RELATÓRIO DA AULA SOBRE CONCRETO REFORÇADO COM FIBRAS DA DISCIPLINA ESTRUTURAS ESPECIAIS

INTRODUÇÃO

De acordo com ANTONIO FIGUEIREDO (2011) existe uma classe de materiais denominados de compósitos, que o concreto reforçado com fibras pertence. Essa classe é constituída por uma matriz frágil e algum tipo de reforço. Desta forma, o reforço aplicado ajuda a compensar as limitações das matrizes frágeis, como é no caso do concreto reforçado com fibras de aço. Assim, eliminando grande parte das atividades relacionadas à montagem e instalação da armadura convencional.

Conforme VASCONSELOS as fibras utilizadas para o reforço do concreto tem como principal objetivo a diminuição de fissuras causadas pela retração plástica, produzida pela a hidratação do cimento e temperatura ambiente. Desta forma, o uso das fibras no concreto vem avançando desde o ano de 1960 por meio de experiências, contribuindo para uma melhoria da ductilidade de peças estruturais mediante à incorporação de fibras no concreto.

Segundo FIGUEIREDO (2000) existem três tipos de fibras de aço mais utilizadas na construção civil disponíveis no mercado brasileiro. O primeiro tipo consiste da fibra corrugada. Essa fibra é fabricada a partir do fio chato que sobra da produção de lã de aço. Este fio é cortado, com comprimento variando entre 25mm a 50mm e corrugado, conseguindo uma maior aderência da fibra com a matriz. O segundo tipo de fibras de aço contem uma extremidade em gancho e seção retangular produzidas a partir de chapas de aço, cortadas na largura da fibra e, simultaneamente, conformadas para a obtenção da ancoragem desejada.

Já o terceiro tipo de fibras consta com um formato parecido ao segundo com uma alteração na seção transversal, sendo ela na forma circular. Estas fibras são produzidas a partir de fio trefilados progressivamente ate chegar ao diâmetro pretendido, obtendo uma maior resistência mecânica (dado o seu encruamento). Tendo comprimento variado de 25mm a 60mm e diâmetros de 0,5mm a 1,0mm.

Para o desenvolvimento dessa tecnologia usada na construção civil têm sido realizados diversos trabalhos, analisando os comportamentos desses compósitos, para a melhoria em diversas propriedades do concreto. Como o programa de pós-graduação em estruturas e construção civil – PECC da universidade de Brasília – UNB tem executado.(ANTONIO)

2. CONCRETO REFORÇADO COM FIBRAS DE AÇO - CRFA:

2.1 CONSIDERAÇÕES GERAIS:

De acordo com CHAUDHARI(2013), define-se concreto reforçado com fibras de aço, o concreto contendo fibras de aço discretas e descontinuas de aço. Podendo as fibras de aço ajudar nas propriedades do concreto como ductilidade, absorção de energia, resistência à fissura e resistência características ao impacto.

Segundo ONUKI e GASPARETTO(2013) o uso CRFA mostra melhorias tanto no fundamento econômico quanto no técnico. No proveito econômico, em algumas situações pode ocasionar a substituição da armadura convencional, eliminando ou diminuindo custos com mão de obra para armação e praticamente não gera desperdício de material, não exige grandes investimentos para transporte, estocagem e manuseio das fibras de aço.

Embora as fibras de aço possibilitam melhorias nas propriedades no concreto, SILFWERBRAND(2008) alerta algumas desvantagens que o uso das fibras de aço para o reforço do concreto como o efeito das orientações das fibras possibilitando o aumento da carga na área fragilizada.

2.2. FIBRAS DE AÇO:

A normalização técnica utilizada no Brasil para esse tipo de fibra é a NBR 15530(2007)- Fibras de aço para concreto – Especificação, ela cataloga as fibras de aço em três tipos de acordo com a geometria:

Tipo A: Fibra de aço com ancoragem nas extremidades

Tipo C: Fibra de aço corrugada

Tipo R: Fibra de aço reta

Também são definidas as fibras de aço em três tipos de classes, de acordo com o aço que as deu origem:

Classe I: Fibra oriunda de arame trefilado a frio

Classe II: Fibra de chapa laminada cortada a frio

Classe III: Fibra de arame trefilado e escarifado

Além dos tipos expostos anteriormente, as normas internacionais catalogam as fibras de aço, tal como a ASTM a820(2011), classificando as fibras de aço em 5 tipos, de acordo com o modo de fabricação, com tensão mínima de escoamento de 345 MPa(50.000 psi)

2.3. PREPARO DO CRFA:

O NGUYEN VAN CHANH afirma que as proporções da mistura para o CRFA depende dos requisitos solicitados para cada utilização, em termos de força, capacidade de trabalho, impacto e assim por diante.

