Atas do X Congresso de Construção Metálica e Mista
Coimbra
26 e 27 de Novembro de 2015
Luís Simões da Silva
Departamento de EngenhariaCivil
Faculdadede Ciênciase TecnologiadaUniversidadede Coimbra
Coimbra, Portugal
Paulo Vila Real
Departamento de EngenhariaCivil
Universidade de Aveiro
Aveiro, Coimbra
João Rocha de Almeida
Universidade Nova de Lisboa
Lisboa, Portugal
Rodrigo Gonçalves
UniversidadeNova de Lisboa
Lisboa, Portugal
organização: CMM - Associação Portuguesa de Constmção Metálica e Mista
com a colaboração:UNIVERSIDADENOVADE LISBOA
UNIVERSIDADE
NOVA
DE
LISBOA
FCk
X Congresso de ConstruçãoMetálicae Mista
Copyright ©2015
por Luís Simõesda Silva, Paulo Vila Real, JoãoRocha de Almeida, Rodrigo Gonçalves
Editora:
cmm - Associação Portuguesa de Construção Metálica e Mista
Business Center Leonardo da Vinci
Coimbra iParque Lote 3
3040-540Coimbra, Portugal
TeL: +351 239 098 422; Tlm. : +351 965 061 249; Fax: +351 239 091 216
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Url: www. cmm. pt
1a Edição: Novembro 2015
Tiragem: 300 exemplares
Não é permitida a reprodução total ou parcial deste livro, o registo em suporte informático, ou
a transmissão através de qualquer processo electrónico ou mecânico, sem a prévia autorização
por escrito dos titulares dos direitos da edição.
Depósito legal: 400856/15
ISBN: 978-989-99226-1-7
Coordenação editorial: Luís Figueiredo Silva
Concepção gráfica da capa: Macasi Artes Gráficas
Formataçãode conteúdose paginação:JoanaFilipe Albuquerque
Impressão: Multicomp Lda, Mem Martins
Nota da editora
Este texto foi elaborado a partir da reprodução dos originais preparados pêlos autores. Por
conseguinte, a editora não pode aceitar qualquer responsabilidade pelo conteúdo, nem por
possíveis erros no texto.
Prefácio
O X Congresso de Constmção Metálica e Mista realiza-se num período em que o setor da
Constmção Metálica portuguesa se afirmou como um motor de inovação e de intemacionalizaçãoda indústrianacional. Com um volume de negóciossuperior a 2. 500 milhões (2013) e
um volume de exportaçõescom crescimento de 30% e 80% daprodução,podemos assegurar
que presentemente este setor possui uma grande vitalidade, é tecnologicamente avançado e é
detentor de uma forte capacidadecompetitiva internacional.
A CMM mantém, assim, a sua aposta na inovação tecnológica e a competitividade do setor,
pretendendopotenciaruma plataforma de conciliaçãoentre todos os atares do setor, em tomo
de uma estratégia e programa de ação definido para a consolidação do setor, com o foco no
mercado global e potenciando o reconhecimento de excelência que detêm, contribuindo de
fonna decisiva para a afimiaçãoda ConstmçãoMetálicaPortuguesa a nível mundial, como
uma soluçãoconstmtiva sustentávelde alta qualidadee inovadora.
O X Congresso de Constmção Metálica e Mista é a maior e mais relevante conferência nacio-
nal de constmção metálica e mista, com realização bienal e promovido pela CMM, e reúne
projetistas, empresas do sector e investigadores, contando com a participação de conferencistas nacionais e internacionais de renome. No seguimento das edições anteriores o X Congressó de Construção Metálica e Mista volta a apostar na promoção do uso de materiais de matriz
metálica e mista na construção e assumir uma posição ativa da promoção da inovação no setor
da constmção metálica a nível nacional e internacional, bem como, difundir as mais recentes
inovações no âmbito deste tipo de constmção e dar a conhecer as linhas de orientação da investigação neste campo, fomentando o intercâmbio de experiências.
A semelhançadasnove edições,o X Congressode ConstruçãoMetálicae Mistaserácomposto por Sessão de Palestras e Sessões Científicas e Técnicas, por Seminários, Workshops e
apresentações técnico-comerciais das empresas presentes, bem como uma Exposição Técnica,
que conta com várias empresas e entidadesrelevantes do setor, sendo este um espaçoprivilegiadopara a troca de experiênciasentre as empresase os técnicosdo setor.
Mantendo a estratégia de internacionalizaçãoe a busca de mais e novos mercados, a CMM
reconhece a importância que a reabilitação urbana do edificado pode ter nos próximos anos
para o setor da construção metálica. Sabemos que um terço dos edifícios portugueses estão
degradados e precisam de intervenções de reabilitação urbana.
A décima edição do Congresso de Construção Metálica e Mista, é dedicada ao tema específico de Reabilitação do ambiente constmído, evidenciando a importância deste setor. A rea-
bilitação urbana significa que se está a recuperar e reutilizar recursos e equipamentos já
construídos, conseguindo em muitos casos recuperar para as cidades zonas históricasjá há
muito desertifícadas. Para as empresas nacionais do setor da construção metálica, esta área
de ação pennite aumentar o seu negócio no mercado interno da constmção tradicional, num
período em que a construção e obras públicasnovas ainda se mantém com número aquém
do espectável.
