Resistência mecânica residual do concreto

Conforme abordado nos principais códigos internacionais vinculados ao concreto em situação de incêndio (EN 1992-1-2:2004; ACI 216R, 1989; ICC, 2009), e mencionado anteriormente, as propriedades do material podem reduzir-se significativamente em função da exposição ao calor, principalmente nas elevadas temperaturas.

No entanto, observa-se que é complexo mensurar a perda de resistência do material como um todo, uma vez que a temperatura no interior do elemento estrutural não é uniforme, ou seja, significativos gradientes térmicos se manifestam durante o tempo de exposição ao fogo.

Geralmente, os ensaios para determinação de uma propriedade do material, por exemplo, a sua resistência mecânica à compressão, são realizados através de métodos utilizando em corpos-de-prova padronizados, onde a amostra é aquecida até uma temperatura predeterminada, onde permanece até o seu respectivo equilíbrio térmico, para posterior ruptura (CHAN; PENG; CHAN, 1996; HOFF; BILODEAU; MALHOTRA, 2000; PURKISS, 1996).

Embora seja usual a aplicação desses métodos em corpos-de-prova, essa prática não é comum em programas experimentais envolvendo elementos estruturais, pois, de fato, o equilíbrio térmico no interior do elemento não existe (ou é dificílimo de obter em experimentos), e, geralmente, as seções transversais são caracterizadas por significativos gradientes térmicos, mesmo para ensaios realizados por longos45 períodos.

Em geral, quando são realizados programas experimentais envolvendo ensaios de verificação de resistência ao fogo em pilares de concreto46 armado, é comum nas pesquisas internacionais a avaliação e a discussão somente da distribuição de temperatura no interior do elemento, da intensidade e profundidade de spalling e do quanto de material foi preservado, em termos de sua seção transversal original (manutenção da seção transversal).

Esse panorama, muitas vezes, se justifica devido à dificuldade em determinar a resistência do material ao longo do gradiente térmico, pois a variação de temperatura é muito grande em uma distância muito curta, geralmente poucos centímetros da seção transversal, sem considerar, que muitas vezes parte do material já foi perdida por spalling.

No caso específico do programa experimental conduzido nessa pesquisa, é possível observar, claramente na Fig. 108, que aos 180 minutos de ensaio, nas duas linhas de termopares menos profundos (espaçados apenas 100mm) havia uma elevada diferença de temperatura (gradiente térmico) da ordem de 450ºC.

Observa-se, portanto, que realmente não há muito sentido em extrair um testemunho na mesma direção (mesmo plano) da seção transversal, pois a amostra seria um “conjunto de vários concretos”, caracterizados, obviamente, pelas diferenças de temperatura registradas durante o ensaio de simulação de incêndio.

Sendo assim, para aferir a resistência à compressão do material, planejou-se que os testemunhos fossem extraídos na direção ortogonal à seção transversal, sendo essas extrações realizadas nas regiões coincidentes com as diferentes profundidades dos termopares.

Com isso, ao longo da altura dos testemunhos extraídos haveria uma melhor uniformidade do concreto em função da propagação de calor unidirecional no pilar durante o evento de simulação de incêndio, pois conforme observado na Fig. 107, o comportamento foi muito similar para as profundidades equivalentes,

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independentemente da cota do termopar (as cotas podem ser observadas na Fig. 70).

Assim sendo, posteriormente ao evento de simulação de incêndio e das avaliações discutidas no subitem precedente, o pilar protótipo foi colocado47 em posição horizontal, de modo que as extremidades permaneceram de livre acesso para os respectivos procedimentos de extração de testemunhos de concreto.

Diversos testemunhos foram extraídos na região das diferentes profundidades dos termopares, exceto para os termopares na região do cobrimento médio (25mm de profundidade da face do pilar), que teve sua resistência à compressão desprezada48 nessa região. Observa-se que essa região coincide com a parte escura e alaranjada, com predominância de magnetita (Fe3O4), ao invés de hematita (Fe2O3).

As extrações dos testemunhos foram realizadas com uma perfuratriz elétrica provida de coroa diamantada refrigerada a água, fabricada pela Tyrolit do Brasil, modelo HCCB 6 Hydrostress, sendo as respectivas rupturas realizadas em uma prensa hidráulica, marca Mohr & Federhaff – AG, com capacidade de 200t, com precisão de 100kgf, conforme procedimentos da ABNT NBR 7680:2007 “Concreto - Extração, preparo e ensaio de testemunhos de concreto”.

