Aposila Concreto Projetado

UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA FACULDADE DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL E AMBIENTAL

CONCRETO PROJETADO PARA TÚNEIS DOUTORANDA: SILVANA BLUMEN FOÁ, MS. C. PROF. ANDRÉ ASSIS, Ph. D. APOSTILA COMPLEMENTAR AO CURSO DE OBRAS SUBTERRÂNEAS CÓDIGO: ENC 362506 CARGA HORÁRIA: 2 CRÉDITOS BRASÍLIA / DF: FEVEREIRO/ 2002

Universidade de Brasília Departamento de Engenharia Civil e Ambiental / Faculdade de Tecnologia Programa de Pós-graduação em Geotecnia

Concreto Projetado para Túneis ii

FICHA CATALOGRÁFICA FOÁ, SILVANA BLUMEN & ASSIS, ANDRÉ

Concreto Projetado para Túneis

[Distrito Federal] 2002

70 p., 297 mm (ENC/FT/UnB, Geotecnia, 2002)

Apostila - Universidade de Brasília. Faculdade de Tecnologia

Departamento de Engenharia Civil e Ambiental.

1. Concreto Projetado 2. Túneis.

I. ENC/FT/UnB II. Título (Série)

REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA FOÁ, SILVANA BLUMEN & ASSIS, ANDRÉ (2002). Concreto Projetado para Túneis.

Apostila, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, Universidade de Brasília,

Brasília, DF, 70 p.

CESSÃO DE DIREITOS NOME DO AUTOR: Silvana Blumen Foá e André Assis

É concedida à Universidade de Brasília a permissão para reproduzir cópias desta apostila

para emprestar ou vender tais cópias somente para propósitos acadêmicos e científicos. O

autor reserva outros direitos de publicação e nenhuma parte deste trabalho pode ser

reproduzida sem a autorização por escrito dos autores.

____________________________ ____________________________

Prof. André P. Assis, Ph.D. Silvana Blumen Foá, Ms.C. ([email protected]) ([email protected])

"Tudo é loucura ou sonho no começo.

Nada do que o homem fez no mundo teve início de outra maneira.

Mas já que tantos sonhos se realizaram,

não temos o direito de duvidar de nenhum."

Monteiro Lobato, Mundo da Lua (1923)

mailto:[email protected]



SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO __________________________________________________________3 2. ELEMENTOS DE SUPORTE ________________________________________________5 3. CONCRETO PROJETADO _________________________________________________8 3.1. CONCEITO__________________________________________________________8 3.2. BREVE HISTÓRICO DO CONCRETO PROJETADO ____________________________8 3.3. PROCESSOS DE PROJEÇÃO ____________________________________________13 3.4. COMPARAÇÃO ENTRE OS PROCESSOS___________________________________16 3.5. PROPRIEDADES DO CONCRETO PROJETADO______________________________18

3.5.1. REFLEXÃO _____________________________________________________18 3.5.2. DESPLACAMENTO _______________________________________________21 3.5.3. POEIRA E NÉVOA ________________________________________________22 3.5.4. HOMOGENEIDADE E DEFEITOS TÍPICOS______________________________22 3.5.4.1 EFEITO DE SOMBRA______________________________________________23 3.5.4.2 LAMINAÇÃO ____________________________________________________23 3.5.4.3 IMPERFEIÇÕES SUPERFICIAIS ______________________________________24 3.5.4.4 CONTROLE DA HOMOGENEIDADE___________________________________24 3.5.5 ADERÊNCIA ____________________________________________________26

3.6. MATERIAIS ________________________________________________________27 3.6.1. AGREGADOS____________________________________________________27 3.6.2. CIMENTO ______________________________________________________28 3.6.3. ADITIVOS ______________________________________________________28 3.6.4. ÁGUA _________________________________________________________30

3.7. DOSAGEM _________________________________________________________31 4. CONCRETO PROJETADO COM ADIÇÕES ____________________________________31 4.1. CONCRETO PROJETADO COM POLÍMERO ________________________________31 4.2. CONCRETO PROJETADO COM SÍLICA ATIVA _____________________________33

4.2.1 OBJETIVOS DO USO DA SÍLICA ATIVA _____________________________ 34 4.3. CONCRETO PROJETADO COM FIBRA _________________________________35

4.3.1 INTERAÇÃO FIBRA-MATRIZ ______________________________________ 38 4.3.2 VOLUME CRÍTICO DE FIBRA ______________________________________40


Concreto Projetado para Túneis 2

4.3.3 COMPRIMENTO CRÍTICO DA FIBRA _____________________________ 42 4.3.4 CONSIDERAÇÕES PRÁTICAS ___________________________________44 4.3.5 CONTROLE DO CONCRETO COM FIBRAS _________________________ 45 4.3.5.1. TENACIDADE________________________________________________ 45 4.3.5.2. TRABALHABILIDADE E MISTURA________________________________ 47 4.3.5.3. RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO__________________________________ 51 4.3.5.4. FADIGA____________________________________________________ 51 4.3.5.5. DURABILIDADE______________________________________________ 52 4.3.5.6. RESISTÊNCIA AO IMPACTO____________________________________ 53 4.3.5.7. OUTRAS PROPRIEDADES E CARACTERÍSTICAS_____________________ 53

4.3.6 APLICAÇÕES_________________________________________________54 4.3.6.1. CONCRETO PARA PAVIMENTOS _________________________________54 4.3.6.2. CONCRETO PROJETADO PARA TÚNEIS ___________________________55 4.3.6.3. OUTRAS APLICAÇÕES _________________________________________56

5. CONTROLE DO CONCRETO PROJETADO ____________________________________56 6. QUALIDADE DO CONCRETO PROJETADO ___________________________________58 7. CONSIDERAÇÕES FINAIS ________________________________________________61 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS __________________________________________63 APÊNDICE A – DADOS TÉCNICOS ________________________________________ 65



1. INTRODUÇÃO O desenvolvimento sócio-econômico tem gerado um aumento na demanda do transporte

tanto de passageiros quanto de mercadorias. Entretanto, obstáculos naturais ou artificiais,

podem tornar inviável este transporte pelos meios convencionais. A execução de obras

subterrâneas tem se mostrado uma boa alternativa na solução desta questão. Túneis são

hoje utilizados com as mais diversas finalidades. Pode-se citar, como exemplo, a escavação

de túneis em montanhas que reduzem significativamente as distâncias a serem cobertas por

vias de transporte, satisfazendo a inclinação máxima permitida. Outras utilizações são

adução de água, transportes urbanos, passagem de cabos, mineração, reservatórios etc.

Atualmente, a maior necessidade de obras subterrâneas se concentra na construção de

túneis de tráfego e cavernas de estocagem, principalmente em centros urbanos densamente

ocupados, liberando espaço na superfície para utilizações mais nobres tais como, novas

áreas para moradia e lazer.

Uma das aplicações de obras subterrâneas em rocha e sua estabilização, ocorrem em minas

subterrâneas, cavernas de armazenamento e de uso público, barragens com circuito

hidráulico subterrâneo e túneis, os quais podem ter as mais diversas finalidades

(transportes rodoviários, ferroviários e de água). Os custos da estabilização destas

escavações são onerosos assim como podem ser os custos (prejuízos) de uma eventual

ruptura. Escavações subterrâneas sofrem dificuldades naturais de uma boa investigação

geológico-geotécnica, levando a mudanças de projeto durante a fase executiva da obra.

No Brasil, a construção de túneis, tem sido feita na sua grande maioria pelo método

NATM (New Austrian Tunneiing Method) onde o concreto projetado representa um

elemento fundamental. A demanda de novos túneis é estimada em dezenas de quilômetros.

Além das obras urbanas se destacam as rodoviárias, quer sejam federais ou estaduais,

como foi a Rodovia dos Imigrantes, em São Paulo, onde o concreto projetado teve uma das

primeiras grandes aplicações.

Outro sinal da importância econômica do concreto projetado é a diversidade de seus

campos de aplicação. Além do revestimento de túneis, pode-se citar a recuperação de



estruturas, os revestimentos refratários, e as novas construções. Com isto, muitas pesquisas

vêm sendo desenvolvidas tanto no Brasil como no exterior.

Esta apostila tem como objetivo principal dar um panorama geral do concreto projetado. A

análise se constitui em abordagens sobre os seguintes tópicos principais:

!"elementos de suporte;

!"conceito e breve histórico do concreto projetado;

!"processos de projeção e comparação entre os processos;

!"propriedades, materiais utilizados e dosagem do concreto projetado;

!"concreto projetado com adições;

!"aplicações do concreto projetado;

!"controle tecnológico do concreto e do processo de projeção.



2. ELEMENTOS DE SUPORTE Na década de 30, Rabcewicz iniciou o desenvolvimento de um novo método de escavação,

utilizado pela primeira vez na construção do túnel de Lodano-Mosagno, em 1950. Este

processo conhecido como New Austrian Tunnelling Method – NATM (Novo Método

Austríaco de Abertura de Túneis) foi oficializado em 1957. Ele pode ser considerado uma

filosofia de escavação, pois não fixa uma seqüência para a abertura da cavidade ou

instalação de suporte.

Segundo a filosofia do NATM, o maciço deixa de ser um elemento de carga, e começa a

trabalhar em conjunto com o sistema estrutural de suporte, para estabilizar a cavidade. Ele

fundamenta-se em três princípios básicos:

!"o maciço é visto como principal elemento estrutural;

!"a complementação, quando necessária, da estrutura de sustentação deve ser executada

através da instalação de um sistema de suporte otimizado;

!"é indispensável instrumentar o túnel.

Os sistemas de suporte são instalados para garantir certos níveis de deslocamentos

admissíveis ou para prevenir a ruptura do maciço. A instalação do suporte se faz necessária

quando o maciço é incompetente, ou seja, não possui capacidade de auto-sustentação

(depois da escavação), ou ainda quando certos níveis de deformações não são tolerados

pelas estruturas circunvizinhas. Três princípios determinam o sistema de suporte:

!"tempo de instalação, que na verdade constitui o tempo de fechamento do anel;

!"rigidez e resistência do maciço, tal que o sistema de suporte funcione como um cilindro

de paredes finas, minimizando cortantes e momentos;

!"na necessidade de um suporte de alta capacidade, que teria paredes grossas, neste caso

é preferível manter as paredes finas e reforçar com tirantes.

O suporte deve possuir rigidez para acompanhar as deformações no maciço. Caso o mesmo

possua uma alta rigidez, passa a restringir as distorções devidas à pressão diferenciada no

maciço, impedindo assim, o alívio de tensões. Deve ainda apresentar resistência suficiente



para suprir as deficiências estruturais do maciço, absorvendo esforços e evitando

deformações excessivas.

Além da rigidez e da resistência, o sistema de suporte deverá ser instalado num espaço de

tempo, menor do que o de auto-sustentação, com o intuito de interceptar a curva

característica do maciço num certo deslocamento admissível, conforme a Figura 1.

Figura 1 – Curva característica do maciço x elemento de suporte.

Caso a mobilização de sua capacidade se dê tardiamente, ultrapassando o tempo de auto-

sustentação do maciço, ocorrerá a desagregação do terreno. Em se instalando o suporte

precocemente, o alívio de tensões no maciço será reduzido e, com isso, haverá necessidade

de uma estrutura mais resistente e mais onerosa. Atualmente, um dos grandes pontos de

pesquisa é a determinação do tempo ideal para se instalar o suporte.

Assim, define-se como tempo de auto-sustentação do maciço, stand-up time, o período

entre a abertura da cavidade e a ruína da mesma, sem que haja ação de qualquer agente

externo. A avaliação do tipo de suporte deve considerar o stand-up time, a resistência

requerida e o tempo de aplicação do suporte, ou seja, o tempo que o mesmo requer para

adquirir a resistência prevista.



O suporte da cavidade pode ser executado em duas etapas; suporte de primeira e segunda

fase. O suporte de primeira fase, primário, imediato, temporário ou inicial, tem função de

induzir a formação do efeito arco, restabelecendo o equilíbrio tridimensional preexistente.

Para tal, deverá possuir rigidez suficiente para absorver esforços, evitando deslocamentos

excessivos, e flexibilidade suficiente para acompanhar as deformações impostas pelo

maciço. Já o suporte de segunda fase, secundário, permanente ou final, é aplicado somente

após a estabilização dos deslocamentos do maciço, com função estética e de aumentar a

segurança da obra.

Os sistemas de suporte podem ser divididos em categorias segundo sua área de aplicação.

Assim sendo tem-se: suportes pontuais ou isolados (tirantes ativos), suportes lineares

(cambotas e treliças metálicas, e enfilagens cravadas ou injetadas) e suportes superficiais

ou contínuos (concreto projetado, concreto moldado in loco, suportes segmentados).

O sistema de suporte contínuo ou externo ativo controla a instabilidade do maciço na

superfície da escavação. Estes suportes atuam contra a solicitação de instabilidade do

maciço. Eles geram tensões de equilíbrio aos deslocamentos do maciço, devido a um

incremento na tensão de confinamento (∆σ3) do maciço circundante, mudando a trajetória

e o nível de tensões. Este tipo de suporte é representado por uma força distribuída na

superfície de escavação do maciço. Como exemplos têm-se: o concreto projetado, o

concreto moldado in-loco, os segmentos de concreto pré-moldado, os segmentos de placa

metálica e as cambotas metálicas.

O concreto projetado tem sido cada vez mais utilizado. Suas características se adaptam

perfeitamente à filosofia do NATM, pois consiste em um sistema de suporte que promove

boa interação entre o maciço recém escavado e o mesmo, preenchendo os vazios da

sobrescavação. O concreto projetado é usado como elemento estabilizante devido as

seguintes propriedades:

!"tempo de endurecimento controlável através da utilização de aditivos;

!"perfeita aderência ao maciço recém escavado;

!"alta resistência a baixas idades;

!"flexibilidade adequada às deformações impostas pelo maciço;

!"estanqueidade e durabilidade;

!"versatilidade - dispensa o uso de escoramento, formas e armaduras e podendo ser

utilizado em associação a outros elementos estabilizadores



3. CONCRETO PROJETADO 3.1. CONCEITO As definições de concreto projetado possuem sempre como ponto de partida uma descrição

do processo de projeção deste material. No Brasil, a Associação Brasileira de Normas

Técnicas (ABNT), na norma NBR 14026 (ABNT, 2001) define “o concreto projetado

como um concreto com dimensão máxima do agregado inferior a 4.80 mm, transportado

através de uma tubulação e projetado sob pressão, a elevada velocidade sobre uma

superfície, sendo compactado simultaneamente”.

Pode se dizer, então, que o concreto projetado é o nome genérico para a mistura formada

por cimento, areia, agregado fino e água, que é aplicada pneumaticamente, e compactada

dinamicamente a grandes velocidades. Pode-se citar que a principal aplicação do concreto

projetado é em estruturas contínuas, como estas:

!"Túneis;

!"Revestimentos de taludes;

!"Recuperação de estruturas;

!"Novas construções.

