Análise Térmica de Secções de Betão Armado Submetidas ao Fogo

Abstract

O Eurocódigo 2 (EC2), na sua Parte 1-2, fornece os modelos e as regras para o cálculo de estruturas em situação de incêndio, nomeadamente as leis constitutivas do betão e do aço sob temperaturas elevadas. As propriedades térmicas, designadamente as curvas de extensão, calor específico e resistência característica em função da temperatura estão estabelecidas na mesma norma, que distingue os betões constituídos por agregados siliciosos e os constituídos por agregados calcários. Distinção essa apenas e só existente na aplicação das propriedades enumeradas anteriormente: diretamente na extensão térmica e na resistência característica, e indiretamente no calor específico através da aplicação do calor específico volúmico que leva em conta a massa volúmica do agregado. Apesar de, contudo, as propriedades mecânicas do betão dependerem fundamentalmente do tipo de agregado usado. O conhecimento da distribuição das temperaturas numa peça de betão é a base para a determinação da sua resistência em situação de incêndio. O Anexo A apresenta alguns perfis de temperatura numa laje com 0,20 m de espessura, 4 secções de vigas e 2 pilares, um de secção quadrada e outro circular. As isotérmicas do Anexo A limitam-se a 1, 3 ou 4 instantes de tempo (30, 60, 90 ou 120 minutos) e foram calculadas admitindo apenas o limite inferior da condutibilidade térmica do betão e um teor de água de 1,5 %. Contudo, o Anexo Nacional português desta norma estipula o limite superior da condutibilidade térmica do betão como propenso a ser adotado para betões de massa volúmica normal ou betões de alta resistência, apropriando o uso dos perfis indicados no Anexo A aos betões leves. O objetivo desta tese é desenvolver um programa de cálculo de simples utilização, com entrada de dados e análise de resultados interativas, para projetistas, que forneça a distribuição de temperaturas em qualquer secção e instante de tempo, e com a possibilidade de opção por outras propriedades térmicas, nomeadamente calor específico, teor de água e condutibilidade.

Eurocode 2 (EC2) provides the models and rules for de design of structures under fire, namely the constitutive laws for concrete and steel at elevated temperatures. The thermal properties, including extension curves, specific heat and resistance versus temperature characteristic are established on EC2, which distinguishes between concrete made of siliceous or calcareous aggregates. This distinction only exists in the application of the properties listed above: directly on the thermal elongation and characteristic strength of concrete, and indirectly the specific heat through the application of the volumetric specific heat that takes into account the density of the aggregate. Although, however, the mechanical properties of concrete depend fundamentally on the type of aggregate used in its composition. The knowledge of temperature distribution in a piece of concrete is the basis for determining its strength under fire. Annex A provides some temperature profiles in a slab of 0.20 m thickness, four sections of beams and two pillars, a square section and another circular. The isotherms of Annex A are limited to 1, 3 or 4 time instants (30, 60, 90 or 120 minutes) and were calculated assuming only the lower limit of the thermal conductivity of concrete and a moisture content of 1,5 %. However, the Portuguese national annex of this standard requires the upper limit of thermal conductivity of concrete as likely to be adopted for normal density concrete or high strength concrete, appropriating the use of the temperature profiles specified in the Annex A to the lightweight concrete. The purpose of this thesis is to develop a calculation program easy to use, with interactive data entry and analysis of results, for designers, providing the temperature distribution in any section and instant of time, and the possibility of opting for other thermal properties, including specific heat, moisture content and conductivity.