Sistemas Administrativos
Escola de Engenharia de São Carlos
SET Análises termomecânicas de vigas de concreto armad...
Documento Mestrado
Área Estruturas de Concreto e Alvenaria
Data da defesa 31/07/2023
Autor DUARTE, Felipe de Souza
Orientador CARRAZEDO, Ricardo
Português
Título Análises termomecânicas de vigas de concreto armado sob situação de incêndio: uma comparação entre o concreto convencional e o UHPC
Resumo
O crescente desenvolvimento da tecnologia do concreto confere a esse material propriedades cada vez mais aprimoradas. Atualmente, pode-se fabricar concretos de altíssimo desempenho e com excelente durabilidade a partir de rigorosos critérios de homogeneidade e empacotamento. Esses concretos, conhecidos como Ultra High Performance Concrete (UHPC), podem alcançar uma microestrutura tão densa que dificulta a liberação das pressões internas provocadas pela evaporação da água. Por conta disso, altas temperaturas podem inserir graves danos nos elementos estruturais de UHPC. Nesse sentido, torna-se importante avaliar a capacidade resistente desse material mediante a situação de incêndio, para que possam ser definidos parâmetros mínimos de segurança e estabilidade dos elementos. Como forma de compreender o comportamento do concreto, sobretudo do UHPC, sob altas temperaturas, foram realizadas neste trabalho simulações numéricas termomecânicas com vigas de concreto armado, por meio do software de elementos finitos ABAQUS. Utilizando as análises do tipo Sequentially coupled thermal-stress, as propriedades termomecânicas do UHPC e do concreto de resistência normal (CRN) foram validadas a partir de ensaios experimentais disponíveis na literatura. De modo a comparar os dois materiais, foram dimensionadas vigas com a mesma capacidade resistente, as quais foram modeladas com dois passos de carregamento: aplicação de cargas e aquecimento conforme a curva de incêndio ISO 834. Também foram realizadas análises paramétricas para avaliar o impacto da resistência, do cobrimento das armaduras e da taxa de carregamento nas vigas de UHPC. Inicialmente, foi observado que o UHPC aquece de forma bem mais acelerada em relação ao CRN, alcançando cerca de 182 ?C a mais no centro da viga após 180 minutos. A maior condutividade térmica associada à maior degradação das propriedades mecânicas mostrou que as vigas de UHPC sofreram maiores deslocamentos e alcançaram menores tempos de resistência. Sob o aspecto de equivalência geométrica, a viga de CRN resistiu a quase 40 minutos a mais. A partir das análises paramétricas, foi observada pouca influência da elevação da resistência, uma mediana influência do cobrimento e uma grande influência da taxa de carregamento.
Palavras-chave concreto; UHPC; situação de incêndio; análises termomecânicas.

English
Title Thermomechanical analysis of reinforced concrete beams under fire situation: a comparison between conventional concrete and UHPC.
Abstract
The increasing development of concrete technology gives this material increasingly improved properties. Currently, it is possible to manufacture concretes with excellent durability and high strength based on strict homogeneity and packaging criteria. These concretes, known as Ultra-High-Performance Concrete (UHPC), can achieve such a dense microstructure that difficult releasing internal pressures caused by water evaporation. Because of this, high temperatures can seriously damage UHPC structural elements. In this sense, it is necessary to evaluate the resistant capacity of this material in a fire scenario, so that minimum parameters of safety and stability of the elements are defined. Thermomechanical numerical simulations with reinforced concrete beams were carried out in this work to understand the behavior of concrete, especially UHPC, under high temperatures, using the finite element software ABAQUS. Using Sequentially coupled thermal-stress analysis, the thermomechanical properties of UHPC and normal strength concrete (NSC) were validated from experimental tests available in the literature. To compare the two materials, beams with the same resistance capacity were dimensioned, which were modeled with two loading steps: application of loads and heating according to the ISO 834 fire curve. Parametric analyzes were also carried out to evaluate the impact of strength, reinforcement cover, and loading rate on UHPC beams. Initially, it was observed that the UHPC heats up much faster than the NSC, reaching about 182 ?C more in the center of the beam after 180 minutes. Higher thermal conductivity associated with higher degradation of mechanical properties showed that UHPC beams suffered greater displacements and achieved shorter resistance times. Under the aspect of geometric equivalence, the NSC beam resisted for almost 40 minutes longer. From the parametric analyses, little influence of the resistance was observed, a median influence of cover, and a great influence of the loading rate.
Keywords concrete; UHPC; fire situation; thermomechanical analysis.