DIMENSIONAMENTO DE VIGAS DE CONCRETO ARMADO EM PDF
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GABRIELA BANDEIRA DE MELO LINS DE ALBUQUERQUE DIMENSIONAMENTO DE VIGAS DE CONCRETO ARMADO EM SITUAÇÃO DE INCÊNDIO São Paulo 2012 GABRIELA BANDEIRA DE MELO LINS DE ALBUQUERQUE DIMENSIONAMENTO DE VIGAS DE CONCRETO ARMADO EM SITUAÇÃO DE INCÊNDIO Dissertação apresentada à Escola Politécnica da Universidade de São Paulo para obtenção do título de Mestre em Engenharia São Paulo 2012 GABRIELA BANDEIRA DE MELO LINS DE ALBUQUERQUE DIMENSIONAMENTO DE VIGAS DE CONCRETO ARMADO EM SITUAÇÃO DE INCÊNDIO Dissertação apresentada à Escola Politécnica da Universidade de São Paulo para obtenção do título de Mestre em Engenharia Área de concentração: Engenharia de Estruturas Orientador: Prof. Dr. Valdir Pignatta e Silva São Paulo 2012 Este exemplar foi revisado e alterado em relação à versão original, sob responsabilidade única da autora e com a anuência de seu orientador. São Paulo, 18 de dezembro de 2012. Assinatura da autora ____________________________ Assinatura do orientador _______________________ FICHA CATALOGRÁFICA Albuquerque, Gabriela Bandeira de Melo Lins de Dimensionamento de vigas de concreto armado em situação de incêndio / G.B.M.L. de Albuquerque. -- ed.rev. -- São Paulo, 2012. 245 p. Dissertação (Mestrado) - Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. Departamento de Engenharia de Estruturas e Geotécnica. 1. Concreto armado 2. Viga (Dimensionamento) 3. Incêndio 4. Método gráfico I. Universidade de São Paulo. Escola Politéc- nica. Departamento de Engenharia de Estruturas e Geotécnica II. t. Dedico este trabalho, com todo o meu amor, a George, Júlia e Júlio, pais e avô queridos. AGRADECIMENTOS Ao Professor Doutor Valdir Pignatta e Silva, pela confiança, apoio e, sobretudo, valiosa orientação. Aos amigos Cristiano Schmidt, Guilherme Monticelli, Lucas Fiorani e Nicolau Archilla Neto, pelo carinho e companheirismo. RESUMO As vigas de concreto armado perdem capacidade resistente quando em situação de incêndio. A ferramenta mais prática para o dimensionamento dessas peças é o método tabular, apresentado na ABNT NBR 15200:2012, em que a partir do tempo requerido de resistência ao fogo (TRRF) se encontram a largura mínima da seção transversal e a menor distância admissível entre o centro geométrico da armadura e a face aquecida. Contudo, apesar de simples, ele limita os cálculos a poucos valores tabelados, não permitindo ao engenheiro buscar soluções diferentes. Por isso, nesta Dissertação, desenvolveu-se um método alternativo, com o auxílio do programa de computador sueco Super Tempcalc. A priori, definiu-se o campo de temperaturas de vigas sob lajes sujeitas ao incêndio-padrão ISO 834 (1999), em função do tempo. Em seguida, considerando-se a redução das resistências do concreto e do aço, calculou-se o momento fletor resistente para os diferentes casos estudados. Foram analisadas térmica e estruturalmente vigas com diversas larguras, alturas, cobrimentos, diâmetros e disposições de armaduras. Os momentos resistentes em situação de incêndio derivados do programa foram comparados a valores provindos de métodos simplificados, propostos pelas normas brasileira e europeia (Eurocode 2 parte 1-2, 2004) e, ainda, a um método mais avançado. Após a validação dos dados, criaram-se gráficos que associam o parâmetro µ, relação entre o momento fletor solicitante em situação de incêndio e o momento fletor resistente à temperatura ambiente, ao tempo de resistência ao fogo (TRF), para cada situação de interesse. Esses gráficos, que envolvem tanto armaduras positivas quanto negativas, também permitem levar em conta a redistribuição de momentos, o que conduzirá à otimização na solução encontrada. Nos exemplos de aplicação realizados, os resultados obtidos a partir do método gráfico se mostraram, em geral, mais econômicos, quando comparados aos do método tabular. Palavras-chave: Concreto armado. Vigas. Dimensionamento. Incêndio. Análise térmica. Método gráfico. ABSTRACT Reinforced concrete beams lose their load capacity when subjected to fire. The most practical tool for their design is the tabular method, presented in ABNT NBR 15200:2012, in which, from the