Concreto Projetado Reforçado com Fibras aplicado no ...· nas matrizes de concreto, ocasionando perda

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Concreto Projetado Reforado com Fibras aplicado no revestimento de encostas

Prof. Dr. Marco Antonio Carnio Faculdade Engenharia Civil / PUC Campinas, Campinas, So Paulo, Brasil. mac@puc-campinas.edu.br

Profa. Dra. Rosa Cristina Cecche Lintz Faculdade Engenharia Civil / PUC Campinas, Campinas, So Paulo, Brasil. rosacclintz@puc-campinas.edu.br

Resumo: A adio de fibras como reforo ao concreto tem por finalidade minimizar a fragilidade e melhorar sua tenacidade, permitindo a redistribuio das tenses atuantes e aumentando a capacidade suporte das sees. Recentemente, com o surgimento de novos tipos de fibras para adio aos concretos, torna-se pertinente atualizar a aplicao do Concreto Projetado Reforado com Fibras nos revestimentos de encostas, visando estudar a viabilidade de sua aplicao. Assim, este trabalho se prope, a partir de ensaios mecnicos realizados, apresentar o desempenho dos concretos reforados com fibras de ao e fibras de polipropileno para aplicao dessa soluo tecnolgica aos revestimentos de encostas.

Abstract: Adding fibers as reinforcement of concrete aims at minimizing its fragility and improving its tenacity, allowing acting strengths to be redistributed and increasing sections support capacity. Recently, with the appearance of new types of fibers to be added to concretes, it has become relevant to update the application of the Fiber-Reinforced Sprayed Concrete in coating slopes, in order to study its application feasibility. Thus, based on mechanical tests, the present work proposes to present the performance of concretes reinforced with steel fibers and polypropylene fibers in the application of such technological solution to slope coatings. 1 INTRODUO

O reforo com fibras descontnuas e

aleatoriamente distribudas na matriz de concreto tem como papel principal atuar no controle da abertura e da propagao de fissuras no concreto, alterando seu comportamento mecnico aps a ruptura da matriz, melhorando consideravelmente sua capacidade de absoro de energia, ou seja, sua tenacidade, sua resistncia fadiga e sua resistncia ao impacto. Isso ocorre porque as fibras criam pontes de transferncia de tenses atravs das fissuras (BENTUR; MINDESS, 1990), preservando certa resistncia mecnica das sees.

Quando se iniciaram os estudos visando o desenvolvimento da aplicao do concreto reforado com fibras, tinha-se a expectativa de que elas poderiam aumentar a resistncia mecnica do material. No entanto, para se incrementar resistncia de maneira significativa, havia a necessidade de incorporar altos teores de fibras (> 1% em volume)

nas matrizes de concreto, ocasionando perda de fluidez, caracterstica essa muito importante para a moldagem da maioria dos elementos de construo.

Posteriormente, observou-se que era possvel, com menores teores de fibras, acrescentar ao material outras propriedades, as quais poderiam ser teis para sua aplicao como material de construo, mesmo no incrementando resistncia mecnica de maneira significativa em relao matriz de concreto sem reforo com fibras. Observou-se que, com teores menores do que 1% em volume h um aumento significativo da tenacidade, outra propriedade mecnica bastante til. Assim, para aplicao em Concreto Projetado Reforado com Fibras utilizam-se teores entre 0,5% e 1%, conseguindo-se com isso ganhos estruturais importantes para atuarem como revestimentos em encostas, muitas delas atuando estruturalmente em conjunto com chumbadores, como o caso da soluo em solo grampeado.

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2 CONCRETO REFORADO COM FIBRAS

Na prtica, a adio de fibras a materiais frgeis

remonta poca dos Romanos e dos Egpcios onde se utilizavam fibras naturais para reforo de pastas de argila. Contudo, s a partir da metade do sculo passado que o CRF comeou a ser utilizado em aplicaes com importncia na indstria da construo. A capacidade de absoro de energia, a ductilidade, o controle de fissurao e a resistncia s aes dinmicas, de fadiga e de impacto so as propriedades mais beneficiadas pelos mecanismos de reforo das fibras.

As matrizes de concreto sem o reforo das fibras apresentam comportamento frgil, com baixa capacidade resistente das sees e baixas deformaes quando submetidas a esforos de trao, praticamente no apresentando deformaes plsticas. A maioria dos concretos empregados atualmente que incorporam fibras utiliza baixos teores, o que resulta num aumento pouco significativo de suas resistncias compresso e trao. Dessa forma, a matriz fissura com o mesmo nvel de tenso e de deformao do que quando no reforada.

O reforo com fibras descontnuas e aleatoriamente distribudas na matriz tem como expectativa o controle da abertura e da propagao de fissuras no concreto, alterando o seu comportamento mecnico aps a ruptura da matriz, melhorando consideravelmente a capacidade de absoro de energia do concreto, diminuindo o nvel de fragilidade do material. Isto ocorre porque as fibras atuam costurando, preservando a resistncia mecnica das sees, conforme observado na Figura 2.1.