Luís Simões da Silva
Presidenteda CMM e da ComissãoOrganizadorado
X Congresso de Construção Metálica e Mista
ComissãoOrganizadora
Luís Simões da Silva, CMM
JoãoRocha de Almeida, UNL
Rodrigo Gonçalves, UNL
Comissão Científica
Paulo Vila Real, UA
Abílio de Jesus, FEUP
Aldina Santiago, UC
José Clemente, REFER
Alfredo Dias, UC
Luís Borges, STRUCTURAME
Altino Loureiro, UC
António Adão da Fonseca, FEUP
Luís Bragança, UM
Luís Calado, IST
António Baptista, LNEC
Luís Câncio,J.L. CÁNCIOMARTINS,LDA
António Matos Silva, MARTIFER SÁ
António Reis, IST
Carlos Martins, MARTIFER SÁ
Luís Godinho, UC
Carlos Poço, O POÇOSÁ
Carlos Rebelo, UC
Constança Rigueiro, IPCB
José Miguel Castro, FEUP
Leonor Côrte-Real, HEMPEL
Luís Simõesda Silva, UC
Manuela Salta, LNEC
Manuel Peixoto, FERPINTA
Nuno Lopes, UA
Nuno Silvestre, IST
Dinar Camotim, IST
Paulo Cmz, UM
Elsa Caetano, FEUP
Filipe Santos, VESAM
Francisco Virtuoso, IST
Helena Gervásio, UC
Paulo Piloto, IPB
Humberto Varum, FEUP
Isabel Valente, UM
João Almeida Fernandes, LNEC
Rui Simões, UC
Sandra Jordão, UC
João Paulo Rodrigues, UC
JoãoRocha de Almeida, UNL
Paulo Santos, UC
Rodrigo Gonçalves, UNL
Rui Alves, SOCOMETAL
Tiago Abecasis, TAL PROJECTO, Lda
Vítor Murtinho, UC
Comissão Executiva
João Rocha de Almeida, UNL
Rodrigo Gonçalves, UNL
Luís Figueiredo Silva, CMM
Ana Simões da Silva, CMM
Joana Albuquerque, CMM
Zínia Antunes, CMM
CMM AssociaçãoPortuguesade ConstmçãoMetálicae Mista FEUP Faculdade de EngenhariadaUniversidadedoPorto | IPBInstituto PolitécnicodeBragança| IPCBInstitutoPolitécnico de Castelo Branco| IST Instituto Superior Técnico | LNEC LaboratórioNacional de
Engenharia Civil | REFER Rede FerroviáriaNacional | UA Universidade de Aveiro | UC
Universidade de Coimbra| UM Universidade do Minho UNL Universidade Nova de Lisboa
Vil
índice
Prefácio
v
Comissões
Vil
Patrocínios
IX
índice
XV11
índice de Autores
XXV
Conferências
Modular design ofhigh-rise buildings
R. Mark Lawson ] Andrew Way
Newstrategies in the seismic designofboíted beam-to-columnconnections
1-3
1-11
Gianvittorio Rizzano
Perigosidadesísmica em Portugale escolhaderegistos acelerométricosparaanálisede
estruturas
Carlos Sousa Oliveira | João M. C. Estevão
1-45
Reabilitação da ponte Hercílio Litz
1-63
Hermes Carvalho
Comunicações
A Construção em Aço na Indústria Petrolífera, Mineira e na Produção de Energias
Renováveis
Avaliação da resistência de uma estrutura offshorefixa ao impacto de um navio
Constança Rigueiro | João N. Ribeiro | Aldina Santiago
11-5
Comportamento depainéiscurvosreforçadossujeitosa açõesdepressãodecurtaduração11-15
Tiago Manco | JoãoP. Martins | ConstançaRigueiro ] Luís S. Silva
Referencial de Qualidade ISO/TS29001:2010para a Indústria OIL&GAS, e os requisitos
relacionados com tratamentos térmicos de soldaduras - Parte l
J. Alexandre Silva
11-25
Referencial de Qualidade ISO/TS29001:2010para a Indústria OIL&GAS, e os requisitos
relacionados com tratamentos térmicos de soldaduras - Parte 2
J. Alexandre Silva
11-37
Self-installingoffshoreplatform. Concepçãoe análisedenovas soluçõesdeprojeto 11-47
JoãoP. Matos José J. O. Pedro
Arquitetura e Aço
Do xisto ao aço. Reabilitar no interior esquecido
Inês D. Campos Luís F A. Bernardo
11-59
XIX
Eficiência Energética e Sustentabilidade de Edifícios Metálicos
A comparison ofpedestrian accessibility indicator between different urban assessmení
methodologies
11-71
JocelynE. R. Nieto | Luís S. Silva | Vítor Murtinho | ConstançaRigueiro
Anoven>iewofexistingmethodologiesfor evaluatingsustainabiSityat theurban levei
11-81
Jocelyn E. R. Nieto | Luís S. Silva | Vítor Murtinho | Constança Rigueiro
Avaliaçãodasustentabilidadede edifícios com estrutura metálicanasfases iniciais
deprojeto
11-91
Paulo Santos | Helena Gervásio l Luís S. Silva
Execuçãoe Gestão da Qualidadeda Construção em Aço
An update to the survey offailures of bridge falsework systems since 1970
João André | Robert Baele | António M. Baptista
II-103
Grandes Projetos
Centro de alto rendimento de remo
II-115
António Monteiro | Jorge Lopes
Contribuiçãodas tensõesresiduaisno comportamento estrutural de arcos
tubulares de suspensãode coberturas degrandevão
II-123
Nuno C. Gomes | José J. O. Pedro | Tiago B. Abecasis
Hotel Valverde em Lisboa. Reformulação e reabilitação
Nuno Travassos | João Saraiva | Inês A. Almeida | JoãoAppleton
II-133
Pontes Metálicas e Mistas
A monitorização de pontes
e
edifícios
metálicos
em
África: Desafi os e dificuldades
II-143
PedroSantos| EduardoGonçalves | GualterMartüis| Filipe Santos
Advancedtoolsfor simulatingmonotonicandcyclicresponseofbeamto columnsteel
joints
Ashkan Shahbazian | Filippo Gentili | Ricardo Costa | Carlos Rebelo | Luís S. Silva
