Análise do comportamento à flexão de vigas de aço parcialmente revestidas com concreto produzido a partir do uso de agregados reciclados em situação de incêndio

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Simões, Yagho de Souza
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: agregado reciclado; concrete; concreto; empacotamento de partículas; fire; incêndio; partially encased composite beams; particle packing; recycled aggregate; vigas mistas parcialmente revestidas
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18134/tde-19102022-123227/

Estruturas de aço não apresentam bom comportamento em situação de incêndio quando não protegidos devido à elevada condutividade térmica do material e à esbeltez de seus componentes, promovendo, dessa maneira, um rápido aquecimento do elemento estrutural e uma acelerada degradação de suas propriedades mecânicas. Uma das formas de melhorar a resistência ao fogo de elementos metálicos consiste em revesti-los com concreto, o qual funciona como um material isolante térmico protegendo os perfis de aço contra a ação do fogo. Tendo em vista o apelo ambiental, buscou-se estudar a influência do tipo concreto produzido com agregado reciclado no comportamento à flexão de vigas mistas parcialmente revestidas em situação de incêndio. Inicialmente, os agregados reciclados foram caracterizados e, em seguida, aplicou-se a técnica de empacotamento de partículas, Modelo de Alfred, para produção dos concretos. Os resultados indicaram que esses agregados são mais porosos, absorvem mais água e apresentam menor massa específica quando comparados com os agregados naturais. Diante disso, foram produzidas sete misturas de concreto: uma de referência (uso apenas de agregados naturais) com o emprego da dosagem tradicional, e outras seis, utilizando diferentes agregados reciclados a partir do empacotamento de partículas. Essa metodologia promoveu uma redução do consumo de cimento da mistura de referência e possibilitou a substituição integral da fração de agregados naturais por reciclados, gerando concretos com resistência à compressão superior a 20 MPa, ou seja, adequados para serem utilizados em estruturas. Posteriormente analisou-se o comportamento dessas sete misturas enquanto barreira térmica de perfis de aço. Notou-se que os concretos com agregados reciclados apresentaram grande potencial de isolamento térmico, tendo em vista que os elementos de aço revestidos com esse material, com exceção daqueles que sofreram spalling, tiveram temperaturas próximas ou inferiores quando comparados ao elemento revestido com concreto convencional. Com base nesses experimentos, modelos numéricos térmicos foram propostos usando o código computacional ABAQUS, cujos resultados foram consistentes quando adotadas propriedades térmicas adequadas. No que se refere aos elementos estruturais, quatro vigas de aço foram revestidas com diferentes concretos (um convencional e os demais com agregados reciclados). Elas foram sujeitas a ensaios de flexão em temperatura ambiente, em situação de incêndio (tempo de aquecimento igual a 35 min) e pós-fogo. Em termos de capacidade resistente, notou-se que o tipo de concreto não impactou de forma significativa a resistência mecânica do elemento estrutural em temperatura ambiente. No que diz respeito aos ensaios em incêndio, a viga constituída por 100% de brita reciclada apresentou as temperaturas mais elevadas e os maiores deslocamentos no meio do vão ao final do aquecimento. Em contrapartida, as vigas mistas com 100% de areia reciclada ou com 100% de agregados totais reciclados exibiram comportamento mais satisfatório que a viga mista de referência, por conta dos menores deslocamentos centrais e temperaturas para o mesmo tempo de aquecimento. Essa tendência também foi identificada nos ensaios de flexão pós-fogo e de propriedades mecânicas residuais dos concretos. Logo, verificou-se que o uso de agregados reciclados é uma estratégia promissora para a produção de concretos de revestimento de vigas de aço, por conta do desempenho adequado do sistema misto em situação de incêndio.