O interesse pelo estudo de estruturas em situação de incêndio vem aumentando dadas as inúmeras ocorrências internacionais, que resultaram em colapso estrutural de edificações. As recentes revisões das normas técnicas brasileiras reforçam a preocupação de organismos públicos e da comunidade técnica. A contribuição deste trabalho é determinar como os esforços resistentes em perfis isolados de aço são afetados pela ação térmica provenientes do incêndio, ou melhor, em função das variáveis que modelam o incêndio natural. Para tanto foi desenvolvido o programa de computador STRESFIRE capaz de calcular a ação térmica conforme curvas paramétricas, a transferência de calor para a peça de aço e o esforço resistente em função da temperatura na formulação a ser apresentada na revisão da NBR 14323:1999. / The interest by study of structures in fire situation has increased due to several international occurrences, which resulted in structural collapse of buildings. The recent revisions of the Brazilian technical standards reinforce the concern of public organisms and technical community. The contribution of this work is determine how the structural resistance of isolated steel element is affected by fire thermal action, in other words, the variables that model the natural fire. A software STRESFIRE was developed, which calculates the temperatures in the compartment, the heat transfer to steel member and the fire resistance by analytical methods.

Made available in DSpace on 2014-06-12T17:41:14Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo6345_1.pdf: 1708524 bytes, checksum: 8d78566b188cf3844836b7cbf795f53f (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2004 / A estabilidade estrutural dos edifícios em situação de incêndio é diretamente dependente da resistência mecânica de seus elementos estruturais que, por sua vez, dependem da temperatura que estarão sujeitos durante o incêndio. Os elementos estruturais quando expostos aos gases quentes do incêndio perdem resistência e rigidez devido à degeneração das propriedades físicas de seus materiais constituintes. A temperatura atingida por um elemento estrutural durante o incêndio é objeto da análise térmica. Este trabalho tem por objetivo realizar a análise térmica de vigas mistas aço-concreto em situação de incêndio através do programa comercial ANSYS baseado no Método dos Elementos Finitos (MEF), e também por meio do método simplificado de dimensionamento recomendado pelas normas brasileiras de segurança estrutural contra incêndio. Como resultado da análise térmica, observa-se o desenvolvimento e a distribuição do campo de temperaturas na seção transversal mista, a eficiência do material de proteção passiva contra incêndio e a importância do fator de forma (massividade) da seção. Da mesma forma, faz-se uma análise comparativa entre os resultados obtidos pelo método simplificado e pelo método avançado (MEF), e, por fim, é investigada a resistência à flexão da viga mista exposta ao fogo, principalmente, destacando a proteção passiva parcial, cujo emprego como isolante térmico, é uma alternativa à redução de custos, mas que precisa ser utilizada com senso crítico

O interesse pelo estudo de estruturas em situação de incêndio vem aumentando dadas as inúmeras ocorrências internacionais, que resultaram em colapso estrutural de edificações. As recentes revisões das normas técnicas brasileiras reforçam a preocupação de organismos públicos e da comunidade técnica. A contribuição deste trabalho é determinar como os esforços resistentes em perfis isolados de aço são afetados pela ação térmica provenientes do incêndio, ou melhor, em função das variáveis que modelam o incêndio natural. Para tanto foi desenvolvido o programa de computador STRESFIRE capaz de calcular a ação térmica conforme curvas paramétricas, a transferência de calor para a peça de aço e o esforço resistente em função da temperatura na formulação a ser apresentada na revisão da NBR 14323:1999. / The interest by study of structures in fire situation has increased due to several international occurrences, which resulted in structural collapse of buildings. The recent revisions of the Brazilian technical standards reinforce the concern of public organisms and technical community. The contribution of this work is determine how the structural resistance of isolated steel element is affected by fire thermal action, in other words, the variables that model the natural fire. A software STRESFIRE was developed, which calculates the temperatures in the compartment, the heat transfer to steel member and the fire resistance by analytical methods.