3.2. BREVE HISTÓRICO DO CONCRETO PROJETADO O Brasil caracteriza-se por ser um país com grandes concentrações populacionais nos

centros urbanos. Por esta razão, qualquer novo empreendimento na área de transporte,

onde a cidade apresenta problemas crônicos, irá implicar num grande custo em termos de

desapropriações. Este fato faz do metrô e dos túneis rodoviários urbanos alternativas

economicamente viáveis, passíveis de construção.

Grandes somas vêm sendo gastas em tentativas de melhoria das condições de trânsito em

todo o Brasil. A construção de túneis tem tido ênfase, sendo na sua grande maioria pelo

método NATM onde o concreto projetado é um elemento fundamental. Atualmente, a

demanda de novos túneis, para novas linhas do Metrô, é estimada em dezenas de

quilômetros. Além das obras urbanas se destacam as rodoviárias, quer sejam federais ou

estaduais, como foi a Rodovia dos Imigrantes, onde o concreto projetado teve sua primeira

grande aplicação. Tais obras se constituem num mercado promissor para empresas de



projeto, construção e controle de grandes obras.

Outro sinal da importância econômica do concreto projetado é a diversidade de seus

campos de aplicação, além do revestimento de túneis. Neles podemos incluir também a

recuperação de estruturas, os revestimentos refratários, pavimentação e concreto pré-

moldado. Com isto, muito tem sido investido no seu desenvolvimento no Brasil e no

exterior com novos centros de pesquisa.

Nos meados dos anos 80, as especificações de construções de túneis exigiam que o

revestimento secundário fosse de concreto convencional lançado com o auxilio de formas

metálicas. Isso demonstrava que, além de exigências de ordem estéticas (acreditava-se que

o acabamento do concreto projetado era de baixa qualidade), existiam dúvidas quando à

durabilidade do revestimento. As construções terminavam com um alto custo e baixa

velocidade de execução.

No final dos anos 80, iniciou-se a aplicação do concreto projetado por via úmida com a

utilização de braços mecânicos. Atualmente emprega-se esta técnica, com o uso do sistema

de pré-umidificação e com injeção de água sob pressão. Na década de 90, houve um

avanço dos túneis com o emprego de novos equipamentos de escavação. No entanto, um

grave acidente ocorrido na Cidade de São Paulo (Camargo, 1993), levantou uma série de

questões sobre a segurança dos túneis e a necessidade de aprofundar o conhecimento

tecnológico na área.

O concreto projetado apresenta dificuldades na pesquisa de cunho científico, uma vez que

é complexa a implantação de laboratórios para seu estudo. Em 1989, o primeiro projeto de

pesquisa sobre concreto projetado, envolveu a Universidade de São Paulo, através da

Escola Politécnica, o Instituto de Pesquisas Tecnológicas de São Paulo - IPT e a

Companhia Brasileira de Projetos e Obras (CBPO). Este projeto deu origem aos quatro

primeiros trabalhos acadêmicos sobre o assunto no país. Um deles abordou a dosagem e o

controle do concreto projetado (Prudêncio, 1993, citado em Figueiredo, 2000). Foi um

trabalho fundamental para a tecnologia do concreto projetado, uma vez que introduziu uma

abordagem científica do estudo do concreto projetado. Em paralelo houve a publicação de

uma dissertação abordando a questão do controle do processo de projeção (Figueiredo,



1992). Outros dois trabalhos abordaram o uso de materiais específicos no concreto

projetado: a sílica ativa (Silva, 1997) e as fibras de aço (Figueiredo, 1997).

Atualmente conta-se com quatro centros a nível internacional dispondo deste laboratório.

O mais antigo é o da Universidade de Bochun na Alemanha, onde foi produzida uma série

de trabalhos com enfoque principal no estudo do processo de projeção. O segundo centro

que se destaca é o de Vancouver, no Canadá, onde está a Universidade da Colúmbia

Britânica e foram realizados trabalhos abordando a reologia do concreto projetado sendo a

utilização de fibras de aço tanto para a via seca como para a via úmida. Lá também está o

pesquisador D. R. MORGAN que atua nas áreas de aplicação de túneis e recuperação de

estruturas (Figueiredo, 2000). O terceiro centro é o da Universidade de Laval (Canadá),

onde está sendo dada ênfase no estudo dos aditivos para o concreto projetado. Outro centro

é o da Universidade de Loughborough, no Reino Unido. Lá os pesquisadores atuam tanto

na área do revestimento de túneis como na recuperação de estruturas, estudando também a

utilização das fibras de aço.

O concreto projetado reforçado com fibras de aço (SFRS) é uma tecnologia recente para o

revestimento de túneis. Ele apresenta uma série de vantagens quando comparado ao

reforço da tela metálica. Desenvolvimentos foram apresentados em áreas fundamentais da

tecnologia do SFRS, como o controle da qualidade e a dosagem do material, onde a

interdependência das influências da fibra e da matriz no comportamento do compósito têm

de ser consideradas. Outros aspectos desta tecnologia merecerão estudos futuros.

Ao contrário de países desenvolvidos, que já utilizam a fibra de aço como reforço do

concreto projetado mesmo sem haver um consenso geral tanto em nível de projeto como de

controle, segundo Figueiredo & Helene (1993) não há notícias de sua aplicação no Brasil.

Um dos fatores que inibiu tal utilização foi um comportamento técnico conservador dos

construtores e projetistas brasileiros. Isto porque, a construção de túneis pelo método

NATM, foi feita em São Paulo, cujo solo exige um baixo período de tempo para que o

revestimento primário apresente resistência suficiente para suportar os deslocamentos do

maciço. Assim, os construtores exigiam que a fibra tivesse equivalência comprovada à tela

metálica, como elemento de reforço.



Segundo, ainda, Figueiredo & Helene (1993), outro fator inibidor do uso das fibras no

Brasil está no fato de ser recente seu uso como reforço do concreto. As fibras nacionais

eram, basicamente, subprodutos. Elas produziam um baixo desempenho pós-fissuração, ou

dificultavam a mistura e a aplicação provocando entupimentos nos equipamentos.

Atualmente, existem fabricantes nacionais especializados.

Em relação às normas utilizadas no concreto projetado, por muitos anos, só existiam

normas estrangeiras. Os contratos entre construtores e proprietários criavam suas próprias

normas e procedimentos (como o metrô de São Paulo e a Secretária de abastecimento de

São Paulo – SABESP).

Em 1983, a ABNT nomeou uma Comissão Técnica para elaboração das normas brasileiras

de concreto projetado. Neste meio tempo o Código de Proteção do Consumidor assumiu as

normas brasileiras como documentos de referência legais para o projeto, construção e

acompanhamento técnico de obras. Devido a isto, foram exigidos, em caráter de urgência,

normas técnicas brasileiras sobre o concreto projetado.

A comissão, então, preparou e publicou nove normas, sendo: uma especificação, seis

métodos de ensaios e dois procedimentos. Agora, estão sendo preparadas outras normas,

principalmente relacionadas a métodos de ensaio. Além disto, o Instituto Brasileiro de

Concreto – IBRACON nomeou, também, um Comitê Técnico para a produção de

documentos, como diretrizes, manuais, e relatórios técnicos. Atualmente a comissão e o

comitê trabalham juntos. Entre as normas criadas pode-se citar:

#"NBR 13044 (ABNT, 1993) – Reconstituição de mistura recém projetada. Ela é similar

ao método recomendado pelo ACI. Tem por objetivo determinar o teor de aditivos,

proporção entre agregados (miúdo e graúdo) e o cimento, correção do teor de cimento:

medindo o passante na peneira 200 (ou 100) do agregado e o retido para o cimento;

#"NBR 13069 (ABNT, 1994) – Determinação de tempo de pega em pastas de cimento

Portland com e sem aditivos aceleradores. É muito similar ao método ASTM C1102/88

com diferença apenas na massa da agulha para determinação do início de pega (190.35g).

Porém, não é considerado representativo do desempenho do concreto projetado em campo.

É recomendado para controle de recebimento.



#"NBR 13070 (ABNT, 1994) – Moldagem de placas. Esta norma fixa as dimensões das

placas (devido o calor de hidratação, uma placa maior alcança temperaturas mais altas

devido a dificuldades em dissipação de calor) e o procedimento de moldagem, a

determinação de resistência potencial.

#"NBR 13317 (ABNT, 1995) – Concreto projetado – Determinação do índice de reflexão

por medida direta – Método de ensaio;

#"NBR 13354 (ABNT, 1995) – Concreto projetado– Determinação do índice de reflexão

em placas – Método de ensaio;

#"NBR 13597 (ABNT, 1996) – Qualificação de mangoteiro – via seca. Esta norma avalia

a capacidade do mangoteiro de manter a homogeneidade do concreto. Possui um

procedimento simples, sendo:

!"Moldagem de duas placas (não em seqüência);

!"Mangoteiro deve proceder a regulagem do equipamento;

!"Variações limitadas (especialmente consistência).

#"NBR 14278 (ABNT, 1999) – Determinação da consistência pela agulha de Proctor.

Tem por objetivo a medida da consistência pela resistência à penetração da agulha e

trabalhabilidade. No caso de aditivo acelerador à base de aluminatos: o ensaio mede apenas

o tempo de pega (flash set). É similar à ASTM C1117 com uma diferença no tempo de

penetração de 25 mm em 1 segundo.

#"NBR 14279 (ABNT, 1999) – Aplicação do concreto projetado via seca. São regras para boa aplicação.

Em análise e a serem publicados pelo IBRACON ou pela ABNT:

!"Penetrômetros de energia constante e profundidade constante: determinação da

resistência inicial – Método de ensaio;

!"Determinação da resistência à compressão por testemunhos cilíndricos extraídos:

resistência a maiores idades;

!"Determinação do índice de reflexão por reconstituição de traço (em análise);

!"Aplicação do concreto projetado via úmida.

O IBRACON está elaborando práticas recomendadas. A primeira publicação sobre o

assunto é a “Verificação de compatibilidade cimento/aditivo”, tratando procedimento

experimental com placas e penetrômetros para verificar a conformidade da mistura com as



exigências de resistência à compressão. Para análise futura estão sendo planejadas as

seguintes práticas recomendadas:

!"Concreto projetado – recomendações para o uso;

!"Concreto projetado – recomendações para aplicação;

!"Concreto projetado – controle de qualidade;

!"Concreto projetado – Higiene e segurança no trabalho.

Além disso foram publicados dois manuais sobre o assunto:

!"Controle da qualidade anterior à projeção: “Materiais, dosagem, testes preliminares”;

!"Controle da qualidade após a projeção: “Guia de inspeção dos revestimentos e

estruturas de concreto projetado”.

3.3. PROCESSOS DE PROJEÇÃO

O concreto projetado (CP) é uma metodologia já bem definida. O objetivo principal é o de

funcionar como uma estrutura de revestimento que mantêm um corte ou a abertura de um

túnel estável durante a vida útil da obra.

Este revestimento permite uma economia de custos e prazos (se comparado a concreto “in

loco”). A sua alta capacidade de suporte, sem a necessidade do uso de formas e

escoramentos, aumenta a velocidade de concretagem, reduzindo o custo e o prazo de

conclusão dos serviços.

A American Cocrete Institute – ACI (1990), citado em Figueiredo e Helene (1993), alerta

que o sucesso da aplicação do concreto requer um equipamento com operação e

manutenção apropriada. Desta forma, o concreto projetado depende, intimamente, do

processo de projeção utilizado, o qual irá definir as propriedades do concreto.

Os processos de projeção podem ser classificados, segundo o tipo de equipamento

utilizado e em função do ponto da mistura entre os componentes sólidos do concreto e a

água. Identificam-se dois tipos de processo o via seca ou o via úmida. No Brasil, existe,

ainda, uma terceira opção a semi-úmida. Resumidamente, os processos podem ser estes:

♦ Via seca (dry mix) ⇒ o concreto é conduzido à bomba de projeção a seco. A mistura

de agregados e cimento é conduzida por ar comprimido, através de um mangote até o

bico de projeção, onde é adicionada água;



♦ Via úmida (wet mix) ⇒ o concreto é conduzido à bomba com toda a água necessária já

misturada, sendo o ar comprimido utilizado para acelerar a projeção no bico e, por

vezes, para pressurização de câmaras da bomba de concreto ou mesmo para transporte

mistura úmida mangote;

♦ Via semi-úmida ⇒ é um caso especial da via seca, onde se adiciona água à mistura de

agregados e cimento antes do bico no mangote, por meio de um anel umidificador, e

próximo ao bico (igual ao processo de via seca).

No concreto projetado a seco, os componentes se misturam e logo se aplica um pré-

umedecimento para reduzir o pó. Esta mistura é colocada na máquina de bombeamento a

seco com agitação contínua e ar sob pressão é introduzido pelo cilindro rotatório para

transportar o material em forma contínua através da mangueira de expulsão. A água é

introduzida à mistura apenas no bico injetor. Gunita foi o nome dado ao concreto projetado

a seco a partir de 1960, mas que entrou em desuso pelo termo mais genérico de concreto

projetado. A Figura 2 mostra um organograma de como funciona o sistema de concreto

projetado a seco. Este sistema, detalhado na Figura 3, apresenta elevado índice de reflexão,

decorrente do processo, incrementa o nível de partículas sólidas em suspensão no ar. A

geração de pó é prejudicial a saúde, mas este problema pode ser reduzido umedecendo

ligeiramente a mistura antes de sua aplicação. No Brasil, atualmente, é o processo mais

usado, devido à facilidade de projeção descontínua.

Figura 2 - Organograma da projeção a seco (modificado – Figueiredo e Helene, 1993).

água

Aditivo acelerador

cimento

agregados

mistura máquina de projeçãoconcreto

projetado

transporte damistura seca bicoar comprimido



Figura 3 - Sistema de projeção a seco (modificado – Figueiredo e Helene, 1993).

No caso do concreto projetado úmido, os componentes são misturados com água num

caminhão misturador. Depois é jogado no sistema de bombeamento hidráulico, que

bombeia a mistura até o bico injetor, onde se introduz ar para o projetar sobre uma

superfície (Figura 4 e 5). Com isso têm-se índices de reflexão reduzidos e uma melhoria

das condições de operação. Contudo algumas restrições à aplicação deste método se

tornam necessárias no que tange ao tempo de pega. Este não deve ser excessivamente

reduzido para evitar o endurecimento do concreto no interior do equipamento de projeção;

Figura 4 - Organograma da projeção via úmida (modificado – Figueiredo e Helene, 1993).

misturamáquina de projeção

ou bombaconcreto

projetado

bico

ar comprimido

transporte deconcreto

água

cimento

agregados

Aditivo inibidor

Aditivo plastificante

Aditivo acelerador

Aditivo ativador



Figura 5 - Sistema de projeção via úmida (modificado – Figueiredo e Helene, 1993). 3.4. COMPARAÇÃO ENTRE OS PROCESSOS O concreto projetado terá suas propriedades fortemente influenciadas pelo processo de

projeção utilizado. Este processo é classificado segundo o tipo de equipamento utilizado e

as condições em que se irá trabalhar com o material. A Tabela 1 mostra a comparação

resumida dos processos de projeção via úmida e via seca. Para escolha do melhor processo

para um túnel, alguns critérios de seleção podem ser:

!"disponibilidade do equipamento;

!"fatores físicos e logísticos de obra;

!"tempo disponível;

!"especificações e exigências legais;

!"equipe de projeção.