Análisedinâmicae verificaçãoàfadigadepontesrodoviáriasmistas (aço-concreto)
submetidasao tráfegodeveículos sobreo pavimento irregular
II-153
II-161
Guilherme S. Alencar | JoséGuilherme S. Silva
Fadiga em ligações tubulares de tabuleiros metálicos e mistos aço-betão
Cláudio Baptista | José J. O. Pedro | Alain Nussbaumer
II-171
Novaponteferroviáriasobre o rio Umbeluzi, Moçambique
Tiago Mendonça | ManuelAlmeida | Bruno Rodrigues
II-181
Ponte metálica de Abrantes sobre o rio Tejo
II-191
Tiago Mendonça| ManuelAlmeida | Bmno Rodrigues
Pontes sobre os rios Cuílo, Caluango e Luangue
Miguel Santos | Ricardo Antunes | Eva Jerónimo | João Robalo
11-201
Processo construtivo doviaduto ao PK36+970- linhaferroviáriaThenia/
Tizi-Ouzou, Argélia
PauloM. Ramos Adérito S. Cardoso FranciscoF. Rodrigues
XX
11-209
Projeto de substituição deumviaduto ferroviáriourbanopararemodelação da
malha viária
Maria A. Branquinho | Maximiliano Malite
11-219
Tabuleiros depontes híbridas aço-betão:modelos de dimensionamento dasregiões
de ligação
11-229
Pedro M. Esteves | JoséJ. O. Pedro | JoãoF. Almeida
Tabuleirosmistos aço-betãocom soluçãoem bi-vigae viga-caixâoabertopara
plataformas degrandelargura
11-241
Victor Barata | João Henriques | Fernando Gonçalves
Viaduto misto de sigües. Concepção, dimensionamento e processo construtivo
H-251
Francisco M. Mato | Luís Matute | Miguel O. Comejo | Helder Figueiredo João A.
Fonseca
Viaduto ao PK17+0 na autoestrada La Chiffa/ Berrouaghia, Argélia
Victor Barata | Rui Tavares | Fernando Gonçalves | Pedro Pereira
11-261
Viadutosmistos aço-betãopara o corredor brt entre Caju e Deodoro
FebinNanguidás| Miguel Santos | ManuelPereira | JoãoRobalo
11-271
SegurançaEstrutural e Desempenhode Novos Materiais e Produtos
A componentapproachforthe cyclicmodelling ofexposedcolumn baseplatejoints
11-283
M. Latour | G. Rizzano
A review ofprobabüisticapproachesforfatigue
11-293
J. A. F. O. Correia | A. M. P. De Jesus | A. Femández Canteli R. A. B. Calçada
A simplenumericalmodel to analysethe shear-bondbehaviourin steel deckcomposite
slabs
11-303
José D. R. Jiménez | António M. Concha | Hector C. Bulté | Fernando M. Encina
Análisede encurvadura de colunas de aço enformado a frio à temperatura ambiente
e elevada
HélderD. Craveiro | JoãoP. C. Rodrigues | Luís Laím
11-313
Análiseexperimentale numéricada conexãoaço-betâoleve realizadacampemos
de cabeça
11-323
David G. Fernandes l Isabel B. Valente
Análise numérica e experimental de telha de aço autoportante
11-333
JoãoR. S. Baptista | Tiago F. R. Lopes | Luís C. Prola | PauloA. L. Fernandes
Avaliação experimental de vigas de vidro estrutural pré-esforçadas sujeitas a ação
térmica
11-343
Carla Lopes | Sandra Jordão [ Aldina Santiago | Marco Pinho
Avaliaçãoexperimental do comportamento de colunas circulares mistaspreenchidas
com betão com agregados de borracha reciclada
António Silva ] Yadong Jiang | José M. Castro | Nuno Silvestre
11-35 3
Avaliação experimental do comportamento de elementos metálicos de secçãovariável
11-363
JoãoRodrigues | TrayanaTankova | LilianaMarques | JoãoP. Martins | Luís S. Silva
Avaliação numérica do comportamento de colunas tubulares nas ligações a vigas I
comperfis em U invertidos soldados
11-373
L. Magalhães C. Rebelo ] S. Jordão
XXI
Axial buckling loadofpartially encasedcolumnsunder fire - newformulae
11-383
Paulo Piloto | Luís Mesquita | A. B. Ramos- Gavilán | David Almeida
Cantoneiras deabasdesiguaisuniformementecomprimidas: estabilidade,pós-encurvadura
e resistênciaúltima
11-393
PedroB. Dinis | DinarCamotim | ToddHelwig
Caracterizaçãodo comportamento cíclico das componentes de ligaçõesviga-coluna
comrecurso a modelos avançados deelementos finitos
11-403
Hugo R. G. S. Augusto | José M. Castro | Carlos Rebelo Luís S. Silva
Caracterizaçãoexperimental do comportamento cíclico de colunas curtas tubulares
mistas aço-betão com agregados de borracha
11-413
AntónioP. C. Duarte | BrunaA. Silva | NunoSilvestre | JorgedeBrito | EduardoJúlio
Colapso distorcional de vigas enformadas a frio sobflexão uniforme: caracterização
e dimensionamento
11-423
AndréD. Martins | AlexandreLandesmami| DinarCamotim | PedroB. Dinis
Comparaçãode técnicas demodelaçãodepórticosmetálicosem situaçãosísmica
Luís Macedo | MiguelAraújo | JoséM. Castro
11-435
Comportamento àflexãodevigas deaçoenformadasa frio comenrijecedoresnaalma 11-445
Luís Laím | JoãoP. C. Rodrigues | Helder Craveiro
Comportamento estrutural devigas híbridas vidro-aço simples e pré-esforçadas
11-455
Filipe Firmo | Sandra Jordão | Luís C. Neves
Desempenho depórticos não contraventados sob a ação dofogo natural
