Concreto submetido à altas temperaturas

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Concreto submetido à altas temperaturas / Incêndio em edificações
01/06/2012

Fonte: (Pet Civil-UFJF) http://blogdopetcivil.com/category/estruturas/

Notícias sobre incêndios em construções são quase comuns no dia-a-dia das grandes cidades. Fiação antiga e sem manutenção, acidentes com produtos químicos e falha humana são os principais fatores causadores destas catástrofes.

Seguindo o post sobre a nova NBR 15200 – Projeto de Estruturas de Concreto em Situação de Incêndio, vamos falar um pouco sobre o comportamento do concreto em casos extremos como estes.

É fundamental, para a elaboração do projeto de um edifício, considerar o comportamento das estruturas de concreto quando submetidas à altas temperaturas, pois com o aumento progressivo desta, as propriedades mecânicas do concreto começam a degradar, podendo ocorrer colapso estrutural. O atendimento às normas é importantíssimo, quando consideramos a segurança da construção.

O concreto pode ser submetido à temperaturas elevadas acidentalmente ou estas podem fazer parte de suas condições normais de trabalho. Estas situações se distinguem pela elevação brusca ou gradual da temperatura. Um caso famoso de elevação de temperatura acidental é o incêndio do Canal da Mancha, em 1996. Observe o dano causado pelo fogo às paredes do túnel:

Outra situação comum é a de estruturas feitas para trabalhar sob temperaturas elevadas, como alguns componentes de usinas nucleares, altos-fornos ou repositórios de rejeitos radioativos. Nestes casos, por razão de segurança, a estrutura deve ser capaz de suportar temperaturas elevadas e de longa duração sem perder a capacidade estrutural. E, no caso de usinas nucleares, mantendo a propriedade de confinamento de materiais radioativos.

Abaixo, o edifício de confinamento do reator da Usina Callaway, no estado de Missouri, EUA, com mais de 2 metros de grossura de concreto e metal.

O concreto é um material poroso, altamente heterogêneo e composto por várias fases - podendo conter em seu interior fluidos na forma líquida e gasosa. Quando exposto a condições de temperatura elevada, há a ocorrência de fenômenos físicos e químicos, que alteram a estrutura porosa e as propriedades do meio.

Como a reação de hidratação do cimento é reversível e termoativada, a exposição do concreto à temperaturas elevadas pode ter efeitos deletérios, com a ocorrência de desidratação da matriz a base de cimento, fissuração devido a pressões internas geradas pela evaporação da água de amassamento remanescente da mistura e ao desplacamento superficial (“spalling”, como é visto na imagem do Canal da Mancha).

Ainda, os concretos comuns e de alta resistência se comportam de maneiras bem distintas quando submetidos aos mesmos grau e taxa de aquecimento. O concreto de alta resistência tende a desenvolver maiores pressões nos seus poros, uma vez que é mais compacto do que o concreto comum, reagindo então através do fenômeno do “spalling”.

O comportamento de estruturas submetidas a solicitações causadas por temperatura é analisado através de métodos numéricos, como a malha de Elementos Finitos mostrada abaixo:

Nota-se o baixo coeficiente de condutividade térmica do concreto: em 23 cm de espessura, a temperatura caiu de aprox. 570⁰C para 50⁰C. Esses resultados são testados experimentalmente e validados, conforme fontes.

Na elaboração de projetos de edifícios residenciais, públicos e industriais, uma das considerações feitas é a segurança humana na ocorrência de fogo. O uso do concreto, por não ser combustível, não emitir gases tóxicos e ser capaz de conservar resistência suficiente por períodos extensos, permite operações de resgate e diminui os riscos de colapso estrutural.

 

Fontes e Agradecimentos:

Rafaela De Oliveira Amaral, SIMULACÃO DO COMPORTAMENTO DE ESTRUTURAS DE CONCRETO SUBMETIDAS A INCÊNDIOS

Anna Paula Guida Ferreira, MODELAGEM DOS FENÔMENOS DE TRANSPORTE TERMO-HÍDRICOS EM MEIOS POROSOS SUBMETIDOS A TEMPERATURAS ELEVADAS: APLICAÇÃO A UMA BICAMADA ROCHA-CONCRETO