Vale salientar que, segundo a ACI, citado em Figueiredo e Helene (1993), a equipe de

projeção é apontada como o elemento mais importante para que se obtenha uma aplicação

de concreto projetado bem sucedida. Na projeção por via seca, por exemplo, o mangoteiro

é o responsável pelo controle da umidificação do material, que é um dos mais importantes

fatores da variação das propriedades do concreto projetado.

Assim, na equipe, o mangoteiro tem o papel chave, sendo ele o responsável pela aplicação

do material, o controle da quantidade de água adicionada e o controle da uniformidade do

fluxo de ar, da vazão e da pressão adequadas para uma boa compactação do concreto.

Acima de tudo, o mangoteiro tem a responsabilidade de conhecer e executar a aplicação

aplicação de vácuo para restituir o estado normal do tubo de bombeamento ar acelerado

ingresso do ar rolos

tubo de bombeamento

rolos sucção

paletas rotatórias

mistura úmida

saída da mangueira



adequada do concreto, evitando problemas como a laminação, a reflexão excessiva, o

efeito de sombra, a oclusão da reflexão, os desplacamentos e as imperfeições superficiais.

Tabela 1 – Quadro comparativo (modificado – Figueiredo e Helene, 1993).

FATOR VIA SECA VIA ÚMIDA

1. Equipamento• Menor investimento total;• Manutenção simples;• Fácil operação.

• Maior investimento total e menosequipamentos no local de trabalho;

• Operação manual difícil;• Menor desgaste de bicos mangueiras

e bombas para mesma produção;• Consumo de ar até 60% menor.

2. Mistura

• Na obra ou na usina;• Uso de misturas pré-dosadas;• Desempenho alterado devido

a umidade da areia.

• Só na usina e apurada;• Maior homogeneidade;• Abatimento interfere no processo;• A umidade da areia não altera o

processo.

3. Produção ealcance

• Raramente ultrapassa os5m3/h no campo;

• Pode transportar materiais amaiores distâncias.

• de 3 a 20m3/h⇒ projeção manual;

• até 20m3/h⇒ projeção mecanizada -robô.

4. Reflexão

• 15 a 40%⇒ parede vertical;• 20 a 50%⇒ teto;• formação de bolsões de

material refletido;• variação do traço devido a

perda de agregado.

• Baixa reflexão ⇒ menor que 10%;• Sem a formação de bolsões de

material refletido;• pequena perda de agregado.

5. Propriedades

• Alta resistência ⇒ baixofator a/c;

• menor homogeneidade;• depende da experiência da

mão de obra.

• baixa resistência ⇒ alto fator a/c;

• maior homogeneidade do material..

6. Velocidadedo jato

• Maior ⇒ melhor adesão efácil aplicação no teto;

• Maior ⇒ fácil compactação.

• Adequada para uso em túneis eminas;

• Material menos compacto.

7. Aditivos

• Podem ser dispensados;• Em pó posto na betoneira;• Líquidos posto no bico de

injeção.

• Líquidos;

• Em pó só no Japão.

8. Poeira enévoa

• Grande produção, dificuldadede visualização do trabalho;

• Em túneis exige ventilação.

• Baixa a média (fluxo aerado), commelhor visualização;

• Pode produzir névoa de aditivolíquido tóxica exigindo ventilação.



3.5. PROPRIEDADES DO CONCRETO PROJETADO Uma das desvantagens do concreto projetado apontada pela comunidade técnica foi sempre

a grande variação das propriedades deste material, causando dúvidas quanto sua

confiabilidade e viabilidade ao longo do prazo. Lorman (1968), citado em Figueiredo &

Helene (1993), afirma que em varias pesquisas, de 1911 a 1965, as propriedades físicas do

concreto projetado variavam do pobre ao excelente.

Glassgold (1989), citado, também, em Figueiredo & Helene (1993), contra-ataca e

questiona a variabilidade dos resultados em relação a adequação dos ensaios e da forma de

executá-los, da qualidade das matérias primas utilizadas e devido ao grande número de

variáveis envolvidas no processo, a possibilidade de comparar concretos projetados em

regiões diferentes. O próprio autor defende que a maioria dos casos históricos publicados

não fornece informações completas para avaliar as conclusões obtidas. Em alguns casos,

não existem relatos sobre os equipamentos utilizados na projeção e a forma de execução.

Vale salientar, ainda, que além da caracterização do processo, deve-se indicar a forma

como foram obtidas as propriedades do material e abordar todos os aspectos envolvidos no

processo desde a dosagem até o uso. A seguir serão descritas algumas propriedades do

concreto projetado, sendo elas dependentes do processo de projeção.

3.5.1. REFLEXÃO Durante o impacto do concreto projetado contra superfícies duras (como armaduras ou o

próprio concreto), parte do material é refletido. Assim, ele não se incorpora ao alvo de

projeção e, consequentemente, cai ao chão. Este fenômeno é conhecido como reflexão.

A reflexão é quantificada pelo índice de reflexão (IR), devendo ser mínimo, expresso por:

100×= MT

MRIR

Onde:

MR= massa de material refletido;

MT= massa de material total inicial.

Segundo Parker et al. (1976), citado em Figueiredo & Helene (1993), a reflexão é um

processo dinâmico dividido em duas fases distintas sendo:



!"Primeira fase ⇒ corresponde à formação de um colchão de amortecimento (composto

de uma fina camada de pasta de cimento e argamassa). Quando se inicia a projeção a

reflexão é intensa, pois só a pasta se adere à superfície alvo. À medida que a espessura

da camada projetada aumenta, progressivamente, passa-se a incorporar agregados de

dimensões maiores até o agregado graúdo ser incorporado, iniciando-se a segunda fase.

!"Segunda fase ⇒ corresponde a absorção quase completa do material de concreto

projetado. Nesta etapa, a intensidade de reflexão passa a ser constante e com níveis

bem inferiores ao da primeira fase.

Este comportamento é causado pela incapacidade inicial de dissipação da energia cinética

dos agregados. Durante a projeção, os grãos sofrem um choque elástico com o alvo,

retornando com grande velocidade. À medida que a espessura da camada de concreto

projetado aumenta, o choque passa a ser inelástico, que possibilita a incorporação de grãos

de dimensão cada vez maior. A Figura 6 resume a dinâmica da reflexão.

Figura 6 – Dinâmica da reflexão (modificado – Figueiredo e Helene, 1993).

Quando existe a necessidade de executar uma camada espessa de concreto projetado,

obtêm-se uma reflexão maior. Normalmente, esta camada é executada em duas etapas.

Após o endurecimento da primeira etapa, voltando ao estágio da primeira fase (onde é

maior a reflexão), aplica-se uma nova camada. Desta forma, tanto a reflexão como a

heterogeneidade do material será maior quanto o número de passadas utilizadas para se

obter uma mesma espessura de camada.

Maior será a reflexão, também, quanto maior for a quantidade e a dimensão do agregado.

Isto se deve ao fato de quanto maior for o agregado, maior será a camada necessária para o

amortecimento, o que aumenta a duração da primeira fase e, portanto, maior a reflexão.

bico

pasta Impacto

Reflexão com muitoagregado graúdo

argamassa

PRIMEIRA FASE

bico

pastaargamassa impacto

Reflexão

concretoSEGUNDA FASESUBSTRATO PRIMEIRA FASE

pastasuperfície de

impacto

bico

Reflexão commuito agregado



Além disso, é maior a probabilidade de ocorrência de choque elásticos entre os agregados.

Da mesma forma, quanto maior o consumo de cimento ou o teor de finos da mistura,

menor será a reflexão. Devido a isto, indica-se o uso de microsílica para reduzir a reflexão,

pois além de aumentar a coesão, dada a sua grande finura, aumenta o teor total de finos.

Quanto maior a quantidade de água da mistura, menor será a reflexão. Isto porque maior

será a plasticidade da mistura projetada e, por conseqüência, maior será a capacidade do

colchão de amortecimento terá de tornar o choque anelástico. É obvio que a quantidade de

água não pode exceder a certos valores que fluidifiquem a mistura, perdendo sua coesão

impedindo sua aderência à parede.

A reflexão é afetada, também, pela superfície de impacto onde se projeta. Quanto mais

irregular for à superfície maior será a camada de amortecimento e, portanto, maior a

duração da primeira fase e maior a reflexão. O mesmo ocorre com as superfícies rígidas

que demandem uma maior camada de amortecimento. Por outro lado, ao se projetar sobre

telas que vibrem e causem o desprendimento dos grãos fracamente aderidos, tem-se uma

maior reflexão.

Vale salientar, ainda, que existe uma variação do traço dos materiais que ficaram aderidos

a parede e aqueles que foram dosados inicialmente. Isto ocorre, pois a maior parte do

material refletido é composta de agregado graúdo. Assim, o material que ficou retido no

alvo de projeção é mais rico em finos do que a mistura seca, a qual alimentou a máquina de

projeção. Vários estudos existem para orientar a estimativa de gastos com materiais

constituintes do concreto dentre eles o de Aliva (1981) e o da ACI (1990), ambos citados

em Figueiredo e Helene (1993).

Um dos fatores ligados ao processo de projeção que influencia a reflexão é o próprio

processo em si. Uma das vantagens da via úmida é a maior coesão do material e a menor

velocidade de projeção que tornam pequena a reflexão, em relação à via seca. A reflexão

aumenta com grandes pressões no mangote e grandes velocidades de projeção e em relação

inversa ao diâmetro do bico utilizado. Outro fator importante é o ângulo que o jato de

concreto faz com a superfície, quanto mais próximo de 90° menor será a reflexão. A



literatura aponta a distância de projeção ideal variando entre 0,60 a 1,80 m, quando haveria

o maior grau de compactação para a menor reflexão possível.

A incorporação de material segregado na superfície em projeção, devido a reflexão,

denomina-se oclusão. Esta é uma das principais causas da heterogeneidade do concreto

projetado. Este fenômeno provoca o aparecimento de regiões de baixa resistência e alta

permeabilidade. Ela é formada da parcela de material refletido que ao invés de cair no

chão, acaba se aderindo a armadura, a forma ou a cambota formando um concreto com

pouco teor de finos e baixa compactação.

Para combater a oclusão deve ser feita uma limpeza utilizando o bico de jato de ar, para

ajudar a manter o material refletido e o solto fora do campo de trabalho durante a projeção.

A oclusão diminui a aderência (monolitismo) entre as camadas, a resistência à compressão

axial, e aumenta a permeabilidade do concreto. A Figura 6 mostra dois corpos de prova

(CP1 e CP2) extraídos de uma estrutura onde se verificou uma queda de resistência devido

à oclusão.

Figura 6 – Corpos de prova extraídos da estrutura (modificado – Silva 1997).

3.5.2. DESPLACAMENTO O fenômeno de destacamento de massa já projetada por falta de aderência denomina-se

desplacamento. A falta de aderência é devido a aplicação de concreto projetado sobre

superfícies com materiais soltos (da reflexão ou pó), muito lisos, presença de camadas de

carbonato de cálcio (estalaquitite), muito úmido ou concreto projetado com excesso de

umidade e retardo no início de pega. Outra razão é que o concreto projetado normal,

dificilmente consegue atingir espessuras superiores a 7.5 cm sem que haja o rompimento

��

��

Concreto São

��

��

��

��

MaterialRefletido

Concreto São

Concreto São

CP1: fc28 = 4,5 MPa CP2: fc28 = 21 MPa



por falta de coesão. Assim, para atingir estas espessuras, ou utiliza-se várias passadas (o

que aumenta a reflexão) ou se recorre a aditivos aceleradores de pega ou microssílica.

O desplacamento gera um maior risco de acidentes no trabalho, durante a projeção. Pode

ocorrer queda de material sobre algum operário ou sobre o próprio mangoteiro.

3.5.3. POEIRA E NÉVOA

A liberação de poeira durante a projeção é um fenômeno típico da via seca pois a

umidificação completa do material é muito difícil de se obter. Outras fontes podem ser:

!"alimentação da cuba da máquina de projeção, quer seja manual ou mecanizada;

!"a máquina de projeção, principalmente, se for a rotor;

!"equipamentos sem manutenção apropriada;

No caso da via seca com injeção de água a elevada pressão, onde a umidificação da

mistura seca é mais eficiente, pode ocorre outro problema que é a produção de uma névoa

a partir do jato de água pulverizado. Esta névoa prejudica a visualização do serviço. Além

disto, ao se utilizar aditivos líquidos, diluídos na água, os quais são a base de aluminatos

ou silicatos de sódio ou potássio, pode-se provocar uma atmosfera cáustica, nociva a saúde.

3.5.4. HOMOGENEIDADE E DEFEITOS TÍPICOS

A falta de homogeneidade do concreto projetado aparece devido ao próprio processo de

projeção, a uma execução descuidada ou a uma falta de experiência da equipe. As causas

principais da heterogeneidade do material, apresentando-se com defeitos, são estas:

!"oclusão de material refletido;

!"laminação;

!"efeito de “sombra”;

!"desplacamentos;

!"alterações na superfície do material;

!"variação da resistência à compressão do material.



3.5.4.1 EFEITO DE SOMBRA Os vazios formados atrás das armaduras ou embutido, em relação ao fluxo de projeção, são

denominados de sombra. Este fenômeno pode ser originado de uma má projeção (distância

e ângulo do bico em relação à superfície de impacto incorretos) e excesso de aditivo

acelerador de pega, o qual acelera a hidratação em uma velocidade tal que o concreto

projetado não tenha consistência necessária para preencher os vazios atrás da armadura. Na

Figura 8 observa-se o efeito de sombra após a projeção.

Figura 8 - Efeito de sombra (modificado – Silva, 1997).

3.5.4.2 LAMINAÇÃO

Entende-se por laminação a ocorrência de camadas ou faixas alternadas, visivelmente

diferenciadas, de material de alta e baixa densidade no sentido perpendicular ao da

projeção, formando um material anisotrópico e de durabilidade reduzida. Este fenômeno

pode ser observado em testemunhos extraídos de um concreto projetado, sendo um

esquema visto na Figura 9. A ocorrência da laminação deve-se a alguns fatores, como:

!"ao jateamento do concreto sobre a superfície que orienta o material em função das

camadas umas sobre as outras;

!"a projeção da mistura muito seca, segregando o material e aumentando a reflexão.

!"variações de traço devido a variações de fluxo da máquina;

!"utilização de aditivos a base de aluminato que dificultem a compactação do concreto e

a utilização de mão de obra pouco qualificada ou supervisão inadequada.

ArmaduraConcretoprojetado

ConcretoVelho

Vazio ou sombraDireção deprojeção



Figura 9 - Efeito de laminação (modificado – Silva, 1997).

3.5.4.3 IMPERFEIÇÕES SUPERFICIAIS

As imperfeições superficiais do concreto projetado podem ocorrer pelo uso excessivo ou

inadequado de aditivos aceleradores de pega ou outros produtos químicos. O excesso de

água pode produzir o carreamento dos finos quando ela escorre pela superfície do concreto,

produzindo um aspecto rústico com aparecimento do agregado graúdo. A projeção

inclinada pode formar dunas no concreto. Além disso o manejo inadequado do mangote

pode produzir variações na rugosidade e manchas.

