EFEITO DO FOGO NAS ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO

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CONCRETO ARMADO

  Profa. Dra. Eliana Barreto Monteiro

1 EFEITO DO FOGO NAS ESTRUTURAS DE

   15 de dezembro de 1961 – Niterói/RJ

   503 pessoas morreram

  Sales, 2015 DETERIORAđấO DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO EFEITO DO FOGO

2 Gran Circo Norte – Americano 1961

  EFEITO DO FOGO 3 DETERIORAđấO DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO Aeroporto Santos Dumont Rio de Janeiro 13 de Fevereiro de 1998

  1

  2

  4 Edifício Andraus no Centro de São Paulo 1972 

  Causa: Sobrecarga do Sistema Elétrico 

  16 mortos e 330 feridos Sales, 2015

  5 Edifício Andraus no Centro de São Paulo 1972

  6 Edifício Joelma no Centro de São Paulo 1974 

  Causa: Curto Circuito em Aparelho de Ar Condicionado 

  188 mortos e 345 feridos Sales, 2015

  4

  5

  Sales, 2015

   41 mortos e 60 feridos

  Lojas Renner em Porto Alegre 1976 7

  7 LOBRAS

  Recife

  21 Dezembro 1994 ASFIXIA QUEIMADURAS COLAPSO PANICO

  8

  8 Empresa de Artefatos de Papel

  GALPÃO Jaboatão Detalhe do lascamento Coloração rosa, fissuras e desplacamento do recobrimento de aresta.

  Os pilares e vigas apresentam coloração rosa, fissuras de abertura entre 0,1 e 0,3 mm e, em alguns pontos, desplacamento do recobrimento da aresta (spalling). RIBEIRO et al, 2013 9

   Causa: Queima de fogos no palco

   7 mortos e 300 feridos

  Sales, 2015

10 Canecão Mineiro 2001

  11 Eletrobrás- Rio de Janeiro, 26 Fevereiro 2004

  12 INSS-Brasília, 27 Dezembro 2005

  10

  11

  WORLD TRADE CENTER Nova Iorque

11 Setembro 2001

  13

  13 FATOS E CURIOSIDADES

   de uma parte dos pilares da fachada atingida, bem como parte da estrutura do núcleo.

  O impacto dos aviões (velocidade de 960 km/h) provocou a imediata destruição

  As explosões dos taques de combustíveis provocaram a destruição de uma parte

   das fachadas e incêndio que atingiu mais de 1000º C. Bastam 500º C para que o aço perca 80% da sua resistência.

   das torres em forma de implosão. A Torre 1 colapsou em 103 minutos e a Torre 2 colapsou em 56 minutos.

  A parte superior das torres desmoronou sobre a inferior e provocou o colapso

  A causa principal da queda das torres foi a ocorrência de altas temperaturas

   por longo tempo, fruto da enorme quantidade de óleo combustível derramado na estrutura, o que causou o escoamento do aço 14

  14 DETERIORAđấO DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO EFEITO DO FOGO

  15

  16 Boate kiss, 27 de janeiro de 2013 

  Causa: Queima de fogos no palco

  17 Museu da Língua Portuguesa, 21 de dezembro de 2015 

  Causa: Iniciou com a troca de uma lâmpada

  18 Prédio abandonado 24 andares desaba, 1 de maio de 2018 

  Causa: Desconhecida

  16

  17

  19 [...] Tinha muito material combustível: madeira, papel, papelão, algo que fez com que essa chama se propagasse com rapidez. E a própria estrutura do prédio, sem os elevadores, formando essa chaminé, fez com que causasse o incêndio de forma generalizada na edificação", disse o porta-voz dos bombeiros.

