estudo sobre o uso de concreto reforçado com fibras de aço

UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ

LUCAS GILES SILVA

MAURO FERNANDO SINGER FILHO

ANÁLISE DE SOLUÇÃO PARA RADIER: ESTUDO SOBRE O USO DE

CONCRETO REFORÇADO COM FIBRAS DE AÇO

CURITIBA

2014

UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ

LUCAS GILES SILVA




CURITIBA

2014

Trabalho Final de Curso apresentado como requisito para obtenção do título de graduação do curso de Engenharia Civil, Setor de Tecnologia da Universidade Federal do Paraná.

Orientador: Prof. Dr. Sergio Scheer

TERMO DE APROVAÇÃO

LUCAS GILES SILVA




Trabalho de conclusão de curso como requisito parcial para obtenção do

grau de Engenheiro Civil pelo Setor de Tecnologia, Universidade Federal

do Paraná, pela seguinte banca examinadora:

____________________________________________

Prof. Doutor Sergio Scheer

Orientador – Departamento de Construção Civil, UFPR.

____________________________________________

Prof. Mestre José de Almendra Freitas Jr.

Departamento de Construção Civil, UFPR.

____________________________________________

Prof.ª Doutora Nayara Soares Klein

Departamento de Construção Civil, UFPR.

Curitiba, 24 de Novembro de 2014.

AGRADECIMENTOS

Acima de tudo, agradecemos a Deus, que nos guiou por este caminho e

nos abençoou com a oportunidade de estudar para construir um mundo melhor.

Sem Ele, nada seria possível.

Aos nossos pais, que investiram na nossa educação e não mediram

esforços para nos proporcionar uma vida saudável, confortável e cheia de amor.

Ao nosso professor e orientador Dr. Sérgio Scheer, sempre muito paciente

e compreensivo. Sabemos do poder que um professor tem para/com a sociedade

e eternamente seremos gratos.

Ao engenheiro Ramon Luis Cavilha pela cooperação e apoio,

proporcionando meios para que pudéssemos realizar o desenvolvimento do

trabalho.

Aos nossos amigos, que agora chamamos de irmãos, pois sempre

acreditaram na nossa vitória, nos deram forças para seguir em frente e fizeram

tudo valer a pena. Estamos juntos!

“Se exponha aos seus medos mais

profundos, depois disso, o medo

não terá poder nenhum.”

James Douglas Morrison

RESUMO

A utilização de fibras de aço para substituir as armaduras utilizadas no concreto armado é uma tecnologia nova no Brasil. O presente trabalho apresenta esta nova tecnologia para construção como uma solução mais vantajosa frente aos métodos convencionais, analisando as propriedades dos materiais envolvidos, pode-se estabelecer um comparativo entre uma solução executada em concreto armado convencional e outra realizada em concreto reforçado com fibra de aço para a utilização em radiers. Verificou-se que o concreto reforçado com fibras de aço, não cumpre com as exigências estabelecidas pela norma mas torna-se mais vantajoso que o concreto convencional em relação ao custo, tempo e desempenho em diversas situações. Com o estudo realizado foi possível concluir que a utilização do concreto reforçado com fibra de aço é uma tecnologia viável e que pode substituir, para casos devidamente analisados, o concreto convencional, gerando economia para o construtor.

Palavras-chave: Fibras de aço, concreto reforçado com fibras, concreto com fibras de aço, concreto fibro-reforçado, concreto armado, radiers.

ABSTRACT

The use of steel fibers to replace the armor used in reinforced concrete is a new technology in Brazil. This work presents this new technology to construct more advantageous solution as compared to the conventional method, analyzing the properties of the involved materials, it can be established a comparison between a radier solutions executed in conventional concrete and another using reinforced concrete with steel fibers. The concrete reinforced with steel fibers, don’t meets the requirements set by the standards but becomes more advantageous than conventional concrete in respect to cost, time and performance. With this study iIt was possible to conclude that the use of reinforced concrete with steel fiber is a viable technology that can substitute the conventional concrete for properly analyzed cases, generating savings for the builder.

Keywords: Fiber steel, concrete, fiber reinforced concrete, concrete with steel fibers, fiber- reinforced concrete, reinforced concrete.

LISTA DE FIGURAS

FIGURA 1 - VIGAS DE CONCRETO SIMPLES E CONCRETO ARMADO .......... 18

FIGURA 2 - EXEMPLOS DE FIBRAS DE AÇO PARA REFORÇO DO

CONCRETO .......................................................................................................... 21

FIGURA 3 - FIBRAS DE AÇO SOLTAS CURTAS (A), LONGAS (B) E LONGAS

COLADAS (C). ...................................................................................................... 22

FIGURA 4 - CONCENTRAÇÕES DE TENSÕES EM ESFORÇO DE TRAÇÃO

PARA CONCRETO SEM ADIÇÃO DE FIBRAS ................................................... 25

FIGURA 5 - DISTRIBUIÇÃO DE TENSÕES E CONTROLE DE FISSURAS EM

CONCRETO REFORÇADO COM FIBRAS DE AÇO ............................................ 26

FIGURA 6 - ESQUEMA DE CORPO DE PROVA ENSAIADO À TRAÇÃO PURA E

CURVA DE CARGA X DESLOCAMENTO PARA CONCRETOS REFORÇADOS

COM FIBRAS CARACTERIZADOS COM BAIXAS PERCENTAGENS DE FIBRAS

(a) E ELEVADAS PORCENTAGENS DE FIBRAS (b ........................................... 30

FIGURA 7 - ESQUEMA DE CORPO DE PROVA PARA ENSAIO DE TRAÇÃO

INDIRETA, MÉTODO BRASILEIRO ..................................................................... 31

FIGURA 8 - ENSAIO DE FLEXÃO SOBRE A VIGA PARA A FETERMINAÇÃO DA

RESISTÊNCIA DE PRIMEIRA FISSURA E DO ÍNDICE DE DUCTILIDADE ....... 33

FIGURA 9 - RESULTADO DO ENSAIO CONFIRMANDO O COMPORTAMENTO

DÚCTIL ................................................................................................................. 34

FIGURA 10 - CONTROLE DO ASSENTAMENTO (SLUMP) APÓS INSERÇÃO DE

FIBRAS ................................................................................................................. 41

FIGURA 11 - INCORPORAÇÃO JUNTO AOS AGRAGADOS NA ESTEIRA

TRANSPORTADORA ........................................................................................... 42

FIGURA 12 - EXEMPLO DE APLICAÇÃO DE CRFA EM AEROPORTOS.

TERMINAL DE CARGAS – INFRAERO – SP ....................................................... 44

FIGURA 13 - EXEMPLO DE APLICAÇÃO DE CRFA EM PISOS INDUSTRIAIS . 44

FIGURA 14 - ESTAÇÃO TOTAL, EQUIPAMENTO TOPOGRÁFICO ................... 55

FIGURA 15 - EXECUCÃO DAS INSTALAÇOES HIDRO-ELÉTRICAS ................ 55

FIGURA 16 - PREPARAÇÃO DA BASE PARA RADIER DE CONCRETO

ARMADO ............................................................................................................... 56

FIGURA 17 - FORMA DE UM RADIER PRONTO PARA RECEBER O

CONCRETO .......................................................................................................... 57

FIGURA 18 - MALHA DE AÇO ARMADA PARA RADIER DE CONTRETO

ARMADO ............................................................................................................... 58

FIGURA 19 - LANÇAMENTO DO CONCRETO DENTRO DA FORMA DO

RADIER ARMADO ................................................................................................ 59

FIGURA 20 - ACABAMENTO SUPERFICIAL DO CONCRETO ARMADO .......... 59

FIGURA 21 - PROCEDIMENTO DE CURA PARA CONCRETO .......................... 60

FIGURA 22 - SLUMP-TEST PARA AFERIÇÃO DE TRABALHABILIDADE ......... 62

FIGURA 23 - MISTURA HOMOGÊNEA DE CRFA ............................................... 62

FIGURA 24 - DISTRIBUIÇÃO HOMOGÊNEA DAS FIBRAS NA MATRIZ DE

CONCRETO .......................................................................................................... 63

FIGURA 25 - CAIXAS COM 20 KG CADA DE FIBRAS DE AÇO ......................... 64

FIGURA 26 - PARA REALIZAR A INSERÇÃO DEVE-SE UTILIZAR LUVAS

COMUNS E OUTRA DE “RASPA” PARA O PROCEDIMENTO ........................... 64

FIGURA 27 - INSERÇÃO DAS FIBRAS JUNTAMENTE COM OS AGREGADOS

GRAÚDOS ............................................................................................................ 65

FIGURA 28 - FORMAÇÃO DE “OURIÇOS” ESTA DIRETAMENTE ASSOCIADA A

MISTURA INADEQUADA DOS MATERIAIS ........................................................ 65

FIGURA 29 - LANÇAMENTO DO CONCRETO COM FIBRAS ............................ 67

FIGURA 30 - LANÇAMENTO DO CRFA .............................................................. 67

FIGURA 31 - UTILIZAÇÃO DE AGREGADO MINERAL PARA MELHORAR A

RESISTÊNCIA A ABRASÃO E EVITAR AFLORAMENTO DE FIBRAS ............... 68

FIGURA 32 - ACABAMENTO FINAL FEITO ATRAVÉS DE UMA “POWER

FLOAT” .................................................................................................................. 68

FIGURA 33 - DISPOSIÇÃO DA ARMADURA EM DUAS CAMADAS (ESQ.) E

CAMADA ÚNICA (DIR.) ........................................................................................ 71

FIGURA 34 - DIMENSÕES L (COMPRIMENTO) X D (DIÂMETRO) .................... 80

FIGURA 35 - ESQUEMA DE DISPOSIÇÃO DO CONCRETO COM FIBRAS DE

AÇO Wirand® ........................................................................................................ 82

LISTA DE GRÁFICOS

GRÁFICO 1 - DISTRIBUIÇÃO DO MERCADO BRASILEIRO DE FIBRAS DE AÇO

POR TIPO DE APLICAÇÃO NO ANO DE 2009 E PRIMEIRO SEMESTRE DE

2010 ...................................................................................................................... 14

GRÁFICO 2 - EXEMPLO DE ENSAIO COM FIBRAS DE AÇO “WIRAND”, PARA

DETERMINAR A CAPACIDADE DE FLEXÃO DO CONCRETO .......................... 27

GRÁFICO 3 - EXEMPLO DE GRÁFICO CARGA X DEFORMAÇÃO PARA

CONCRETOS COM DIFERENTES TEORES DE FIBRAS .................................. 29

GRÁFICO 4 - COMPARAÇÃO DA MÉDIA DAS RESISTÊNCIAS À TRAÇÃO

PURA DO CONCRETO REFORÇADO COM FIBRAS COM DIFERENTES

DOSAGENS .......................................................................................................... 32

GRÁFICO 5 - COMPARAÇÃO DOS RESULTADOS À FLEXÃO PARA

DIFERENTES DOSAGENS DE FIBRAS EM UMA MESMA MATRIZ DE

CONCRETO .......................................................................................................... 32

GRÁFICO 6 - CARGA X DESLOCAMENTO VERTICAL, UTILIZADO PARA

ANÁLISE DO RESULTADO DO ENSAIO, A ÁREA ABAIXO DA CURVA

REPRESENTA A TENACIDADE .......................................................................... 34

GRÁFICO 7 - PERDA DE MASSA X TEMPO DE EXPOSIÇÃO AO FOGO ......... 40

LISTA DE TABELAS

TABELA 1 - CLASSIFICAÇÃO E GEOMETRIA DAS FIBRAS DE AÇO PARA

REFORÇO DE CONCRETO ................................................................................. 23

TABELA 2 - REQUISITOS ESPECIFICADOS PELA NORMA ABNT NBR 15.530

(2007) PARA AS FIBRAS DE AÇO. ...................................................................... 47

TABELA 3 - EXEMPLO DE MATRIZ DE CUSTOS ............................................... 51

TABELA 4 – TIPOS DE FIBRAS WIRAND® ......................................................... 80

TABELA 5 - COEFICIENTES DE TENACIDADE (Re3) PARA AS FIBRAS DE AÇO

WIRAND® FF4 (COMPRIMENTO L = 60 MM, DIÂMETRO = 0,80 MM E FATOR

DE FORMA L/D = 80) ............................................................................................ 81

13

1 INTRODUÇÃO

Devido, principalmente, ao baixo custo e a grande capacidade de se

adequar as diversas formas de execução e produção, o concreto é o material

mais utilizado em estruturas no mundo. Apesar disso, o concreto tem algumas

limitações, o fato de ter um elevado peso específico, consequentemente, uma

baixa relação resistência/peso e demorar certo tempo para atingir a resistência

adequada, são as principais destas limitações, como aponta Figueiredo (2011).