3.5.4.4 CONTROLE DA HOMOGENEIDADE

Os controles estatísticos fornecem uma avaliação quantitativa da homogeneidade do

material, o que facilita o seu controle. Porém, vale ressaltar que estes indicadores não

suprimem a necessidade de uma avaliação qualitativa, pois o caráter pontual de alguns

defeitos os torna de difícil detecção por uma análise amostral. Indica-se, então, três formas

do controle para a uniformidade do material, que serão detalhadas a seguir.

Superfície de impacto

Concreto SãoMaterial arenoso semcoesão

Direção da projeção



a) Controle visual

O controle visual é uma etapa essencial no processo de projeção. Os principais motivos

deste controle podem ser:

!"grande possibilidade de durante ao processo de projeção se obter defeitos pontuais, que

podem ser minimizados pela correta supervisão do trabalho do mangoteiro;

!"é importante garantir as mesmas condições de modelagem para o concreto aplicado e

os corpos-de-prova dos quais será determinada a resistência a compressão. Estes corpos-

de-prova são preparados a partir dos testemunhos extraídos de placas e não da estrutura.

!"devido à projeção de concreto ser um processo dinâmico é possível corrigir certas

falhas com a aplicação de outra camada de concreto.

A inspeção visual permite, ainda, as seguintes verificações:

!"detectar zonas onde existam vazios devido ao desprendimento do material ou por

deficiências da projeção;

!"avaliar qualitativamente a quantidade de água;

!"estimar o índice de reflexão.

b) Controle de pega e de endurecimento

O controle de pega e de endurecimento para o concreto projetado tem especial importância

quando se aplicam aditivos aceleradores. Pode ser definido também como o controle da

resistência a baixa idade, ou seja, valores de resistência inferiores a 8 MPa. Para este fim

são empregados dois tipos de aparelho, sendo eles: o Penetrômetro de Meynadier (PEM) e

o Penetrômetro de Energia Constante (PEC).

O PEM é utilizado para resistências inferiores a 1 MPa e o PEC para a faixa variando de 1

a 10 MPa. Ambos têm como principio básico a correlação entre a penetração de uma

agulha no concreto e a sua resistência à compressão. O PEM é um equipamento manual

que fornece índices para penetração de 15 mm de uma agulha padronizada no concreto. O

PEC utiliza o disparo de uma mola para penetrar no concreto um pino padrão. Assim, a

resistência é obtida por uma correlação com a profundidade de penetração.



Estes equipamentos, também, são usados para avaliação da uniformidade do material uma

vez que para a obtenção da resistência a compressão é feita diversas medidas, para se

analisar a dispersão de resultados. Devido a facilidade de manuseio o PEM pode forncer

resultados do material, logo após a projeção, o que agiliza o controle da homogeneização a

respeito dos aditivos aceleradores de pega e endurecimento.

c) Controle da resistência à compressão

O controle da resistência à compressão do material após 24 horas é realizado com o

rompimento de corpos-de-prova cilíndricos extraídos de placas. Eles permitem a avaliação

da uniformidade do material pela dispersão dos valores obtidos de resistência e pela

verificação da ocorrência de defeitos como oclusão, lentes de areia, laminação ou sombra.

3.5.5 ADERÊNCIA

A aderência é uma propriedade fundamental para o concreto projetado, pois sem ela não é

possível se executar nenhuma camada estrutural, já que o material não se adere ao alvo de

projeção. Para os túneis, Figueiredo (2000) recomenda que o concreto projetado se

mantenha aderido a superfície do maciço de maneira a preservar a sua resistência natural e

mantê-lo sem alterações o quanto for possível.

O processo de projeção facilita a aderência do concreto, pois o jatemaneto contra a

superfície provoca um tamponamento dos poros e fissuras com a pasta forma na primeira

fase da reflexão. A pasta endurecida atua como uma ponte de aderência entre o substrato e

o concreto. Desta forma, suportes rugosos (como o próprio concreto) ou rocha melhoram a

aderência e o desempenho do projetado.

Por outro lado substratos fracos, muito lisos, contaminados com material solto ou

parcialmente endurecido, material pulverulento, graxas, tintas, desmoldantes ou com

umidade excessiva provocam um falta de aderência do concreto comprometendo seu

desempenho.



Outro fator que provoca perda de aderência é a baixa resistência a compressão do material

nas primeiras horas após a projeção. Nesta etapa, o material pode apresentar fissuaramento

na superfície de contato entre o substrato e o concreto. Neste instante o peso próprio da

camada e sua deformabilidade, torna a aderência nula. Nestes casos a solução,

normalmente, aplicada é a utilização de maior quantidade de aditivos aceleradores de pega.

Alternativas diferentes poderiam ser:

a) utilização de microsílica, em especial, em regiões úmidas;

b) utilização de fibras que diminuem a fissuração por retração.

Uma das primeiras formas de controle da aderência pode ser realizada preparando a

superfície do substrato. Porém, é muito difícil, medir a resistência ao cisalhamento quando

o substrato é um solo friável, mole e úmido, pois neste caso, sabe-se apenas, que ela é

muito baixa. Então, o critério de avaliação é o próprio sistema de execução do

revestimento: ele está aprovado se não houver desplacamento.

Outra forma de se avaliar a aderência do concreto projetado com um substrato de concreto

mais antigo é a extração de testemunhos cilíndricos. Eles devem conter a superfície de

aderência em seu eixo e posterior ruptura da mesma por compressão diametral.

3.6. MATERIAIS

3.6.1. AGREGADOS Os agregados a serem utilizados, areia e pedrisco, devem seguir as especificações da

norma da NBR 7211/EB 4, quanto a granulometria, torrões de argila e matéria orgânica. O

excesso de torrões de argila e matéria orgânica pode reduzir a aderência da pasta ao

agregado (diminuindo a resistência) e alterar a pega.

A utilização de areia mais grossa geralmente resulta em maior reflexão, enquanto areia

mais fina gera maior retração por secagem. De acordo com Silva (1997), o módulo de

finura da areia deverá estar compreendido entre 2.35 e 2.75 e a dimensão máxima

característica do pedrisco não deverá ser maior que 9.5 mm, pois 60% a 70% dos grãos

acima desse diâmetro são refletidos. No caso do processo via seca, Silva (1997) atenta que

o teor de umidade da areia deverá estar compreendido entre 3% e 7%. Abaixo de 3% pode



gerar maior quantidade de pó, quando da projeção, e acima de 7% pode causar

entupimento do mangote e uma pré-hidratação do cimento.

3.6.2. CIMENTO O cimento utilizado pode ser do tipo I (Portland Comum), II (Portland Composto), III

(Portland de Alto-Forno), IV (Portland Pozolânico), V (Portland de Alta Resistência

Inicial) e ARI-RS.

Os cimentos ARI e ARI-RS são os que apresentam maiores resistências iniciais (até 3 dias)

e finais, conforme pode ser observado na Tabela 2. Os cimentos com superfície específica

blaine superior a 400 m2/kg são mais susceptíveis a retração e fissuração, e por conseguinte

exigem maiores cuidados na cura. Caso o concreto for manter contato com terrenos ou

águas sulfatadas, deve ser utilizado um cimento resistente a sulfatos.

Tabela 2 – Tipo de cimento x resistência x finura “Blaine” (modificado – Silva, 1997).

CIMENTO BLAINE (m2/kg) fc 10h (MPA)

fc 24h (MPA)

fc 3d (MPA)

fc 7d (MPA)

fc 28d (MPA)

CPI-S 349 1.0 10.7 24.3 32.2 43.6 CPII-E 373 1.1 7.9 21.0 30.7 42.9 CPII-F 364 1.4 12.5 25.4 30.0 38

CP-V-RS 423 1.9 14.6 28.9 41.2 50.8 3.6.3. ADITIVOS Os aditivos mais utilizados em concreto proejado são:

• aditivo acelerador em pó (à base de carbonato de sódio - Na2CO3), para o processo via

seca ou líquido (à base de aluminato de potássio - KAl2O3), para os processos via seca e

úmida. Estes aditivos são cáusticos. Já existem no Brasil aditivo não cáustico, tanto na

forma líquida como em pó, os quais não queimam a pele dos operários;

• aditivo plastificante, somente para o via úmida;

• aditivo superplastificante, somente para o via úmida.

Os aditivos aceleradores de pega e de endurecimento têm por finalidade:

• acelerar a evolução da resistência inicial durante o endurecimento do concreto;

• reduzir os tempos de início e fim de pega;

• propiciar a execução de grandes espessuras de concreto projetado de uma única vez;

• permitir a projeção contra superfícies ligeiramente úmidas.



Apesar dos objetivos acima descritos dos aditivos aceleradores, eles têm o inconveniente

de reduzirem a resistência do concreto a 28 dias em relação a um concreto sem esse

aditivo, além de aumentarem a sua porosidade (volume de vazios permeáveis). A

porcentagem de aditivo acelerador, para um mesmo traço, deverá ser igual tanto para as

paredes quanto para as calotas.

Silva (1997) exemplifica este fenômeno citando um caso no qual a resistência do concreto

sem aditivo acelerador após 28 dias foi de 48 MPa e absorção de água de 4%, e o mesmo

traço, com a adição de 3% do acelerador cáustico obteve 30 MPa de resistência a 28 dias e

6,3% de absorção. Recomenda-se para os aditivos cáusticos que o teor seja inferior a 3%.

Acima de 3%, observa-se um menor acréscimo de resistência de 3 dias para 7 dias (inferior

a 10%) e o mesmo ocorre de 7 dias para 28 dias (inferior a 5%).

O aditivo cáustico em pó à base de carbonato de sódio, Na2CO3, acelera a hidratação do

cimento funcionado como acelerador de endurecimento. Este aditivo acelera a dissolução e

precipitação do C3S e tendo um efeito menor nas propriedades iniciais (maior tempo de

para a pega e menores resistências a 10 e a 24 horas) que o aditivo cáustico líquido.

O aditivo cáustico líquido à base de aluminato de potássio, KAl2O3, reage com o gesso do

cimento (o qual retarda o início de pega), reduzindo a formação de etringita (composto que

também retarda o início de pega) e dessa forma acelera a hidratação do C3A (responsável

pelas resistências de 10 e 24 horas); logo, ele é um aditivo acelerador de pega.

A Tabela 3 apresenta um estudo comparativo em um mesmo traço de argamassa, entre os

aditivos cáusticos líquidos e pó, para um mesmo tipo de cimento e uma mesma

porcentagem de aditivo acelerador. Observa-se que o início de pega é mais rápido no

aditivo em pó e que as resistências a 10 e 24 horas são maiores no líquido. Vale salientar,

ainda, que a perda de resistência aos 28 dias é menor no aditivo em pó.

Tabela 3 – Efeito dos aditivos aceleradores da pega (modificado – Silva, 1997).

ADITIVO INICIO DA PEGA (H:MIN)

fc 10h (MPA)

fc 24h (MPA)

fc 3d (MPA)

fc 7d (MPA)

fc 28d (MPA)

Nenhum 4:25 1.0 12.7 30.6 42.7 50.9 Pó 0:16 5.9 12.8 29.5 38.5 40.4

Líquido 0:08 6.4 14.5 25.9 31.6 32.8



O teor máximo de aditivo acelerador a ser utilizado deverá ser determinado em ensaios de

compatibilidade cimento x aditivo, em laboratório, e verificado em campo. Este teor não

deverá ser superior a 3%, por razões tecno-económicas. A Tabela 4 mostra a relação não

proporcional entre o aumento na porcentagem de aditivo acelerador e a resistência inicial.

Observa-se a existência de um teor ótimo para cada tipo de cimento e aditivo.

Antes da utilização do aditivo líquido deve-se verificar se ele não se encontra cristalizado

(podendo entupir a mangueira ou a bomba de aditivo). A verificação da presença ou não de

cristais é visual, utilizando-se de uma proveta de 1.000 ml. Os aditivos devem ser isentos

de cloretos, para evitar a corrosão das armaduras.

Com relação aos aditivos aceleradores não cáusticos, o teor recomendado, para o pó, varia

entre 5% e 8% sobre a massa de cimento e, para o líquido, entre 6% e 10%. A perda de

resistência devida à utilização dos aditivos aceleradores não cáusticos também ocorre, só

que é bem menor que os cáusticos. Para um teor de 7% do aditivo não cáustico observa-se

uma queda de 8% da resistência à compressão axial.

Tabela 4 – Resistência x % de aditivos acelerador (modificado – Silva, 1997).

% DE ADITIVO ACELERADOR

fc 10h (MPA)

fc 24h (MPA)

fc 3d (MPA)

fc 7d (MPA)

fc 28d (MPA)

0 1.4 5.7 23.6 32.8 40.6 2 2.0 6.6 17.0 23.0 39.2 3 2.5 7.4 16.7 23.1 33.3 4 3.1 7.7 15.3 20.3 32.8 5 2.8 7.8 16.5 19.1 31.8

3.6.4. ÁGUA A água a ser utilizada deverá apresentar ph compreendido entre 5.8 e 8, além de atender

aos limites máximos de matéria orgânica, sulfatos, cloretos, açúcar e resíduos sólidos,

estabelecidos na NBR-6118 (ABNT, 1982), sendo:

• matéria orgânica (expressa em oxigênio consumido) 3mg/l.

• resíduo sólido 5.00mg/l.

• sulfato (expressos em íons SO4) 300mg/l.

• cloretos (expressos em íons Cl-) 500mg/l.

• açúcar 5mg/l.



3.7. DOSAGEM Entende-se por dosagem racional do concreto o estudo da proporcionalidade dos materiais

para atender:

• à resistência característica do concreto (fck); aos parâmetros de “durabilidade” (por

exemplo: absorção de água < 8%, capilaridade < 8 cm, penetração de água < 6 cm etc.);

• às técnicas de execução: lançamento e adensamento;

• ao custo.

O traço de concreto obtido através do estudo de dosagem deverá apresentar a menor

retração possível, pois isto conduzirá a uma maior aderência entre o concreto e o substrato,

entre as camadas do projetado (1ª e 2ª fase), e menor fissuração (aumento da durabilidade).

Para reduzir a retração deve-se reduzir o teor de finos (menor teor de pasta), menor relação

água/cimento, cimento mais grosso, boa compactação, ângulo de aplicação do concreto

projetado de 90º e cura.

As principais diferenças entre a dosagem dos concretos projetados e normais são com

relação ao consumo de cimento e dimensão máxima do agregado. A dimensão máxima

característica do agregado a ser utilizado deverá ser inferior a 12.5 mm. Traços contendo

pouco cimento (misturas pobres) aumentam a reflexão e diminuem a aderência.

4. CONCRETO PROJETADO COM ADIÇÕES

CONCRETO PROJETADO COM POLÍMERO Polímero é uma macromolécula formada pela combinação de monômeros. Os tipos mais

comuns de monômeros são o estireno e o metilmetacrilato. O polímero depende do

monômero usado, dos métodos de polirnerização e do processamento. Polimerização é a

reação de síntese que transforma um monômero em um polímero. Como exemplos de

polímeros têm-se o Epóxi, Estireno Butadieno (SBR), PVA, Acrílico etc.

