Statistical analysis of the knowledge base

Todos os tipos de concreto apresentam redução nas suas propriedades mecânicas (resistência à compressão e à tração, módulo de elasticidade) quando submetidos a elevadas temperaturas. Esse efeito pode ser atenuado com o uso de agregados de alta estabilidade térmica, com adição de filamentos fibrosos e barreiras térmicas.

Com relação ao emprego de fibras no concreto, estas têm como funções principais, melhorar a ductilidade do concreto, controlar a fissuração de maneira a servir como ponte de transferência de tensões e reduzir ou eliminar o risco de lascamento de concretos expostos a altas temperaturas.

Em se tratando da prevenção ao lascamento, as fibras mais usualmente empregadas são as fibras de polipropileno, também conhecidas como fibras PP. O embasamento técnico para evitar os desplacamentos está fundamentado no fato de que estas fibras derretem com a elevação da temperatura, criando poros adicionais no concreto que podem ser preenchidos pela água evaporada, permitindo a migração dos gases quentes para a superfície da matriz cimentícia, reduzindo assim a poro pressão e, consequentemente, a tendência aos desplacamentos.

Na temperatura de 160ºC as fibras de polipropileno começam a derreter, ficando inicialmente com o aspecto de um líquido viscoso. Este processo proporciona uma gradativa redução do volume ocupado por cada filamento individualmente e, à medida que a temperatura vai aumentando, estes filamentos vão se degradando, até que em aproximadamente 360ºC, os mesmos entram em ignição. Neste momento, os filamentos retornam aos seus materiais constituintes e o produto remanescente da cada filamento individual nada mais é do que fuligem (pó), a qual ocupa aproximadamente 5% do volume inicial. Os vazios remanescentes criam rotas que permitem a fuga do vapor de água com o aquecimento e, neste caso, há o relaxamento da poro-pressão, que acaba por minimizar a probabilidade de acontecer desplacamentos explosivos no concreto.

A Figura 4-13 ilustra o ponto de fusão a 170,5ºC, onde a fibra muda da fase sólida para líquida e é absorvida pelo concreto. Mais adiante se vê o ponto de evaporação (399,5ºC) e por fim o ponto de chama (442,9ºC), quando a fibra se desintegra por completo. O que comprova a hipótese de derretimento das fibras e criação de vazios visto que as temperaturas de incêndio atingem as temperaturas mencionadas (LIMA, 2005; NINCE, 2006).

Figura 4-13 Curva DSC/TG e DTG da fibra de polipropileno. [Fonte: NINCE, 2006]

Segundo Sun & Xu (2009), as fibras de polipropileno além de ajudar na redução do lascamento de concretos sujeitos a elevadas temperaturas, melhora algumas propriedades do concreto tais como, resistência à compressão e à tração, e a sua durabilidade a longo prazo. Além disso, essas fibras reduzem a retração plástica do concreto.

Além das fibras de polipropileno, outras fibras orgânicas tais como acetato de polivinila (PVA) e o náilon também se mostram eficientes na proteção contra o lascamento, outras, como as fibras celulósicas e de polietileno, pelo contrário, não se mostraram úteis. Em suma, pode-se dizer que o uso de fibras orgânicas como método preventivo no combate ao lascamento explosivo já é reconhecido no meio técnico. A diminuição das tensões internas no concreto evita o colapso imediato, oferecendo maior tempo para eventuais medidas de emergência e permitindo a recuperação da estrutura com maior segurança. Inclusive, o uso de fibras de polipropileno já faz parte das recomendações do código Europeu (Eurocod 2 parte 1.2, 2001), para estruturas de concreto de alta resistência susceptíveis a altas temperaturas (Bangi & Horiguchi, 2012; Lima, 2005).

Xiao & Falkner (2006), moldaram corpos de prova de concreto de alta resistência e adicionaram fibras de polipropileno para verificar características mecânicas e a ocorrência de lascamento quando submetidos a temperaturas que variaram de 20º a 900ºC. As fibras PP correspondiam a 0,3%, 0,5% e 0,7% do consumo de cimento, usadas respectivamente nos traços de 100, 80 e 50 MPa. Os pesquisadores observaram que as amostras com adição de fibras não sofreram lascamento e que a sua adição não exerce influencia negativa sobre a resistência à compressão e flexão pós-exposição.

