SPALLING BEHAVIOUR OF CONCRETE IN FIRE: EFFECT OF DIFFERENT FIBERS

Abstract

La construccion es algo que ha formado parte en la humanidad desde los orígenes del hombre. La necesidad de encontrar un lugar donde refugiarnos, sentirnos seguros, donde poder ir a estar con los nuestros ha sido algo presente en nuestro ADN. A lo largo de la historia diferentes materiales han sido usados para la construccion. Conforme la sociedad avanzaba, los materiales evolucionaban. El descubrimiento y experimentacion de diferentes materiales ha sido clave para llegar a donde estamos ahora. El concreto es el material más usado en la construcción actualmente. Es un material originado por la mezcla de varios materiales: agregados, agua y cemento, en mayor parte. La combinación y distintas cantidades de cada componente determinan las propiedades mecánicas del material, por eso es que no se podría cualificar como únicas las propiedades mecánicas del hormigón. Para mejorar este material durante los años se han ido introduciendo diferentes fibras de tal forma que mejoran las propiedades dependiendo de la aplicación que se quiera para este. El hormigón es considerado un material con gran resistencia al fuego. Sin embargo, esto no es del todo cierto. Los eventos recientes como en el "Liverpool echo arena.o la torre de Grenfell han demostrado que es un material que a altas temperaturas tiene dificultades para mantenerse de una pieza. Esto es debido a la aparición de un fenómeno denominado "spalling", palometeo en castellano. Este fenomeno surge cuando altas temperaturas son alcanzadas, lo que hace que el agua dentro del hormigón se evapore y busqué salir . Ese camino hacia el exterior suele ser forzoso debido a la falta de lugares por los que escapar. En la primera parte de esta tesis, se recoge el estudio de diferentes hormigones con fibras de distintos materiales en su interior. Estas fibras, pudiendo ser de plástico o de acero, en el caso de plastico se derriten a estas altas temperaturas dejando así un canal por el cual podría escapar el vapor. Con las de acero no se produce ese derretimiento, sin embargo debido a su fuerza es capaz de sujetar mejor el hormigón a pesar de la fuerza ejercida por el vapor para salir. La segunda parte de la tesis, consiste en el anaisis de todos los trabajos realizados desde 1900 sobre este tema, analisis de los parametros que afectan a este fenómeno y cómo interactúan entre sí. La tercera parte del proyecto recoge la elaboración de un programa que simule la aparicion de este fenómeno denóminado palometeo. Así es que este documento recoge la experiencia con diferentes softwares utilizados y como se ha ido elaborando ese programa.

Building construction is something that has taken part in humanity since its origins. The necessity to find a place to sleep, feel safe, a place where we can find confort with our significants, is something present in our DNA. Through out history construction has been characterized for the use of different materials. As society moved on, materials did so with it. The discovery and experimentation of different materials has been key to be able to come where we are today. Concrete is currently, the most used material in construction. It is a material originated with the mixture of many others such as: water, cement, aggregates, mostly; but many others too. The combination and different quantities of each component determine the mechanical properties of the material, hence concrete can not be charadtericed with constant properties. To improve this material, during the years, many fibers have been introduced so that the properties developed with it depending on the application wanted. Concrete is considered a material resistant to fire. Although, this is not fully true. Recent events such as Liverpool Echo Arena fire and Grenfell Tower fire have made it clear that it is not a material keen for high temperatures, due to the uncapability to stay in one piece. This is due to the appearance of the phenomenon spalling. This phenomenon originates when high temperatures are reached, this make water in the interior of concrete to evaporate and the following search for a way out. This way out is normally something unavoidable and it forces the material to crack out due to the lack of places to go. The first part of this thesis gathers the study of concrete with different fibers (different materials: plastic, polypropylene, steel). In case of plastic the fibers melt letting the vapour out through out the channels created. Steel fibers do not guarantee the melting of the material (higher temperatures should be reached) yet the strength of the material helps concrete stay together even if it cracks. The second part of the thesis, consists on the analysis of all the previous works on spalling both theoretical and experimental since 1900. The analysis of the parameters that affect this phenomenon and how this interactuate with each other. The third and final part of the project gathers the elaboration of a program that simulates the occurrence of the spalling event. The experiment of different softwares such as ansys and matlab and the elaboration of this code.