Redução da resistência à compressão - ALTERAÇÃO DAS PROPRIEDADES MECÂNICAS DO CONCRETO

1. INTRODUÇÃO

2.2. ALTERAÇÃO DAS PROPRIEDADES MECÂNICAS DO CONCRETO

2.2.1. Redução da resistência à compressão

Caetano, Santos e Rodrigues (2014) afirmam que a determinação da resistência à compressão é um dos parâmetros mais úteis no dimensionamento de estruturas de concreto, dado que esse material é normalmente solicitado, principalmente, a esforços de compressão.

A Figura 2 apresenta uma compilação dos fatores de redução da resistência à compressão do concreto de resistência normal em função da elevação da temperatura segundo diversos autores:

Figura 2 - Fatores de redução da resistência à compressão do concreto (CCV) em função da temperatura

A Figura 3 apresenta uma compilação dos fatores de redução da resistência à compressão do concreto de alta resistência (fcj ≥ 50 MPa) em

função da elevação da temperatura segundo diversos autores: 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 fc,θ / fcj Temperatura θ (°C) CCV - Calcário (CEN, 2004) CCV - Silicoso (CEN, 2004)

CCV - Basalto, residual, sem carga (TOLENTINO et al, 2002)

CCV - Granito e basalto, residual, sem carga (LIMA, 2005)

CCV - Granito e basalto, residual, sem carga (WENDT, 2006)

CCV - Calcário, residual, sem carga (ARIOZ, 2007) CCV - Granito, residual, sem carga (SILVA et al, 2010)

CCV - Seixo, residual, sem carga (ARIOZ, 2007) CCV - Granito (C28), residual, sem carga (SILVA, 2009)

CCV - Granito (C35), residual, sem carga (SILVA, 2009)

CCV - Granito, com carga, à quente (SILVA et al, 2010)

CCV - Residual, sem carga, resfriamento rápido (SOUZA; MORENO JÚNIOR, 2010)

CCV - Residual, sem carga, resfriamento lento (SOUZA; MORENO JÚNIOR, 2010)

CCV - Basalto, residual, sem carga (KIRCHHOF, 2010)

CCV - Granito, residual, sem carga (YOON, 2015) CCV - Basalto, residual, sem carga (fcm = 40 MPa; steady state) (ALMEIDA, 2017)

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 fc,θ / fcj Temperatura θ (°C) CCV - Calcário (CEN, 2004) CCV - Silicoso (CEN, 2004)

CCV - Basalto, residual, sem carga (TOLENTINO et al, 2002) CCV - Granito e basalto, residual, sem carga (LIMA, 2005) CCV - Granito e basalto, residual, sem carga (WENDT, 2006) CCV - Calcário, residual, sem carga (ARIOZ, 2007)

CCV - Seixo, residual, sem carga (ARIOZ, 2007) CCV - Granito (C28), residual, sem carga (SILVA, 2009) CCV - Granito (C35), residual, sem carga (SILVA, 2009) CCV - Granito, residual, sem carga (SILVA et al, 2010) CCV - Residual, sem carga, resfriamento rápido (SOUZA;

MORENO JÚNIOR, 2010)

CCV - Residual, sem carga, resfriamento lento (SOUZA;

MORENO JÚNIOR, 2010)

CCV - Basalto, residual, sem carga (KIRCHHOF, 2010) CCV - Granito, residual, sem carga (YOON, 2015)

CCV - Basalto, residual, sem carga (fcm = 40 MPa; steady state)

(ALMEIDA, 2017) 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 fc,θ / fcj Temperatura θ (°C) CCV - Calcário (CEN, 2004) CCV - Silicoso (CEN, 2004)

CCV - Residual, sem carga, resfriamento lento (SOUZA; MORENO JÚNIOR, 2010)

CCV - Basalto, residual, sem carga (KIRCHHOF, 2010) CCV - Granito, residual, sem carga (YOON, 2015)

CCV - Basalto, residual, sem carga (fcm = 40 MPa; steady state) (ALMEIDA, 2017) 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 fc,θ / fcj Temperatura θ (°C) CCV - Calcário (CEN, 2004) CCV - Silicoso (CEN, 2004)

CCV - Residual, sem carga, resfriamento lento (SOUZA; MORENO JÚNIOR, 2010)

CCV - Basalto, residual, sem carga (KIRCHHOF, 2010) CCV - Granito, residual, sem carga (YOON, 2015)

CCV - Basalto, residual, sem carga (fcm = 40 MPa; steady state) (ALMEIDA, 2017)

Figura 3 - Fatores de redução da resistência à compressão do concreto (CAR) em função da temperatura

Destaca-se a significativa dispersão dos resultados expostos na Figura 2 e na Figura 3, assim como o uso de diferentes agregados graúdos, traços e regimes de ensaio.

Hertz (2005) afirma que os dados apresentados na norma EN 1992- 1-2:2004, da qual provém os resultados de redução da resistência à compressão da norma ABNT NBR 15200:2012, foram baseados em ensaios transientes, com amostras compostas por diversos concretos caracterizados por seus agregados graúdos e carregadas durante o aquecimento.

