Abstract Composite steel decking concrete slabs are an important structural member in building construction. Research on its thermal behavior should be developed to understand its fire performance. In this paper, a comparison of the temperature distribution in the cross-section of steel decking concrete slabs subjected to fire is made through three different procedures: (a) standardized analytical, (b) experimental and (c) numerical. The analytical method was the one proposed in NBR 14323 standard. The experimental tests corresponding to eight real-scale fire tests on composite slabs carried out by the authors. The numerical tests were done for the same configurations of the experimental tests and used the FEA software Abaqus. Steel decking temperatures obtained with NBR 14323 methodologies showed good convergence with the experimental and numerical ones. The same was not observed for the concrete, positive and negative rebar.

Resumo As lajes mistas de aço e concreto (steel deck) trata-se de um importante elemento construtivo de edifícios estruturados. Pesquisas sobre o seu comportamento em altas temperaturas devem ser conduzidas para compreender o seu desempenho ao incêndio. Neste estudo, comparou-se a distribuição de temperatura na seção transversal (isotermas) destas lajes através de três procedimentos: (a) analítico, (b) experimental e (c) numérico. O procedimento analítico é o proposto pela norma NBR 14323. Os testes experimentais correspondem a oito protótipos de lajes ensaiados em escala real pelos autores. A parte numérica foi feita com a mesma configuração da experimental usando o método dos elementos finitos com o software Abaqus. No caso das temperaturas médias da chapa do deck metálico, notou-se convergência entre as obtidas pelo procedimento analítico da NBR 14323 e os resultados experimentais e numéricos. O mesmo não ocorreu para as isotermas do concreto, bem como armaduras positivas e negativas.

Abstract Ultra-high-performance concrete (UHPC) has exceptional mechanical properties at room temperature. However, there are no standardized thermal procedures proposed by ABNT NBR 15200 to characterize UHPC at high temperatures, such as in the case of fire. This is due to the lack of research on the subject, leaving gaps for experimental and numerical investigations. Based on experimental analyzes on standardized, small-scale specimens, this research collects a set of parametric data for UHPC at high temperatures. Thermal diffusivity, thermal conductivity, thermal expansion and specific heat as thermal parameters were defined for different temperature ranges. The results were compared with other structural concretes proposed in the literature (NSC, HSC and UHSC). The UHPC exhibited a particular fire behavior. Compared to NSC, HSC and UHSC, the thermal expansion and mechanical parameters of UHPC are less affected at high temperatures, but its thermal conductivity and mass loss are higher. UHPC also has the highest specific heat compared to other concretes. The thermal field of UHPC tends to be higher compared to the other concretes.

Resumo O concreto de ultra alto desempenho (UHPC) possui excelentes propriedades mecânicas à temperatura ambiente. Entretanto, não existem métodos padronizados propostos pela ABNT NBR 15200 para caracterizar UHPC em altas temperaturas, como no caso de incêndio. Isso se deve à falta de pesquisas sobre o tema, deixando lacunas para investigações experimentais e numéricas. Com base em análises experimentais em amostras padronizadas e de pequena escala, esta pesquisa coletou um conjunto de dados paramétricos para o UHPC em altas temperaturas. Difusividade térmica, condutividade térmica, deformação térmica e calor específico como parâmetros térmicos foram definidos para diferentes faixas de temperatura. Os resultados foram comparados com outros concretos estruturais propostos na literatura (concreto convencional, concreto de alta resistência e concreto de ultra alta resistência). O UHPC exibiu um comportamento particular ao fogo. Comparado ao concreto convencional, concreto de alta resistência e concreto de ultra alta resistência, a expansão térmica e os parâmetros mecânicos do UHPC são menos afetados no incêndio, mas sua condutividade térmica e perda de massa são maiores. O UHPC também possui o calor específico mais alto em comparação com outros concretos. O campo térmico do UHPC tende a ser maior em comparação aos demais concretos.

