Boletim Técnico da Escola Politécnica da USP

Departamento de Engenharia de Construção Civil

ISSN 0103-9830

BT/PCC/494

Concreto expostos às altas temperaturas.

Andréia Azeredo NinceAntonio Domingues de Figueiredo

São Paulo - 2008

Escola Politécnica da Universidade de São PauloDepartamento de Engenharia de Construção CivilBoletim Técnico - Série BT/PCC

Diretor: Praf. Dr. Ivan Gilberto Sandoval FalleirasVice-Diretor: Praf. Dr. José Roberto Cardoso

Chefe do Departamento: Prof. Dr. Orestes Marracini GonçalvesSuplente do Chefe do Departamento: Prof. Dr. Alex Kenya Abiko

Conselho EditorialProf. Dr. Alex AbikoProf. Dr. Francisco Ferreira CardosoProf. Dr. João da Rocha Lima Jr.Prof. Dr. Orestes Marraccini GonçalvesProf. Dr. Paulo HelenePraf. Dr. Cheng Liang Yee

Coordenador TécnicoPraf. Dr. Alex Kenya Abiko

O Boletim Técnico é uma publicação da Escola Politécnica da USPI Departamento de Engenharia deConstrução Civil, fruto de pesquisas realizadas por docentes e pesquisadores desta Universidade.

Este texto faz parte da tese de doutorado de título "Concreto expostos às altas temperaturas.". quese encontra à disposição com os autores ou na biblioteca da Engenharia Civil.

FICHA CATALOGRÁFICA

Nince, Andréia AzeredoConcreto expostos às altas temperaturas. - São Paulo: EPUSP,

2008.31 p. - (Boletim Técnico da Escola Politécnica da USP,

Departamento de Engenharia de Construção Civil, BT/PCC/494)

1. Concreto 2. Alta resistência 3. Concreto reforçado 4. Fibras artificiais 5.Altas temperaturas I. Figueiredo, Antonio Domingues de 11. Universidade deSão Paulo. Escola Politécnica. Departamento de Engenharia de ConstruçãoCivil 111. Título IV. Série

ISSN 0103-9830

RESUMO

Este trabalho é parte de urna tese de doutorado com o título "Lascamento doConcreto Exposto a Altas Temperaturas". O seu principal objetivo é apresentar umaavaliação da influência da dimensão dos corpos-de-prova, da ausência da restriçãolateral à dilatação térmica e das adições minerais (sílica e metacaolim) na ocorrênciade lascamento em concretos. Foram avaliados concretos convencionais, de altaresistência e reforçados com fibras de polipropileno expostos a altas temperaturas.Empregou-se para isto placas semi-saturadas, de 40x80x 15 em, expostasunidirecionalmente à curva-padrão hidrocarboneto, mais conhecida como curva H,por 55 minutos, em forno horizontal alimentado por gás GLP. Após este período deexposição ao calor, as placas foram deixadas resfriar naturalmente poraproximadamente 24 horas e em seguida foram realizadas as análises visuais e asmedições para se obter o volume lascado. Os resultados mostraram que ambas:ausência de restrição à dilatação térmica e uma maior dimensão influenciam nolascamento, de forma a minimizar sua intensidade. Porém não foi possível avaliar asduas variáveis isoladamente para verificar se havia maior ou menor influência entreuma e outra. Além disso, observou-se também que o uso de adições minerais nacomposição do concreto aumenta substancialmente sua susceptibilidade aolascamento.

ABSTRACT

The present work is a part a doctorate thesis which title is "Spalling of ConcreteExposed to High Temperature". It's purpose is to evaluate the influence of eubiesample's dimensions, absence of side hindered thermal expansion and of mineraladdition (siliea fume and metakaolin) in the occurrence of sapalling in ordinary, highresistant and in strengthened with polypropylene fibers eoneretes while exposed tohigh temperatures. It was used semi-saturated conerete plates, 40x80x15 em, withone side only exposed to H curve for roughly 55 minutes, in a horizontal furnace fedwith' gas. Afier this period of heat exposure, the plates were allowed to cooldown at room temperature for approximately 24 hours after which they were subjectto visual analysis and measured the spalled volume of each sample. The results showthat both absence of side hindered thermal expansion and a larger sample act inminimizing the intensity of spalling, although it was not possible to evaluate thevariables separately to check the degree at each of them influences the phenomena.Also it was observed that the use of mineral addition in concrete composition heavilyincreases it' s susceptibility of spalling.

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO 1

1.1 FATORES QUE INFLUENCIAM O FENÔMENO 3

1.2 CLASSIFICAÇÃO DO LASCAMENTO 7

1.3 COMO AS DE FIBRAS DE POLIPROPILENO ATUAM NA PREVENÇÃO AO

LASCAMENTO 8

2 METODOLOGIA 11

2.1 MATERIAIS 11

2.2 DOSAGEM 11

2.3 DIMENSÃO E FORMATO DOS CORPOS-DE-PROVA 12

2.4 ENSAIOS 12

2.4.1 PERDA DE MASSA 13

2.4.2 SIMULAÇÃO DE INCÊNDIO 13

2.4.3 DETERMINAÇÃO DA ESPESSURA DANIFICADA 14

2.4.4 DETERMINAÇÃO DO LASCAMENTO 14

3 ANÁLISE DOS DADOS 15

3.1 ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO 15

3.1.1 RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO E ABSORÇÃO 16

3.1.2 PROPRIEDADES TÉRMJCAS 20

3.2 ENSAIOS PÓS EXPOSIÇÃO A ALTAS TEMPERATURAS 21

3.2.1 SIMULAÇÃO DE INCÊNDIO 21

3.2.2 DETERMINAÇÃO DA ESPESSURA DANIFICADA 22

3.2.3 DETERMINAÇÃO DO LASCAMENTO 23

3.2.3.1 ANÁLISE VISUAL 23

3.2.3.2 ANÁLISE DAS FISSURAS 24

3.2.3.3 LASCAMENTO' 25

4 CONCLUSÕES 27

1 INTRODUÇÃO

o lascamento do concreto, também conhecido como "spalling,"é um fenômenofísico de esfoliação das camadas - ora instantânea e violenta, ora gradual eprogressiva - próximas à superfície dos elementos de concreto quando estes sãoexpostos a altas temperaturas ou a gradientes térmicos elevados - caracterizados poraquecimentos muito rápidos. Este fenômeno ainda é pouco compreendido e suaincidência é considerada imprevisível em face da variabilidade de fatores queintervém em sua ocorrência (HAN et ai, 2005; SULLIVAN, 2004; KHOURY;MAJORANA, 200]; KALIFA; MENNETEAU; QUENARD, 2000; CHAN; PENG;ANSON, ] 999; ANDERBERG, ]997).

São três os mecanismos encontrados na literatura que tentam explicar o lascamento:

1) Pressão de vapor nos poros do concreto:

Segundo o modelo "Moisture Clog", (SHORTER; HARMATHY, 1965 apud KHOU RY;MAJORANA, 2001), o vapor e o ar em altas temperaturas migram parcialmente para aatmosfera e para o interior do concreto (região mais fria), onde é condensado. A águaproveniente da condensação forma uma camada quase-saturada logo após a frente dedesidratação, agindo como uma parede impermeável (moisture clog) para os gasesque migram para o interior do concreto.

Depois de um certo tempo de exposição ao fogo, o elemento terá três zonas distintas:uma zona superficial seca e desidratada, uma zona intermediária secando edesidratando e a outra mais interna quase-saturada como apresentada na Figura l.l.A parede impermeável impede a migração de vapor para a região mais fria doconcreto - o que gera uma concentração de gases próxima à parede (moisture clog) ­deixando só uma saída para todo o vapor produzido, a atmosfera. Como a velocidadecom que isso ocorre depende da movimentação dos fluídos no concreto, o fenômenoirá depender da permeabilidade do material.

Se a taxa de aquecimento e/ou o nível de saturação for suficientemente baixo e apermeabilidade suficientemente alta, a água vaporizada no poro será capaz deescapar sob um gradiente de pressão baixo. Mas se a taxa de aquecimento e/ou onível de saturação for suficientemente alto e a permeabilidade suficientemente baixa,a velocidade de migração do vapor será inferior à sua formação, logo a pressãoaumenta substancialmente nesta interface (parede impermeável/zona secando edesidratando) fazendo com que haja uma transferência de massa forçada de vapor ear superaquecido, provocando o lascamento. (CONSOLAZIO; McVAY; RISH, 1997).

