Nesta dissertação de mestrado se discorreu sobre o dimensionamento de vigas e pilares de aço em situação de incêndio. Foi apresentada a formulação para o dimensionamento em incêndio, esclarecendo sua origem. Tem-se como objetivo principal a elaboração de uma ferramenta computacional, que foi chamada de AçoInc, capaz de calcular os esforços resistentes de perfis de aço à temperatura ambiente, segundo a ABNT NBR 8800:2008, e em situação de incêndio, segundo a ABNT NBR 14323:2013. Por meio de AçoInc, é possível se determinar a temperatura do perfil de aço em situação de incêndio, seguindo o modelo de transferência de calor ABNT NBR 14323:2013, com base na curva de incêndio-padrão associada ao tempo requerido de resistência ao fogo (TRRF) e no modelo do incêndio natural, empregando-se as curvas paramétricas do Eurocode 1 (2002). Por meio dos recursos acoplados a ferramenta, foram realizados alguns estudos. O primeiro é estudo probabilístico de ruínas de pilar e de viga de aço em situação de incêndio considerando o incêndio paramétrico por meio do método de Monte Carlo. Outro estudo é a realização de análises de sensibilidade paramétrica para verificar a influência das dimensões do perfil, das variáveis que compõem o incêndio natural e das propriedades associadas à transferência de calor nos esforços resistentes. Para esse estudo, além das planilhas, empregou-se o programa de computador Statgraphics Centurion XV (2007), que contém recursos de análises estatísticas. Empregando a ferramenta, também foi verificada a equivalência entre curvas paramétricas e curva de incêndio-padrão na obtenção da temperatura do aço em situação de incêndio. Para o uso do incêndio paramétrico, propuseram-se coeficientes de ponderação com base no método do tempo equivalente detalhado na ABNT NBR 14323:2013. Por último, com o auxílio das planilhas de AçoInc, foram criadas ferramentas simples não computacionais para a determinação das temperaturas críticas para pilares e vigas em algumas situações construtivas de interesse prático. Desses estudos concluiu-se que a temperatura do aço é o parâmetro mais importante na determinação dos esforços resistentes das estruturas de aço em situação de incêndio, que a formulação atual para a modelagem do incêndio paramétrico conduz a uma variação da temperatura do incêndio com o grau de ventilação com indesejável descontinuidade e que os dados encontrados na literatura internacional sobre probabilidade de ocorrência de incêndio e flashover levam a valores de probabilidade de ruína estrutural muito diferentes entre si. / The issue of this Master Dissertation is the design of steel beams and columns in fire situation. The formulation for the design in fire was presented, explaining its origin. The main objective is the development of a computational tool, which was called AçoInc, able to calculate the resistances of steel elements at room temperature according to ABNT NBR 8800:2008 and in case of fire according to ABNT NBR 14323:2013. The temperature of the steel element in fire is also obtained through the AçoInc, following the heat transfer model of ABNT NBR 14323:2013 and basing on fire curves. These curves are the standard fire curve associated with the required fire resistance time and parametric curves for natural fire model of Eurocode 1 (2002). With the support of spreadsheets, some studies were performed. The first one is probabilistic study of failure of column and beam in fire situation considering the parametric fire and by means of the Monte Carlo method. Other study is parametric sensitivity analyses, which were performed to verify how the resistances are influenced by the dimensions of cross section, the variables of the natural fire and the properties associated with heat transfer. For this study, in addition to spreadsheets, we used the Software Statgraphics Centurion XV (2007), which contains resources of statistical analysis. Applying the spreadsheets, the equivalence between parametric curves and fire standard curve in the obtention of the steel temperature in the fire situation was verified. For the use of parametric fire, partial factors, based on the equivalent time method detailed on ABNT NBR 14323:2013 were proposed. At last, with the assistance of spreadsheets, simple non-computational tools were created for determining the critical temperatures for columns and beams in some constructive situations of practical interest. Some conclusions from these studies are that the steel temperature is the most important parameter in determining the resistance of steel structures in a fire situation, that the current formulation for parametric fire modeling leads to a variation of the fire temperature in function of the opening factor with undesirable discontinuity and that the data found in the international literature about probability of fire and flashover lead to divergent values of structural failure probability.

