O Português Instrumental

RESENHA CRÍTICA

Análise computacional do isolamento térmico de ambientes de escadas pré-moldadas em alvenaria estrutural em situação de incêndio.

ASSIS,Ellon de Bernardes., BARRETO, Douglas., NETO,Jorge Munaiar.Análise computacional do isolamento térmico de ambientes de escadas pré-moldadas em alvenaria estrutural em situação de incêndio.Ambiente Construído, Porto Alegre, v. 23, n. 2, p. 65-79, abr./jun. 2023

1.CREDENCIAIS DO AUTOR:

Ellon Bernardes de Assis ,formado na escola de engenharia São Carlos, Conceitualização em Metodologia, Análise de dados, Pesquisa, Curadoria de dados, Redação do manuscrito original, Redação – revisão e edição, Design da apresentação de dados. Escola de Engenharia de São Carlos | Departamento de Engenharia de Estruturas | Universidade de São Paulo | Av. Trabalhador SãoCarlense, 400, Parque Arnold Schimidt | São Carlos – SP – Brasil | CEP 13.566-300 | Tel.: [phone] | E-mail: [e-mail]

 Douglas Barreto , integra o departamento de engenharia civil da universidade federal de São Caetano, Validação de dados e experimentos, Pesquisa, Redação – revisão e edição, Supervisão. Departamento de Engenharia Civil | Universidade Federal de São Carlos | Rod. Washington Luis, s/n, Monjolinho | São Carlos – SP – Brasil | CEP 13565-905 | Tel.: [phone] | E-mail: [e-mail]

Jorge Munaiar Neto Conceitualização, Metodologia, Validação de dados e experimentos, Disponibilização de ferramentas, Curadoria de dados, Redação – revisão e edição, Supervisão. Escola de Engenharia de São Carlos, Departamento de Engenharia de Estruturas | Universidade de São Paulo | Av. Trabalhador SãoCarlense, 400, Parque Arnold Schimidt | São Carlos – SP – Brasil | CEP 13566-300 | Tel.: [phone] | E-mail: [e-mail]

2.INTRODUÇÃO

O artigo científico em questão abordará acerca das análises computacionais e do isolamento térmico de ambientes de escadas pré-moldadas em alvenaria estrutural em situação de incêndio. Em primeira instância será levado em consideração a eficiência e comportamento das edificações em situações de incêndio é tema de relevância em segurança estrutural. Incêndios importantes na história mundial e brasileira mostram que a desconsideração de efeitos térmicos na estrutura pode levar a rupturas prematuras e, consequentemente, a perdas econômicas e humanas. Existe uma preocupação sobre o desempenho da alvenaria estrutural em situação de incêndio. Faz-se necessário levar em consideração também seu uso crescente em edifícios altos, situação na qual há grande necessidade de avaliação do desempenho estrutural em incêndio. A ausência de normas de projeto brasileiras que contemplem a ação do fogo nas estruturas de alvenaria estrutural evidencia a lacuna existente nessa temática. Por outro lado, o uso de elementos pré-moldados de concreto em conjunto com a alvenaria estrutural potencializa sua característica de obra com maior grau de racionalização. Entre os elementos pré-moldados utilizados em conjunto com a alvenaria estrutural podem ser citadas as escadas, as vergas e as lajes. Nesse contexto, incluem-se as escadas pré-moldadas leves de concreto definidas como aquelas compostas de degraus e vigas denteadas pré-moldadas com peso adequado para manuseio in loco. Elas podem ser fixadas na alvenaria por meio de chumbadores metálicos, razão pela qual a estabilidade da escada depende da integridade desses pontos discretos de ancoragem.). Por outro lado, também é preciso considerar que a transmissão de calor pode ocorrer no interior da parede para os pontos de ancoragem dos lances da escada, especialmente aquelas que se ancorem em pontos discretos, no caso, os chumbadores. Assim, é preciso desenvolver critérios para a análise da segurança de tais escadas. Até onde vai o conhecimento aqui investigado, nota-se que os trabalhos que consideram o desempenho de chumbadores em alvenaria em situação de incêndio ainda são escassos. Certamente trabalhos experimentais na área são bem-vindos, embora apresentam alto custo. Uma alternativa é a utilização de simulações computacionais de forma a estudar os mecanismos de transferência de calor e degradação do material para assim planejar ensaios experimentais de forma mais eficiente. No entanto, a própria simulação computacional tem seus desafios para que represente adequadamente o fenômeno físico desejado.