Conforme Hertz (2005), os valores apresentados são até 25% maiores do que os obtidos em ensaios sem carga, tanto a quente quanto após o

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 fc,θ / fcj Temperatura θ (°C)

CAR Classe 1 (CEN, 2004)

CAR Classe 2 (CEN, 2004)

CAR Classe 3 (CEN, 2004)

CAR - Calcário, residual, sem carga (C40, a/c: 0,57) (CARINO; PHAN, 2001)

CAR - Sílico-calcário, residual, sem carga (C75, a/agl: 0,30) (HAGER; PIMIENTA, 2002)

CAR - Calcário, residual, sem carga (C75, a/agl: 0,36) (HAGER; PIMIENTA, 2002)

CAR - Basalto, residual, sem carga (TOLENTINO et al, 2002)

CAR - Argila expandida, residual, sem carga (SOUZA, 2005)

CAR - Basalto, residual, sem carga (SOUZA, 2005)

CAR - Calcário, residual, sem carga (SOUZA, 2005)

CAR - Granito e basalto, residual, sem carga (LIMA, 2005)

CAR - Dolomita, residual, sem carga (NETINGER et al, 2011)

CAR - Seixo rolado, residual, sem carga (NETINGER et al, 2011)

CAR - Calcário, residual, sem carga, resfriamento lento (SANTOS et al, 2011)

CAR- Silicoso, residual, sem carga (HEAP et al, 2013)

CAR - Calcário, residual, sem carga (ARIOZ, 2007)

CAR - Seixo, residual, sem carga (ARIOZ, 2007)

CAR - Basalto, residual, sem carga (KIRCHHOF, 2010)

CAR - Basalto, residual, sem carga (fcm = 56 MPa, steady state) (ALMEIDA, 2017) 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 fc,θ / fcj Temperatura θ (°C)

CAR Classe 1 (CEN, 2004)

CAR Classe 2 (CEN, 2004) CAR Classe 3 (CEN, 2004)

CAR - Calcário, residual, sem carga (C40, a/c: 0,57) (CARINO; PHAN, 2001)

CAR - Sílico-calcário, residual, sem carga (C75, a/agl: 0,30) (HAGER; PIMIENTA, 2002)

CAR - Calcário, residual, sem carga (C75, a/agl: 0,36) (HAGER; PIMIENTA, 2002)

CAR - Basalto, residual, sem carga (TOLENTINO et al, 2002)

CAR - Argila expandida, residual, sem carga (SOUZA, 2005) CAR - Basalto, residual, sem carga (SOUZA, 2005)

CAR - Calcário, residual, sem carga (SOUZA, 2005) CAR - Granito e basalto, residual, sem carga (LIMA, 2005)

CAR - Dolomita, residual, sem carga (NETINGER et al, 2011) CAR - Seixo rolado, residual, sem carga (NETINGER et al, 2011)

CAR - Calcário, residual, sem carga, resfriamento lento (SANTOS et al, 2011)

CAR- Silicoso, residual, sem carga (HEAP et al, 2013)

CAR - Calcário, residual, sem carga (ARIOZ, 2007) CAR - Seixo, residual, sem carga (ARIOZ, 2007)

CAR - Basalto, residual, sem carga (KIRCHHOF, 2010) CAR - Basalto, residual, sem carga (fcm = 56 MPa, steady state) (ALMEIDA, 2017) 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 fc,θ / fcj Temperatura θ (°C)

CAR Classe 1 (CEN, 2004) CAR Classe 2 (CEN, 2004)

CAR Classe 3 (CEN, 2004)

CAR - Calcário, residual, sem carga (C40, a/c: 0,57) (CARINO; PHAN, 2001)

CAR - Sílico-calcário, residual, sem carga (C75, a/agl: 0,30) (HAGER; PIMIENTA, 2002)

CAR - Calcário, residual, sem carga (C75, a/agl: 0,36) (HAGER; PIMIENTA, 2002)

CAR - Basalto, residual, sem carga (TOLENTINO et al, 2002) CAR - Argila expandida, residual, sem carga (SOUZA, 2005)

CAR - Basalto, residual, sem carga (SOUZA, 2005) CAR - Calcário, residual, sem carga (SOUZA, 2005) CAR - Granito e basalto, residual, sem carga (LIMA, 2005)

CAR - Dolomita, residual, sem carga (NETINGER et al, 2011) CAR - Seixo rolado, residual, sem carga (NETINGER et al, 2011)

CAR - Calcário, residual, sem carga, resfriamento lento (SANTOS et al, 2011)

CAR- Silicoso, residual, sem carga (HEAP et al, 2013)

CAR - Calcário, residual, sem carga (ARIOZ, 2007) CAR - Seixo, residual, sem carga (ARIOZ, 2007)

CAR - Basalto, residual, sem carga (KIRCHHOF, 2010) CAR - Basalto, residual, sem carga (fcm = 56 MPa, steady state) (ALMEIDA, 2017)

resfriamento, diferença encontrada em especial na faixa de 500 ºC a 700 ºC. A tensão utilizada, para esse efeito, deve ser de 25 a 30% da tensão de ruptura a 20 ºC.

