Aula 4 Efeito Fogo

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EFEITO DO FOGO NAS 
ESTRUTURAS DE CONCRETO 
Profa. Dra. Eliana Barreto Monteiro
2Gran Circo Norte – Americano 1961
 15 de dezembro de 1961 – Niterói/RJ
 503 pessoas morreram
Sales, 2015 
3Edifício Andraus no Centro de São Paulo 1972 
 Causa: Sobrecarga do Sistema Elétrico
 16 mortos e 330 feridos
Sales, 2015 
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2
3
2
4Edifício Andraus no Centro de São Paulo 1972 
5Edifício Joelma no Centro de São Paulo 1974 
 Causa: Curto Circuito em Aparelho de Ar Condicionado
 188 mortos e 345 feridos
Sales, 2015 
6
Lojas Renner em Porto Alegre 1976 
 41 mortos e 60 feridos Sales, 2015 
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5
6
3
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LOBRAS
Recife
21 Dezembro 1994
ASFIXIA
PANICO
QUEIMADURAS
COLAPSO
8
Canecão Mineiro 2001 
 Causa: Queima de fogos no palco
 7 mortos e 300 feridos
Sales, 2015 
ALGO
PARECIDO
RECENTEMENTE???
9
WORLD TRADE CENTER
Nova Iorque
11 Setembro 2001
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8
9
4
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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
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DETERIORAÇÃO DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO
EFEITO DO FOGO
12Eletrobrás- Rio de Janeiro, 26 Fevereiro 2004
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13INSS-Brasília, 27 Dezembro 2005
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Boate kiss, 27 de janeiro de 2013
 Causa: Queima de fogos no palco
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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
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Museu da Língua Portuguesa, 21 de dezembro de 2015
 Causa: Iniciou com a troca de uma lâmpada
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Prédio abandonado 24 andares desaba, 1 de maio de 2018
 Causa: Desconhecida
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[...] 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.
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Museu Nacional do Rio, 03 de setembro de 2018
Destruiu o 
acervo de 20 
milhões de 
itens
 Causa sobreaquecimento por curto circuito de 
um ar condicionado
20Centro de Treinamento (Flamengo) no Rio, 8 Fevereiro de 2019
 Causa instalações provisórias e sobreaquecimento por 
curto circuito de um ar condicionado 
 10 pessoas morreram
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20
21
8
22Catedral de Notre-Dame de Paris, 15 de maio de 2019
 Causas não determinadas, 
suspeitas de estarem relacionadas 
a obras de restauro
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Concreto
Aço
24
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 
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24
9
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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
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Lascamento
(Spalling)
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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.
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EUROTUNEL (França-Inglaterra)
França - Inglaterra
18 Novembro 1996
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DANOS TÍPICOS EM LAJES
HUSNI, 2013
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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:
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Agregados:
Calor provoca expansões no agregado que 
pode ser destrutiva para o concreto
CONDUTIVIDADE TÉRMICA:
BAIXA ------ BASALTO;
MÉDIA –---- CALCÁREOS CALCÍTICO E DOLOMÍTICO;
ELEVADA – QUARTZO.
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Aço:
Fusão: aproximadamente 1550°C;
Incêndio: temperatura máxima 1200°C;
(Nesta temperatura a resistência se anula)
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Degradação física do concreto:
Delaminação Superficial
Lascamento
(Spalling)
Explosivo (Explosive 
Spalling)
Delaminação Gradual 
(Sloughing)
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Degradação física do concreto:
Spalling
CORBITT-DIPIERRO (2007)
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Degradação física do concreto:
Sloughing
CORBITT-DIPIERRO (2007)
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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.
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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. 
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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
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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
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40
Fonte: PAZINI, 2003
Inspeção Visual
41
Inspeção Visual
42
Teste Tensão de Escoamento do Aço
HELENE, 2018 
40
41
42
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Armadura flambado
devido a incêndio
44
Perda de 40% a 45% da 
capacidade portante
Fonte: Husni, 2013
45Ensaio de Carbonatação
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Esclerometria
ESCLEROMETRIA
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ULTRA-SOM
48
Fonte: BARBOSA, 2005
Extração de corpos-de-prova
46
47
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49
FISSURAÇÃO PELA EXPOSIÇÃO A EXTREMOS
PROGNÓSTICO:
Fissuração superficialDeformação do concreto
Lascamento do recobrimento
Deformação do aço
Ruptura dos elementos estruturais
50
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 
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FISSURAÇÃO PELA EXPOSIÇÃO A EXTREMOS
Fonte: CASTANHEIRA, 2017
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50
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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
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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
54
52
53
54
19
55
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
56
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
57
 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
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COLOCAÇÃO DE TERMOPARES
Estudo de Caso 1
59
ENSAIO NO FORNO (SIMULAÇÃO DE INCÊNDIO)
Estudo de Caso 1
60
 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. 
Estudo de Caso 1
58
59
60
21
61
O pilar protótipo perdeu 
aproximadamente 5% de sua 
seção transversal somente pelo 
efeito de spalling 
(perda física de massa). 
Estudo de Caso 1
62
Estudo de Caso 1
63
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.
Estudo de Caso 1
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22
* Husni, Raul (2013)*
Estudo de Caso 2
Edifício Residencial 
Afetado por 
Incêndio
HUSNI (2013)
Husni, Raul (2013)* Husni, Raul (2013)*
Estudo de Caso 2
Recuperação de 
Estrutura de Concreto 
Armado Danificada por 
Incêndio por mais de 4 
horas de duração, cuja 
perda de capacidade de 
carga variou entre 40 e 
45%
HUSNI (2013)
66
Reparo (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.
Estudo de Caso 2
HUSNI (2013)
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66
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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;
Estudo de Caso 2
HUSNI (2013)
68Husni (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”
Estudo de Caso 2
METODOLOGIA REPARO
1. LIMPEZA COM AR COMPRIMIDO;
2. INJEÇÃO DE RESINA EPOXI NAS
FISSURAS;
3. ACRÉSCIMO DE ESTRUTURA
AUXILIAR DE AÇO EM FORMATO “U”.
METODOLOGIA RECUPERAÇÃO
1. ESCORAMENTO DE PARTE DA
ESTRUTURA AFETADA;
2. ESCARIFICAÇÃO MECÂNICA;
3. ENCAMISAMENTO DOS PILARES E
ADIÇÃO DE ARMADURA DE FLEXÃO
E ESTRIBOS (VIGAS);
4. SOLDA DE AÇO COM UTILIZAÇÃO
DE EPOXI;
5. FORMA EM MADEIRA
(CONVENCONAL);6. ARGAMASSA TIPO GROUT;
7. CURA COM MANTA UMIDECIDA.
Estudo de Caso 2
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24
70
70