1

UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTAUNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTAUNESP - Campus de Bauru/SPUNESP - Campus de Bauru/SP

FACULDADE DE ENGENHARIAFACULDADE DE ENGENHARIADepartamento de Engenharia CivilDepartamento de Engenharia Civil

2151 – CONCRETOS ESPECIAIS

CONCRETO COM FIBRAS

Prof. Dr. PAULO SÉRGIO DOS SANTOS BASTOS(wwwp.feb.unesp.br/pbastos)

Maio/2017

2

Livros FontesLivros Fontes::

Antonio Domingues de Figueiredo. Concreto com fibras. Concreto, Ensino, Pesquisa e Realizações. São Paulo, Ed. Geraldo Cechella Isaia, IBRACON, 2005, pp.1194-1225.

Antonio Domingues de Figueiredo. Concreto com fibras. Concreto: Ciência e Tecnologia. São Paulo, Ed. Geraldo Cechella Isaia, IBRACON, 2011, pp.1327-1365.

3

CONCRETO COM FIBRASCONCRETO COM FIBRAS39.1 INTRODUÇÃO

O concreto convencional tem comportamen-comportamen-to frágilto frágil e baixa capacidade de deformação à tração antes da ruptura.

A resistência à tração é baixa resistência à tração é baixa (8 a 15 % da resistência à compressão).

As fibras são adicionadas para diminuir As fibras são adicionadas para diminuir essas limitações.essas limitações.

As fibras podem aumentar a resistência à As fibras podem aumentar a resistência à tração e a ductilidade.tração e a ductilidade.

39.1 INTRODUÇÃO

4

5

Concreto com fibras é um compósito (material com pelo menos duas fases distintas principais): matriz (concreto) e as fibras.

Fibras são elementos descontínuos, com comprimento bem maior que as dimensões da seção transversal.

Podem ser de: aço, vidro, polipropileno, carbono, náilon, sisal, madeira, etc.

39.1 INTRODUÇÃO

6

39.1 INTRODUÇÃO

7

As fibras de aço por exemplo podem ter comprimento variável, sendo chamadas curtas (em torno de 25 mm) ou longas (em torno de 60 mm).

39.1 INTRODUÇÃO

8

39.1 INTRODUÇÃO

9

39.1 INTRODUÇÃO

10

39.1 INTRODUÇÃO

11

39.1 INTRODUÇÃO

http://perame.com.br/produtos/fibras-metalicas/

12

As fibras de polipropileno podem ser dos tipos: microfibras ou macrofibras.

As fibras de polipropileno não proporcionam reforço estrutural ao concreto.

Microfibras: monofilamentos ou fibriladas.

39.1 INTRODUÇÃO

13

Fibriladas: malha de filamentos finos de seção retangular. Promovem aumento na adesção entre a fibra e a matriz, devido ao efeito de intertravamento.

Macrofibras poliméricas: foram concebidas para proporcionar reforço estrutural ao concreto.

Há mescla de macrofibras e microfibras de polipropileno, para propiciar ao concreto de pavimentos o controle da fissuração na primeiras idades e o reforço no estado endurecido.

39.1 INTRODUÇÃO

14

39.1 INTRODUÇÃO

http://www.neomatex.com.br/fibra-polipropileno-concreto

15

39.1 INTRODUÇÃO

http://www.neomatex.com.br/fibra-polipropileno-concreto

16

39.1 INTRODUÇÃO

17

A capacidade de reforço das fibras ao concreto depende de duas características principais: módulo de elasticidade e resistência mecânicamódulo de elasticidade e resistência mecânica.

O material da fibra define o valor do módulo de elasticidade, bem como a resistência.

Baixo módulo: módulo de elasticidade inferior ao do concreto (polipropileno, náilon, poliméricas, etc.);

Alto módulo: módulo de elasticidade superior ao do concreto (aço, carbono, etc.).

39.1 INTRODUÇÃO

18

As fibras de baixo módulo de elasticidade e baixa resistência são eficientes em concretos com também baixas resistência e módulo, sendo indicadas para melhoria no estado fresco e no processo de endurecimento, para o controle de fissuração plástica em pavimentos.

As fibras de alto módulo e alta resistência (aço) atuam como reforço do concreto endurecido, podendo substituir a armadura convencional.

39.1 INTRODUÇÃO

19

39.2 Interação Fibra-Matriz39.2 Interação Fibra-Matriz

A baixa resistência à tração do concreto é devida à sua dificuldade de interromper a propagação das fissuras.

No concreto simples uma fissura representa uma barreira à propagação de tensões, o que causa uma concentração de tensões na extremidade da fissura.

