Numerical analysis of wooden slabs with perforations under fire conditions

Wood is considered an ideal solution for floors and roofs building construction, due the mechanical and thermal properties, associated with acoustic conditions. These constructions have good sound absorption, heat insulation and relevant architectonic characteristics. They are used in many civil applications: concert and conference halls, auditoriums, ceilings, walls… However, the high vulnerability of wooden elements submitted to fire conditions requires the evaluation of its structural behaviour with accuracy. The main objective of this work is to present a numerical model to assess the fire resistance of wooden cellular slabs with different perforations. Also the thermal behaviour of the wooden slabs will be compared considering different material insulation, with different sizes, inside the cavities. A transient thermal analysis with nonlinear material behaviour will be solved using ANSYS© program. This study allows to verify the fire resistance, the temperature evolution and the char-layer, throughout a wooden cellular slab with perforations and considering the insulation effect inside the cavities.

A madeira é um material considerado como uma solução ideal para pisos e tetos em construção de edifícios, devido às suas propriedades mecânicas e térmicas, associada a boas condições acústicas. Este tipo de construções permite uma boa absorção sonora, isolamento térmico, com características arquitetónicas relevantes. As aplicações em construção são variadas: salas de conferência ou concerto, auditórios, tetos, paredes… Todavia, a alta vulnerabilidade dos elementos de madeira submetidos a condições de incêndio, requer a avaliação de seu comportamento estrutural com precisão. O principal objetivo deste trabalho é apresentar um modelo numérico para avaliar a resistência ao fogo das lajes celulares de madeira com diferentes perfurações. Também o comportamento térmico de lajes de madeira serão comparadas considerando diferentes materiais de isolamento, com placas de espessura diferente no interior das cavidades. Será utilizado o programa ANSYS© para a análise térmica e transiente com comportamento do material não-linear. Este estudo permite verificar a resistência ao fogo, a evolução da temperatura e a determinação da velocidade de carbonização, para as lajes celulares de madeira com perfurações, considerando ainda o efeito de isolamento no interior das cavidades.