Resumo As aberturas e furos em vigas de concreto são corriqueiramente exigidas em virtude das instalações prediais (de água, elétrica, etc). Elas fragilizam a seção e, em situação de incêndio, podem amplificar o campo térmico do elemento estrutural. A NBR 15200 não faz menção à essa situação. Este estudo avaliou a influência de aberturas retangulares no Tempo de Resistência ao Fogo (TRF) de vigas de concreto pelo Método Simplificado da NBR 15200. O método combina a definição de uma análise térmica não linear (isotermas) com o cálculo manual da resistência a flexão destas vigas. As isotermas foram obtidas por um modelo térmico resolvido pela teoria dos elementos finitos com auxílio do software Abaqus. Os resultados foram comparados com o TRF obtido em vigas sem aberturas pelo Método Tabular normatizado. Doze vigas de 60 cm de altura e com diferentes larguras e dimensões de aberturas foram avaliadas. As vigas com aberturas tiveram um TRF até 60 min inferior às sem aberturas. Quanto maior a dimensão da abertura, tanto maior foi a degradação mecânica da viga ao incêndio. O Método Tabular se mostrou inseguro nessa circunstância. Prescrições a vigas com aberturas devem ser apresentadas na NBR 15200.

Abstract Openings in reinforced concrete (RC) beams may be required due to building installations (electrical, water, etc.). They weaken its cross-sectional area and, in case of fire, can increase the thermal field of the structure. NBR 15200 does not consider this. The paper evaluated the influence of rectangular openings on the Fire Resistance Rating (FRR) of RC beams by the Simplified Method of NBR 15200. This method combines a non-linear thermal analysis (isotherms) with the evaluation of the flexural strength of the beams using a manual design calculation method. The thermal field were obtained by a thermal model solved by finite element analysis (FEA) with Abaqus software. Thermal parameters of NBR 15200 were used. This FRR was compared with equivalent beams without openings solved by the Tabular Method of NBR 15200. Twelve 60 cm high beams with different widths and dimensions of openings were studied. Beams with openings had a FRR up to 60 min lower than the equivalent beam without openings. The larger the size of the rectangular opening, the greater the mechanical degradation of the beam in fire. NBR 15200 Tabular Method proved to be unsafe in this case. Prescriptions for beams with openings must be shown in NBR 15200.

Resumo O principal sistema de uma construção é a estrutura. A sua substituição é muitas vezes inviável e a sua reparação ou demolição gera resíduos muitas vezes de difícil reciclagem, reutilização ou descarte. Dessa forma, estruturas com maior vida útil do projeto (VUP) gerarão menores impactos ambientais, além de serem financeiramente mais interessantes para seus usuários. O concreto armado é um dos tipos de estrutura mais utilizados, e comumente sofre com ataques de íons cloreto e carbonatação que podem facilitar a corrosão da armadura. As estruturas de concreto também sofrem efeitos com a passagem do tempo, como aumento da probabilidade de carga acidental, fluência e retração. Este trabalho tem como objetivo propor parâmetros para vidas úteis de projeto superiores a 50 anos, relativos à durabilidade e ao efeito do tempo. O estudo da durabilidade foi conduzido a partir de uma revisão bibliográfica e escolha de modelos de previsão de vida útil baseados em formas características de agressividade ambiental e comparação com normas internacionais, com VUPs entre 50 e 100 anos e utilizando os seguintes parâmetros: relação a/c, resistência à compressão, consumo mínimo de cimento e cobrimento mínimo. O estudo do efeito do tempo considerou as normas brasileiras e sua probabilidade para cargas acidentais, fluência, retração e variações da resistência à compressão, utilizando VUPs entre 50 e 100 anos. Os resultados de durabilidade foram compilados em uma tabela com parâmetros dimensionais práticos recomendados. Apesar de alguns parâmetros propostos serem superiores ou inferiores aos valores de normas, as diferenças de desempenho foram contabilizadas através de outros parâmetros para manter os níveis de segurança e obter espessuras de cobertura mínimas. As cargas verticais variáveis apresentaram incrementos de 4,29% para 75 anos e 7,22% para 100 anos e a velocidade do vento demonstrou uma variação de 5,08% de aumento aos 75 anos e 9,84% aos 100 anos. A resistência à compressão do concreto, o coeficiente de fluência e a deformação específica de retração não apresentaram variações significativas. FBM: conceituação, análise formal, metodologia, redação; BFT e FLB: curadoria de dados, análise formal.