2

Mi9rdj~ cloIJap(~ l.li9~ií) clouap'~paa o interor

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D

'--F~Xl) de calor

(Fogo)

Mi~'B~~ Q ~l apa·para atn os~ ta

FI~~):(I I~€: Cale,"(FOél:O)

Figura 1.1- Passos que levam ao lascamento do concreto quando exposto ao fogo (Baseado emCONSOLAZIOj McVAY; RISH, 1997)

2) Tensões térmicas:

Os concretos aquecidos geram gradientes de temperatura que induzem à tensões decompressão próximas à superfície aquecida (devido à restrição da dilatação térmica)e à tensões de tração no interior do concreto - região com temperaturas mais baixas.Geralmente estas tensões são bi ou tridimensionais. A compressão superficial podeser aumentada pelo carregamento ou pré-tensão somadas às tensões térmicas.Segundo HERTZ (2003) e KHOURY; MAJORANA (2001) este mecanismo isolado épouco provável de ocorrer, porque há poucas estruturas de concreto que sãocarregadas de forma que o estado de tensões de ruptura seja atingido.

3) Tensões térmicas associadas à pressão de vapor nos poros:

A ação combinada da pressão de vapor nos poros e das tensões térmicas induz odesenvolvimento de fissuras paralelas à superfície, quando a tensão resultanteultrapassa a resistência à tração. Tudo isto é acompanhado por uma repentinaliberação de energia e uma violenta ruptura da superfície exposta (Figura 1.2).

3

Tensocs terrricasecarg3

LascaR"essaonos poros

z.jx

Figura 1.2- Ação das tensões em concretoaquecido (depois de Zhokov 1975)KHOURY, MAJORANA 2001)

Segundo SERTMEHEMETOGLU (1977) apud KHOURY; MAJORANA (2001) a pressãode vapor nos poros e as tensões térmicas, ambas influenciadas pelo carregamentoexterno, agem isoladamente ou combinadas entre si dependendo do tamanho daseção, do tipo de concreto e da umidade.

1.1 FATORES QUE INFLUENCIAM O FENÔMENO

Os fatores apontados pela bibliografia como relevantes na ocorrência do lascamentopodem ser divididos em internos e externos, como se observa na Tabela 1.1.

Relacionados como fatores internos dos mais relevantes, o uso de relação água/cimento muito baixa e de adições com partículas finas e ultras-finas (sílica ativa,metacaolim, cinza volante, e outras) deixam o concreto mais denso, com baixapermeabilidade, o que dificulta a saída do vapor de água para a atmosfera, gerandoaltas pressões e aumentando o risco de lascamento explosivo.

Tabela 1.1- Fatores que interferem no lascamento do concreto.

Internos

Relação água/cimento;Existência de partículas finas e ultrafinas;Natureza mineralógica do agregado;Grau de hidratação;Grau de saturação;Dimensão do agregado graúdo;Densidade do concreto

Externos

Taxa de aquecimento;Temperatura máxima;Tempo de exposição;Tipo de exposição ao calor (1 D, 2D Oll 3D);Dimensões e formato do elemento estrutural;Armaduras;Carregamento externo, principalmente compressão.Distribuição não uniforme da temperatura no concreto;

Segundo TAYLOR (1997) a pasta de cimento expande a baixas temperaturas. Emtorno de 3000 C inicia a contração, enquanto o agregado dilata até degradarquimicamente. Logo, durante o aquecimento do concreto haverá incompatibilidadenas deformações entre pasta e agregado, o que pode se agravar ainda mais, caso umagregado mais instável termicamente (silicoso) for utilizado. Segue abaixo umarelação de materiais empregados na confecção de concreto e seu nível de

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condutividade térmica (Figura 1.3). Os materiais circulados foram os empregados notrabalho experimental desta tese.

QuartzolitoDolomitaCalcárioArei~q~~rtzosa,

-GX'!Ilit_~ _Bªsªlto e riolita

.' Cimento'Água

Figura 1.3 - Relação de materiais e suacondutividade térmica.

Tratando-se dos fatores externos que interferem no lascamento do concreto, sabe-seque o calor latente, solicitado para vaporizar a água livre do concreto, retarda oaumento da taxa de aquecimento na superfície em contato com o fogo. Do ponto devista de proteção ao fogo isto é uma vantagem. Porém, grande quantidade de água éum problema, pois, segundo NEVILLE (1997), quanto maior a quantidade de águapresente no concreto maior será a perda de resistência em elevadas temperaturas.Fato este comprovado nos trabalhos de LI; QIAN; SUN (2004); POON et ai (2003);PHAN; CARlNO (2002); LAWSON; PHAN; DAVIS (2000); CHAN; PENG; ANSON(1999); NOUMOWE et aI (1996). Porém, LI; QIAN; SUN (2004) e CHAN; PENG;ANSON (1999) observaram que para temperaturas acima de 600°C, todos osconcretos avaliados apresentaram a mesma porcentagem de perda de resistência.

A taxa de aquecimento e o tempo de exposição são também variáveis significantespara a ocorrência do fenômeno lascamento, pois influenciam na formação degradientes térmicos e de pressão e são calculados usando-se modelos de incêndio.

Quatro são os modelos de incêndio considerados simples: o das curvas-padrão(Figura 1.4); o das curvas-parametrizadas (Figura 1.5); o de equivalência detempo;o do incêndio localizado e o do fogo através de aberturas do compartimentoincendiado (University of Manchester).

Os modelos simples pressupõem que a temperatura dentro do forno é uniforme e érepresentada pela relação pré-definida de temperatura/tempo. Não levam em conta aventilação ou as condições de contorno internas do compartimento, com adesvantagem de não representar muito bem um incêndio real.

Existem cinco principais curvas-padrão (Figura 1.4) adotadas pelas normas dediversos países e suas aplicações dependem do ambiente (fechado ou aberto) e domaterial a ser consumido pelo fogo (combustíveis, óleos, derivados de petróleo,produtos químicos, madeira, tecidos, papel, e outros). O tempo de exposição fica acritério do pesquisador e do tipo de análise pretendida em todas as curvas-padrão,com exceção da curva RABT. São elas:

""-"" ~

." ....~,

5

30 60 90

Tempo (minutos)

120 150 180

Figura 1.4 - Curvas temperatura versus tempo (http://www.promat-tunnel.com/idprt004.htm#.Acessado em junho de 2006)

Dos quatro modelos considerados simples, as curvas-parametrizadas tambémconhecidas como "curvas naturais"(Figura 1.5), descrevem o incêndio tanto na fasede aquecimento, como na fase de resfriamento, pennitindo análises mais realistas.Essas curvas podem ser parametrizadas através da carga de incêndio e dascaracterísticas do compartimento que são: grau de ventilação, aberturas, área e alturado compartimento, características dos materiais combustíveis presentes internamentee características dos materiais constituintes. Nessas curvas a velocidade de elevaçãoda temperatura é maior e as temperaturas máximas podem ser superiores àquelasobtidas por meio das curvas-padrão epor isso são denominadas como "SDHlfire"­short duration high intesity fire.

Além dos modelos considerados simples, existem dois outros que são consideradosmodelos sofisticados teóricos computacionais: o de zonas e o de dinâmica dost1uídos (CDF) (University ofManchester).

llllJll

C" HOO

::: (,00~~

8dJ~ -100E']:.o

200

Figura 1.5- Curvas naturaisparametrizadas pela carga de incêndio(q) e fator de abertura (v) idealizadospor PETTERSSON (1976) apudCOSTA (2002b)

lellljJO (mln)

Ainda como fatores externos que interferem no lascamento do concreto,considerando o tipo de exposição unidimensional ao calor, observa-se que este

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lascamento ocorre semelhante a uma descamação. Na exposição tridimensional, istoocorre como se fosse uma explosão, na qual a existência ou não de um núcleodependerá do tempo de exposição a que o corpo-de-prova foi submetido (Figura 1.6).

lD 11111§ -- 4-

Frente de Calor ==: 3D 4-- -_ 4-

I11 11

ij-Figura 1.6 - Tipo de exposição e seusrespectivos lascamentos

Nos fatores externos de dimensões e formatos do elemento estrutural, baseado emHERTZ, 2003, tem-se que as espessuras variadas provocam tensões térmicas e a seçãotransversal estreita pode gerar rápido aquecimento e grandes gradientes de umidade.LI; QIAN; SUN (2004) observaram que quanto maior o tamanho do corpo-de-prova,menor a perda de resistência e ressaltaram a necessidade de mais pesquisas sobre oassunto. Esta constatação pode ser explicada pelo próprio isolamento térmico doconcreto, que minimiza o efeito danoso da temperatura elevada nas camadas maisinternas.