O concreto polímero é todo concreto ao qual se adiciona um polímero se subdividindo em

três tipos principais:

a) concreto impregnado com polímero consiste em se executar o concreto de forma

convencional e depois de ele endurecido introduz-se um polímero;



b) concreto de resina consiste na mistura de resina com fíller e agregados (secos ou com

umidade de até 2%), ou seja, o aglomerante passa a ser o polímero.

c) concreto de cimento e polímero é a mistura de cimento, polímero, agregados e água.

Devido a seu efeito plastificante e adesivo, os polímeros permitem a redução da relação

água/cimento, melhoram a ligação pasta/agregados e reduzem a quantidade e diâmetro dos

poros. Desta forma há uma redução da permeabilidade, da absorção, um aumento na

resistência à ação dos agentes agressivos (cloretos, gás carbônico etc.). Desta forma, os

principais objetivos do uso de polímero no concreto projetado são:

!"redução da permeabilidade do concreto;

!"redução da absorção de água;

!"redução da reflexão, devido a melhora na ligação pasta/agregados;

!"aumento da resistência aos agentes agressivos;

!"redução da retração por secagem, devido a redução na relação água/cimento;

!"não há necessidade de cura úmida ou com produtos de cura (química);

!"cura ao ar, pois o aumento de umidade há uma piora em seu desempenho.

Há alguns polímeros que não resistem à ação do meio alcalino, formando ácido e outros

produtos. O ácido interfere na hidratação do cimento, produzindo um concreto menos

resistente. Deve-se verificar a compatibilidade entre o tipo de cimento e o polímero, pois

existem polímeros cujo uso não é compatível com cimento pozolânico (CP IV).

No Brasil foram realizados alguns ensaios com o uso de polímeros. Silva (1997) cita como

exemplo de comparação entre um traço com e sem polímeros (CS) onde houve uma

redução de consumo de 60 kg de cimento/m3. Os resultados obtidos a 28 dias foram:

!"resistência à compressão axial = 35 MPa (25% maior que o CS);

!"absorção de água por imersão e fervura = 7,2% (20% menor que o CS);

!"absorção de água por capilaridade = 25 mm;

!"penetração de água sob pressão = 30 mm;

!"módulo de deformação estática = 29,9 GPa;

!"resistência à tração por compressão diametral = 3,3 MPa;

!"índice de reflexão foi igual ao do concreto sem polímero.



A pressão e a vazão da bomba foram, respectivamente, de 5 kgf/cm2 e 4 m3/h. A aplicação

foi realizada por um equipamento de projeção por via úmida, equipada com robô. O

polímero empregado foi o acrílico.

O teor mínimo recomendado de polímero sobre a massa de cimento é de 6%. O teor ideal

deverá ser determinado em testes práticos na obra, levando-se em consideração o

custo/beneficio (atendimento aos parâmetros especificados). Apesar de tudo exposto o

concreto projetado com polímeros não é, comumente, usado no Brasil, necessitando de

maiores pesquisas.

CONCRETO PROJETADO COM SÍLICA ATIVA

Entende-se por concreto projetado com sílica ativa a mistura de cimento, areia, pedrisco,

água, aditivos plastificantes e superplastificantes (para via úmida somente) e sílica ativa. A

sílica ativa é um material com propriedades pozolânicas, em forma de pó, cuja coloração

varia de branco a cinza dependendo do teor de sílica. Este material é constituído com no

mínimo 85% de sílica amorfa que o torna mais reativo (SiO2 não cristalizado). É obtida em

fornos a alta temperatura (2.000º C), quando o quartzo perde a sua estrutura cristalina. Não

adianta tentar obtê-la apenas moendo o quartzo, pois desta forma não se consegue destruir

a sua estrutura cristalina e o produto resultante não é reativo (ele não é amorfo).

A finura real de um material em forma de pó (superfície específica blaine), para o cimento

Portland brasileiro varia entre 320 m2/kg e 500 m2/kg, enquanto para a sílica ativa é da

ordem de 20.000 m2/kg.

A sílica ativa pode ser fornecida na formas densificada, não densificada e de lama

(misturada com água). O processo de densificação consiste na aglomeração e formação de

pequenos nódulos de sílica ativa. A massa unitária da não densificada está compreendida

entre 300 kg/m3 e 400 kg/m3, enquanto para a densificada é de 600 kg/m3. Para o concreto

projetado só se utiliza a não densificada.

A sílica ativa modifica as propriedades do concreto projetado, devido aos efeitos de

microfiller e pozolânico, sendo estes:



EFEITO DE MICROFILLER ⇒ efeito de redução no diâmetro dos poros do concreto

(reduzindo sua permeabilidade), devido à elevada finura da sílica ativa.

EFEITO POZOLÂNICO ⇒ reação entre a sílica ativa e a cal hidratada do cimento (Ca

(OH)2), formando C-S-H (silicato de cálcio hidratado). O C-S-H é o composto responsável

pela resistência do cimento e de sua aderência aos agregados. Desta forma a sílica ativa

aumenta a resistência do concreto, devido a uma melhora na ligação pasta/agregado e no

aumento da resistência da pasta de cimento. Há um aumento na durabilidade do concreto,

pois o teor de Ca (OH)2 é menor e o tamanho dos poros é reduzido.

Para uma mesma relação água / (cimento + sílica ativa) pode haver uma queda de

resistência, caso ocorra segregação de material. Esta segregação é devida a um excesso de

aditivo superplastificante.

4.1.1 OBJETIVOS DO USO DA SÍLICA ATIVA

Os principais objetivos do uso de sílica ativa no concreto projetado são:

!"redução da reflexão;

!"aumento da espessura da camada projetada;

!"redução da permeabilidade;

!"aumento da resistividade elétrica volumétrica;

!"aumento da durabilidade em ambientes agressivos;

!"aumento da resistência inicial e final;

!"aumento da aderência a substratos úmidos.

A redução da reflexão e da retração é devido à elevada superfície específica da sílica ativa,

que aumenta a coesão da pasta de cimento, ficando incorporada maior quantidade de

agregados ao substrato.

A redução da permeabilidade é devido a uma redução dos diâmetros dos poros do concreto

projetado quando da adição de sílica ativa, isto é a formação de uma zona de transição

menos porosa. Verifica-se através do ensaio de penetração de água sob pressão uma



dificuldade para passagem de líquido. Devido a isto, também, maior é a dificuldade de

penetração de agentes agressivos, como o cloreto.

A resistividade elétrica volumétrica é aumentada devido à maior dificuldade de passagem

de corrente elétrica na interface concreto/aço e através do próprio concreto.

Como o teor de Ca (OH)2 disponível é menor, há maior resistência química à ação das

águas sulfatadas (sulfatos).

A sílica ativa retém os álcalis do cimento, reduzindo os riscos de uma reação de agregados

reativos com o cimento (reação álcali-agregado).

O aumento na resistência inicial e final é muito mais significativo no concreto projetado

via úmida que no via seca. Conforme ensaios realizados, resistência à compressão axial na

projeção via seca há um aumento de até 10% e na via úmida o acréscimo pode ser de 50%.

Quando se adiciona sílica ativa, existe o aumento da aderência do concreto projetado em

substratos úmidos, devido à baixa exsudação do concreto projetado com sílica ativa.

O teor de sílica ativa recomendado está compreendido entre 5% e 10%, sendo o valor de

8% o mais usual. O uso de um aditivo superplastificante acelerador ou normal (nunca um

superplastificante retardador), sempre se faz necessário quando o processo de projeção é

por via úmida. O teor de aditivo acelerador pode ser reduzido de 0,5% a 1,0% em relação

ao concreto projetado sem sílica ativa.

A colocação da sílica ativa na betoneira pode ser feita junto com os outros materiais na

correia transportadora (coberta por uma lona), em forma de lama (na obra) ou misturada

com o cimento (que é a forma mais prática).

CONCRETO PROJETADO COM FIBRA

O concreto é um material que apresenta excelente resistência à compressão (fck) e baixa

resistência à tração (ftk = fck/10). O concreto se retrai (retração plástica, por secagem, etc.) e



caso a tensão de tração (σt) for maior que ftk, ele fissura. Para aumentar o valor de ft

adicionam-se ao concreto compósitos como fibras de aço, telas ou fibras de base orgânica.

Os materiais compósitos vêm sendo utilizados na construção civil desde a antiguidade.

Mais recentemente surgiram novos possibilidades tecnológicas como os concretos

reforçados com fibras de aço. A adição de fibras de aço aos concretos minimiza o

comportamento frágil característico do concreto. Ele passa a ser um material pseudo-dúctil,

ou seja, continua apresentando uma resistência residual a esforços nele aplicados mesmo

após sua fissuração. A alteração do comportamento é função das características das fibras e

da matriz de concreto e da sua interação. Com isto o material passa a ter exigências

específicas para seu controle da qualidade, dosagem e mesmo aplicação, diferentes do

concreto convencional. Ao mesmo tempo, as possibilidades de aplicação do material são

ampliadas. Para algumas aplicações o concreto projetado com fibras apresenta vantagens

tecnológicas e econômicas em relação ao convencional, como é o caso do revestimento de

túneis, dos pavimentos e dos pré-moldados.

Vale salientar que deve haver uma grande compatibilidade entre a fibra e a matriz,

podendo se esperar uma durabilidade satisfatória do conjunto. Isto não acontece com a

utilização de fibras de vidro em matrizes cimentícias. Neste caso ocorre a natural

deterioração da fibra por parte dos álcalis do cimento, o que demanda a utilização de uma

fibra especial, resistente a álcalis.

Além das fibras de aço também são aplicadas as de base orgânica que podem ser sintéticas

ou de origem vegetal, como a palha, fibras de cisal, as casca de coco e as de celulose. Elas

são empregadas na produção de componentes como tijolos, telhas e cochos. Estas fibras

apresentam o problema de garantia de durabilidade satisfatória quando aplicadas em meios

alcalinos, como é o caso das matrizes de base de cimenticia. No entanto, podem

representar uma alternativa muito interessante para a construção no meio rural ou até de

habitações populares onde as exigências de desempenho não são muito elevadas.

Um compósito que tem tido um aumento no volume de aplicação, inclusive no Brasil, são

as argamassas e concretos reforçados com fibras sintéticas (polipropileno e nylon). No

Brasil, existem representantes comerciais e fabricantes destas fibras. Um ganho apreciável

de desempenho quanto ao controle de fissuração por retração plástica foi observado para



argamassas de reparo (Figueiredo, 1998), onde o baixo módulo de elasticidade das fibras é

suficiente para inibir a propagação das fissuras. Quando o módulo de elasticidade da matriz

é maior as fibras de polipropileno tendem a apresentar uma limitada capacidade de reforço.

Isto se deve ao fato dos cimentos atuais, em conjunto com os aditivos aceleradores de pega

e redutores de água, propiciarem um elevado ganho de resistência inicial e do módulo de

elasticidade. Com isto, as fibras de baixo módulo só têm possibilidade de atuar como

reforço num curto espaço de tempo após o lançamento, onde a cura bem feita já garante os

bons resultados. Resumidamente, os tipos de fibra existentes podem ser compostos de:

!"aço;

!"vidro;

!"ferro fundido (Fe, Cr, C, Si);

!"plástico (polipropileno e nylon);

!"carbono.

Suas principais características são:

!"fibras de vidro podem ser destruídas pela elevada alcalinidade da pasta de cimento do

concreto, além de uma possível reação entre os álcalis do cimento e a sílica da fibra;

!"fibras de plástico dão bons resultados no combate a retração plástica, mas não

aumentam a tenacidade do concreto devido ao seu baixo módulo de deformação estático;

!"fibras de carbono dão bons resultados, porém não são usadas devido ao seu custo;

!"fibras de aço são as mais utilizadas.

Existem diversos fabricantes e com diferente geometria. A qualidade da fibra é maior

quanto maior forem os parâmetros, a seguir :

!"resistência ao escoamento;

!"fator de forma r (relação entre o comprimento L e o diâmetro equivalente ∅∅∅∅ e.):

$" fibra de seção circular ⇒ o diâmetro do círculo é o ∅∅∅∅ e;

$" fibras de seção quadrada ou retangular ⇒ ∅∅∅∅ e hb.1284,1 ×= ( b= largura e h= altura);

!"capacidade de ancoragem.

A função do reforço com fibra de aço é oferecer ao concreto projetado maior ductilidade e

menor possibilidade de ruptura frágil. A distribuição não uniforme das deformações de

grande magnitude, pode sobrecarregar e levar a ruptura o sistema de suporte, a menos que



o sistema tenha suficiente ductilidade para acomodar às deformações e redistribuir o

carregamento uniformemente. A Figura 10 mostra alguns tipos de fibras de aço.

Figura 10 – Tipos de fibras de aço (modificado – Figueiredo, 2000).

4.1.2 INTERAÇÃO FIBRA-MATRIZ As fibras de aço, quando adicionadas ao concreto, dificultam a propagação das fissuras

devido o seu elevado módulo de elasticidade. Pela capacidade portante pós-fissuração que

o compósito apresenta, as fibras permitem uma redistribuição de esforços no material

mesmo quando utilizada em baixos teores. Isto é particularmente interessante em estruturas

contínuas como os pavimentos e os revestimentos de túneis (Figueiredo, 2000). Para

visualizar este comportamento deve-se lembrar que o concreto, por ser um material frágil,

é susceptível a concentração de tensões quando do surgimento e propagação de uma fissura

a partir do aumento da tensão a ele imposta.

No caso do concreto simples quando existe uma fissura, ela representa uma barreira à

propagação de tensões, diagramadas pelas linhas de tensão, conforme o apresentado na

Figura 11. Este “desvio” irá implicar numa concentração de tensões na extremidade da

fissura e, no caso desta tensão superar a resistência da matriz, teremos a ruptura abrupta do

material. Caso o esforço seja cíclico, pode ocorrer uma ruptura por fadiga, ou seja, para

1.12

0.25

2.75

0.50

1.35

0.50

0.53

0.45

d = 0.528

25

32.5

32.5

25.5

L = comprimento (Seção Transversal)



cada ciclo há uma pequena propagação das microfissuras e um aumento progressivo na

concentração de tensões em sua extremidade até o momento da ruptura do material. Assim,

a partir do momento em que se abre a fissura no concreto, ele rompe abruptamente,

caracterizando um comportamento frágil. Ou seja, não existe nenhuma capacidade

resistente do concreto fissurado.

Quando se adicionam fibras ao concreto, estas atuam como ponte de transferência de

tensões pelas fissuras, minimizando a concentração de tensões nas extremidades das

mesmas, conforme o ilustrado na Figura 12. Ocorre uma redução da propagação das

fissuras passando o concreto a ter um comportamento pseudo-dúctil, ou seja, apresenta

uma certa capacidade portante pós-fissuração. Deve-se ressaltar que o nível de tensão que a

fibra consegue transferir pelas fissuras depende de uma série de aspectos como o seu

comprimento e o volume de fibras.

Figura 11 – Esquema de tensões no concreto sem fibras (modificado – Figueiredo, 2000).



