resistência ao fogo é estabelecida em forma de tempo, seja por meio do 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. 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. A seguir, são apresentados os três métodos utilizados para se determinar o tempo exigido de resistência ao fogo das estruturas.
3.1. Método Tabular
O método tabular, como sugere o nome, utiliza-se de tabelas para a realização do dimensionamento. Essas tabelas são válidas para cargas axiais e excêntricas, entretanto, deve-se respeitar algumas condições para a validade das mesmas. A estrutura deve ser contraventada e o incêndio deve ser limitado a apenas um andar e, neste andar, o pilar a ser dimensionado deve estar sujeito à temperatura uniforme em todo seu comprimento. Além disso, as tabelas para dimensionamento são válidas para pilares com comprimento máximo de 30 vezes a menor dimensão externa da seção transversal. 
A NBR 14432 define o TRRF (tempo requerido de resistência ao fogo), que deve ser respeitado pelos elementos estruturais (pilares, vigas e lajes).
Embora o conceito do TRRF seja aplicado em vários países, os valores variam conforme o país. Na Nova Zelândia o TRRF máximo é de 60 minutos. Nos EUA o TRRF pode atingir 180 minutos para pilares de edifícios altos e no Reino Unido o TRRF máximo é de 120 minutos. No Japão o TRRF para edifícios altos é maior para os pavimentos inferiores e menor para os pavimentos superiores.
Tabela 31- Exigência de TRRF (NBR 14432)
	
	Altura da edificação
	Ocupação/uso
	Classe P1 h ≤ 6m
	Classe P2 6m ˂ h ≤ 12m
	Classe P3 12m ˂ h ≤ 23m
	Classe P4 23m ˂ h ≤ 30m
	Classe P5 h ˃ 30m
	Residencial
	30
	30
	60
	90
	120
	Hotel
	30
	60(30)
	60
	90
	120
	Supermercado
	60(30)
	60(30)
	60
	90
	120
	Escritório
	30
	60(30)
	60
	90
	120
	Shopping
	60(30)
	60(30)
	60
	90
	120
	Escola
	30
	30
	60
	90
	120
	Hospital
	30
	60
	60
	90
	120
	Igrejas
	60(30)
	60
	60
	90
	120
Fonte: Pignatta (2012)
OBS 1: Para subsolos com h ˃ 10m – 90 minutos; h ˂ 10m – 60 minutos, não podendo ser inferior ao TRRF dos pavimentos acima do solo;
OBS 2: Os TRRF entre parênteses são aplicados para edificações em que cada pavimento acima do solo tenha área inferior a 750 m².
3.1.1. Determinação de TRRF
Passo: Determinar a altura da edificação (h) . 
Altura da edificação (h) é a distância entre o ponto que caracteriza a saída, situada no nível no qual uma porta conduz ao exterior do prédio e o piso do último pavimento, exceto zeladorias, casa de máquinas, piso técnico e pisos sem permanência humana.
Passo: Consultar a Tabela 3.1 para determinar o TRRF.
Obtida a altura da edificação, combina-se a linha ocupação/uso com a coluna altura.
3.2. Método do tempo equivalente
O método mais citado nas bibliografias consultadas é o método do tempo equivalente.
Figura 3-1- Método do tempo equivalente
Fonte: Pignatta (2012)
O método do tempo equivalente consiste em relacionar a máxima temperatura do aço, no incêndio real, ao tempo associado a essa mesma temperatura na curva do incêndio-padrão.
Por meio do tempo equivalente calculado, determina-se, na curva do incêndio padrão, a temperatura do aço que corresponderá à sua máxima temperatura no incêndio real. Uma vez calculada essa temperatura, pode-se dimensionar a estrutura em situação de incêndio. 
O tempo equivalente, determinado por meio de expressão clássica, é função da carga de incêndio, das características térmicas dos elementos de vedação, da ventilação horizontal e vertical e do pé- direito do compartimento. 
Tabela 3-2- Valores das cargas específicas de incêndio
	Descrição
	Carga de Incêndio (qn) MJ/m²
	Residências
	300
	Hotéis
	500
	Comércio de automóveis
	200
	Livrarias
	1000
	Comércio de móveis
	300
	Comércio de produtos têxteis
	400
	Supermercados
	300
	Agências Bancárias
	300
	Escritórios
	700
	Escolas
	300
	Bibliotecas
	2000
	Cinemas ou teatros
	600
	Igrejas
	200
	Hospitais
	300
	Indústria de materiais sintéticos ou plásticos
	2000
	Laboratórios químicos
	600
	Indústria têxteis em geral
	700
	Indústrias metalúrgicas
	200
	Indústria de tintas e solventes
	4000
Fonte: NBR 14323 (2008)
Segundo o IT do Corpo de Bombeiros/SP, para edificação com altura inferior a 12 m, admite-se o uso do método do tempo equivalente de resistência ao fogo, em substituição ao método tabular, excetuando-se as edificações com explosivos e centrais de comunicação e energia.
 
