ANÁLISE DO SISTEMA MISTO DE LIGAÇÃO MADEIRA-CONCRETO EM SITUAÇÃO DE INCÊNDIO

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1 ISSN ANÁLISE DO SISTEMA MISTO DE LIGAÇÃO MADEIRA-CONCRETO EM SITUAÇÃO DE INCÊNDIO Julio Cesar Molina 1 & Carlito Calil Junior 2 Resumo Este trabalho tem a finalidade de estudar o comportamento de ligações metálicas de sistemas mistos de madeira e concreto em situação de incêndio. Inicialmente, será efetuado um levantamento teórico sobre o tema com base na literatura disponível. Na seqüência, os ensaios experimentais serão efetuados em corpos-de-prova mistos e em vigas mistas, de seção transversal T, com conectores verticais formados por de barras de aço comum, igualmente espaçadas. Os corpos-de-prova e vigas serão ensaiados em temperatura ambiente e em situação de incêndio. Será também efetuada a análise numérica do sistema de ligação com base no método dos elementos finitos. Com a realização deste estudo pretende-se contribuir no dimensionamento de sistemas estruturais mistos de madeira-concreto, em especial, em situação de incêndio. Palavras-chave: Conectores de cisalhamento. Vigas mistas madeira-concreto. Incêndio. ANALYSIS OF THE COMPOSITE SYSTEM OF CONNECTION WOOD- CONCRETE IN FIRE SITUATION Abstract The aim of this work is the study of the behavior of connection system wood-concrete in fire situation. Initially will be made a theoretical study with base in the available literature. In the sequence, the experimental tests will be made in composite specimens and in composite beams, of section "T", with vertical connectors formed for steel bars, equally spaced. It specimens and beams will be tested in ambient temperature and in fire situation. It will be also made the numeric analysis of the connection system with base in the method of the finite elements. However, it is intends to contribute in the calculation of composite structural systems of wood-concrete, especially, in fire situation. Keywords: Shear connectors. Wood-concrete composite beams. Fire. Linha de Pesquisa: Estruturas de Madeira 1 INTRODUÇÃO A madeira é um material que apresenta boa resistência ao fogo e a utilização do concreto, em conjunto com a madeira, proporciona, para a madeira, maior proteção frente ao desgaste e às ações oriundas do ambiente, prolongando, a sua vida útil em até 3 vezes. A eficiência do elemento estrutural misto está relacionada ao trabalho em conjunto de ambos os materiais, ou seja, do tipo de interação entre a madeira e o concreto, sendo esta interação garantida por elementos metálicos, denominados conectores de cisalhamento, utilizados na interface dos dois materiais. No caso das vigas mistas de madeira e concreto, na flexão, os conectores de cisalhamento são responsáveis por transmitir os 1 Pós-Doutorando em Engenharia de Estruturas - EESC-USP, juliocm@sc.usp.br. 2 Professor do Departamento de Engenharia de Estruturas da EESC-USP, calil@sc.usp.br.

2 70 Julio Cesar Molina & Carlito Calil Junior esforços longitudinais de cisalhamento e impedir a separação vertical entre a laje de concreto e a viga de madeira. Figura 1 Cisalhamento dos conectores na interface dos materiais madeira e concreto na flexão. (Modificado de Hellmeister, 1978). Porém, não existe no Brasil uma norma específica para o dimensionamento de estruturas mistas de madeira e concreto. Além disso, a área de segurança estrutural contra incêndio vem se expandindo no Brasil nos últimos anos, mas o número de trabalhos e de pesquisadores brasileiros nessa área ainda é relativamente pequeno. Até o momento, os trabalhos publicados envolvendo estruturas em situação de incêndio, são, em sua grande maioria, relativos a sistemas estruturais de aço, de concreto, e mistos de aço e concreto. Aguiar (1986) e Pinto (2005) iniciaram no Laboratório de Madeiras e de Estruturas de Madeiras (LaMEM), da Escola de Engenharia de São Carlos (EESC/USP), alguns estudos numéricos e experimentais envolvendo o material madeira em situação de incêndio, com o objetivo de fornecer subsídios para a norma de madeiras ABNT NBR7190:1997 com relação ao tema investigado No Departamento de Engenharia de Estruturas, também da EESC/USP, estudos envolvendo o sistema misto aço e concreto foram desenvolvidos por Kirchhof (2004). Na EPUSP alguns estudos envolvendo estruturas de concreto, e de aço, em situação de incêndio, foram desenvolvidos, respectivamente, por Costa e Silva (2007) e Silva, Correia e Rodrigues (2008). 1.1 Avaliação das estruturas em situação de incêndio Um incêndio real pode ser modelado de modo a se obter uma curva Temperatura versus Tempo, aproximada, através de um método chamado modelo de incêndio natural. Para isso, é necessário o conhecimento da quantidade de material combustível do ambiente (chamada carga de incêndio), do grau de ventilação do compartimento em chamas, e das características térmicas do material de vedação. (a) Curva Temperatura x Tempo de um incêndio natural (b) Curva Temperatura x Tempo de um incêndio padrão Figura 2 Curvas utilizadas para a análise da estrutura em situação de incêndio. (Silva, 2001).