O professor NATANAJARA declara que a dosagem do cimento geralmente é superior nas misturas do CRFA do que o concreto convencional. São comumente usados no CRFA agregados graúdos de tamanho que variam entre 10 a 20mm. A utilização de agregados maiores requerem menos volume de fibras por metro cúbico. O concreto reforçado com fibras de aço com agregados de 10mm utiliza normalmente de 50 a 75 kg de fibras de aço por metro cúbico, enquanto o com 20mm usa 40 a 60kg.

Segundo NGUYEN VAN CHANH o CRFA pode, em geral, ser produzido usando a prática convencional, embora existam obviamente algumas diferenças importantes. O problema básico consiste em introduzir um volume suficiente para haver a dispersão uniformemente e obter as melhorias desejadas no comportamento mecânico, enquanto mantem a trabalhabilidade suficiente na mistura fresca para permitir a colocação e acabamento.

Resultados de outros trabalhos

De acordo com KARLA a utilização de fibras metálicas no concreto resultou no aumento no teor de ar incorporado do compósito relativamente a matriz. Ocasionando um piora no desempenho do concreto reforçado na fase pré-pico de resistência.

Segundo MOSCATE a fibra de aço é de grande importância no controle da fissuração devido à solicitação de carregamento e que o aumento de sua dosagem ajuda no aumento de sua resistência à compressão axial. Já nos experimentos à tração na flexão, as fibras de aço no concreto inibem e dificultam o surgimento de fissuras por haver a redistribuição das tensões.

Conforme ALCEBIAS as fibras de aço são efetivas no aumento da resistência da viga de concreto ao cisalhamento. Foi comprovado que as fibras possibilitaram uma maior segurança nas peças, devido a alteração do modo de ruptura das vigas de cortante para flexão .

Segundo CARNIO as fibras de aço não podem substituir às armaduras de flexão das estruturas de concreto armado que não apresentem tal possibilidade. Desta forma, ele afirma que as fibras de aço podem contribuir só no combate ao cisalhamento, fadiga e resistência ao impacto, tirando-se proveito estruturalmente do aumento da ductilidade.

De acordo com CARVALHO o concreto reforçado com fibras de aço tem resultados da tenacidade fortemente influenciados por meio da distribuição das fibras na matriz de concreto.

Segundo RENAN as dosagens de fibras de aço utilizadas em campo, não apresenta influência nas propriedades elásticas do concreto. As fibras melhoram somente o resultado pós-fissuração do compósito.

Conforme RAMOS as fibras de aço concede a capacidade de redistribuição de esforços, a redução de acidentes causados durante a fabricação dos tubos não armados, estocagem, transporte e instalação dos tubos. Foi aferido que os ensaios de tração na flexão, comumente usados para avaliar a tenacidade dos compósitos, não devem ser empregados como controle da produção, pois não é possível representar nos prismas a verdadeira condição de compactação e de distribuição das fibras existentes nos tubos.

De acordo com NELSON as fibras de aço tem como contribuição a redução de fissuras induzidas pela retração restringida, concebidas antes mesmo da aplicação do carregamento externos na estrutura.

Nguyen Van Chanh conclui que CRFA tem resistência superior a rachaduras e propagação de trincas. Como um resultado desta capacidade de prender rachaduras, compósitos de fibra possuem maior extensibilidade e resistência à tração, tanto em primeira fissura e no final, em particular sob carga de flexão; e as fibras são capaz de manter a matriz em conjunto, mesmo após extensa fissuração .A Transformação de um frágil para um tipo de dúctil Material aumentaria substancialmente a absorção de energia características do compósito de fibra e a sua capacidade para suportar repetidamente aplicada, choque ou carga de impacto.

(Merve Acikgenc1, Kursat Esat Alyamac1, Zulfu Cinar Ulucan1 )Como resultado deste estudo experimental, verificou-se que a relação de aspecto da fibra e o comprimento da fibra têm sido muito eficazes em propriedades de engenharia de CRFA. Em primeiro lugar, a adição de fibras de aço, reduziu a trabalhabilidade das CRFA, além disso, fibras longas têm reduzido a trabalhabilidade mais do que as fibras curtas. Quando se trata de propriedades mecânicas, embora as fibras de aço não melhoraram a resistência à compressão, as fibras de aço têm tido um efeito significativo de aumentar a resistência à flexão, em primeiro lugar fissuração de carga e resistência de CRFA. Além disso, as fibras de comprimento longo e fibras com maior proporção de aspecto melhorado estas propriedades mecânicas mais do que as curtas. Assim, recomenda-se que se as propriedades mecânicas da estrutura são importantes, as fibras de aço, com longa duração e grande relação de aspecto deve ser escolhido.

