desenvolvimento de um algoritmo computacional para verificação de seções de concreto armado

127 Pages·2017·3.62 MB·Portuguese

ELDER PITA GARCIA PADRE

DESENVOLVIMENTO DE UM ALGORITMO COMPUTACIONAL PARA
VERIFICAÇÃO DE SEÇÕES DE CONCRETO ARMADO SUBMETIDAS À
FLEXÃO COMPOSTA OBLÍQUA EM SITUAÇÃO DE INCÊNDIO

Dissertação apresentada à Universidade
Federal de Viçosa como parte das
exigências do Programa de Pós-

Graduação em Engenharia Civil, para
obtenção do título de Magister Scientiae.

VIÇOSA
MINAS GERAIS – BRASIL
2017

ELDER PITA GARCIA PADRE

DESENVOLVIMENTO DE UM ALGORITMO COMPUTACIONAL PARA
VERIFICAÇÃO DE SEÇÕES DE CONCRETO ARMADO SUBMETIDAS À
FLEXÃO COMPOSTA OBLÍQUA EM SITUAÇÃO DE INCÊNDIO

Dissertação apresentada à Universidade
Federal de Viçosa como parte das
exigências do Programa de Pós-

Graduação em Engenharia da Civil, para
obtenção do título de Magister Scientiae.

APROVADA: 31 de agosto de 2017

______________________________ ______________________________
Ricardo Azoubel da Mota Silveira Reginaldo Carneiro da Silva
(Coorientador)

_________________________________________
José Carlos Lopes Ribeiro
(Orientador)
“Entregue o seu caminho ao Senhor; confie
nele, e ele agirá”.
Salmo 37:5

“Se não for o Senhor o construtor da casa, será
inútil trabalhar na construção. Se não é o
Senhor que vigia a cidade, será inútil a sentinela
montar guarda. Será inútil levantar cedo e
dormir tarde, trabalhando arduamente por
alimento”.
Salmo 127:1,2a

A Deus.
ii
AGRADECIMENTOS

A Deus, por tudo.
Ao Prof. Dr. José Carlos Lopes Ribeiro, pela disponibilidade, dedicação e
companheirismo durante este trabalho.
Aos meus pais e meu irmão, pelo cuidado e apoio que tanto precisei durante este
período. À Cassia, pela parceria.
Aos meus diversos amigos e aos meus colegas de mestrado, por tornar os meus dias
mais alegres.
A todos, que direta ou indiretamente, me deram suporte para o desenvolvimento deste
trabalho.