Figura 12 – Esquema de tensões no concreto com fibras (modificado – Figueiredo, 2000).

4.1.3 VOLUME CRÍTICO DE FIBRA

O volume crítico corresponde ao teor de fibras que mantém a mesma capacidade portante

para o compósito, a partir da ruptura da matriz. Isto significa que abaixo do volume crítico,

no momento em que haja a ruptura da matriz, ocorre necessariamente uma queda na carga

que o material tem capacidade de suportar. Acima do volume crítico, o compósito continua

aceitando níveis de carregamentos crescentes mesmo após a ruptura da matriz. Este

conceito se encontra ilustrado na Figura 13 onde são apresentadas curvas de carga por

deslocamento em corpos de prova prismáticos de concretos com fibras rompidos à flexão.

Existe um trecho elástico linear inicial, correspondente ao estágio pré-fissurado da matriz

do compósito e outro, similar a um patamar de escoamento, onde se pode diferenciar o

comportamento do concreto reforçado com teores abaixo, acima e igual ao volume crítico.



A determinação do volume crítico (Vfcrit) é baseada na modelagem proposta por Aveston,

Cupper e Kelly (1971), citada em Figueiredo (2000), que focaliza um compósito ideal, com

fibras contínuas e alinhadas à direção do esforço principal. Segundo Figueiredo (2000), o

Vfcrit tem um teor de cerca de 0,4% em volume para a fibra de aço e em torno de 0,8% para

a fibra de polipropileno, o que não é verificado nas condições práticas. Esse modelo não

representa com precisão a realidade porque as fibras são descontinuas e distribuídas

randomicamente.

Figura 13 – Curva de carga versus deslocamento (modificado – Figueiredo, 2000).

Para corrigir estes desvios são normalmente utilizados os chamados fatores de eficiência,

que permitem uma maior aproximação do Vfcrit teórico e aquele obtido experimentalmente.

Os fatores de eficiência considerados são basicamente dois: o η1 e o η2. O valor de η1

está associado ao efeito da orientação da fibra e o η2 ao comprimento da fibra.

Corrigindo o valor de Vfcrit de 0,4% para compósitos de matriz de concreto reforçado com

fibras de aço orientadas em duas direções, que é o normalmente esperado para o concreto

projetado, tem-se o valor sendo:

Vfcrit corrigido = Vfcrit/η1 = 0,3 1/0,375 = 0,83 %



4.1.4 COMPRIMENTO CRÍTICO DA FIBRA

O comprimento crítico de uma fibra é definido como aquele que permite a fibra

desenvolver uma tensão no seu centro igual à sua tensão de ruptura do sistema. Este

modelo baseia-se no conceito de que a transferência de tensão entre a matriz e a fibra

aumenta linearmente dos extremos para o centro da fibra. Então, a tensão máxima ocorre

quando a tensão a que está submetida à fibra se iguala à tensão de cisalhamento entre a

fibra e a matriz. O fator de eficiência η2 está associado à redução de desempenho

provocada pelo fato de se utilizar fibras descontínuas de comprimento reduzido. Este fator

é determinado através do estabelecimento do comprimento crítico (Lc). Na Figura 14 são

apresentadas as situações possíveis de distribuição de tensão na fibra em relação ao

comprimento crítico (Lc), sendo L o comprimento da fibra. Desta forma, estabelece-se:

a) Se L= Lc ⇒ a fibra terá na região média do seu comprimento uma tensão igual à sua

tensão de ruptura;

b) Se L< Lc ⇒ a carga de arrancamento advinda do comprimento embutido na matriz não

é suficiente para produzir uma tensão que supere a resistência da fibra. Com o aumento da

deformação e da abertura da fissura, a fibra que está atuando como ponte de transferência

de tensões pela fissura e será arrancada do lado que possuir menor comprimento embutido.

Este é o caso encontrado em fibras de aço no concreto de baixa e moderada resistência;

c) Se L> Lc ⇒ Quando se tem um concreto de elevada resistência mecânica, melhora-se a

condição de aderência entre a fibra e a matriz e, nestes casos, é possível ultrapassar o valor

do comprimento crítico causando rupturas de algumas fibras.



Figura 14 – Distribuições possíveis de tensão ao longo e uma fibra em função do

comprimento crítico (modificado – Figueiredo, 2000).

Aplicando-se os fatores de correção do volume crítico os teores de fibras necessários para a

manutenção da capacidade portante do concreto reforçado com fibras de aço subirão para

algo em torno de 1%, o que é mais que o dobro do previsto pelo modelo de Aveston,

Cupper e Kelly (1971). No caso das fibras de polipropileno o volume crítico será ainda

maior, pois seu módulo de elasticidade e resistência última é bem menor que do aço. Com

isto, tem-se como premissa que na maior parte dos casos trabalhar-se-á com volumes de

fibra abaixo do volume crítico para o reforço do concreto. Desta forma, a principal

contribuição destas fibras se dará no comportamento pós-fissuração da matriz, pois serão

responsáveis pela redução da propagação das fissuras .



4.1.5 CONSIDERAÇÕES PRÁTICAS Pode-se concluir, pelas análises acima que quanto mais direcionadas as fibras estiverem

em relação ao sentido da tensão principal de tração, melhor será o desempenho do

compósito. Como consequência prática, recomenda-se a utilização de fibras, cujo

comprimento seja igual ou superior ao dobro da dimensão máxima característica do

agregado utilizado no concreto. Em outras palavras, deve haver uma compatibilidade

dimensional entre agregados e fibras de modo que estas interceptem com maior frequência

a fissura que ocorre no compósito. Esta compatibilidade dimensional possibilita a atuação

da fibra como reforço do concreto e não como reforço da argamassa do concreto. Isto é

importante pelo fato da fratura se propagar preferencialmente na região de interface entre o

agregado graúdo e a pasta para concretos de baixa e moderada resistência mecânica.

Assim, a fibra que deve atuar como ponte de transferência de tensões nas fissuras deve ter

um comprimento tal que facilite o seu correto posicionamento em relação à fissura, ou seja,

superior a duas vezes a dimensão máxima do agregado. Na Figura 15 representa-se um

concreto com compatibilidade dimensional entre agregado e fibra e na Figura 16 outro

onde isso não ocorre. Percebe-se que, quando não há esta compatibilidade, poucas fibras

trabalham como ponte de transferência de tensões na fissura. Duas alternativas são

empregadas de maneira a otimizar a mistura de concreto com fibras: ou se reduz a

dimensão máxima característica do agregado, ou se aumenta o comprimento da fibra.

Figura 15 – Concreto com compatibilidade dimensional entre a fibra e o agregado graúdo

(modificado – Figueiredo, 2000).



Figura 16 – Concreto sem a compatibilidade dimensional entre a fibra e o agregado graúdo

(modificado – Figueiredo, 2000).

4.1.6 CONTROLE DO CONCRETO COM FIBRAS

4.3.5.1. TENACIDADE

Para os compósitos, a definição mais aceita define a tenacidade como sendo a área sob a

curva carga por deslocamento (Figueiredo, 2000). Ou seja, o trabalho dissipado no material

ou a energia absorvida pelo material, em Joules, até um certo nível de deslocamento. Tal

valor é o utilizado na avaliação dos compósitos e possui a desvantagem básica de depender

das dimensões do corpo-de-prova, bem como do sistema de aplicação dos esforços.

Um dos métodos mais usados para o concreto é o ASTM C1018 (1994) proposto pela

American Society for Testing and Materiais (ASTM), normalmente aplicado em conjunto

com o método ASTM C78 (1984) para determinação da resistência à tração na flexão do

concreto. Este ensaio é muito similar, com relação à metodologia, ao ensaio prescrito pela

Japan Society of Civil Engineers (JSCE-SF4, 1984), alterando-se os critérios de medida do

trabalho pósfissuração do concreto. Ambos são realizados ensaios em corpos-de-prova

prismáticos carregados segundo quatro cutelos. Além destes métodos existem os propostos

pela EFNARC (European Federation of Producers and Applicators of Specialist Products

for Structures) (EFNARC, 1996) que são dois: um de punção de placas e outro de tração

na flexão com corpo-de-prova prismáticos. Todos estes métodos forma citados em

Figueiredo (2000). Os objetivos do ensaio de tenacidade são:



!"controle da qualidade do concreto projetado com fibra;

!"diferenciar os tipos de fibra;

!"diferenciar os teores de fibra.

Ao se moldar placas, ou mesmo durante o acompanhamento tecnológico, deverá ser

determinado o teor de fibra incorporada (Ti) à estrutura. Este parâmetro é expresso por:

PaMuPfTi .= (kg/m3)

Onde:

Mu = a massa unitária do concreto fresco em kg/m3 (soma dos consumos de materiais/m3);

Pa = peso de uma amostra da estrutura (kg);

Pf = quantidade de fibra contida na amostra (kg).

AASTM-C1018 define os índices de tenacidade (I5, I10, I30), Figura 17, como sendo:

a) OABárea

OACDáreaI =5 (I5 ≥ 3,5);

b) OABárea

OAEFáreaI =10 (I10 ≥ 5,0);

c) OABárea

OAGHáreaI =30 (I30 ≥ 14,0);

Figura 17 – Curva da carga x deslocamento (modificado – Silva, 1997).



A função das fibras é aumentar a tenacidade, para resistir a cargas e deslocamentos

previstos ou não, dependendo dos seguintes fatores:

!"do fator de forma da fibra (r =L/φ);

!"da quantidade de fibra (kg) por m3 (volume);

!"do tipo de fibra.

Quanto maior o valor de r, maior será a tenacidade do concreto. Entretanto, o valor de L

deverá ser menor ou igual a 60% do diâmetro do mangote. Quanto maior a quantidade de

fibra/m3 (volume), maior será a tenacidade do concreto. Entretanto, um excesso de fibra

pode tornar difíceis os processos de mistura, transporte e projeção. O volume de fibra

recomendado está compreendido entre 30 kg/m3 e 65 kg/m3. O valor mais usual é da ordem

de 40 kg/m3. O empelotamento de fibras pode ser devido à alta relação L / Ø ou elevado

consumo de fibra. A mistura inadequada sempre causa o empelotamento de fibras.

4.3.5.2. TRABALHABILIDADE E MISTURA

Apesar do melhor desempenho conferido pelas fibras no que se refere à contenção da das

fissuras, quando o concreto se encontra no estado endurecido, a adição de fibras altera a as

condições de consistência do concreto e a sua trabalhabilidade. Isto ocorre porque ao se

adicionar à fibra ao concreto está se adicionando também uma grande área superficial que

demanda água de molhagem. Assim, tem-se uma menor quantidade de água disponível

para fluidificar a mistura.

Devido a isso, quanto menor for o diâmetro da fibra, maior será a influência da mesma na

perda de fluidez da mistura. De maneira similar, fibras mais longas atuam na consistência

do concreto. Tais parâmetros podem ser representados em conjunto através do conceito do

fator de forma que consiste na relação entre o comprimento da fibra e o diâmetro da

circunferência com área equivalente à sua seção transversal. Assim, quanto maior for o

fator de forma maior será o impacto na trabalhabilidade do concreto. Por estas razões,

aponta-se a adição da fibra como um elemento redutor da trabalhabilidade dos concretos,

podendo ocasionar prejuízos à sua compactação e à sua durabilidade e desempenho

mecânico incluindo aí a própria tenacidade.



Vale salientar que as informações dadas acima precisam ser analisadas a luz dos pelos

métodos de medida indireta da trabalhabilidade. O American Concrete Institute (ACI)

recomenda três diferentes métodos para a avaliação.

O primeiro e o mais simples é o abatimento do tronco de cone, o qual pode não apresentar

capacidade de medida da consistência do concreto quando o teor de fibras é elevado. O

segundo método é o que mede a fluidez do concreto com fibras submetido à vibração e

forçado a descer por um cone de abatimento invertido (ASTM C995-94), como mostra a

Figura 18. Há, ainda, a utilização do VeBe (ACI 211.3), Figura 19, para a determinação

dos parâmetros de trabalhabilidade do concreto com fibras.

Num estudo realizado por CECCATO (1998), citado em Figueiredo (2000), demonstrou-se

que o ensaio com o cone invertido não é adequado para a avaliação da trabalhabilidade de

concretos reforçados com quaisquer teores de fibra. Isto aconteceu por duas razões:

a) se o concreto é muito plástico acaba passando pela extremidade inferior aberta do cone

invalidando o ensaio;

b) se o concreto é muito coeso acaba por entupir a mesma extremidade inferior de modo a

impossibilitar a obtenção de qualquer resultado do ensaio.

Estudos realizados na EPUSP comprovaram que as adições de baixos teores de fibras

alteram as condições de trabalhabilidade, sem reduzir a compactação do material (Ceccato,

Nunes (citados em Figueiredo, 2000) e Figueiredo, 1997). Ceccato (1998) demonstrou que,

para teores de fibra inferiores a 60 kg/m3, o ensaio do abatimento do tronco de cone se

mostrou adequado para a medida da consistência de concretos com fibras. O mesmo

pesquisador comprovou experimentalmente a influência do teor da fibra e do fator de

forma na trabalhabilidade do material. Na Figura 20 se encontra apresentado o gráfico

obtido no ensaio VeBe de concretos reforçados com fibras de diferentes fatores de forma e

em vários teores. Nota-se claramente que à medida que se aumenta o teor de fibras,

aumenta-se o tempo de compactação dado pelo VeBe, devido à maior coesão do material.

Este aumento é mais intenso quanto maior for o fator de forma da fibra utilizada.



Figura 18 – Equipamento para o ensaio do cone invertido (modificado – Figueiredo, 2000).

Figura 19 – Equipamento para o ensaio do VeBe (modificado – Figueiredo, 2000).



Figura 20 – Influência do fator de forma das fibras (modificado – Figueiredo, 2000).

Outro problema associado à aplicação dos concretos com fibras é o aparecimento dos

chamados ouriços. Estes são bolas formadas por fibras aglomeradas como a apresentada na

Figura 21. Neste caso serão produzidos uma redução do teor de fibra homogeneamente

distribuída e um ponto fraco (poroso), no local onde o mesmo se alojar. No caso do

concreto projetado estes ouriços produzem entupimentos de mangote, com sérios riscos à

operação do processo.

A formação dos ouriços é associada à mistura inadequada do material. As fibras de maior

fator de forma produzem um maior risco de embolamentos. Quando a fibra é adicionada à

betoneira de maneira descuidada, virando-se o saco ou caixa de fibras de uma só vez, o

risco é muitas vezes maior. Assim, recomenda-se lançar a fibra em taxas controladas junto

com os agregados, homogeneizando a mistura antes do lançamento do cimento.

Figura 21 – Ouriço formado por fibras de aço (modificado – Figueiredo, 2000).



4.3.5.3. RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO

Vários estudos já foram feitos para avaliar se a adição de fibras ao concreto altera a

resistência à compressão do mesmo e não há um consenso entre os resultados. Alguns

trabalhos apontam uma redução nos valores obtidos para a resistência à compressão como

uma conseqüência da má compactação obtida com o material. Porém, como as fibras

atuam como ponte de transferência de tensões pelas fissuras, sejam elas produzidas por

esforços de tração ou cisalhamento como ocorre no ensaio de compressão, o concreto

também apresentará um ganho quanto à tenacidade, isto é, haverá um maior consumo

energético após a fissuração do material.