3.3. Método simplificado de dimensionamento
O método simplificado de dimensionamento aplica-se aos elementos que compõem a estrutura individualmente. O dimensionamento por meio deste método deve ser feito levando-se em consideração que as propriedades mecânicas do aço e do concreto, a exemplo de outros materiais, enfraquecem-se progressivamente com o aumento de temperatura e como consequência, pode ocorrer o colapso de um elemento estrutural ou ligação como resultado de sua incapacidade de resistir às ações aplicadas.
3.3.1 Capacidade estrutural e resistência
As condições de segurança de uma estrutura em situação de incêndio podem ser expressas por:
Φ (Sfi,d ,Rfi,d ) ≥ 0
Quando a segurança é verificada isoladamente em relação a cada um dos esforços solicitantes, as condições de segurança podem ser expressas da seguinte forma simplificada:
Sfi,d ≤ Rfi,d
Onde:
Sfi,d= é o esforço solicitante de cálculo em situação de incêndio, obtido a partir das combinações de ações; 
Rfi,d é o esforço resistente de cálculo correspondente do elemento estrutural para o estado limite último em consideração, em situação de incêndio.
Combinações de ações para os estados limites últimos
As combinações de ações para os estados limites últimos em situação de incêndio devem ser consideradas como combinações últimas excepcionais e obtidas de acordo com a NBR 8681. Deve-se considerar que as ações transitórias excepcionais, ou sejam, aquelas decorrentes da elevação da temperatura na estrutura em virtude do incêndio, têm um tempo de atuação muito pequeno. Desta forma, as combinações de ações podem ser expressas por:
Em locais em que não há predominância de pesos de equipamentos que permaneçam fixos por longos períodos de tempo, nem de elevadas concentrações de pessoas(por exemplo, edificações residenciais, de acesso restrito):
Em locais em que há predominância de pesos de equipamentos que permaneçam fixos por longos períodos de tempo, ou de elevadas concentrações de pessoas (por exemplo, edificações comerciais, de escritórios e de acesso público):
 
Em bibliotecas, arquivos, depósitos, oficinas e garagens:
Onde:
FGi,k: é o valor característico das ações permanentes diretas;
FQ,exc: é o valor característico das ações térmicas decorrentes do incêndio;
FQk: é o valor característico das ações variáveis decorrentes do uso e ocupação da edificação;
γg: é o valor do coeficiente de ponderação para as ações permanentes diretas, igual a 1,0 para ações permanentes favoráveis, dado pela tabela 4.9 ou, opcionalmente, pela tabela 4.10 para ações permanentes desfavoráveis.
3.3.2 Barras submetidas à força normal de tração
A força normal resistente de cálculo, Nfi,Rd, de uma barra de aço axialmente tracionada com distribuição uniforme de temperatura na seção transversal e ao longo do comprimento, deve ser determinada para o estado limite último de escoamento da seção bruta, e é igual a:
Nfi,Rd= Ky,θ.Ag.Fy
Onde:
Ky,θ: é o fator de redução da resistência ao escoamento do aço à temperatura θa;
Ag: é a área bruta da seção transversal da barra;
fy: é a resistência ao escoamento do aço à temperatura ambiente
3.3.3 Seções transversais compactas ou semi-compactas
A força normal resistente de cálculo, Nfi,Rd, de uma barra de aço com seção transversal compacta ou semi-compacta deve ser obtida para o estado limite último de instabilidade da barra como um todo, sendo igual a:
Nfi,Rd= Xfi.Ky,θ.Ag.Fy
Onde:
Xfi: é o fator de redução associado à f resistência à compressão em situação de incêndio;
Ky,θ: é o fator de redução da resistência ao escoamento do aço à temperatura θa;
Ag: é a área bruta da seção transversal;
fy é a resistência ao escoamento do aço à temperatura ambiente.
O valor de Xfi deve ser obtido pela expressão:	
Xfi =
Com: 
 βθ = 0,5(1+αθλo,θ+λ²o,θ)
	