Submitted by Romulus Lima (romulus.lima@ufpe.br) on 2015-03-10T14:28:44Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) DISSERTAÇÃO Leonardo da Costa.pdf: 6492966 bytes, checksum: 174817aac36f12dfe33a16385ea9fc04 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-03-10T14:28:44Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) DISSERTAÇÃO Leonardo da Costa.pdf: 6492966 bytes, checksum: 174817aac36f12dfe33a16385ea9fc04 (MD5) Previous issue date: 2013-02-28 / É crescente o uso de estruturas em aço no Brasil, concomitantemente a isso, aumenta a necessidade de disseminação do conhecimento técnico e ferramentas capazes de proporcionar o uso racional desses elementos. Chama-se, a isto, desenvolvimento. E, com isso, as construções tornam-se mais sofisticadas e cuja importância social e econômica é proporcional; assim, as exigências de estruturas e elementos mais esbeltos e seguros estão constantemente à tona, ou seja, construir com eficiência funcional, econômica e segurança são essenciais. Neste contexto, surge a verificação estrutural em situação de incêndio, que é orientada por prescrições normativas em todo o mundo. No entanto, os estudos experimentais acerca do comportamento de elementos nestas condições ainda são reduzidos, pois a infraestrutura necessária para simulações de incêndio com elementos estruturais em escala real demanda recursos, tempo e disposição. A partir deste cenário, foi desenvolvido este projeto financiado pela FINEP/MCT cujo objetivo foi montar uma infraestrutura no Laboratório de Materiais e Estruturas/UFPE capaz de viabilizar investigações de elementos, em escala real, com aplicação de carregamento mecânico e térmico simultaneamente, assim como, iniciar os trabalhos nesta linha de pesquisa. Paralelamente à aquisição de um forno elétrico, capaz de reproduzir a curva-padrão ISO834, foi adquirido equipamentos, feita a montagem e adequação laboratorial e um programa experimental- a fim de avaliar o comportamento de pilares em aço formado a frio-, em situação de incêndio e com pré-carregamento mecânico, considerando a dilatação térmica axial livre e os efeitos de sua restrição em dois níveis de carregamento.

A alvenaria estrutural é um sistema construtivo muito antigo no qual as paredes exercem função estrutural além da função de vedação. Este sistema construtivo é muito utilizado no Brasil, entretanto, poucas pesquisas foram realizadas sobre o seu comportamento em situação de incêndio e o país ainda não possui métodos normativos de dimensionamento de alvenaria estrutural em situação de incêndio. Assim, o objetivo deste trabalho foi verificar o desempenho da alvenaria estrutural com blocos de concreto submetida a elevadas temperaturas através da simulação de prismas. No software Abaqus foram simulados o comportamento do bloco e prisma sujeitos à compressão em temperatura ambiente e do prisma em situação de incêndio com diferentes condições de contorno. O comportamento do bloco e prisma sujeitos à compressão e em temperatura ambiente foi validado até a carga última. As elevações de temperatura das faces não expostas ao fogo ficaram bem representadas por meio das simulações térmicas. A perda de resistência dos materiais foi adotada conforme a literatura técnica nas simulações termomecânicas. Através do que foi analisado no trabalho observou-se que os prismas se comportam bem quanto ao isolamento térmico em situação de incêndio, principalmente aquele com revestimento em argamassa nas duas faces. Quanto ao critério de resistência mecânica os resultados numéricos não foram validados com experimentais, entretanto, foi possível representar a deterioração térmica dos materiais. / The structural masonry is a very old building system in which the walls have structural and partition function. The use of this building system is widely spread in Brazil, however, few research programs were carried out on their behavior under fire situation and the country has not yet developed standard normative methods for designing structural masonry subject to fire. Thus the purpose of this research was to verify the performance of concrete blockwork structural masonry submitted to high temperatures through the simulation of prisms. In the Abaqus software the behavior of block and prism subjected to compression at room temperature and of the prism under fire situation with different boundary conditions were simulated. The compression of the block and prism at room temperature was validated until ultimate loads. The temperature rises of the non-exposed faces were well represented through thermal simulations. The material\'s resistance loss was adopted according to the technical literature in the thermomechanical simulations. Based on the analyzed examples it was observed that the prisms behave well regarding the thermal insulation under fire situation, mainly when having mortar coating on both sides. Regarding the mechanical resistance criterion, the numeric results were not validated with experimental ones, however, it was possible to represent the thermal deterioration of the materials.