Figura 2.1 Esquema de uma trinca em um material com fibras, adaptado de LI (1998)

No passado, a expectativa que se tinha com a utilizao das fibras como reforo do material de construo que elas trabalhassem para manter a integridade das matrizes de concreto. Havia tambm muita expectativa de que o reforo com fibras contribusse tambm para a melhoria da resistncia dessas matrizes, o que para situaes especficas tambm pode ser possvel. Porm, o grande avano

que se observou nos concretos reforados com fibras foi a possibilidade do material absorver energia at sua fratura, aumentando suas possibilidades de aproveitamento como material estrutural.

Em geral, os materiais de construo objeto de estudo para serem reforados so: o gesso, o concreto, a argamassa de cimento Portland e os solos coesivos e granulares. Vrios tipos de fibras tm sido utilizados, cada uma com suas caractersticas, as quais se diferem umas das outras pelo seu material, geometria, processo de fabricao, composio qumica e fsica, caractersticas mecnicas e resistncia a meios agressivos. As fibras podem ser divididas segundo seu material de origem: metais, cermicos e polimricos sintticos ou naturais. Tambm quanto s sua geometria podem apresentar seo transversal retangular, circular ou semi-circular e forma reta, torcida, ondulada ou reta com ancoragem nas extremidades

As fibras metlicas mais utilizadas so as de ao carbono. As fibras de ao utilizadas em elementos de construo contemplam uma grande variedade de geometrias, bem como existem vrios processos de manufatura. Quanto geometria, um parmetro importante o fator forma (relao entre o comprimento da fibra e seu dimetro ou dimetro equivalente para sees transversais no circulares) que em geral fica na faixa de 30 a 100.

As fibras cermicas, tambm conhecidas como fibras minerais, mais utilizadas so de vidro, carbono e asbesto. As fibras de vidro so geralmente manufaturadas na forma de cachos, ou seja, fios compostos de centenas de filamentos individuais. O dimetro dos filamentos individuais depende das propriedades do vidro, do tamanho do furo por onde so extrusados e da velocidade de extruso. As fibras produzidas a partir do vidro tipo E (Electrical) so atacadas pelos lcalis presentes nos materiais baseados em cimento portland. Fibras de Vidro tipo AR (lcali Resistent) apresentam resistncia ao meio alcalino e tm sido utilizadas com sucesso nas matrizes de concreto base de cimento Portland. As fibras de carbono so as mais novas e mais promissoras no desenvolvimento de materiais compsitos. So baseadas na resistncia das ligaes carbono-carbono e na leveza do tomo de carbono. As fibras de asbesto, tambm conhecidas como fibras de amianto, so de uso mais tradicional que os outros tipos de fibras, devido sua ocorrncia natural. Entretanto, as estatsticas tm mostrado o rpido decrscimo do consumo de placas de cimento amianto devido, principalmente, aos danos sade provocados pelas fibras de amianto.

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As fibras polimricas podem ser divididas em sintticas e naturais. As polimricas sintticas, ou simplesmente sintticas, mais utilizadas so as fibras de polipropileno, polister, polietileno e poliamida. As fibras de polipropileno so constitudas de um material polimrico denominado termoplstico. Os polmeros termoplsticos consistem em uma srie de longas cadeias separadas de molculas polimerizadas, podem deslizar umas sobre as outras e apresentam alta resistncia aos lcalis. As fibras de polister tm aparncia similar s das fibras de polipropileno, mas so mais densas, mais rgidas e mais resistentes. Elas podem ser usadas para as mesmas aplicaes que as de polipropileno. Um dos polisteres mais conhecidos o poli(tereftalato de etileno) (PET), atualmente utilizado como material de constituio das garrafas plsticas tipo PET, porm, apresentam baixa resistncia aos lcalis. As fibras de polietileno, de peso molecular normal, tm um mdulo de elasticidade baixo, so fracamente aderidas matriz de concreto e so altamente resistentes aos lcalis. As fibras de poliamida mais comuns esto divididas em dois tipos segundo a origem do polmero, que pode ser a poliamida 6 ou a poliamida 6.6, sendo tambm conhecidas como nilon.

As fibras polimricas naturais, tambm conhecidas como fibras vegetais, so de uso do homem h milnios. Pode-se citar o emprego de fibras vegetais como reforo de gesso que vem desde o Renascimento e a utilizao de mantas de razes para reforo de macios de terra (zigurates). As fibras vegetais so utilizadas na formao de diversos compostos, mas tambm podem ser degradadas pela ao de fungos e microorganismos. A produo de materiais de cimento Portland comum reforados com fibras vegetais no teve sucesso devido rpida degradao dos compostos, ocasionada pela elevada alcalinidade da gua presente nos poros da matriz do cimento. O uso de fibras vegetai