Além disso, é um material que apresenta comportamento frágil, oferecendo pouca

capacidade de deformação antes de romper por esforços de tração e após

fissurado, não resiste a este tipo de esforço. Por esta razão, surgiram algumas

alternativas tecnológicas, como o concreto armado, onde as barras de aço

compensam algumas limitações do concreto, e, mais recentemente, as fibras de

aço, que trabalham adicionando algumas características deste material à matriz

de concreto. Os concretos reforçados, seja por barras ou fibras de aço, são

exemplos de materiais compostos, também chamados de compósitos.

As fibras de aço podem ser consideradas como fibras destinadas ao

reforço primário do concreto, ou seja, não se destinam ao mero controle de

fissuração, apesar da norma brasileira não abranger isto.

O Brasil já conta com fabricantes de fibras de aço desenvolvidas

especialmente para o reforço do concreto e a produção mensal dos mesmos já

ultrapassou a centena de toneladas. Com isto, cresceu muito a importância

econômica deste material, o qual será objeto principal de analise neste trabalho.

As vantagens do emprego do concreto reforçado com fibras de aço são bem

conhecidas do meio técnico internacional e começam a ser nacionalmente.

Mindness (1995) chega a apontar a utilização de fibras no concreto como de

grande interesse tecnológico mesmo em estruturas convencionais de concreto

armado, onde, em conjunto com o concreto de elevado desempenho aumenta a

competitividade do material, quando comparado com outras tecnologias como a

das estruturas de aço por exemplo.

14

Atualmente, o mercado brasileiro de fibras é centralizado em aplicações de

baixo consumo de fibras e estruturas contínuas. Figueiredo (2011) faz um

levantamento junto aos principais fabricantes e representantes nacionais de fibras

para reforço do concreto, e verificou que as aplicações do CRF são muito

concentradas. Como se pode observar da figura 1.1, o mercado de fibras de aço

tem como principal aplicação os pavimentos industriais.

GRÁFICO 1 - DISTRIBUIÇÃO DO MERCADO BRASILEIRO DE FIBRAS DE AÇO POR TIPO DE APLICAÇÃO NO ANO DE 2009 E PRIMEIRO SEMESTRE DE 2010

FONTE: FIGUEIREDO (2011).

15

1.1 JUSTIFICATIVA

Culturalmente, os construtores utilizam métodos antigos para realizar obras

de engenharia, por serem eficazes e bem difundidos. Porém, o mercado da

construção civil está aberto a novas técnicas de construção, novos conceitos

surgem para aprimorar os antigos métodos.

O assunto abordado por este trabalho foi escolhido por apresentar uma

solução inteligente no ramo da engenharia, que pode substituir e facilitar os já

conhecidos processos construtivos de estruturas de concreto.

Sabe-se que a mão de obra em nosso país está escassa e mal preparada.

Assim, a engenharia atual busca soluções para diminuir esta dependência de

bons profissionais. Além disso, cada vez mais, a construção civil clama pelo

reaproveitamento de materiais de construção, exige obras com menor custo e

prazo de entrega, mas sem perder a qualidade.

Cria-se assim, o contexto perfeito para a utilização de fibras de aço em

concreto, técnica que defende vantagens em relação ao desempenho, economia,

mão de obra e sustentabilidade.

Visto o grande aumento de construções de casas populares, pelo incentivo

do governo, através do programa “Minha Casa, Minha Vida” e sendo o radier um

tipo de fundação comum em obras de pequeno porte, a solução em concreto com

fibras de aço se torna cada vez mais atrativa, visando à redução de custo e tempo

de execução da estrutura.

16

1.2 OBJETIVOS

1.2.1 Objetivo Geral

Avaliar as vantagens e desvantagens da solução em concreto reforçado

com fibras de aço para radiers, se comparado à solução em concreto armado,

levando em consideração os critérios estabelecidos pela norma de especificação

para as fibras de aço ABNT NBR 15530 (2007).

1.2.2 Objetivo Específico

O objetivo deste trabalho é analisar as vantagens e desvantagens da

utilização de fibras de aço para radiers em concreto, avaliando os seguintes

parâmetros:

• método construtivo: avaliar o processo de execução das soluções;

• análise de custo: determinar o montante calculado para a utilização de

cada solução, analisando as vantagens econômicas para um possível

orçamento.

17

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

O presente capítulo será utilizado como uma ferramenta de orientação com

a finalidade de relatar o conteúdo teórico pertinente para direcionar o

desenvolvimento e conclusão do trabalho.

2.1 CONCRETO ARMADO

O conhecimento sobre o inicio do concreto armado no Brasil é muito

escasso, faltam datas dos inícios das obras, faltam detalhamentos e com isso

temos que nos contentar com as informações vagas e pouco precisas, mas pode

se dizer que o cimento armado como era conhecido até 1920 que se tornou uma

Revolução Industrial. A mais antiga notícia da aplicação do concreto armado no

Brasil, datada em 1904, onde se menciona que os primeiros casos foram

realizados na construção de casas habitacionais em Copacabana. Na década de

40, havia o concreto 13,5 com resistência de 135kgf/cm², que equivalia a 12 MPa,

hoje a norma ABNT estabelece 20MPa, sendo que a primeira norma ABNT

estabelecida para o concreto foi datada em 1940 (VASCONCELOS, 1992).

É um material que apresenta alta resistência às tensões de compressão e

baixa resistência à tração (cerca de 10 % da sua resistência à compressão). Por

este motivo juntasse ao concreto um material com alta resistência à tração, com o

objetivo deste material, disposto convenientemente, resistir às tensões de tração

atuantes. Com esse material composto (concreto e armadura – barras de aço),

surge então o chamado “concreto armado”, onde as barras da armadura

absorvem as tensões de tração e o concreto absorve as tensões de compressão

(BASTOS, 2006).

“Concreto armado é o material composto formado pela associação do concreto com barras de aço, convenientemente colocadas em seu interior. Em virtude da baixa resistência à tração do concreto (cerca de 10% da resistência à compressão), as barras de aço cumprem a função

18

de absorver os esforços de tração na estrutura. As barras de aço também servem para aumentar a capacidade de carga das peças comprimidas.” (ARAÚJO, 2003).

O concreto armado, segundo Pinheiro (2004), é um material extremamente

versátil e de baixo custo, se tornando uma ótima solução de engenharia. No

entanto, o conceito de concreto armado envolve ainda o fenômeno da aderência,

que é essencial e deve obrigatoriamente existir entre o concreto e a armadura,

pois não basta apenas juntar os dois materiais para obter o concreto armado

(PINHEIRO, 2004; BASTOS, 2006).

Segundo Rodrigues (2011) o fenômeno da aderência é essencial e deve

existir obrigatoriamente entre o concreto e a armadura. Para a existência do

concreto armado é imprescindível que o trabalho seja realizado de forma conjunta

entre o aço e o concreto.

O trabalho conjunto entre o concreto e a armadura pode ser melhor

analisado visualizando os efeitos ocorridos após uma tensão de tração,

primeiramente em uma viga de concreto simples, sem armadura, e depois em

uma viga de concreto armado. Percebe-se que o concreto simples rompe

bruscamente quando aparece a primeira fissura, após a tensão de tração atuante

alcançar e superar a resistência do concreto a tração. Diferentemente do concreto

armado, aonde uma armadura é convenientemente posicionada na região das

tensões de tração, elevando significativamente a capacidade resistente da viga

(BASTOS, 2006).

FIGURA 1 - VIGAS DE CONCRETO SIMPLES E CONCRETO ARMADO

FONTE: FORTES, SOUZA e BARBOSA (2008).

19

Por terem coeficientes de dilatação térmica praticamente igual, o aço e o

concreto são dois materiais que podem trabalhar em conjunto. Outra vantagem é

que o concreto oferece proteção às armaduras, protegendo o aço da oxidação

(corrosão) garantindo a durabilidade do conjunto. É importante ressaltar que esta

proteção só ocorre mediante a existência de um cobrimento mínimo (BASTOS,

2006).

Segundo a NBR 6118:2014, nos projetos de estruturas de concreto armado

deve ser utilizado aço classificado pela NBR 7480:1996 com o valor característico

da resistência de escoamento nas categorias CA-25, CA-50 e CA-60. Os

diâmetros e seções transversais nominais devem ser os estabelecidos na NBR

7480:1996.

2.1.1 Vantagens do Concreto Armado

Conforme Bastos (2006), o concreto armado vem sendo utilizado em vários

tipos de construção, em todos os países do mundo em função das suas

características positiva, como por exemplo:

• custo relativamente baixo, principalmente no Brasil onde seus

componentes são facilmente encontrados;

• boa durabilidade, quando utilizado em dosagem correta e respeitando

os cobrimentos mínimos para as armaduras;

• é moldável, permitindo grande variabilidade de formas e de concepções

arquitetônicas;

• rapidez na construção sendo que a execução e o recobrimento são

relativamente rápidos;

• armadura seja protegida por um cobrimento mínimo adequado de

concreto;

• impermeabilidade: desde que dosado e executado de forma correta;

• resistência a choques e vibrações: os problemas de fadiga são

menores.

20

2.1.2 Desvantagens do Concreto Armado

Suas principais desvantagens são:

• peso próprio elevado, se comparado com a sua resistência;

• reformas e adaptações são de difícil execução;

• as fissurações que ocorrem e devem ser controladas;

• transmite calor e som.

2.2 FIBRAS DE AÇO

As fibras são elementos descontínuos, cujo comprimento é bem maior que

a maior dimensão da seção transversal. As fibras destinadas ao reforço estrutural

do concreto são atualmente chamadas de maneira genérica como macro fibras

(FIGUEIREDO, 2011).

Quando adicionadas ao concreto, as fibras dificultam a propagação das

fissuras devido ao 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, 1997).

Com a utilização de fibras será assegurada uma menor fissuração do

concreto (LI,1992). Este fato pode vir a recomendar sua utilização mesmo para

concretos convencionalmente armados (MINDESS, 1995). De qualquer forma, a

dosagem da fibra deve estar em conformidade com os requisitos de projeto, tanto

específicos como gerais (ACI, 1988 e ACI, 1993).

As fibras de aço são produzidas com uma variada gama de formatos,

dimensões e mesmo de tipos de aço. Há diferentes tipos de fibras de aço

disponíveis no mercado brasileiro (Figura 2).

21

FIGURA 2 - EXEMPLOS DE FIBRAS DE AÇO PARA REFORÇO DO CONCRETO


O Brasil já conta com a norma de especificação para as fibras de aço

ABNT NBR 15530 (2007). Esta norma traz várias contribuições como a

determinação de uma tipologia e classificação de fibras de aço, porém não

apresenta procedimento de cálculo estrutural (FIGUEIREDO, 2008). Na tabela 2,

pode-se observar a configuração geométrica dos tipos e classes de fibras

previstas pela norma. Esta classificação permitiu estabelecer os requisitos e

tolerâncias específicas do material em conjunto com as demais exigências da

norma (FIGUEIREDO, 2011). São previstos na norma três tipos básicos de fibras

em função de sua conformação geométrica:

• Tipo A: fibra de aço com ancoragens nas extremidades.

• Tipo C: fibra de aço corrugada.

• Tipo R: fibra de aço reta.

22

FIGURA 3 - FIBRAS DE AÇO SOLTAS CURTAS (A), LONGAS (B) E LONGAS COLADAS (C).

FONTE: FIGUEREDO (2005).