time required for fire resistance (TRRF), the minimum width of the transversal section and the smallest admissible distance between the centroid of the rebar and the heated face can be found. Yet, albeit simple, it limits the calculation to a few fixed values, not allowing the engineer to seek different solutions. Hence, an alternative method was developed in this Dissertation, using the Swedish Super Tempcalc software. Firstly, the temperature field of beams subjected to ISO 834 (1999) standard fire situation was defined, as a function of time. Next, considering the reduction in concrete and steel strength, the resistance bending moment was calculated for the different cases studied. Beams with different widths, heights, covers, diameters and reinforcing bars dispositions were thermally and structurally analyzed. The resistance moments in fire situation obtained from the software were compared to values deriving from simplified methods, proposed by Brazilian and European (Eurocode 2 part 1-2, 2004) standards, besides a more advanced method. After data validation, graphs were created, associating the parameter µ, ratio between the applied bending moment in fire and the resistance bending moment at ambient temperature, to time for fire resistance (TRF), for each situation of interest. These graphs, involving both positive and negative reinforcement, also allow consideration of the redistribution of moments, which will lead to the optimization of the solution found. In the examples analyzed, the results deriving from the graphic method were generally more economic compared to the tabular method. Key words: Reinforced concrete. Beams. Design. Fire. Thermal analysis. Graphic method. LISTA DE SÍMBOLOS A - área do elemento finito de concreto comprimido j cj A - área do bloco de concreto comprimido da laje cl A - área do bloco de concreto comprimido da nervura de uma viga sob laje cn A - área de aço total da armadura s A - área da seção transversal da barra i da armadura si A - área das seções das barras presentes na camada de armaduras j sj A - área de armadura calculada (necessária) s,calc A (x) - mínima área de armadura negativa na seção localizada na distância x s,calc A (0) - área de armadura negativa calculada (necessária) s,calc A - área de armadura realmente instalada s,ef a - espessura das zonas descartadas z b - largura da seção da viga b - largura da laje f b - largura efetiva da seção, obtida pelo método da isoterma de 500 °C fi b - largura do elemento finito de concreto comprimido j j b - largura mínima da seção da viga mín b - largura da nervura de uma viga sob laje w c - cobrimento c - calor específico do material p c , - calor específico do concreto para umidade u p u c , - calor específico do concreto à temperatura θ p θc c c - distância entre o eixo da armadura longitudinal inferior e a face do concreto 1 exposta ao fogo c - distância da barra i, de área A , à face lateral mais próxima 1hi si c - distância entre o eixo da armadura longitudinal de canto e a face lateral do 1l concreto exposta ao fogo c - distância média à face do concreto para armaduras de vigas dispostas em 1m camadas c - distância da barra i, de área A , ao fundo da viga 1vi si c - distância da camada de armaduras j, de área A , ao fundo da viga 1vj sj d - altura efetiva da viga d - altura efetiva de vigas com talão ef d - altura efetiva da seção, obtida pelo método da isoterma de 500 °C fi F - força resultante de cálculo na área de concreto comprimido da seção cd transversal à temperatura ambiente F - força resultante de cálculo na área de concreto comprimido da seção em cd,fi situação de incêndio F - força resultante de cálculo na área de concreto comprimido da laje à cdl temperatura ambiente F - força resultante de cálculo na área de concreto comprimido da nervura de uma cdn viga sob laje à temperatura ambiente F - força resultante de cálculo na armadura à temperatura ambiente sd F - força resultante de cálculo na armadura em situação de incêndio sd,fi f - resistência característica à compressão do concreto à temperatura θ c,θ f - resistência de cálculo à compressão do concreto à temperatura ambiente cd
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