Numerical analysis of small walls of structural masonry of concrete blocks under fire situation: emphasis on thermal and thermo-structural behavior

A alvenaria estrutural vem sendo amplamente difundida em contexto nacional principalmente a partir da década de 90. Dentre as grandes vantagens do sistema construtivo podem ser citadas a economia de tempo e de material, além da redução do volume de resíduos. Para a segurança quanto ao uso da alvenaria, faz-se necessário o conhecimento do seu comportamento quando exposta a elevadas temperaturas em virtude da degradação das propriedades dos materiais, o que não é contemplado por normas nacionais. O uso de normas estrangeiras tem como referência propriedades e parâmetros dos materiais de suas respectivas abrangências. Em relação à modelagem numérica, esta é uma alternativa de grande eficiência e versatilidade em virtude dos elevados custos envolvidos nas análises experimentais e necessidade de infraestrutura adequada para os ensaios. O objetivo principal deste trabalho foi obter modelos numéricos a partir do software ABAQUS, versão 6.14, capazes de simular os comportamentos estrutural, térmico e termoestrutural de pequenas paredes de alvenaria estrutural constituídas de blocos de concreto. Para a modelagem numérica da pequena parede foram realizadas análises preliminares em prismas de três blocos com o intuito de simplificar e otimizar o processamento. Dentre as estratégias utilizadas foram considerados mecanismos de interação de contato entre os materiais para as análises estruturais e inserção de curvas de evolução de temperatura para as análises térmicas. O comportamento da pequena parede em temperatura ambiente sob carregamento de compressão, bem como, o gradiente de temperatura ao longo da seção transversal foi validado de acordo com os resultados experimentais existentes na literatura, sendo considerada a curva ISO 834-1:1999 para a situação de incêndio. Com estas validações, foi efetuado o modelo termoestrutural e analisado de forma qualitativa com os experimentos pertinentes. A tensão de ruptura e a distribuição de temperaturas do modelo numérico estiveram condizentes com os resultados experimentais, com desvios inferiores a 10%. Em contexto termoestrutural, observou-se que a redução das restrições quanto ao giro e o aumento da intensidade do carregamento reduziram a resistência ao fogo das pequenas paredes em relação ao critério de resistência mecânica, o qual, por sua vez, apresentou-se superior em comparação com o critério de isolamento térmico.Structural masonry has been widely used Brazil as well as in the rest of the world. Among the advantages of this building system, it is worth to be highlighted the saving of time and materials and the reduction of the construction waste. For safety in the use of masonry, it is necessary to know its behavior when exposed to high temperatures due to the degradation of the properties of the materials, which are not contemplated by Brazilian standards. So designers usually apply foreign standards, which are based on materials properties and other parameters inherent of their respective countries. Regarding numerical modeling, this is an alternative of great efficiency and versatility due to the high costs involved in the experimental analyses and the need for adequate infrastructure for the tests. This work aimed to develop numerical models from the software ABAQUS 6.14 capable of simulating the structural, thermal and thermo-structural behavior of small walls of structural masonry of concrete blocks. For the numerical modeling of the small wall, preliminary analyses were carried out on three-block prisms in order to simplify and improve processing time. Among the strategies used were considered contact interaction between the materials for the structural analyses and insertion of temperature evolution curves for the thermal analyses. The behavior of the small wall at ambient temperature under load-bearing, as well as the temperature gradient along the cross section was validated according to the experimental tests available in literature, considering the ISO 834 standard fire curve. From these validations, the thermo-structural model was carried out and qualitatively analyzed with the available tests. The ultimate load and the distribution of the temperature of the numerical model were consistent with the experimental tests, with deviations less than 10%. In the thermo-structural context, it was observed that the reduction of the rotational restraints and the increase of the load reduced the fire resistance of the small walls in relation to the load-bearing criterion, which, in turn, was higher compared with the thermal insulation criterion