Thiago Silva | Carlos Couto | PauloV. Real | Nuno Lopes | MartinaCario
11-465
Davor Skejic
Desempenho térmico de paredes com estrutura leve em aço enformado a frio
11-475
Cláudio Martins ] Nuno Rosa | Paulo Santos [ Luís S. Silva
Desenvolvimento deferramentavocacionadapara o dimensionamento de estruturas
metálicas de acordo com a NP EN 19993-1-1
11-485
JoãoM. M. Eira | IsabelB. Valente | Miguel M. Pires
Desenvolvimento de um softwarepara cálculo do comportamento não-linear de T-subs
sujeitos a carregamentos de impacto
11-495
JoãoRibeiro | Aldina Santiago | ConstançaRigueiro
Desenvolvimento de uma parede em aço enformado a frio para armazenamento de
energia térmica
11-505
Nuno Rosa | CláudioMartins | Paulo Santos | Helena Gervásio| Luís S. Silva
Desenvolvimentos recentes na modelação devigas mistas com a teoria generalizada
de vigas
11-515
Rodrigo Gonçalves | DavidHenriques | DinarCamotim
Development ofa new methodology for the stability design ofsteel members
TrayanaTankova | LilianaMarques | Luís S. Silva
11-525
Development ofa three-dimensional modelfor beam-to-columnjoints under static
loadmg
11-535
Ricardo Costa | Filippo Gentili | Luís S. Silva
Dimensionamento sísmico otimizado depórticos metálicos simples
J. Nogueira L. Macedo José M. Castro
XX11
11-545
Eficiência da geometria das seções em I submetidas a flexão composta
António M. Baptista
11-555
Estudoexperimentaldocomportamento decolunaspré-esforçadasdeelevadaesbelteza 11-565
Ricardo Breda | João P. Martins | Ashkan Shahbazian | Luís S. Silva
Estudo experimental e numérico sobre o comportamento de vigas mistas com conectar
crestbond
11-575
Ana R. Alves | Isabel B. Valente | Washington B. Vieira | Gustavo S. Veríssimo
Estudo numérico sobre o reforço de pilares de betão armado com cantoneiras epresiïhas
metálicas. Análise paramétrica
11-585
Mariana C. Andrade | Júlio G. Roca | Isabel B. Valente
Evolução do processo defabrico de perfis ocos estruturais soldados face a tendências
futuras da construção metálica
Bruno Marques | Marcos Aguiar
11-595
Influenceofthejointmodellingstrategies ontheseismicresponse ofdual-concentrically
braced steel frames
Filippo Gentili | Ashkan Shahbazian | Carlos Rebelo | Luís S. Silva
11-603
Influênciados troços de concordâncianaresistênciaplástica desecçõesI emflexão
composta desviada
António M. Baptista
11-613
Intumescentflreprotection of celular beams
11-623
Luís Mesquita | João Gonçalves | Gustavo Gonçalves Paulo Piloto Kada Abdelhak
Ligações aparafusadas entre vigas e pilares de secção tubular
Guiomar Vicente | Rui Simões | Carlos Rebelo | Luís S. Silva
11-63 l
Modelaçãonuméricadevigascomposta dealmacheiaem açoinoxidávelà temperatura
normal e em situação de incêndio
11-641
AndréReis | Nuno Lopes | EstherReal | PauloVilaReal
Monitorizaçãodinâmicadeumalinha elétricaaérea
Elsa Caetano | Bmno J. A. Costa | Daniela Rocha | António Cardoso
11-651
Numérica! Modeling of cold-formed z purlins fire resistance test
Flávio Arrais | Nuno Lopes | Michal Jandera | Ivo Schwarz | Paulo Vila Real
11-661
Performanceofbridgefalseworkstructures underexternaihazards
JoãoAndré | Robert Baele | AntónioM. Baptista
11-671
Protocolo desolicitaçãocíclica para ensaios devidro estrutural
CarolinaTavares | SandraJordão| Carlos Rebelo | Hugo Augusto
11-681
Seismicprotectionofindustrialplants- casestudyofagástank
JoséHenriques | Walter Salvatore | HervéDegée
11-691
SeismicresponseofMRFwithfrictionjoints
AnaF. H. P. Santos | Luís S. Silva [ Jean-PierreJaspart
11-70 l
Sistema inovador de construção metálica
Guiomar Vicente | Pedro Andrade | Rui Simões Carlos Rebelo Luís S. Silva
Milan Veljkovic
11-713
Structuralglass designformulations usedin anandroidapplication
11-723
Imre Vekov Sandra Jordão Aldina Santiago
XX111
Temperatura critica desecçõestransversais declasse 4
Carlos Couto | Elio Maia | PauloV. Real | Nuno Lopes
11-731
Um elementofinitogeometricamenteexatoparacolunasmistas aço-betão
Rodrigo Gonçalves | DavidManta
11-741
Validação do método geralpara elementos prismátícos em situação de incêndio comparaçãocomo programaGeM
11-75 l
JoãoD. R. Ferreira | Paulo V. Real | Carlos A. S. Couto
Vulnerabilidade sísmica e perdas sobre a propriedade do parque industrial edificado em
açoparaPortugal
11-759
Miguel Araújo | JoséM. Castro | MárioMarques
SoluçõesIndustrializadaspara a Construçãode Edifícios
Benefits ofadvanced numérica! models to designfire resistant frames made out of
cold-formedsteel
Luc Schueremans | JohanDe Cock | Ana C. Furtado
11-771
Tecnologia defixaçãodireta Hilti: soluçõespara a reabilitação
11-781
Joana C. S. Almeida
XXIV
índice de Autores
Concha, A. M.
