Slabs with embedded steel decking and steel fiber reinforced concrete in fire situation

Este trabalho apresenta o estudo do comportamento de lajes com forma de aço incorporada e concreto reforçado com fibras de aço em situação de incêndio. É sabido que a inclusão de fibras de aço no concreto melhora o comportamento pós-fissuração dos elementos estruturais em termos de ductilidade, cisalhamento e resistência ao fogo. A inovação da combinação de lajes mistas e concreto reforçado com fibras de aço se apresenta como viável e aparenta vantagens particulares em relação às lajes mistas convencionais, principalmente em situação de incêndio. Para avaliação do sistema, ensaios em lajes com forma trapezoidal MF-75 e concreto classe C25 reforçado com fibras de aço Dramix 3D 80/60 BG foram realizados no Exova Warringtonfire. Também foi efetuada a caracterização do concreto com essa mesma fibra de aço em temperaturas elevadas, objetivando apresentar a evolução da resistência mecânica do concreto à compressão e à tração, com e sem adição de fibras de aço, em função do aumento da temperatura. Adicionalmente, análises numéricas foram realizadas por meio do software ABAQUS com o propósito de validação térmica e termomecânica do sistema. A análise térmica foi fundamental para a validação do campo térmico por meio da avaliação da influência do calor específico, condutividade térmica e emissividade. A análise termomecânica acoplada foi imprescindível para a validação do comportamento da laje com concreto reforçado com fibras de aço, em que os modelos constitutivos do EN 1994-1-2 foram validados para o aço da forma e os modelos do RILEM TC 162-TDF e do FIB MODEL CODE foram calibrados para o concreto reforçado com fibras de aço. Posteriormente foi realizada a validação em temperatura elevada por meio dos resultados experimentais, levando em conta a degradação das propriedades mecânicas e a expansão térmica devido aos efeitos do gradiente de temperaturas. A validação numérica permitiu a constatação de que o modelo σ-w do FIB MODEL CODE consegue representar o comportamento do concreto reforçado com fibras de aço em situação de incêndio ao empregar os fatores de redução para o concreto determinados empiricamente neste trabalho. Após a validação numérica, uma análise paramétrica foi conduzida com o intuito de extrapolar os resultados para outras geometrias de laje, vãos e tempos de exposição ao fogo, permitindo a obtenção de valores consideráveis de cargas últimas em temperatura elevada para uma faixa expressiva de vãos livres sem a presença de armaduras passivas.This work presents the study of the behavior of slabs with embedded steel decking and steel fiber reinforced concrete in fire situation. It is known that the inclusion of steel fibers in concrete improves the post-cracking behavior of structural elements in terms of ductility, shear and fire resistance. The innovative combination of composite slabs and steel fiber reinforced concrete is viable and has particular advantages over conventional composite slabs, especially in fire situation. To evaluate the system, experimental tests on slabs with trapezoidal decking MF-75 and concrete class C25 reinforced with Dramix 3D 80/60 BG steel fibers were carried out in Exova Warringtonfire. The characterization of concrete with this same steel fiber at high temperatures was also carried out, aiming to present the evolution of the mechanical strength of concrete to compression and tension, with and without the addition of steel fibers, as a function of the increase in temperature. Additionally, numerical analyzes were performed using the ABAQUS software for the purpose of thermal and thermomechanical validation of the system. Thermal analysis was essential for validating the thermal field by evaluating the influence of specific heat, thermal conductivity and emissivity. The coupled thermomechanical analysis was essential for the validation of the behavior of the slab with steel fiber reinforced concrete, in which the constitutive models of EN 1994-1-2 were validated for steel decking and the models of RILEM TC 162-TDF and FIB MODEL CODE were calibrated for steel fiber reinforced concrete. Subsequently, the validation at elevated temperature was carried out using experimental results, taking into account the degradation of mechanical properties and thermal expansion due to the effects of the temperature gradient. The numerical validation allowed the verification that the σ-w model of the FIB MODEL CODE is able to represent the behavior of steel fiber reinforced concrete under fire conditions by employing the reduction factors for concrete determined empirically in this work. After numerical validation, a parametric analysis was conducted in order to extrapolate the results to other slab geometries, spans and fire exposure times, allowing the obtainment of considerable values of ultimate loads at high temperature for an expressive range of spans without conventional reinforcement