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O uso da NBR 15200:2012 na elaboração de projetos estruturais de concreto armado: custo ou

investimento?

Julho/2019

ISSN 2179-5568 – Revista Especialize On-line IPOG - Goiânia - Ano 10, Edição nº 17 Vol. 01 Julho/2019

O uso da NBR 15200:2012 na elaboração de projetos estruturais de

concreto armado: custo ou investimento?

HELENO WILSON RODRIGUES DE SOUZA – [email protected]

MBA em Projeto, Execução e Desempenho de Estruturas e Fundações

Instituto de Pós-Graduação - IPOG

Brasília, DF, 22 de setembro de 2018

Resumo

Na elaboração dos projetos de grande parte das estruturas de concreto armado os engenheiros

estruturais precisam atender requisitos gerais e específicos contidos na NBR 6118:2014. No

entanto, nesta Norma não estão incluídos requisitos exigíveis para evitar os estados-limites

gerados por alguns tipos de ações, como é o caso das ações provocadas por incêndios. A NBR

15200:2012 foi desenvolvida para preencher essa lacuna, estabelecendo os critérios de projeto

de estruturas de concreto em situações de incêndio, obedecendo os requisitos de resistência ao

fogo constantes na NBR 14432:2001. Essa pesquisa bibliográfica tem o objetivo de fomentar a

utilização da NBR 15200:2012 no meio técnico, uma vez que, mesmo com a possibilidade de

aumento de custos, sua aplicação representa mais segurança para os usuários da edificação

projetada. Para o desenvolvimento dessa pesquisa foram consultadas as Normas de projetos de

estruturas de concreto em vigor, publicações sobre o dimensionamento de pilares, lajes e vigas

em situação de incêndio e realizada uma comparação com o dimensionamento desses elementos

estruturais utilizando somente a NBR 6118:2014. A análise dos dimensionamentos indica um

acréscimo no quantitativo de materiais nas lajes, contudo, nos pilares e vigas o

dimensionamento com base na NBR 6118:2014 atendeu aos requisitos da NBR 15200:2012.

Concluiu-se que o ligeiro aumento nos quantitativos de materiais são variáveis de acordo com

o procedimento de verificação adotado, mesmo assim, pode ser traduzido em investimento à

preservação da vida humana e de patrimônios.

Palavras-chave: Incêndio. Segurança. Concreto armado. Estrutura.

1. Introdução

A segurança contra incêndio no Brasil na década de 70 não tinha como principal objetivo a

preservação da vida dos ocupantes das edificações, já que até então não tinham ocorrido grandes

incêndios no país. As exigências da época eram basicamente a disponibilidade de hidrantes e

de extintores para a proteção do patrimônio, era o foco das seguradoras. Logo após os incêndios

no edifício Andraus (1972), com 16 mortos e 336 feridos, e o do edifício Joelma (1974), com

179 mortos e 320 feridos, ambos em São Paulo, as medidas de segurança contra incêndios foram

reformuladas no Brasil. “O objetivo das regulamentações modernas de segurança contra

incêndio é proteger a vida e evitar que os incêndios, caso se iniciem, se propaguem para fora

de um compartimento do edifício” (SILVA, 2012, p.17). Atualmente a Associação Brasileira

de Normas Técnicas (ABNT) dispõe de algumas normas que estabelecem condições mínimas

a serem atendidas nos projetos de segurança contra incêndio, a NBR 14432:2001 – Exigências


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de resistência ao fogo de elementos construtivos de edificações - Procedimento, nos projetos

de dimensionamentos a NBR 14323:2013 – Projeto de estruturas de aço e de estruturas mistas

de aço e concreto de edifícios em situação de incêndio, e a NBR 15200:2012 – Projeto de

estruturas de concreto em situação de incêndio. Segundo Silva (2012), nos estados onde os

Corpos de Bombeiros não exigirem o cumprimento das normas da ABNT em suas Instruções

Normativas, deve ser utilizado o Código de Defesa do Consumidor (CDC). A NBR 6118:2014,

no seu item 10.3, estabelece que a segurança das estruturas de concreto deve sempre ser

verificada em relação ao estado-limite último de esgotamento da capacidade resistente da

estrutura, no seu todo ou em parte, considerando exposição ao fogo, conforme a ABNT NBR