A
Abdelhak, K.
11-623
Abecasis, T. B.
Aguiar, M.
II-123
Alencar, G. S.
Almeida, D.
Almeida, I. A.
Almeida, J. C. S.
11-595
11-161
11-383
11-133
n-781
Comejo, M. O.
Correia, J. A. F O.
Costa, B. J. A.
Costa, R.
Couto, C.
Craveiro, H.
11-303
11-251
11-293
11-651
11-153, 11-535
II-465JI-731
11-751
11-313, 11-445
Almeida, J. F.
Almeida, M.
11-229
11-181, 11-191
D
Alves, A. R.
Andrade, M. C.
11-575
De Cock, J.
n-771
11-585
n-713
Degée, H.
11-691
Dinis, P. B.
Duarte, A. P. C.
11-393, 11-423
11-413
Andrade, P.
André, J.
Antunes, R.
Appleton, J.
Araújo, M.
II-103, 11-671
11-201
11-133
11-435, 11-759
11-661
Eira, J. M. M.
11-485
Arrais, F.
Encina, F. M.
11-303
Augusto, H.
11-403, 11-681
Estevão, J. M. C.
Esteves, P. M.
1-45
Fernandes, D. G.
11-323
11-333
11-751
11-251
11-455
11-251
11-771
11-229
B
Baele, R.
Baptista, A. M.
Baptista, C.
Baptista, J. R. S.
Barata, V.
Bernardo, L. F. A.
Branquinho, M. A.
Breda, R.
Brito, J.
Bulté, H. C.
11-103, 11-671
11-103, 11-555, 11-613,
11-671
11-171
11-333
11-241, 11-261
11-59
Figueiredo, H.
Firmo, F.
Fonseca, J. A.
11-219
Furtado, A. C.
11-565
n-413
11-303
G
Camotim, D.
11-651
11-293
11-393, 11-423, 11-515
Campos, I. D.
11-59
Canteli, A. F.
11-293
Cardoso, A.
Cardoso, A. S.
Cario, M.
Carvalho, H.
11-651
Calçada, R. A. B.
Castro, J. M.
Gentili, F.
Gervásio, H.
Gomes, N. C.
c
Caetano, E.
Fernandes, P. A. L.
Ferreira, J. D. R.
11-209
Gonçalves, E.
Gonçalves, F.
Gonçalves, G.
Gonçalves, J.
Gonçalves, R.
11-153, 11-535, 11-603
11-91, 11-505
n-123
II-143
11-241, 11-261
11-623
11-623
11-515, 11-741
H
11-465
11-393
1-63
11-515
11-241
11-691
Helwig, T.
Henriques, D
11-353, 11-403, 11-435, Henriques, J.
11-545, 11-759
Henriques, J.
XXV
Jandera, M.
Jaspart, J.-P.
Jerónimo. E.
Jesus, A. M. P
n-661
11-701
11-201
11-293
Jordão, S.
11-353
11-303
11-343, 11-373, 11-455,
Júlio, E.
11-681, 11-723
ü-413
Jiang, Y.
Jiménez,J. D. R.
L
Laím, L.
Landesmann,A.
Latour ,M.
Lawson, R. M.
Lopes, C.
Lopes, J.
Lopes, N.
Lopes, T. F R.
Oliveira, C. S.
11-545
11-171
1-45
Pedro, J. O. P.
11-47, 11-123, 11-171,
Pereira, M.
11-229
n-271
11-261
Nogueira, J.
Nussbaumer, A.
Pereira, P.
Piloto, P.
Pinho, M.
11-383, 11-623
Pires, M. M.
11-485
11-313, 11-445
Prola, L. C.
11-423
R
11-283
1-3
Ramos-Gavilán, A. B.
11-343
Ramos, P. M.
11-115
Real, E.
11-465, 11-641, 11-661. Real, P. V.
11-731
11-333
Rebelo, C.
M
Macedo, L.
Magalhães, L.
Maia, E.
Malite, M.
Manco, T.
Manta, D.
Marques, B.
Marques, L.
Marques, M.
Martins, A. D.
Martins, C.
Martins, G.
Martins, J. P.
Mato, F. M.
Matos, J. P.
Matute, L.
Mendonça, T
Mesquita, L.
Monteiro, A.
Murtinho, V.
11-435, 11-545
11-373
11-731
Neves, L. C.
Nieto, J. E. R.
XXVI
11-333
11-383
11-209
11-641
11-465, 11-641, 11-661,
11-731, 11-751
11-153, 11-373, 11-403,
11-603, 11-631, 11-681,
11-713
Reis, A.
11-641
Ribeiro, J.
11-5, 11-495
11-5, 11-15, 11-71,
Rigueiro, C.
11-219
11-81, 11-495
n-15
11-741
11-595
11-363, 11-525
11-759
11-423
11-475, 11-505
11-143
Rodrigues, B.
Rodrigues, F. F.
Rodrigues, J.
Rodrigues, J. P. C.
11-181, 11-191
11-209
11-15, 11-363, 11-565
Rosa, N.
11-475, 11-505
Salvatore, W.
11-691
11-251
11-47
11-251
11-181, 11-191
11-383, 11-623
11-115
11-71, 11-81
N
Nanguidás, F.
11-343
11-271
11-455
11-71, 11-81
Rizzano, G.
1-11, 11-283
Robalo, J.
