EFEITO DO FOGO NAS ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO

(1)

1

EFEITO DO FOGO NAS ESTRUTURAS DE

CONCRETO ARMADO

Profa. Dra. Eliana Barreto Monteiro

2

Gran 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)

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

(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

(4)

10

Canecão Mineiro 2001



Causa: Queima de fogos no palco



7 mortos e 300 feridos

Sales, 2015

11

Eletrobrás- Rio de Janeiro, 26 Fevereiro 2004

12

INSS-Brasília, 27 Dezembro 2005

10

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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

13

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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

(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

19

(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)

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

(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)2libera o óxido de cálcio CaO e água. Essas reações

químicas são acompanhadas de redução de volume, contribuindo para o aumento de fissuras:

25

(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.

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)

28

(11)

31

Degradação física do concreto:

Spalling

CORBITT-DIPIERRO (2007)

32

Degradação física do concreto:

Sloughing

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.

31

(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.

35

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 0_C__umidade__{vapor d’água}__íntegro

100 a 3500_C__{CSH perde água}__{pode explodir}

350 a 900 0_C__Ca(OH)

2CaOagregados soltam

900 a 1200 0C fusão parcial, CO2

HELENE, 2017

36

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

(13)

37

Fonte:PAZINI, 2003

Inspeção Visual

38 Inspeção Visual

39

Armadura flambado devido a incêndio

37

(14)

40

Perda de 40% a 45% da capacidade portante

Fonte: Husni, 2013

41 Ensaio de Carbonatação

42 Esclerometria

ESCLEROMETRIA

40

(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

43

(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

47

FISSURAÇÃO PELA EXPOSIÇÃO A EXTREMOS Temp.

(o_C) 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)2se

transforma em CaO Rosa

400 88

500 _{Concreto começa a} desagregar

75

600 Vermelho 55

900 Concreto desagregado, sem nenhuma

resistência

Cinza-Avermelhado 10

1000 _AlaranjadoAmarelo 0

48

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

(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

(18)

52 

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.

Estudo de Caso 1

53

Estudo de Caso 1

COLOCAÇÃO DE TERMOPARES

54

Estudo de Caso 1

ENSAIO NO FORNO (SIMULAÇÃO DE INCÊNDIO)

52

(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

(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 INCÊNDIO

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. 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

(21)

61

Estudo de Caso 2

Husni (2013)

62 Husni (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”