A maioria dos materiais estruturais de Construção Civil tem suas propriedades mecânicas reduzidas, quando submetidos a temperaturas elevadas. Por isso, a capacidade resistente das estruturas de concreto armado dos edifícios pode ser reduzida devido à ação térmica de incêndios. Se os meios de proteção ativa dos edifícios não forem eficientes, o incêndio desenvolve-se em proporções catastróficas. A temperatura dos elementos estruturais se eleva o suficiente para induzir à redução da resistência e rigidez e, por conseguinte, à ruptura localizada ou até ao colapso progressivo do edifício. O objetivo principal da segurança contra-incêndio é a proteção à vida dos ocupantes das edificações. Este trabalho tem o objetivo de fornecer informações às futuras revisões de normas pertinentes ao projeto de estruturas de concreto e às pesquisas subseqüentes e contribuir à escassa literatura técnica em português sobre o tema. São apresentados: os efeitos do calor sobre as propriedades térmicas e mecânicas dos materiais concreto e aço e suas influências sobre o comportamento estrutural de edifícios de concreto armado, os métodos de cálculo disponíveis na literatura técnica internacional para o projeto de estruturas de concreto armado em situação de incêndio e proposta de um método simplificado expedito mais preciso para o projeto de elementos submetidos à flexão simples e normal composta para os padrões geométricos e características do concreto usuais no Brasil. / The thermal and mechanical properties of building materials are reduced at high temperatures, and the structural resistance of reinforced concrete buildings, as well. If the means of active protection are not efficient the fire will develop and the consequential increase in temperature can take an important role on the local failure of a single member or the progressive collapse of the building. The structural design must take into account the possibility of a fire happening as an accidental action during the lifetime of the building, aiming mainly at the protection of the users lives. This doctoral thesis aims to contribute to the development of the technical references in Portuguese about the fire design of reinforced concrete structures, to stimulate further researches and afterwards standard reviews related to the structural design in fire of reinforced concrete buildings. The work reviews the heat effects on the thermal and mechanical properties of the materials and the consequential impact on the structural behaviour of reinforced concrete buildings, the calculation methods available in the international technical reference for the fire design of reinforced concrete structures and presents a proposal of an optimized simplified calculation method for the members under simple bending or composed axial-moment load, considering the geometric and concrete characteristics very usual in Brazil.

A utilização de perfis formados a frio na construção civil tem sido motivada pela elevada eficiência estrutural, expressa pela relação entre capacidade resistente e peso, e pela facilidade de fabricação, caracterizada pela possibilidade de produção de elementos com diferentes seções transversais. Devido à alta esbeltez dos elementos que os constituem, o projeto desses perfis, à temperatura ambiente ou em situação de incêndio, é governado pelos fenômenos de instabilidade local, distorcional e global. O objetivo dessa Tese é o desenvolvimento de ferramentas computacionais que possibilitem a avaliação do comportamento estrutural de pilares de aço formados a frio em situação de incêndio. Para esse fim são desenvolvidos dois programas de computador. O primeiro programa, denominado de ATERM, tem o objetivo de determinar o campo de temperaturas em regime transiente, de estruturas bidimensionais formadas por qualquer material, submetidas a qualquer curva temperatura-tempo de incêndio, com base no método dos elementos finitos. A esse programa acopla-se o programa ATERM-DIM para o dimensionamento em regime plástico de vigas de aço continuamente travadas, em situação de incêndio. Resultados obtidos do ATERM são comparados aos obtidos do programa sueco de computador Super Tempcalc. O segundo programa, denominado de INSTAB, realiza análises lineares e não lineares de estabilidade de perfis formados a frio, considerando as instabilidades local, global e distorcional, empregando o método das faixas finitas splines, para material elastofrágil, considerando a redução das propriedades mecânicas devido à temperatura. Valores de esforços resistentes obtidos pelo programa INSTAB são comparados aos determinados por meio do programa comercial de elementos finitos ANSYS, o qual considera o comportamento elastoplástico do material, e a resultados obtidos por meio de um método simplificado de dimensionamento de perfis formados a frio em situação de incêndio, proposto pelo autor para fins de normatização brasileira. Essa comparação permite avaliar o efeito da elastoplasticidade nos perfis axialmente comprimidos. Pretende-se, com base neste estudo, fornecer subsídios para o desenvolvimento de procedimentos para a verificação estrutural de perfis formados a frio em situação de incêndio. / The use of cold-formed steel profile in construction has increased because of its high efficiency, expressed as the ratio between load capacity and weight, and ease of manufacturing, characterized by the possibility of production of elements with different cross sections. Due the high slenderness