sendo λo,θ o índice de esbeltez reduzido em situação de incêndio, dado por:
		 	
e
Onde:
λo: é o índice de esbeltez reduzido para barras comprimidas à temperatura ambiente, determinado de acordo com a NBR 8800;
ky,θ: é o fator de redução da resistência ao escoamento do aço à temperatura θa;
kE,θ: é o fator de redução do módulo de elasticidade do aço à temperatura θa;
fy: é a resistência ao escoamento do aço à temperatura ambiente;
E: é o módulo de elasticidade do aço à temperatura ambiente.
3.3.4 Curva temperatura x tempo padrão de incêndio
Tendo em vista, que a curva temperatura x tempo do incêndio é difícil de ser determinada e que se altera para cada situação estudada, convencionou-se adotar uma curva padronizada como modelo para a análise experimental de estruturas, materiais de proteção térmica, portas corta-fogo, etc., em fornos. Esse modelo é conhecido como modelo do incêndio-padrão.
Tabela 33- Modelo de incêndio padrão
Fonte: Pignatta (2012)
A temperatura atuante no elemento estrutural é inferior à temperatura dos gases quentes. Essa temperatura pode ser calculada em função do tempo de exposição ao incêndio-padrão, por meio de métodos analíticos recomendados pela NBR 14323. Esse tempo, segundo a NBR 14432, é o tempo requerido de resistência ao fogo (TRRF), ou seja, o tempo mínimo de resistência ao fogo de um elemento construtivo, quando sujeito ao incêndio padrão.
3.3.5 Elementos estruturais sem proteção contra incêndio
Para uma distribuição uniforme de temperatura na seção transversal, a elevação de temperatura ∆θa,t em grau Celsius, de um elemento estrutural de aço sem proteção contra incêndio, situado no interior da edificação, durante um intervalo de tempo ∆t, pode ser determinada por:
Onde:
u/A: é o fator de massividade para elementos estruturais de aço sem proteção contra incêndio;
u: é o perímetro exposto ao incêndio do elemento estrutural de aço, em metro; 
A: é a área da seção transversal do elemento estrutural, em metro quadrado;
ρa: é a massa específica do aço em quilograma por metro cúbico;
ca: é o calor específico do aço em joule por quilograma e por grau Celsius;
ϕ: é o valor do fluxo de calor por unidade de área, em watt por metro quadrado;
∆t: é o intervalo de tempo, em segundo;
O valor de ϕ, em watt por metro quadrado, é dado por:
ϕ = ϕc + ϕr
com:
ϕc = αc(θg-θa)
e
Onde:
Φc: é o componente do fluxo de calor devido à convecção, em watt por metro quadrado;
ϕr: é o componente do fluxo de calor devido à radiação, em watt por metro quadrado;
αc: é o coeficiente de transferência de calor por convecção, podendo ser tomado para efeitos práticos igual a 25 W/m² °C;
Θg: é a temperatura dos gases, em grau Celsius;
θa: é a temperatura na superfície do aço, em grau Celsius;
εres: é a emissividade resultante, podendo ser tomada para efeitos práticos igual a 0,5.
ESTUDO DE CASO
A edificação que será utilizada como base para elaboração deste trabalho, foi retirada de Sales (1995) e as principais características do projeto são as seguintes:
20 pavimentos com 3,5 m de pé direito;
As dimensões em planta são: 20 por 45 m;
Maior vão: 4 m;
 Maior cota (elevação): 70 m;
Construção considerada não escorada.
Figura 41 - Pavimento tipo do edifício modelo
Fonte: Camargo, 2012
Figura 42 - Elevações do edifício modelo
Fonte: Camargo, 2012
Os casos a serem comparados podem ser divididos em dois grupos, e têm as seguintes características:
Caso 1: Pilar metálico;
Caso 2: Pilar misto totalmente revestido;
4.1. Materiais
O material dos perfis, utilizado nos pilares metálicos e nos pilares mistos, foi o aço de alta resistência USI CIVIL 350, nas armaduras, quando empregadas, foi utilizado o aço CA50. As resistências características e as propriedades mecânicas dos aços utilizados estão apresentadas na Tabela 41.
Tabela 41 - Resistências e propriedades mecânicas dos aços empregados
	Propriedade
	USI CIVIL 350
	CA50
	Tensão de escoamento (fy)
	350 MPa
	500 Mpa
	Tensão de ruptura (f u)
	500 MPa
	-
	Módulo de elasticidade (E)
	210 GPa
	Massa específica (ρa)
	7.850 kg/m³
	Coeficiente de Poisson (νa)
	0,3
Fonte: Santos (2016)
Os pilares mistos o valor considerado foi de fck=35 Mpa.
Os módulos de elasticidade dos concretos utilizados foram calculados conforme o Item 8.2.8 da NBR 6118 (ABNT, NBR 6118: Projeto de Estruturas de Concreto – Procedimento, 2014), e estão apresentados na Tabela 42
Tabela 42 - Módulos de elasticidade dos concretos
	Propriedade
	fck = 20 Mpa
	fck = 35 Mpa
	Módulo de elasticidade inicial (Eci)
	25.044 Mpa
	28.000 Mpa
	Módulo de elasticidade secante (Ecs)
	21.287 Mpa
	23.800 Mpa
Fonte: NBR 6118 (2014)
4.2. Seções
Para a confecção dos modelos as seções dos elementos foram em parte dimensionadas pelo autor e em parte utilizadas conforme trabalhos anteriores que tiveram como base o mesmo edifício modelo, Camargo (2012) e Sales (1995). 
4.2.3. Pilares metálicos
Os pilares metálicos utilizados no modelo foram retirados do modelo 1-D de Camargo (2012), As características das seções adotadas para os pilares estão apresentadas na Tabela 43.
Tabela 43 - Características dos pilares metálicos
	Pilar
	Seção
	Perfil de aço
	
