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1 1 EFEITO DO FOGO NAS ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO Profa. Dra. Eliana Barreto Monteiro 2Gran Circo Norte – Americano 1961 15 de dezembro de 1961 – Niterói/RJ 503 pessoas morreram Sales, 2015 DETERIORAÇÃO DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO EFEITO DO FOGO 3 DETERIORAÇÃO DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO EFEITO DO FOGO Aeroporto Santos Dumont Rio de Janeiro 13 de Fevereiro de 1998 1 2 3 2 4Edifício Andraus no Centro de São Paulo 1972 Causa: Sobrecarga do Sistema Elétrico 16 mortos e 330 feridos Sales, 2015 5Edifício Andraus no Centro de São Paulo 1972 6Edifício Joelma no Centro de São Paulo 1974 Causa: Curto Circuito em Aparelho de Ar Condicionado 188 mortos e 345 feridos Sales, 2015 4 5 6 3 7 Lojas Renner em Porto Alegre 1976 41 mortos e 60 feridos Sales, 2015 8 LOBRAS Recife 21 Dezembro 1994 ASFIXIA PANICO QUEIMADURAS COLAPSO 9 GALPÃO Jaboatão Empresa de Artefatos de Papel 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). Coloração rosa, fissuras e desplacamento do recobrimento de aresta. Detalhe do lascamento RIBEIRO et al, 2013 7 8 9 4 10 Canecão Mineiro 2001 Causa: Queima de fogos no palco 7 mortos e 300 feridos Sales, 2015 11Eletrobrás- Rio de Janeiro, 26 Fevereiro 2004 12INSS-Brasília, 27 Dezembro 2005 10 11 12 5 13 WORLD TRADE CENTER Nova Iorque 11 Setembro 2001 14 FATOS E CURIOSIDADES O impacto dos aviões (velocidade de 960 km/h) provocou a imediata destruição de uma parte dos pilares da fachada atingida, bem como parte da estrutura do núcleo. 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. A parte superior das torres desmoronou sobre a inferior e provocou o colapso das torres em forma de implosão. A Torre 1 colapsou em 103 minutos e a Torre 2 colapsou em 56 minutos. 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 15 DETERIORAÇÃO DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO EFEITO DO FOGO 13 14 15 6 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 18Prédio abandonado 24 andares desaba, 1 de maio de 2018 Causa: Desconhecida 16 17 18 7 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. 20 Concreto Aço 21 755 1095 1275 36 55 68 y = 260x - 522338 R² = 0.9694 y = 16x - 32155 R² = 0.9884 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 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 DETERIORAÇÃO DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO EFEITO DO FOGO 19 20 21 8 22 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 23 Lascamento (Spalling) DETERIORAÇÃO DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO EFEITO DO FOGO 24 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. 22 23 24 9 25 EUROTUNEL (França-Inglaterra) França - Inglaterra 18 Novembro 1996 26 DANOS TÍPICOS EM LAJES HUSNI, 2013 27 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: 25 26 27 10 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. DETERIORAÇÃO DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO EFEITO DO FOGO 29 Aço: Fusão: aproximadamente 1550°C; Incêndio: temperatura máxima 1200°C; (Nesta temperatura a resistência se anula) DETERIORAÇÃO DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO EFEITO DO FOGO 30 Degradação física do concreto: Delaminação Superficial Lascamento (Spalling) Explosivo (Explosive Spalling) Delaminação Gradual (Sloughing) DETERIORAÇÃO DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO EFEITO DO FOGO 28 29 30 11 31 Degradação física do concreto: Spalling DETERIORAÇÃO DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO EFEITO DO FOGO CORBITT-DIPIERRO (2007) 32 Degradação física do concreto: Sloughing DETERIORAÇÃO DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO EFEITO DO FOGO CORBITT-DIPIERRO (2007) 33 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. DETERIORAÇÃO DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO EFEITO DO FOGO 31 32 33 12 34 Degradação física do concreto: 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. DETERIORAÇÃO DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO EFEITO DO FOGO 35 DETERIORAÇÃO DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO EFEITO DO FOGO Resumindo… 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 0C umidade vapor d’água íntegro 100 a 350 0C CSH perde água pode explodir 350 a 900 0C Ca(OH)2 CaO agregados soltam 900 a 1200 0C fusão parcial, CO2 HELENE, 2017 36 DETERIORAÇÃO DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO EFEITO DO FOGO 1. Inspeção visual; 2. Ensaio de Carbonatação; 3. Esclerometria; 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 34 35 36 13 37 Fonte: PAZINI, 2003 Inspeção Visual 38 Inspeção Visual 39 DETERIORAÇÃO DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO EFEITO DO FOGO Armadura flambado devido a incêndio 37 38 39 14 40 DETERIORAÇÃO DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO EFEITODO FOGO Perda de 40% a 45% da capacidade portante Fonte: Husni, 2013 41Ensaio de Carbonatação 42 Esclerometria ESCLEROMETRIA 40 41 42 15 43 ULTRA-SOM 44 Fonte: BARBOSA, 2005 Extração de corpos-de-prova 45 FISSURAÇÃO PELA EXPOSIÇÃO A EXTREMOS PROGNÓSTICO: Fissuração superficial Deformação do concreto Lascamento do recobrimento Deformação do aço Ruptura dos elementos estruturais DETERIORAÇÃO DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO EFEITO DO FOGO 43 44 45 16 46 FISSURAÇÃO PELA EXPOSIÇÃO A EXTREMOS ATUAÇÕES CORRETIVAS: Escoramento Reparo com graute ou micro-concreto fluido Reparo com argamassa de forma manual Reforço com adição de armadura e concreto projetado Reforço com chapas metálicas ou perfis metálicos Recuperação do monolitismo com injeção de epoxi DETERIORAÇÃO DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO EFEITO DO FOGO 47 FISSURAÇÃO PELA EXPOSIÇÃO A EXTREMOS Temp. (oC) Perda de água, Reações Químicas e Danos Cor do Concreto Resistência Residual em % da Resistência Inicial 20 Evaporação da água capilar Cinza 100 200 95 300 Perda de água de gel; aparecimento das primeiras fissuras superficiais; Ca(OH)2 se transforma em CaO Rosa400 88 500 Concreto começa a desagregar 75 600 Vermelho 55 900 Concreto desagregado, sem nenhuma resistência Cinza- Avermelhado 10 1000 Amarelo Alaranjado 0 DETERIORAÇÃO DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO EFEITO DO FOGO 48 DETERIORAÇÃO DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO EFEITO DO FOGO 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”. 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. Conclusão: 46 47 48 17 49 50 Estudo de Caso 1 Recorde em concreto de alta resistência, colorido, empregado em vários pilares do Edifício e-Tower, na cidade de São Paulo. PESQUISA POR PAULO HELENE DA USP, CARLOS BRITEZ PEDRO BILESKY E ANTONIO BERTO DO IPT 51 Três réplicas dos pilares reais foram construídas a título de protótipos no pátio da USP, para ensaios de simulação de incêndio. Estudo de Caso 1 49 50 51 18 52 Concreto envelhecido naturalmente ao ambiente agressivo local (8 anos); Pigmentação inorgânica do concreto, com uso de óxido de ferro (Fe2O3), 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. Estudo de Caso 1 53 Estudo de Caso 1 COLOCAÇÃO DE TERMOPARES 54 Estudo de Caso 1 ENSAIO NO FORNO (SIMULAÇÃO DE INCÊNDIO) 52 53 54 19 55 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. 56 Estudo de Caso 1 O pilar protótipo perdeu aproximadamente 5% de sua seção transversal somente pelo efeito de spalling (perda física de massa). 57 Estudo de Caso 1 55 56 57 20 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. 59 Estudo de Caso 2 REPARAÇÃO PARCIAL DA ESTRUTURA DE UM EDIFÍCIO DE CONCRETO ARMADO ATINGIDO POR UM INCÊNDIOReparo (Pilar): • 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. Husni (2013) 60 Estudo de Caso 2 Reparo (viga com destacamento): • 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; Husni (2013) 58 59 60 21 61 Estudo de Caso 2 Husni (2013) 62Husni (2013) 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” 61 62
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