A configuração geométrica não contempla o formato da seção transversal,

mas somente o perfil longitudinal da fibra. O formato da seção transversal irá

depender do tipo de aço utilizado na produção da fibra que poder ser trefilado ou

laminado. Assim, além dos tipos, a especificação brasileira prevê três classes de

fibras, as quais foram associadas ao tipo de aço que deu origem ás mesmas:

• Classe I: fibra oriunda de arame trefilado a frio;

• Classe II: fibra oriunda de chapa laminada cortada a frio;

• Classe III: fibra oriunda de arame trefilado e escarificado;

23

TABELA 1 - CLASSIFICAÇÃO E GEOMETRIA DAS FIBRAS DE AÇO PARA REFORÇO DE CONCRETO


Deve-se atentar para o fato de que, ao adotar esta classificação, a norma

procurou cobrir a maioria, se não a totalidade, das fibras disponibilizadas no

mercado brasileiro a época. Isto possibilitou o estabelecimento de requisitos

mínimos que poderão ser correlacionados com o desempenho final do CRFA

(FIGUEIREDO, 2008).

24

2.3 CONCRETO REFORÇADO COM FIBRAS DE AÇO (CRFA)

A orientação científica quanto à tecnologia do reforço com fibras é

indiscutivelmente muito recente. Os primeiros estudos sobre a utilização das

fibras de aço ou de vidro no concreto são dos anos 50. Nos anos 60 apareceram

os primeiros estudos sobre concretos reforçados com fibras sintéticas. A

comunidade técnica e científica se atentou ao uso do concreto reforçado com

fibras metálicas através de ROMUALDI e MANDEL (1964, citado por

MACCAFERRI, 2008), quando previram que a resistência à tração do concreto,

na formação da primeira fissura, poderia ser significativamente melhorada com a

adição de pedaços de arame metálico.

Hoje, o concreto reforçado com fibras de aço se tornou uma solução mais

frequente em obras de todo o mundo. Isto se deve ao fato de ser um composto

que apresenta comportamento mais adequado em determinadas aplicações, pois

agrega as distintas capacidades dos materiais que o formam. Além disso,

apresenta uma facilidade de aplicação se comparada a outras soluções.

A definição de concreto reforçado com fibras no Boletim Oficial CNR N.166

parte IV, na Itália é: “A utilização de fibras dentro da matriz de concreto tem como

finalidade a formação de um material composto onde o conglomerado, que pode

ser já considerado um material constituído por um esqueleto de agregados

disperso em uma pasta de cimento hidratada, está unido a um elemento de

reforço, formado por material fibroso de diferente natureza”.

Os concretos reforçados, tanto com fibras como com barras ou fios de aço,

são exemplos de materiais compostos, também conhecidos como compósitos.

Neste caso, os compósitos são constituídos por uma matriz frágil e um

reforço.

“É frequente, inclusive, haver uma sinergia tal que o comportamento do compósito é superior ao obtido com os materiais que lhe deram origem individualmente. Desta forma, algumas das limitações das matrizes frágeis, como é o caso do concreto, podem ser compensadas pelo material que é utilizado para seu reforço.” (CONCRETO REFORÇADO COM FIBRAS, 2011, p.2).

25

As fibras, com adequada resistência mecânica à tração, distribuídas

homogeneamente dentro do concreto, constituem uma micro armadura que,

mostra-se extremamente eficaz para combater o fenômeno da fissuração por

retração, além de conferir considerável ductilidade à medida que se elevam a

quantidade e resistência das mesmas, principalmente à tração (NUNES, 2006).

Portanto, quando adicionamos fibras de aço ao concreto, o compósito

deixa de ter comportamento marcadamente frágil e passa a se comportar de

forma mais dúctil, apresentando certa resistência pós-fissuração da matriz de

concreto (FIGUEIREDO, 2000). Esta é a principal contribuição da adição de fibras

de aço ao concreto, mesmo sem proporcionar aumento significativo da resistência

à tração do mesmo, quando adicionados teores abaixo do volume crítico

(BENTUR e MINDESS, 1990).

A figura 5 apresenta o comportamento de tensões no concreto e do

concreto reforçado com fibras de aço, respectivamente, onde é solicitado à

tração.

FIGURA 4 - CONCENTRAÇÕES DE TENSÕES EM ESFORÇO DE TRAÇÃO PARA CONCRETO SEM ADIÇÃO DE FIBRAS

FONTE: MACCAFERRI (2008).

26

FIGURA 5 - DISTRIBUIÇÃO DE TENSÕES E CONTROLE DE FISSURAS EM CONCRETO REFORÇADO COM FIBRAS DE AÇO

FONTE: NUNES, TANESI e FIGUEIREDO (1997).

O CRFA é utilizado em placas apoiadas sobre o solo quando o seu

comportamento mecânico e os esforços produzidos pelas cargas sobre a

estrutura são compatíveis. Para dimensionar pisos apoiados, tem-se por base a

propriedade mecânica à flexão no ELU do material. Há uma melhora na

resistência ao cisalhamento. Por ser um material homogêneo em todo o seu

volume, o CRFA oferece uma resistência contínua em todas as direções que

possam se verificar, para os pisos, esta propriedade tem serventia para o

dimensionamento à flexão, retração e temperatura (MACCAFERRI, 2008).

Sabendo que é a ductilidade que permite alterar os critérios de analise do

material, pode-se dizer que a incorporação de fibras na matriz de concreto induz a

mudança de seu comportamento de frágil para dúctil, passando de uma condição

de serviço com fatores de segurança para o material, a trabalhar com cargas

majoradas e dimensionar no ELU, possível somente com materiais de

comportamento dúctil. Assim, o concreto reforçado com fibras, se aproveita da

27

característica de resistência última do material como capacidade resistente,

contrapondo as cargas majoradas. (MACCAFERRI, 2008).

GRÁFICO 2 - EXEMPLO DE ENSAIO COM FIBRAS DE AÇO “WIRAND”, PARA DETERMINAR A CAPACIDADE DE FLEXÃO DO CONCRETO


2.3.1 Análise de desempenho

A avaliação das diferentes propriedades do CRF é efetuada através de

ensaios normatizados, alguns dos quais, típicos para o concreto simples, outros

desenvolvidos especialmente para os materiais reforçados com fibras.

2.3.1.1 Propriedades do concreto reforçado com fibras no estado endurecido

Os fatores que influenciam as propriedades de um concreto reforçado com fibras

são os seguintes:

• Fibras: geometria, fator de forma, teor, orientação e distribuição;

• Matriz: resistência e dimensões máximas dos agregados;

• Interface fibra-matriz;

28

• Corpos de prova: dimensões, geometria e metodologia de ensaio.

As propriedades do concreto reforçado com fibras em relação às cargas (estática

e dinâmica) podem ser classificadas segundo as seguintes ações:

• Compressão;

• Tração direta uniaxial;

• Tração indireta por flexão (medida da tenacidade e da energia absorvida);

• Corte e torção;

• Fadiga;

• Impacto;

• Abrasão;

• Fluência;

O comportamento físico e químico deve ser avaliado segundo os seguintes

fenômenos:

• Retração a curto prazo (retração plástica);

• Retração a longo prazo (retração hidráulica);

• Durabilidade;

• Gelo-degelo;

• Carbonatação;

• Corrosão das fibras na presença da cloretos (concreto fissurado e não

fissurado);

• Exposição ao fogo.

2.3.1.1 Compressão

A resistência à compressão do concreto é basicamente modificada pela

adição de fibras.

Pode-se observar um modesto incremento para porcentagens elevadas de

fibras de aço (não menores que 1,5% em volume, aproximadamente).

29

Depois de alcançado o ponto de primeira fissuração, o elemento reforçado

com fibras apresenta uma acentuada ductilidade, que depende diretamente do

teor de fibras (dosagem):

GRÁFICO 3 - EXEMPLO DE GRÁFICO CARGA X DEFORMAÇÃO PARA CONCRETOS COM DIFERENTES TEORES DE FIBRAS


Com relação ao comportamento do concreto reforçado com fibras à

compressão, o módulo de elasticidade e o coeficiente de Poisson praticamente

não variam para porcentagens de fibras menores que 2% em volume.

2.3.1.2 Tração direta uniaxial

O comportamento à tração uniaxial do concreto reforçado com fibras é

fortemente influenciado pela presença das mesmas, especialmente na fase de

pós-fissuração.

30

Somente utilizando elevadas dosagens, sobretudo de microfibras (da

ordem de 1,5 – 2% ou superiores em volume) podem ser obtidos incrementos

relevantes:

FIGURA 6 - ESQUEMA DE CORPO DE PROVA ENSAIADO À TRAÇÃO PURA E CURVA DE CARGA X DESLOCAMENTO PARA CONCRETOS REFORÇADOS COM FIBRAS CARACTERIZADOS COM BAIXAS PERCENTAGENS DE FIBRAS (A) E ELEVADAS PORCENTAGENS DE FIBRAS (B


É o caso de concretos de alto desempenho (High Performance Fiber

Reinforced Cement Composites, fck > 100MPa) e com elevadas dosagens de

microfibras (Lf < 13mm, dosagem > 2% volume), no qual o comportamento chega

ser de um tipo enrijecido.

O ensaio de tração uniaxial é executado, basicamente, tracionando o

corpo-de-prova em único sentido e direções opostas, fixando e aplicando a carga

tracionante em suas extremidades.

2.3.1.3 Tração indireta - Ensaio brasileiro

As dificuldades práticas para realizar o ensaio de tração direta levaram ao

desenvolvimento de procedimentos alternativos, como por exemplo, o ensaio de

compressão diametral, também chamado de “ensaio brasileiro”:

31

O ensaio consiste em submeter um corpo de prova cilíndrico a uma força

de compressão aplicada em uma região reduzida, ao longo de todo o seu

comprimento.

A ruptura ocorre quando é alcançada a máxima resistência à tração na

direção ortogonal a força aplicada. A partir da carga máxima, obtêm-se a

resistência à tração indireta do concreto reforçado com fibras.

FIGURA 7 - ESQUEMA DE CORPO DE PROVA PARA ENSAIO DE TRAÇÃO INDIRETA, MÉTODO BRASILEIRO


Como mostra a figura 7, o ensaio é realizado a partir de aplicação de uma carga

distribuída na parte superior do cilindro e oposto ao ponto onde este está apoiado.

São fixadas e moldadas peças para preparação da superfície, deixando o ponto

de apoio e aplicação da carga planos.

2.3.1.4 Tração indireta - Flexão

O ensaio à flexão é certamente o mais difundido porque representa muitas

das situações práticas, outro motivo do sucesso deste ensaio deve-se ao maior

grau de hiperestaticidade do mesmo, que coloca em evidência a ductilidade

32

fornecida pelo reforço fibroso, maior e mais representativa do que nos ensaios

anteriormente mencionados (compressão e tração direta):

GRÁFICO 4 - COMPARAÇÃO DA MÉDIA DAS RESISTÊNCIAS À TRAÇÃO PURA DO CONCRETO REFORÇADO COM FIBRAS COM DIFERENTES DOSAGENS


GRÁFICO 5 - COMPARAÇÃO DOS RESULTADOS À FLEXÃO PARA DIFERENTES DOSAGENS DE FIBRAS EM UMA MESMA MATRIZ DE CONCRETO


33

Existem dois tipos de ensaios: ensaio de flexão sobre corpo de prova

prismático, que é realizado através de uma aplicação de carga distribuída no vão

do de uma viga biapoiada, e o ensaio de puncionamento sobre placa, que

consiste na aplicação de uma carga pontual no centro da placa. Assim verifica-se

a tensão de ruptura na secção onde a peça é tracionada por conta da flexão.

Ensaio de flexão sobre viga

A finalidade deste ensaio é a determinação da tenacidade fornecida pelas

fibras ao concreto.

Define-se por tenacidade a resistência mecânica necessária para levar um

material à ruptura (estático, dinâmico ou por impacto), devido a sua capacidade

de dissipar energia de deformação.

FIGURA 8 - ENSAIO DE FLEXÃO SOBRE A VIGA PARA A FETERMINAÇÃO DA RESISTÊNCIA DE PRIMEIRA FISSURA E DO ÍNDICE DE DUCTILIDADE


34

GRÁFICO 6 - CARGA X DESLOCAMENTO VERTICAL, UTILIZADO PARA ANÁLISE DO RESULTADO DO ENSAIO, A ÁREA ABAIXO DA CURVA REPRESENTA A TENACIDADE


FIGURA 9 - RESULTADO DO ENSAIO CONFIRMANDO O COMPORTAMENTO DÚCTIL


35

Ensaio de flexão sobre placa

O ensaio de flexão sobre placa, também chamado ensaio de

puncionamento, foi codificado pela primeira vez pela SNCF (Servicio Nacional

Ferrovias Francesas) em 1989.

