O capítulo 5, referente à validação do modelo desenvolvido, possibilita avaliar a eficaz convergência entre os resultados numéricos, analíticos e experimentais. Apresentam-se diversas comparações com estudos encontrados na bibliografia.
Nesta dissertação, a estratégia adotada é validar o modelo numérico de forma progressiva, começando por análises mais simples e menos complexas, com o objetivo de evoluir para atingir a etapa final que se refere à análise termomecânica tridimensional.
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Estudo dos efeitos estruturais da exposição de estruturas de concreto armado a altas temperaturas
Inicialmente, no item 5.1, expõem-se diversas comparações para análise térmica bidimensional, desprezando a presença do aço e variando a seção da coluna conforme as dimensões apresentadas pelo Anexo A do EN 1992-1-2 (2004). Os resultados desta análise foram, em geral, extremamente próximos aos resultados expostos pela norma europeia. Tal coincidência de resultados já era esperada, visto que se trata de um modelo simples que permite uma maior calibração e controle das variáveis envolvidas. Esta afirmação é atribuída ao fato de que a norma expõe todos os valores adotados por ela para cada variável que contribui com o problema. No item 5.2, tem-se o segundo passo da concepção do modelo, referindo-se à análise térmica tridimensional. Adotaram-se pilares testados recentemente por Bolina (2016) no itt
Performance/UNISINOS para validação do modelo numérico. A metodologia desta análise é a
mesma utilizada para a análise bidimensional ao utilizar elementos de superfície para simular a colaboração da radiação e convecção no incremento térmico. As grandes diferenças consistem na possibilidade de avaliar o volume inteiro do pilar e incorporar a armadura à análise. Ainda que a temperatura seja homogênea no eixo longitudinal do elemento estrutural, a análise tridimensional é essencial para proceder com a análise acoplada.
Os resultados encontrados na verificação tridimensional são satisfatórios, pois o comportamento das curvas de evolução térmica converge com o encontrado experimentalmente. Todavia, devido ao concreto ser um material heterogêneo de difícil previsão exata do seu comportamento, existe, ainda que pequena, uma diferença entre os valores encontrados. Contudo, a resposta numérica sendo um pouco mais severa que a experimental na maioria dos pontos analisados, permite-se concluir que o modelo proposto é capaz de oferecer uma resposta próxima da experimental e favorável à segurança.
Apresenta-se na validação da análise estrutural (item 5.3) uma importante conclusão que consiste na comparação, à temperatura ambiente, entre respostas obtidas utilizando as relações constitutivas do concreto indicadas pelo EN 1992-1-2 (2004) e pelo Código Modelo fib (2010). Conclui-se, ao comparar com resultado experimental, que o proposto por fib (2010) simula melhor o comportamento do concreto em temperatura ambiente.
Além disso, a validação da análise estrutural permite avaliar os critérios adotados para concepção do modelo estrutural que engloba, entre outros, fatores como: aplicação do carregamento; condições de contorno; definição da malha; propriedades mecânicas dos materiais; e opções de solução.
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Matheus Wanglon Ferreira (matheuswanglon@gmail.com) Dissertação de Mestrado. PPGEC/UFRGS. 2019. Com a concordância tanto no comportamento da coluna de concreto armado submetida à compressão axial, quanto na força necessária para ruptura da mesma, conclui-se que o modelo desenvolvido é consistente e apto para predizer o comportamento mecânico das peças estruturais.
Por último, no desenvolvimento da metodologia, uma vez que se tem o modelo estrutural e o térmico validados e funcionando de forma separada, acoplam-se as análises através de ferramentas disponibilizadas pelo software. No item 5.4, apresenta-se então a validação do modelo final termomecânico com resultados experimentais e analíticos amplamente utilizados em pesquisas anteriores encontradas durante a pesquisa.
Os resultados expostos evidenciam a boa convergência de valores nas temperaturas durante o incêndio padrão tanto para o concreto quanto pro aço. Nas análises termoestruturais, apresentam-se validações consistentes, pois se tem um bom comportamento numérico da estrutura e tempos de ruptura muito próximos do encontrado em laboratório (cerca de 5%). Além disso, tem-se novamente uma análise comparativa entre os modelos numéricos utilizando os diagramas tensão-deformação sugeridos pelo Código Modelo fib (2010) e pelo EN 1992-1- 2 (2004). Conclui-se que diferentemente do modelo em temperatura ambiente, tratando-se de situação de incêndio a curva EN 1992-1-2 (2004) apresenta um comportamento mais próximo do encontrado no campo experimental. Por este motivo, esta curva foi adotada para todas as análises termomecânicas seguintes.
Ao final da dissertação, expõe-se uma aplicação prática de um pilar dimensionado pela NBR 6118:2014 e verificado pela norma de incêndio NBR 15200:2012. Com este estudo, evidencia- se que a norma de projetos de estruturas de concreto em situação de incêndio é genérica e conservadora. As prescrições da norma NBR 15200:2012 se atentam somente à espessura de cobrimento de concreto e às dimensões da seção demonstrando que a maior preocupação é a proteção das barras de aço, com o intuito de que as mesmas apresentem temperaturas menos severas. Isto de fato é comprovado através da análise térmica apresentada, onde se notabiliza uma redução de 34% na temperatura do aço ao utilizar o cobrimento proposto para a situação de incêndio.
Por outro lado, pela a análise termomecânica se percebe que apesar do pilar verificado possuir maior tempo de resistência, o dimensionamento realizado somente pela NBR 6118:2012 já seria suficiente para atingir o tempo de resistência ao fogo definido pela NBR 14432:2001. Para o
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Estudo dos efeitos estruturais da exposição de estruturas de concreto armado a altas temperaturas
estudo apresentado, tem-se um ganho reduzido de tempo de resistência ao fogo obedecendo as verificações da NBR 15200:2012.
Diante disso, conclui-se que estudos mais aprofundados como, por exemplo, análises de confiabilidade estrutural em situação de incêndio, são necessários. Através destes estudos, com uma amostragem capaz de assegurar o comportamento de pilares de concreto armado expostos às altas temperaturas em diversas situações de cálculo diferentes, faz-se possível conceder à NBR 15200:2012 uma melhor calibração em suas especificações, tornando-a menos conservadora e mais específica para cada situação.
Por fim, conclui-se que o objetivo principal bem como os secundários traçados inicialmente foram alcançados. A revisão bibliográfica realizada possibilitou a definição adequada da metodologia a ser utilizada para criação no modelo numérico. Com isso, fez-se possível desenvolver um modelo capaz de avaliar o comportamento de colunas de concreto armado em situação de incêndio viabilizando a extrapolação de análises realizadas previamente em laboratório.