Esses procedimentos foram realizados pela equipe do Laboratório de Materiais de Construção Civil do IPT. As Figs. 114 e 115 mostram o procedimento de extração, algumas perfurações já realizadas na extremidade do pilar, bem como os testemunhos extraídos para os posteriores ensaios de resistência mecânica residual à compressão do concreto.

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Com auxílio de um guindauto munido de lança mecânica articulada, modelo HIAB-500. 48

Durante os procedimentos de extração dos testemunhos, foi possível constatar que as partes escuras e alaranjadas da amostra não possuíam resistência mecânica nem para resistir aos procedimentos de extração, através dos métodos tradicionais com perfuratriz ou com discos de corte especiais para concreto, pois a amostra era parcialmente moída e/ou pulverizada durante essas operações (friável). Ressalta-se que, com pouco esforço na região perimetral, pedaços de milímetros

Figura 114 – Procedimento de extração dos testemunhos na extremidade do pilar e detalhe do

testemunho sendo extraído (com ø 75mm).

Figura 115 – Detalhe de algumas perfurações realizadas na extremidade do pilar e detalhe de um

testemunho extraído (com ø 75mm) para posterior ensaio ultrassom e de ruptura à compressão.

Destaca-se que precedentemente a ruptura dos testemunhos, durante sua preparação, procedeu-se com o exame de ultrassom, objetivando a comparação com as amostras extraídas do pilar antes do ensaio de simulação de incêndio (especificamente das amostras extraídas da parte remanescente).

Na Tabela 18 é possível observar o resumo dos resultados obtidos no ensaio de resistência à compressão e no exame de ultrassom dos procedimentos realizados posteriormente (pós-fogo) e precedentemente (pré-fogo) à simulação de incêndio no pilar protótipo.

Tabela 18. Resultados obtidos nos exames de ultrassom e nos ensaios de resistência à compressão

PÓS-FOGO (cor vermelha, laranja e negra) PRÉ-FOGO (cor vermelha)

Localização do eixo da extração Resistência à compressão (MPa) Velocidade de pulso ultrassônico (m/s) Resistência à compressão (MPa) Velocidade de pulso ultrassônico (m/s) 3mm da face (cor laranja) desprezada (0,0%) desprezada (0,0%) 140,7 (100%) 5325 (100%) 25mm da face (cor negra) desprezada (0,0%) desprezada (0,0%) 100mm da face (cor vermelha) 139,0 (98,8%) 5072 (95,2%) 200mm da face (cor vermelha) 124,5 (88,5%) 4092 (76,8%) 350mm da face (cor vermelha) 136,1 (96,7%) 4674 (87,8%)

Nota-se na Tabela 18 que as amostras com coloração vermelha são similares, do ponto de vista de sua resistência mecânica (pré-fogo e pós-fogo). Observa-se ainda que as extrações realizadas na região da profundidade do termopar localizado a 125mm da face praticamente “rasparam” na parte escura danificada (nos primeiros 55mm da amostra) e mesmo assim foi constatada uma resistência similar a amostra extraída do núcleo. Essa situação pode ser observada na Fig. 116.

Figura 116 – Detalhe da perfuração realizada a 50mm de uma das faces do pilar exposta ao fogo: na

Portanto, os resultados obtidos, dispostos na Tabela 18, sugerem que, independentemente dos ensaios para determinação da resistência mecânica à compressão e dos exames de ultrassom dos testemunhos extraídos, já seria possível inferir, somente pelo índice colorimétrico, que praticamente o pilar não sofreu alterações de suas propriedades mecânicas onde conservou sua coloração original, e foi submetido a temperaturas inferiores a 570ºC, ou seja, onde não houve reação química evidente de redução relacionada ao pigmento inorgânico de óxido de ferro (Fe2O3) presente.

Resumindo, em todo o núcleo onde a cor permaneceu vermelha a resistência mecânica à compressão se manteve praticamente igual à original antes do ensaio, apesar da proximidade com a coloração escura, com presença evidente de magnetita (Fe3O4), conforme será observado adiante nos resultados dos ensaios pertinentes à caracterização mineralógica de amostras estrategicamente extraídas nessas regiões.