Os pilares de aço, assim como outros elementos constituídos de outros materiais, quando expostos à temperaturas elevadas têm suas propriedades mecânicas de resistência e rigidez reduzidas em resposta ao aquecimento provocado pela ação térmica, podendo ocasionar o colapso prematuro da estrutura. Com base nesse aspecto, o objetivo do presente projeto de pesquisa foi analisar numericamente o comportamento de pilares de aço em situação de incêndio, considerando condições de compartimentação do ambiente em chamas. Para tanto, foram elaborados modelos numéricos desenvolvidos com o código computacional ANSYS v9.0 para fins de realização da análise acoplada termoestrutural em caráter transiente com relação ao gradiente térmico. Foram elaborados, inicialmente modelos bidimensionais para validar as informações referentes à temperatura na seção transversal. Posteriormente, foram construídos modelos tridimensionais térmicos e estruturais que levam em conta as não linearidades do material e geométrica, na forma de imperfeição geométrica inicial do tipo global, com vistas à análise termoestrutural do elemento. Os resultados obtidos nas análises termo-estruturais foram comparados com resultados obtidos por meio de procedimentos normativos das normas ABNT NBR14323:1999 e EC3-1.2. Os métodos simplificados propostos por tais normas aplicam o fator de massividade, definido como a relação entre o perímetro exposto ao fogo e a área total da seção transversal, na determinação da temperatura máxima do elemento estrutural que, conseqüentemente, influencia no dimensionamento em temperaturas elevadas. Os resultados dos exemplos apresentados mostram que, em situações onde a distribuição da temperatura ocorre de forma não-uniforme, o fator de massividade (parâmetro que consiste de artifício matemático para a determinação de valores de temperatura máxima no elemento) conduz a valores de temperatura e conseqüente comportamento estrutural não condizente com a real situação de interesse na análise. Acredita-se que os resultados aqui obtidos poderão ser de grande importância na contribuição em futuras revisões da norma brasileira ABNT NBR 14323:1999, atualmente em vigor. / The most part of materials whose constitute fire protection elements or structural elements, such as steel columns, when exposed to high temperature have their strength and elasticity modulus reduced caused by thermal action. Therefore the structure can collapse earlier than in an ambient temperature situation. Based in this aspect, the objective of the presented work is to develop steel columns numerical analysis to consider its behavior under fire situation, including compartment condition of the room. The thermal and coupled thermal structural numerical analyses were carried out using the computational code ANSYS v9.0. In an initial stage, 2-D models are proposed in order to obtain cross sections thermal gradient, considering also the numerical result of the code TCD v5.5 in sense to compare with ANSYS thermal result. Afterwards, three-dimensional models taking account coupled thermal and structural analysis, considering materials and geometric non-linearity were showed. The obtained results were compared with method proposed by standard ABNT NBR 14323:1999 and EC3-1.2, in which are used the section factor, i.e., the parameter defined by the ratio between exposed perimeter to fire and total cross section area in order to determine the maximum structural element temperature and, consequently, the design in elevated temperature with respect to the collapse load . The results, obtained by numerical analysis, drive in sense to signalize that, for the situations where non-uniform heating conditions occurs, the use of section factor (F), used as a alternative simplified parameter which the objective to determine the maximum temperature at the element, can carry out, eventually, to an unsatisfactory and non-representative response if compared with a real fire situation. These presented results can be converted to an important contribution for future reviews of Brazilian standard code ABNT NBR14323:1999 currently in action.