Da mesma forma que a tenacidade medida no ensaio de tração na flexão, a tenacidade

medida na compressão e o controle da fissuração apresentarão um ganho quando da

utilização de um teor maior de fibras, ou mesmo fibras com maior fator de forma. Em seu

estudo experimental ZANGELMJ Jr. (1999), citado por Figueiredo (2000), não encontrou

variações significativas nas características elásticas e mesmo os valores de resistência do

concreto quando do aumento do teor de fibras.

O gasto energético pós-fissuração por compressão apresenta diferenças em função de um

direcionamento preferencial da fibra. No concreto projetado, existe uma clara tendência ao

direcionamento preferencial da fibra, segundo o plano de projeção. Tal efeito induz a uma

anisotropia para o material no que se refere ao consumo energético. pós-fissuração. Assim,

se o concreto for comprimido no sentido perpendicular ao plano de projeção apresentará

um maior gasto energético pós-fissuração do que o concreto comprimido no sentido

paralelo ao plano de projeção.

4.3.5.4. FADIGA

A fadiga é a ruptura de um material devido a um carregamento cíclico, em um nível de

tensão inferior ao determinado durante o ensaio estático. Este efeito ocorre devido à

propagação das microfissuras existentes no concreto. A cada ciclo as fissuras tendem a se

propagar diminuindo a área útil para transferência de tensão. Quanto mais próxima à carga

estiver da correspondente à resistência do material, menor será o número de ciclos

necessários para se atingir a ruptura do concreto.



As fibras atuam como ponte de transferência de tensão pelas fissuras e reduzem a

propagação das mesmas. O trabalho da estrutura de concreto ocorre com um maior número

de ciclos ou mesmo com um maior nível de tensão para a mesma vida útil.

Deve-se ressaltar, então, que o concreto com fibras de aço, mesmo fissurado, continua

suportando esforços, devido o seu comportamento pseudo-dúctil. Mesmo pequenas

quantidades de fibras representam um ganho com relação à fadiga. Tal característica é

vantajosa em estruturas sujeitas a esforços cíclicos como caso dos pavimentos rígidos.

4.3.5.5. DURABILIDADE

Não existem provas técnicas de que à durabilidade do concreto aumente devido ao reforço

com fibras de aço. Isto se deve ao fato de se observar fibras oxidadas na superfície de

pavimentos e túneis, ou mesmo daquelas que se perdem durante a reflexão do concreto

projetado. No entanto, é conveniente citar que as fibras de aço não recebem nenhum

tratamento para evitar a corrosão, logo sua durabilidade é condicionada ao confinamento

no meio fortemente alcalino (pH em torno de 12,5) do concreto onde é apassivada.

Estudos reportados por Figueiredo (2000) envolvendo ensaios de durabilidade, mostraram

que as fibras no concreto apresentaram mínimos sinais de corrosão e nenhum efeito

deletério nas propriedades do concreto após sete anos de exposição a ataque de sais de

descongelamento. Assim, a corrosão das fibras na superfície do concreto está associada à

carbonatação do concreto que se inicia justamente nesta região mais próxima da atmosfera

e força a redução do pH. Quando o mesmo atinge o valor de 9 o aço é despassivado e

principia-se a corrosão. No entanto, isto vem a indicar a necessidade de previsão de um

recobrimento, que pode ser até uma camada de sacrifício que garantirá uma seção mínima

de trabalho para a estrutura durante a sua vida útil.

Deve-se ressaltar o fato de que as fibras restringem a propagação das fissuras no concreto.

Como consequência direta, tem-se um aumento da resistência à entrada de agentes

agressivos com o aumento da durabilidade da estrutura. Assim, espera-se que a estrutura

apresente um desempenho superior com relação à durabilidade com a utilização de fibras.

Helene (1986) aponta que a corrosão localizada, apesar de intensa e perigosa, é originada

quando os ânodos são de dimensões reduzidas e estáveis, sendo, portanto rara no concreto



armado. Tanto maior será a dificuldade de se encontrar uma diferença de potencial numa

armadura quanto menor forem suas dimensões.

4.3.5.6. RESISTÊNCIA AO IMPACTO

O ACI (1988), citado em Figueiredo (2000), baseado numa série de pesquisas, relata que a

resistência aos esforços dinâmicos é de 3 a 10 vezes maior no concreto reforçado com

fibras (esforços como cargas explosivas, queda de massas e cargas dinâmicas de

compressão, flexão e tração). Isto advém do fato de ser grande a quantidade de energia

dissipada no concreto com fibras, gerada no esforço de se arrancar à fibra da matriz para a

ruptura do material.

Existem várias formas diferentes de ensaios para medir a resistência aos esforços

dinâmicos. O mais simples destes métodos é o preconizado pelo ACI (1989), citado em

Figueiredo (2000). Ele consiste na queda de uma massa sobre uma esfera de aço apoiada

sobre um determinado ponto fixo do corpo de prova. O ensaio possui um carácter

qualitativo, servindo para avaliar o ganho de desempenho quando da adição de fibras de

aço. Existem limitações neste ensaio, incluindo sua grande variabilidade. Um outro ensaio

é a instrumentação da fissura que permite medidas de tenacidade, a dissipação de energia, a

resistência última e as deformações para diferentes taxas de carregamento ou deformação.

4.3.5.7. OUTRAS PROPRIEDADES E CARACTERÍSTICAS

A retração e a fluência são pouco afetadas pela adição de fibras. Como estes fenômenos

estão associados ao movimento de fluidos dentro do concreto, a fibra representa pouca ou

nenhuma restrição quando o concreto permanece não fissurado. No entanto, quando a

retração é restringida, as fibras podem proporcionar um beneficio no que se refere ao

controle da fissuração.

A erosão devido ao desgaste no atrito de pequenas partículas ou pelo trânsito de pessoas ou

veículos que não estão associados a esforços de impacto, pode ser até maior no concreto

reforçado com fibras. Isto ocorre pelo fato de se reduzir à quantidade total de agregado

graúdo no concreto reforçado com fibras, que são os responsáveis com relação ao

desempenho do concreto à abrasão.



A reflexão do concreto projetado com fibras pelo processo via seca é bem maior que pelo

processo via úmida. A reflexão de fibras é maior que a reflexão de concreto. A reflexão das

fibras depende de alguns itens, como:

!"do comprimento da fibra;

!"da espessura da camada de projetado;

!"da reflexão total;

!"da consistência do concreto;

!"do ângulo e distância de aplicação.

4.1.7 APLICAÇÕES 4.3.6.1. CONCRETO PARA PAVIMENTOS

Segundo Figueiredo (2000), o Brasil já se superou a marca dos dois milhões de metros

quadrados de pavimentos industriais executados com fibras de aço. Isto ocorre apesar de

alguns aspectos de sua tecnologia ainda carecem de desenvolvimento e popularização. Tal

popularização só ocorrerá quando se possuir uma normalização sobre o assunto

proporcionando uma maior confiabilidade. Porém, algumas vantagens tecnológicas são

inquestionáveis se comparadas ao uso das telas de aço soldadas:

!"inexistência da etapa de colocação das telas metálicas, reduzindo o tempo total o

número de operários necessários para a execução do pavimento.

!"redução de espaço na obra, uma vez que não é necessário estocar a armadura.

!"inexistência de espaçadores como nas telas metálicas;

!"reforço de toda a espessura de concreto do pavimento (deve-se usar concreto com

consistência adequada e sem excesso de vibração);

!"as fibras também permitem o corte das juntas de dilatação sem a necessidade de barras

de transferência pré-instaladas. Além disso, as fibras reforçam as bordas das juntas

minimizando o efeito de lascamento nessas regiões;

!"existe uma maior facilidade de acesso ao local da concretagem, podendo-se atingir o

local de lançamento do concreto com o caminhão betoneira, o que é impossível quando da

utilização de telas metálicas que impedem o livre trânsito de pessoas e equipamentos após

a sua instalação;

!"não representam restrição quanto à mecanização da execução do pavimento.



Esta tecnologia apresenta, também, certas limitações e desvantagens. Quando a fibra

minimiza a fissuração, ela aumenta o risco de empenamento do pavimento por retração

diferencial. Nestes casos, os cuidados relativos à cura são fundamentais. Mesmo após a

realização acabamento superficial, algumas fibras ficam na superfície da placa. Estas fibras

estarão susceptíveis à corrosão, que irá provocar o aparecimento de pontos de ferrugem

prejudicando o aspecto estético.

4.3.6.2. CONCRETO PROJETADO PARA TÚNEIS

O concreto projetado reforçado com fibras de aço é um dos recentes desenvolvimentos

alcançados para a execução do revestimento de túneis. Ele apresenta uma série de

vantagens quando comparado ao reforço da tela metálica. Algumas das vantagens

específicas do uso de fibras aço no concreto projetado destinado à execução do

revestimento de túneis estão listadas a seguir:

!"concreto projetado reforçado com fibras de aço pode ser aplicado imediatamente após a

escavação, diminuindo o risco de acidentes por desprendimento de parte do maciço;

!"a velocidade de execução do túnel é aumentada pela eliminação da fase de instalação

da cambota e tela metálica. No sistema tradicional, o ciclo completo de escavação de um

túnel de 50 m2 de área de seção transversal demanda mais de quatro horas. Com a

utilização de fibras isto pode ser reduzido a cerca de três horas. Deve-se salientar que este

procedimento irá acarretar uma maior exigência quanto à resistência inicial e maiores

riscos de ruptura do revestimento;

!"a execução de um revestimento de concreto projetado sem o uso de cambotas irá

produzir uma estrutura mais homogênea e reduzir a permeabilidade do material, bem como

a ocorrência de vazamentos localizados;

!"a utilização das fibras reduz a fissuração do revestimento primário (que sofre grandes

deformações iniciais devido ao maciço recém escavado) de concreto projetado;

!"a durabilidade do revestimento aumenta devido à redução da fissuração, que é o

caminho preferencial de entrada de agentes agressivos no túnel;

!"uma menor reflexão se deve a eliminação da tela e das irregularidades das cambotas.

!"a eliminação da cambota implica em uma redução do consumo de aço e dos riscos de

acidentes associados à sua locação.



4.3.6.3. OUTRAS APLICAÇÕES

Em concretos de alta resistência, onde se produz planos de ruptura extremamente regulares

por não contornarem os agregados, tem-se uma menor área de superfície de fratura e um

material mais frágil.

Em obras em que a estrutura está muito sujeita a esforços dinâmicos, como é o caso das

estruturas construídas em regiões com abalos sísmicos ou mesmo sujeitas à fadiga por

esforço cíclico é viável a utilização de concretos reforçados com fibras para se minimizar o

dano causado por estes esforços e minimizar a fissuração da estrutura. Isto garante uma

maior vida útil para o material da estrutura.

As construções militares são obras onde a resistência ao impacto é importante. Nelas existe

o risco de impactos provocados pelos mais variados projéteis. Há um enorme potencial do

concreto reforçado com fibras para este tipo de construção, pois o mesmo tem todas as

condições para proporcionar um desempenho superior ao do concreto armado.

A indústria de pré-moldados é outro campo de aplicação dos concretos com fibras devido à

maior velocidade de produção que seu uso proporciona. Isto advém do fato de eliminar a

fase de instalação da armadura nas formas previamente ao lançamento do concreto.

5. CONTROLE DO CONCRETO PROJETADO Um dos principais parâmetros da qualidade de um concreto é a resistência à compressão

em corpos-de-prova prismáticos, cúbicos ou cilíndricos de um traço de dosagem padrão.

Diversos métodos têm sido propostos para a previsão da resistência à compressão do

cimento ou do concreto, antes de decorrido o tempo necessário para atingir-se a chamada

idade de controle (geralmente 28 dias). Eles fornecem a resistência prevista em função de

um conjunto de características do cimento ou do concreto em questão, classificando-se em:

a) Métodos baseados em resistência obtida sob cura ou hidratação acelerada: acelerar-se as

reações de hidratação, geralmente através do aquecimento controlado dos corpos-de-prova;

inferem-se previamente relações entre os resultados dos ensaios sob cura acelerada e os

sob cura normal, que são empregadas na previsão das resistências em condições similares



às do estudo; subdividem-se em métodos de aquecimento imposto ao meio, métodos de

aquecimento autógeno (utilizando o próprio calor de hidratação do cimento), e de

aquecimento sob alta pressão; mais recentemente tem-se também acelerado as reações

quimicamente, misturando quantidade padrão de aditivo acelerador à mistura fresca.

b) Métodos baseados numa resistência sob cura normal à baixa idade: usa-se correlações

entre os resultados obtidos a uma baixa idade, sob cura normal, com resultados em corpos-

de-prova irmãos, à idade de interesse.

c) Métodos de correlação com outras características do cimento ou do concreto: são os

métodos que utilizam correlações previamente estabelecidas entre a resistência à

compressão e a composição química e a finura do cimento, a porosidade inferida pelo

conteúdo de ar e relação água/cimento da mistura fresca, o calor de hidratação e a

velocidade de propagação de ondas ultra-sônicas a baixas idades.

O Controle Tecnológico do Concreto consiste em verificar se os resultados obtidos

atendem ou não aos requisitos exigidos em projeto. Ele compreende o controle de

produção (durante a execução da obra) e de aceitação (atividades na fase final da obra).

O Controle de Produção compreende as seguintes atividades:

• análise dos materiais constituintes;

• estudos de dosagens;

• acompanhamentos de concretagem;

• ensaios de resistência à compressão axial do concreto projetado, tenacidade (no caso de

concretos com fibras) e “parâmetros de durabilidade”;

• análise dos dados de ensaio e emissão de relatórios técnicos conclusivos.

O Controle de Aceitação compreende as seguintes atividades:

• determinação da espessura do revestimento de concreto projetado, através de furos

executados neste concreto;

• inspecção visual, para verificar a existência ou não de fissuras e/ou carbonato de cálcio

(manchas brancas - lixiviação da cal do cimento);



• verificação da presença ou não de infiltrações de água, as quais possam prejudicar o

desempenho do concreto;

• extrações de corpos-de-prova, para determinação do fck e “parâmetros de durabilidade”

• análise dos dados de ensaio e emissão de relatórios técnicos conclusivos.

Silva (1997), sugere um critério para aceitação e rejeição da estrutura, onde a avaliação do

concreto projetado na superfície de aplicação será realizada mediante inspeção visual e

extração de corpos de prova da estrutura. O método é exposto a seguir:

1ª) Aceitação Automática

A estrutura será aceita se as condições de projeto (fck, fator de tenacidade, absorção de

água por imersão, capilaridade etc.) e de execução (fissuras com abertura inferior a 0,1

mm, inexistência de vazamentos, laminações, oclusão, sombra, etc.) forem satisfeitas.

2ª) Rejeição Parcial

a) Caso o fck est. for menor que o fck de projeto, deve-se rever o cálculo estrutural,

adotando-se fck = fck est. Reforçar o concreto ou substituí-Io, caso seja verificada a

necessidade.

b) Áreas ou regiões da superfície de aplicação que contenham concreto laminado com

oclusão ou sombra deverão ser reparadas, removendo-se o concreto de má qualidade.

c) Fissuras com aberturas superiores às especificadas em projeto deverão ser tratadas.

d) As infiltrações, bem como a lixiviação, deverão ser estancadas.