	
	d (mm)
	bf (mm)
	tf (mm)
	tw (mm)
	Aa (cm²)
	Ix(cm4)
	Iy(cm4)
	P1
	PS 900 x 648
	900
	700
	44,5
	25
	825,8
	1.252.059,0
	254.497,3
	P2
	PS 800 x 407
	800
	600
	31,5
	16
	518,0
	621.805,5
	113.442,1
	P3
	PS 720 x 300
	720
	550
	25
	16
	382,2
	372.324,6
	69.345,8
	P4
	PS 600 x 246
	600
	450
	25
	16
	313,0
	208.277,1
	37.987,5
	P5
	PS 550 x 169
	400
	350
	19
	16
	214,9
	111.687,7
	13.594,6
Fonte: Camargo, 2012
4.2.4. Pilares mistos
Em todos os modelos os pilares mistos foram modelados com 4 barras longitudinais, sendo que para P1, P2, P3 e P4 foi usadobarras de aço CA-50 com 20mm de diâmetro e para P5 foram utilizadas barras com 10mm de diâmetro.
Tabela 44 - Capacidade resistente para os pilares mistos e metálicos
	Modelo
	
	Pilar
	Perfil Metálico
	Seção de concreto
	Nrd (KN)
	Mrd (KN.cm)
	
	
	
	
	
	
	