  Aço

20 Concreto

  21 755 1095

  1275

  36

  55

  68 y = 260x - 522338 R² = 0.9694 y = 16x - 32155 R² = 0.9884 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 2012 2013 2014 2015 2016 Q ua nt id ad e

  Ano Estatísticas de Incêndio* Pernambuco e Brasil - 2012 a 2014

  BRASIL PERNAMBUCO Linear (BRASIL) Linear (BRASIL) Linear (PERNAMBUCO) Dados: Instituto de Sprinkler do Brasil *Exceto Residenciais

  Sales, 2015 DETERIORAđấO DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO EFEITO DO FOGO

  19

  20

  Comportamento dos materiais do concreto em altas temperaturas Água:

  Em altas temperaturas, a dilatação térmica da água influencia sobremaneira o processo de lascamento do concreto por meio dos gradientes de pressão associados à vaporização e transporte de grandes quantidades de água.

  O concreto é incombustível e não emite gases tóxicos quando expostos a altas temperaturas 22

22 DETERIORAđấO DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO

EFEITO DO FOGO

  Lascamento (Spalling)

  23

23 O spalling ocorre quando a pressão

  de vapor dentro do material aumenta a uma taxa maior do que o alívio de pressão causado pela liberação de vapor para a atmosfera. Sua manifestação é, portanto, mais freqüente em concretos que apresentam uma estrutura de poros mais refinada e uma umidade interna elevada.

  24 EUROTUNEL (França-Inglaterra) França - Inglaterra

  18 Novembro 1996 25

  25 DANOS TÍPICOS EM LAJES

  HUSNI, 2013 26

  26 Pasta de Cimento Portland:

  • Até 80°C - quimicamente estável;
  • 100°C - evaporação da água livre nos interstícios;
  • 180°C - desestruturação química efetiva;
  • 200°C - água evaporada reduz as forças de Van der Walls entre as camadas de C-S-H;
  • Até 300°C -acentua o aparecimento de fissuras e uma ligeira perda de resistência;
  • De 400°C à 600°C - dessecação dos poros seguida da decomposição dos produtos de hidratação e destruição do gel de C-S-H. A reação endotérmica da desidratação do hidróxido de cálcio Ca(OH) 2 libera o óxido de cálcio CaO e água. Essas reações químicas são acompanhadas de redução de volume, contribuindo para o aumento de fissuras:
  • 27

  28 Agregados:

  Calor provoca expansões no agregado que pode ser destrutiva para o concreto

  CONDUTIVIDADE TÉRMICA: BAIXA ------ BASALTO; MÉDIA –---- CALCÁREOS CALCÍTICO E DOLOMÍTICO; ELEVADA – QUARTZO. DETERIORAđấO DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO EFEITO DO FOGO

  29 Aço:

  Fusão: aproximadamente 1550°C; Incêndio: temperatura máxima 1200°C;

  (Nesta temperatura a resistência se anula) DETERIORAđấO DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO EFEITO DO FOGO

  30 Degradação física do concreto: Delaminação Superficial

  Lascamento (Spalling)

  Explosivo (Explosive Spalling) Delaminação Gradual (Sloughing) DETERIORAđấO DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO EFEITO DO FOGO

  28

  29

  DETERIORAđấO DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO EFEITO DO FOGO Degradação física do concreto: Spalling

  31 CORBITT-DIPIERRO (2007)

  31 DETERIORAđấO DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO EFEITO DO FOGO

  Degradação física do concreto: Sloughing

  32 CORBITT-DIPIERRO (2007)

  32 DETERIORAđấO DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO EFEITO DO FOGO

  Degradação física do concreto: Perda de aderência aço-concreto

  Após 100°C-redução da perda de aderência é sensível em função do aumento e duração do aquecimento; Após 400°C-perda de aderência é maior do que a redução de resistência a compressão do concreto; Após 600°C- perda completa da aderência. 33

  Corrosão

  1. O hidróxido de cálcio da pasta endurecida se recompõe, recuperando o pH inicial apenas nas camadas superficiais molhadas, deixando o interior ressecado do concreto despassivado à mercê da “frente de carbonatação” de fora para dentro. DETERIORAđấO DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO EFEITO DO FOGO