A diferença deste ensaio com relação ao ensaio de flexão sobre viga,

refere-se à aplicação de uma carga concentrada no centro de uma placa,

quadrada ou circular, onde através de uma pré-flexão fixada do ponto de carga, é

determinada a energia absorvida.

Seja no caso de uma placa quadrada ou circular, o deslocamento é da

ordem de 1/20 do vão livre, a fim de produzir desta maneira um quadro de

fissuras muito amplo, com varias linhas de fratura.

Este comportamento é característico para uma energia de deformação

muito elevada.

2.3.1.5 Corte e torção

Em geral, as fibras de aço incrementam a resistência ao corte e à torção do

concreto.

Através dos ensaios realizados em vigas nas quais tinham sido utilizadas

fibras para corte e armadura longitudinal à flexão, é possível afirmar que as fibras

podem substituir parcialmente ou totalmente os tradicionais estribos, modificando

o mecanismo de ruptura por cisalhamento, caso existam quantidade e tipo de

fibra adequada (MACCAFERRI, 2008).

2.3.1.6 Fadiga

O aumento de resistência à fadiga devido a introdução de fibras é bem

conhecido e isso se dá, principalmente, pelo maior controle de fissuras que o

CRFA oferece.

36

As dimensões e tipos de ensaios são muito variados: também neste caso,

não existem normas de referência.

A resistência à fadiga pode ser definida como o máximo nível de esforço ao

qual o concreto reforçado com fibras pode resistir para um determinado número

de ciclos de carga antes da ruptura, (ACI Committee: Report 544.1R – Fiber

Reinforced Concrete; Report 544.2R – Measurement of Properties of Fiber

Reinforced Concrete).

2.3.1.7 Impacto

O comportamento do concreto reforçado com fibras quanto a resistência ao

impacto, pode ser estudado através diversos métodos de ensaio (ACI Committee:

Report 544.2R – Measurement of Properties of Fiber Reinforced Concrete):

1. Weighted Pendulum Charpy-type impact test;

2. Drop-weight test (single or repeated impact);

3. Constant strain-rate test;

4. Projectile impact test;

5. Split-Hopkinson bar test;

6. Esplosive test;

7. Instrumented pendulum impact test.

Como exemplo, no item 2 é medido o número de quedas necessárias para

produzir um determinado nível de dano no corpo de prova.

Com estes tipos de ensaio, é possível comparar as seguintes situações:

1. Diferença de comportamento entre os concretos reforçados com

fibras e simples;

2. Diferença de comportamento entre os concretos reforçados com

fibras submetidos ao impacto e as cargas estáticas.

Experiências demonstram que utilizando o método dropweight, registra-se

um grande incremento na resistência do concreto. Aproximadamente 6-7 vezes

com relação aos concretos não reforçados, com dosagens em volume da ordem

de 0,5 % de fibras metálicas.

37

2.3.1.8 Fluência

As pesquisas conduzidas até o presente momento não mostram diferenças

relevantes entre concretos simples e concretos reforçados com fibras (teor de

fibras < 1%) quando submetido a compressão longo prazo.

A norma de ensaio é a mesma utilizada para o concreto convencional:

ASTM C512-02 Standard Test Method for Creep of Concrete in Compression.

2.3.1.9 Retração a curto prazo (plástica)

A fissuração de retração plástica desenvolve-se devido à perda de água

durante a passagem da fase líquida para a fase plástica.

A retração plástica do concreto pode ser eficazmente controlada com o uso

de microfibras do tipo polimérica em virtude da elevadíssima superfície especifica

de tais fibras por unidade de volume e portanto sua capacidade de reter água

devido tensão superficial.

Existem diversos métodos para medir a fissuração, um deles é o AASHTO

PP34-98 “Standard Practice for Estimating the Crack Tendency of Concrete”.

Recentemente foi redigida uma norma específica para concretos

reforçados com fibras: ASTM C1579-06 “Standard Test Method for Evaluating

Plastic Shrinkage Cracking of Restrained Fiber Reinforced Concrete (Using a

Steel Form Insert)”.

2.3.1.10 Retração a longo prazo (hidráulica)

Durante o processo de cura e com a perda continua de água no concreto,

ocorre uma redução volumétrica do mesmo. Caso a estrutura esteja impedida de

se contrair, desenvolvem-se tensões de tração que podem superar a capacidade

resistente do material, provocando o surgimento de fissuras no concreto.

38

Este fenômeno pode ser eliminado agregando fibras curtas na massa, em

quantidades adequadas.

As fibras de melhor desempenho para esta situação são as microfibras de

aço (F ≤ 0,20 mm), devido sua maior superfície específica e possibilidade de

interagir com a matriz de concreto.

Um dos métodos utilizados para avaliar os efeitos da retração em

condições não confinadas, é a norma ASTM C157 “Standard Test Method for

Length Change of Hardened Hydraulic-cement Mortar and Concrete”.

Até o momento, não existem normas sobre este tema aplicado aos

concretos reforçados com fibras.

2.3.1.11 Durabilidade

Nas recentes recomendações CNR DT204 2006, é reportada uma tabela

relativa às fibras de aço, onde é indicada a possibilidade do uso das mesmas em

função de sua classe de exposição (de acordo com a norma EN 206-1:2006 -

Concrete - Part 1: Specification, performance, production and conformity) e da

profundidade de penetração da água sob pressão (UNI EN 12390-8).

2.3.1.12 Corrosão das fibras

Com a finalidade de avaliar os efeitos da exposição do concreto reforçado

com fibras em ambientes agressivos (sais, íons agressivos, etc.), é preciso

distinguir os concretos íntegros dos concretos pré-fissurados.

No primeiro caso, a corrosão é limitada às fibras presentes na superfície,

apresentando somente consequências estéticas.

No caso de corpos de prova fissurados, a redução da resistência é

moderada e depende da amplitude e da profundidade da fissura: para aberturas

de fissura maiores que 0,1mm, mas limitadas em profundidade, não se tem

39

consequências com relação a eficácia estrutural (ACI 544.1R – Fiber Reinforced

Concrete).

2.3.1.13 Exposição ao fogo

Pela experiência acumulada até o momento sobre o comportamento ao

fogo dos concretos reforçados com fibras de aço, podem ser formuladas as

seguintes considerações (extraídas das recomendações CNR DT204 2006):

• Baixas porcentagens de fibras (até 1%) não alteram significativamente a

difusão térmica, que fica então calculável com base nos dados disponíveis

para a matriz de concreto;

• Os danos provocados no material por um ciclo térmico que poderá alcançar

800 °C, estão relacionados à esta máxima temperatura e produzem efeito

irreversível sobre a matriz de concreto.

• Ao variar a temperatura máxima de exposição, a resistência de primeira

fissuração fica praticamente a mesma da matriz de concreto. Para

temperaturas superiores aos 600 °C, as fibras melhoram o comportamento

da matriz;

• Ao variar a temperatura máxima de exposição, o módulo de elasticidade

dos concretos reforçados com fibras não é influenciado significativamente

pela presença de limitadas frações volumétricas (≤ 1% de fibras) e,

portanto, pode ser correlacionado ao da matriz concreto;

• A presença de fibras de polipropileno mostra-se eficaz para limitar os

efeitos do fenômeno de “spalling”. Tais fibras se fundem parcialmente a

uma temperatura de 170 °C, deixando poros livres na matriz. Uma fração

volumétrica de fibras entre 0,1% e 0,25% em volume reduz

significativamente ou elimina esse fenômeno.

Para a verificação dos efeitos da exposição ao fogo, existem diversos

procedimentos, alguns deles relacionados a seguir:

• ISO 834 – 1994: Fire-resistance tests - Elements of building

construction.

40

• BS 476 – 2004: Fire tests on building materials and structures.

GRÁFICO 7 - PERDA DE MASSA X TEMPO DE EXPOSIÇÃO AO FOGO


2.3.2 Incorporação de fibras no concreto

A fibra é um novo componente a considerar na adição do concreto, no que

se refere à produção, ela deve ser adicionada como um novo agregado. E assim

como nos demais agregados, recomendam-se algumas regras fundamentais

quanto a seleção geométrica do elemento para estabelecer o controle da

incorporação das fibras em uma mistura, contribuindo para evitar problemas como

segregação e aglomeração, e garantindo distribuição uniforme (MACCAFERRI,

2008).

Segundo o Manual técnico Maccaferri (2008), as seguintes regras são

válidas para qualquer tipo de concreto e aplicação:

• o comprimento da fibra selecionada deverá ser maior que dobro da

dimensão máxima dos agregados com tolerância de 20%;

41

• o comprimento da fibra será definido em função da dimensão

mínima do elemento estrutural, segundo a seguinte relação “Smín ≥

1,5 LFibra” - também para esta regra pode ser considerada

tolerância de 20%;

Estas recomendações aplicam-se a quaisquer tipos de concreto. Mas pela

particularidade dos concretos moldados “in loco”, algumas sugestões podem ser

consideradas, pela sua dificuldade de aplicação para as fibras de aço. Sugestões,

como um assentamento adicional da ordem de 1” (25mm) no intervalo de

dosagem entre 20 e 45 Kg/m³, devido à perda de trabalhabilidade observada ao

inserir as fibras. Respondendo sempre as regras básicas de seleção geométrica

das fibras, afim de não comprometer o resultado com problemas de segregação e

aglomeração (MACCAFERRI, 2008).

A incorporação das fibras na mistura pode ser feita com a mistura

preparada, quando as fibras são adicionadas diretamente no caminhão betoneira

com a mistura pronta, realizando um controle do abatimento antes e após a

adição das fibras. E pode-se realizar a incorporação juntamente com os

agregados no seu trajeto até o misturador, para este caso a relação água/cimento

deve ser formulada adequadamente visando uma trabalhabilidade especifica, com

uma variação nunca maior que a prevista, 1”(25 mm) (MACCAFERRI, 2008,

p.62).

FIGURA 10 - CONTROLE DO ASSENTAMENTO (SLUMP) APÓS INSERÇÃO DE FIBRAS


42

FIGURA 11 - INCORPORAÇÃO JUNTO AOS AGRAGADOS NA ESTEIRA TRANSPORTADORA


Para os concretos moldados “in loco”, não há nenhuma consideração

mecânica adicional, permitindo o uso de vibradores e bombas sem

contraindicações, porem para concretos bombeados, é importante ressaltar a

necessidade de observar que o diâmetro da fibra não deve exceder 70% do

diâmetro da boca de saída do tubo de bombeamento (MACCAFERRI, 2008,

p.63).

Concretos lançados e moldados “in loco”, são concretos fluidos com

abatimento entre 4” e 6” ( 10 cm e 15 cm) e relação água/cimento entre 0,3 e 0,5.

Sabendo que a seleção e granulometria dos agregados devem considerar os

elementos a serem concretados, e que será influenciada pela geometria e pela

resistência mecânica exigida pelo projeto, a escolha das fibras deverá ser

compatível com estas premissas.

Por ser muito ampla, a flexibilidade da incorporação de fibras na mistura

pode ocorrer com relações água/cimento muito baixas, em misturas secas.

Nestes casos, os aditivos cumprem a função de manter a trabalhabilidade e um

acabamento adequando para os elementos confeccionados.

43

2.3.3 Aplicações

Como as fibras adicionadas ao concreto, proporcionam ao compósito

grande controle de propagação e abertura de fissuras, o material acaba tornando-

se interessante em casos onde esta patologia deve ser limitada ou quando se

deseja redistribuir os esforços no elemento após a fissuração.

Assim, as diversas aplicações do CRFA são motivadas quando os

requisitos são uma boa resistência a solicitações de fadiga, impacto, redução ou,

em alguns casos, a substituição da armadura convencional, e maior durabilidade

pela redução de fissuração e permeabilidade do material (NUNES, 2002).

Conforme é necessário atender alguma das características que o CRFA

apresenta, temos as variadas aplicações para a solução, como descrito por Pinto

e Morais (1996), os pavimentos rodoviários e industriais são as principais

aplicações desta solução, além do revestimento de túneis e taludes, segundo

Figueiredo, Helene e Agopyan (1995).

Outras aplicações comuns para o CRFA são os tubos de concreto para

redes de esgoto e água pluvial (CHAMA NETO, 2002), reforço secundário para

estruturas de concreto armado e reforço de elementos pré-moldados

(VANDEWALLE e DUPONT, 2001).