A alvenaria estrutural é um sistema construtivo muito antigo no qual as paredes exercem função estrutural além da função de vedação. Este sistema construtivo é muito utilizado no Brasil, entretanto, poucas pesquisas foram realizadas sobre o seu comportamento em situação de incêndio e o país ainda não possui métodos normativos de dimensionamento de alvenaria estrutural em situação de incêndio. Assim, o objetivo deste trabalho foi verificar o desempenho da alvenaria estrutural com blocos de concreto submetida a elevadas temperaturas através da simulação de prismas. No software Abaqus foram simulados o comportamento do bloco e prisma sujeitos à compressão em temperatura ambiente e do prisma em situação de incêndio com diferentes condições de contorno. O comportamento do bloco e prisma sujeitos à compressão e em temperatura ambiente foi validado até a carga última. As elevações de temperatura das faces não expostas ao fogo ficaram bem representadas por meio das simulações térmicas. A perda de resistência dos materiais foi adotada conforme a literatura técnica nas simulações termomecânicas. Através do que foi analisado no trabalho observou-se que os prismas se comportam bem quanto ao isolamento térmico em situação de incêndio, principalmente aquele com revestimento em argamassa nas duas faces. Quanto ao critério de resistência mecânica os resultados numéricos não foram validados com experimentais, entretanto, foi possível representar a deterioração térmica dos materiais. / The structural masonry is a very old building system in which the walls have structural and partition function. The use of this building system is widely spread in Brazil, however, few research programs were carried out on their behavior under fire situation and the country has not yet developed standard normative methods for designing structural masonry subject to fire. Thus the purpose of this research was to verify the performance of concrete blockwork structural masonry submitted to high temperatures through the simulation of prisms. In the Abaqus software the behavior of block and prism subjected to compression at room temperature and of the prism under fire situation with different boundary conditions were simulated. The compression of the block and prism at room temperature was validated until ultimate loads. The temperature rises of the non-exposed faces were well represented through thermal simulations. The material\'s resistance loss was adopted according to the technical literature in the thermomechanical simulations. Based on the analyzed examples it was observed that the prisms behave well regarding the thermal insulation under fire situation, mainly when having mortar coating on both sides. Regarding the mechanical resistance criterion, the numeric results were not validated with experimental ones, however, it was possible to represent the thermal deterioration of the materials.

Apesar da quantidade de variáveis envolvidas, ainda persiste uma dúvida na comunidade acadêmica sobre o comportamento do concreto de alta resistência em situação de incêndio, considerando-o como mais ou menos suscetível à ocorrência do fenômeno de desplacamento (spalling) tipo explosivo. Em parte, essa dúvida decorre do fato de que, muitas vezes, os programas experimentais são conduzidos em amostras envolvendo corpos-de-prova padronizados, cilíndricos ou cúbicos, que não levam em consideração a influência de parâmetros relacionados com as dimensões dos elementos estruturais nem com a taxa e configuração das armaduras. Outros aspectos relevantes, como o tipo de agregado utilizado na mistura de concreto, bem como a idade e umidade interna do elemento ensaiado, dificilmente são abordados nas pesquisas e, muitas vezes, simplesmente são omitidos, o que dificulta a visão ampla e real do comportamento térmico do concreto de alta resistência. Esta pesquisa apresenta um programa experimental pioneiro realizado no Brasil em um pilar de concreto de alta resistência, armado, colorido, com idade de oito anos, fc,8anos de 140MPa, agregado graúdo basáltico, agregado miúdo quartzoso, seção transversal de 70cm x 70cm, 200cm de altura, ensaiado sem carregamento e com exposição de três faces pelo período de 180 minutos (3h), sob as temperaturas da curva-padrão de incêndio ISO 834. O pilar protótipo ensaiado é réplica dos pilares reais do edifício e-Tower, construído em 2002, na cidade de São Paulo, Brasil. Os resultados obtidos demonstraram que, neste caso, o concreto colorido de alta resistência comportou-se de forma íntegra frente ao fogo e que a utilização de pigmento à base de óxido de ferro, pode atuar também como