No que diz respeito à influência das armaduras, CHUNG; CONSOLAZIO (2005), pormeio de modelagem, constataram que estas impedem o movimento da umidadedentro do concreto, produzindo uma zona impermeável (moisture clog) quase­saturada, próxima à armadura. Isso gera significativa pressão nos poros e alteraçãono fluxo de calor, o que atenua o aumento da temperatura nas regiões mais internas.Esse fato também foi observado no incêndio que ocorreu no Eurotúnel em 1996(ULM; ACKER; LEVY, 1999 - Figura 1.7)

Substrato rochoso

(b)

tj fi,;: 4,,'

(a)

Figura 1.7 - a) Foto do teto lascado do Eurotúnel em .1996 e b) Esquema de como a armaduraprotegeu o concreto atrás «ULM; ACKER; LÉVY (1999)).

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Quanto à influência do carregamento como um dos jàtores externos que interferemno lascamento do concreto (Tabela 1.2), nota-se muita controvérsia. A exemplodisso, a pesquisa de SULLIVAN (2004) constatou que o pré-carregamento axial reduzo risco ao lascamento; os trabalhos de ANDERBERG (1997) e CONNOLLY (1997)apud TECHEV (2005) concluíram que o carregamento externo aumenta o risco aolascamento; enquanto ALI et ai apud TECHEV (2005) diz que este fator não influenciaa ocorrência do fenômeno.

A análise dos artigos publicados - sobre a influência do carregamento no lascamentodo concreto - deve ser cuidadosa, levando se em conta as divergências entre osdiferentes autores.

1.2 CLASSIFICAÇÃO DO LASCAMENTO

Encontra-se na literatura quatro tipos de lascamento que são definidos abaixo:

1) O lascamento do agregado ocorre quando este está próximo à superfície e sedesprende do concreto devido a sua expansão térmica, deixando pequenascrateras na superfície, sem conseqüências estruturais (HERTZ, 2003).

2) O lascamento superficial é definido como uma esfoliação gradual(sloughing-o./f) e progressiva de grandes extensões (perda geral do material),deixando novas camadas expostas (PURKISS, 1996 apud COSTA, 2002b).

3) O lascamento explosivo ocorre repentina e violentamente, com grandeliberação de energia e perda parcial de matéria, formando grandes cavidadesnos primeiros trinta minutos (PURKISS, 1996 apud COSTA, 2002b).Normalmente, é restritos às áreas não armadas e não se estende às camadasde concreto atrás das armaduras Figura 1.7).

4) O lascamento de quina ocorre quando os cantos vivos de um elementoestrutural (Figura 1.8) se desprendem do resto após 30 minutos de exposiçãoao calor. CONNOLLY (1997) apud HERTZ (2003) comenta inclusive que apóso resfriamento da estrutura, chega a ser possível retirar os pedaços lascadoscom a própria mão; afirmando que este tipo de lascamento é a combinação dafissuração com as tensões térmicas na superfície.

- -.~tensõClS térmicas ~

Figura 1.8 - Propagação das tensões térmicas em superfícies contendo cantos vivos e emsuperfícies convexas (ANDERBERG, 1997 apud COSTA et aI., 2002a)

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Usando a mesma classificação acima citada KHOURY; MAJORANA (2001) refinaramessa classificação do lascamento segundo o tipo, o tempo de ocorrência, o nível dodano e os fatores que influenciam na sua ocorrência, como demonstrado na Tabela1.2, e na Figura 1.9 abaixo. Os autores consideraram que até trinta minutos deexposição ao calor a ocorrência do lascamento está relacionada à influência da taxade aquecimento e acima desse tempo, o fenômeno passar a ser influenciado pelatemperatura máxima atingida.

Tabela 1.2 - Classificação do tipo de lascamento, segundo Khoury, Majorana, 2001

LascamentoTempo de

CateQoria Iocorrência Natureza Som Nivel dos danos

Tipo (min)

1 Do agregado 7 - 30 splitting pipoca superficial2 Superficial 7 - 30 violento fissuração pode ser sério3 Explosivo 7 - 30 violento estouro sério4 Das quinas 30 - 90 nao violento nenhum pode ser sério

1200

1000

G~ 800

"I-E"I- 600"Q.

E"f-

400

200

ITD Lascamento categoria I 2 e 3

Lascamento categoria 4

o 30 60 90 120 180 240 300 360

Tempo (minutos)

Figura 1.9 - Temperatura versostempo com o período de lascamentoachurado.

1.3 COMO AS DE FIBRAS DE POLIPROPILENO ATUAM NAPREVENÇÃO AO LASCAMENTO.

Todos os tipos de concreto apresentam redução nas suas propriedades mecamcas(resistência à compressão e à tração, módulo de elasticidade) quando submetidos aelevadas temperaturas. Esse efeito pode ser atenuado com o uso de agregados de altaestabilidade térmica, com adição de fibras de polipropileno e barreiras térmicas.

O reforço de fibras de polipropileno, também conhecidas como fibras pp, tem comoprincipais funções controlar a fissuração plástica causada por mudanças de volumeem matrizes de concreto, reduzir a exsudação, melhorar a resistência ao impacto ereduzir o risco de lascamento de concretos expostos a altas temperaturas(FIGUEIREDO; TANESI; NINCE, 2002).

A adição de fibras no concreto influencia na perda de fluidez do material devido suaeleva área específica que demanda uma grande quantidade de água de molhagem,aumentando o atrito interno do concreto e reduzindo sua mobilidade (FIGUEIREDO,2000).

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Em concretos plásticos sua baixa massa específica pode gerar dificuldades deaplicação e prejuízos na trabalhabilidade, pois tem tendência a segregar (boiar sob omaterial), concentrando-se na parte superior do concreto (FIGUEIREDO, 2000).

As fibras de polipropileno de baixo módulo têm boa dispersão, baixa temperatura defusão entre 140 e 170°C (Figura 1.10) e ao se volatizarem, são absorvidas pelamatriz, criando uma rede de pequenos vazios e canais mais permeáveis que permitema transferência de massa (água líquida, vapor e ar). Desta forma, ajudam nadissipação da pressão de vapor, diminuindo assim as tensões de tração internas e apropensão ao lascamento do concreto (Figura 1.11).

TG/%

o80

60

40

20

o

Dse l(uV/mg)DTG 1(%/min)

t exo

h:::=-;::::.:.~:::::::::::=:I ~0.2-0.4 -5-0.6-0.8 -10-1.0-1.2-1.4 -15

399.:"\ "C .,HI,') ~c -1.6

1002003004005006007008009001000Temperatura 1°C

Figura 1.10- Curva DSC/TG eDTG da Fibra de Polipropileno.

A Figura 1.10 ilustra o ponto de fusão a 170,5 °C, onde a fibra muda da fase sólidapara líquida e é absorvida pelo concreto. Mais adiante se vê o ponto de evaporação(399,5 °C) e por fim o ponto de chama (442,9°C), quando a fibra se desintegra porcompleto. Segundo KALlFA; CHÉNÉ; GALLÉ (2001) a fibra apresenta uma ligeiradilatação, de aproximadamente 10%, ao se fundir. A suposição é de que com istocriam-se tensões de tração na matriz que pode ajudar a nucleação das micro-fissurasna matriz do concreto.

concreto sem fibras

água livre

água química efisicamentecombinadacondensada

.1\../ ,I

,i~/"·~'··fibras de polipropileno fundidaspermitem aliviar a pressão devapor dos poros

Figura 1.11- Alívio da pressão interna de vapor no concreto através de canais formados pelafusão das fibras de polipropileno (WALRAVEN, 2000 apud COSTA,2002).

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Dentre os dois tipos de fibras de polipropileno existentes, as fibriladas sãoconsideradas menos eficientes no combate ao lascamento que as fibras demonofilamento, por estas possuírem um maior número de fibras para uma mesmamassa, possibilitando dessa forma um maior número de vazios (RLE, 1997). Essaafirmação foi comprovada por SUHAENDI; HORIGUCHI (2006); ERDAKOV (2005) eBILODEAU; KODUR; HOFF (2004).