ratio of the sections elements, the design of these profiles, either at room temperature or in case of fire, is determined by local, distortional and global buckling phenomena. The aim of this Thesis is to develop computational tools that allow the assessment of the structural behavior of cold-formed steel columns in fire. For this purpose, two softwares are developed. The first one, called ATERM, allows determining the temperature field under transient analysis of two-dimensional structures formed by any material, subjected to any time-temperature fire curve, and is based on the finite element method. This software interacts with another program, ATERM-DIM, used for plastic design of lateral restrained beams steel in fire. Results of ATERM are compared to those obtained from the Swedish software Super Tempcalc. The second program, named INSTAB, can perform linear and nonlinear stability studies of cold formed profiles, taking into account the local, distortional and global buckling, by means of the splines finite strip method for elastofragile material, considering the reduction of mechanical properties caused by the increase in temperature. Resistant values obtained by the INSTAB software are compared with results from the commercial finite element program ANSYS, which considers the plastic behavior of the material and also with results obtained by means of a simplified method for design of cold-formed profiles in fire, proposed by the author for the Brazilian fire standard. This comparison allows analyzing the effect of elastoplasticity in columns of cold-formed steel. Another objective of this study is to provide background for the development of procedures for the structural analysis of cold formed profiles in fire.

Segundo a legislação brasileira, as estruturas de concreto armado devem ser verificadas em situação de incêndio, de modo a assegurar a capacidade portante para permitir a fuga dos usuários e o combate ao fogo com segurança e minimizar a propagação do incêndio para outros compartimentos. Para estruturas de concreto armado, especial atenção deve ser dada aos pilares. A redução da capacidade portante desses elementos é significativa em situação de incêndio e seu colapso pode resultar na instabilidade global da estrutura em certos casos. O cálculo do tempo de resistência ao fogo de pilares de concreto armado, em fase de projeto, é feito normalmente usando métodos simplificados dados pelas normas técnicas. Esses métodos possuem campos de validade limitados e podem apresentar resultados excessivamente seguros (antieconômicos) e em alguns casos contra a segurança. Neste trabalho foi desenvolvida uma ferramenta computacional para o cálculo do tempo de resistência ao fogo de pilares de concreto armado em situação de incêndio, dados os campos de temperaturas simétricos na seção transversal em função do tempo de exposição ao incêndio-padrão. O cálculo do pilar foi baseado no método da estimativa da curvatura dado pelo Eurocode 2 (EN 1992-1-2:2004). A seção transversal foi discretizada em elementos (concreto e aço), na qual as deformações térmicas e as propriedades termomecânicas de cada elemento foram calculadas de acordo com sua temperatura. O método da estimativa da curvatura permite ainda considerar os efeitos da não linearidade geométrica, que geralmente se tornam importantes devido à redução da rigidez do pilar sob temperaturas elevadas. Foram modelados pilares sob flexão normal composta considerando a seção transversal aquecida de forma simétrica. Os resultados do programa foram comparados a resultados de ensaios de laboratórios internacionais, com o objetivo de validar as hipóteses de cálculo adotadas. / According to Brazilian Codes, reinforced concrete structures must be verified under high temperatures, in order to assure the load bearing capacity to allow the safe evacuation of the users and the fire fighting and to reduce the fire spread to other compartments. For reinforced concrete structures, the columns must be analyzed carefully. The significant reduction in the load bearing capacity of reinforced concrete columns in fire can lead to collapse, which could result in global instability of the structure in some cases. The calculation of the fire resistance time of reinforced concrete columns, in the design phase, is usually done by means of simplified methods given by the standards. These methods are very limited and can result in excessively safe solutions (uneconomical) or unsafe solutions in some cases. A computational tool was developed for calculating the fire resistance time of reinforced concrete columns in fire, given symmetrical temperature fields in cross section as a function of exposure time to standard fire. The calculation method was developed using the method based on estimation of curvature given by Eurocode 2 (EN 1992-1-2:2004). The cross section was divided into elements (concrete and steel), in which the thermal strain and thermomechanical properties of each element were calculated according to its temperature. The mechanical behavior of the column under uniaxial bending considered the geometrically nonlinear effects of the structure, which generally become important due to reduced stiffness of the column at elevated temperatures. The results of the numerical analysis and experimental results of full-scale laboratory fire tests on concrete columns performed by international researchers were compared in order to validate the main hypothesis adopted.