3.DESENVOLVIMENTO

Os estudos no tocante às estruturas em situação de incêndio devem ser feitos de modo experimental, de forma a avaliar a degradação dos materiais e a perda da capacidade resistente do sistema estrutural. Métodos experimentais mais tradicionais consistem em submeter o elemento estrutural a uma curva de elevação de temperatura padronizada em fornos apropriados. Assim, a depender dos recursos disponíveis, avalia-se o desempenho durante ou após o incêndio padronizado. No entanto, tal método experimental apresenta quase sempre elevado custo operacional, o que, na maioria das vezes, inviabiliza tal caminho. Em contrapartida,os métodos de análise numérica de estruturas, tal como o método dos Elementos Finitos, são importantes aliados para diminuir custos e avançar racionalmente nas pesquisas. A utilização de simulações numéricas fornece flexibilidade e velocidade, permitindo, assim, a análise de um maior número de variáveis. Apesar de as simulações tratarem de modelos simplificados da realidade, seus resultados permitem ao analista entender melhor o comportamento de um sistema estrutural, bem como quais parâmetros têm maior influência na resposta. Assim, o uso de simulações numéricas tem se mostrado um grande aliado, inclusive em planejamento de programas experimentais racionais que priorizem a avaliação de parâmetros importantes para o sistema. A simulação numérica de estruturas em situação de incêndio depende de duas etapas: transferência de calor e resposta estrutural. Devido à natureza controlada dos ensaios em fornos, é possível realizar as simulações de transferência de calor sem a necessidade de considerar a fluidodinâmica envolvida. Nesse caso, condições de contorno apropriadas são definidas na estrutura (ou no elemento estrutural) para representar o fluxo de calor recebido no ambiente do forno. Os coeficientes de transferência de calor aplicados nas condições de contorno são descritos em normas técnicas, as quais foram calibradas utilizando ensaios em fornos. Assim, é possível estimar a temperatura ao longo de dado elemento estrutural pela Lei de Fourier, a qual pode ser aproximada, numericamente, pelo Método dos Elementos Finitos. Desse modo, o isolamento térmico proporcionado por uma laje ou parede pode ser estimado. Por outro lado, a simulação estrutural busca estimar o efeito da degradação mecânica do material em temperaturas elevadas na resistência do elemento estrutural. Nessa tarefa, modelos não lineares dependentes da temperatura e modelos simplificados baseados em isotermas podem ser utilizados tal como aquele descrito na EN 1992-1-2 (EUROPEAN..., 2004). Em todo o caso, o campo de temperatura no interior do elemento estrutural é fundamental para realizar tal estimativa. Nessa abordagem, ao analisar estruturas com cavidades internas como um bloco de alvenaria, ilustrado na Figura 5, é preciso considerar parcelas adicionais à condução do calor no interior do sólido. A diferença de temperatura entre as superfícies da cavidade faz com que haja transferência de calor por radiação e por convecção. Uma abordagem possível é considerar apenas a condução de calor no ar da cavidade, mas utilizando uma condutividade equivalente que leve a uma boa concordância entre a simulação e os resultados experimentais. Dessa forma, a transferência de calor por radiação e convecção não é considerada explicitamente. Apesar de tal calibração do modelo levar a resultados satisfatórios para isolamento térmico, ao considerar um mecanismo de transferência de calor diferente do real, perde-se a generalidade do modelo. Nesse caso, é possível que haja dificuldade em replicar o campo de temperatura de forma adequada, especialmente em modelos de geometria diferentes daquele utilizado na calibração. Buscando superar tais limitações, em Assis e Munaiar Neto (2020) foi abordado esse problema por meio da simulação da transferência de calor acoplada entre fluido e sólido. Nas simulações realizadas considera-se explicitamente a transferência de calor por radiação entre as faces da cavidade. Além disso, utiliza-se fluidodinâmica computacional para simular a transferência por convecção do ar no interior das cavidades. A última referência sinaliza que no interior das cavidades de blocos de alvenaria de concreto a transferência de calor por radiação contribui em maior parcela quando comparada à transferência por convecção, cujos resultados das simulações de blocos isolados, considerando a transferência por radiação nas cavidades, apresentaram boa concordância com resultados experimentais da literatura.