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  • 7/27/2019 A Influencia Da Adicao de Fibras de Polipropileno Nas Propriedades Dos

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    Instituto B rasileiro do Con creto - 44 Cong resso B rasileiro

    44 Congresso Brasileiro do Concreto 1

    A Influncia da Adio de Fibras de Polipropileno nas Propriedades dosConcretos para Pisos e Pavimentos

    Eng Msc. Pblio Penna Firme Rodrigues; Eng Msc. Julio P. Montardo(1) Diretor da LPE Engenharia e Consultoria

    email: [email protected]

    (2) Gerente de desenvolvimento de produtos e mercado da Fitesa

    email: [email protected]

    Endereo para correspondncia: Av. Ver. Jos Diniz 3720 C. 1305 SP(SP) 04604-007

    Palavras Chaves: concreto fresco, fibras, retrao plstica, pisos industriais, pavimentos rgidos.

    Resumo

    Este trabalho pretende abordar a influncia da adio de fibras sintticas nas primeirasidades em concretos empregados na confeco de pisos industriais e pavimentosrgidos, procurando mostrar as diferenas que tm ocorrido nesses materiais nas ltimasdcadas e a influncia que essas mudanas afetam o seu comportamento, basicamenteno estado fresco e nas primeiras idades.

    Apresenta de modo resumido alguns resultados de pesquisas desenvolvidas no exterior,bem como pretende apresentar alguns resultados de aplicaes prticas conduzidas noBrasil.

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    1. Introduo

    O objetivo deste trabalho apresentar os benefcios da adio das fibras de polipropilenonos concretos empregados na execuo de pisos industriais e pavimentos rgidos.Este trabalho ir abordar aspectos importantes da reologia do concreto fresco evariaes volumtricas do concreto nas primeiras idades, que so fundamentais para odesempenho futuro e durabilidade dos pisos e pavimentos.No incio da introduo das fibras plsticas em geral no Brasil, ocorreram algunsequvocos graves com relao sua utilizao, pois acreditava-se que, com a suaincluso, poderamos dispensar outros tipos de reforos, como as telas soldadas oufibras metlicas, sem que houvesse problemas no combate e controle da retraohidrulica, o que levou a ocorrncia de inmeros insucessos em obras importantes.Esse mau emprego e desconhecimento tcnico por parte de alguns especificadoresacabaram por colocar as fibras plsticas numa situao delicada e indevida, pois o quede fato ocorreu que se esperava dela desempenhos diferentes do que ela poderiaproporcionar.Passado o choque inicial, pouco a pouco as fibras plsticas voltam a ocupar o papeldelas no incremento de importantes propriedades no concreto fresco e tm-se

    encontrado outras propriedades inusitadas, como o seu poder de melhorar a resistnciado concreto a temperaturas elevadas.Particularmente esse tpico est alm das pretenses deste trabalho, mas apenas paraconhecimento geral do leitor, as fibras de polipropileno empregadas em dosagensadequadas, bem mais elevadas que a usual, fundem-se em temperaturas superiores a100C e criam no concreto uma rede de tneis que permitem a sada do vapor dguasem que ocorra o desplacamento do concreto, que o primeiro estgio de suadeteriorao sob ao do fogo.A tecnologia do emprego de fibras plsticas de polipropileno como elementos de reforono concreto vem experimentando significativo crescimento de demanda nos ltimos anose essas tm experimentado nos ltimos 2 ou 3 anos, no Brasil, um aumento significativode uso. Atualmente possvel relatar obras diversas que tiveram de alguma forma a

    incorporao de fibras de polipropileno: barragens, tneis, pontes, canais de irrigao,estaes de tratamento de guas e esgoto e, principalmente, em pavimentos e pisos deconcreto.Vrios so os motivos que explicam esta realidade. No plano tcnico, pode-se citar acompatibilidade mecnica, fsica e qumica existente entre o concreto e as fibras depolipropileno. O polipropileno quimicamente inerte, no absorve gua, imputrescvel eno enferruja. A mistura destes materiais se enquadra perfeitamente no conceito decompsitos fibrosos.No plano econmico, o aumento do uso de fibra se justifica pelo baixo custo e fcildisponibilidade. A resina de polipropileno mais barata que outros polmeros, alm disso,o processo de fabricao do fio de polipropileno tambm mais barato. Soma-se a isto ofato de que o seu manuseio, tanto na fbrica como na obra, no oferece qualquer dano a