um excelente termômetro natural, auxiliando na avaliação da condição da estrutura pósincêndio. / In spite of the several factors that influence the behavior of concrete columns under fire conditions, there is a belief among the research community, that the high-strength concrete is more susceptible to explosive spalling than normal-strength concrete. This doubt, in part, is attributed to the small unreinforced concrete samples (specimens) used in experimental programs, to evaluate the fire resistance of structural concrete. On the other hand, relevant aspects as the coarse aggregate type used in the concrete mixture, as well as the age and content moisture (relative humidity) are not considered in the researches and sometimes simply omitted. This research presents a pioneer experimental program, carried out in Brazil on a high strength colored reinforced concrete column (HSCC) with 200cm high, eight yearsold, fc,8years of 140MPa, basalt coarse aggregate, cross section of 700mm x 700mm, tested under no load and with three faces exposed to a standard fire curve ISO 834 for a period of 180min (3h). The column prototype is a replica of the actual columns of the e-Tower Building, constructed in 2002 in São Paulo city, Brazil. The results demonstrated concrete column integrity under experimental fire and that the iron oxide pigments can work as an excellent natural thermometer, contributing in the evaluation of the structure post-fire.

Apesar da quantidade de variáveis envolvidas, ainda persiste uma dúvida na comunidade acadêmica sobre o comportamento do concreto de alta resistência em situação de incêndio, considerando-o como mais ou menos suscetível à ocorrência do fenômeno de desplacamento (spalling) tipo explosivo. Em parte, essa dúvida decorre do fato de que, muitas vezes, os programas experimentais são conduzidos em amostras envolvendo corpos-de-prova padronizados, cilíndricos ou cúbicos, que não levam em consideração a influência de parâmetros relacionados com as dimensões dos elementos estruturais nem com a taxa e configuração das armaduras. Outros aspectos relevantes, como o tipo de agregado utilizado na mistura de concreto, bem como a idade e umidade interna do elemento ensaiado, dificilmente são abordados nas pesquisas e, muitas vezes, simplesmente são omitidos, o que dificulta a visão ampla e real do comportamento térmico do concreto de alta resistência. Esta pesquisa apresenta um programa experimental pioneiro realizado no Brasil em um pilar de concreto de alta resistência, armado, colorido, com idade de oito anos, fc,8anos de 140MPa, agregado graúdo basáltico, agregado miúdo quartzoso, seção transversal de 70cm x 70cm, 200cm de altura, ensaiado sem carregamento e com exposição de três faces pelo período de 180 minutos (3h), sob as temperaturas da curva-padrão de incêndio ISO 834. O pilar protótipo ensaiado é réplica dos pilares reais do edifício e-Tower, construído em 2002, na cidade de São Paulo, Brasil. Os resultados obtidos demonstraram que, neste caso, o concreto colorido de alta resistência comportou-se de forma íntegra frente ao fogo e que a utilização de pigmento à base de óxido de ferro, pode atuar também como um excelente termômetro natural, auxiliando na avaliação da condição da estrutura pósincêndio. / In spite of the several factors that influence the behavior of concrete columns under fire conditions, there is a belief among the research community, that the high-strength concrete is more susceptible to explosive spalling than normal-strength concrete. This doubt, in part, is attributed to the small unreinforced concrete samples (specimens) used in experimental programs, to evaluate the fire resistance of structural concrete. On the other hand, relevant aspects as the coarse aggregate type used in the concrete mixture, as well as the age and content moisture (relative humidity) are not considered in the researches and sometimes simply omitted. This research presents a pioneer experimental program, carried out in Brazil on a high strength colored reinforced concrete column (HSCC) with 200cm high, eight yearsold, fc,8years of 140MPa, basalt coarse aggregate, cross section of 700mm x 700mm, tested under no load and with three faces exposed to a standard fire curve ISO 834 for a period of 180min (3h). The column prototype is a replica of the actual columns of the e-Tower Building, constructed in 2002 in São Paulo city, Brazil. The results demonstrated concrete column integrity under experimental fire and that the iron oxide pigments can work as an excellent natural thermometer, contributing in the evaluation of the structure post-fire.