20

39.2 Interação Fibra-Matriz39.2 Interação Fibra-Matriz

21

Num determinado instante a concentração de tensões causa a ruptura da matriz, o que leva a uma extensão da fissura, sendo este um processo contínuo até a ruptura completa do concreto, caracterizando um comportamento frágil. De modo que não se pode contar com nenhuma capacidade resistente do concreto fissurado.

39.2 Interação Fibra-Matriz39.2 Interação Fibra-Matriz

22

39.2 Interação Fibra-Matriz39.2 Interação Fibra-Matriz

A base do desempenho dos concretos reforçados com fibras está no papel exercido pelas fibras como ponte de transferência de tensão entre as superfícies nas fissuras.

Configura um mecanismo interessante de aumento de energia associada à ruptura do material e à restrição à propagação de fissuras.

23

39.2 Interação Fibra-Matriz39.2 Interação Fibra-Matriz

Quando se adicionam fibras de resistência e módulo adequados ao concreto em um teor apropriado, o compósito deixa de ter o comportamento frágil.

As fibras diminuem a concentração de tensão nas extremidades das fissuras, o que leva a uma grande diminuição da velocidade de propagação das fissuras, e o compósito passa a ter o comportamento não frágil ou pseudo-dúctil. O material apresenta certa capacidade resistente após a fissuração.

24

39.2 Interação Fibra-Matriz39.2 Interação Fibra-Matriz

As fibras provocam o aparecimento de um número maior de fissuras, que se apresentam com aberturas menores.

As fibras ficam aleatoriamente dispersas no concreto, e por isso reforçam toda a peça, e não uma posição. São indicadas para reforço de estruturas contínuas, como pavimentos, reves-timentos de túneis.

Não substituem a armadura de barras de aço no caso de esforços de tração restritos a uma localização, como vigas biapoiadas por exemplo.

Apresentação da fissura-ção em dormentes de concreto protendido sem e com fibras de aço, após ensaio estático até a ruptura.

25

39.2 Interação Fibra-Matriz39.2 Interação Fibra-Matriz

Apresentação da fis-suração em dormen-tes de concreto pro-tendido sem e com fibras de aço, após ensaio estático até a ruptura.

26

39.2 Interação Fibra-Matriz39.2 Interação Fibra-Matriz

27

39.2.2 Aspectos Tecnológicos 39.2.2 Aspectos Tecnológicos FundamentaisFundamentais

A capacidade de reforço proporcionado pelas fibras depende diretamente do teor de fibras.

Quanto maior o teor, maior a quantidade de fibras atuando como ponte de transferência de tensão nas fissuras, o que aumenta a capacidade de reforço pós-fissuração do compósito.

28

39.2.2 Aspectos Tecnológicos Fundamentais39.2.2 Aspectos Tecnológicos Fundamentais

29

39.2.2 Aspectos Tecnológicos Fundamentais39.2.2 Aspectos Tecnológicos Fundamentais

30

39.2.2 Aspectos Tecnológicos Fundamentais39.2.2 Aspectos Tecnológicos Fundamentais

31

Além do teor de fibras, o desempenho após a fissuração depende muito da geometria da fibra.

Fator de forma (): definido como o comprimento da fibra dividido pelo seu diâmetro equivalente (diâmetro do círculo com área igual à área da seção transversal da fibra). Valores típicos do fator de forma variam de 30 a 150 para fibras com comprimentos de 6,4 a 76 mm.

39.2.2 Aspectos Tecnológicos Fundamentais39.2.2 Aspectos Tecnológicos Fundamentais

32

Em geral, quanto maior o fator de forma, maior a capacidade resistente após a fissuração do concreto.

Porém, se a fibra for muito longa, ela poderá se romper e não apresentar ganho de resistência após a fissuração. Isso ocorre quando se ultrapassa o comprimento crítico da fibra (Lc).

39.2.2 Aspectos Tecnológicos Fundamentais39.2.2 Aspectos Tecnológicos Fundamentais

33

A definição de Lc toma como base o modelo que prevê a tensão entre a matriz e a fibra aumentando linearmente dos extremos para o centro da fibra.

A tensão é máxima quando a tensão na fibra se iguala à tensão de cisalhamento entre a fibra e a matriz.

39.2.2 Aspectos Tecnológicos Fundamentais39.2.2 Aspectos Tecnológicos Fundamentais

34

Comprimento crítico (Lc): a fibra atinge uma tensão de cisalhamento no centro igual à tensão de ruptura da fibra, quando a fissura atinge perpendicularmente esta posição da fibra.

