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ANÁLISE DE PILARES EM SITUAÇÃO DE INCÊNDIO VIA DIAGRAMAS DE TENSÃO-DEFORMAÇÃO DA EUROCODE 3

ANALYSIS OF COLUMNS IN FIRE SITUATION VIA DIAGRAMS STRESS-

STRAIN OF EUROCODE 3

Rodrigo Almeida Freitas1 (1); Leandro Mariani Magalhães2 (1); Wellington Andrade da Silva3 (2); Marcos Honorato de Oliveira4 (2)

(1) Graduando em Engenharia Civil, Universidade Estadual de Goiás - UEG

(2) Doutorando em Engenharia Civil, Programa de Pós-Graduação em Estruturas e Construção Civil, Universidade de Brasília – UnB

Edifício SG-12 , 1º andar, Campus Darcy Ribeiro, CEP: 70.910-900, Brasília - DF,

Brasil E-mail: [email protected], [email protected],

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Resumo Uma das preocupações e cautela quanto ao projeto de um edifício em aço se deve ao dimensionamento e comportamento de sua estrutura em situação de incêndio. Sabe-se que quando ocorre um incêndio em um edifício de estrutura metálica, as altas temperaturas geradas durante o sinistro reduzem os valores das propriedades mecânicas do aço. Em vista disso, para a construção de um edifício seguro, o incêndio deve ser encarado como um fenômeno possível de ocorrer durante a vida útil do mesmo. Sendo assim, a quantificação das solicitações atuantes durante o incêndio, bem como sua consideração na elaboração do projeto, devem ser tratadas com a mesma preocupação dedicada ao dimensionamento quanto a solicitações devido ao peso próprio e ações variáveis em temperatura ambiente. Deste modo, este trabalho busca analisar os pilares de um galpão em aço submetido à situação de incêndio, por meio de uma análise em elementos finitos, com a utilização de elementos de pórtico. As análises são do tipo não linear física, com o emprego de modelos elastoplásticos de curvas sugeridas pela EUROCODE 3, realizadas através do software Midas FEA – V.2.9.6. O artigo traz resultados conclusivos com relação ao desenvolvimento dos esforços e deslocamentos de pilares, quando em condição de projeto em situação de incêndio. Palavra-chave: Incêndio, Pilar, Galpão de Aço Abstract One of the concerns and care about the design of a building in steel is due to the design and conduct of its structure at a fire. It is known that when occurs a fire in a steel structure building, the high temperatures generated during the disaster reduces the values of the mechanical properties of steel. Therefore, to build a secure building, the fire should be seen as a phenomenon that can occur during the life of building. Thus, the quantification of active requests during a fire as well as their consideration in the design elaboration should be treated with the same concern as the dedicated to design applications due to the weight of its own structure and actions due to varying ambient temperature. Thus, this paper seeks to analyze the columns of a shed steel subjected to a fire, using a finite element analysis, using elements of the portico. Analyses are of the non-linear physics, with employment elastoplastic models of curves suggested by Eurocode 3, made through the Midas FEA software - V.2.9.6. The paper gives conclusive results regarding the development of forces and displacements of columns, when in a position to project in a fire situation. Keywords: Fire, Column, Steel Shed.

XXXIV Jornadas Sul-Americanas de Engenharia Estrutural | San Juan | Argentina 27 de setembro a 01 de outubro de 2010


1 INTRODUÇÃO

O incremento da temperatura (estado de agitação das moléculas de um corpo) dos elementos estruturais das diversas edificações e obras diversas da Engenharia Civil ocasiona redução das características resistentes das estruturas. Alguns exemplos resultantes da ação e variação térmica são: redução da resistência, redução da rigidez e surgimento de esforços solicitantes sobressalentes nas estruturas hiperestáticas e isostáticas.

Tendo em vista a situação de incêndio em estruturas de Engenharia Civil, ocasião na qual ocorrem as variações térmicas citadas acima com o conseqüente efeito estrutural não desejado necessita-se de um padrão para o estudo sistemático das estruturas expostas à variação térmica (incêndio).