15200. Apesar do conhecimento sobre a redução das propriedades mecânicas do concreto

quando submetido a altas temperaturas, ainda há resistência por parte dos projetistas em

dimensionar estruturas com base na NBR 15200:2012, em razão de possíveis aumentos das

dimensões das peças estruturais e consequente aumento do quantitativo de materiais, afetando

a concorrência entre os profissionais. Deve-se priorizar a economia em detrimento da

segurança? Com o objetivo de fomentar a utilização da norma, serão apresentados nessa

pesquisa exemplos de dimensionamentos de elementos estruturais de acordo com a NBR

15200:2012, onde será possível verificar o aumento de materiais em comparação ao

dimensionamento utilizando somente a NBR 6118:2014, e, diante de tal comparação, trazer a

reflexão se o possível aumento no valor do projeto representa custo ou investimento na

segurança da edificação.

2. Incêndio

De acordo com Carvalho et al. (2012, p.16), incêndio é o fogo que foge ao controle do homem,

queimando tudo aquilo que a ele não é destinado a queimar, capaz de produzir danos ao

patrimônio e à vida por ação das chamas, do calor e da fumaça.

2.1. Incêndio Natural

A NBR 14432:2001 apresenta o conceito de incêndio natural como sendo a variação de

temperatura que simula o incêndio real, função da geometria, ventilação, características

térmicas dos elementos de vedação e da carga de incêndio específica.

2.2. Incêndio Padrão

Segundo Silva (2012), os ensaios laboratoriais de materiais de construção a altas temperaturas

são feitos em fornos com elevação padronizada de temperatura do ambiente interno. Por

simplicidade, as normas técnicas permitem que essa curva seja empregada como curva de

aquecimento em projeto de estruturas.

De acordo com a NBR 14432:2001 o incêndio padrão é a elevação padronizada de temperatura

em função do tempo, dada pela equação 1.


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θg = θ0 + 345 log(8t + 1) (1)

onde:

t é o tempo, em minutos;

θo é a temperatura do ambiente antes do início do aquecimento, em graus Celsius, geralmente

tomada igual a 20°C;

θg é a temperatura dos gases, em graus Celsius, no instante t.

Ainda segundo Silva (2012), a curva padrão é aplicável a incêndios em que a carga de incêndio

é similar à madeira, papel, pano, palha, etc, no que tange ao potencial calorífico. Quando a

carga de incêndio é formada por material derivado de petróleo o incêndio é mais severo e outra

curva deve ser usada. O Eurocode 1 (2002) recomenda para esses casos a equação 2.

θg = 1.080 (1 − 0,33e−0,17t − 0,68e−2,50t) + 20 (2)

onde:

t é o tempo, em minutos;

θg é a temperatura dos gases, em graus Celsius, no instante t.

Na fase totalmente desenvolvida, segundo Carvalho et al. (2012, p.117), o incêndio torna-se

mais forte, consumindo mais oxigênio e material combustível, momento em que sua

temperatura ultrapassa 800ºC. Com altas temperaturas os materiais têm suas propriedades

mecânicas e áreas resistentes reduzidas, conforme figuras 1 e 2.


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Figura 1 – Variação da resistência dos materiais em função da temperatura

Fonte: Silva (ABECE 2004)

Figura 2 – Variação do módulo de elasticidade dos materiais em função da temperatura

Fonte: Silva (ABECE 2004)

2.3. Carga de Incêndio

Tanto a NBR 14432:2001, quanto a NBR 15200:2012, apresentam carga de incêndio como

sendo a soma das energias caloríficas que poderiam ser liberadas pela combustão completa de

todos os materiais combustíveis em um espaço, inclusive os revestimentos das paredes

divisórias, pisos e tetos. “É a quantidade total de material combustível existente em um prédio,

espaço ou área passível de ser atingida pelo fogo, incluindo materiais de acabamento e

decoração” (CARVALHO et al., 2012, p.122).