39.2.2 Aspectos Tecnológicos Fundamentais39.2.2 Aspectos Tecnológicos Fundamentais

35

39.2.2 Aspectos Tecnológicos Fundamentais39.2.2 Aspectos Tecnológicos Fundamentais

36

Quando a fibra tem um comprimento menor que o crítico, a carga de arrancamento proporcionada pelo comprimento embutido na matriz não é suficiente para produzir a ruptura da fibra.

39.2.2 Aspectos Tecnológicos Fundamentais39.2.2 Aspectos Tecnológicos Fundamentais

37

Com L < Lc, com o aumento da defor-mação, a fibra será arrancada do lado da fissura que tiver o menor comprimento embutido (fibra de aço em concreto de baixa e moderada resistência mecânica).

Como o Lc depende da resistência da fibra, esta afeta diretamente o comportamento do compósito, e consequentemente a capaci-dade resistente pós-fissuração.

39.2.2 Aspectos Tecnológicos Fundamentais39.2.2 Aspectos Tecnológicos Fundamentais

38

Quanto maior a resistência da fibra, maior a capacidade resistente residual que ela pode proporcionar.

39.2.2 Aspectos Tecnológicos Fundamentais39.2.2 Aspectos Tecnológicos Fundamentais

39

A recomendação prática é que a fibra tenha comprimento igual ou superior ao dobro da dimensão máxima do agregado graúdo (pedra). Assim, a fibra reforça o concreto e não apenas a argamassa.

Aumenta-se o comprimento da fibra ou diminui-se a dimensão dos agregados graúdos.

39.2.2 Aspectos Tecnológicos Fundamentais39.2.2 Aspectos Tecnológicos Fundamentais

40

39.2.2 Aspectos Tecnológicos Fundamentais39.2.2 Aspectos Tecnológicos Fundamentais

41

Em pavimentos podem ser usadas fibras de 60 mm de comprimento com agregados de maiores dimensões, como 19 e 25 mm.

Em concreto projetado aplica-se o agregado graúdo de dimensão 9,5 mm, e a fibra não ultrapassa 35 mm de comprimento.

39.2.2 Aspectos Tecnológicos Fundamentais39.2.2 Aspectos Tecnológicos Fundamentais

42

39.3 Controle Específico do 39.3 Controle Específico do Concreto com FibrasConcreto com Fibras39.3.1 Tenacidade39.3.1 Tenacidade

Tenacidade é a medida da área sob a curva carga x deslocamento do corpo de prova. Representa o trabalho dissipado no material durante o ensaio até um certo nível de deslocamento.

É usada na avaliação dos compósitos e tem como ponto negativo depender das dimensões do corpo de prova.

O ensaio mais utilizado no Brasil é o da norma japonesa JSCE-SF4 (1984).

43

39.3.1 Tenacidade39.3.1 Tenacidade

44

Outros tipos de ensaio são apresentados pela ASTM C1399 (2010), EFNARC (1996), e RILEM TC162-TDF (2002).

A tenacidade é medida pelo Fator de tena-cidade (FT), também chamado Resistência equivalente, que é função da área sob a curva, medida até um deslocamento vertical (flecha) determinado (L/150).

39.3.1 Tenacidade39.3.1 Tenacidade

45

39.3.1 Tenacidade39.3.1 Tenacidade

46

O ensaio RILEM TC162-TDF (2002) é um dos mais promissores na atualidade, por estar associado ao dimensionamento de estruturas com concreto reforçados com fibras de aço.

A medida da tenacidade é feita a partir do critério apresentado na Fig. 18, sendo obtidos dois valores diferentes de resistência equivalente.

39.3.1 Tenacidade39.3.1 Tenacidade

47

39.3.1 Tenacidade39.3.1 Tenacidade

48

39.3.2 Trabalhabilidade e Mistura39.3.2 Trabalhabilidade e Mistura

A adição de fibras altera a consistência dos concretos e a trabalhabilidade.

O principal fator é a geometria da fibra, que requer maior quantidade de água e produz a perda da mobilidade do concreto no estado fresco.

Fonte: http://www.pisosindustriais.com.br/materias/noticia.asp?ID=146Nota: neste endereço, ler texto sobre pisos industriais reforçados com fibras.

49

39.3.2 Trabalhabilidade39.3.2 Trabalhabilidadee Misturae Mistura

A trabalhabilidade pode ser medida pelo ensaio simples de abatimento, não sendo eficiente para teores muito elevados de fibras.