Nessa situação é necessário o estabelecimento de um comportamento-padrão para a verificação da variação térmica em um incêndio estrutural em decorrência do tempo. Parâmetros e valores como, por exemplo, máxima temperatura atingida pelas peças estruturais e graduação do incremento da temperatura na peça, é fundamental para o eficiente entendimento e dimensionamento de estruturas em situação de incêndio.

Nesse contexto podem-se citar dois casos de comportamentos-padrões para estruturas de Engenharia Civil em situação de incêndio: Modelo do Incêndio Natural e Modelo do Incêndio Padrão.

Este trabalho tem como objetivo principal analisar os pilares de um galpão em aço submetido à situação de incêndio, por meio de uma análise em elementos finitos, com a utilização de elementos de pórtico. As análises são do tipo não linear física, com o emprego de modelos elastoplásticos de curvas sugeridas pela EUROCODE 3, realizadas através do software Midas FEA – V.2.9.6.

2 ESTRUTURAS DE AÇO EM SITUAÇÃO DE INCÊNDIO

Para a verificação da estrutura quanto à resistência ao fogo, a NBR 14432 (2001)

adota o parâmetro do Tempo Requerido de Resistência ao Fogo. Tal norma define diversos outros critérios de isenção da verificação estrutural para situação de incêndio. Para melhor conhecimento de tais critérios, deve-se consultar a norma citada.

Fazendo-se uma analogia para a condição excepcional de um incêndio, a estrutura com ou sem proteção contra incêndio, deverá ter grande probabilidade de resistir aos esforços solicitantes em temperatura elevada, de forma a evitar o seu colapso. São aceitáveis plastificações e ruínas localizadas que não determinem colapso além do local. Nesse caso, depois de um incêndio, a estrutura só pode ser reutilizada após verificação. Nesse caso excepcional, as reduções das resistências e da rigidez devem ser considerados no dimensionamento da estruturas para a garantia da resistência requerida.

Um dos métodos aplicados para a análise de incêndio em estruturas é Curva temperatura-tempo de um incêndio. Entretanto, este comportamento será uma ferramenta pouco utilizada para estruturas de Engenharia Civil, em vista que nesse método trabalhe-se com menores temperaturas na região inicial (fase de ignição – Figura 2.1). Neste período não há riscos à vida humana ou a estrutura e eventuais elementos de prevenção de incêndio, como por exemplo, detectores de fumaça/chama/temperatura, chuveiros automáticos, extintores, brigada de incêndio etc, poderão ser eficientes e tornar totalmente desnecessário a verificação de segurança da estrutura (SILVA, 2004).



Figura 2.1. Curva do flashover (CBMDF, 2008)

Existe um momento especifico que o incêndio assume proporções maiores, na curva

temperatura-tempo. Ocorre uma inflamação generalizada dos elementos, é um estado transitório em que os elementos combustíveis se inflamam, entram em ignição quase simultaneamente gerando uma grande propagação do calor e caracterizando a consolidação do incêndio. Esse estágio intermediário do incêndio é conhecido com flashover.

Segundo Silva (2004), o comportamento-padrão do incremento de temperatura do incêndio é estudado e consolidado através do uso de curvas e gráficos que relacionam temperatura com o tempo. Esses, por sua vez, têm por base ensaios e/ou modelos matemáticos aferido por ensaios que tendem a simular a situação de incêndio.

2.1 Incêndio natural

Nesse modelo deve-se considerar a variação de material combustível (carga

incêndio) e a atuação dos diferentes níveis de ventilação que agem sobre o incêndio e o grau de compartimentação do local/edificação em situação de incêndio.

Para este método a temperatura dos gases respeita as curvas temperatura-tempo natural, construídas por meio de ensaios ou modelos matemáticos aferidos em ensaios de incêndio que simulam a real situação de um ambiente sinistrado. Basicamente os ensaios são realizados em ambiente com aberturas - janelas, não há condições de o incêndio propagar-se para fora dele em decorrência de isolamento térmico, de estanqueidade, e de resistência dos elementos de vedação. Dessa forma, nomeia-se esse método de incêndio natural compartimentado (SILVA, 2004).

A NBR 14432 (2001) traz uma eficiente definição de incêndio natural: variação de temperatura que simula o incêndio real, função da geometria, ventilação, características térmicas dos elementos de vedação e da carga de incêndio específica.