Apesar da informação apresentada por Hertz, contudo, percebe-se que os dados na norma EN 1992-1-2:2004 (EUROCODE 2) (CEN, 2004), quando comparados aos resultados de Abrams expostos na norma ACI 216.1- 07 (ACI, 2007) — ambos para agregados silicosos —, apresentam maior semelhança com as amostras ensaiadas sem carga durante o aquecimento, conforme Figura 4.

Figura 4 - Fatores de redução da resistência à compressão do concreto (CCV) com agregado silicoso apresentados pela norma EN 1992-1-2: 2004 (CEN, 2004), em azul,

e por Abrams (1977 apud ACI, 2007), adaptado de ACI 216-1 (2007)

Percebe-se comportamento semelhante – ainda que com menor aderência entre as curvas – ao se comparar os dados provenientes da norma EN 1992-1-2:2004 (EUROCODE 2) (CEN, 2004) e os resultados de Abrams expostos na norma ACI 216.1-07 (ACI, 2007) – ambos para agregados calcários ou carbonáticos, conforme Figura 5.

Figura 5 - Fatores de redução da resistência à compressão do concreto (CCV) com agregado calcário ou carbonático apresentados pela norma EN 1992-1-2: 2004 (CEN,

2004) e por Abrams (1977 apud ACI, 2007), adaptado de ACI 216-1 (2007)

Entende-se que o aquecimento das amostras utilizadas na composição das curvas de redução das propriedades mecânicas da norma EN 1992-1-2:2004 se deu conforme a curva padrão temperatura-tempo.

A curva padrão temperatura-tempo, ou curva de incêndio padrão, é a idealização e simplificação do estágio de queima mais intensa de um incêndio padronizado, destinada a análises experimentais e análises numéricas de estruturas. Trata-se uma curva nominal que assume como uniforme a temperatura dos gases no ambiente em que ocorre o incêndio, não abrange a fase de resfriamento (ramo descendente), adota que o material combustível é celulósico e é normalmente indicada para edificações (COSTA, SILVA, 2006; FIB, 2007; COSTA, 2008).

A Figura 6 ilustra a diferença entre a curva padrão temperatura-tempo e a variação térmica esperada de um incêndio ao longo de suas principais fases.

Figura 6 – Curva padrão temperatura-tempo (COSTA, SILVA, 2006)

A curva de incêndio-padrão recomendada pela norma brasileira ABNT NBR 5628:2001 é a mesma apresentada pelas normas ISO 834 e EN 1991-1- 2:2002 (Eurocode 1). A expressão matemática da curva é exposta na equação (1) (ABNT, 1980):

T - T0 = 345 log10 (8t+1) [ºC] (1)

Onde:

t = tempo em min a partir do início do ensaio T = temperatura do forno no instante “t” em ºC T0= temperatura inicial do forno em ºC

A diferença entre as normas é que a EN 1991-1-2:2002 adota a temperatura inicial como 20 ºC, enquanto a norma ABNT NBR 5628:2001 admite que ela seja de 10 ºC a 40 ºC.

Existem ainda diversas curvas nominais amplamente divulgadas para incêndios em túneis e estradas ou com diferentes materiais combustíveis, como ilustra a Figura 7.

Figura 7 – Curvas nominais de incêndio para túneis (RWS e ZTV), incêndio com combustíveis hidrocarbonetos (“hydrocarbon”) e celulósicos (“Standard ISO or BS

476”), adaptada de fib Bulletin nº38 (2007)

Schneider (1988), um dos principais autores em que as recomendações RILEM acerca de concreto exposto às altas temperaturas se baseiam, fez diversas observações acerca dos fatores que afetam especificamente a redução da resistência à compressão do concreto em função da temperatura:

a) A resistência à compressão original e a relação água-cimento, em concretos usuais, dificilmente exercem influência na redução proporcional dessa propriedade do concreto quando exposto às altas temperaturas;

b) O tipo de cimento empregado é responsável por uma pequena variação da referida resistência;

c) A relação cimento/agregado apresenta um efeito significativo na redução da resistência à compressão do concreto exposto às altas temperaturas, a qual é menor para misturas mais pobres em cimento;

d) O tipo do agregado graúdo exerce influências claras na redução da resistência à compressão do concreto nessas condições, sendo

que sua dimensão máxima também proporciona alterações no comportamento do material;

e) A aplicação de tensão durante o aquecimento influencia a propriedade em questão significativamente, sendo que a resistência à compressão do material é superior quando o ensaio é realizado com as amostras aquecidas sob carga, em comparação com aquelas aquecidas sem carga e ensaiadas antes ou após o resfriamento;

f) A taxa de aquecimento, cujo efeito é variável e depende das dimensões da amostra, como destaca Hertz (2007);

g) A forma de aplicação de tensão, dado que a resistência à compressão biaxial é superior à resistência uniaxial.

Os fatores que afetam a alteração das propriedades mecânicas do concreto como um todo estão discriminados no item 2.5.

No documento Propriedades mecânicas residuais do concreto em situação de incêndio (páginas 34-40)