3 Análise do sistema misto de ligação madeira-concreto em situação de incêndio 71 Entretanto, a aplicação do modelo de incêndio natural, em análises experimentais, é bastante trabalhosa e requer um estudo de cada caso, tornando-se praticamente inviável. Assim, devido à dificuldade de se estabelecer a curva Temperatura versus Tempo de um incêndio natural, a norma brasileira ABNT NBR 14323:1999, por simplificação, disponibiliza ao usuário equações para o dimensionamento a partir de um método simplificado, juntamente com uma curva padronizada, denominada de incêndio padrão, descrita por meio da equação logarítmica descrita na forma: θ g = log( 8t + 1) θ, em que g é a temperatura do ambiente em chamas (em oc) e t é o tempo (em minutos). 2 METODOLOGIA Para a condução dos ensaios de cisalhamento e de flexão, em temperatura ambiente, será utilizado um pórtico de reação, com cilindro hidráulico acionado por um atuador de controle manual e sistema de aquisição de dados externo. Durante a realização dos ensaios em situação de incêndio, as temperaturas dos corpos-de-prova e das vigas serão medidas a partir de termopares distribuídos simetricamente nestes elementos. Esses termopares estarão ligados a um sistema de aquisição de dados que fará a verificação e o acompanhamento variação de temperatura durante o ensaio. 3 DESENVOLVIMENTO Será efetuada, inicialmente, uma investigação teórica sobre o tema proposto através da coleta bibliográfica de informações disponíveis na literatura nacional e internacional. Na seqüência, especial atenção será dada à construção de um forno horizontal fazendo-se as devidas adequações às condições nacionais. Será efetuada elaboração do projeto, acompanhamento técnico da construção, instrumentação, calibração e o efetivo funcionamento do forno horizontal de ensaios a ser instalado no Departamento de Engenharia de Estruturas da Escola de Engenharia de São Carlos-USP. Serão então realizados os ensaios experimentais nos corpos-de-prova mistos e vigas mistas e estes ensaios obedecerão às imposições normativas da ISO 834 em termos de dimensões das amostras e condições de ensaio. (a) Configuração dos corpos-de-prova mistos (b) Configuração das vigas mistas Figura 3 Sistemas estruturais mistos de madeira e concreto a serem submetidos aos ensaios em altas temperaturas. Serão efetuadas, também verificações adicionais por meio da utilização do método dos elementos finitos, a partir da utilização de software um específico (ANSYS, SUPERTEMPCALC, ABAQUS, SAFIR, TASEF, etc.), que será definido em conjunto com o grupo de pesquisa em análise

4 72 Julio Cesar Molina & Carlito Calil Junior numérica do projeto temático em questão, cujos resultados obtidos serão comparados com os resultados obtidos experimentalmente. 4 RESULTADOS ESPERADOS Com a realização deste estudo, pretende-se contribuir no dimensionamento de sistemas estruturais mistos, de madeira e concreto, em especial, em situação de incêndio, bem como propor recomendações para a normalização sobre o assunto. 5 CONCLUSÕES PARCIAIS Pela carência de informações técnicas sobre o tema que, no âmbito da literatura nacional, encontra-se em fase de desenvolvimento espera-se definir os métodos de ensaio e recomendações para os mesmos. 6 AGRADECIMENTOS Os autores agradecem a FAPESP pelo financiamento da pesquisa. 7 REFERÊNCIAS AGUILAR FILHO, D. Combustibilidade e tratamento ignífugo da madeira p. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Estruturas) Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 14432: exigências de resistência ao fogo de elementos construtivos de edificações procedimento. Rio de Janeiro, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7190: projeto de estruturas de madeira. Rio de Janeiro, COSTA, C. N.; SILVA, V. P. Análise Termestrutural de Lajes Nervuradas de Concreto em Incêndio. In: CILAMCE, 28, Porto, Portugal, jun Anais... Porto: FEUP. p. 1-20, HELLMEISTER, J. C. Pontes de eucalipto citriodora p. Tese (Livre-docência) Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos, INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION. ISO 834: fire resistance tests elements of building construction, Part 1. General requirements. Geneva, PINTO, E. M. Proteção contra incêndio para habitações em madeira. Dissertação (Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais) Departamento de Arquitetura e Urbanismo. Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos, 2005.

5 Análise do sistema misto de ligação madeira-concreto em situação de incêndio 73 SILVA, V. P. Estruturas de aço em situação de incêndio. São Paulo: Zigurate, SILVA, V. P.; CORREIA, A. M.; RODRIGUES, J. P. C. Simulação do comportamento ao fogo de pilares de aço em contato com alvenaria. In: JORNADAS SUDAMERICANAS DE INGENIERIA ESTRUCTURAL, 33., Santiago, Chile, Anais... Santiago: UC, CD ROM.