Abstract The main system of a construction is the structure. Its replacement is most of the times unfeasible and its repair or demolition generates waste that is often difficult to recycle, reuse or dispose of. In this way, structures with longer design service life (DSL) will generate lower environmental impacts, in addition to being financially more interesting for their users. Reinforced concrete is one of the most used types of structure, and commonly suffers with attacks of chloride ions and carbon dioxide that can facilitate the corrosion of the reinforcement. Concrete structures also suffer effects from the passage of time, as probability of accidental load increase, creep and shrinkage. The objective of this study was to determine durability and time effect parameters for DSLs between 50 and 100 years. The durability study was conducted through a review of reference studies, a selection of DSL models based on characteristic forms of environmental aggressiveness and comparison with international standards, using DSLs between 50 and 100 years and the following parameters: w/c ratio, compression strength, minimum cement usage and minimum cover. The time effect study considered Brazilian standards and their probability for accidental loads, creep, shrinkage and variations of the compressive strength, using DSLs between 50 and 100 years. The durability results were compiled in a table with practical recommended dimensional parameters. Despite some proposed parameters being higher or lower than standard values, the differences in performance were accounted through other parameters in order to maintain safety levels and to obtain minimum cover thicknesses. Variable vertical loads presented increments of 4.29% for 75 years and 7.22% for 100 years and wind velocity demonstrated a variation of 5.08% increase at 75 years and 9.84% at 100 years. Compression strength of concrete, creep coefficient and specific shrinkage deformation did not present significant variations. FBM: conceptualization, formal analysis, methodology, writing; BFT e FLB: data curation, formal analysis.

Resumo Neste artigo, foi avaliada experimentalmente a influência do diâmetro de barras no grau de redução da resistência ao escoamento (fy) e de ruptura (fu) de armaduras extraídas de quatro pilares expostos à ação térmica em um forno vertical, pela curva padrão de aquecimento da ISO 834-1:1999, por 240 min. Os pilares tinham seção transversal de 25 cm x 25 cm e altura de 300 cm. Os diâmetros analisados foram de 10 mm e 16 mm, e a espessura de cobrimento, de 25 mm a 50 mm. Os resultados mostraram que, independentemente da espessura de cobrimento, as barras com 16 mm de diâmetro sofreram maior redução na resistência de escoamento (fy) e na resistência última (fu) em relação às barras de 10 mm de diâmetro, devido ao maior volume de desplacamento do concreto dos pilares, com exposição direta às temperaturas elevadas. Os maiores volumes de desplacamento foram identificados nos elementos com maior espessura de cobrimento (50 mm), atingindo valores até 52 vezes maiores que os desplacamentos identificados nos elementos com espessura de 25 mm no cobrimento. As tensões fy das armaduras obtiveram redução entre 29% e 56%. Assim, com base neste estudo, mostra-se relevante prever a redução do fy e do fu das armaduras no dimensionamento das estruturas de concreto armado em situação de incêndio.

Abstract This paper presents results obtained in tensile tests performed in steel reinforcing bars with different diameters extracted from columns exposed for 240 minutes to the standard fire curve prescribed by ISO 834-1:1999. The square columns were 300 cm long and had a width of 25 mm. The longitudinal reinforcement consisted of 10 mm and 16 mm-diameter steel bars with a concrete cover thickness of 25, 30, 40, and 50 mm. Results showed that 16 mm-diameter bars presented lower yield (fy) and ultimate (fu) stress due to the larger spalled areas of concrete in those columns, which increased its exposure to elevated temperatures. Columns with higher concrete cover thickness (50 mm) presented larger volume of concrete spalling and were accounted to be 52 times higher than elements with cover thickness of 25 mm. It was verified that the residual yield stress was 29-56% lower than the original yield strength, highlighting the the need of a proper post-fire assessment of this type of structure after exposure to fire.