Pisos industriais, portuários, aeroportuários, rodoviários e aplicações especiais

Por apresentar maior resistência à fissuração, impacto e desgaste e

possuir maior ductilidade, o CRFA esta sendo cada vez mais utilizado para suprir

as necessidades encontradas em estruturas especiais, tais como: pavimentos de

aeroportos, pavimentos rodoviários, leito de pontes, pisos industriais, estruturas

de suporte de máquinas, dormentes, tanques de estocagem, dentre outras

aplicações. Do ponto de vista técnico, essas aplicações são consideradas como

placas apoiadas sobre o solo, submetidas a cargas pontuais, distribuídas,

lineares, sendo tradicionalmente reforçadas para suportar a retração, e resistir à

44

flexão. O CRFA tem um comportamento mecânico compatível ao de placas

apoiadas sobre o solo, a correta modelagem de suas aplicações pelo avanço dos

métodos de análise e de avaliação do comportamento do material, possibilitou um

aumento no número de aplicações desta tecnologia e promoveu o

desenvolvimento de novas pesquisas e normas para a geração de projetos

responsáveis quanto o parâmetro estrutural deste novo material (MACCAFERRI,

2008, p.137).

FIGURA 12 - EXEMPLO DE APLICAÇÃO DE CRFA EM AEROPORTOS. TERMINAL DE CARGAS – INFRAERO – SP

FONTE: FORTES, SOUZA E BARBOSA (2008).

FIGURA 13 - EXEMPLO DE APLICAÇÃO DE CRFA EM PISOS INDUSTRIAIS

FONTE: RAMON CAVILHA (2014).

45

2.3.4 NBR 15530:2007 – Norma do concreto com fibras de aço

A norma ABNT NBR 15530:2007 sobre fibras de aço intitula-se “Fibras de

aço para concreto – Especificação”. Ela estabelece parâmetros de classificação

para as fibras de aço de baixo teor de carbono e define os requisitos mínimos de

forma geométrica, tolerâncias dimensionais defeitos de fabricação, resistência à

tração e dobramento. Com isso, procura-se garantir que o produto fornecido em

conformidade com estes requisitos tenha potencial para proporcionar um

desempenho adequado ao concreto reforçado com fibras de aço (CRFA), desde

que sejam observados os cuidados com a dosagem e controle do material. A

norma se atém ao produto fibra, sem regular a verificação de desempenho da

mesma no concreto possibilitando uma garantia de comportamento mínimo, mas

não de desempenho, pois isso depende de outros fatores como consumo de

fibras e a resistência da matriz. Isso ocorre porque o concreto reforçado com

fibras de aço (CRFA) tem seu desempenho dependente da interação entre fibra e

matriz (FIGUEIREDO, 2005). Ou seja, não é possível garantir o bom desempenho

de um CRFA apenas usando-se uma fibra de boa qualidade, mas verificando

como a mesma foi corretamente especificada, dosada e o controle do material

feito segundo o recomendado pela boa técnica.

Segundo Figueiredo (2008), a norma procurou regular dois fatores: a

geometria da fibra e a resistência do aço que lhe deu origem. Isto deve-se ao fato

da geometria da fibra ser um dos principais aspectos definidores do desempenho

do compósito. Outro fator relevante na definição do desempenho da fibra no

concreto reforçado com fibra de aço, é a resistência do aço utilizado na sua

produção, sendo mais significativa para concretos de resistência mecânica mais

elevada. Os requisitos e tolerâncias especificados para as fibras procuram

regular, principalmente, estes dois aspectos.

De acordo com a NBR 15530:2007, as fibras de aço são, basicamente,

caracterizadas e classificadas pelos parâmetros a seguir.

46

2.3.4.1 Características

• Comprimento

• Diâmetro equivalente;

• Fator de forma

• Limite de resistência à tração.

2.3.4.2 Classificação

Quanto à conformação da fibra ou sistema de ancoragem (geometria):

• Tipo A: com ancoragem nas extremidades

• Tipo C: corrugada

• Tipo R: reta (sem ancoragem nas extremidades)

Quanto ao processo de produção:

• Classe I: oriunda de arame trefilado a frio;

• Classe II: oriunda de chapa laminada cortada a frio;

• Classe III: oriunda de arame trefilado e escarificado

A Definição da resistência mínima do aço ocorre em função da classe da

fibra analisada. A norma prevê diferentes níveis de resistência em função do tipo

e da classe da fibra.

47

TABELA 2 - REQUISITOS ESPECIFICADOS PELA NORMA ABNT NBR 15.530 (2007) PARA AS FIBRAS DE AÇO.

FONTE: ABNT NBR 15530 (2007).

Devido às suas pequenas dimensões, há uma grande dificuldade na

normalização da resistência da fibra, pois não se pode realizar com facilidade o

ensaio de tração que caracteriza o material. Assim, ocorre uma pré-qualificação

da matéria prima que deve ser realizada pelo fabricante segundo as normas

ABNT NBR 6207 – Arames de aço: Ensaio de tração, que define o ensaio a ser

empregado na determinação da resistência do aço utilizado na produção das

fibras Classe I e II, e a norma ASTM A 370 – Standard test methods and

definitions for mechanical testing of steel products. Que deve ser empregada na

qualificação do aço destinado à produção das fibras Classe II (FIGUEIREDO,

2011).

Outra preocupação necessária era a garantia de uma ductilidade mínima

para a fibra de aço, fundamental para evitar a fragilização do compósito

(FIGUEIREDO, 2005).

Disposição das fibras:

• Soltas: fibras dispostas de forma separada ou unitariamente;

• Coladas: fibras dispostas na forma de pentes colados ou unidas

entre si por uma cola solúvel em água;

48

Tipo de revestimento:

• Polidas (ou bright): fibras de aço sem revestimento metálico;

• Galvanizadas: fibras de aço galvanizado2;

Tipo de material:

• Aço carbono: baixo, médio ou alto teor de carbono;

• Aço inoxidável;

2.5 FUNDAÇÃO EM RADIER

Na construção civil brasileira, a utilização de radier está repleta de mitos.

Um desses mitos estabelece que o sistema composto por estacas e vigas

baldrames seria mais econômico. Esse mito está particularmente sedimentado e

provavelmente foi verdade décadas atrás quando a disponibilidade de concreto

usinado era escassa. Nos dias atuais, o radier pode ser projetado e executado

com economia e mais importante ainda, é enfatizar que esse sistema proporciona

uma plataforma estável para o restante da construção (DÓRIA, 2007).

A fundação em radier é uma estrutura que pode ser executada em concreto

armado ou protendido e que recebe todas as cargas através de pilares, alvenarias

da edificação, cargas distribuídas de tanques, depósitos ou silos, distribuindo-as

de forma uniforme ao solo (VELOSSO, 2004).

Segundo Velloso e Lopes (2004), as fundações em radier são utilizadas

quando as áreas das sapatas se aproximam umas das outras ou mesmo

interpenetram (em consequência de cargas elevadas nos pilares e/ou de tensões

de trabalho baixas) ou quando se deseja uniformizar os recalques (através de

uma fundação associada).

O radier é uma fundação direta que engloba todas as cargas que chegam à

fundação sob uma única placa de concreto. Ao contrario da fundação em sapata

que é recomendado, para solos apoio com SPT maior ou igual a 8 o radier pode

ser indicado a solos com SPT maior ou igual a 4 (YOPANAN, 2008).

49

Segundo o ACI 360R-92 (1997), o radier é uma laje continuamente

suportada pelo solo, com carga total, quando uniformemente distribuída menor ou

igual a 50% da capacidade de suporte admissível do solo. A laje pode ser

uniforme ou de espessura variável, e pode conter elementos de enrijecimento

como nervuras ou vigas. A laje pode ser de concreto simples, concreto reforçado

ou concreto protendido. O reforço de aço é utilizado para os efeitos de retração e

temperatura ou carregamento estrutural. A laje pode ser uniforme ou de

espessura variável, e pode conter elementos de enrijecimento como nervuras ou

vigas. A laje pode ser de concreto simples, concreto reforçado ou concreto

protendido. O reforço de aço é utilizado para os efeitos de retração e temperatura

ou carregamento estrutural.

A caracterização da rigidez da placa pode ser rígida ou flexível. Um

elemento estrutural rígido é aquele que tem grande rigidez a flexão, como um

radier nervurado ou em caixão.

A NBR 6122:1996 define o radier como um elemento de fundação

superficial que abrange todos os pilares da obra ou carregamentos distribuídos.

Segundo Almeida (2001), em geral, considerando a situação atual da

construção civil Brasileira, pode ser dito que o radier recebe pouca atenção tanto

durante a fase de projeto quanto durante a fase de construção. Como

consequência, as recomendações que poderiam evitar muitos problemas são

simplesmente ignoradas. Aliás, convém mencionar que uma Norma Brasileira

para projeto e execução de laje sobre solo nem sequer existe. Entretanto, existe

literatura de excelente qualidade produzida principalmente pelo American

Concrete Institute (ACI) e pelo Post-Tensioning Institute (PTI).

2.6 ORÇAMENTO

Orçamento é definido como a determinação dos gastos necessários para a

realização de um projeto, de acordo com um plano de execução pré-estabelecido,

gastos esses representados em termos quantitativos (LIMMER, 1997).

50

Tem-se como objetivo definir o custo de execução de cada serviço, criar

um documento contratual, servindo de base para o faturamento de empresa

executora, fazer referência na análise dos rendimentos obtidos dos recursos

gastos e, como ferramenta de controle da execução do projeto, fornecer

informações para o desenvolvimento e aperfeiçoamento da capacidade técnica e

competitividade da empresa que o executa.

Segundo Limmer (1997) orçamento pode ser expresso de diversas

maneiras, sendo a de maior utilidade a unidade monetária. Orçar um projeto

baseia-se na previsão de ocorrências de atividades futuras logicamente

encadeadas e que consomem recursos, ou seja, custos. Basicamente uma

previsão de ocorrências monetárias ao longo do prazo de execução do projeto.

Para a realização do orçamento de um projeto há sempre a necessidade

de se incorporar os custos nos quais incorre a empresa que executa os trabalhos

de sua implementação sendo estes chamados de custos empresariais.

Indiretamente, os custos de execução de cada projeto formam o orçamento do

produto e englobam o orçamento empresarial, sendo que, com a venda do

produto que são cobertos os todos os custos, diretos e indiretos, incorridos na

produção e que constituem os custos de produção. Contudo, estes custos

empresariais são variáveis.

Os custos são classificados de duas formas: os custos diretos e indiretos.

Os primeiros são gastos feitos com os insumos, como mão-de-obra, materiais,

equipamentos e meios incorporados ou não ao produto. Já o custo indireto é

definido por todos os gastos com elementos secundários necessários para correta

elaboração do produto, ou, de gastos de difícil alocação a uma determinada

atividade ou serviço.

Outra classificação dos custos se refere ao volume de produção, podendo

ser um custo fixo, que quase não varia de acordo com o volume produzido, custo

variável, que varia de forma proporcional ou direta com a quantidade ou dimensão

do produto, ou custo semivariável, que varia com o volume produzido, porém de

forma não proporcional, sendo uma mescla das características de custos fixos e

51

variáveis. Os custos totais representam o somatório dos custos fixos, variáveis e

semivariáveis.

Com base nestas classificações, podemos observar a matriz de custos:

TABELA 3 - EXEMPLO DE MATRIZ DE CUSTOS

FONTE: os autores.

2.6.1 Métodos de orçamentação

Limmer (1997) defende que a qualidade da informação depende do grau de

detalhamento do projeto e em função deste detalhamento pode-se definir o

método de orçamentação que mais adequado, o de correlação e o de

quantificação.

52

O método de correlação é baseado na estimativa do custo por correlação

deste com variáveis de medida da grandeza do produto cujo quer determinar.

Pode ser feito por dois processos: a correlação simples, onde produtos

semelhantes e de mesmo tipo mesmo tendo proporções distintas têm, cada um,

custo proporcional à sua dimensão característica, e o processo de correlação

múltipla, baseado em que o projeto é decomposto em partes, de modo que o

custo total seja a soma do custo de cada parte.

