Uma abordagem numérica e analítica para determinação da temperatura e do momento fletor crítico em vigas de aço em situação de incêndio

Abstract

A situação de incêndio em uma estrutura constitui um carregamento acidental que pode efetivamente provocar colapsos em estruturas. Os efeitos catastróficos de um incêndio devem ser evitados com medidas preventivas, e torna-se imperativo para evitar tais catástrofes o conhecimento do comportamento das estruturas em situação de incêndio. Este trabalho apresenta uma contribuição ao estudo do comportamento de vigas metálicas em perfil I sob situação de incêndio natural. Apresenta-se um estudo sobre o fenômeno do incêndio, sobre os mecanismos de transmissão de calor e operacionalizou-se um código computacional que usa o método dos elementos finitos para a análise térmica bidimensional. Propôs-se uma formulação analítica para o cálculo do momento nominal da instabilidade de vigas metálicas com flexo-torção lateral, formulação esta que leva em consideração a possibilidade de aquecimento desigual das mesas do perfil I, bem como a assimetria de rigidez das mesas. O desenvolvimento da formulação apresentada seguiu dois enfoques, o do equilíbrio de esforços e o enfoque energético. Diversos casos de incêndio natural variando-se a carga de incêndio e a ventilação, bem como o tempo de duração do incêndio, foram estudados para três tipos de perfis metálicos com diferentes fatores de massividades. Os exemplos de aplicação da formulação aqui apresentada foram analisados e revelam que as variações de temperatura ao longo do perfil durante o incêndio natural apresentam fortes não linearidades. Constatou-se que o momento nominal calculado levando em conta a diferença de temperatura nas mesas da viga pode levar a valores bem mais altos do que os valores recomendados pela Norma Brasileira. Sugestões para uso prático dos resultados obtidos neste trabalho são também apresentadas.