6. QUALIDADE DO CONCRETO PROJETADO

Após examinar vários aspectos das propriedades do concreto projetado pode-se afirmar

que um produto de qualidade pode ser obtido a partir de materiais convencionais e uma

equipe habilitada. Um dos pontos críticos em todo o processo é a mão de obra, que pode

tornar um material de qualidade em um repleto de falhas executivas. Neste cenário o

controle do processo de projeção é um dos itens de especial atenção, onde são

imprescindíveis o conhecimento, a habilidade e a experiência da equipe executora. Para o

sucesso da aplicação do concreto projetado apresenta-se uma síntese dos cuidados que

devem ser observados no processo na Tabela 5.



Tabela 5 – Síntese dos cuidados no processo de projeção (modificado Figueiredo, 1992).

ATIVIDADES COMENTÁRIOS

Formação e qualificação da mão-de-obra

A mão-de-obra deve receber formação adequada ou Ter experiência e habilidade comprovada por meio de teste. Deve ser verificado se os operários respeitam as regras de segurança e higiene no trabalho e, principalmente, se utiliza equipamento de proteção individual.

Verificação dos equipamentos - vazão e pressão de ar e água

Avaliação das condições de manutenção e ajuste dos mesmos: Pressão e vazão de ar comprimido, alimentação contínua e homogênea da mistura seca e aditivos, umidificação na intensidade ótima e com pressão acima da de ar comprimido.

Dosagem O encarregado deve conhecer os valores especificados na dosagem, suas tolerâncias e a freqüência de amostragem.

Materiais

As propriedades definidas a dosagem devem ser verificadas durante o recebimento das materiais. Os agregados devem ser armazenados sem riscos de contaminações e grandes variações no teor de umidade dos mesmos. Os aditivos devem ser conservados em lugar fresco e seco, sem contato com a luz solar. Antes da sua utilização, deve-se verificar a ocorrência ou não de cristalização.

Preparo da superfície A superfície deve estar limpa, isenta de material refletido, poeira, graxas, óleos e materiais provenientes do solo.

Mistura seca

Verificar, visualmente, as condições de homogeneização através da variação da cor (o que não deve ocorrer). Verificar, por reconstituição de traço, se o concreto misturado em central mantém o traço definido na dosagem.

Verificar os equipamentos: 1) ar comprimido, 2) bomba de água, 3) alimentadora, 4) máquina de projeção, 5) dosador de aditivos.

Caso a máquina de projeção esteja com sua cuba cheia deve-se inverter os itens 3 e 4, obviamente o item 5 só será efetuado no caso de aditivo líquido. No caso de aditivos em pó ele deve ocorrer concomitantemente com o item 3.

Ajustes iniciais - vazão e pressão de ar e água

Avaliação visual, realizada pelo mangoteiro e encarregado. A relação água cimento recomendada são: na parede de 0.4 a 0.6, no teto: de 0.6 a 0.8, com aditivos à base de aluminato: acima de 0.8. A alteração do ajuste da água ocorrerá com uma não conformidade nestes índices.

Direção do jato de concreto Dirigir o jato perpendicularmente ao plano de projeção, o que resulta em menor reflexão e maior compactação.

Movimento do bico de projeção

O bico deve receber movimentos circulares para homogeneizar o material projetado.

Distância do bico à superfície de aplicação

Deve permanecer no intervalo de 1 a 1.5 m, abaixo tem-se grande reflexão e dificuldade de visualização do trabalho e, acima aumenta-se a reflexão e diminui-se a compactação do concreto com risco de sombra.



Tabela 5 – Síntese dos cuidados no processo de projeção (modificado Figueiredo, 1992).

ATIVIDADES COMENTÁRIOS Manutenção de fluxo constante de mistura seca pelo mangote

Visa manter a umidade constante e evitar: poeira, maior reflexão, desplacamentos, escorrimentos, etc.

Entupimentos: no mangote, na linha d'água, na linha de aditivos.

Procedimento: interromper o processo de projeção e identificar o ponto de entupimento, iniciando a procura pelos estrangulamentos. Caso o problema ocorra na linha de aditivo líquido, deve-se remover todo o aditivo cristalizado.

Projeções em locais limitados por cantos

Iniciar da parte inferior da superfície para a superior e das bordas para o centro do espaço.

Desplacamento

Interromper o processo (prevenir acidentes) e determina-se a consistência, se baixa implica na avaliação do teor de umidade e de aditivos e sendo normal ou alta, na verificação de falhas na alimentação do aditivo, ocorrência de lentes de areia e espessuras exageradas.

Ocorrência de solavancos Eliminar as irregularidades internas do mangote, que produzem acúmulos e desprendimento dos materiais.

Fim de operação: alimentadora, dosador de aditivo, água e ar comprimido, limpeza da máquina de projeção.

Garantir que o mangote esteja limpo antes de se interromper o fluxo de ar. Em interrupção mais longa, desmontar e limpar a máquina de projeção, utilizando vassoura e ar comprimido.

Limpeza da máquina de projeção Toda a mistura seca deve ser removida.

Limpeza dos dosadores de aditivos

O equipamento deve permanecer isento de sobras de aditivo. No caso de aditivos líquidos, deve-se bombear água limpa pelo sistema até se garantir que esteja isento de aditivo.

Limpeza do mangote quando utilizada a pré-umidificação

Limpar cuidadosamente o bico de projeção e o dispositivo pré-umidificador, desconectando o mangote, principalmente concretos com micro-sílica e aditivos líquidos.

Defeitos localizados Corrigir falhas do mangoteiro, verificar se é qualificado.

Laminação Verificar se ocorrem variações de fluxo, escassez de água, excesso de aditivo, erros no direcionamento do jato ou ainda mistura seca não homogeneizada.

Falha superficial: Dunas Corrigir direcionamento do jato Manchas Verificar o teor de aditivo, Rugosidade Verificar se não há umidificação em excesso. Espessura da camada Verificar adequação dos gabaritos e espaçadores Cura Verificar se a cura está sendo executada adequadamente

Elevado coeficiente de variação

Verificar se há falhas na umidificação do material, como equipamento inadequado, intervenções constantes do mangoteiro, na alimentação e homogeneização do aditivo.



7. CONSIDERAÇÕES FINAIS

O concreto projetado pode ser controlado e dosado cientificamente, sem lançar mão de

traços empiricamente desenvolvidos. No entanto, muito ainda deve ser investido nesta

área. Com relação ao controle do concreto projetado sugere-se estudar métodos de

avaliação do material em laboratório, sem utilização do equipamento de projeção. Neste

caso, a avaliação dos aditivos aceleradores de pega e endurecimento é a mais promissora.

A dosagem do concreto em geral segue duas vertentes básicas: o atendimento aos

requisitos de desempenho quanto ao comportamento mecânico e quanto à durabilidade.

Existem estudos já executados abordando a via úmida deverão ser realizados outros

abordando a durabilidade do concreto projetado via seca. Devem ser ampliadas as análises

com novos materiais, incluindo aí os aditivos não alcalinos.

A utilização de aditivos não alcalinos vem sendo viabilizada na Europa e já chegaram ao

mercado brasileiro. Tais aditivos apresentam vantagens, como a ausência de cuidados

especiais durante a sua utilização, a melhoria das condições ambientais dentro do túnel e

não prejudicar a resistência do concreto a maiores idades. Estudos de compatibilidade

destes aditivos com o cimento são fundamentais para sua aplicação futura.

O desenvolvimento de fibras ou matrizes que possibilitem um nível de incorporação maior

durante o processo de projeção por via seca é um dos pontos importantes a serem

pesquisados no sentido de se viabilizar o sistema tanto a nível técnico como econômico. A

elevação do fator de forma forneceu um ganho de desempenho que merece estudos

específicos que abordem as condições de mistura e projetabilidade.

Devido às grandes dificuldades associadas ao estudo da via úmida muito deve ser feito em

matéria de pesquisa. Sua reologia, permite uma avaliação do comportamento do material

em laboratório, uma vez que é um concreto plástico e, em muito se assemelha aos

concretos bombeados. Por isso, métodos de análise de consistência e trabalhabilidade

devem ser estudados e correlacionados com as condições de obra. Isto deve ocorrer para o

concreto com o reforço das fibras de aço, da mesma forma que a utilização de aditivos

aceleradores.



Um dos grandes campos de estudo futuro para o concreto projetado via úmida trata da

utilização de novos aditivos. Neste aspecto, ressalta-se o surgimento de novos produtos

como os aceleradores não alcalinos e os inibidores de endurecimento. Eles possibilitarão

uma grande economia de cimento, uma vez que, estes aceleradores não produzem perda de

resistência a maiores idades, e os inibidores evitam a perda de trabalhabilidade.

A avaliação do comportamento do material na estrutura, pelo monitoramento da mesma.

Isto contribuirá para a obtenção de um melhor entendimento da interação entre o

revestimento de concreto projetado e o maciço, fundamental no processo de

dimensionamento dos túneis. Assim, seria possível obter a parametrização das exigências

de desempenho que partem do projeto de execução do túnel.



REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

ABNT (1993). Reconstituição de mistura recém projetada: NBR 13044. Associação Brasileira de Normas Técnicas, Rio de Janeiro. RJ. 2 p. ABNT (1994). Determinação de tempo de pega em pastas de cimento Portland com e sem aditivos aceleradores: NBR 13069. Associação Brasileira de Normas Técnicas, Rio de Janeiro. RJ. 2 p. ABNT (1994). Moldagem de placas: NBR 13070. Associação Brasileira de Normas Técnicas, Rio de Janeiro. RJ. 2 p. ABNT (1995). Concreto projetado – Determinação do índice de reflexão por medida direta – Método de ensaio: NBR 13317. Associação Brasileira de Normas Técnicas, Rio de Janeiro. RJ. 2 p. ABNT (1995) Concreto projetado – Determinação do índice de reflexão em placas – Método de ensaio: NBR 13354. Associação Brasileira de Normas Técnicas, Rio de Janeiro. RJ. 2 p. ABNT (1996). Qualificação de mangoteiro – via seca: NBR 13597. Associação Brasileira de Normas Técnicas, Rio de Janeiro. RJ. 2 p. ABNT (1999). Determinação da consistência pela agulha de Proctor: NBR 14278. Associação Brasileira de Normas Técnicas, Rio de Janeiro. RJ. 2 p. ABNT (1999). Aplicação do concreto projetado via seca: NBR 14279. Associação Brasileira de Normas Técnicas, Rio de Janeiro. RJ. 2 p. ESTE (2000). Catálogo técnico de concreto projetado. Este Industrial e Comercial Ltda. Cotia, SP. 2 p. FIGUEIREDO, A. D. (1992). Concreto projetado: fatores intervenientes no controle da qualidade do processo. Dissertação de Mestrado. Escola Politécnica, USP, São Paulo, SP, 284 p. FIGUEIREDO, A. D. & HELENE, P. R. L. (1993). Concreto projetado: o controle de processo de projeção. Boletim Técnico da Escola Politécnica da USP. Departamento de Engenharia Civil - BT/PCC/92. EPUSP, USP, São Paulo, SP, 34 p.



FIGUEIREDO, A. D. & HELENE, P. R. L. (1997). Concreto projetado com fibra de aço para túneis. Boletim Técnico da Escola Politécnica da USP. Departamento de Engenharia Civil – BT/PCC/181. EPUSP, USP, São Paulo, SP, 21 p. FIGUEIREDO, A. D. (1997). Parâmetros de controle e dosagem do concreto projetado com fibra de aço. Tese de Doutorado. Escola Politécnica, USP, São Paulo, SP, 342 p. FIGUEIREDO, A. D. (2000). Concreto com fibra de aço. Boletim Técnico da Escola Politécnica da USP. Departamento de Engenharia Civil – BT/PCC/260. EPUSP, USP, São Paulo, SP, 68 p. HELENE, P. R. L. (1986). Corrosão em armaduras para concreto armado. Editora Pini, São Paulo, SP, 95 p. ICE (1996). Sprayed concrete linings (NATM) for tunnels in soft ground – ICE design and practice guide. Thomas Telford Publishes. London, England, UK, 88 p. SILVA, P. F. A. (1997). Concreto projetado para túneis. Editora Pini, São Paulo, SP, 92 p.



APÊNDICE A – DADOS TÉCNICOS

As Figuras 22 e 28 apresentam utilizações e especificações técnicas dos equipamentos e

acessórios para o concreto projetado. Algumas de suas aplicações podem ser:

#"Revestimento de estruturas metálicas com produtos para proteção ao fogo; #"Encamisamento de estacas de madeira e recuperação de pontes de madeira; #"Construção de abóbadas, cúpulas para igrejas, estádios, auditórios, etc. #"Construção rápida de casas e prédios em núcleos residenciais #"Paisagismo em jardins, zoológicos, parque de diversões, cavernas turísticas; #"Restauração de construções antigas de alvenaria, com preservação da arquitetura original (teatros, igrejas, monumentos, escadas, pontes, aquedutos, etc.); #"Túneis, galerias de mineração e qualquer outro tipo de escavação subterrânea; #"Recuperação e recomposição de estruturas de concreto danificadas (por incêndio, ação do tempo, agentes químicos); #"Estabilização de solos e contenção de encostas; #"Construção de canais de irrigação e outros tipos de canais de adução de água; #"Controle de erosão (proteção de encostas e margens de rios), canaletas de drenagem; #"Aplicação de materiais refratários para revestimentos e reparos em fornos, chaminés; #"Escoramentos periféricos de infra-estruturas; #"Injeção de grafite para correção do teor de carbono (em fornos siderúrgicos); #"Revestimento de proteção ou recuperação de tanques, açudes, reservatórios e piscinas; #"Construção (in situ) de tubulações adutoras, silos, tanques de armazenamento de petróleo, de aeração de esgotos, caixas d’água elevada, etc;

Figura 22 - Reforço de Superestrutura, Conjunto residencial dos estivadores - BNH –

Santos, SP (Este, 2001).



(b) apóconcre

(a) antes do tratamento

Figura 23 – Secção em planta e aplicação de tela metáliccontenção de taludes na BR101/BA - Desenvale - Norber

66

s a aplicação da primeira camada de to projetado

(c) após a conclusão dos serviços

a e tirante monobarra de resina, para to Odebrech (Este, 2001).



Figura 24 – Concreto projetado para canal de irrigação, Fazenda Califórnia - Norberto

Odebrecht (Este, 2001).

Figura 25 – Contenção de talude com microestacas, concreto projetado e drenos,

Prefeitura municipal de Taboão da Serra /SP (Este, 2001).


Figura 26 – Contenção de talude com concreto prejetado e chumbadores, Mairinque/SP -

Fepasa/CBPO (Este, 2001).




Figura 27 – Equipamentos para o concreto projetado (modificado – Este, 2000).



Figura 28 – Acessórios dos equipamentos o concreto projetado (modificado – Este, 2000).

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Aposila Concreto Projetado