34 Degradação física do concreto:

  Concreto é versátil Concreto não é inflamável Concreto é incombustível Concreto é resistente Concreto é isolante térmico Concreto perde resistência Concreto pode explodir (spalling) 0 a 100 C  umidade  vapor d’água  íntegro

  100 a 350 C  CSH perde água  pode explodir 350 a 900 C  Ca(OH)

  2

   CaO  agregados soltam 900 a 1200 0C  fusão parcial, CO

  34

2 HELENE, 2017

  2. Ensaio de Carbonatação; 3.

  Inspeção visual;

  4. Ensaio de Ultra-som (uniformidade e módulo de

  deformação do concreto); 5. Resistência do aço (tensão de escoamento e tensão de ruptura à tração);

  6. Resistência à compressão e módulo de elasticidade do

  concreto (Corpo-de-prova extraído- NBR 5739/99); 7. Deslocamento de componentes estruturais; 8. Avaliação do alcance das fissuras do revestimento; 9. Monitoramento das aberturas das juntas; 10. Mapeamento das fissuras na cobertura e medida do deslocamento do edifício;

  Inspeção

  EFEITO DO FOGO 36 DETERIORAđấO DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO 1.

  35

  EFEITO DO FOGO 35 DETERIORAđấO DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO Resumindo…

  Esclerometria;

  37 Fonte: PAZINI, 2003 Inspeção Visual

  38 Inspeção Visual

  EFEITO DO FOGO 39 DETERIORAđấO DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO Armadura flambado devido a incêndio

  37

  38

  EFEITO DO FOGO 40 DETERIORAđấO DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO Perda de 40% a 45% da capacidade portante

  Fonte: Husni, 2013

  41 Ensaio de Carbonatação

  42 Esclerometria ESCLEROMETRIA

  40

  41

  43 ULTRA-SOM

  44 Fonte: BARBOSA, 2005 Extração de corpos-de-prova

  45 FISSURAđấO PELA EXPOSIđấO A EXTREMOS PROGNÓSTICO:  Fissuração superficial  Deformação do concreto  Lascamento do recobrimento  Deformação do aço

   Ruptura dos elementos estruturais DETERIORAđấO DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO EFEITO DO FOGO

  43

  44

  46 FISSURAđấO PELA EXPOSIđấO A EXTREMOS ATUAđỏES CORRETIVAS:  Escoramento  Reparo com graute ou micro-concreto fluido  Reparo com argamassa de forma manual

  75 600 Vermelho 55 900

  46

  Conclusão:

  As patologias decorrentes de um incêndio abreviam a vida útil da edificação sinistrada, e a identificação das mesmas é de suma importância para e reabilitação do imóvel.

  EFEITO DO FOGO 48 DETERIORAđấO DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO O aço e o concreto têm suas resistências reduzidas quando submetidos a altas temperaturas. As estruturas de concreto, sobretudo aquelas de concretos de alta resistência (CAR e CAD), podem estar sujeitas à degradação prematura por meio do “ spalling”.

  10 1000 Amarelo Alaranjado DETERIORAđấO DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO EFEITO DO FOGO

  Avermelhado

  Concreto desagregado, sem nenhuma resistência Cinza-

  88 500 Concreto começa a desagregar

   Reforço com adição de armadura e concreto projetado  Reforço com chapas metálicas ou perfis metálicos  Recuperação do monolitismo com injeção de epoxi DETERIORAđấO DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO EFEITO DO FOGO

  Rosa 400

  95 300 Perda de água de gel; aparecimento das primeiras fissuras superficiais; Ca(OH) 2 se transforma em CaO

  200

  20 Evaporação da água capilar Cinza 100

  % da Resistência Inicial

  C) Perda de água, Reações Químicas e Danos Cor do Concreto Resistência Residual em

  ( o

  47 FISSURAđấO PELA EXPOSIđấO A EXTREMOS Temp.

  47

  49

  49 Estudo de Caso 1 Recorde em concreto de alta resistência, colorido, empregado em vários pilares do

  Edifício e-Tower, PESQUISA POR PAULO HELENE DA USP, CARLOS na cidade de São Paulo. BRITEZ PEDRO BILESKY E ANTONIO BERTO DO IPT