RESUMO A segurança contra incêndio das edificações é uma necessidade de projeto. As edificações avançam em altura e área, contando com grandes demandas de instalações, obrigando a indústria da construção civil a desenvolver sistemas de vedação capazes de impedir a propagação do fogo através das aberturas e juntas, garantindo a segurança dos usuários e satisfazendo os requisitos de segurança das normas vigentes. Este estudo analisou o desempenho de cinco sistemas de selagem corta-fogo, aplicados em passagens de tubulações hidráulicas e elétricas para compartimentação horizontal, ensaiados em escala real, em situação de incêndio, conforme a curva ISO 834, verificando o tempo de resistência ao fogo (TRF), a estanqueidade e os custos envolvidos. Através do estudo, verificou-se que os sistemas que atingiram TRF acima de 180 minutos foram os que possuem argamassa cimentícia em sua composição, superando o TRF daqueles compostos por placa de lã de rocha com revestimento ablativo, indicando que os sistemas mais econômicos mostraram o melhor desempenho. Todos os selos corta-fogo atingiram TRF igual ou superior a 120 minutos, satisfazendo o TRRF estabelecido pela NBR 14.321.

ABSTRACT Fire safety design is necessary. Buildings are advancing in height, which demands on installations, forcing the construction industry to develop systems capable of preventing the spread of fire and ensuring fire safety to users. Through the Brazilian Performance Standard (ABNT NBR 15575) and state fire department regulations, new fire safety requirements were required. This paper analyzed the performance of five fire stop systems applied to hydraulic and electrical passages, installed in a full-scale wall, in a fire situation, according to the ISO 834 curve. Through the study, it was found that the systems that achieved a 180 minutes fire resistance (FR) were that ones have cementitious mortar in their composition, surpassing the FR of those composed by ablative rockwool plate, indicating that the most economical systems had the best performance. The fire seals were satisfactory regarding the horizontal compartmentalization criterion, with no significant difference between systems.

Abstract The discussion on fire safety is necessary in Brazilian buildings. Current legislation requires construction with compartmentalized areas separated by walls with structural ceramic blocks capable of resisting fire for an amount of time pre-determined in norm NBR 14432 (ABNT, 2001). However, a lack of building standards requires experimental tests according to NBR 5628 (ABNT, 2001) to determine the necessary configuration to achieve fire resistance. For this purpose, this study analyzed the effect of fire on structural walls covered with a mortar coating. Experiments were conducted in real scale in a standardized vertical oven and the fire growth curve of ISO 834 (ISO, 1999). Three types of walls were tested, each with a different mortar coating: (a) lime; (b) 0.6 kg/m³ polypropylene fiber and 1.2 kg/m³ polypropylene fiber. The mortar coatings were 1.5 cm thick on the side facing the fire and 2.5 cm thick in the outside. The wall was composed of structural blocks measuring 14 cm x 19 cm x 29 cm. Fire experiments evaluated the structure stability, impermeability to hot gases and smoke and thermal insulation of each sample. Results showed that the structural system with 1.2 kg/m³ polypropylene fiber mortar coating obtained the best thermal insulation effect with the longest fire resistance time of 176 min.

Abstract Meeting passive and active protection requirements in buildings has brought about demands for new systems, materials, equipment, and even design requirements like the access to housing units with doors that have a minimum fire-resistance rating of 30 minutes. For existing buildings, though, it is not always possible to adapt them to current government regulations, and normal low-cost doors usually do not comply with compartmentalization requirements. Therefore, this study aimed to evaluate the fire resistance of normal wooden doors and low-cost compensatory measures to increase the protection of existing building elements. The lab tests were performed on real-scale wooden door prototypes. Moreover, three protective solutions were tested while added to the doors: (a) fire-rated gypsum boards, (b) cement boards, (c) steel sheet with polyethylene terephthalate felt, in addition to the reference door. It was noted that only the prototype with cement boards managed to resist for 30 minutes. This result evidences the existence of alternative low-cost solutions that can be used in simpler buildings, although some of the usual options may not be able to meet the requirement.