O método de quantificação abrange dois processos, o de quantificação de

insumos e o da composição de custo unitário. A quantificação de insumos baseia-

se no levantamento das quantidades do todos os insumos necessários à

execução da obra, os quais podem ser agrupados em três grupos: mão-de-obra,

materiais e equipamentos. A composição do custo unitário é baseada na

composição do produto em conjuntos ou partes, de acordo com centros de

apropriação estabelecidos em função de uma Estrutura Analítica de Partição

(EAP) do projeto e de uma Estrutura Analítica de Insumos (EAI), a primeira

detalhada no nível de pacotes de trabalho a serem executados, com os materiais

e equipamentos apropriados, e a segunda, no nível de tipos de insumos ou de

custos.

53

3 MÉTODO E RESULTADOS

Neste capítulo são descritos detalhes sobre o estudo de aplicação

abordando o processo de execução de lajes de fundação em concreto, tipo radier,

com inserção de fibras de aço, além da análise de custo desta solução.

Também são descritas as características da solução convencional para

radiers (em concreto armado) para que seja feito um comparativo das soluções.

3.1 MÉTODOS CONSTRUTIVOS

Antes do início da execução, deve-se dar atenção aos fatores que

influenciam diretamente o desempenho da laje como o tipo de solo, a

uniformidade do suporte da base, a qualidade do concreto, o tipo e espaçamento

das juntas e o acabamento superficial.

Um ponto que merece grande destaque é o conhecimento das

características do solo sobre o qual o radier será executado. Como o

desempenho estrutural do radier depende tanto da qualidade do concreto como

também das propriedades do solo sobre o qual está apoiado, as recomendações

da literatura estrangeira são enfatizadas para a dosagem, a fabricação, a

aplicação e o acabamento do concreto e também para a caracterização e a

preparação do solo para proporcionar um suporte uniforme para a laje.

Para o cálculo estrutural de radiers, é importante conhecer o módulo de

reação do solo. Para carregamentos moderados, somente um grau limitado de

informação geotécnica está normalmente disponível. Entretanto, assumindo uma

homogeneidade no solo do local de interesse, uma das formas de se obter o

módulo de reação do solo é através do ensaio CBR (California Bearing Ratio)

para esse solo.

A situação ideal de projeto é o projetista estrutural contar com a

colaboração de um especialista em solo, afinal, a resistência do solo é muito

54

importante para o desempenho de fundação do tipo radier, principalmente para

suportar carregamentos elevados. Esta resistência do solo é influenciada pelo

grau de compactação e pelo teor de umidade. O método de compactação melhora

as propriedades estruturais do solo. O subleito é tão importante quanto a próprio

radier para garantir que o radier desempenhe a função para o qual foi projetado,

assegurando que as condições de apoio sejam uniformes para o radier.

A base é o terreno natural nivelado e compactado, sobre o qual o radier é

executado. Pode-se melhorar a base da fundação através de drenagem,

compactação e estabilização do solo. Devido a rigidez do radier, os

carregamentos aplicados são distribuídos em grandes áreas e as pressões na

base são normalmente baixas. A base deve ser uniforme. Quando o suporte

uniforme não é obtido através de nivelamento e compactação, aplica-se uma sub-

base, como forma de correção da base. A classificação adequada do solo deve

ser realizada para identificar os solos potencialmente problemáticos.

As soluções para estruturas de radier apresentam suas particularidades,

vantagens e desvantagens, logo, os processos construtivos para a solução

tradicional, em concreto armado, e a solução em CRFA, objeto desse estudo,

serão apresentados.

Algumas das etapas construtivas são comuns às duas soluções,

principalmente as preliminares a montagem da armação, para o concreto armado,

ou aplicação do concreto. São estas as etapas:

Topografia

Anterior à efetiva preparação e lançamento do radier, o solo precisa estar

rigorosamente nivelado. Assim, faz-se necessário a utilização de equipamentos

topográficos e uma equipe especializada para a verificação do local. Assim,

podem-se apontar possíveis ajustes no terreno.

55

FIGURA 14 - ESTAÇÃO TOTAL, EQUIPAMENTO TOPOGRÁFICO

FONTE: os autores.

Instalações

Quando o terreno está devidamente nivelado, são montadas as instalações

hidráulicas, de esgoto e as caixas e passagens das instalações elétricas.

FIGURA 15 - EXECUCÃO DAS INSTALAÇOES HIDRO-ELÉTRICAS

FONTE: os autores.

56

Preparo da base

Evitando o contato da armação com o solo e permitindo realizar um

nivelamento fino, o radier utiliza uma camada de aproximadamente 7 cm de brita.

Sobre ela, coloca-se uma lona plástica impermeabilizante, que evita que a nata de

concreto fresco desça para a brita.

FIGURA 16 - PREPARAÇÃO DA BASE PARA RADIER DE CONCRETO ARMADO


Fôrmas

Podem ser metálicas, mais vantajosas em projetos maiores com diversos

radiers e repetição de concretagens, ou podem ser executadas na própria obra,

em madeira, por carpinteiros. São elas que delimitam o espaço físico ocupado

pelo concreto que será lançado, dando forma à estrutura.

57

FIGURA 17 - FORMA DE UM RADIER PRONTO PARA RECEBER O CONCRETO

FONTE: os autores.

3.1.1 Radier em concreto armado

Dentro das definições apresentadas, temos as seguintes etapas para a

execução de radiers em concreto armado:

3.1.1.1 Armadura

As armaduras para radier de concreto armado são de aço, no formato de

tela, soldada ou não, podendo ser simples ou dupla, dependendo do número de

camadas e com ou sem reforço sob as paredes. As telas ou malhas, podem vir

montadas de fábrica ou moldadas “in loco”.

58

FIGURA 18 - MALHA DE AÇO ARMADA PARA RADIER DE CONTRETO ARMADO

FONTE: os autores.

3.1.1.2 Concretagem

Primeiramente, é de suma importância verificar o nivelamento com nível

laser nos quatro cantos da fôrma. Depois de ajustar o nivelamento, o concreto é

lançado e nivelado com o auxilio de mestras metálicas. O acabamento superficial

é obtido por sarrafeamento, desempenamento e utilizando a acabadora mecânica

de superfície. É importante ressaltar que o acabamento não pode ser liso demais,

pois a textura deve garantir aderência de argamassa.

59

FIGURA 19 - LANÇAMENTO DO CONCRETO DENTRO DA FORMA DO RADIER ARMADO

FONTE: os autores.

FIGURA 20 - ACABAMENTO SUPERFICIAL DO CONCRETO ARMADO

FONTE: os autores.

3.1.1.3 Cura do concreto

A cura do concreto é o conjunto de medidas tomadas para evitar a

evaporação da água de amassamento – essencial para a hidratação do cimento –

60

e fundamental para o concreto alcançar um melhor desempenho. Em

contrapartida, a cura inadequada causa redução da resistência e da durabilidade

do concreto. Caso seja mal executada causa fissuras e expõe a camada

superficial à entrada de substâncias agressivas, pois torna o concreto poroso e

permeável. Um concreto não curado corretamente pode ter resistência até 30%

mais baixa que o desejado. Assim sendo, é fundamental promover uma ação que

garanta água suficiente para que o processo de reação química do cimento se

complete, como a molhagem frequente do concreto, para evitar a secagem da

superfície. A duração deve ser de pelo menos 7 dias – cimento Portland comum –

ou 14 dias – cimento Portland de alto-forno – sendo que pode durar até 3

semanas, melhor caso para o concreto.

FIGURA 21 - PROCEDIMENTO DE CURA PARA CONCRETO


3.1.2 Radier em CRFA

O método construtivo de um radier em concreto com fibras de aço é

semelhante ao realizado em concreto armado. As etapas de lançamento,

adensamento e acabamento superficial deverão ser executadas normalmente. A

diferença inicial que caracteriza o processo construtivo é a eliminação da etapa de

corte, dobra e posicionamento da armadura, não tendo necessidade da utilização

de espaçadores e garantindo a facilidade de aplicação e redução no tempo de

61

execução. Porém, este método construtivo não é normatizado no Brasil, que exige

armadura mínima em qualquer projeto estrutural.

O processo executivo para radiers reforçados com fibras de aço deve

seguir critérios a serem observados desde a adição das fibras, durante a

produção do concreto na usina, ou na adição direta no caminhão-betoneira.

Quando a adição das fibras é feita na obra, é necessário especificar a compra de

um concreto sem fibras que, em termos práticos, possua maior fluidez a ponto de

conservar a trabalhabilidade necessária à aplicação quando houver a

incorporação das fibras. Assim como os demais componentes do concreto, as

fibras de aço devem ser incorporadas à mistura com velocidade regular.

Como já abordado, sabe-se que o CRFA necessita de um maior controle

de dosagem, grande problema no Brasil, o que implica na preferência por utilizar

o concreto usinado na maioria das obras que optam por utilizar fibras de aço.

Assim, é de suma importância que o CRFA, com fibras (fornecidas pela

Maccaferri) respeite os seguintes critérios referenciais para a escolha do traço:

• Abatimento de tronco de cone (slump test) de 120 +- 10 mm;

• Teor de argamassa entre 48 e 52 %;

• Fator a/c (água/cimento) < 0,55;

• Consumo máximo de água 185 l/m³;

• Agregar aditivos plastificantes para melhorar a trabalhabilidade do

concreto, caso necessário;

• Consumo de cimento mín. de 320 kg/m³ e máx. de 380 kg/m³

62

FIGURA 22 - SLUMP-TEST PARA AFERIÇÃO DE TRABALHABILIDADE

FONTE: os autores.

FIGURA 23 - MISTURA HOMOGÊNEA DE CRFA

FONTE: os autores.

63

FIGURA 24 - DISTRIBUIÇÃO HOMOGÊNEA DAS FIBRAS NA MATRIZ DE CONCRETO


Assim, o procedimento para dosagem de concreto com fibra de aço na

usina começa com a verificação da dosagem de projeto. Em seguida, separa-se

próxima a esteira da usina, a quantidade exata de caixas com fibras de aço

necessárias para abastecer 1 caminhão betoneira. Analisando a especificação de

projeto, sabe-se qual a quantidade de fibras para 1 m³ de concreto, assim separa-

se a quantidade de caixas necessárias para o caminhão.

Feito o cálculo para relacionar volume de concreto e quantidade de fibras

de aço, segue o procedimento para a colocação das fibras na esteira da usina.

Para tal, é necessário adicionar as fibras durante o carregamento do material na

esteira, juntamente com os agregados graúdos e areia, não podendo ser

adicionada como primeiro componente da mistura. A velocidade máxima para a

adição, é de 20 kg/min, 1 caixa/min para fibras Maccaferri, ou seja, as fibras

deverão ser dosadas no concreto de uma maneira gradativa, garantindo a

homogeneidade da mistura, de maneira a não seguirem para o caminhão com

formação de grumos ou aglomerados de fibras, conhecido como “ouriço”.

64

FIGURA 25 - CAIXAS COM 20 KG CADA DE FIBRAS DE AÇO


FIGURA 26 - PARA REALIZAR A INSERÇÃO DEVE-SE UTILIZAR LUVAS COMUNS E OUTRA DE “RASPA” PARA O PROCEDIMENTO


65

FIGURA 27 - INSERÇÃO DAS FIBRAS JUNTAMENTE COM OS AGREGADOS GRAÚDOS

FONTE: os autores.

FIGURA 28 - FORMAÇÃO DE “OURIÇOS” ESTA DIRETAMENTE ASSOCIADA A MISTURA INADEQUADA DOS MATERIAIS

FONTE: os autores.

66

É importante observar a semelhança das etapas de lançamento e

adensamento do concreto, que são similares às etapas do concreto armado.

Porém, na etapa de acabamento superficial, que utiliza basicamente os mesmos

equipamentos para acabamento em concreto armado – réguas vibratórias, laser

screed ou o “floating” (acabamento mecânico) – a maior preocupação na

execução de radiers de CRFA, é a possibilidade de que as fibras de fiquem

expostas na superfície do concreto, fenômeno conhecido como afloramento, um

das principais desvantagens desta solução.

Segundo o Manual Técnico Maccaferri (2008), estruturalmente o impacto

do afloramento é nulo, uma vez que a quantidade de fibras envolvidas em 1 m³ de

concreto dosado com 20 kg/m³, por exemplo, pode chegar a 90 mil peças. Assim,

pode-se afirmar que as poucas fibras que porventura aflorem, não

comprometerão a qualidade estrutural da peça, prova disso, é que pode-se

simplesmente remover ou cortar as fibras, caso ocorram afloramentos pontuais.