2.4. Tempo requerido de resistência ao fogo – TRRF


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A NBR 14432:2001 conceitua o TRRF como o tempo mínimo de resistência ao fogo de um

elemento construtivo quando sujeito ao incêndio-padrão. Trata-se de um parâmetro para projeto

e não deve ser confundido com tempo de duração de um incêndio, tempo de desocupação ou

tempo-resposta do Corpo de Bombeiros. O TRRF pode ser obtido pelo método tabular ou pelo

método do tempo equivalente. No primeiro método, é determinado de forma empírica, em

função das dimensões e do tipo de utilização do edifício, tabela 1. No segundo método, os

valores de TRRF podem ser reduzidos em até 30 minutos nas edificações com características

favoráveis à segurança contra incêndio.

Tabela 1 – Tempos requeridos de resistência ao fogo (TRRF), em minutos

Fonte: NBR 14432:2001

3. Ações e segurança

Conforme a NBR 15200:2012, em condições usuais, as estruturas são projetadas à temperatura

ambiente e, dependendo das suas características e uso, devem ser verificadas em situação de

incêndio. Na temperatura ambiente a segurança estrutural é considerada verificada quando os

esforços atuantes forem menores ou iguais aos esforços resistentes, conforme inequação 3.

Sd ≤ Rd (3)

onde:

Sd é o valor de cálculo do esforço atuante;

Rd é o valor de cálculo do esforço resistente.


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Para as situações de incêndio, utiliza-se a inequação 4.

Sd,fi ≤ Rd,fi (4)

onde:

Sd.fi é o valor de cálculo do esforço atuante, determinado a partir da combinação última

excepcional das ações, de acordo com a NBR 8681:2003;

Rd,fi é o valor de cálculo do esforço resistente reduzido em função da temperatura.

3.1. Determinação dos esforços solicitantes

De acordo com Silva (2012, p.64), os esforços solicitantes são calculados a partir das ações

atuantes sobre a estrutura. Essas ações ou forças podem ser permanentes (peso próprio),

variáveis (vento, sobrecarga) e variáveis excepcionais (incêndio, choque, etc). Para o cálculo

dos esforços atuantes em situação de incêndio, Sd.fi, pode-se considerar uma combinação

excepcional das ações, onde as forças atuantes são reduzidas em relação aos valores utilizados

em temperatura ambiente.

Para a combinação última excepcional das ações, a NBR 8681: 2013 recomenda a equação 5.

Fd,fi = ∑ γg,fi,imi=1 . FGi,k + γq,fi . FQ,fi + γq,fi . ∑ ψ2

nj=1 . FQj,k (5)

onde:

Fd.fi é o valor de cálculo da ação na combinação excepcional;

FGi, k é o valor característico da ação permanente i;

FQ,fi é o valor representativo da ação térmica (ação excepcional);

FQj,k é o valor característico da ação variável j;

γg,fi é o coeficiente de ponderação das ações permanentes em incêndio;

γq,fi é o coeficiente de ponderação das ações variáveis em incêndio;

Ψ2 é o fator de combinação utilizado para determinação dos valores reduzidos das ações

variáveis, quando a ação principal for o fogo, pode ser reduzido multiplicando-o por 0,7 (NBR

8681:2003).


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A NBR 15200:2012 destaca que, como alternativa, na ausência de qualquer solicitação gerada

pelas deformações impostas em situação de incêndio, as solicitações de cálculo em situação de

incêndio podem ser calculadas admitindo-as iguais a 70 % das solicitações de cálculo à

temperatura ambiente, tomando-se apenas as combinações de ações que não incluem o vento,

equação 6.

Sd,fi = 0,7. Sd (6)

onde:

Sd,fi é o valor da solicitação de cálculo em situação de incêndio;

Sd é o valor da solicitação de cálculo em temperatura ambiente.

3.2. Determinação dos esforços resistentes

De acordo com a NBR 15200:2012, os valores de cálculo das resistências do concreto e dos

aços em situação de incêndio devem ser determinados usando-se γm = 1.0, ou seja, a resistência

de cálculo é igual a resistência característica, equações 7 e 8.

fcd,θ = fck,θ (7)

fyd,θ = fyk,θ (8)

onde:

fcd,θ é o valor de resistência de cálculo do concreto a uma determinada temperatura;

fck,θ é a resistência característica do concreto a uma determinada temperatura;

fyd,θ é o valor de resistência de cálculo do aço a uma determinada temperatura;

fyk,θ é a resistência característica do aço a uma determinada temperatura.