11-201, 11-271
11-585
Roca, J. G.
Rocha, D.
Santiago, A.
Santos, A. F. H. P
Santos, F.
Santos, M.
Santos, P.
Santos, P.
Saraiva, J.
Schueremans, L.
11-651
11-363
11-313, 11-445
11-5, 11-343, 11-495,
11-723
11-701
11-143
11-201, 11-271
11-91, 11-475, 11-505
n-143
11-133
11-771
Schwarz, I.
Shahbazian, A.
Silva, A.
Silva, B. A.
Silva, J. A.
11-661
T
11-153, 11-565, 11-603
11-353
11-413
11-25, 11-37
Tankova, T.
Tavares, C.
Tavares, R.
Travassos, N.
Silva, J. G. S.
Silva, L. S.
11-161
11-15, 11-71, 11-81,
v
11-91, 11-153, 11-363, Valente, I. B.
11-403, 11-475, 11-505,
11-525, 11-535, 11-565, Vekov, I.
11-603, 11-631, 11-701, Veljkovic, M.
Silva, T.
Silvestre, N.
Simões, R.
Skejic, D.
11-713
11-465
Veríssimo, G. S.
11-353, 11-413
Vieira, W. B.
11-631, 11-713
11-465
w
Vicente. G.
Way,A.
11-363, 11-525
11-681
11-261
11-133
11-323, 11-485, 11-575,
11-585
11-723
n-713
11-575
11-631, 11-713
11-575
1-3
XXV11
INTUMESCENT FIRE PROTECTION OF CELLULAR BEAMS
LUÍS Mesquitaa'*,JoãoGonçalves",GustavoGonçalves'1,PauloPiloto",KadaAbdelhak
Polytechnic Institute of Bragança, Portugal
Faculty of Civil Engineering andArch., Hassiba Benbouali University ofChlef, Algeria
Abstract. Cellular beams are structural steel beams that are deeper than normal rolled sec-
tions and have holes cut into their webs. As the web post failure may occur before the section reaches the limiting temperature usually an increase in the fíre protection may be re-
quired for members with web openings in comparison to its equivalent solid section. The
aim of this work is to present an experimental study of unloaded solid and cellular beams
with circular holes in fíre conditions with and without intumescent fire protection. These
preliminary tests are the basis for generating an elemental multi-temperature analysis
(EMTA) needed to assess cellular beams with intumescent protection as prescribed by the
prEN13381-9.
l.
Introduction
Cellular beams are widelyused in multi-storey buildings, especially to achieve long spans and
the same time providing passage for ducts, cables and other technical installations. These
beams are steel sections with distributed circular openings that are produced by cutting and
weldinghot rolled steel sections (Westokmethod). The split halves are then offset andwelded
together to form a deeper beam with full circular or hexagonal shaped web openings. A different method, the Fabsec method, consists on cutting circular openings in a steel plate and
the cellular beams are fabricated from welding three fabricated steel plates.
A cellular beam is a modem version ofthe traditional 'castellated' beam. A hot rolled steel
section is castellatedwhichresults in a beam approximately 40-60% deeperthan its solid parent section, [l]. The finisheddepth, cell diameter and cell spacingare very flexible. A cellular
beam can have a bendingresistanceup to 2.5 times higherthan its parent solid section and só
improve the cost efficiency of a design. The cutting process and an application of cellular
beams in buildings is illustrated in Fig. l.
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X Congresso de Construção Metálica e Mista
Coimbra, Portugal
Fig. l: The cutting process ofcellular beams. The use ofcellular Beams in buildings, [2]
For a beam with web openings at a design degree ofutilisation, web post failure may occur
before the section reaches the criticai temperature of members in bending. This is due to the
fact that the temperature ofthe web-post in a cellular beam increases at a faster rate compared
to its equivalent (similar web size) solid beam. If the temperature of the web-post increases
faster than expected than the cellular beam failure may occur by local buckling instability of
the web-post between the openings or the Vierendeel bending at the opening [3]. In a fíre sit-
uationthe elastic modulus of steel reduces rapidly in comparisonto its strength, whichresults
in more rapid reduction of capacities based on buckling than those based on strength. Hence
the buckling capacityofweb-postsreducesmore rapidly withtemperature thanthose basedon
other failure types. Therefore web-post buckling tends in general to be the criticai mode of
failure in fire, even for beams with low web slendemess (d/t) ratios, [4].
To avoid this premature collapse, in relation to the behaviour of equivalent solid beams,
when a fire protection is used, an increase in the fíre protection thickness may be required for
members with web openings.
Traditionally the design guidance "Fire Protection for Stmctural Steel in Buildings" from
the Association for Specialist Pire Protection (ASFP), known as the 'Yellow Book', until its
3 edition from the [5] indicatesthat a 20% increase in thickness ofpassivefíre protection
material should be used for members with web openings (the 20% being 20% increase in
thickness from that required for the solid section). This 20% rule is for passive fire protection
thickness, andhástherefore beenwidelyused for intumescent coatingthickness (DFT) on cellular beams as their use hás increased.
The fíre resistance design ofcellular beams was controversial in last decade, with most ofthe
debate being concemed with their requirements for intumescent protection. The mentioned empirical prescriptive "mie" was subjected to criticism on the basis of the fire resistance test results on beams coated with intumescent products [6]. In fact, work by the Steel Construction
Institute (SCI) showed that there are many other parameters fhat need to be taken into account
whencalculatingthe increase in the thicknessrequiredto protect these beams. The SCIissued a
temporary guidance (RT 983) which gave some conservative advice until fürther tests could be
carriedout. A simplifieddocumentAD 269 was issuedaboutthe sametime giving a more general method of calculatingthe increasedDFTs. The cellular beams parameters used in AD 269
were: the ration of Span/depth, distance between boles and its diameter (S/do), the web-post
width, the webhighto thicknessratio andthe degreeofutilizationat cold design, [7].