Segundo HERTZ; SORENSEN (2005) e HERTZ (2003) o efeito positivo das fibras ppna redução do lascamento é a introdução de novos poros na matriz do concreto apóssua fusão, diminuindo a resistência à tração, o que permite a formação de fissurastérmicas a aproximadamente Scm da face exposta, aliviando as tensões decompressão térmicas necessárias para a ocorrência do fenômeno. Afirmam ainda queas fibras não são capazes de conter o fenômeno em pilares carregados.

PERSSON apud HERTZ (2005) com seu trabalho propõe uma segunda teoria na qualas fibras fundidas inibem a transferência de massa (líquida e gasosa) para as regiõesmais frias do concreto, contendo assim o aumento da pressão do vapor.

SULLlVAN (2004) descobriu outra razão da eficiência das fibras pp, que além dealiviar a pressão de vapor nos poros, gera incompatibilidade de movimentos com aargamassa, produzindo micro-fissuras bem antes de mudar de fase (fusão).Constatação esta que concorda com a teoria levantada, mas não confirmada, porKALlFA; MENNETEAU; QUENARD (2001).

BENTZ (2000), no seu estudo teórico sobre a hipótese de percolaçãolll nas zonas detransição (lTZ) de concretos de alto desempenho, com adições de partículas finas ouultra-finas, constatou serem as fibras de polipropileno, de suma importância nodesempenho do lascamento, pois fornecem uma rota de fuga para o vapor de água,reduzindo assim a pressão. O autor sugere, também, que fibras mais longas são maiseficientes em causar percolação em sistemas não percolados, que segundo eleconstituem-se nas zonas de transição de concretos de alto desempenho.

O uso de fibras orgânicas como método preventivo no combate ao lascamentoexplosivo já é reconhecido no meio técnico. A diminuição das tensões internas noconcreto evita o colapso imediato, oferecendo maior tempo para eventuais medidasde emergência e permitindo a recuperação da estrutura com maior segurança.Inclusive, o uso de fibras de polipropileno já faz parte das recomendações do códigoEuropeu, para estruturas de concreto de alta resistência susceptíveis a altastemperaturas (Eurocode 2 parte 1.2). Porém, muito pouco se sabe sobre suainfluência na microestrutura do concreto durante a fusão/volatilização, do seu papelna micro-fissuração do concreto e, fundamentalmente, sobre sua utilização de formaotimizada.

I Hipótese de percolação é a teoria de conectividade de componentes em um sistema.

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2 METODOLOGIA

A metodologia empregada teve o objetivo de avaliar a influência da dimensão doscorpos-de-prova e a ausência de restrição à dilatação térmica na ocorrência dolascamento. Fez-se também um rápido estudo para verificar o uso de adiçõesminerais (sílica ativa e metacaolim) na propensão ao lascamento.·

2.1 MATERIAIS

Os materiais empregados foram: cimento CP-V Ari-Plus, areia rosa da Itaporanga,brita (granito) de 19 mm, aditivo super-plastificante, fibras de polipropileno demonofilamento e sílica ativa e metacaolim (fornecidos por Fumas).

2.2 DOSAGEM

Foram empregados dois traços: alc = 0,25 e 0,50 com H= 8,39% I a% = 50% I e Rh>95.

O trabalho foi divido em sem fibras e com fibras. A fase sem fibras avaliou oconcreto com alc= 0,50 e alc= 0,25, sendo que este último traço foi produzido semadição, com 8% de substituição do cimento por sílica ativa e com 8% de substituiçãodo cimento por metacaolim, como se pode observar no fluxograma da Figura 2.1.

H= 8,39%a=50%

fSem adição

-{

a/c= 0,25 metacao1im

Sílica ativa

a/c= 0,50Figura 2. t- Traços analisados - sem./ibms

A fase com fibras adotou as fibras: L= 6 mm ~= 36 Ilm PF= 140°C I L= 6 mm ~= 36Ilm PF= 170°C I L= 6 mm ~= 18 Ilm PF= 170°C I L= 18 mm ~= 18 Ilm PF= 170°C IL= 6 mm ~= 106 Ilm PF= 170°C I L= 12 mm ~= 361lm PF= 140°C nos teores de 600g/m3 para os traços com alc=0,50 e 1.750 g/m3 para os traços com a/c=0,25. Alémdesses dois teores, decidiu-se analisar no traço a/c=0,25 com a fibra L= 6 mm ~= 36Ilm PF= 140°C, o teor de 750 g/m3

, como se pode observar na Figura 2.2.

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aIc= 0.25 ----.

a/c= 0,50 ----.

H% = 8,39

H%= 8,39

----. a = 50 ---.

----. a = 50 ---.

L

[

6 mm -+ et> [ 18 pm ---.. PF = 170"(" ---.. T = 1750g

[750g

36 ;11" ---.. PF = 140"(" ---.. T1750g

18mm -+ <I>=18;lm -+ PF=170"(" --.. T=1750g

L[

,~ -- .[ ",m ~ ",c ".,~ ,."'"

106 pl1~ PF = 170"(" ---.. T = 600g

12mm -+ <I> = 36 ;lm -+ PF~ 140"(" -+ T = 600g

Figura 2.2- Traços - comflbras

2.3 DIMENSÃO E FORMATO DOS CORPOS-DE-PROVA

A dimensão empregada foi 40x80x15 cm3 e o formato retangular.

2.4 ENSAIOS

Os ensaios foram divididos em dois: os de caracterização (consistência; arincorporado; densidade; resistência à compressão; absorção) e os de pós exposição aaltas temperaturas, conforme Figura 2.3. Foram acrescidos aos ensaios decaracterização os ensaios de propriedades térmicas (condutividade; difusividade;calor específico e coeficiente de dilatação), porém apenas para os traços sem fibras.

Ensaios de Caracterização Ensaio pós exposiçãoa altas temperaturas

1

\ Perda 1\de massa

.l.

Determinação daespessura danificada

+I Simulação I

de incêndio.l.

Determinaçãodo lascamento

(b)

a)

Figura 2.3 - a) Ensaios de caracterização b)Ensaios pós exposição a altas temperaturas

13

2.4.1 PERDA DE MASSA

Este ensaio consistiu simplesmente em pesar os corpos-de-prova, minutos antes e 24horas depois do ensaio de simulação de incêndio.

2.4.2 SIMULAÇÃO DE INCÊNDIO

Este ensaio foi realizado no laboratório de desenvolvimento de sistemas construtivos(LDSC) em FURNAS - GoiânialGO, em forno horizontal, com câmara decombustão de 108 cm de profundidade e abertura superior de 95x95cm. °sistema deaquecimento consistia de um queimador proporcionador de baixa pressão,alimentado por gás GLP, localizado na parede lateral, como se pode ver na Figura2.4.

Pensou-se em simular um incêndio em túnel, por isso escolheu-se a curvahidrocarboneto - mais conhecida como curva H - por ser a curva-padrão das quesimulam incêndios causados por produtos derivados de petróleo, óleos, combustíveise produtos químicos a mais fácil de ser reproduzida. Ainda pensado no ambiente dotúnel, optou-se por expor os corpos-de-prova ao calor por 55 minutos e de forma asimular uma parede ou um teto (exposição quase-unidirecional).

Sobre o ensaio de simulação de incêndio, resumido no fluxograma da Figura 2.5,vale comentar que todos os traços foram analisados sob a condição mais favorável aolascamento (Rh >95%), sem restrição à dilatação e sem que as lascas fossemanalisadas. A temperatura interna do concreto foi medida por cabos do tipo K queforam colocados no centro das placas no momento da moldagem. Foram analisadasas temperaturas internas do concreto a 2,5 - 5 - 7,5 - 10 e 12,5 cm de distância daface exposta ao calor.

(a)

SiU]

~J95 em

...- ..__..._-------;-i

176 em

Su

teSaida

(b)

iI

sI

~I

I!­+ -

Entnula

(c) (d)

14

Figura 2.4- a) Planta do forno; b) Corte do forno; c) Vista do forno; d)Close no queimador;

Registrar o tempode ocorrência do

lascamento

Figura 2.5 - Síntese do ensaio de simulaçãode incêndio

Resfriamentonatural

2.4.3 DETERMINAÇÃO DA ESPESSURA DANIFICADA

Empregou-se os resultados das temperaturas internas do concreto medidas pelos

cabos tipo K.