4. Elementos estruturais em situação de incêndio

4.1. Pilares

O modelo estrutural utilizado por Santos (2015) foi composto de 8 pavimentos, sendo o

primeiro pavimento (Térreo), do segundo ao sétimo pavimento (Tipo) e o oitavo pavimento


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(Laje de cobertura). A estrutura foi modelada e analisada segundo as recomendações da NBR

6118:2014, utilizando-se o sistema CAD/TQS, Versão v18. Os pavimentos possuem pé-direito

de 3,50 m, lajes do tipo maciça com espessura de 12 cm, vigas com seção transversal de 12x60

e 19x60 cm e pilares com seção transversal de 19x60 e 25x60, conforme a figura 3.

Figura 3 – Corte esquemático do edifício e modelo 3D

Fonte: Santos (2015)

4.1.1. Resumo do dimensionamento dos pilares – NBR 6118:2014

Santos (2015) dimensionou os pilares utilizando os métodos citados na NBR 6118:2014, para

analise local de 2ª ordem, de acordo com os dados geométricos e de carregamento de cada pilar.

Na tabela 2, são apresentados os dados das seções transversais e as dimensões dos pilares de

acordo com o dimensionamento atendendo a NBR 6118:2014.


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Tabela 2 – Dados das seções transversais dos pilares do pavimento térreo até a laje de cobertura


Na tabela 3, Santos (2015) apresentou os quantitativos de materiais dos pilares, fôrma, concreto

e aço por pavimento.

Tabela 3 – Resumo dos quantitativos de materiais dos pilares – NBR 6118:2014


O comprimento equivalente dos pilares em situação de incêndio ℓef,fi, foi considerado igual ao

comprimento equivalente dos pilares em situação normal ℓe, para os pavimentos intermediários

e o ultimo pavimento, em virtude da classificação da estrutura ser de "Nós móveis", 𝛾z = 1.12

nas direções de vento 0 e 180. Os pilares foram considerados revestidos com argamassa de

cimento, cal e areia, com espessura de 15mm. Com a consideração do revestimento, foram

acrescidos no cálculo de C1, 10mm referente a 67% de eficiência relativa ao concreto, conforme


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especificação da norma NBR15200:2012. Na tabela 4, são apresentados os resultados das

verificações dos pilares em situação de incêndio por pavimento, de acordo com o método

analítico.


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Tabela 4 – Resultados da verificação dos pilares por pavimento - Método analítico


Nota-se que alguns pilares do pavimento Cobertura não passaram na análise, por possuírem

excentricidade maior que o limite estabelecido pela NBR15200:2012, e ≤ 0,15.b, limite que

condiciona o uso do método Analítico. Para verificação dos pilares com excentricidade superior

ao limite estabelecido pelo método analítico, Santos (2015) empregou o método tabular geral

da NBR15200:2012. Contudo, as novas dimensões encontradas pelo método tabular geral

foram inviáveis de serem aplicadas para o pavimento Cobertura, por acarretarem um

superdimensionamento dos lances inferiores ao pavimento Cobertura, tendo em vista que os

mesmos atendem a todas as solicitações com a dimensões originais. Como solução, optou por

alterar a dimensão b dos pilares, P1, P5, P9, P10, P12, P17, P19, P20 e P21 para 250 mm em

todos os lances, e a dimensão h para 400 mm somente no lance do pavimento Cobertura. Após

a verificação, Santos (2015) constatou uma pequena variação dos esforços na estrutura,

entretanto não houve necessidade de alteração do dimensionamento original dos elementos.

4.1.2. Apresentação dos resultados

Santos (2015) apresentou o resumo com os quantitativos de materiais dos pilares, atendendo as

duas normas, tabela 5. As variações entre os quantitativos ao atendimento somente da

NBR6118:2014 e ao atendimento da NBR6118:2014 e da NBR15200:2012 podem ser

observados na tabela 6.