A norma sueca SBN 67 (1967) foi o primeiro trabalho a utilizar o método do incêndio natural com eficiência e precisão. Um modelo elaborado pelo sueco Pettersson e outros cientistas suecos e posteriormente franceses, permitiu calcular as curvas temperatura-tempo de um incêndio natural compartimentado, conforme a Figura 2.2 do incêndio natural.



Figura 2.2. Incêndio natural (SBN, 1967)

2.2 Incêndio-padrão

Com o decorrer dos estudos, foi verificado que a curva temperatura-tempo do

incêndio se altera para as diversas situações ensaiadas. Um novo modelo foi estabelecido para a análise experimental das diversas estruturas, de materiais de prevenção e minimização de perdas e vidas na ocorrência de sinistro de incêndio. Esse modelo foi consolidado com o nome de Modelo de Incêndio-Padrão (SILVA, 2004).

Nesse modelo admite-se que a temperatura dos gases do ambiente em chamas respeite as curvas-padronizadas para o ensaio, a curva temperatura-tempo dos gases.

Esse tipo de curva é bem distinta por possuir apenas uma parte ascendente bem característica e bem definida, conforme Figura 2.3. Ou seja, a temperatura dos gases sempre se comporta de forma crescente com o tempo, independe das características do ambiente e da carga-incêndio.

Por não corresponder a um incêndio real - pois em um sinistro real os gases terão uma fase descendente do grau de agitação das suas moléculas - os dados obtidos devem ser bem analisados para fornecer padrões para projetos de estruturas de Engenharia Civil em situação de incêndio.

Silva (2004) indica que, em relações as limitações desse modelo, há de se considerar que as curvas recomendadas foram consolidadas somente para ambiente confinados relativamente pequenos, com área de piso inferior a 100 m2.

Figura 2.3. Modelo de incêndio-padrão (SILVA, 2004)



2.3 Diagramas estruturais do aço a alta temperatura

O aço a altas temperaturas tem suas características físicas e químicas alteradas, assim como o concreto, diminuindo a sua resistência e rigidez. Em situação de incêndio, estas características devem ser consideradas no dimensionamento do aço (SILVA, 2004).

A norma européia EUROCODE 3 (1993) recomenda o seguinte diagrama tensão-deformação (Figura 2.4) conforme ensaios realizados por siderúrgicas da Europa.

Figura 2.4. Aspecto do diagrama tensão-deformação dos aços estruturais à temperatura

θ, conforme EUROCODE (SILVA, 2004) O elemento estrutural de aço entra em colapso a partir de uma determinada

temperatura, a qual é denominada temperatura crítica (“θcr”). Os pilares e as vigas em aço possuem temperatura crítica em torno de 500 ºC e 700 ºC; nessas temperaturas o aço tem suas propriedades mecânicas alteradas; valores de resistência à tração e compressão diminuem consideravelmente, além da resistência ao escoamento.

3 METODOLOGIA

3.1 Modelos Numéricos

Os modelos numéricos utilizados foram construídos no programa MIDAS FEA – Advanced Nonlinear and Detail Analysis System V2.9.6, com licença cordialmente cedida pela empresa R.A. ROCHA ENGENHARIA LTDA. Na Figura 3.1 é apresentada a discretização em elementos finitos do pórtico principal da estrutura.

Para discretização da estrutura se utilizou elementos de treliça na composição da estrutura da cobertura e pilares. A escolha dos elementos de treliça ocorreu em função da complexidade da análise elastoplástica feita neste trabalho. A redução de um grau de liberdade por nó proporcionou uma melhor performance para a convergência dos algoritmos na análise elastoplásticas, a qual será apresentada no Capítulo 6.

O eixo adotado para o sentido positivo das direções “x”, “y” e “z” para a modelagem numérica será conforme exposto na Figura 3.1.



Figura 3.1. MODELO 3D – SEÇÕES

Para a análise estrutural numérica foram adotados os seguintes carregamentos: carga

adicional, forro, sobrecarga e telhado. As análises numéricas linear e não-linear elastoplástica foram realizadas na condição de serviço da estrutura, por meio da Combinação Quase Permanente de Serviço.

