1. INTRODUÇÃO

Incêndios ocorrem com frequência em todo o mundo e representam uma realidade inevitável em todos os tipos de estruturas, constituindo um risco significativo para vidas e património, com potencial para causar graves consequências.

Durante um incêndio, as estruturas conseguem, em geral, resistir ao calor durante algum tempo. Contudo, se a duração do fogo se prolongar, a estabilidade das estruturas em betão é comprometida, podendo culminar em colapso parcial ou total. Por este motivo, a segurança ao fogo é de importância crítica e um requisito essencial estabelecido em todos os regulamentos estruturais, que indicam tempos mínimos de resistência ao fogo para elementos e sistemas estruturais, incluindo as suas ligações. Tal medida assegura tempo suficiente para a evacuação dos ocupantes, para a realização de operações de salvamento e para a extinção do incêndio.

De forma geral, os regulamentos fornecem orientações para o dimensionamento de sistemas de betão armado tradicionais. No entanto, a maioria das normas não apresenta recomendações suficientes para garantir a segurança ao fogo em soluções não tradicionais, como é o caso dos sistemas de varões pós-instalados. Nestes casos, a responsabilidade recai sobre o engenheiro estrutural, que deve assegurar que as estruturas cumprem as exigências regulamentares de resistência ao fogo, recorrendo a análises de especialistas e ao apoio de fornecedores de soluções técnicas.

Os varões nervurados pós-instalados constituem uma solução eficaz, amplamente utilizada em obra, para ligar elementos de betão executados em diferentes fases. Esta técnica é hoje comum tanto em projetos de reabilitação/reforço como em novas construções, seja para otimizar o processo construtivo ou para corrigir erros de projeto/execução. Estas ligações estruturais devem ser dimensionadas para resistir a diferentes tipos de ações, incluindo cargas estáticas, esforços sísmicos e exposição ao fogo. Contudo, o dimensionamento de ligações encastradas sem emenda das armaduras e sujeitas a condições de incêndio não está abrangido pelas normas atuais. Assim, a Hilti, como referência no setor da construção na promoção de edifícios mais seguros, desenvolveu soluções que incluem componentes, métodos de dimensionamento e software de cálculo que contribuem para garantir a segurança ao fogo no ambiente construído.

2. ENQUADRAMENTO

As ligações com varões pós-instalados podem ser utilizadas para prolongar um elemento estrutural através de emendas por sobreposição das armaduras (ex.: extensão de lajes, extensão de paredes, etc.), ou então para ligar um elemento simplesmente apoiado a outro (ex.: laje sobre parede). São frequentes também as situações em que é necessário realizar ligações encastradas entre membros estruturais se encontram em direções perpendiculares entre si (ex.: pilar/parede sobre fundações, viga sobre pilar). No entanto, o âmbito de aplicação de ligações encastradas é limitado pelo método de cálculo dado no Eurocódigo EN 1992-1-1, que prevê a execução deste tipo de ligação apenas com emendas. Esta solução, contudo, nem sempre é viável, uma vez que, em muitos casos, as estruturas já se encontram construídas sem varões de espera e os novos membros precisam de ser pós-instalados.

Como alternativa, a EOTA desenvolveu o Relatório Técnico TR 069 para o cálculo de varões pós-instalados em elementos estruturais sujeitos a momentos fletores sem a necessidade de emenda com a armadura do elemento existente (ver Fig. 1). O EOTA TR 069 considera diferentes modos de rotura, como cedência do aço, rotura por cone de betão, arrancamento (pull-out) e fendilhação. Trata-se de uma abordagem holística e simplificada baseada na teoria de ancoragens (que tira partido da resistência à tração do betão na verificação dos modos de rotura relevantes), sem a necessidade de fixar os varões apenas em zonas confinadas (sob compressão). Além disso, a tensão de aderência específica do químico de injeção utilizado é avaliada de acordo com o EAD 332402, sendo esta substancialmente superior aos limites previstos no Eurocódigo.

Fig. 1: Aplicações de varões nervurados pós-instalados de acordo com a EN 1992-1-1 e EOTA TR 069

Para um enquadramento mais detalhado acerca do EOTA TR 069, aceda à seguinte ligação: A evolução do cálculo de varões pós-instalados com o TR 069

3. LIMITAÇÕES NO DIMENSIONAMENTO AO FOGO DE LIGAÇÕES ENCASTRADAS

No enquadramento normativo europeu, as ligações por emenda e as ligações simplesmente apoiadas (sem momentos atuantes) podem ser dimensionadas ao fogo de acordo com as disposições da EN 1992-1-2 e da EN 1992-1-1. Embora o EOTA TR 069 permita o dimensionamento de ligações encastradas com varões pós-instalados em estruturas de betão armado sujeitas a cargas estáticas e sísmicas, infelizmente não contempla disposições de cálculo para situações de exposição ao fogo (ver Fig. 2). Esta limitação tem sido um ponto crítico para os projetistas, que necessitam de considerar todas as ações de dimensionamento de forma integrada, a fim de garantir uma solução completa.