2.4.4 DETERMINAÇÃO DO LASCAMENTO

Foram realizados: análise visual empregando registro fotográfico e medições daespessura da superfície lascada e da abertura das fissuras nas laterais das placas.

J5

Vale comentar que, para auxiliar na medição da espessura lascada, a superfície foiquadriculada, sendo dividida em 6 partes iguais. As medidas foram tomadas de 3 em3 mm ou de 1 em 1 cm, dependendo da intensidade do lascamento observado.

A área lascada foi determinada com o auxílio do software Autocad2000 e com asfotos da superfície lascada. Calculou-se a área total e a área lascada pela foto, emseguida, calculou-se o volume, multiplicando a área total pela altura do corpo-de­prava - medida antes do ensaio de simulação de incêndio - e a espessura lascadamédia pela área lascada; óbtendo assim o volume total e o volume lascado. Com osdois volumes obteve-se o percentual do volume lascado [(Vol.lascacto/Vohotal)X 100].

Na Figura 2.6 observa-se o fluxograma que apresenta um resumo de todos osprocedimentos realizados na determinação do lascamento.

Figura 2.6 - Síntese da determinação dolascamento

3 ANÁLISE DOS DADOS

3.1 ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO

A Tabela 3.1 e a Tabela 3.2 apresentam os traços unitários; os resultados dos ensaiosde consistência NBR -NM67/98, de densidade NBR 9833/87, e de ar incorporadoNBR 11686; o consumo de cimento e os volumes de pasta e agregado.

Tabela 3.1- Características dos traços semfibras

Número aditiv AOOtimento Ar D:nsidade Consumo % %

I\Otr~llclatura !-Pio m a% areia brita ale de

do traÇO 0(%) (mm) (%) (kgim3) eil1'fflto Vol."lSla Vol.",..eg;do

30501MK 12500 8,39 1,98 50 0,49 ],49 0,6 0,25 50 1,60 2.393 741 38,70 61,3030501SF 12501 8,39 ],98 50 0,49 ],49 0,6 0,25 110 1,70 2.386 739 38,70 61,3030501 12510 8,39 1,98 50 0,49 1,49 0,6 0,25 195 1,40 2.394 741 38,70 61,3010501 12509 8,39 4,% 50 ],98 2,98 0,5 100 1,50 2.331 361 23,22 76,78

16

Observa-se na Tabela 3.1 que a substituição de parte do cimento (8%) por adiçãomineral, diminuiu a fluidez, uma vez que não houve correção do traço. Valecomentar ainda que essa redução foi mais radical com o metacaolim, que alterou oconcreto de fluído para seco. Essa mudança de consistência interferiu de formanegativa em sua trabalhabilidade, dificultando muito a moldagem e seu adensamento.

Na Tabela 3.2 nota-se que o aumento do teor de fibras (L=6 mm ~= 36 flmPF=140°C) não reduziu muito a consistência do concreto.

Tabela 3.2 - Características dos traços comfibras

Nún-ero aditivo L 4> PF Teor Abatilrento Ar Densidade Consullu % %

de!-P/o m a% areia brita ale cin-enta

cbtraço (%) (mn) Ü.!I11) <"9 (gIcm3) (rrm) (%) (kgIn,Jj (kg/mJ

) Val.,,,,,,. Vol.,=oo12572 8,39 1,98 50 0,49 1,49 0,6 0,25 6 36 140 750 240 1,20 2.412 747 38,70 61,3012688 8,39 1,98 50 0,49 1,49 0,6 0,25 6 36 140 1750 220 1,00 2.394 741 38,70 61.3012573 8,39 1,98 50 0,49 1,49 0,6 0,25 6 18 170 1750 190 1,50 2.386 739 38.70 61.3012620 8,39 1,98 50 0,49 1,49 0,6 0,25 18 18 170 1750 220 1,00 2.362 731 38,70 61,3012568 8,39 4,96 50 1,98 2,98 0,5 6 36 170 f{JJ 70 2,40 2.311 358 23,22 76,7812570 8,39 4,96 50 1,98 2,98 0,5 6 106 170 f{JJ 90 2,60 2.311 358 23,22 76,7812621 8,39 4,96 50 1,98 2,98 0,5 12 36 140 f{JJ 75 2,20 2.312 358 23.22 76,78

Comparando os traços com e sem fibras da Tabela 3.1 e Tabela 3.2 observa-se que oteor de ar incorporado do grupo a/c=O,25 não sofreu muita influência das fibras,contrário ao grupo a/c=O,50, onde percebe-se pequena diferença no abatimento masum considerável aumento no teor de ar incorporado.

3.1.1 RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO E ABSORÇÃO

A dimensão propiciou extrair testemunhos para avaliar a resistência à compressãoresidual dos traços analisados. Inicialmente foram extraídos dos traços com fibrascilindros de 7,5x15 cm, entretanto, como se pode ver na Figura 3.1 a, eles saiammuito danificados, cheios de fissuras, o que prejudicou o ensaio - quando chegavama serem ensaiados. Pensou-se a princípio que fosse a extração a causa de tantosdanos, mas observou-se na parte interna dos furos (Figura 3.Ib) que a placa seencontrava bastante fissurada internamente.

(a)___---"'=='-=~ (b)

Figura 3.1- a) Corpos-de-prova extraídos; b) Fissuras internas nas placas

17

Em vista da baixa qualidade dos corpos-de-prova obtidos com a extração de cilindros7,5x15 em, decidiu-se alterar a forma das amostras extraídas para cubos de 15cm3 natentativa de minimizar a influência das fissuras. Quando esta decisão foi tomada, namaioria dos traços com fibras já havia sido feita a extração dos cilindros, restandoapenas três traços, sendo que em um deles foi feita extração de cilindros e cubos.

Os resultados do ensaio de compressão residual dos cubos foram multiplicados peloíndice de conversão (0,8) para serem comparados com os resultados dos cilindros dereferência (não aquecidos).

Observam-se na Figura 3.2a mudança de coloração e fissuras no cubo extraído. Comos restos que sobraram das placas após a extração comprovou-se que realmente asplacas fissuraram bastante internamente, conforme mostra a Figura 3.2b-d.

Foram ensaiados, dos traços sem fibras, onze testemunhos do grupo a/c =0,25 comsílica e sem adição; dez do a/c=O,50 e nove do a/c=O,25 com metacaolim. Cabeinformar que todos os testemunhos eram cubos e foram ensaiados comprimindo aslaterais da face exposta. Infelizmente as amostras não foram separadas em função dolocal de onde foram extraídas, ou seja, próximas ao centro ou às laterais.

(a)

(b)

(c) (d)

Figura 3.2 - a) Cubo extraído das placas; b) e d) Parte central da placa após extração; c)Extremidade da placa após extração

Analisando a resistência à compressão antes e depois do ensaio de simulação, naFigura 3.3 observa-se que o traço com sílica apresentou a maior resistência no grupo

18

a/c=0,25, sendo também o traço que mais sofreu perdas com o calor. O traço commetacaolim apresentou um resultado ligeiramente menor do que o a/c=0,25 semadição, provavelmente como reflexo da dificuldade encontrada durante a moldagem.Nota-se também nos resultados residuais que os traços com metacaolim e com sílicaapresentaram resultados semelhantes.

100,00

.. ;;~: 60,00::..~-~ 40,00.~

~.::;

." 20,00&:

0,00

referência residual

Figura 3.3 - Comparação das resistênciasà compressão (média) antes e depois dasimulação de incêndio - semfibras .

Corpos-de-prova

I§J a/c=0,25MK l1l a/c=0,25SF mIl alc=0,25 O a/c=0,50

A Tabela 3.3 apresenta o percentual de resistência residual dos traços sem./ibras. Porela nota-se que os traços que mais sofreram com a exposição ao calor foram oa/c=O,25 com sílica e o a/c=O,25 sem adição, como observado na Figura 3.3. O traçoque menos perdeu resistência foi o a/c=0,25 com metacaolim.