  50

  50 Estudo de Caso 1 Três réplicas dos pilares reais foram construídas a título de protótipos no pátio da USP, para ensaios de simulação de incêndio. 51

  Estudo de Caso 1 

  Concreto envelhecido naturalmente ao ambiente agressivo local (8 anos); 

  Pigmentação inorgânica do concreto, com uso de óxido de ferro (Fe

  2 O 3 ), como recurso útil na avaliação do concreto pós-incêndio através da mudança de cor do concreto colorido (pigmentado);

  Caracterização do concreto: Estes testemunhos foram rompidos e forneceram uma resistência característica à compressão de 140 MPa, superior à resistência à compressão obtida durante os moldados em 2002 de 125 MPa. 52

  52 Estudo de Caso 1 COLOCAđấO DE TERMOPARES

  53

  53 Estudo de Caso 1 ENSAIO NO FORNO (SIMULAđấO DE INCÊNDIO)

  54

   Estudo de Caso 1

  A temperatura do forno – simulação da curva de aquecimento padrão ISO 834 –, foi monitorada e medida através de seis termopares tipo K, mantidos a uma distância de 150 mm das faces da amostra, distribuídos em pontos estratégicos, sendo dois para cada face exposta ao fogo; posicionados a 1/3 e a 2/3 da altura total do elemento.

  No programa térmico, foi estabelecido que o tempo de exposição ao fogo do pilar protótipo seria de 180 min (3h), com ensaio de simulação de incêndio caracterizado pela curva padrão de aquecimento ISO 834. O pilar protótipo foi ensaiado sem carregamento e com exposição de três faces ao fogo, em virtude das dimensões originais da câmara do forno, o que propiciou que uma das faces (onde os termopares estavam instalados) permanecesse de livre acesso durante o ensaio de simulação de incêndio. 55

  55 Estudo de Caso 1 O pilar protótipo perdeu aproximadamente 5% de sua seção transversal somente pelo efeito de spalling 56 (perda física de massa).

  56 Estudo de Caso 1

  57

  58 Estudo de Caso 1 O pilar protótipo de concreto de alta resistência apresentou um bom desempenho quando expostos 180 min (3h) ao fogo, mantendo sua integridade, com 95% de sua área de seção transversal original preservada (somente 5% reduzida efetivamente por efeito de spalling

  ) e expondo apenas 5% de toda a armadura perimetral (longitudinal e transversal), mostrando ser dispensável, nesse caso, o uso de fibras de polipropileno.

  • Limpeza superficial;
  • Encamisamento de ¾ do pilar;
  • Armadura adicional
  • Preenchimento de 15 cm de concreto com aditivo superplastificante;
  • Retirada a fôrma, foi realizada cura úmida, empregando uma manta sobre o pilar; • Preenchimento do ¼ restante.

  59 Estudo de Caso 2 REPARAđấO PARCIAL DA ESTRUTURA DE UM EDIFễCIO DE CONCRETO ARMADO ATINGIDO POR UM INCÊNDIO

  Reparo (Pilar):

  Husni (2013)

  • Limpeza superficial;
  • Aumento da rugosidade;
  • Armadura adicional
  • Preenchimento com concreto com aditivo superplastificante;
  • Retirada a fôrma, foi realizada cura úmida, empregando uma manta sobre a viga;

  60 Estudo de Caso 2

  Reparo (viga com destacamento):

  Husni (2013)

  58

  59

  Estudo de Caso 2 Husni (2013) 61

61 Reparo (vigas com fissuras):

  • Limpeza superficial – ar comprimido;
  • Injeção de resina epoxídica – baixa viscosidade;
  • Adição de chapas de aço em forma de “U”, transversalmente à viga;
  • Adição de chapas retangulares na base da viga com 3 mm de espessura e 8 cm de largura.

  Resina epóxi Chapa retangular + chapa “U” Chapa metálica “U” 62 Husni (2013)

  62

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