Fig. 2: Aplicações de varões nervurados pós-instalados de acordo com os Eurocódigos e EOTA TR 069

4. SOLUÇÃO PARA O DIMENSIONAMENTO AO FOGO DE LIGAÇÕES ENCASTRADAS – MÉTODO HILTI

Para solucionar a ausência de disposições de cálculo ao fogo para ligações encastradas com recurso ao EOTA TR 069, foram realizadas investigações sobre o comportamento de rotura por fendilhação-aderência (bond-splitting) de varões pós-instalados a temperaturas elevadas (ver configuração de ensaio e imagens dos provetes na Fig. 3). Como resultado, foi desenvolvido o novo Método Hilti para dimensionamento ao fogo de ligações encastradas, como uma abordagem de cálculo inteligente que se baseia nas equações e verificações de cálculo do EOTA TR 069, com algumas modificações criteriosas. Um parâmetro fundamental é redução da tensão de aderência do químico de injeção sob exposição ao fogo, através do fator , conforme indicado na ETA do produto publicada de acordo com o EOTA EAD 330499-02-0601.

                 
Fig. 3: Provete e configuração de ensaio para sistema com varão pós-instalado sob exposição ao fogo

FLUXO DE CÁLCULO

Para o cálculo ao fogo de ligações encastradas utilizando este método de cálculo, aplicam-se os seguintes passos:

PROCEDIMENTO DE CÁLCULO

Coeficientes parciais para a resistência dos materiais e ações

Os coeficientes parciais de segurança para os materiais, de acordo com a EOTA TR 069 (carga estática) e de acordo com o método Hilti (cálculo ao fogo), bem como os coeficientes parciais para as cargas, são apresentados na tabela seguinte. Estes seguem os princípios da EN 1992-1-1 e da EN 1992-1-2 para as situações de carga estática e de incêndio, respetivamente.

Tabela 1: coeficientes parciais de segurança dos materiais

Nota: Sob exposição ao fogo, as resistências dos materiais diminuem, mas devido a coeficientes parciais inferiores aplicados às cargas de cálculo e às resistências dos materiais, o dimensionamento ao fogo pode nem sempre ser o mais condicionante.

Modos de rotura

Para um dado comprimento de embebimento, deve ser determinada a menor resistência de cálculo entre os seguintes três modos de rotura. O comprimento de embebimento que permita alcançar a resistência necessária, para a análise estática e ao fogo, será o embebimento de cálculo final.

• Cedência do aço

Tabela 2: Fatores que influenciam a cedência do aço

• Rotura por cone de betão

Tabela 3: Fatores que influenciam a rotura por cone de betão

• Resistência à fendilhação

Tabela 4: Fatores que influenciam a resistência à fendilhação

Fig. 4: Implementação da curva de redução em situação de incêndio

5. SOLUÇÕES HILTI APROVADAS PARA CÁLCULO DE LIGAÇÕES ENCASTRADAS

Resina epóxi HIT-RE 500 V4       Ancoragem química HIT-HY 200-A V3  

6. CÁLCULO RÁPIDO DE LIGAÇÕES ENCASTRADAS SOB AÇÃO DO FOGO COM O PROFIS ENGINEERING

O processo de dimensionamento de várias aplicações de ligações betão-betão, de acordo com o EOTA TR 069, devido à sua natureza iterativa, pode ser muito moroso. O software de cálculo da Hilti, o PROFIS Engineering, permite aos engenheiros criar rapidamente soluções em conformidade com as normas, considerando simultaneamente as combinações de cargas estáticas e ao fogo, garantindo um fluxo de trabalho mais seguro e eficiente. O PROFIS Engineering também auxilia na escolha de soluções adequadas utilizando produtos aprovados (como sistemas de químico de injeção) para exposição ao fogo e outros parâmetros de instalação. A seguir, apresenta-se um exemplo de dimensionamento ao fogo de uma ligação encastrada (parede à laje) utilizando o PROFIS Engineering:

Nota: Este exemplo de dimensionamento não é representativo de todos os casos de projeto. Cada projeto de ligação será diferente, dependendo da geometria, das condições de exposição ao fogo, da duração, das propriedades dos materiais, etc., podendo ser dimensionado utilizando a ferramenta única PROFIS Engineering.

Se necessitar de algum esclarecimento adicional, pode contactar a nossa Equipa de Engenharia de Apoio Técnico para assistência e apoio, através do e-mail: engenharia.pt@hilti.com

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