Tabela 3.3 - Porcentagem de resistência à compressão residual- sem fibras

NomenclaturaNúmero

alc H% a% Média MedianaDesvio Coeficiente

Mínimo Máximodo traço padrão de variação

30501 MK 12500 0,25 8,39 50 39,67 40,80 7,32 18,46 28,40 52,403050lSF 12501 0,25 8,39 50 39,43 37,28 8,91 22,61 24,96 56,8830501 11510 0,25 8,39 50 33,59 34,08 7,10 21,15 19,44 42,6410501 11509 0,5 8,39 50 22,14 22,32 4,12 18,62 16,08 29,28

POON et aI (2003) compararam as propriedades físicas residuais de concretos comtrês tipos de adição mineral (sílica, metacaolim e cinza volante) e uma referência(sem adição) e constataram que os traços com metacaolim foram os queapresentaram maior resistência à compressão a 20°C, maior resistência entre 200 ­400°C e maior perda de resistência a SOO°c. A diferença de resultados observadaentre o trabalho citado e esta pesquisa provavelmente se deve à metodologia quecada trabalho adotou. Enquanto que nesta pesquisa se usou exposição unidirecional(ID), curva H durante 55 minutos e ensaio de compressão residual (apósresfriamento natural), em POON et aI (2003) foi empregado exposição 3D,temperaturas fixas usando taxa de aquecimento de 2,5°C/min, permanecendo porurna hora após a temperatura máxima ter sido atingida e ensaio de compressão semcarregamento (Ih depois de ter atingido temperatura máxima).

É importante comentar que se observou nos resultados residuais urna altavariabilidade, provavelmente em função da posição que os testemunhos seencontravam na placa - pois percebeu-se pela Figura 3.2b-d que houve maiorconcentração de fissuras próximas ao centro - devido a distribuição heterogênea decalor interna no concreto.

19

Como se pode observar na Tabela 3.4, o percentual de resistência residual dos traçoscomjibras foram muito baixos, comparados aos mesmos traços da Tabela 3.3. Umaexplicação plausível é o formato do testemunho usado (cilindro), pois como já foicomentado anteriormente, os cilindros estavam muito fissurados, além de terem sidoensaiados comprimindo a face exposta.

Tabela 3.4 - Porcentagem de resistência à compressão residual- comfibras

1\'útrero do L ~ PF Teor D:svio CoeficientecVc I-P/o eflo

(um) fi (g'an)MiJia M.rliana Mínirm M'ixirm

traÇO (mn) t:OOrão de variação12572 0,25 8,39 50 6 36 140 750 9,81 9,64 47,38 482,95 6,88 15,4812573 0,25 8,39 50 6 18 170 1750 17,59 18,&4 20,53 116,70 14,53 17,7012573* 0,25 8,39 50 6 18 170 1750 35,82 32,07 48,12 134,31 34,88 41,8612620* 0,25 8,39 50 18 18 170 1750 22,53 24,18 254,57 1129,68 12,17 29,4312568 0,50 8,39 50 6 36 170 600 23,15 24,14 27,65 119,44 21,28 23,32

*cuCos, seus valores foram mdtiplicada; por 0,80

Verifica-se a influência do formato do testemunho pelo traço de número 12573 daTabela 3.4. Esse traço foi o único que teve os dois fOlmatos de testemunho, e pode-seconstatar que o resultado do cubo foi quase o dobro do cilindro, mesmo assim,considerando apenas o resultado deste, a resistência residual com jibras foi um poucomenor do que os semjibras.

Pela Figura 3.4, cujos dados são apresentados na Tabela 3.5, nota-se que ocomportamento dos traços em relação à absorção reflete exatamente o que ocorre naresistência à compressão, ou seja, a menor absorção produziu a maior resistência,assim como a maior absorção gerou a menor resistência à compressão. Valecomentar novamente que não foram realizados os ensaios de absorção nos traços comjibras.

6,00

5,00

g 4,00

=t~ 3,00o

~ 2,00

1,00

0,00

Figura 3.4 - Absorção (média) - sem/ibras

0,25MK 0,25SF

traços

0,25 0,5

Tabela 3.5 - Resultados do ensaio de absorção por imersão - sem fibras

NomenclaturaNúmero

alc H% a% Média MedianaDesvio Coeficiente

Mínimo Máximodo traço padrão de variação

30501MK 12500 0,25 8,39 50 3,51 3,77 0,50 14,16 2,94 3,8330501SF 12501 0,25 8,39 50 2,01 2,07 0,33 16,33 1,66 2,3130501 11462 0,25 8,39 50 3,19 3,17 0,08 2,40 3,12 3,2710501 11453 0,5 8,39 50 4,77 4,80 0,16 3,29 4,60 4,91

20

3.1.2 PROPRIEDADES TÉRMICAS

Percebe-se pela Figura 3.5 que a variação da condutividade dentro do grupo a/c=0,25(com metakaolim, com sílica e sem adição) é pouco expressiva, podendo-se afirmarcom base nesses resultados que o emprego de adição não altera a condutividade doconcreto, fato também constatado por KIM et aI (2003). A única diferença perceptível,em tomo de 20%, é entre o grupo a/c=0,25 e o traço a/c=0,50.

Figura 3.5 - Condutividade(J/m.s.K) dos traços sem fibras

0,50

0,00 +---"==---,----t="'-~=~

3,50

3,00

~ 2,50

': 2,00-o,..,~ 1,50S] 1,00u

O,25M K 0,25M K 0,25SF O,25SF 0,25 0,25 0,5 0,5

Traços

A difusividade apresentada na Figura 3.6 refletiu o mesmo comportamento

observado na condutividade, o que não poderia ser diferente, já que k = K/cp, sendok a difusividade, K a condutividade, c o calor específico e p a massa específica doconcreto.

0,1100-o 0,1050~

-afc=0,25MKaN

0,1000E - -afc=0,25MKbQl 0,0950

afc=0,25SFa"O

'" 0,0900"O ?::?=,r':;: 0,0850

·,,"<""C,,' afc=O ,25SFb'c;; ~r,;.~:

:::l 0,0800 -afc=0,25a~

~~~~;,"

0,0750 -afc=0,25b0,0700 -afc=0,50a

200C 400C 600C-afc=0,50b

Temperaturas (oC)

Figura 3.6 Difusividade(m2/dia) dos traços sem fibras

Observa-se na Figura 3.7 que há diferença no calor específico dentro do grupoa/c=0,25, onde o calor máximo foi atingido pelo a/c=0,25 com metacaolim e omínimo pelo a/c=0,25 com sílica. Do traço a/c=0,50 pode-se dizer que ele apresentoucomportamento contrário aos do grupo a/c=0,25.

21

Figura 3.7 - Calor específico (J/kg.k)dos traços sem fibras

1250

1200

"á. 1150'"'"2. 1100

.g 1)50

':i: 1000c..~ 950o

7ij 900u

850 ,.800 -j-fL.1/ --.----,-----,---,----,

200C 300C 400C 500C 600C

Temperatura (oC)

-a/c=O,25M K

-a/c=O,25SF

a/c=O,25

.~'. ~'a/c=O,50

Pela Figura 3.8 nota-se uma semelhança entre os coeficientes de dilatação do traçoa/c=0,50, a/c=0,25 sem adição e a/c=0,25 com sílica, desconsiderando o picomáximo apresentado pela primeira amostra traço com sílica. Observa-se também queo traço a/c=,25 com metacaolim apresentou o menor coeficiente.

Pelas propriedades térmicas analisadas nesta etapa, pode-se dizer que sãosemelhantes, o que irá refletir na evolução das temperaturas internas do concretodurante o ensaio de simulação de incêndio, de forma a não introduzir diferenças nascondições de ensaio entre um traço e outro.

18,00

'';: 13,00

~. 14,005; 12,00§ -0,00

! 8,00~ 6,00'1'

~ 4,008 2,00

0,00 +---,,""""------.----'=-----r-

0,25MK O,25MK O,25SF 0,25SF 0,25 0,25 0,5 0,5

Traço

Figura 3.8 - Coeficientede dilatação (lO·60q dostraços sem fibras

3.2 ENSAIOS PÓS EXPOSIÇÃO A ALTAS TEMPERATURAS

3.2.1 SIMULAÇÃO DE INCÊNDIO

Essa etapa foi realizada com quatro traços sem fibras - um traço com a/c=0,50 e trêscom a/c=0,25 - e sete traços com fibras - quatro com a/c=0,25 e três com a/c=0,50.Foram testados duas adições minerais (sílica e metacaolim), seis fibras comdiferentes características (L=6, 12 e 18 mm I ~= 18,36 e 106 /lm I PF=140 e 170 °e)e três teores (600, 750 e 1.750 g/m3

). Para maior compreensão veja o fluxograma daFigura 5.57.

22

H=8,39°~

a = 50%

ESem adição

{

Sem fibras l~etacaollO

sllIca

a/c= 0,25

18'"01_ $= 18~lm_

Com fibras -+ L [

[

$= 18pm_6Tl1111

$ = 36 ~"" _

PF = 170 -+ T _ 1750 gim'

PF= 170 _ T_ 1750g/m'

_ [750 gim'PF-140 - T_ 1750g!lw'

-{

Sem fibras

a/c= 0,50Com fibras -+

L [12Illm- $=36plll_

[

$=36~"n_6 Illm

$ = 106 ~"n_

PF= 140 _ T_ 600g/Ill'

PF= 170 _ T_ 600 gim'

PC= 170 _ T_ ôOUg/m'

Figura 3.9 - Traços comfibras

3.2.2 DETERMINAÇÃO DA ESPESSURA DANIFICADA

A temperatura máxima interna do concreto, na maioria das vezes, foi atingida umpouco depois do término do ensaio de simulação de incêndio. Observa-se na Tabela3.6 e Tabela 3.7, temperaturas mais elevadas nos concretos sem fibras, emconseqüência provavelmente do lascamento.

Tabela 3.6 - Temperatura máxima interna do concreto -semfibras

Temperatura interna máxima à COC)Número do Data

a/c H% a% Amostra 2,5 em 5 em 7,5 em 10 em 12,5 emtraço ensaio12500 0,25 8,39 50 A 25/1/2005 657 418 194 131 9612500 0,25 8,39 50 B 25/1/2005 926 560 266 156 11512501 0,25 8,39 50 A 27/1/2005 836 481 313 202 10812501 0,25 8,39 50 B 1/2/2005 819 420 205 127 9012510 0,25 8,39 50 A 27/1/2005 816 683 485 305 29112510 0,25 8,39 50 B 1/2/2005 804 357 146 108 8812509 0,5 8,39 50 A 31212005 659 251 157 112 9212509 0,5 8,39 50 B 3/2/2005 700 356 178 106 83

Analisando as temperaturas das camadas internas (> 7,5 cm) na Tabela 3.6, constata­se que apesar da diferença de qualidade de pasta entre os traços, não houvediferenças significativas na evolução das temperaturas devido a semelhança naspropriedades térmicas dos traços analisados 121, com exceção do traço de número1251 DA onde todas as camadas tiveram temperaturas mais elevadas, provavelmente,por causa do lascamento.

2 Ver item 3.1.1.2

23

Tabela 3.7 - Temperaturas internas máximas do concreto - comfibras

Temperatura interna máxima à (0C)

Número L $ PF Teor Amostra Data ensaioale H% a%

(°9 (g/em3)

2,5 em 5em 7,5 em 10em 12,5 emdo traço (111111) (um)

12572 0,25 8,39 50 6 36 140 750 A 1111/2005 tàlha no computador12572 0,25 8,39 50 6 36 140 750 B 121112005 564 271 153 101 tàlhou12688 0,25 8,39 50 6 36 140 1750 A 281212005 635 390 223 116 9612688 0,25 8,39 50 6 36 140 1750 B 281212005 485 334 185 I1I 9712573 0,25 8,39 50 6 18 170 1750 A 1811/2005 672 452 255 150 10812573 0,25 8,39 50 6 18 170 1750 B 18/1/2005 653 293 164 105 8712620 0,25 8,39 50 18 18 170 1750 A 23/212005 551 209 152 112 8612620 0,25 8,39 50 18 18 170 1750 B 23/212005 720 338 152 103 8512568 0,5 8,39 50 6 36 170 600 A 13/112005 570 284 149 100 9012568 0,5 8,39 50 6 36 170 600 B 1311/2005 533 377 184 113 9412570 0,5 8,39 50 6 106 170 600 A 201112005 falhou 419 235 138 10012570 0,5 8,39 50 6 106 170 600 B 201112005 624 357 150 103 9012621 0,5 8,39 50 12 36 140 600 A 211212005 717 422 296 106 8312621 0,5 8,39 50 12 36 140 600 B 211212005 tàlha no computador

Considerando as temperaturas internas dos concretos comjibras da Tabela 3.7, pode­se dizer que a espessura danificada foi cerca de 5,0 cm, pois a 7,5 cm percebe-se queem 67% dos traços as temperaturas não ultrapassaram 200°C e a 10 cm nenhum traçoapresentou temperatura acima de 1500 C. Segundo GEORGALI (2005), LUCCIONI(2003), PHAN; CARINO (1998), temperaturas até 200°C influenciam muito pouco naspropriedades mecânicas do concreto.

As temperaturas apresentadas na Tabela 3.7 a 10 cm de distância da face exposta sãosemelhantes às temperaturas internas medidas por BILODEAU; KODUR; HOFF(2004), porém a 5 em de distância há uma diferença de l500C entre o observado naTabela 3.7 (209 - 452°C) e o encontrado por eles (200 - 300°C), provavelmentedevido às diferenças de curvas-padrão utilizadas. Aqui se usou a curva H eBILODEAU; KODUR; HOFF (2004) usaram a curva ISO 834, cuja taxa deaquecimento é mais baixa.

Pode-se dizer também, pelo trabalho de BILODEAU; KODUR; HOFF (2004) que aespessura danificada (quimicamente) encontrada por eles foi de 5 em, semelhante aoencontrado nesta pesquisa.

Na tentativa de se estabelecer um padrão no comportamento dos concretos comfibras, frente ao aumento de temperatura interna, observou-se na Tabela 3.7diferença significativa da temperatura - a 2,5 cm da superfície exposta - em amostrasdo mesmo traço, como no caso dos traços de número 12688 e 12620. Pensou-se,inicialmente, que essa diferença fosse pelo fato de uma amostra ter lascado mais quea outra, entretanto não foi o observado na análise visual, inclusive no traço 12688que praticamente não lascou.

3.2.3 DETERMINAÇÃO DO LASCAMENTO

3.2.3.1 ANÁLISE VISUAL

Na análise visual percebeu-se inúmeras fissuras externas e mudança de cor ao longode toda a espessura e pedaços lascados no fundo da tela metálica (Figura 3.10a-b).

24

Dos pedaços lascados verificou-se que as britas se encontravam na coloração rosa eque houve lascamento progressivo, conforme se pode observar na Figura 3.1 Oc-d.

12510

(a)

(b)

(c)

(d)

Figura 3.10-a) Fissuras e mudança de cor; b) pedaços no fundo da tela metálica c) brita na corrosa; d) exemplo de lascamento progresivo

3.2.3.2 ANÁLISE DAS FISSURAS

Todas as placas fissuraram ortogonalmente à superfície aquecida e percebeu-se queas diferentes qualidades de pasta entre os traços analisados não influenciaram aabertura (máxima e mínima) das fissuras.

A Tabela 3.8 e a Tabela 3.9 apresentam as aberturas médias, máximas e mínimasmedidas através de fissurômetro. Nota-se, em geral, que a abertura variou de 0,05mm a 1,60 mm; entretanto percebe-se que os traços com fibras apresentaram aberturamáxima um pouco menor que os traços sem fibras, com exceção dos traços denúmero 12572 e 12570, que reagiram como se não tivessem fibras.