Esteticamente, é possível reduzir ou até mesmo eliminar, caso o volume de

fibras seja pequeno, o aparecimento das fibras na superfície, verificando as

recomendações de traço indicadas no projeto, a qualidade dos equipamentos, e

controlando os procedimentos de execução recomendados. O uso de agregados

minerais aspergidos e incorporados na superfície da estrutura, além de aumentar

a resistência a abrasão, também auxilia a evitar o aparecimento de fibras na

superfície, pois cria uma camada mineral sobre o concreto, cobrindo as fibras

afloradas. No entanto é perfeitamente possível obter resultados satisfatórios sem

este método.

67

FIGURA 29 - LANÇAMENTO DO CONCRETO COM FIBRAS

FONTE: os autores.

FIGURA 30 - LANÇAMENTO DO CRFA

FONTE: os autores.

68

FIGURA 31 - UTILIZAÇÃO DE AGREGADO MINERAL PARA MELHORAR A RESISTÊNCIA A ABRASÃO E EVITAR AFLORAMENTO DE FIBRAS


FIGURA 32 - ACABAMENTO FINAL FEITO ATRAVÉS DE UMA “POWER FLOAT”


69

3.2 INSUMOS

Segundo Limmer (1997), os custos diretos de uma obra são gastos feitos

com os insumos, como mão-de-obra, materiais, equipamentos e meios

incorporados ou não ao produto.

Como os métodos construtivos, alguns insumos são utilizados em ambas

as soluções e apresentados a seguir:

Fôrmas

As fôrmas são utilizadas para delimitar o local de aplicação do concreto,

definindo a área, espessura e, com isso, o volume. Normalmente as fôrmas são

metálicas ou de madeira, sendo o último o mais comum para obras de menor

porte, devido ao menor custo do material e maior versatilidade. As fôrmas podem

ser reaproveitadas em diversas utilidades na obra, o que diminui o custo relativo

do material.

Mão-de-obra

A mão-de-obra necessária para a execução de radiers inclui os serviços de

preparação da base, carpintaria, armação, lançamento, adensamento e cura do

concreto, além do corte das juntas, se existentes. Estes insumos podem ser

quantificados por horas trabalhadas ou pela produção do serviço e têm valores

variados, dependendo, também, da mão-de-obra ser terceirizada ou própria.

3.2.1 Insumos do radier em concreto armado

As estruturas em concreto armado têm como principais insumos o

concreto, composto por cimento, água, areia, brita e possíveis aditivos, a

armadura, as fôrmas e a mão-de-obra para execução de cada um destes

70

serviços, porém, no caso dos radiers, têm-se, também, outros insumos devido a

sua aplicação em superfícies não preparadas, como o solo.

Abordaremos a seguir, os insumos referentes ao radier em concreto

armado:

Concreto

Sendo o material de maior volume na estrutura, o concreto é um insumo

que representa grande parte do custo da estrutura.

O concreto é composto por diversos outros materiais, como cimento, areia,

brita, água e possíveis aditivos, estes que devem ser dosados de forma a garantir

a resistência mínima exigida pelo projeto estrutural e atender as necessidades de

aplicação.

Usualmente, as obras de diversos segmentos da construção civil utilizam

concretos feitos em usinas concreteiras, onde se tem maior controle de dosagem

e, também, devem fazer o controle tecnológico, a fim de garantir a resistência

prometida. Com isso, reduz-se o trabalho e espaço necessário para produzi-lo na

obra, pois é comprado pronto para aplicação.

O concreto utilizado em estruturas deve atender, além das propriedades

básicas, como a resistência a compressão e módulo de elasticidade, as

exigências referentes à retração, necessitando, então, de um processo adequado

de cura.

Armadura

Para as estruturas em concreto armado, a armadura é o insumo de maior

custo relativo. As barras de aço são as principais responsáveis pela resistência à

tração e tem sua quantificação, disposição e dimensões determinadas por projeto,

atendendo a norma de cálculo estrutural NBR 6118:2014. Sua preparação pode

ser feita na obra ou comprada cortada e dobrada, restando ao armador fazer a

montagem.

71

Para radiers, devido a sua espessura, a armadura pode estar

disposta em duas camadas (inferior e superior) ou em uma única camada,

resistindo a flexões positivas e negativas.

FIGURA 33 - DISPOSIÇÃO DA ARMADURA EM DUAS CAMADAS (ESQ.) E CAMADA ÚNICA (DIR.)

FONTE: DÓRIA (2007).

Mão-de-obra

Além dos serviços de preparação da base, instalação de fôrma,

lançamento e cura do concreto, para esta solução, é necessário o serviço de

armação, para a montagem e colocação da armadura, conforme projeto. Serviço

de execução mais detalhada e passível de erros, além de da suma importância

para o desempenho estrutural, logo, deve ser atentamente conferido.

Demais insumos

Outros insumos de menor influência no custo do radier, porém presentes

na execução do mesmo são: a brita, para preparação da base, a lona, para

proteção e evitar que a capilaridade afete a estrutura, e os espaçadores,

normalmente plásticos, para garantir o correto posicionamento da armadura.

72

3.2.2 Insumos do radier em CRFA

Além dos insumos comuns entre as soluções, o radier em CRFA tem como

principais particularidades a adição de fibras de aço a matriz de concreto e a

possibilidade de substituir totalmente a armadura convencional, o que faz

desnecessária as barras de aço e a mão-de-obra para armação. Particularidade

que não atende a norma brasileira de cálculo estrutural, sendo então, viável

porém não permitido.

As fibras de aço incorporadas ao concreto representam, para esta solução,

um dos insumos de maior custo e sua quantidade é definida, em kg/m³ de

concreto, por projeto. Considerando as fibras de aço como agregado e seu custo

somado ao do concreto, a mistura apresenta custo mais elevado se comparado

ao concreto utilizado nas estruturas de concreto armado.

3.3 COMPARATIVOS DAS SOLUÇÕES

Atualmente, para suprir as armaduras convencionais utilizadas para pisos,

pavimentos e radiers, uma solução para tais estruturas consiste na incorporação

de fibras metálicas na massa de concreto. No presente capítulo será feito um

comparativo entre as soluções apresentadas para radiers, sendo elas em

concreto armado e em concreto reforçado com fibras de aço.

Para realizar a comparação foi utilizado um exemplo de edificação

industrial, considerando carregamento permanente, da estrutura, e carga

acidental móvel, por conta de empilhadeiras.

O radier utilizado para a estrutura tem as dimensões de 765 x 615 cm,

constituindo um total de 47,05 m² de radier, que poderá ser executado na solução

convencional de concreto armado ou utilizando o concreto reforçado com fibras

de aço.

73

FIGURA 34 - ÁREA DO RADIER PARA EDIFICAÇÃO POPULAR

FONTE: os autores.

A resistência do concreto foi estabelecida de acordo com a NBR 6118:2014

para classe de agressividade II (moderada urbana), com valor mínimo de 25 MPa.

3.3.1 Dimensionamento do radier

Momento de cálculo do projeto, considerando os seguintes fatores (valores de coeficientes e memorial de cálculo retirados do Manual Técnico Maccaferri (2008)):

• Carga uniformemente distribuída: g = 60 kN / m2;

• Empilhadeira de rodagem simples com carga de 100 kN no eixo mais

carregado;

• Veículo de rodagem dupla com carga de 120 kN no eixo mais carregado;

• Concreto: C 25 (fcka / a);

• Solo: CBR = 8%;

• Sub-base: 10 cm em brita graduada tratado com cimento BGTC;

74

• Módulo de reação do conjunto sub-base / sub-leito: k = 0,09 N/mm3;

• Pressão de enchimento dos pneus: p = 0,7 N/mm2;

• Espessura inicial adotada: 120 mm;

• Tamanho das placas: 12,00 m X 8,00 m;

• Coeficiente de Poisson: n = 0,20;

• Coeficiente de impacto: ϕ = 1,4;

• Coeficiente de ponderação de cargas: gq = 1,2 (este valor é utilizado para

os casos de pisos onde são levados em consideração os efeitos de

temperatura e de retração).

- Momento Fletor devido à carga uniformemente distribuída:

λ =12⋅0, 09

4 ⋅305002⋅12034 = 1,78 x 10-3 mm-1

M = − 0,168 ⋅60000 x10−6

(1, 78 x10−3)2 = 3181 Nmm/mm

- Momento Fletor devido à carga da empilhadeira:

Raio da área de contato e raio de rigidez relativa:

a =φ ⋅Pπ ⋅ p

=1, 4⋅50000

π ⋅0, 7=178 mm

Raio de rigidez relativo:

ℓ = Ec ⋅h3

12⋅ 1−ν 2( ) ⋅ k4 =30500 ⋅1203

12⋅ 1− 0, 202( ) ⋅0, 094 = 475 mm

Momento da carga da roda 1 no interior da placa:

M0,1 =50000

6 ⋅ 1+2 ⋅178475

"

#$

%

&'

(

)*

+

,-

= 4763 Nmm / mm

Acréscimo de momento em 1 devido a carga 2:

s – distância da carga da roda 2 até a carga da roda 1;

75

s / l = 1000 / 475 = 2,10 ⇒ M / P = 0,01

M0,2 = 0,01 . 4763 = 48 Nmm/mm

M0 = M0,1 + M0,2 = 4763 + 48 = 4811 Nmm/mm Momento da carga da roda 1 na borda da placa:

M0,1 =0, 6⋅50000

3, 5 ⋅ 1+3⋅178475

"

#$

%

&'

(

)*

+

,-

= 4035 Nmm / mm



s / l = 1000 / 475 = 2,10 ⇒ M / P = 0,01

M0,2 = 0,01 . 4035 = 40 Nmm/mm

M0 = M0,1 + M0,2 = 4035 + 40 = 4075 Nmm/mm

- Momento devido à carga do veículo:

Raio da área de contato e raio de rigidez relativa:

a =φ ⋅Pπ ⋅ p

=1, 4⋅25000

π ⋅0, 7=126 mm

Raio de rigidez relativo (carga de curta duração E = Ec):

ℓ = E ⋅h3

12⋅ 1−ν 2( ) ⋅ k4 =30500 ⋅1203

12⋅ 1− 0, 202( ) ⋅0, 094 = 475 mm

Momento da carga da roda 1 no interior da placa

M0,1 =25000

6 ⋅ 1+2 ⋅126475

"

#$

%

&'

(

)*

+

,-

= 2722 Nmm / mm


76

s / l = 300 / 475 = 0,63 ⇒ M / P = 0,09

M0,2 = 0,09 . 2722 = 245 Nmm/mm



s / l = 1850 / 475 = 3,89 ⇒ M / P = 0



s / l = 2150 / 475 = 4,53 ⇒ M / P = 0

M0 = M0,1 + M0,2 + M0,3 + M0,4 = 2722 + 245 + 0 + 0 = 2967 Nmm/mm

Momento da carga da roda 1 na borda da placa:

M0,1 =0, 6⋅25000

3, 5 ⋅ 1+3⋅126475

"

#$

%

&'

(

)*

+

,-

= 2386 Nmm / mm



s / l = 300 / 475 = 0,63 ⇒ M / P = 0,09

M0,2 = 0,09 . 2386 = 215 Nmm/mm



s / l= 1850 / 475 = 3,89 ⇒ M / P = 0



s / l= 2150 / 475 = 4,53 ⇒ M / P = 0

M0 = M0,1 + M0,2 + M0,3 + M0,4 = 2386 + 215 + 0 + 0 = 2601 Nmm/mm

77

- Efeito da Retração:

Tensão e Momento Equivalente no centro da placa:

R,centroσ =ψ ⋅ Ec ⋅ Rε

1+ϕ

• Fator de restrição: ψ = 1;

• Coeficiente de atrito entre a placa e a sub-base: µ = 0,7;

• Espaçamento entre juntas: L = 12000 mm;

• Espessura da placa: H = 120 mm;

• Fator de relaxação (concreto novo): φ = 5;

• Deformação por retração do concreto: εR = 0,4;

• Módulo de deformação longitudinal do concreto: Ec = 30500 MPa;

R,centroσ =1 ⋅ 30500 ⋅ 0, 0004

1+ 5= 2, 03 MPa

Momento Equivalente:

MR,centro =2, 03 ⋅ 1⋅1202

6= 4872 Nmm / mm

Tensões e Momento Equivalente na borda da placa:

R, bordaσ =2, 03

2=1, 02 MPa


MR, bordea =4872

2= 2436 Nmm / mm

- Efeito da Variação de Temperatura:

78

Tensão Equivalente no centro e na borda da placa:

T ,centroσ =T , bordaσ =

30500 ⋅10−5 ⋅ 51+ 2

= 0, 51 MPa

Áreas internas: Δ = 5 oC;

Módulo de deformação longitudinal do concreto: Ec = 30500 MPa;

α = 10-5;

Fator de relaxação (concreto velho): φ = 2;


MT ,centro = MT , borda =0, 51 ⋅ 1⋅ 1202

6=1224 Nmm / mm

- Dimensionamento:

Md = f .gq . M0 + MR + MT

Onde:

• Coeficiente dinâmico: ϕ = 1,4;

• Coeficiente de ponderação de cargas (considerado como 1,2 pelo fato de

se levar em consideração os efeitos da retração e variação de temperatura)

Situação mais desfavorável:

Carga da Empilhadeira (interior da placa):

M0 = 4811 Nmm/mm

Logo, o momento de cálculo:

Md = (1,4 . 1,2 . 4811) + 4872 + 1224

Md = 14178 Nmm/mm = 14178 Nm/m

3.3.1.1 Radier em concreto armado

79

Utilizando o momento resultante de cálculo para as duas direções do plano do radier, o cálculo do As (área de aço) é feito utilizando o método de Czerny.

