Estudo numérico dos efeitos estruturais da exposição de pilares em concreto armado a altas temperaturas

Abstract

Com o passar dos anos, devido principalmente as catástrofes provocadas por graves incêndios em prédios, pavilhões industriais, túneis e outras obras de engenharia, percebeu-se um aumento no foco de grupos de pesquisas em estudar o comportamento dos elementos estruturais expostos ao fogo. Sabe-se que os pilares que compõem a estrutura de uma edificação são os principais responsáveis pela integridade da mesma, o que justifica a necessidade e a preocupação em estudá-las e protegê-las. Atualmente, o comportamento e a segurança de elementos estruturais são determinados por procedimentos simplificados presentes nas normas vigentes que abrangem esta área de estudo, tal como a NBR 15200:2012. Desta forma, o presente trabalho tem como principal objetivo a criação de um modelo numérico tridimensional para simulação adequada de pilares de concreto armado em situação de incêndio através do software ANSYS 19.1, com base no método dos elementos finitos (MEF). O modelo proposto visa predizer o comportamento estrutural sob altas temperaturas, pois é sabido que a temperatura elevada reduz significativamente a resistência dos materiais. Para isto, os principais fatores que governam a resposta estrutural dos elementos em função da temperatura são levados em consideração. As análises obtidas com o modelo criado foram confrontadas e validadas com resultados oriundos de ensaios laboratoriais, evidenciando boa correlação entre o campo numérico e o experimental. Ao final do estudo, apresenta-se, em conformidade com a normatização brasileira, uma aplicação prática de dimensionamento e verificação de um pilar usual. Tanto a análise térmica quanto a termomecânica deste pilar permitem concluir que o dimensionamento feito pela NBR 6118:2014 em conjunto com a NBR 15200:2012 oferece a segurança requerida, protegendo o aço frente ao aumento de temperatura e resistindo ao incêndio sem atingir o colapso estrutural.

Over the years, mostly due to the catastrophes caused by serious fires in buildings, industrial pavilions, tunnels, and other engineering works, it was observed an increase in the focus of research groups to study the behavior of structural elements exposed to fire. It is known that the columns of the structure of a building are the main responsible for its integrity, which justifies the need and concern in understanding and protecting them. Nowadays, the behavior of structural elements and their safety are commonly determined by simplified procedures suggested by the current specific standards, such as NBR 15200:2012. Therefore, this work aims to create a three-dimensional numerical model for appropriate simulation of reinforced concrete columns exposed to fire through software ANSYS 19.1, based on finite element method (FEM). The proposed model aims to predict the structural behavior of reinforced concrete columns in a fire situation since it is known that high temperatures significantly reduce their mechanical resistance. For this, the main factors that govern their structural response are taken into account. Analyzes obtained with the proposed model were validated with results from experimental data, evidencing a good correlation between numerical and experimental field. At the end of this study, according to Brazilian codes, a practical designing application and verification of a usual. Both thermal and thermomechanical analysis of this column allow to conclude that the designing made with NBR 6118:2014 associated with NBR 15200:2012 offers the required safety, protecting steel bars against rising temperature and resisting the fire situation without reaching structural collapse.