Fonte: http://www.revistatechne.com.br/engenharia-civil/163/artigo189448-1.asp Nota: neste endereço, ler texto sobre pisos industriais reforçados com fibras.50

39.3.2 Trabalhabilidade e Mistura39.3.2 Trabalhabilidade e Mistura

51

Outro ensaio é com o cone em posição inver-tida, sendo o concreto com fibra adensado com vibrador de agulha (ASTM C995-94).

Fonte: http://publicacoes.pcc.usp.br/PDF/BT260.pdf

39.3.2 Trabalhabilidade e Mistura39.3.2 Trabalhabilidade e Mistura

52

Existe também o ensaio VeBe, que depende de equipamento apropriado.

52

39.3.2 Trabalhabilidade e Mistura39.3.2 Trabalhabilidade e Mistura

Fonte: http://publicacoes.pcc.usp.br/PDF/BT260.pdf

53

39.3.2 Trabalhabilidade e Mistura39.3.2 Trabalhabilidade e Mistura

5454

39.3.2 Trabalhabilidade e Mistura39.3.2 Trabalhabilidade e Mistura

55

A formação de ouriços, que são bolas ou aglomeração de fibras, pode ocorrer quando o volume de fibras é alto, quando as fibras são adicionadas rapidamente, e quando o fator de forma é alto.

39.3.2 Trabalhabilidade e Mistura39.3.2 Trabalhabilidade e Mistura

56

39.3 Outras Propriedades e 39.3 Outras Propriedades e CaracterísticasCaracterísticas

39.3.1 Resistência à Compressão39.3.1 Resistência à Compressão

O objetivo da adição de fibras não é aumentar a resistência à compressão.

As fibras resultam em um ganho de tenacidade na compressão.

Maiores teores e fatores de forma resultam maior tenacidade e controle da fissuração.

57

39.3.2 Fadiga e Esforços Dinâmicos39.3.2 Fadiga e Esforços Dinâmicos

Fadiga: ruptura de um material por esforço cíclico (repetido), que ocorre num nível de tensão inferior ao determinado durante o ensaio estático.

58

A fadiga ocorre porque a cada ciclo de carregamento, as fissuras tendem a se propagar, diminuindo a área útil para a transferência de tensão.

Quanto mais próxima for a tensão máxima da resistência do material, menor será o número de ciclos necessários para a ruptura.

39.3.2 Fadiga e Esforços Dinâmicos39.3.2 Fadiga e Esforços Dinâmicos

59

As fibras de elevados módulo e resistência reduzem a propagação das fissuras, e aumentam o número de ciclos necessários para a ruptura.

Exemplo: fibras de aço (fator de forma = 60, 2 % de volume, com gancho) resultaram em 2.700.000 ciclos de tensão, com variação entre 10 a 70 % da resistência estática.

39.3.2 Fadiga e Esforços Dinâmicos39.3.2 Fadiga e Esforços Dinâmicos

60

Mesmo em pequenas quantidades as fibras aumentam a resistência à fadiga.

Essa é uma característica muito importante que as fibras acrescentam nos concretos.

39.3.2 Fadiga e Esforços Dinâmicos39.3.2 Fadiga e Esforços Dinâmicos

61

Aplicações: pavimentos (rodovias, aeropor-tos, pisos industriais), dormentes ferroviários, base de máquinas, etc.

A resistência a cargas explosivas e dinâmicas em geral é três a dez vezes maior.

39.3.2 Fadiga e Esforços Dinâmicos39.3.2 Fadiga e Esforços Dinâmicos

Sugestão de Textos para Leitura

http://www.anapre.org.br/boletim_tecnico/edicao37.asp

Videos:https://www.youtube.com/watch?v=XLoA0OvuzK0https://www.youtube.com/watch?v=bRtRzszRcmUhttps://www.youtube.com/watch?v=QoDhrS9hocghttps://www.youtube.com/watch?v=UrPW89EmN0Ihttps://www.youtube.com/watch?v=0FlvVHENBoUhttps://youtu.be/YpKgjUkuXdQhttps://youtu.be/gFPPvZiTVm0https://www.youtube.com/watch?v=YpKgjUkuXdQ&index=17&list=PLpw-eO2Yi-VaMpr3n2CukFM9OsaD3cCA7https://www.youtube.com/watch?v=W6d9l4LyHYs&list=PLpw-eO2Yi-VaMpr3n2CukFM9OsaD3cCA7&index=20https://www.youtube.com/watch?v=uKY8zzxTabMhttps://www.youtube.com/watch?v=Z86bfGY2Sf4https://www.youtube.com/watch?v=NXhNwHd14DI

62