Na Tabela 3.1, podem ser observadas as propriedades mecânicas do aço utilizado nas análises numéricas.

Tabela 3.1. Propriedades mecânicas do aço Peso específico

(kN/m3) Módulo de

elasticidade (kN/m2) Coeficiente de

Poisson 75,0 200.000.000,0 0,3

4 ANÁLISE NUMÉRICA 4.1 Análise Elastoplástica

Para o modelo numérico da análise elastoplástica foi utilizado o critério de Von

Mises. Este critério, também conhecido como a teoria do deslocamento de , foi formulado por Von Mises em 1913 e sugere que a plastificação ocorre quando o invariante de desvio das tensões alcança um valor crítico, conforme a equação (4.1):

(4.1) Onde: Φ(α) - é a dependente do parâmetro de endurecimento; (α) - é o raio da superfície de plastificação. Tal equação parte da expressão da tensão efetiva ( - equação (4.2):

(4.2)

4.1.1 Gráficos tensão-deformação

A seguir, são apresentados os gráficos das funções elastoplásticas utilizadas para a análise não-linear da estrutura, através do critério Von Mises. Os gráficos tensão x deformação representam a não-linearidade do comportamento do material aço em situação de



incêndio. Foram construídas as curvas para as temperaturas de 200 ºC, 300 ºC, 400 ºC, 500 ºC, 600 ºC e 700 ºC. Neste estudo, indicaremos apenas a curva para a temperatura de 200 ºC (Figura 4.1) e para a temperatura de 700 ºC (Figura 4.2).

Figura 4.1. Curva tensão x deformação do pilar de aço a 200º C

Figura 4.2. Curva tensão x deformação do pilar de aço a 700º C

4.2 Análise Linear Elástica

Através do programa computacional MIDAS FEA calculou-se os esforços

solicitantes, as reações de apoio e os deslocamentos nas peças estruturais do pórtico central. Os resultados da análise numérica são apresentados a seguir para a combinação Última Normal, Quase Permanente de Serviço e Última Excepcional.

Para todas as considerações, utiliza-se a Combinação Última Normal no dimensionamento da treliça, a Combinação Quase Permanente de Serviço para analisar o comportamento da estrutura tendo em vista os efeitos de longa duração na grande parte do período da estrutura, e a Combinação Última Excepcional – por fim – representa os



carregamentos da estrutura em uma eventual situação de incêndio (devido a sua ação curta e baixa probabilidade de acontecimento).

4.2.1 Esforços solicitantes

Aqui se apresentam os resultados dos esforços solicitantes nos pilares dos pórticos

Através do programa MIDAS FEA expõe-se as tensões e forças axiais nas peças.

Figura 4.3. Tensões na Combinação Última Normal

No gráfico apresentado na Figura 4.3, pode-se observar que a Tensão mais elevada,

para a Combinação Última Normal, encontra-se nas extremidades dos pilares, com intensidade de 21.498,2 kN/m2.

A Tensão SXX mais elevada nos pilares, para a Combinação Quase Permanente, foi de 15.001,3 kN/m2 (figura não exposta aqui) .

Figura 4.4. Tensões na Combinação Última Excepcional

Para a Combinação Última Excepcional, o maior valor de Tensão SXX, nos pilares

analisados, foi 15.519,8 kN/m2, como pode ser visto na Figura 4.4. Os valores máximos para as Forças Normais, como eram de se esperar, apresentam o

mesmo comportamento das Tensões Máximas, sendo -120,1 kN, -84,2 kN e -87,1 kN para as combinações Última Normal, Quase Permanente e Última Excepcional, respectivamente. Estes dados podem ser observados nas Figura 4.5, Figura 4.6, Figura 4.7:



Figura 4.5. Normal na Combinação Última Normal

Figura 4.6. Normal na Combinação Quase Permanente de Serviço

Figura 4.7. Normal na Combinação Última Excepcional

4.2.2 Reações de apoio

Aqui se apresentam os valores das reações de apoio dos pilares dos pórticos, obtidas

pelo programa de análise estrutural em elementos finitos MIDAS FEA. Os resultados da análise linear para as combinações Última Normal e Última

Excepcional podem ser visualizadas na Figura 4.8 e Figura 4.9.