Os elementos estruturais de aço externos a edificações em situação de incêndio são expostos à radiação, proveniente das janelas na fachada e das chamas, e à convecção dos gases quentes. A absorção de calor pelo elemento varia de acordo com a sua posição em relação às aberturas. Margaret Law, com apoio de vasta quantidade de dados experimentais sobre incêndio em edifícios, estimou a transferência de calor externa para elementos de aço e o valor máximo da temperatura alcançada por eles. O Eurocode 1, part 1.2 (2002) e o Eurocode 3, part 1.2 (2003) adotaram o método proposto, com pequenas modificações. A norma brasileira ABNT NBR 14323:1999 - Dimensionamento de estruturas de aço de edifícios em situação de incêndio Procedimento permite empregar o procedimento proposto pelos Eurocodes 1 e 3, porém, sem detalhá-lo. Neste trabalho, elaborou-se um programa de computador, o ExteelFire, para determinar a máxima temperatura dos elementos estruturais de aço externos a edificações em situação de incêndio, com base no método de Margaret Law. Compararam-se os resultados obtidos via ExteelFire a valores determinados por meio de análise numérica, com auxílio dos programas de computador CFD (Computational Fluid Dynamics) Smartfire e de análise térmica, Super Tempcalc; compararam-se os resultados obtidos via ExteelFire a valores determinados em ensaios de incêndio compartimentado em escala natural (ensaio de Dalmarnock e ensaio da Siderúrgica Mittal Steel Ostrava). No presente trabalho, também se aplicou o ExteelFire a casos correntes na construção civil, indicando situações em que o revestimento contra fogo pode ser dispensado. / Steelworks outside a building in fire situation are exposed to radiation that come from the windows in the façade and from flames, as well as the convection of hot gases. The absorption of the heat for the element depends on its placement in relation to the openings. Margaret Law, based on many experimental data about fire in buildings, estimated the external heat transfer to steel elements and the maximum temperature value reached by them. The Eurocode 1, part 1.2 (2002) and Eurocode 3, part 1.2 (2003) have adopted the method previously mentioned with small modifications. The Brazilian standard ABNT NBR 14323:1999 - Dimensionamento de estruturas de aço de edifícios em situação de incêndio Procedimento (Steel structures fire design Procedure) allows employment proposed by Eurocodes 1 and 3 without detailing it. A software, ExteelFire, to determine the maximum temperature on external steel structures of buildings in fire, based on Margaret Laws method was elaborated in this work. Results from ExteelFire and the values determined by numerical analysis, with software CFD (CFD - Computational Fluid Dynamics) Smartfire and Super Tempcalc (thermal analysis) have been compared. Furthermore, results from ExteelFire and values determined in tests in fire compartment, in natural scale (Dalmarnock experiment and Mittal Steel Ostrava experiment) have also been contrasted. In this work it was also applied ExteelFire to commonly used situations in civil construction, showing conditions where the thermal protection can be excluded.

Com a publicação das normas NBR 14323:1999 Dimensionamento de estruturas de aço de edifícios em situação de incêndio e NBR 14432:2000 Exigências de resistência ao fogo de elementos construtivos de edificações, despertou-se, ainda mais, a preocupação com o dimensionamento das estruturas em caso de incêndio. Quando o aço é exposto a altas temperaturas apresenta reduções na resistência ao escoamento e no módulo de elasticidade. Em função dessas reduções, a NBR 14432:2000 apresenta tempos requeridos de resistência ao fogo, com os quais, pode-se optar pelo dimensionamento da estrutura, apresentado na NBR 14323:1999, ou pelo revestimento térmico. No entanto, essa última norma não permite a utilização do método simplificado de dimensionamento para perfis formados a frio. Quanto aos revestimentos térmicos, o mais utilizado no Brasil é a argamassa projetada, não adequada aos perfis formados a frio. O presente trabalho faz um breve histórico sobre estruturas de aço em situação de incêndio, sobre perfis formados a frio em temperatura ambiente e em situação de incêndio, além de apresentar tipos de revestimentos térmicos e suas aplicações. Finalmente sugere uma possível maneira de dimensionamento por meio da NBR 14762:2001 Dimensionamento de estruturas de aço constituídas por perfis formados a frio com adaptações para situação de incêndio e de proteção desses perfis em situação de incêndio. / The interest in design of steel structures in fire situation carried out in consequence of publication of Brazilians codes ABNT/NBR 14323:1999 named \"Steel structures fire design - Procedure\" and ABNT/NBR 14432:2000 \"Fire-resistance requirements for building construction elements - Procedure\". When the steel is exposed to elevated temperatures (for example, fire situation) reductions in the strength and deformation properties must be considered. In this sense, the code ABNT/NBR 14432:2000 prescribes values of parameter TRRF (Fire strength required time), with are used for design of steel structures using a simplified method prescribed in ABNT/NBR 14323:1999, or specifying fireproofing. However, this last code doesn\'t prescribe a simplified method for cold-formed steel in fire condition, and the fireproofing materials largely used in Brazil are the sprays, which are not appropriate to cold-formed profiles. In this sense, the main goal of the present work is show a brief context about steel structures in fire conditions, in special cold-formed profiles in room temperature and fire situation, and many types of fire protection materials used in steel structures and its applications. Finally, is suggested a design method to cold-formed profiles in fire, adopting the code ABNT/NBR 14762:2001 \"Design of cold-formed steel structures\", in which appropriate adaptations are considered, as well as a protection procedure to this profiles in fire conditions.