    sade dos operrios.Este trabalho discute alguns conceitos bsicos referentes ao tema, correlacionando-oscom conceitos com a engenharia de pisos e pavimentos de concreto.Neste trabalho no h, por parte dos autores, a pretenso de esgotar o assunto, mas simapresentar o estgio atual da utilizao das fibras de polipropileno e propor novosestudos para a sua otimizao.

    2. O Cimento Ontem e Hoje

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    Pretendemos neste item discorrer algumas caractersticas importantes do cimento nopassado (no muito distante) e hoje, sem pretenses histricas e preocupao comdatas.No final da dcada de 70 do sculo passado, o cimento no Brasil era produzido porprocessos mais antiquados e muitas indstrias ainda empregavam sistemas de moagemem circuitos abertos, aqueles em que a mistura de clinquer e gesso entrava por uma

    extremidade do moinho e saia pela outra onde havia simplesmente uma peneira parareter partculas mais grossas ou mesmo as bolas de ao que formavam os corposmoedores.J existiam algumas indstrias com sistemas de moagem mais complexos e eficientes,conhecidos como circuito fechado, que terminavam em ciclones onde o material maisgrosso voltava para o incio do processo e o mais fino seguir para um silo de produtosacabados, mas, naquela poca, no formavam a maioria dos sistemas de moagem.Como conseqncia, tnhamos que os cimentos produzidos eram mais grossos, comvelocidade de endurecimento mais lenta e menor demanda de gua e, como veremosadiante, menor retrao autgena.Para as estruturas convencionais esses cimentos poderiam causar certo desconfortopela demora na liberao de cimbramentos, gerando velocidades construtivas menoresque as atuais, mas que para pisos, passava ser uma caracterstica irrelevante.Como ponto positivo, a menor demanda de gua proporcionava valores de retraohidrulica bem inferiores aos obtidos com cimentos mais finos, sendo comum naquelapoca no recomendar o cimento ARI - alta resistncia inicial, para pavimentos porapresentarem elevada retrao hidrulica1(Correia, 1979). Para efeitos comparativos,grosso modo, o cimento portland comum tinha finura Blaine2 variando de 260 a 300m/kgenquanto que o ARI de 360 a 400m/kg; para o cimento comum, no eram raros os comfinura na peneira 200 (0,075m) prximo a 12%, que era o limite normativo.Atualmente, a moagem em circuito fechado representa a totalidade dos sistemasimplantados nas industrias nacionais e no raro o sistema de moagem separado,aquele no qual as adies que apresentam dureza distinta do clinquer so modasseparadas e o cimento composto posteriormente dosado e homogeneizado em silosespecficos a esse fim.Hoje em dia a finura Blaine dos cimentos nacionais quase sempre ultrapassam a400m/kg trazendo como vantagem um rpido incremento das resistncias mecnicasmais como desvantagem, uma retrao hidrulica seguramente mais elevada do queantes era observado, mesmo cm a difuso do uso dos aditivos plastificantesconvencionais, hoje bastante difundidas. Hoje, o cimento ARI, antes banido na execuode pisos, o preferido!Quanto aos tipos de cimento produzidos, vemos que h uma mudana significativa, poisem 1980 eram produzidos apenas quatro tipos de cimento:

    Cimento portland comum (CPC), produzido pela moagem conjunta de clinquer egesso;

    Cimento portland de alta resistncia inicial (ARI) que proporcionava elevadasresistncias s primeiras idades;

    Cimento portland de alto forno (AF), que continha adio de escria de altoforno;

    Cimento pozolnico (POZ) que era composto por clinquer, gesso, e pozolana,normalmente cinzas volantes de termo eltricas, muito difundido nos estados doSul.