Figura 4.8. Reações de apoio da Combinação Última Normal

A reação de apoio do pilar direito conforme gráfico apresentado na Figura 4.8 na

Combinação Última Normal na temperatura ambiente foi 127,7 kN. A reação de apoio do pilar direito na Combinação Quase Permanente na temperatura

ambiente foi 89,1 kN.

Figura 4.9. Reações de apoio da Combinação Última Excepcional

Para a Combinação Última Excepcional, a reação de apoio do pilar direito foi 92,1

kN, de acordo com o gráfico apresentado na Figura 4.9.

4.2.3 Deslocamentos

Na Figura 4.10 e Figura 4.11, respectivamente, são apresentados os deslocamentos horizontais e verticais do pórtico na Combinação Quase Permanente de Serviço, calculados através do programa MIDAS FEA.



Figura 4.10. Deslocamentos X da Combinação Quase Permanente de Serviço

De acordo com o gráfico apresentado anteriormente, o valor de Deslocamento X para

a porção superior esquerda do perfil esquerdo do pilar direito, na temperatura ambiente para a Combinação Quase Permanente de Serviço, foi 0,0808 cm. O banzo inferior central obteve um deslocamento de 0,162 cm.

Figura 4.11. Deslocamentos Y da Combinação Quase Permanente de Serviço

Analisando o gráfico apresentado anteriormente na Figura 4.11, observa-se que o

valor de Deslocamento Y para a porção superior esquerda do perfil esquerdo do pilar direito, na temperatura ambiente para a Combinação Quase Permanente de Serviço, foi 0,105 cm. O banzo inferior central obteve um deslocamento de -2,93 cm.

4.3 Análise Não Linear Elastoplástica

A análise não-linear elastoplástica foi realizada com foco na situação de incêndio,

mais especificamente às temperaturas de 200°C, 300°C, 400°C, 500°C, 600°C e 700°C. É importante observar que a partir da temperatura de 700°C o programa não convergiu os algoritmos numéricos para a carga solicitante.

Os resultados deste estudo foram obtidos com o apoio dos gráficos tensão x deformação relacionados na Seção 4.1.1, os quais correspondem ao comportamento estrutural do aço ASTM A36 às temperaturas de 200ºC, 300ºC, 400ºC, 500º, 600ºC e 700ºC. Deste modo, se construiu as análises não-lineares expostas a seguir (Figura 4.12. Deformação à 200ºCà Figura 4.17. Tensão à 200ºC).



As figuras aqui apresentadas serão relacionadas apenas ao comportamento da estrutura de aço à temperatura de 200º C. As demais temperaturas (300ºC, 400ºC, 500º e 600ºC) não serão apresentadas neste trabalho.

Importante frisar nesse tópico que não foram considerados nesse estudo momentos solicitantes (flexocompressão) nas peças. Haverá apenas carregamentos verticais atuantes.

Serão estudados – para o deslocamento X e Y – o banzo inferior central da treliça e a parte superior esquerda do perfil metálico esquerdo do conjunto duplo de pilar direito do pórtico central. Para os parâmetros Deformação, Força Normal e Tensão serão analisados para os maiores valores solicitantes existentes na peça estrutural.

A seguir, na Figura 4.12, pode-se observar o maior valor de Deformação EXX para o perfil do pilar com intensidade de -7,23 x 10-5 m/m.

Figura 4.12. Deformação à 200ºC

Figura 4.13. Deslocamento X à 200ºC

O valor de Deslocamento X para a porção superior esquerda do perfil esquerdo do

pilar direito, conforme Figura 4.13, foi 0,246 cm. O banzo inferior central apresentou Deslocamento em X de 0,121 cm.



Figura 4.14. Deslocamento Y à 200ºC

O valor de Deslocamento Y para a porção superior esquerda do perfil esquerdo do

pilar direito, conforme Figura 4.14, foi 0,106 cm. O banzo inferior central apresentou Deslocamento em X de -2,93 cm, tudo conforme figura Figura 4.14.