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Tabela 5 – Resumo dos quantitativos de materiais dos pilares - NBR 6118:2014 e NBR15200:2012


Tabela 6 – Percentual de variação dos quantitativos dos pilares no atendimento as normas


4.1.3. Análise dos resultados

Para Santos (2015), com base nos resultados de dimensionamento atendendo a NBR6118:2014

e posteriormente a NBR15200:2012, verificou-se que as variações nos quantitativos dos

materiais dos pilares foram pequenas. Para a estrutura objeto do estudo, foi possível perceber

que ao atender aos requisitos da NBR 6118:2014, no que diz respeito, as dimensões mínimas

dos elementos estruturais, resistência dos materiais, durabilidade das estruturas, deformações

limites, ações nas estruturas e demais considerações nela apresentadas, basicamente atende-se

as verificações de segurança em situação de incêndio da NBR15200:2012.

4.2. Vigas

Oliveira (2013) analisou uma viga de um edifício residencial, dimensionado em concreto

armado, com 7 andares tipo e 20,5 metros de altura, com bw = 14cm e h = 50cm, figura 4,

sofrendo acréscimo de temperatura devido a ocorrência de um incêndio em seus 3 lados

expostos.


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Figura 4 – Viga 5a e 5b do primeiro pavimento da estrutura

Fonte: Oliveira (2013)

Com base na tabela 1, considerando a destinação da edificação e sua altura, o TRRF a ser

adotado é de 60 minutos. Como não foi fornecida nenhuma informação adicional a respeito do

carregamento e construção da viga de análise, então foi realizada uma estimativa de

carregamento desconsiderando as cargas das lajes na viga, admitindo as propriedades de cada

material do processo construtivo, tabela 7.


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Tabela 7 – Tabela de estimativa dos momentos da viga à temperatura ambiente e em situação de incêndio

Fonte: Oliveira (2013)

4.2.1. Análise dos parâmetros

A NBR 15200:2012 destaca que, no método tabular, basta atender às dimensões mínimas

apresentadas nas tabelas 8 e 9, em função do tipo de elemento estrutural e do TRRF.

Tabela 8 – Dimensões mínimas para vigas biapoiadas a

Fonte: NBR 15200:2012


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Tabela 9 – Dimensões mínimas para vigas contínuas ou vigas de pórticos a

Fonte: NBR 15200:2012

De acordo com Oliveira (2013) na verificação pelo método tabular a viga apresentou bom

resultado, obedecendo o cobrimento que a norma exige. Os momentos solicitantes de cálculo

em situação de incêndio se mostraram inferiores aos momentos de cálculos resistentes limites

para um TRRF de 60 minutos, ficando abaixo do esperado em razão de não terem sido

consideradas as cargas das lajes nas vigas. Para Albuquerque e Silva (2013), o método tabular,

apesar de simples, restringe o trabalho do engenheiro, uma vez que o impede de buscar soluções

alternativas aos poucos valores tabelados.


Para Oliveira (2013), o método tabular foi suficiente para a verificação da viga apresentada,

entretanto, como alternativa a NBR 15200:2012 permite que métodos avançados numérico-

computacionais ou métodos simplificados sejam utilizados. Foi possível verificar que o

dimensionamento com base nos requisitos da NBR 6118:2007 atendeu também aos requisitos

da NBR 15200:2012, sem a necessidade de redimensionamentos e aumento no quantitativo de

materiais.

4.3. Lajes nervuradas

De acordo com Silva e Bette (2012), para o dimensionamento de uma laje em situação de

incêndio, deve-se considerar que ela cumpra, simultaneamente, a função corta fogo e de

estabilidade estrutural. A NBR 15200:2012 fornece dimensões mínimas, por meio do método

tabular, para garantir tais funções, tabelas 10 e 11. A função corta fogo é garantida pela

espessura da capa e a função estrutural é garantida pela largura mínima da nervura e distância

mínima entre CG da armadura e face exposta ao fogo.


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Tabela 10 – Dimensões mínimas para lajes nervuradas simplesmente apoiadas

Fonte: NBR 15200:2012

Tabela 11 – Dimensões mínimas para lajes nervuradas contínuas em pelo menos uma das bordas

Fonte: NBR 15200:2012

Em um estudo de caso apresentado por Veríssimo e Salomão (2017), foram dimensionadas 4

lajes nervuradas com espaçamento entre nervuras de 61 centímetros e outras 4 respeitando as

dimensões mínimas apresentadas pelo método tabular da NBR 15200:2012, com o objetivo de

comparar o consumo de concreto e aço quando dimensionadas utilizando os parâmetros da NBR

6118:2014 e quando, além de atender às exigências dessa norma, também seguem os requisitos

da NBR 15200:2012.


