Determinação do efeito da proteção em elementos construtivos de madeira submetidos à ação do fogo
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2022 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) |
Texto Completo: | http://hdl.handle.net/10400.22/21383 |
Resumo: | Há vários séculos que a madeira, tal como a história indica, continua a ter um lugar de destaque na engenharia e na construção como recurso disponível. A sua aplicação na construção é regulamentada através da exigência de classificação de incêndio. Esta classificação de incêndio baseia-se em testes ao fogo, ou seja, na resistência que os elementos construtivos apresentam quando submetidos na presença de fogo. É percetível que as propriedades da madeira variam em função de fatores como a temperatura, a humidade, a espécie, entre outros variáveis. Na situação da madeira exposta a uma ação de incêndio, as propriedades degradam-se com o aumento da temperatura. Essa degradação leva à carbonização da madeira, diminuindo assim a sua seção resistente. Com o recurso a testes experimentais, modelos analíticos e numéricos é possível avaliar o comportamento da madeira sob ação do fogo, determinar a espessura da camada carbonizada e avaliar a secção resistente remanescente para determinação da sua capacidade. Com a validação de modelos a partir de testes experimentais realizados anteriormente, a aproximação pelo método de elementos finitos constitui uma boa solução para o desenvolvimento de estudos. Assim, esta dissertação apresenta um modelo de validação, desenvolvido com a utilização de elementos finitos, constituído por vigas de madeira com uma placa de gesso de cada lado. A validação desse modelo é feita por comparação de resultados experimentais, relativos ao campo de temperaturas em pontos de controlo e na progressão da carbonização, em testes à escala real realizados por outros autores. O campo de temperaturas na face não exposta e a secção residual resultante da carbonização da madeira, são dois indicadores fundamentais para a classificação do elemento construtivo sob a ação do fogo. Posteriormente, desenvolveram-se um total de doze modelos numéricos, em que se variou a espessura da camada protetora de gesso, bem como as dimensões da secção transversal das vigas de madeira. A aplicação do critério de isolamento preconizado pela norma EN1363-1 permitiu perceber que o aumento da área correspondente à secção transversal das vigas não promove uma alteração significativa na resistência ao fogo do modelo de acordo com os resultados para o critério de isolamento, contudo é visível um aumento considerável na secção residual para a capacidade de carga. Indubitavelmente, a espessura da camada protetora de gesso desempenha um papel importante na resistência do modelo ao fogo, considerando o critério de isolamento. O mesmo se verifica na secção residual responsável pela capacidade de carga, para o instante de tempo de 60 minutos. |
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Com o recurso a testes experimentais, modelos analíticos e numéricos é possível avaliar o comportamento da madeira sob ação do fogo, determinar a espessura da camada carbonizada e avaliar a secção resistente remanescente para determinação da sua capacidade. Com a validação de modelos a partir de testes experimentais realizados anteriormente, a aproximação pelo método de elementos finitos constitui uma boa solução para o desenvolvimento de estudos. Assim, esta dissertação apresenta um modelo de validação, desenvolvido com a utilização de elementos finitos, constituído por vigas de madeira com uma placa de gesso de cada lado. A validação desse modelo é feita por comparação de resultados experimentais, relativos ao campo de temperaturas em pontos de controlo e na progressão da carbonização, em testes à escala real realizados por outros autores. O campo de temperaturas na face não exposta e a secção residual resultante da carbonização da madeira, são dois indicadores fundamentais para a classificação do elemento construtivo sob a ação do fogo. Posteriormente, desenvolveram-se um total de doze modelos numéricos, em que se variou a espessura da camada protetora de gesso, bem como as dimensões da secção transversal das vigas de madeira. A aplicação do critério de isolamento preconizado pela norma EN1363-1 permitiu perceber que o aumento da área correspondente à secção transversal das vigas não promove uma alteração significativa na resistência ao fogo do modelo de acordo com os resultados para o critério de isolamento, contudo é visível um aumento considerável na secção residual para a capacidade de carga. Indubitavelmente, a espessura da camada protetora de gesso desempenha um papel importante na resistência do modelo ao fogo, considerando o critério de isolamento. O mesmo se verifica na secção residual responsável pela capacidade de carga, para o instante de tempo de 60 minutos.For centuries, wood, as history indicates, has a prominent place in engineering and construction as an available resource. Its use in construction is regulated according to a fire rating that is based on fire tests, more precisely, on the resistance that the constructive elements present when submitted to fire. Wood properties vary depending on factors such as temperature, humidity, species, among other factors. And, in case of fire, these properties are degrated due to high temperatures, leading to the char layer of the wood and, consequently, the cross-section reduction. Applying experimental tests, analytical and numerical models, it is possible to evaluate the behavior of wood under the fire action, determine the thickness of the char layer and evaluate the remaining cross-section to obtain maximum fire resistance. With the validation of numerical models from previous experimental tests, the approximation by the finite element method seems to be a good solution for the study development. This thesis presents a validation model, developed with finite elements, with timber studs and a gypsum board on each side. And for its validation, the results of temperature evolution at specific points and the char layer formation were compared with experimental tests carried out in a full-scale furnace by other authors. The temperature field on the unexposed side and the resulting residual cross-section from the wood char layer are two fundamental indicators for the classifying these constructive elements under fire. A total of twelve numerical models were developed, varying the thickness of the protective gypsum layer and the dimensions of the timber stud cross-section. The application of the insulation criterion according to EN1363-1 showed that the increase in the area corresponding to the cross-section of the studs does not promote a significant change in the fire resistance of the model. However, there is a considerable increase in the residual cross-section for the load capacity. Undoubtedly, the thickness of the protective gypsum layer plays a major role in the fire resistance of the model, considering the insulation criterion. As well as the residual cross-section responsible for the load capacity, for the time instant of 60 minutes.Fonseca, Elza Maria MoraisRepositório Científico do Instituto Politécnico do PortoFernandes, Cristofe Samorinha2023-01-09T15:09:36Z20222022-01-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10400.22/21383TID:203112458porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-03-13T13:17:13Zoai:recipp.ipp.pt:10400.22/21383Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T17:41:26.988979Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse |
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