From the fact that different intumescent coatings behaved differently, a testing procedure
was developed to allow coatings manufactures to test their products on a set of specified cellular beams, [8]. This methodology required that one loaded cellular beam and four short unloaded cellular beams were testes. From the tests, the temperatures ofthe web posts and bot-
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Segurança Estrutural e Desempenho de Novos Materiais e Produtos
tom flanges were measured and the ratios ofweb post temperature to bottom flange temperature calculated for eachweb post width. This dataallows to draw a regression line ofthe ratios in fünction ofweb post widths and the failure temperature is converted to the required protection thickness using the multi-temperature loadingtables defined for different fire resistant
times and sections factors ofthe beamtaken as 1400 dividedby the webthickness.
After a great effort from the coatings manufactures to produce the DFT tables for cellular
beams, andwiththe usedofbeamswithrectangularandelongatedholes, a more generalprotocol
(engineeringbased)wasestablishedvaliafor rectangularandoval holes. Thisdoesnotrequirethe
loadedbeamto be testedanathe major differenceis thatthe webposttemperatures are compared
to the temperature ofa plain web, instead ofthe bottom flange, [9]. This assessement procedure
wasalso onthebasisforthe establishmentofthe EuropeanstandardprEN13381-9[10].
2. Assessment of cellular beams protected with intumescent coatings
The questions raised about the temperature of the web post being higher than a similar solid
beam motivated the need of further experimental fíre tests. These were mainly conducted by
the coatings manufactures due to their necessity to supply their own loading tables, and its
results were kept confidential.
The published work of Bailey about experimental fire resistance tests of unloaded solid
and cellular beams showed that on beams without fíre protection the flange and web post
temperatures ofthe cellular beams were slightly lower than the corresponding temperatures of
the solid beams [11]. The authorjustifíes that this behaviourcanbe due to the influence ofthe
flow ofhot gases in the fümace.
Also the same author perform a set of fíre resistance tests on unloaded solid and cellular
beams, with circular holes, protected with intumescent paint. The results comparison shows
that, in ali the tests, the temperatures in the web post and flange temperatures were higher in
the cellular beam than the corresponding temperatures ofthe equivalent solid beams. The authorjustifies this difference due to intumescence shrinkagearoundthe circular bole perimeter,
but he also refers the lack of protection within the holes, consistent with a defícient coating
[12]. The results show that the difference between the web post and bottom flange temperatures depends on type and thicfcaess ofthe intumescent fire protection.
It is recognised that the intumescent fíre protection thickness required to provide a given
fire resistanceto a cellular beam depends on its webthickness, the hole shapeand dimensions,
the widthofthe webpost, the degree ofthe beam asymmetry andthe stmctural utilisation factor, aswell as the protection efficiencyofthe intumescent coating, [8].
The assessment method of cellular beams protected with inhimescent coatings needs a
multi-temperature analysis (MTA) of the coating assessment on solid beams, for each tire
protection period, performed accordingly to EN 13381-8 [13]. The solid beam assessment
provide a DFT baseline against which a suitable enhancement for cellular beams is added.
Each fire test is carried out using five cellular beam sections, which enables a range of web
post widths and section factors to be evaluated, instmmented with thermocouples around the
boles, web post and bottom flange, as standardized in prEN 13381-9 [10]. The sections must
be fabricatedwithweldedplates to ensure a constantthickness, and a different set of standard
cellular sections are specifíed for 60, 90 and 120minutes fire resistanceassessment.
3. Test Programme
The set of experimental tests performed at the Polytechnic Institute ofBragançato evaluate the
behaviour of solid and cellular beams with and without fire protection is the presented in Table
l. The table shows the set of performed experimental tests considering solid beams with and
11-625
Coimbra, Portugal
X Congresso de ConstruçãoMetálicae Mista
without intumescent protection and also cellular beams with and without intumescent fire protection. The aim was to consider for ali tested beams the same nominal intaimescent DFT, equal
to 1000 [fim], but as can be seen in the table the coating of the test P4 hás resulted in a little
higherDFT. A water basedintumescent coating supplied by Intemational Coatingswasused.
Also were studied different combinations ofthe hole diameter and web post widths.
Ali the sections are made from hot rolled IPE220 steel profíles with 600 [mm] length and
in case of the cellular sections the circular holes cutted directly from the web, resulting in a
section with the same high, as represented in the Fig. 2.
Table l: Geometries and properties ofthe tested beams
Beam
DFT
Hole Diameter
Web post
[^m]
[mm]
l mm l
PI
type
Solid
P3
Solid
1047,3
1187,5
Ref.
W/D
P4
Solid
P5
Cellular
120
60
0.5
P9
Cellular
120
75
0. 625
P12
Cellular
160
80
0.5
P13
Cellular
160
80
0.5
160
100
0. 625
160
100
0. 625
P15
Cellular
P16
Cellular
993,7
943
L-600
Ql
D=120 [mm]
D-160 [mm]
Fig. 2: Dimensions ofthe tested solid and cellular beams
4. Experimental setup and element instrumentatíon
The fire resistance tests were performed on a fíre fümace with interior dimensions of 1x1x1
[m3], insulated with refractory bricks and ceramic fibber. It is a gás fümace with four gás
bumers in which the temperature evolution follows the specifications of the standard
EN1363-1 (CEN, 1999) and is controlled by a plate thermocouple.