Resumen Cuando se expone a temperaturas elevadas, el concreto sufre cambios fisicoquímicos relacionados con cambios en la microestructura del hormigón. En este artículo, se estudió la microestructura del concreto dañado térmicamente en columnas de hormigón armado a escala real, utilizando microscopía electrónica de barrido (SEM) y difracción de rayos X (XRD). Dos columnas de hormigón armado a escala real, con diferentes mezclas de hormigón, se expusieron a la curva estándar de fuego ISO 834 durante 4 horas. Las observaciones macroscópicas mostraron un cambio en el color del concreto expuesto a altas temperaturas. Las micrografías SEM presentaron cambios distintos en la morfología, como el engrosamiento y la presencia de grietas y huecos. Los diagramas de XRD mostraron una reducción de portlandita y la presencia de larnita a medida que aumentó la profundidad.

Abstract When exposed to elevated temperatures, concrete suffers physicochemical changes, resulting in reduction of mechanical properties, cracking and spalling. These macroscopic changes are related to changes in the microstructure of concrete. In this paper, the microstructure of thermally damaged concrete from real-scale reinforced concrete columns was studied, using scanning electron microscopy (SEM) and x-ray diffraction (XRD). Two real-scale reinforced concrete columns, with different concrete mixtures, were exposed to ISO 834 fire standard curve for 4 hours. After heating, concrete core samples were drilled, sectioned and analyzed in different column section depths. Core samples from reference column not exposed to high temperatures, were also obtained. Macroscopic observations showed a change in the color of concrete exposed to high temperatures. SEM micrographs presented distinct changes in morphology, like coarsening, and the presence of cracks and voids. XRD diagrams showed a reduction of portlandite and presence of larnite as depth increases.

Resumen Con la publicación de la norma NBR 15575 (ABNT, 2013), ha sido necesario que los sistemas constructivos utilizados en edificios residenciales se sometiesen a ensayos para el cumplimiento de los requisitos de desempeño. En el ámbito de los requisitos de seguridad solicitados por la norma, existe la necesidad de la evaluación de la resistencia al fuego de los sistemas de aislamiento vertical. Dentro de la habitabilidad, la norma recomienda que estos sistemas tienen un desempeño acústico adecuado. Dentro de este escenario, el objetivo de este trabajo es evaluar el desempeño acústico de dos sistemas de pared compuestos por diferentes tipos de bloques cerámicos con agujeros horizontales. Para este análisis, fueron realizados ensayos de laboratorio de acuerdo con las normas NBR 10636 (ABNT, 1989) y ISO 10140-2 (ISO, 2010). Se verificó que el sistema con mayor densidad presentó desempeño sensiblemente mejor acerca la resistencia al fuego, con desempeño prácticamente idéntico en el análisis del aislamiento acústico.

Abstract After the publication of NBR 15575 (ABNT, 2013) standard, it became necessary that the constructive systems used in residential buildings go through verification processes concerning the performance requirements. Considering the security requirements, it is necessary to evaluate the fire resistance of vertical sealing systems. Within the scope of habitability, the standard specifies that these systems must have an adequate acoustic performance. Regarding this scenario, this study has the purpose of evaluate the performance of two non-structural vertical sealing systems in ceramic bricks by comparing two different layouts of horizontal air gaps. Therefore, laboratory tests were performed, following the prescriptions of NBR 10636 (ABNT, 1989) and ISO 10140-2 (ISO, 2010). It was verified that the system with higher air gaps number had a better performance on fire resistance, and that the acoustic performance was very similar between the two systems.