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A análise estrutural foi realizada através da consideração de que os modelos se comportam

como um pórtico espacial. Esse pórtico foi composto por barras que simulam as vigas e os

pilares da estrutura, enquanto as lajes foram representadas pelo efeito de diafragma rígido

incorporados a essas barras. Nas vigas e lajes foram calculados os efeitos oriundos dos esforços

horizontais e verticais. Considerando a finalidade do projeto para uso residencial com altura do

pé direito de 3,06 m, o TRRF é de 30 minutos. Desse modo, com base na tabela 11, obtiveram

uma espessura de capa mínima de 8 cm, uma nervura de largura mínima de 8 cm e um Cmin de

1 cm.

4.3.1. Apresentação dos resultados

Após a definição dos critérios, do lançamento das peças estruturais e das cargas, Veríssimo e

Salomão (2017) realizaram a análise das lajes, obtendo os resultados dispostos nas tabelas 12,

13, 14 e 15.

Tabela 12 – Peso de aço

Fonte: Veríssimo e Salomão (2017)

Tabela 13 – Volume de concreto



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Tabela 14 – Comparação do uso de concreto e aço


Tabela 15 – Comparação do uso de concreto e aço



De acordo com Veríssimo e Salomão (2017), observou-se que o consumo de concreto tende a

ser maior nas lajes com as cubetas de 80x80cm, as dimensionadas conforme a NBR

15200:2012, apresentando até 24,68% de acréscimo no volume. Porém, a distribuição das

formas plásticas no tablado da laje é decisiva para a economia de concreto. Quanto ao consumo

de aço, o estudo apresentou um aumento do consumo desse material em todos os casos que

foram dimensionados pela NBR 15200:2012, chegando a representar 13,10% do peso de aço

de toda a laje no caso de lajes de 8 m de lado e 30 cm de espessura. A partir dos resultados

obtidos para as lajes estudadas, fica demonstrado que o método tabular para cálculo de

estruturas submetidas à ação de variação de temperatura, embora prático, não é econômico,

sendo, portanto, indicada a utilização de métodos mais precisos.

5. Conclusão

Conforme verificado nos exemplos de dimensionamentos de elementos estruturais em situação

de incêndio, a NBR 15200:2012 complementa as verificações a serem feitas pelos projetistas.

Trata-se inegavelmente de uma questão de segurança, uma vez que ao serem submetidos a altas

temperaturas, os elementos de concreto devem evitar a propagação do incêndio para outros

compartimentos da edificação. O dimensionamento dos pilares e viga, não gerou aumento do

quantitativo de materiais, entretanto, nas lajes nervuradas houve acréscimo de concreto e de aço

em razão das dimensões especificadas na norma. Diante disso, vale considerar que a

divergência de opiniões quanto ao uso da NBR 15200:2012 existe e evidencia a falta de uma


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cultura de segurança, mesmo com registros de perdas de vidas humanas e de patrimônios. Nesse

contexto, a economia não deve ser priorizada em detrimento da segurança, é imprescindível

lembrar que, além da estabilidade, uma estrutura segura garante a evacuação dos ocupantes e a

entrada das equipes de socorro em casos de incêndio. O meio acadêmico ainda é carente de

literatura sobre projetos de estruturas em situação de incêndio, o que limitou o alcance da

pesquisa. Como alternativa ao método tabular, a NBR 15200:2012 permite a utilização de

métodos alternativos, avançados ou simplificados, que podem ser explorados em novas

pesquisas. O projeto de estruturas em situação de incêndio merece ser abordado nas graduações

e especializações da engenharia civil, assim, os profissionais iniciariam suas carreiras com foco

na segurança das edificações.

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DA ENGENHARIA E DA AGRONOMIA, Belem, Estudo de caso. CONTECC, 2017.

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O uso da NBR 15200:2012 na elaboração de projetos estruturais de concreto … · 2020. 12. 1. · dimensionamento com base na NBR 6118:2014 atendeu aos requisitos da NBR 15200:2012