iii
SUMÁRIO

LISTA DE FIGURAS ...................................................................................................... viii
LISTA DE TABELAS ....................................................................................................... xii
LISTA DE SÍMBOLOS ................................................................................................... xiv
RESUMO ..................................................................................................................... xix
ABSTRACT .................................................................................................................... xx
1 - INTRODUÇÃO .......................................................................................................... 1
1.1 - Generalidades ................................................................................................... 1
1.2 - Objetivos .......................................................................................................... 3
1.2.1 - Geral .......................................................................................................... 3
1.2.2 - Específicos ................................................................................................. 3
1.3 - Justificativa ...................................................................................................... 3
1.4 - Organização do Texto ...................................................................................... 5
2 - REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ......................................................................................... 6
2.1 - Características do incêndio .............................................................................. 6
2.1.1 - Temperatura dos gases .............................................................................. 6
2.1.2 - Tempo Requerido de Resistência ao Fogo (TRRF) ................................ 13
2.2 - Efeitos do fogo no concreto armado .............................................................. 15
2.2.1 - Generalidades .......................................................................................... 15
2.2.2 - Spalling .................................................................................................... 16
2.3 - Ações nas estruturas em situação de incêndio ............................................... 17
iv
2.3.1 - Generalidades .......................................................................................... 17
2.3.2 - ABNT NBR 6118:2014 ........................................................................... 17
2.3.3 - ABNT NBR 8681:2003 ........................................................................... 19
2.4 - Determinação dos Esforços Resistentes ......................................................... 20
2.4.1 - Generalidades .......................................................................................... 20
2.4.2 - ABNT NBR 8681:2003 ........................................................................... 20
2.4.3 - ABNT NBR 6118:2014 ........................................................................... 21
2.5 - Propriedades térmicas dos materiais que compõem o concreto armado ........ 21
2.5.1 - Generalidades .......................................................................................... 21
2.5.2 - Concreto .................................................................................................. 22
2.5.3 - Aço .......................................................................................................... 25
2.6 - Propriedades mecânicas dos materiais que compõem o concreto armado ..... 27
2.6.1 - Generalidades .......................................................................................... 27
2.6.2 - Concreto .................................................................................................. 28
2.6.3 - Aço .......................................................................................................... 32
2.7 - Principais trabalhos na área de segurança de estruturas em situação de incêndio
................................................................................................................................ 38
3 - IMPLEMENTAÇÃO COMPUTACIONAL ................................................................... 43
3.1 - Generalidades ................................................................................................. 43
3.2 - Geração de malha de elementos finitos - EasyMesh ...................................... 43
3.3 - Análise Térmica - Thersys ............................................................................. 44
3.3.1 - Generalidades .......................................................................................... 44
3.3.2 - Condução................................................................................................. 45
3.3.3 - Convecção ............................................................................................... 45
3.3.4 - Radiação .................................................................................................. 46
3.3.5 - Condições de contorno ............................................................................ 48
3.3.6 - Estrutura do Thersys ................................................................................ 49
v
3.4 - Análise Mecânica ........................................................................................... 50
3.4.1 - Cálculo do Centro de Gravidade ............................................................. 50
3.4.2 - Cálculo das distâncias.............................................................................. 51
3.4.3 - Deformação máxima do aço (yd) ............................................................ 55
3.4.4 - Cálculo da deformação do concreto (c) e do aço (t) - domínio ............ 56
3.4.5 - Deformação nos pontos de Gauss (s) ..................................................... 57
3.4.6 - Tensão nos pontos de Gauss () .............................................................. 59
3.4.7 - Cálculo da força normal e momentos fletores ......................................... 59
3.4.8 - Estrutura da análise mecânica ................................................................. 60
3.5 - Resultados da análise (capacidade resistente) ................................................ 60
3.5.1 - Generalidades .......................................................................................... 60
3.5.2 - Gráfico M ×M ........................................................................................ 61
y x
3.5.3 - Gráfico M×N ........................................................................................... 61
3.6 - Verificar seção ............................................................................................... 63
4 - INTERFACE DO SOFTWARE .................................................................................... 65
4.1 - O software ...................................................................................................... 65
4.2 - Entrada de dados ............................................................................................ 66
4.3 - Resultados ...................................................................................................... 76
5 - ESTUDO DE CASOS ................................................................................................ 80
5.1 - Generalidades ................................................................................................. 80
5.2 - Pilares com seção em “+”, “L”, “T” e retangular .......................................... 80
5.2.1 - Seção “+” ................................................................................................. 81
5.2.2 - Seção “L”................................................................................................. 86
5.2.3 - Seção “T”................................................................................................. 87
5.2.4 - Seção retangular ...................................................................................... 88
5.3 - Pilar de seção circular .................................................................................... 88
5.4 - Viga ................................................................................................................ 90
vi
5.4.1 - Viga com armadura negativa ................................................................... 90
5.4.2 - Viga com armadura positiva .................................................................... 91
5.5 - Gráfico My×Mx ............................................................................................. 92
6 - CONCLUSÕES ......................................................................................................... 96
6.1 - Generalidades ................................................................................................. 96
6.2 - Conclusões ..................................................................................................... 97
6.3 - Sugestões para trabalhos futuros .................................................................... 98
7 - REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA ............................................................................... 100

vii
LISTA DE FIGURAS

Figura 2.1 – Tetraedros do fogo (CBPMESP, 2011) ................................................... 6
Figura 2.2 – Fase inicial do incêndio (ignição) (CBPMESP, 2006) ............................ 7
Figura 2.3 – Inflamação generalizada (flashover) (CBPMESP, 2006)........................ 7
Figura 2.4 – Fase de extinção (queima lenta) (CBPMESP, 2006) ............................... 8
Figura 2.5 – Fases do incêndio (ISO/TR3814:1989(E) Tests to measuring reaction to
fire of buildings materials – Their development and application apud Seito et al.,
2008) .................................................................................................................... 8
Figura 2.6 – Curva de incêndio padrão ISO 834-1 (ABNT NBR 14432:2001) .......... 9
Figura 2.7 - Conceito de tempo equivalente (COSTA, 2008) ................................... 15
Figura 2.8 – Transformações do concreto em altas temperaturas (KHOURY, 2000;
adaptado por COSTA, 2008).............................................................................. 22
Figura 2.9 – Variação da massa específica do concreto em função da temperatura .. 23
Figura 2.10 – Calor específico do concreto em função da temperatura ..................... 24
Figura 2.11 – Condutividade térmica do concreto em função da temperatura .......... 25
Figura 2.12 – Calor específico do aço em função da temperatura ............................. 26
Figura 2.13 – Condutividade térmica do aço em função da temperatura................... 27
Figura 2.14 - Fator de redução da resistência do concreto silicoso em função da
temperatura ......................................................................................................... 29
Figura 2.15 – Diagrama tensão-deformação do concreto para diferentes temperaturas
............................................................................................................................ 30
Figura 2.16 – Diagrama parábola-retângulo (NBR 6118) ......................................... 32
Figura 2.17 – Fator de redução da resistência do aço de armadura passiva em função
da temperatura .................................................................................................... 33
Figura 2.18 – Fator de redução do módulo de elasticidade do aço de armadura passiva
em função da temperatura .................................................................................. 34
viii