Figura 4.15. Normal à 200ºC

A Normal máxima para os pilares foi de 81,15 kN (Figura 4.15) . A reação de apoio

do pilar direito foi 85,18 kN e a Tensão SXX máxima para os pilares foi de -14.466,90 kN/m2. , conforme Figura 4.16 e Figura 4.17 respectivamente.

Figura 4.16. Reações de Apoio à 200ºC



Figura 4.17. Tensão à 200ºC

4.4 Análise Final Dos Resultados Com o uso do programa MIDAS FEA, foi realizada uma análise linear à temperatura

ambiente e uma análise não linear com Critério de Von Mises para os elementos da treliça plana. Através do uso do programa computacional foram obtidos os gráficos de análise relacionados na Tabela 4.1.

Tabela 4.1. Análises Realizadas pelo Programa Estrutural MIDAS FEA.

ANÁLISE LINEAR

NORMAL ÚLTIMA QUASE PERMANENTE

ÚLTIMA EXCEPCIONAL

DESLOCAMENTO X ------ 20°C ------ DESLOCAMENTO Y ------ 20°C ------

FORÇA NORMAL 20°C 20°C 20°C REAÇÃO DE APOIO 20°C 20°C 20°C

TENSÃO 20°C 20°C 20°C ANÁLISE NÃO LINEAR QUASE PERMANENTE

DEFORMAÇÃO 200 °C 300 °C 400°C 500°C 600°C DESLOCAMENTO X 200 °C 300 °C 400°C 500°C 600°C DESLOCAMENTO Y 200 °C 300 °C 400°C 500°C 600°C

FORÇA NORMAL 200 °C 300 °C 400°C 500°C 600°C REAÇÃO DE APOIO 200 °C 300 °C 400°C 500°C 600°C

TENSÃO 200 °C 300 °C 400°C 500°C 600°C É importante considerar que a combinação Normal Última e Última Excepcional

foram utilizadas somente para o dimensionamento da estrutura de treliça. O eixo adotado para o sentido positivo das direções “x”, “y” e “z” para a modelagem

numérica será conforme exposto na Figura 3.1. A análise principal será voltada para o pórtico central da estrutura. O pórtico é sustentado por dois conjuntos de perfis metálicos que formam cada pilar. O pilar direito é formado por um conjunto de dois perfis metálicos conjugados.

Para todos os efeitos aqui estudados, os dois perfis formadores do pilar trabalharão igualmente e suportarão os mesmos esforços. Desta forma, podem-se considerar semelhantes ações e esforços entre os dois perfis formadores do pilar direito do pórtico.Para os deslocamentos “X” e “Y”, serão feitas análises da porção superior esquerda do perfil esquerdo do pilar. Para as demais análises (deformação, tensão, normal e reações de apoio) serão sempre levados em consideração o maior esforço solicitante existente na peça metálica.



Será inclusa nas análises - apenas a título de complementação do trabalho, tendo em vista que o presente estudo volta-se. A partir dos dados obtidos com os gráficos da análise numérica, construíram-se gráficos que demonstram o comportamento da estrutura em temperatura ambiente (20°C) e no decorrer de um incêndio. O programa não convergiu nenhum dado após a temperatura de 600 ºC

Em relação aos resultados alcançados por meio dos diagramas obtidos pela análise numérica podemos expressar os comentários descritos a seguir.

Figura 4.18. Deformação em Situação de Incêndio.

Deformação: a deformação do perfil esquerdo do pilar direito – tomado isoladamente

– caracteriza-se como uma crescente compressão de acordo com o aumento da temperatura e respectivo agravamento da situação (Figura 4.18). Após a temperatura de 300ºC, a deformação pode ser considerada constante; após o valor de 500ºC a deformação torna a crescer. Aos 600ºC, a estrutura alcança seu nível máximo de deslocamento.

Figura 4.19. Deslocamento do Banzo Inferior Central em Situação de Incêndio.



Figura 4.20. Deslocamentos do Banzo Inferior Central em Temperatura Ambiente (20°C).

Deslocamentos: Em relação ao deslocamento “y” (vertical) da parte central do banzo

inferior da treliça, observa-se que ele comporta-se crescentemente cedendo para baixo, conforme Figura 4.19 (os valores são negativos como era de se esperar devido à fadiga da treliça). O deslocamento horizontal do banzo inferior central será positivo (Figura 4.19).