	MODELO_A
	
	P1
	PS 900 x 648
	
	25.510
	978.714
	
	
	P2
	PS 800 x 407
	
	15.667
	544.240
	
	
	P3
	PS 720 x 300
	
	10.464
	340.738
	
	
	P4
	PS 600 x 246
	
	9.240
	224.710
	
	
	P5
	PS 550 x 169
	
	4.980
	108.167
	MODELO_B_1
	
	PM_P1
	CVS 800 x 288
	95 x 75
	25.281
	499.912
	
	
	PM_P2
	CVS 550 x 184
	74 x 60
	15.655
	233.907
	
	
	PM_P3
	CVS 450 x 116
	65 x 54
	11.263
	134.948
	
	
	PM_P4
	CVS 450 x 116
	60 x 45
	9.381
	124.042
	
	
	PM_P5
	CVS 300 x 80
	40 x 35
	4.988
	51.991
	MODELO_B_2
	
	PM2_P1
	CVS 600 x 369
	81,1 x 72
	25.422
	467.589
	
	
	PM2_P2
	CVS 500 x 194
	70 x 60
	15.570
	225.640
	
	
	PM2_P3
	CVS 400 x 140
	55,5 x 54
	11.153
	132.703
	
	
	PM2_P4
	CVS 400 x 140
	49 x 45
	9.348
	121.717
	
	
	PM2_P5
	CVS 300 x 80
	40 x 35
	4.988
	51.991
	MODELO_B_3
	
	PM3_P1
	CVS 550 x 370
	73,7 x 72
	24.368
	420.195
	
	
	PM3_P2
	CVS 450 x 216
	61 x 60
	15.159
	210.094
	
	
	PM3_P3
	CVS 400 x 116
	57,8 x 54
	10.872
	121.318
	
	
	PM3_P4
	CVS 400 x 116
	52,2 x 46
	9.230
	109.676
	
	
	PM3_P5
	CVS 300 x 80
	40 x 35
	4.988
	51.991
Fonte: Santos, 2016
4.3 Análises
Será realizado o dimensionamento do pilar metálico P4 e do pilar misto modelo B1 P4 conforme a norma NBR 14323 sob o método simplificado de dimensionamento em situação de incêndio.
Para fazer o dimensionamento foi suposto que o fogo começaria no décimo andar, no qual, estariam os pilares P4 conforme a figura 4-3 abaixo.
Figura 43- Edifício
Fonte: Camargo, 2012
4.3.1 Pilares Metálicos
Segundo SILVA, uma situação de incêndio real pode ser dividida em três fases. Uma fase inicial de ignição, com baixas temperaturas, na qual o incêndio controlado e extinto não é necessário que o mesmo seja levado em conta no dimensionamento estrutural. Uma segunda fase de aquecimento rápido, chamada de “flashover”, na qual ocorre uma inflamação generalizada. E, por fim, uma fase de resfriamento após o esgotamento de todo material combustível do ambiente. Um incêndio real pode ser modelado de modo a se obter uma curva temperatura pelo tempo aproximada, através de um método chamado de modelo do incêndio natural. Para isso, é necessário saber a quantidade de material combustível do ambiente, chamada de carga de incêndio. Como na prática a aplicação do modelo do incêndio natural é bastante trabalhosa e requer um estudo de cada caso, é comum, por simplificação, adotar-se curvas temperatura-tempo padronizadas, que não representam um incêndio real. Essas curvas são associadas a tempos padronizados de resistência ao fogo, e esses tempos, por sua vez, são resultado de consenso entre o meio técnico. 
O gráfico abaixo apresenta a relação temperatura x tempo através do gráfico da norma NBR 14323 “temperatura da curva de incêndio padrão”, citado no capítulo 3 na seção 3.3.4, tabela 3.3.
Figura 44- Temperatura pela curva de incêndio padrão
Fonte: O autor
O gráfico a seguir apresenta a relação de temperatura x tempo do incêndio real conforme os cálculos que serão apresentados na análise de resultados de acordo com o método simplificado de dimensionamento.
Figura 45- Temperatura pela curva de incêndio real
Fonte: O autor
Já este gráfico apresenta a relação entre a força normal resistente de cálculo e o tempo do incêndio real.
Figura 46- Força normal resistente incêndio real
Fonte: O autor
4.3.2 Pilares Mistos
A NBR 14323 para pilares mistos apresenta tabelas com dimensões mínimas que suportaria a ação de um incêndio em determinado tempo. No caso do pilar misto totalmente revestido apresentado na tabela 4-5 abaixo, as dimensões mínimas suportaria o incêndio com o tempo de 120 minutos. 
 
Tabela 45- Dimensões mínimas da seção transversal, cobrimento mínimo de concreto da seção de aço e distâncias mínimas dos eixos das barras da armadura à face do concreto.
Fonte: NBR 14323 (2008)
À vista disso pode-se compreender que o pilar misto resiste muito mais tempo comparado ao pilar metálico. Já que um elemento misto já é formado por um material de proteção que no caso é o concreto armado. O elemento misto faz lembra-se do material de proteção “encamisamento por concreto” explicado na seção 2.9.7. 
 