𝐴𝑠 =𝑀𝑑

𝑓𝑦𝑑 ∙ (𝑑 − 0,4 ∙ 𝑦)

Onde:

fyd – tensão resistente de cálculo (para C25:1790 N/cm2);

d – altura útil;

y – altura da secção tracionada;

Logo:

𝐴𝑠 = !"!#$!"#$∙(!!!,!∙!)

= 3,30 cm2

Com barras de aço CA-50 DN 8mm, temos um As por barra de: 0,503 cm2, logo

temos:

1 φ 8 mm espaçados a cada 14 cm nas duas direções do plano do radier.

FIGURA 35 - TELA DE AÇO CA-50 DN 8 MM

FONTE: os autores.

80

3.3.1.2 Radier em CRFA

As fibras de aço utilizadas serão as fibras Wirand® FF4, da fabricante

Maccaferri, estas determinadas com relação ao tamanho dos agregados

presentes no concreto, aplicadas em um radier, comparando assim sua eficiência

em relação ao sistema convencional em concreto armado.

TABELA 4 – TIPOS DE FIBRAS WIRAND®


FIGURA 34 - DIMENSÕES L (COMPRIMENTO) X D (DIÂMETRO)


- Dimensões da fibra Wirand® FF4:

Diâmetro: 0,75 mm;

Comprimento: 60 mm;

Fator de forma (comprimento / diâmetro): 80;

81

Com o carregamento atuante na estrutura, a maior solicitação (M1) é

utilizada para calcular o valor do coeficiente de tenacidade (Re3), dado pela

equação: ⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛+=

6

...

1001

2,3

1

hbfRM fcte . Onde fct,f é a resistência a tração na flexão

do concreto sem fibras que é calculada pela expressão:

( )3 2, 429,0 ckfct ff =

fct, f = 0, 429 ⋅ fck( )23 = 0, 429 ⋅ 25( )2

3 = 3, 67 N / mm2

Portanto, pela equação do momento, temos:

14178 = 1+Re3

100

!

"#

$

%&

'

()

*

+,⋅

3, 67 ⋅1⋅1202

6

'

()

*

+,

14178

8808=1+

Re3

100

!

"#

$

%& ⇒ Re3 = 61%

A dosagem de fibras é conhecida a partir do coeficiente de tenacidade, de

acordo com a tabela 8, obtida no manual técnico da empresa Maccaferri

(MACCAFERRI, 2008).

Para a o seguinte caso tem-se um coeficiente de tenacidade Re3 em torno

de 60%, logo, a dosagem da fibra de aço é de 20 kg/m³ de concreto.

TABELA 5 - COEFICIENTES DE TENACIDADE (RE3) PARA AS FIBRAS DE AÇO WIRAND® FF4 (COMPRIMENTO L = 60 MM, DIÂMETRO = 0,80 MM E FATOR DE FORMA L/D = 80)

Dosagem kg/m³ Re3 (%)

20 59,4

40 108,5

60 127,3


82

FIGURA 35 - ESQUEMA DE DISPOSIÇÃO DO CONCRETO COM FIBRAS DE AÇO WIRAND®


3.3.2 Velocidade de execução

Analisando o mercado atual, podemos afirmar que um fator preponderante

para a realização de diversos empreendimentos é o tempo de execução da obra.

Este parâmetro está diretamente relacionado com a velocidade de execução das

diversas etapas construtivas, no sentido de quanto mais veloz uma etapa ocorrer

dentro do cronograma de obra, mais rápido o empreendimento estará concluído.

A construção de um radier em concreto armado tem como etapa o corte,

dobra e posicionamento de armaduras. Tais serviços levam certo tempo para

serem realizados. Estabelecendo uma taxa de 0,15 horas/m² para os serviços de

armação, chega-se a um valor de pouco mais de 7 horas para concluir apenas

esta etapa executiva, considerando a construção de uma residência com 47,5 m²

de radier.

Comparando com o tempo total de obra, parece pouco, porém para

grandes empreendimentos, que visam à construção de centenas de residências,

este número tornar-se expressivo. Portanto, é interessante reduzir o fator tempo.

83

Estima-se que a utilização das fibras Wirand®, geram uma economia de

tempo de aproximadamente 35% em relação ao método mais comum,

contabilizando inclusive o tempo de transporte e estocagem dos materiais.

Para tal redução, podemos aumentar a velocidade de execução da etapa

envolvendo armação, e uma opção viável, seria não utilizar armadura para a

execução do radier, substituindo o concreto armado, pelo concreto reforçado com

fibras de aço, uma solução que dispensa a utilização de armadura, porém isto

seria possível em países onde esta opção é atendida por norma, visto que a

norma brasileira ainda não permite a substituição total da armadura convencional.

3.3.3 Mão de obra

A situação contemporânea da construção civil indica que a mão de obra

especializada encontra-se mais escassa a cada dia. Atualmente a mão de obra

profissional é disputada nos canteiros de obra, e muitas vezes o engenheiro

torna-se refém dessa situação. Por isso que a modernização das técnicas de

construção visa diminuir a necessidade de pessoal especializado.

A utilização do concreto com fibras de aço, bem como as demais novas

técnicas, pode substituir a dependência de profissionais especializados, por

simplificar os processos executivos.

No caso da utilização do radier em concreto com fibras de aço, observa-se

a independência do profissional armador, pois o antigo processo de corte, dobra e

montagem armaduras, acabará. Utilizando o concreto fibro-reforçado, o insumo

“armador” vai deixar de existir, reduzindo a dependência de profissional

especializado e os custos desta mão de obra.

84

3.3.4 Controle de qualidade

Para estabelecer um comparativo de uma solução em radier de concreto

armado com outra em concreto reforçado com fibras, no que diz respeito ao

controle de qualidade, deve-se analisar o fato de que o controle de qualidade na

dosagem do CRFA é maior que no concreto convencional.

Um parâmetro de qualidade, já abordado nos capítulos anteriores, é o

slump test – teste de abatimento de tronco de cone – cujo objetivo é verificar a

trabalhabilidade do concreto fazendo uma relação com o abatimento encontrado.

No caso do concreto fibro-reforçado, este índice deve respeitar os 120mm - com

tolerância de 10 mm para mais ou para menos (para a fibra Wirand FF4) –

caracterizando a alta trabalhabilidade do concreto, diferentemente do concreto

comum, cujo um índice de 60 mm caracteriza uma boa trabalhabilidade. Somente

este parâmetro já definiria a diferença do controle de dosagem do CRFA em

relação ao concreto comum, mas há outros critérios referenciais que devem ser

respeitados para a correta produção do concreto com fibra de aço, são eles: teor

de argamassa entre 48% e 52%, fator a/c (água/cimento) < 0,55, consumo

máximo de água igual a 185 l/m³ e consumo de cimento entre 320 kg/m³ e 380

kg/m³ (MACCAFERRI, 2008).

Uma vantagem do CRFA é o possível melhor comportamento da estrutura,

pois a armação convencional em algumas situações não fica posicionada na

altura correta especificada, além de que o reforço em fibras (que é disposto de

uma maneira tridimensional no concreto) faz com que se tenha um maior controle

de fissuras da estrutura e consequentemente uma maior durabilidade desta.

3.3.5 Materiais

Com consumo praticamente total das fibras empregadas no concreto –

exclui-se a quantidade irrelevante de fibras desperdiçadas com os efeitos do

afloramento de fibras na superfície do concreto – o radier em concreto com fibras

85

de aço também não gera desperdício de materiais restantes do processo de corte

e dobra de armaduras.

Em relação ao transporte, os investimentos gerados pelo radier em CRFA

são mínimos comparados à solução em concreto armado. Isto porque não há

necessidade do transporte do material para o canteiro de obra. Normalmente,

para o concreto usinado, as fibras são adicionadas ao concreto na própria usina,

que pode ou não realizar a compra deste material, mas que faz o manuseio e a

aplicação, pois são tarefas simples e que não necessitam de mão de obra

especializada, basta apenas seguir o protocolo de aplicação. Assim, o transporte

ocorre até o local da obra com as fibras já incorporadas ao concreto.

Outro benefício da estrutura em concreto com fibra de aço é a estocagem

do material. Mesmo sendo um concreto moldado “in loco”, a utilização de fibras

tem vantagem em relação a estocagem e manuseio, pois são estocadas em

pequenas caixas, com 20 Kg cada uma.

3.3.6 Comparativo de custo

Para estabelecer um comparativo de custo, serão utilizados os critérios

sobre a estrutura, concreto e demais parâmetrosdescritos no início do capítulo

para analisar o custo de uma solução de radier em concreto armado em relação

ao custo do radier em concreto reforçado com fibras de aço.

Tomando por base informações fornecidas pelo executor de projetos em

concreto reforçado com fibra de aço, Eng. Ramon Luis Cavilha, e pelo próprio

fornecedor das Fibras de aço Wirand®, apresentam-se no apêndice as planilhas

orçamentárias com quantidades e custos para a execução de uma solução em

tela soldada frente à solução em fibra de aço.

No comparativo foram empregados valores de B.D.I., custo e consumo

retirados do SINAPI (Insumos PR out/2014) e TCPO 13ª. edição (2010), para a

região de Curitiba (Outubro, 2014).

86

Os resultados permitem o cálculo rápido dos insumos para obras de

diferentes dimensões, permitindo ao engenheiro estabelecer um comparativo

entre a solução com tela soldada e a fibra de aço.

A partir dos resultados obtidos através do orçamento, observa-se que a

solução em CRFA apresentou economia de aproximadamente 6% em relação a

solução do radier em concreto armado, custando, para este caso R$ 6909,53 e

R$ 7361,24, respectivamente.

4 CONSIDERAÇÕES FINAIS

4.1 CONCLUSÃO

O trabalho descreve o processo de execução e seus detalhes de modo a

permitir o entendimento dos termos técnicos envolvidos, bem como estabelecer

comparações com outros métodos construtivos, quebrando assim paradigmas a

respeito da utilização de uma nova técnica em diversos países e para uma

possível alteração para que seja atendida por norma no Brasil.

Com uma diferença de custo de aproximadamente 6%, facilidade e rapidez

durante a execução, o CRFA mostra-se uma soluções atrativa em pisos,

pavimentos e radiers, trazendo economia de tempo e custos para a obra.

Feita a análise das soluções, pode-se concluir que as fibras de aço,

quando adicionadas ao concreto comum, apresentam uma resistência à tração na

flexão maior que a solução convencionalmente armada. Isso permite uma

melhoria na qualidade do comportamento da estrutura, garantindo maior

durabilidade da obra, porém sempre deve-se considerar as exigências técnicas

impostas pelas condições locais.

87

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APÊNDICE I

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APÊNDICE II

Documents

estudo sobre o uso de concreto reforçado com fibras de aço