Introdução: O acidente ocorrido em Santa Maria/RS encontra-se dentre os mais propalados pela mídia inclusive com repercussão internacional. A investigação criminal, levada a cabo pela delegacia de polícia e também a feita pelos técnicos do conselho regional de engenharia, resultou em um conhecimento dos fatos imediatos, ou seja, um olhar da relação causa e efeito, nitidamente estabelecida sem buscar as razões de origem das causas. Em outros termos, aqui buscamos contextualiza o evento acidentário dentro dos fatores culturais, políticos, regulatórios e econômicos. Ao não colocar luzes sob tais aspectos correlacionados, o retorno da experiência, o aprendizado e a própria gestão de riscos, ficaram circunscritos à esfera proximal do acidente. Questões sobre o uso e comercialização de materiais pirotécnicos, o emprego de materiais de revestimentos em boates e clubes noturnos, a promoção de eventos com grande afluxo de pessoas para locais fechados, não são aprofundados nos referidos relatórios. Também não se discutiu, de forma ampla, questões sobre a atuação de órgãos públicos na concessão de funcionamento de boates, sobre o papel dos especialistas em prevenção de risco, sobre o papel dos agentes públicos em grandes desastres e acidentes ampliados, especialmente os relacionados ao acidente químico que neste caso matou, em minutos, duzentos e quarenta e dois jovens, todos levados a óbitos pela ação do gás cianídrico. Objetivos: Em face destas e de outras lacunas, este trabalho propõe um encaminhamento para enfrentamento das referidas questões. A proposta pode ser facilmente percebida, como multidisciplinar e seria difícil o desenvolvimento de um diagnóstico único sem prejuízo do aprendizado. O objetivo é justamente constatar e apresentar o contingente de influências que estavam em jogo no sistema da gestão da boate. Tal constatação significa abrir caminhos para o estudo aprofundado das dimensões sociais e técnicas presentes naquele momento e que foram reveladas pela tragédia. 9 Materiais e Métodos: Para atingir este objetivo, para além da relação imediata de causa e efeito utilizamos como modelo descritivo e analítico os Mapas Verticais, AcciMap, proposto pelo engenheiro Jeans Rasmussen, com enfoque qualitativo. Esta forma de estudo força a identificação das influências de alto escalão político de governo indo do topo para a base dos acontecimentos, passando pela gestão estadual e municipal incluindo a gestão da empresa. Os materiais foram capturados dentre os disponíveis na mídia e produzidos por órgãos públicos, principalmente o relatório da polícia civil e do conselho de engenharia. Resultados: Os mapas verticais revelaram as interações e a perda de controle sistêmico das instituições. Fica visível a distribuição dos atores e das influências que atuam de modo a levar o sistema de forma lenta, mas vigorosamente para a zona de instabilidade. As concepções idealizadas, os documentos regulatórios e as políticas públicas desviam-se por força de interações não controladas do princípio da segurança, sem que o sistema consiga detectar as rápidas mudanças. As instituições são pressionadas por uma rotina que deixa de lado aspectos de gerenciamento de risco e de outro lado pela inconsistência dos poderes públicos coercitivos. Considerações finais: Mesmo o estudo de caso único, pela força do modelo dos mapas verticais, amplia a compreensão de fenômenos sociais, organizacionais e políticos. Ao buscar relações entre atores e entre acontecimentos, o estudo codifica uma estrutura singular que, entretanto, dialoga em teoria com diversos casos. Se de um lado os dados obtidos na investigação, em si mesmo, não são idênticos a outros casos, de outro lado ao interrogar e analisar os documentos emerge características importantes para a comparação teórica e metodológica impulsionando assim a compreensão deste e de outros eventos acidentários. Duas outras contribuições são particularmente relevantes. A primeira, teórica e acadêmica, se propõe a trazer para o debate a aplicação dos mapas verticais no estudo de acidentes, principalmente os multifacetados com inúmeros atores. Outra contribuição é dada pela visualização de inúmeros subsistemas decorrentes da análise vertical onde cada subsistema poderá ser estudado