B. Engenharias - 1. Engenharia - 3. Engenharia Civil |
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INFLUÊNCIA DA ADOÇÃO DE DISTRIBUIÇÃO DE TEMPERATURA NÃO UNIFORME NA RESISTÊNCIA AO FOGO DE COLUNAS METÁLICAS |
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Bruna de Carvalho Faria Lima Lopes 1 |
Érika Aparecida dos Santos Gomes 1 |
Flávio Antônio Ferreira 2 |
Antônio Maria Claret de Gouveia 3 |
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(1. Programa de Educação Tutorial do Curso de Engenharia Civil/ PET Civil - EM/UFOP; 2. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil/ PROPEC - EM/UFOP; 3. Departamento de Engenharia de Controle e Automação/ DECAT - EM/UFOP) |
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INTRODUÇÃO: |
A deformação excessiva da estrutura metálica é a principal conseqüência da falta de segurança destas em casos de incêndios. O colapso estrutural é, em geral, determinado nas normas de verificação da segurança contra incêndios em ambientes de temperatura uniforme que seguem o incêndio padrão. Essa hipótese utiliza apenas uma única curva de variação temperarura-tempo monotonicamente crescente, o que não corresponde à realidade dos incêndios. Além disso, as temperaturas são supostas iguais em todos os pontos de um compartimento, independente de seu volume, da sua geometria e da taxa de ventilação, o que torna as soluções estruturais em aço extremamente conservadoras e onerosas.
Devido a isto, têm-se realizado numerosos estudos sobre a distribuição dos gases quentes em compartimentos visando determinar de forma mais realística o fluxo de calor incidente na estrutura. O modelo de duas camadas (Two Layers Zone Model) é uma alternativa para determinação da distribuição longitudinal da temperatura no compartimento incendiado. O modelo considera que há duas camadas de gases a diferentes temperaturas: uma camada superior de gases quentes e outra inferior de gases relativamente frios. O objetivo deste trabalho é investigar a influência da adoção de distribuições de temperatura não uniformes no comportamento estrutural de colunas de aço, comparando as temperaturas críticas obtidas considerando o modelo de duas camadas com os obtidos para distribuições uniformes de temperatura. |
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METODOLOGIA: |
Foram analisados pilares de aço isolados e de extremidades bi-rotuladas constituídos do perfil HP 310x125 produzido pela AÇOMINAS, com comprimentos de flambagem de 3.0, 4.5, 6.0, 7.5 e 9.0m sob flexo-compressão, provocada por cargas excêntricas. O valor da relação de excentricidade da carga (e/d), onde e é a excentricidade da carga e d é a altura do perfil, é igual a 0.25. O dimensionamento segue as prescrições da NBR 8800 (1986). As colunas são constituídas do aço ASTM A572 que tem tensão de escoamento de 345MPa e tensão última de 490MPa.
As análises térmicas são realizadas pelo software TASEF que utiliza o Método dos Elementos Finitos para obtenção da evolução da temperatura na seção transversal do perfil em função tempo. Nele, as seções transversais das colunas são divididas em um número de elementos bidimensionais. As colunas são analisadas em incêndio padrão com distribuição longitudinal de temperatura uniforme e em duas camadas. As análises estruturais a temperaturas elevadas foram feitas usando o Método dos Elementos Finitos através do software VULCAN. Nele, as colunas são divididas, longitudinalmente, em um número de elementos de viga-coluna unidimensionais. A seção transversal é dividida em 12 elementos. A resposta do VULCAN se dá em termos de temperaturas críticas e deslocamentos. A partir do VULCAN, é possível determinar a carga máxima que a coluna suporta em um determinado tempo de exposição ao incêndio. |
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RESULTADOS: |
Foram obtidos: o histórico de temperaturas nodais no perfil HP 310x125, em cada passo de tempo e a variação longitudinal de temperatura para todas as colunas analisadas, para ambos os modelos estudados.
Levando em conta que o objetivo principal do trabalho é verificar se há algum ganho no tempo de resistência ao fogo das estruturas com o emprego do modelo de duas camadas, observou-se que:
Os resultados demonstram que as distribuições longitudinais de temperatura não-uniformes afetam o comportamento estrutural, causando uma mudança nos deslocamentos e atrasando a formação das rótulas plásticas, e tendo por resultado um ganho de tempo de estabilidade estrutural.
Comparando os resultados obtidos em duas camadas com os resultados obtidos para distribuições uniformes de temperatura, nota-se que há um ganho significativo de resistência nas colunas de comprimento superior a 6.0m submetidas a razões de carga superiores a 0.6, indicado pelo aumento da temperatura crítica e um conseqüente aumento do tempo de resistência ao fogo. Já para colunas de comprimentos inferiores a 6.0m, não houve um ganho significativo de resistência. |
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CONCLUSÕES: |
O consumo de aço utilizado para as construções metálicas no Brasil ainda é baixo, se comparado ao dos países considerados desenvolvidos; mesmo assim, nos últimos anos, o uso desse material tem despertado o interesse de arquitetos e de engenheiros. Nesse contexto surgem diversas obras em aço, tais como edifícios comerciais de múltiplos andares, estações ferroviárias, bancos, consultórios médicos, ampliações e adaptações de edifícios, etc.
Os resultados deste trabalho indicam que pilares de aço de grandes comprimentos sujeitos à situação de incêndio são modelados de uma maneira mais realística quando simulados em ambientes onde existem duas camadas de gases a temperaturas diferentes. Assim sendo, torna-se importante à utilização do modelo de duas camadas no projeto de segurança estrutural contra incêndio em locais que possuam pés-direitos elevados, tais como galpões industriais, centros comerciais e terminais de passageiros, o que torna as soluções estruturais em aço menos conservadoras e onerosas, refletindo assim na competitividade desse material. |
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Instituição de fomento: Programa de Educação Tutorial/PET-MEC/SESU
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Trabalho de Iniciação Científica
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Palavras-chave: Incêndio padrão; Modelo de duas camadas; Modos de deformação. |
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Anais da 58ª Reunião Anual da SBPC - Florianópolis, SC - Julho/2006 |
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