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Ronaldo Rigobello & Jorge Munaiar Neto & Humberto Breves Coda
numéricos (como o método dos elementos finitos – MEF, por exemplo), que possibilitem simular
adequadamente o comportamento de estruturas em situação de incêndio.
Apesar da existência de pacotes computacionais elaborados como base no MEF, como o
ANSYS, o ABAQUS, o ADINA, o DIANA, entre outros similares, estes têm como desvantagem a
necessidade de alto investimento inicial, tanto quando de sua aquisição, como para treinamento de um
analista especializado em razão da complexidade de tais pacotes. Além disso, existem os custos de
manutenção das licenças e os salários do especialista, o que torna esta opção ainda mais onerosa.
Existem código dedicados a análise de estruturas em situação de incêndio entre os quais
podem ser citados o ADAPTIC, o FEAST, o SAFIR, o VULCAN, entre outros similares. Tais códigos
apresentam uma melhor relação custo-benefício quando o assunto em questão é a análise estrutural
em situação de incêndio. Porém, geralmente possuem limitações em relação aos tipos e quantidade
de elementos finitos disponíveis para análise, bem como são poucas as opções para se lidar com não
linearidades dos tipos geométrica e de material, necessárias dentro do contexto das análises em
elevadas temperaturas.
Diante dos aspectos mencionados, buscando melhorar a relação benefício-custo, este
trabalho propõe o desenvolvimento de um código computacional, com base no método dos elementos
finitos, cujo objetivo é permitir realizar análises termo-mecânica de estruturas de aço aporticadas
quando expostas às ações térmicas típicas de situações de incêndio na prática da construção civil.
2 METODOLOGIA
Análises térmicas em sólidos, realizadas por meio de código computacional, têm por base a
equação diferencial do balanço de energia (num volume de controle), equação (1.1), tal como
apresentada em LIENHARD IV e LIENHARD V (2005). Maiores detalhes quanto a aplicação equação
(1.1) com solução pelo Método dos Elementos Finitos pode ser identificada em bibliografia
especializada, tais como LEWIS, NITHIARASU e SEETHARAMU (2004) e REDDY (2004).
∂ T
2
ρ c = k T q
t
∇ +
(1)
∂
condução
energia
armazenada
geração
de calor
O código computacional para análises térmicas, com base na equação (1), foi desenvolvido
por meio da linguagem DELPHI e programação orientada a objetos (POO). Depois de elaborado e
validado o código de cálculo para análises térmicas, parte-se para a segunda etapa do trabalho, que
trata do acoplamento termoestrutural com códigos desenvolvidos ou em desenvolvimento.
Nas análises termoestruturais serão utilizados códigos de cálculo de elemento finitos de
pórtico laminado 3D, que tem por base a formulação posicional apresentada em CODA (2008). O
método dos elementos finitos posicional tem por base o princípio da mínima energia potencial e a
posição dos nós dos elementos finitos, ao invés de deslocamentos, empregada usualmente
formulação tradicional de elementos finitos. Tal formulação tem como característica principal ser de
natureza não-linear geometricamente exata sendo, portanto, bastante adequada à resolução de
problemas que envolvam tal não-linearidade, como é o caso da análise de estruturas em situação de
incêndio.
Análise de estruturas em situação de incêndio com o emprego de código com base na
formulação posicional é inovadora. Além disso, emprego de elementos de pórtico laminados 3-D
possibilitará a análise de estruturas aporticadas com esforço computacional reduzido quando
comparado com a modelagem do mesmo sistema estrutural com elementos do tipo sólido.
Cadernos de Engenharia de Estruturas, São Carlos, v. 11, n. 53, p. 93-97, 2009