separadamente pondo em evidência novos caminhos de enfrentamento da problemática acidentária. / Introduction: The accident in Santa Maria / RS is one of the most publicized by the media having international repercussions. The criminal investigation conducted by the police and also by the technicians of the Regional Engineering Board, resulted in an understanding of immediate facts, i.e., the causes and effects which clearly established without seeking for the roots of the problem. In other words, here we seek to contextualize the accident within the cultural, political, regulatory and economic aspects. If we did not analyze the correlated aspects, the feedback, learning and risk management itself would be restricted to the accident proximal sphere. Questions about the use and sale of fireworks, the use of lining materials in clubs and nightclubs, the organization of events with large amounts of people indoors, are not detailed in the reports. It was also not broadly discussed questions about the role of governmental agencies in providing operating licenses for nightclubs, the role of risk prevention experts and the role of public officials in major disasters and major accidents, especially those related to chemical substances, that, in this case, killed two hundred forty two young people in a few minutes, all of whom died due to the action of the cyanide gas. Objectives: In face of these and other shortcomings, this paper proposes a method of coping with these issues. This proposal may be easily perceived as multidisciplinary since it would be difficult to develop a single disciplinary study without putting in jeopardy the opportunity of learning from the tragic accident. The focus is to find and present the contingent of influences that were at stake in the club management system. These findings may path the way for deeper studies of the social sphere and techniques which were present at that time and that were revealed by the tragedy. 11 Materials and Methods: In order to achieve this goal, we went far beyond the immediate relationship of cause and effect; we used a descriptive and analytical model of Vertical Maps, AcciMap proposed by the engineer Jeans Rasmussen with a qualitative approach. In this kind of study it is imperative to identify high political level influences, analyzing the events from top to bottom, and also going through state and municipal management data including the nightclub management itself. The data was collected from available media, from governmental agencies, particularly the civil police report and the Engineering Board report. Results: The vertical maps revealed the interaction and the systemic institution loss of control. The distribution of actors and influences that act in order to bring the system slowly but forcefully to the zone of instability is visible. The idealized conceptions, regulatory documents and public policies deviated due to uncontrolled interactions from security principles, without the system being able to detect these rapid changes. Institutions are pressed by a routine that on one hand leaves out risk management aspects and on the other hand by the inconsistency of coercive governmental supervision. Final thoughts: Even a single case study, due to the strength of the vertical maps, can expand the understanding of the social, organizational and political phenomena. By seeking relationships between actors and between events, the study encodes a unique structure which in theory is related to several cases. On the one hand the data obtained in the investigation itself, is not identical to other cases, on the other hand as we examine and analyze the documents important features for theoretical and methodological comparison emerge, thus increasing understanding of this and other accidents. Two other contributions are particularly relevant. The first one is the theoretical and academic contribution; it has as objective to debate the implementation of vertical maps in the study of accidents, especially the multifaceted ones with numerous actors. Another one is given by the display of numerous subsystems, which result from the vertical analysis, where each subsystem can be studied separately highlighting new ways of coping with major accidents.