Resumo Com a entrada em vigor da norma brasileira de desempenho das edificações habitacionais, a NBR 15575 (ABNT, 2013), alguns setores da indústria têm buscado avaliar, certificar e melhorar seus sistemas, de modo a atender aos requisitos praticados pela norma e garantir sua empregabilidade. Entre estes está o de vedação vertical composta de blocos cerâmicos. Dada a variabilidade da matéria-prima desses blocos, faz-se necessária uma análise mais detalhada de seu desempenho como sistema construtivo. Quanto aos requisitos de desempenho definidos pela norma para esses sistemas está o de resistência ao fogo. No entanto, no Brasil não há normas regulamentadoras para o projeto de paredes de alvenaria em situação de incêndio, sendo necessária a realização de ensaios para avaliar esse requisito. Este estudo teve como objetivo avaliar a resistência ao fogo de duas paredes, com espessuras de 14 cm e 19 cm, acompanhando os critérios de estabilidade, estanqueidade e isolamento térmico pelo período de 240 min. Os sistemas foram numericamente avaliados pelo método da Brick Industry Asssociation (BIA). Como resultados, na análise experimental os sistemas atenderam aos critérios de estabilidade e estanqueidade durante o período de ensaio, mas reprovaram no critério de isolamento térmico aos 60 min e 90 min para as paredes com espessura de 14 cm e 19 cm respectivamente. Quanto à análise teórica, constatou-se um tempo de resistência ao fogo (TRF) até 30% menor do que o obtido experimentalmente, o que enaltece o conservadorismo desse método.

Abstract After the Brazilian performance housing standard, NBR 15575 (ABNT, 2013) was introduced, various sectors of the industry sought to evaluate, certify and improve their systems in order to meet the requirements of the standard. Masonry walls are one type of these systems. The ceramic industry has blocks with different characteristics, which require a more detailed analysis. One of the performance requirements is fire resistance of this construction system, which is not covered by Brazilian standards. This study aimed to evaluate the fire resistance of two walls, consisting of blocks 14 cm and 19 cm thick, evaluating the criteria for structural stability, integrity and thermal insulation for a period of 240 min. In the experimental analysis, the systems fulfilled the criteria of stability and integrity satisfactorily throughout the test, but failed the thermal insulation criteria at 60 and 90 min for smaller and thicker walls respectively. Concerning the theoretical analysis, a fire resistance time was observed up to 30% lower than that obtained experimentally.

ResumoO desempenho das construções está em evidência no Brasil, principalmente após a aprovação da Norma de Desempenho, a ABNT NBR 15575: 2013. Esta norma remete a necessidade dos sistemas construtivos de atender, dentre outros, a níveis mínimos de segurança contra incêndio. O intento deste artigo é estudar o potencial de aplicação na construção civil de sistemas de vedação vertical de concreto armado em termos de resistência ao fogo. Através de protótipos ensaiados em escala real (3,15 x 3,00 m) em um forno vertical normatizado, foram analisadas duas espessuras de paredes de concreto armado maciço, de 10 e 14 cm, com um mesmo traço, observando o comportamento em termos de isolamento térmico, estanqueidade e estabilidade. Evidenciou-se que as amostras atenderam as condições aplicáveis para até 120 minutos de ensaio, com a de 14 cm mostrando melhores índices de isolamento térmico e estanqueidade.

AbstractBuildings' performance building is in evidence in Brazil, especially after the adoption of the Performance Standard ABNT NBR 15575: 2013. This standard is concerned with the need of building systems to meet minimal fire safety requirements, among others. The aim of this paper is to investigate the potential application vertical sealing of reinforced concrete for fire resistance purposes by the construction industry. Through prototypes tested at full scale (3.15 x 3.00 m) in a standardized vertical furnace, two wall thicknesses (10 and 14 cm), with the same concrete mix were analysed by observing their behaviour in terms of thermal insulation, sealing and stability. The tests demonstrated that the samples met the applicable conditions for up to 120 minutes of testing, with the 14 cm thickness showing better rates of thermal insulation and sealing.