For the analysis ofthe steel temperature evolution several thermocouples type K were used
as recommended by the standard prEN13381-9 [IO], positioned and numbered as shown in
Fig. 3. Two types oftype K thermocouples were used. For the case of unprotected beams the
thermocouples wires were welded to the steel surface, but for the sections with fire protection,
the thermocouples were installed after coating the steel member and mineral insulated thermocouples with Inconel sheath were used by means of a drilled hole of 1. 5 [mm]. By this
11-626
SegurançaEstrutural e Desempenho de Novos Materiais e Produtos
procedure it was wantedto minimizethe influence ofthe thermocouple wires on the coating
expansionandtherefore on the fire protection effíciency.
L-600
D-120 [mm]
D=160 [mm]
TJ2
TIL
T1.0
L-D-W-160
120
120
D+W
120
120
Fig. 3: Positionandnumbering ofthe thermocouples
The protected andunprotected sections wereplacedwith the top flange fixedto the fumace
roof and with a ceramic mat layer of 50 [mm] in-between, simulating in ali the cases a fire
exposure by three sides. Also the beams ends were also insulated by an equivalent ceramic
mat to avoidthe heattransfer from the ends, as canbe seen in Fig. 4 andFig. 5, for unprotected andprotected beams, respectively.
Fig. 4:TestsP12andP
Fig. 5: Tests P4 and P3 before and after the test
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X Congresso de Construção Metálica e Mista
Coimbra, Portugal
5. Temperature results of protected and unprotected sections
The steel temperature evolution ofthe tests weremeasuredby the attachedtfaermocouples. The flange
temperatoe is detemiined by tfie thermocouples T9 to T12 andthe web post temperatures by the thermocouples Tl, T2 and T3. The data obtained frõm T7 and T8 can be used to verify the non-umform
temperatoe distribution across the section dueto theIfareeside&e exposure. Duringthetest some ofthe
thennocoupletemperaturespresentedsomeunreaUsticfluctuations,possiblydueto anintermittent contactto steelandasa consequenceweredisregardedírom thefoUowmggraphsandanalysis.
The temperature results from the unprotected solid and cellular beams are presented in Fig. 6.
Fig. 6: Temperature evolution results ofunprotected solid and cellular beams
Considering for comparison the results ofthe tests PI and P9, a solid and a cellular beam
tested simultaneously, one can compare the evolution ofthe meantemperature ofthe webpost
temperature (WT) and the mean flange temperature (FT), presented in Fig. 7. In both elements, the temperature ofthe cellular beams in smaller than its equivalent solid beam.
Fig. 7: Evolution ofthe mean temperature registered on the web post and flanges oftest PI and P9
For the case ofsolid (P3 and P4) and cellular beams (P13 and P 16) tested with inhimescent
fire protection, the temperature evolution is presentedin the Fig. 8. The curves presentanhigher
non-uniformity ofthe temperature in the elements, when compared to the unprotected beams.
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Segurança Estrutural e Desempenho de Novos Materiais e Produtos
^"
.^
r'
Fig. 8: Temperature evolution results ofintumescent protected solid and cellular beams
Considering the global mean temperature of the beams, the time to reach a temperature of
550 [°C] is 36 and49 minutes for the solid beams P3 and P4, respectively, but for the cellular
beams P 13 and P16 the time decreases significantly to 28 minutes in both beams.
The intumescent coating expansion ofthe cellular beams P 13 and P 16, protected with a DFT
of intumescent coating dose to 1000 [|^m], measured at the web post and after the test end was
equal to 30 [mm]. The expansion measured at the web ofthe solid beams P3 and P4, with a DFT
equal to 1047 [}im] and 1187 [[lm], respectively, was significantlyhigher, resulting m 85 [mm]
and75 [mm], respectively. Theintumescentcharexpansionofbothbeamsis shownin Fig. 9.
Fig. 9: Intumescent coating expansionoftest P 13 (left) andP 16 (right) aftertest
6. Conclusions
This workpresents the results ofa set ofexperimental tests on protected andunprotected solid
and cellular beams subjectedto a fíre exposure on three sides. The parametric analysis allows
comparing the performance of an intumescent coating as a fire protection material using
beams with ana without intumescent protection. Additionally, it is also studied the effect of
intumescent thickness, the hole diameterandthe webpost widthin the case ofcellular beams.
The experimental tests are carried out with reference to the standards EN13381-8 for solid
beams protected with intumescent paint and prEN13381-9 for the analysis ofcellular beams
protected with intumescent paint.
The experimental temperature results show intumescent coating efficiency when applied to
solid beams and also for cellular beams, resulting from its application an increase fire the re11-629
X Congresso de Construção Metálica e Mista
Coimbra, Portugal
sistance time in both cases. Considering for example the time required for the steel to reach
550 [°C], with the application of a nominal thickness of 1000 [|im], an increase ofthe fire resistance time of 25 minutes is achieved for solid beams, while for cellular beams with a bole
diameter of 160[mm] the increase is equalto 17 minutes.
Tests performed in cellular beams with web posts of 80 and 100[mm] does not show any
signifícate temperature difference neither in relation to the fíre resistance time. For both beams,
whenis applieda nominal DFT equal to 1000 [|im], the temperature of550 [°C] is achievedafter 28 minutes. For longer fire exposureperiods a slight differencecanbe alreadyverifíed.
Forthe case ofa cellular beamwith inhimescentcoating, test P 16, a small contraction ofthe
intumescentchararoundthe circularhole, leavinga small áreaofsteel directly exposedto fíre.
This study is being extended to a wider parametric analysis considering different cellular
beams geometries and intumescent coatings thicknesses to allow for a general dementai multi-temperature analysis (EMTA).
Acknowledgments
The author acknowledge the support from the coating manufacture Intemational Coatings/AkzoNobel.
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