25

Tabela 3.8- Abertura das fissuras (mm) - sem fibras

NomenclaturaNúmero

ale H%Data do

Média mínimo máximodo traço

a% Amostraensaio

3050lMK 12500 0,25 8,39 50 A 25/1/2005 sem medição

3050lMK 12500 0,25 8,39 50 B 25/1/2005 0,27 0,05 1,30

3050lSF 12501 0,25 8,39 50 A 27/1/2005 0,27 0,05 1,303050lSF 12501 0,25 8,39 50 B 1/2/2005 0,26 0,05 1,10

30501 12510 0,25 8,39 50 A 27/1/2005 0,44 0,10 1,60

30501 12510 0,25 8,39 50 B 1/2/2005 0,32 0,05 1,00

10501 12509 0,5 8,39 50 A 3/2/2005 0,27 0,05 1.4010501 12509 0,5 8,39 50 B 3/2/2005 0,28 0,05 1,10

Tabela 3.9 - Abertura das fissuras (mm) - com fibras

Número L $ PF Teor Amostra Dataale H% a% Média mínimo máximo

do traço (mm) (!lm) (0e) (g/cm3) ensaio

12572 0,25 8,39 50 6 36 140 750 A 11/1/2005 0,25 0,05 1.5012572 0,25 8,39 50 6 36 140 750 B 12/1/2005 0,18 0,05 1,2012688 0,25 8,39 50 6 36 140 1750 A 28/2/2005 0,18 0,05 0,7012688 0,25 8,39 50 6 36 140 1750 B 28/2/2005 0,19 0,05 1,2012573 0,25 8,39 50 6 18 170 1750 A 18/1/2005 0,27 0,05 1,0012573 0,25 8,39 50 6 18 170 1750 B 18/1/2005 0,17 0,05 0,5012620 0,25 8,39 50 18 18 170 1750 A 23/2/2005 0,32 0,05 \.2012620 0,25 8,39 50 18 18 170 1750 B 23/2/2005 0.18 0.05 0.9012568 0,5 8,39 50 6 36 170 600 A 13/1/2005 0.23 0.05 0.9012568 0.5 8,39 50 6 36 170 600 B 13/1/2005 0,20 0.05 0,8012570 0,5 8,39 50 6 106 170 600 A 20/1/2005 0,30 0,05 1.4012570 0,5 8,39 50 6 106 170 600 B 20/1/2005 0,40 0,05 1.5012621 0,5 8,39 50 12 36 140 600 A 21/2/2005

sem medição12621 0,5 8,39 50 12 36 140 600 B 21/2/2005

3.2.3.3 LASCAMENTO

Durante os ensaios dos traços sem fibras ouviu-se sons de pequenos estalos (pipoca)e estouros - definidos como lascamento explosivo, nos dez primeiros minutos. Valecomentar que um dos estouros foi percebido na amostra que apresentou o menorvolume lascado da Tabela 3.1 O.

Observando a Tabela 3.10 pode-se concluir que não há um padrão definido para aocorrência do lascamento explosivo, ou seja, não há limite de volume lascado, limitede tempo para a sua ocorrência ou o limiar de um traço.

Analisando ainda os resultados apresentados na Erro! Auto-referência deindicador não válida. - dos traços sem fibras - nota-se que dos traços com menorrelação água/cimento (a/c=0,25), o traço com sílica foi o que mais lascou, seguido dotraço com metacaolim. Vale comentar que era esperado uma diferença maior entre ostraços com metacaolim e o traço sem adição, considerando os trabalhos de POON etaI (2003), porém não foi o constatado.

Analisando os resultados dos traços com fibras na Tabela 3.11, observou-se aocorrência de lascamento que não ultrapassou os dez minutos. Ouviu-se, inclusive,

26

estouros em três ensaios, sendo que destes três ensaios, dois foram amostras demesmo traço (de número 12570) que lascaram mais do que o mesmo traço semjibrasda Tabela 3.10.

Tabela 3.10 - Tempo de lascamento, intensidade, espessura lascada e volume lascado - semfibras

Espessura lascada (n111)

Núrrero

do traÇO1250012500125011250112510125101250912509

ale

0,250,250,250,250,250,250,50,5

H%

8,398,398,398,398,398,398,398,39

a% Armstra

50 A50 B50 A50 B50 A50 B50 A50 B

Tempolasca.rrento

(minutos)

2a72a62a72a82a62a7>3

semJredição

Som

estourosestourospipocas

pipocapipocapipoca

pipoca/estourosem rredição

Intensidade

sem rredição

Mínima Máxima

0,00 21,740,03 23,910,04 25,010,01 25,810,01 21,340,00 16,810,00 10,72o, LO 13,25

Média

7,607,277,439,476,856,221,891,97

%Vol.

Lascado4,063,864,145,443,723,50,360,42

Muito baixo - só com ouvido na parede do fornoBaixo - sentado na escada junto ao fornoAlto - ouvia-se a 2 metros de distânciaForte e alto - ouvia-se da entrada do laboratório

Tabela 3.11 - Espessura e Volume lascado - com fibras

Número

do traço

1257212572126881268812573125731262012620125681256812570125701262112621

alc

0,250,250,250,250,250,250,250,250,50,50,50,50,50,5

H%

8,398,398,398,398,398,398,398,398,398,398,398,398,398,39

a%

5050505050505050505050505050

L $ PF

(mm) Ü.l!11) (0C)

6 36 1406 36 1406 36 ]406 36 1406 18 1706 18 17018 18 170]8 18 1706 36 1706 36 1706 106 1706 106 170]2 36 14012 36 140

Teor Amostra Som

750 A 5 estouros750 B1750 A1750 B1750 A1750 B1750 A1750 B600 A600 B600 A 5 estouros600 B 3 estouros600 A600 B

Espessuramínimalascada(mm)0,020,030,000,010,0]0,0]0,000,030,020,090,020,010,000,00

Espessuramáximalascada(mm)18,1918,841,211,261,731,941,072.122,362,1816,9513,310,000,00

!:.spessuramédialascada(mm)

6,66,340,460,530,560,700,360560,960,743,493,650,000,00

%Vol.

Lascado2,623,140,000,000,030,030,000,010,030,010,870550,000,00

Vale comentar que dentre as fibras analisadas a fibra L=6 mm ~=106 ~m PF= 170°Capresentou o pior desempenho.

Por sua vez os resultados da Tabela 3.11 apontaram a fibra L=12 mm, ~=36 ~m

PF=140°C como a de melhor desempenho para a relação água/cimento 0,50 e a L=6mm, ~=36 ~m PF=140°C para a/c=0,25. Observa-se que a única diferença entre essasduas fibras foi o comprimento. Concluiu-se que as duas características das fibras:diâmetro de 36 ~m e ponto de fusão de 140°C, interagiram de forma a apresentar omelhor resultado para o combate ao lascamento, sem interferirem no que foi

27

constatado estatistIcamente em ensaios anteriores, onde o diâmetro 36 ~lm foi acaracterística mais significante para o grupo alc=0,50 e o comprimento de 6 mm parao grupo a/c=0,25.

4 CONCLUSÕES

Este trabalho teve o objetivo de avaliar a influência da dimensão e da restrição àdilatação térmica na ocorrência do lascamento. Além disso, verificou-se a influênciadas adições minerais na ocorrência do fenômeno.

Vale comentar que as conclusões se limitaram a indicar uma tendênciacomportamental, visto que a quantidade de corpos-de-prova utilizada foi mínima(apenas dois).

Comparando esses resultados com os obtidos em ensaios anteriores, onde foramutilizados cubos de 15x15x15 cm3 submetidos à restrição à dilatação térmica lateral,pode-se dizer que tanto a dimensão quanto a restrição à dilatação térmicainfluenciam na maior ou menor incidência de lascamento. A dimensão reduzida doscubos propiciou uma distribuição de calor mais homogênea do que nas placas e juntocom a restrição à dilatação aumentaram em muito o volume lascado em relação àsplacas aqui analisada.

FASE SEM FIBRAS

Esta fase comprovou que os concretos de menor relação água/cimento (alc)mostraram-se mais propícios ao lascamento, mesmo sem a restrição à dilataçãotérmica, indicando a permeabilidade do concreto como sendo a principalcaracterística que influencia no lascamento. Associado à baixa relação água/cimento,concluiu-se também que as adições minerais apresentaram uma forte influência naocorrência do fenômeno, aumentando ainda mais o risco de lascamento, uma vez quediminui bastante a permeabilidade do concreto.

FASE COM FIBRAS

Concluiu-se nesta fase a eficiência das fibras de polipropileno no combate aolascamento, visto que a maioria dos resultados foram inferiores a 1% de volumelascado. Além disso, percebeu-se que entre as características das fibras, as que sedestacaram foram o diâmetro de 36~m e o ponto de fusão de 140°C,independentemente do traço utilizado. Associado a estas características notou-se queo menor comprimento mostrou-se mais eficiente para o grupo de concretos comalc=0,25 e o maior comprimento apresentou-se mais eficiente para o grupo deconcretos com a/c=0,50.

Pode-se concluir ainda sobre esta fase que os teores mínimos para eliminar o risco delascamento foram 600 para o traço com alc=0,50 e 1750 g/m3 para o traço comalc=0,25. Pode-se afirmar ainda que o teor de fibras varia em função da maior oumenor susceptibilidade do concreto ao lascamento.

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