Análise de confiabilidade de vigas de concreto armado em situação de incêndio

Abstract

Em uma situação de incêndio, deve-se garantir que a edificação resista ao fogo por um tempo determinado para que possa haver a evacuação das pessoas que habitam e utilizam essa edificação ou até mesmo para que elas sejam resgatadas. Sendo assim, se faz necessário que o engenheiro civil saiba avaliar a forma com que a estrutura ou parte dela se comporta diante da ocorrência desse sinistro, para que seja possível determinar a segurança ou confiabilidade a partir da utilização de um certo critério que avalie o desempenho da estrutura. O comportamento da estrutura pode não ser o idealizado inicialmente pelo projetista devido ao fato de diversas variáveis aleatórias estarem envolvidas nesse problema. Diante desse contexto, o presente trabalho tem por objetivo avaliar a confiabilidade de vigas de concreto armado em situação de incêndio, estimando o efeito que certas considerações e parâmetros causam ao se determinar o índice de confiabilidade de cada uma das vigas analisadas. Essa análise será feita a partir da criação de um programa computacional desenvolvido no software Matlab. Dentro da programação, foram consideradas uma série de variáveis aleatórias, as quais necessitam ser preenchidas pelo usuário com seus tipos de distribuição, seus valores nominais, suas relações entre valores médios e valores nominais, seus coeficientes de variação e eventual correlação entre as variáveis. Além disso, no código foi utilizada uma função de estado limite à nível de seção transversal, correspondente ao meio do vão, já que as vigas analisadas são do tipo biapoiadas, avaliando se o momento resistente é superior ou não ao momento atuante ao logo da duração do incêndio. Para levar em conta os efeitos das altas temperaturas, decorrentes do incêndio, no aço e no concreto, foi utilizado o método da Isoterma de 500°C, um método simplificado de verificação à situação de incêndio segundo a NBR 15200:2012, o qual é utilizado em conjunto com os fatores de redução da resistência do aço em função da temperatura, que por sua vez é determinada através da metodologia de fluxo de calor proposta por Wickström (1986). Utilizando uma viga modelo e alterando em cada análise um determinado parâmetro ou alguma consideração, fez-se um estudo da influência que tais mudanças representam no índice de confiabilidade conforme o incêndio padrão se desenvolve através da geração de gráficos que mostram esses índices calculados para determinados tempos de análise através do método FORM. Para a viga modelo, também se realizou uma análise de sensibilidade ao longo desses tempos para que se compreendesse quais variáveis apresentam maior impacto na função de estado limite e em quais instantes isso ocorria e apresentou-se uma metodologia para a determinação do índice de confiabilidade requerido. Ao término do trabalho, concluiu-se que as variáveis que apresentavam maior influência na confiabilidade das vigas de concreto armado em situação de incêndio foram o cobrimento e a temperatura de incêndio. Além disso, percebeu-se que o número de faces da viga afetada pelo incêndio possui grande impacto na segurança dessas estruturas e que a metodologia proposta para determinar o índice de confiabilidade alvo, para um caso de projeto usual levando-se em conta incêndio, resultou em valores no intervalo de 0,00 a 0,31.

In a fire situation, it must be ensured that the building resists the fire for a certain time so that the people who inhabit and use this building can be evacuated or even rescued. Therefore, it is necessary for the civil engineer to know how to evaluate the way in which the structure or part of it behaves in the event of this accident, so that it is possible to determine the safety or reliability from the use of a certain criterion that evaluates the performance of the structure. The behavior of the structure may not be the one initially envisioned by the designer because several random variables are involved in this problem. Given this context, the present work aims to evaluate the reliability of reinforced concrete beams in a fire situation, estimating the effect that certain considerations and parameters cause when determining the reliability index of each of the analyzed beams. This analysis is performed by the developed computer program in Matlab software. Within the programming, a series of random variables were considered, which need to be defined in by the user with their types of distribution, their nominal values, their relations between average values and nominal values, their coefficients of variation and eventual correlation. In addition, the code assumes an ultimate limit state function at the cross-section level, corresponding to the mid-span, since the analyzed beams are simple supported, evaluating whether the resistant moment is exceeded or not by the loading moment over the duration of the fire. In order to take into account the effects of high temperatures resulting from fire on steel and concrete, the 500°C Isotherm method, which is a simplified method of verification under a fire situation according to NBR 15200:2012, was used in conjunction with the steel resistance reductions factors as a function of temperature, determined by the simplified heat flux methodology proposed by Wickström (1986). Using a model beam and changing in each analysis a certain parameter or some considerations, a study was performed on the influence that such changes represent on the reliability index as the standard fire develops, using graphics that indicate the reliability indexes histories through the FORM method. For the model beam, a sensitivity analysis was also carried out over these times in order to understand which variables have the largest impact on the limit state function and at when it occurs in the fire, and a methodology was presented for determining the required reliability index. At the end of the work, it was concluded that the variables that had the largest influence on the reliability of reinforced concrete beams in a fire situation were the cover and the fire temperature. In addition, it was noticed that the number of faces of the beam affected by the fire has a great impact on the safety of these structures and the methodology proposed to determine the target reliability index, for a case of usual design taking into account fire, resulted in values in a range of 0.00 to 0.31.