ANÁLISE DE RESULTADOS
Os resultados obtidos pelas análises realizadas nos pilares estão apresentados neste capítulo, foram analisadas as temperaturas, as forças normais resistentes de cálculo e o tempo.
5.1 Temperatura pela curva de incêndio padrão
O cálculo da temperatura pela curva de incêndio padrão foi obtido através da equação abaixo:
O tempo inicial foi T=0 que corresponde à temperatura ambiente Ɵ=20°C. Entretanto, o cálculo foi seguido até o tempo de T=120 min de acordo com a exigência do TRRF obtido pela tabela 4-1 da NBR 14432. O tempo T=120 min foi designado pois se trata de um edifício comercial com a altura superior a 30 metros.
5.2 Temperatura pela curva de incêndio real 
 A curva de temperatura do incêndio real foi obtida através dos cálculos de dimensionamento simplificado na seção 3.3 do capítulo 3.
De acordo com estes cálculos pode-se observar que a temperatura segue numa fase crescente, o início desta fase abrange a incubação do incêndio no qual chega à temperatura de 800°C em 5 minutos, no final dessa fase, todos os materiais presentes no ambiente atingirão seu ponto de ignição, imergindo o ambiente inteiro em chamas, também conhecido como flashover. O calor se espalha para cima e para fora do combustível inicial por convecção e condução. A fase seguinte é a fase totalmente desenvolvida também chamada de estágio de queima livre ou estável, em que o incêndio torna-se mais forte usando mais oxigênio e combustível, onde ele continua se elevando acima de 800°C. Ao observar o gráfico pode-se perceber que ele fica estável quando chega no 1000°C é onde o incêndio entra para a fase final, seu início ocorre quando o incêndio consumiu a maior parte de oxigênio e combustível, o que significa que o ambiente está se resfriando lentamente e com pouco oxigênio. 
5.3 Força normal resistente do incêndio real
A força normal resistente de cálculo em temperatura ambiente é igual à Nrd= 8699,01 KN, logo após o dimensionamento apresentado na figura 4-6 na seção 4.3.1 pode-se observar que em poucos minutos houve perda de resistência e que em 5 minutos sucedeu uma grande perda chegando a Nrd= 1000 KN. Observa-se que a perda de resistência chegou a quase 100% o que é bem prejudicial à edificação e a todos que ali se encontram.
5.4 Material de proteção
Foi realizada uma análise entre os três materiais de proteção mais utilizados ao longo do tempo. São eles:
Tabela 5-1- Comparação dos três materiais de proteção mais utilizados.
	Placa de Silicato de Cálcio
	Argamassa Projetada
	Revestimento Intumescente
	• Instalação limpa • TRRF até 120 minutos
	• Baixo Custo; • Isolamento térmico e acústico; • TRRF até 240 minutos
	• Facilidade na manutenção/limpeza; • Arquitetura e estética aparente; • Leve e fino; • Pode ser aplicado offsite; • Permite acabamento da cor desejada; • Não retém sujeiras e requer pouca manutenção; • TRRF até 120 minutos.
	• Esconde a Estrutura metálica ; • Sem flexibilidade para acompanhar as estruturas; • Tempo elevado de corte e instalação; • Peso adicionalà estrutura; • Não recomendado em áreas de circulação de veículos e máquinas (ex: garagens)
	• Fragilidade ao contato físico prejudica a sua vida útil; • Aplicação gera muita sujeira; • Requer aplicador qualificado; • Dificuldade em manter as mesmas espessuras; • Aparência rugosa e desnivelada.
	• Aplicação qualificada; • Verificação de qualidade da aplicação; • Cura do produto em espessuras elevadas; • Deve haver compatibilidade com o primer utilizado.
Fonte: Pignatta (2012)
Dentre estes materiais a argamassa projetada não é recomendada para o pilar pela aparência ser rústica e por se tratar de uma estrutura exposta. Entretanto, entre a placa de silicato de cálcio e a tinta intumescente o material escolhido para a proteção do pilar metálico foi a tinta intumescente, pelo fato de ser um material com a mesma aparência, acabamento das pinturas convencionais e por outras vantagens listadas na tabela acima.
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Foram expostos, de forma sucinta através deste trabalho, a comparação da grande diferença de resistência ao fogo dos pilares metálicos e mistos de uma edificação retirada de Sales (1995) que foi objeto deste trabalho. 
Através do estudo é possível perceber que o elemento metálico possui uma perda de suas propriedades logo nos primeiros minutos, o que pode ocasionar o colapso prematuro do edifício, diferentemente do que ocorreria com o elemento misto. O gráfico abaixo mostra a perda de força normal resistente causada pelo incêndio no pilar metálico e misto.
Figura 6-1- Perda de força normal resistente do pilar metálico e misto
Fonte: O autor
Portanto, é considerável ressaltar a importância dos materiais de proteção, principamente em se tratando de estruturas de elemento metálico, estes materiais são capazes de aumentar a resistência sob a ação do fogo na estrutura, reduzindo a velocidade de aquecimento e com isso, evitando um possível colapso da edificação.
Anexo A- Dimensionamento de pilar metálico
REFERENCIAS