MISBA GUL A partir deste estudo experimental, concluiu-se que, o módulo de elasticidade do concreto é significativamente melhorada pela adição de fibras de aço. A fração de volume de fibra ideal para um melhor desempenho em termos de resistênciapara ambos os de aspecto

relações é de 1,5%. Fibra com proporção de de aspecto 71 dá um melhor resultado em comparação com a fibra com relação de aspecto de 50. Numa proporção constante de fibra, o módulo de elasticidade de concreto reforçado com fibras de aço é observada a aumentar com o aumento

na fracção de volume de fibras. O ganho na tensão máxima, e tensão máxima sobre

concreto simples aumenta com o aumento no teor de fibras e de fibras proporção de aspecto.

2.4. PROPRIEDADES DO CRFA FRESCO:

De acordo com ANUKI(2013) é essencial o cuidado com o CRFA na fase plástica, pois se nessa fase ocorrer problemas, consequentemente resultará em perdas para o resto da vida da peça fabricada, prejudicando a sua durabilidade.

O MISBA GUL alega que o concreto a base de fibras de aço no estado fresco ocorre uma diminuição drástica na trabalhabilidade com o aumento no teor de fibras, tendo que ser ajustado adequadamente com o uso de superplastificante.

CAVERZAN(2012) mostra dois tipos testes utilizados para avaliar o CRFA no estado fresco, o primeiro o V-Funnel e o slum-flow. Diferentes métodos tem sido empregados para avaliar a resistência da mistura à segregação estática e dinâmica das fibras, e a capacidade de dispersão das fibras no concreto. Ele conclui que a diferença máxima entre o teor de fibra da seção inferior com a superior do cilindro é igual a metade do teor médio da fibra.

O professor Dr. DEEPA A SINHA(2014) fez o uso de 4 tipos de ensaios: slump test(fig 1), teste do fator de compactação(fig 2), teste flow table(fig 3), Vee Bee cosistometer(fig 4), com o objetivo de analisar a trabalhabilidade do concreto reforçado com fibras de aço. Conclui que à medida que a porcentagem de fibras aumenta a trabalhabilidade do concreto diminui. Isto é, devido ao fato que as fibras adicionadas irá obstruir o fluxo, e consequentemente afetar a trabalhabilidade do concreto.

Segundo G.ELANGOVAN(2013) o volume total de agregado no CRFA deve ser entre

55 a 70% do volume do concreto e também o volume do agregado graúdo deve ser abaixo de 50% do volume do concreto, e um volume mínimo de 30%, para proporcionar uma melhor ductilidade e uma boa trabalhabilidade.

2.5. PROPRIEDADE DO CRFA ENDURECIDO:

De acordo com BANTHIA N.(2012) o CRFA no estado endurecido, quando as fibras são corretamente ligadas, elas interagem com a matriz(concreto) no nível de microfissuras e transpondo eficazmente estas fissuras, proporcionando desse modo a transferência dos esforços atrasando o crescimento da fissura.

Segundo DEEPA A SINHA(2014) o principal papel das fibras no concreto endurecido em baixo volume é de modificar o mecanismo de fissuração, tornando a macro fissuras em microfissuras. As fissuras são menores em largura, reduzindo assim a permeabilidade do concreto. Ao contrário do concreto simples que falham no momento da resistência final à flexão ou a primeira fissura, o CRFA não falham imediatamente após o início da primeira fissura, pois após a primeira fissura a carga é transferida a partir da matriz(concreto) para as fibras.

2.5.1. Resistência à compressão

Figura 1 Compacting factor testFigura 2 slump test

Figura 3 flow table Figura 4 Vee-bee consistometer test

Segundo ELAVARASI(2015) a resistência a compressão foi ligeiramente aumentada devido o acréscimo da porcentagem do teor de fibras de aço no concreto. A SUMATHI(2014) complementa que a utilização de fibras de aço do tipo hooked(com gachos na extremidade) leva a um aumento na resistência a compressão. WASAN I(2013) também ressalta a eficácia da fibra de aço do tipo hooked e crimped na resistência à compressão conseguindo um aumendo de 27% e 23% respectivamente, com a utilização de 1% de teor de fibra.

Conforme B. SETTI(2013) a resistência a compressão do concreto reforçado com fibras de aço é ideal no teor de fibras de 1,5%. A eficácia das fibras de aço em aumentar a resistência à compressão depende do teor, da geometria e do tipo de fibras de aço. No documento referido relata que o CRFA é melhorado no máximo 7 dias de idade e estabiliza após 28 dias a um valor relativo dentro do intervalo de 10 a 20%.

Segundo MERVE ACIKGENC(2013), SASSO RICARDO(2014), E. Marangon(2012) as fibras de aço não contribuem para o melhoramento da resistência a compressão ou não alteram significativamente nos valores a resistência máxima à compressão.

2.5.2. Resistência à tração direta:

O Benjamin A(2013)

2.5.3. Resistência à tração indireta:

2.5.4. Resistência à tração na flexão:

2.5.5. Resistência à flexão:

2.5.6. Resistência ao cisalhamento:

[01] Banthia N (2012),”FRC: Milestone in international Research and development”, proceedings of FIBCON2012, ICI, Nagpur, India, February 13-14, pp 48