Os pilares de aço, assim como outros elementos constituídos de outros materiais, quando expostos à temperaturas elevadas têm suas propriedades mecânicas de resistência e rigidez reduzidas em resposta ao aquecimento provocado pela ação térmica, podendo ocasionar o colapso prematuro da estrutura. Com base nesse aspecto, o objetivo do presente projeto de pesquisa foi analisar numericamente o comportamento de pilares de aço em situação de incêndio, considerando condições de compartimentação do ambiente em chamas. Para tanto, foram elaborados modelos numéricos desenvolvidos com o código computacional ANSYS v9.0 para fins de realização da análise acoplada termoestrutural em caráter transiente com relação ao gradiente térmico. Foram elaborados, inicialmente modelos bidimensionais para validar as informações referentes à temperatura na seção transversal. Posteriormente, foram construídos modelos tridimensionais térmicos e estruturais que levam em conta as não linearidades do material e geométrica, na forma de imperfeição geométrica inicial do tipo global, com vistas à análise termoestrutural do elemento. Os resultados obtidos nas análises termo-estruturais foram comparados com resultados obtidos por meio de procedimentos normativos das normas ABNT NBR14323:1999 e EC3-1.2. Os métodos simplificados propostos por tais normas aplicam o fator de massividade, definido como a relação entre o perímetro exposto ao fogo e a área total da seção transversal, na determinação da temperatura máxima do elemento estrutural que, conseqüentemente, influencia no dimensionamento em temperaturas elevadas. Os resultados dos exemplos apresentados mostram que, em situações onde a distribuição da temperatura ocorre de forma não-uniforme, o fator de massividade (parâmetro que consiste de artifício matemático para a determinação de valores de temperatura máxima no elemento) conduz a valores de temperatura e conseqüente comportamento estrutural não condizente com a real situação de interesse na análise. Acredita-se que os resultados aqui obtidos poderão ser de grande importância na contribuição em futuras revisões da norma brasileira ABNT NBR 14323:1999, atualmente em vigor. / The most part of materials whose constitute fire protection elements or structural elements, such as steel columns, when exposed to high temperature have their strength and elasticity modulus reduced caused by thermal action. Therefore the structure can collapse earlier than in an ambient temperature situation. Based in this aspect, the objective of the presented work is to develop steel columns numerical analysis to consider its behavior under fire situation, including compartment condition of the room. The thermal and coupled thermal structural numerical analyses were carried out using the computational code ANSYS v9.0. In an initial stage, 2-D models are proposed in order to obtain cross sections thermal gradient, considering also the numerical result of the code TCD v5.5 in sense to compare with ANSYS thermal result. Afterwards, three-dimensional models taking account coupled thermal and structural analysis, considering materials and geometric non-linearity were showed. The obtained results were compared with method proposed by standard ABNT NBR 14323:1999 and EC3-1.2, in which are used the section factor, i.e., the parameter defined by the ratio between exposed perimeter to fire and total cross section area in order to determine the maximum structural element temperature and, consequently, the design in elevated temperature with respect to the collapse load . The results, obtained by numerical analysis, drive in sense to signalize that, for the situations where non-uniform heating conditions occurs, the use of section factor (F), used as a alternative simplified parameter which the objective to determine the maximum temperature at the element, can carry out, eventually, to an unsatisfactory and non-representative response if compared with a real fire situation. These presented results can be converted to an important contribution for future reviews of Brazilian standard code ABNT NBR14323:1999 currently in action.