Análise do efeito da continuidade de lajes mistas com chapa de aço colaborante em situação de incêndio

• Autor(a) principal: Bolina, Fabrício Longhi
• Data de Publicação: 2021
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UNISINOS (RBDU Repositório Digital da Biblioteca da Unisinos)
• Texto Completo: http://www.repositorio.jesuita.org.br/handle/UNISINOS/10881
• topic: ACCNPQ::Engenharias::Engenharia Civil; Lajes mistas de aço e concreto; Incêndio; Análise numérica; Análise experimental; Efeito de continuidade; Composite steel deck and concrete slabs; Fire; Numerical analysis; Experimental analysis; Continuity effect

As estruturas mistas de aço e concreto tratam-se de uma solução frequente em edifícios altos, justo onde as exigências de segurança estrutural ao incêndio são intensificadas. No caso das lajes mistas, a exposição direta da chapa perfilada metálica incorporada (steel deck) ao ambiente e a sua sensibilidade as altas temperaturas pressupõe rápida falência ao incêndio, o que tem sido contornado com a adição de armaduras suplementares. Este estudo avaliou a influência da utilização destas armaduras no desempenho ao fogo de lajes mistas. Estima-se que a substituição das armaduras positivas (AP) por negativas (AN) otimize o consumo de aço destas estruturas, pois a chapa já funciona como AP e as AN estão termicamente mais protegidas. As AN inclusive mitigam os momentos positivos solicitantes, a responsabilidade mecânica da chapa e incorpora redundância estrutural. Esta tese realizou uma análise numérica e experimental de lajes mistas estruturalmente contínuas ao incêndio. Comparou-se a influência do uso de armaduras positivas (AP) e/ou negativas (AN) na sua performance em altas temperaturas. No estudo numérico, adotouse dois critérios de análise: (C1) distribuição de temperatura em estado estacionário com aumento do carregamento aplicado ao longo do tempo, e (C2) distribuição de temperatura em estado transiente com carregamento constante no tempo. O C1 permitiu determinar a capacidade última da laje para determinada temperatura e tempo da ISO 834, enquanto que o C2 sua resistência ao fogo. A magnitude das tensões desenvolvidas foram medidas e discutidas para ambos os casos. A simulação numérica foi feita no software Abaqus. A parte experimental foi usada na calibração paramétrica dos modelos numéricos. Foram construídos 17 protótipos de lajes mistas em escala real especificadamente para o estudo, sendo 9 com dimensões de 886x4600 mm e 8 de 3000x4600 mm, avaliados a temperatura ambiente (ensaio de flexão simples de cinco pontos) e altas temperaturas (forno horizontal com a curva da ISO 834) com 18 meses de idade. Os protótipos foram testados com apoio intermediário rígido, formando 2 vãos de 2300 mm cada. Estes ensaios propiciaram 31 pontos de validação do modelo numérico proposto, creditando-o para este estudo. Como resultado, o C1 direcionou a respostas de perspectiva termomecânica, enquanto o C2 de vies termo-físico-mecânico. Claramente notou-se que o princípio de cálculo da EN 1994-1.2 e NBR 14323 fundamenta-se no C1. Entretanto, o C1 não permite identificar o incremento do estado de tensão na laje pelos efeitos térmicos, tal como a mobilização de membrana, o que só é possível no critério C2. O C2 ainda possibilita identificar as fissuras desenvolvidas no concreto e o desprendimento da chapa da laje durante o incêndio. O C2 5 mostrou resultados mais realistas, porém é mais complexo e demorado frente ao C1, pois envolve parâmetros termo-físico-mecânicos que variam no tempo, além de diversos testes para a determinação do carregamento crítico das lajes mistas. Tanto na perspectiva do C1 quanto C2 a substituição de AP por AN não foi interessante. As lajes somente com AP mostraram os melhores resultados. Retirar as AP comprometeu o momento positivo resistente, tornando-se o ponto frágil da laje ao incêndio. Nesse caso, o uso de AN foi inócuo, tornando-as sub-aproveitadas. Isso ocorreu pois o comportamento misto ao incêndio inexistiu devido ao desprendimento da chapa por volta dos primeiros 5 min de exposição às altas temperaturas. A continuidade estrutural foi, inclusive, afetada por fissuras do thermal bowing desde os primeiros 10 min. Entendeu-se necessário ajustes no método simplificado de cálculo do EN 1994-1.2 e NBR 14323, pois é baseado somente no C1. O fato motivou a proposição de novas formulações algébricas de cálculo na tentativa de incorporar simplificadamente o C2 nas equações de definição do momento resistente ao incêndio. Também se propôs uma nova metodologia para a definição das temperaturas no concreto, armaduras positivas, negativas e chapa. Uma nova tabela simplificada de definição do isolamento térmico da laje foi proposta.