A análise do comportamento estrutural sob incêndio constitui uma parte importante da engenharia de proteção contra incêndio, especialmente no caso de estruturas de aço, por sua alta condutividade térmica e relativa esbeltez das seções. As dificuldades econômicas e práticas, associadas à avaliação do comportamento estrutural, por meio de ensaios em escala real, têm estimulado o desenvolvimento e uso de métodos de simulação numérica. Esta tese trata da simulação numérica do comportamento de estruturas de aço sob condições de incêndio e se divide em três partes. As duas primeiras partes foram desenvolvidas na Universidade de Liége, na Bélgica, usando-se o programa SAFIR como ferramenta numérica. A terceira parte foi desenvolvida de forma independente, na Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Na primeira parte, é feito um estudo comparativo entre o uso de elementos finitos de viga e de casca, na modelagem de vigas simplesmente apoiadas, sujeitas a flambagem lateral por torção. Os esforços de torção, presentes no caso de flambagem lateral, podem levar a uma plastificação da seção transversal e à conseqüente redução da rigidez à torção da seção. Da mesma forma, a degradação das propriedades do material, com o aumento da temperatura, leva à redução da rigidez à torção Havia dúvidas se o modelo com elementos de viga, com uma rigidez à torção constante, poderia fornecer uma resposta aceitável. O estudo mostrou que uma resposta com boa precisão pode ser conseguida, usando-se elementos de viga, desde que o módulo de elasticidade transversal seja ajustado para refletir seu valor correspondente à temperatura de falha. Isso implica um processo iterativo, uma vez que a temperatura de falha não é previamente conhecida. Por outro lado, a degradação da rigidez à torção, por efeitos de plastificação, pode ser ignorada. Na segunda parte, é feita a comparação entre as modelagens bidimensional e tridimensional, de galpões industriais de um andar, sob incêndio. Comumente, a estrutura de galpões industriais é composta por pórticos-tipo, dispostos em paralelo. A análise desses galpões é comumente feita pela simulação no plano do pórtico de aço ou, simplesmente, da treliça da cobertura Na análise bidimensional, importantes efeitos fora do plano são ignorados, como a redistribuição de esforços devido à degradação do material ou à expansão térmica, ou instabilidade lateral dos elementos. A importância desses efeitos e a adequabilidade do modelo 2D para representar o comportamento real são discutidas. Na terceira parte, um modelo numérico para a simulação tridimensional do comportamento de estruturas de aço sob incêndio é apresentado. O modelo é baseado no conceito de rótulas plásticas generalizadas, com modificações para melhor representar a formação e expansão da plastificação no elemento. A descrição cinemática adotada permite obter bons resultados, mesmo com o uso de poucos elementos. A determinação do vetor de esforços internos no elemento, incluindo os efeitos da temperatura, é detalhada. O procedimento foi validado por comparação com ensaios e com modelos numéricos mais sofisticados, como o programa SAFIR. Os resultados demonstram que o procedimento proposto pode ser usado como uma forma alternativa de análise 3D de estruturas sob incêndio, com precisão razoável e baixo esforço computacional.

Os códigos brasileiros de segurança contra incêndio e pânico (SCIP) possuem inúmeras divergências no que tange aos detalhamentos exigidos para a instalação de diversos sistemas de prevenção e proteção. Dentre eles, existe o sistema estrutural de compartimentação vertical externa, o qual prescreve afastamento vertical entre janelas ou construção de projeções horizontais externas entre as aberturas, para limitação da propagação do fogo aos pavimentos acima consecutivos. Comprovadamente, as normas referenciam a necessidade de resistência ao fogo dos materiais constituintes do sistema, no entanto, não indicam a eficiência ao objetivo proposto, confinar o fogo em seu compartimento de origem ou retardar sua propagação. O objetivo deste trabalho é analisar, sob a ótica da dinâmica de propagação do incêndio, a eficiência do sistema de compartimentação vertical externa por afastamento entre as janelas e por implantação de projeções horizontais como continuidade dos pisos, segundo os detalhamentos exigidos nas normas brasileiras. Para tanto, foram realizados ensaios de campo em escala reduzida (1/3), com diferentes configurações de fachadas e cargas de incêndio, sem vento, utilizando-se termopares, termografia e fotografia. Também, foi utilizado o simulador computacional da dinâmica do incêndio Fire Dynamics Simulator 5, onde foram analisados cenários desenvolvidos conforme as exigências normativas nacionais. Ambos programas experimentais apresentaram dados coerentes, podendo ser potenciais ferramentas para análise da eficiência de outros sistemas. Os resultados confirmaram que a geometria da edificação e das aberturas modificam a dinâmica de propagação do fogo. Para a carga de incêndio classificada como risco baixo, mostraram-se satisfatórias todas as configurações com afastamentos de 3 m e de 1,2 m para aberturas