A temperatura ambiente de 20º C (Figura 4.20), o deslocamento encontrado é coerente com a evolução dos deslocamentos encontrados com o incremento da temperatura.

Figura 4.21- Deslocamento do Perfil Esquerdo do Pilar Direito em Situação de Incêndio.

Figura 4.22. Deslocamento do Perfil Esquerdo do Pilar Direito em Temperatura

Ambiente.



Em relação ao deslocamento do perfil metálico esquerdo do pilar direito, conclui-se que o deslocamento vertical e horizontal serão positivos (Figura 4.21). Quando comparados aos resultados dos deslocamentos à temperatura ambiente, os valores do deslocamento horizontal e vertical em situação de incêndio – devido à dilatação do aço com a ação do calor – são maiores e crescentes (comparação da Figura 4.21 com Figura 4.22).

Figura 4.23. Reações de Apoio em Situação de Incêndio.

Figura 4.24. Reações de Apoio à Temperatura Ambiente.

Reações no Apoio: as reações no apoio podem ser consideradas constantes desde a

temperatura ambiente (Figura 4.24) até o agravamento do incêndio (Figura 4.23). Isto ocorreu tendo em vista que foi considerado para a análise apenas o carregamento da estrutura, o qual se manteve constante no decorrer da análise. Foi a partir destas reações que o algoritmo para análise numérica foi calibrado, possibilitando a convergência dos resultados das demais solicitações.

Tendo em vista os diferentes coeficientes de ponderação, os valores da reação no apoio de projeto (combinação normal última) foram maiores do que os valores da normal da combinação excepcional; que por sua vez, esses últimos foram maiores do que a situação quase permanente (Figura 4.24). Como esperado, esta peculiaridade também caracterizou os valores ponderados à temperatura ambiente das normais (Figura 4.26) e tensões (Figura 4.28).



Figura 4.25. Normal em Situação de Incêndio.

Figura 4.26. Normal à Temperatura Ambiente.

Normal: A força axial no perfil analisado demonstrou um comportamento crescente

de compressão em situação de incêndio, e após a temperatura de 300ºC permaneceu constante, tendo um aumento na temperatura de 600ºC (Figura 4.25). O comportamento compressivo se explica principalmente devido à consideração apenas do carregamento da estrutura na análise numérica, o que acarretou uma reação vertical de compressão no eixo do pilar. Os valores obtiveram pouca variação quando comparados aos resultados à temperatura ambiente (combinação quase permanente - Figura 4.26).

Figura 4.27. Tensão em Situação de Incêndio.



Figura 4.28. Tensão em Temperatura Ambiente.

Tensão: A tensão máxima do perfil esquerdo do pilar direito caracterizou como uma

crescente compressão, desde a análise linear à temperatura ambiente até a análise não-linear com o incremento da temperatura (Figura 4.27 e Figura 4.28). Estes resultados eram esperados para os valores das tensões, já que possui relação direta com os valores das forças axiais.

5 CONCLUSÃO

Por conclusão, este estudo possibilitou verificar a aplicação do método simplificado e o de incêndio natural para dimensionamento de estruturas de aço em situação de incêndio. As planilhas produzidas permitiram analisar os resultados de temperatura crítica do pilar do exemplo estudado.

O método do incêndio natural resultou em níveis de temperatura mais baixos que o método simplificado. Esta situação demonstra a possibilidade de maior economia no uso de material de proteção térmica quando utilizado o método do incêndio natural, conclusão que ratifica a literatura consultada.

Apesar de ser economicamente mais viável, foi verificado que o método do incêndio natural para dimensionamento possui limitações de cálculo que podem influir em desfavor da segurança. As curvas parametrizadas utilizadas no método representam situações reais específicas de níveis de ventilação e dimensões de compartimento, podendo não ser aplicadas na análise do comportamento real de uma estrutura com parâmetros distintos.

O presente estudo provavelmente tornar-se-á base teórica para uma futura possível criação de Norma Técnica do Corpo de Bombeiros Militar do Distrito Federal para a “Verificação das Estruturas de Aço em Situação de Incêndio”.

6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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