Bilodeau, Kodur e Hoff (2004), estudaram o teor mínimo necessário para evitar a ocorrência de lascamento em concretos cujas resistências situavam na faixa de 60 a 70 MPa, preparados com agregados de alto teor de absorção e baixo teor de absorção. As amostras foram confeccionadas por meio de moldes prismáticos, havendo a introdução de barras de aço, tendo como teor de fibras de polipropileno usados nos ensaios 1,5 kg/m³, 2,5 kg/m³ e 3,5 kg/m³. A taxa de aquecimento adotada foi baseada na curva padrão de hidrocarboneto, cuja temperatura no forno atingiu 1000ºC em menos de 10 minutos. Os estudos mostraram que os concretos confeccionados com agregados de alta absorção são mais susceptíveis ao

lascamento do que aqueles com agregados de baixa absorção, o menor teor de fibras necessário para prevenção do lascamento foi de 3,5 kg/m³ para os concretos de agregados de alta absorção e 1,5 kg/m³ para o concreto com agregado de baixo teor de absorção.

Lee et al (2012), estudaram níveis ótimos de teor de fibra tanto para proteção contra a ocorrência de lascamento quanto para um efeito menos negativo sobre trabalhabilidade através da variação do teor de fibra de polipropileno em combinação com fibras de náilon. Foram moldados concretos em amostras cilíndricas cujas resistências à compressão variaram entre 80 e 100 MPa, sendo estes submetidos a uma taxa de aquecimento de acordo com a curva ISO 834.Os autores chegaram a conclusão de que o mesmo nível de proteção ao lascamento é conseguido com teor de fibras de náilon e PP (0,05%) que equivale a metade do teor de fibras de polipropileno que seria necessário se esta estivessem sendo usada sozinha.

Além de filamentos fibrosos, existem outras alternativas viáveis para solucionar o problema do lascamento, como por exemplo, proteções passivas que são sobrepostas aos elementos estruturais, não se integrando com o substrato, pois são aplicadas posteriormente à execução do elemento ou agem independentemente do mesmo.

As mantas de fibra cerâmica são formadas por um aglomerado de fibras sílico-aluminosas, de baixa densidade, possuindo fibras em várias direções, entrelaçadas por um processo contínuo de agulhamento, conferindo boa resistência ao manuseio e à erosão. Por não serem resistentes à umidade e à abrasão, elas devem ser aplicadas em locais abrigados e protegidos por algum tipo de acabamento superficial (DIAS, 2002).

As mantas ou painéis rígidos de lã de rocha possuem baixa densidade e são produzidas a partir de alterações de pedras basálticas, cujas fibras estão dispostas aleatoriamente e aglomeradas com resina termo-endurecíveis, podendo ser flexíveis, revestidas em uma das faces com tela de arame galvanizado para revestimento de contorno ou rígidas. Não estão sujeitas a reações químicas após sua aplicação ou mesmo quando expostas ao calor (VARGAS & SILVA, 2003).

As placas de gesso acartonado podem conter fibra de vidro e, em alguns casos, vermiculita. Quando a temperatura estiver entre 90 e 150ºC, as ligações

químicas existentes no gesso hidratado começam a romper e liberam a água de hidratação. Essa reação absorve energia do fogo e retarda a elevação da temperatura (PANNONI, 2002).

As tintas intumescentes são consideradas como revestimentos fogo- retardantes, visto que retardam a propagação da chama e, consequentemente, a elevação de temperatura no elemento que está sendo protegido. A sua composição é formada por polímeros com pigmentos intumescentes que reagem na presença de calor, aumentando o volume e formando uma camada isolante. O calor provoca uma reação em cadeia quando a temperatura atinge 200ºC, onde uma fina película de 55 a 2500 µm de espessura se transforma em uma volumosa camada, semelhante a uma esponja que tem propriedades de isolação térmica. Como desvantagem do sistema cita-se o custo elevado, principalmente quando o tempo requerido de resistência ao fogo for superior a 60 min ( DIAS, 2002; PANNONI, 2002).