estreitas, bem como as projeções horizontais de 90 cm. Como risco médio, à exceção do afastamento de 3m, com pédireito convencional, os demais não contiveram adequadamente a propagação do fogo Também, para ambas geometrias de abertura, a projeção horizontal externa de 90 cm aperfeiçoou os resultados, retardando o aquecimento consideravelmente. / The Brazilian’s fire safety Codes have much discrepancy about the installation details of the several fire safety systems. The external vertical compartmentation is one of them, which determine vertical separation between windows or placement of external horizontal projections in continuity with floors, to limits the spread of fire toward upper habitations. The fire resistances of the materials constituent these systems are confirmed in the Brazilian’s fire safety Codes. However, there aren’t mentions about the efficiency to restrict the fire in initial compartment or to retard it spread. In this context, the study’s objective is to analyze, in the fire spread dynamic’s view, the efficiency of the external vertical compartmentation systems for separation between windows and external horizontal projections according to the Brazilian’s fire safety Codes. For it, were carried out field tests in reduce-scale compartments (1/3), with different façade settings and loads fire, no wind, using thermocouples, thermography and photography. Also, was used the software Fire Dynamics Simulator (FDS), 5th version. In the FDS were developed and analyzed fire sceneries, which contemplated all settings of the national standards. Both experimental programs can be potential tools to analysis of the efficiency another fire safety systems, because they showed coherent data’s. The results confirmed that building’s geometry and openings configuration modify the fire spread dynamics. For load fire classified as low risk, all separations between windows with distance 3 m, 1,2 m with square windows and external horizontal projection with length 90 cm showed satisfactory results. For load fire classified as medium risk, the separation between openings didn’t restrain the fire spread, except the arrangement with distance 3m, square windows and lower ceiling. Also, the horizontal projection with 90 cm length showed best results for both window forms, delaying the heating.

Orientador: Armando Lopes Moreno Junior / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo / Made available in DSpace on 2018-08-13T07:34:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Sant'Anna_MatheusSarcedo_M.pdf: 3508355 bytes, checksum: fb97535d7c8b7b794c3114773da93628 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: O desenvolvimento técnico e científico fez surgir sistemas estruturais mistos, entre eles os pilares mistos preenchidos, com grande aplicação em edifícios altos. Como a estrutura mista tem um bom comportamento estrutural aliado a uma redução de custos com materiais, mão-de-obra e tempo de execução, ela tem tido um crescente avanço na utilização em países europeus, americanos e asiáticos. Buscando contribuir com o avanço tecnológico estrutural, este trabalho analisou experimentalmente o comportamento estrutural de pilares mistos esbeltos preenchidos axialmente comprimidos, em situação de incêndio, obtendo a influência de variáveis como: nível de carga e resistência à compressão do concreto de preenchimento. Foram analisados pilares esbeltos de seção quadrada preenchidos com concreto de resistência usual e alta resistência, submetidos a diferentes níveis de carregamentos axiais, a saber 30, 50 e 70% da carga última de ruptura. Os resultados dos tempos de resistência ao fogo foram comparados com os resultados previstos pelo EUROCODE 4 (prEN 1994-1-2:2002) e também, com resultados disponíveis na literatura. Verificou-se, ao final do trabalho, um aumento no tempo de resistência ao fogo de pilares mistos preenchidos em comparação com pilares de aço sem preenchimentos. / Abstract: The technical and scientific development has given origin to mixed structural systems, including the columns filled with great application in high buildings. As the mixed structure has a good structural behavior combined with a reduction of costs of materials, manpower and time of execution, it has had a breakthrough in use in European, American and Asian countries. Seeking to contribute to the structural technological advancement, this study experimentally examined the structural behavior of slender columns filled, axially compressed, on fire, getting the influence of variables such as level of load and resistance to compression of the concrete to be filled. We analyzed slender columns of square section filled with concrete of usual resistance and high resistance, submitted to different levels of axial loads, namely 30, 50 and 70% of the last load of collapse. The results of time for fire resistance were compared to results expected by EUROCODE 4 (prEN 1994-1-2:2002) and with results available in the literature. It was verified, at the end of work, an increase in time of fire resistance of columns filled in comparison with steel pillars without fills. / Mestrado / Estruturas / Mestre em Engenharia Civil