    1 Admitia-se que a finura mais elevada causava maior demanda de gua2 O ensaio de finura Blaine mede a rea especfica das superficies dos gros.

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    Atualmente a indstria cimenteira oferece pelo menos oito tipos diferentes de cimento,que podem ser resumidos em (ABCP, 1994):

    CPI: equivalente ao antigo cimento portland comum, praticamente um cimentoespecial;

    CPII-F, CPII-E, CPII-Z: cimentos portland com adies de filer calcrio, escriade alto forno e pozolana respectivamente;

    CPIII: equivale ao antigo cimento de alto forno e no apropriado na execuode pisos industriais, pois facilita a ocorrncia de delaminao3; CPIV: equivale ao antigo cimento pozolnico, tambm problemtico em pisos; CPV e CPV-RS: so os cimentos de alta resistncia inicial, sendo este ltimo

    adicionado de escria de alto forno, que lhe transmite caractersticas resistenteaos sulfatos.

    Embora o avano da indstria cimenteira tenha trazido inmeros benefcios aoconsumidor, como os cimentos resistentes aos sulfatos, os com maiores velocidades deendurecimento, etc, os cimentos modernos apresentam caractersticas que podem trazermaior quantidade de problemas na execuo de pisos e pavimentos, como o incrementonas retraes plstica e hidrulica esta tanto nas primeiras idades como nas finais ea menor capacidade frente s deformaes restringidas, devido menor capacidade derelaxao.Soma-se a isso as profundas alteraes sofridas pelos agregados nas ltimas dcadas,notadamente os midos, cujas restries extrao da areia de rio e a distncia dessasfontes dos centros consumidores o que levou a necessidade do emprego de areiasartificiais, mais angulosas, que produzem misturas menos trabalhveis e teremos asmarcantes mudanas nos concretos hoje disponveis.Cabe aos tcnicos buscar as alternativas disponveis para modificar as caractersticasnegativas citadas, permitindo a execuo de pisos e pavimentos durveis.

    3. MATERIAS COMPSITOSAtualmente um grande nmero de materiais tem sido desenvolvido, geralmente baseadosem materiais tradicionais, mas incorporando de alguma forma elementos de reforo.Estes novos materiais so denominados compsitos.Um material compsito a combinao de dois ou mais materiais que tem propriedadesque os materiais componentes isoladamente no apresentam. Eles so, portanto,constitudos de duas fases: a matriz e o elemento de reforo e so desenvolvidos paraotimizar os pontos fortes de cada uma das fases (Budinski, 1996).Ainda segundo Budinski (1996) os materiais compsitos mais importantes socombinaes de polmeros e materiais cermicos. Sob a tica da cincia dos materiais,os produtos baseados em cimento Portland so considerados como materiais cermicospor apresentarem caractersticas tpicas a este grupo de materiais, como, por exemplo,alta rigidez, fragilidade, baixa resistncia trao e tendncia de fissurao porsecagem.Os polmeros so caracterizados por terem baixo mdulo de elasticidade, ductilidadevarivel e resistncia trao moderada. So extremamente versteis e, dentro de

    certos limites, podem ser modificados para adaptar-se segundo necessidadesespecficas (Taylor, 1994).As cermicas e os polmeros podem ser considerados como grupos opostos demateriais, uma vez que as primeiras so mais rgidas e frgeis e os segundos menosrgidos e dcteis (Taylor, 1994).

    3 A delaminao o desplacamento de uma fina camada de argamassa, que forma a superfcie acabada do piso; geralmente causada pela gua de exsudao que ainda ocorre aps o alisamento superficial do piso.

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    Os materiais compsitos, originados da combinao das cermicas e dos polmeros,apresentam caractersticas mais apropriadas de resistncia mecnica, rigidez,ductilidade, fragilidade, capacidade de absoro de energia de deformao ecomportamento ps-fissurao, quando comparados com os materiais que lhes deramorigem.Em todas as reas do conhecimento um grande nmero de novos materiais pode ser

    desenvolvido a partir da combinao de outros. Para tanto, necessrio que se conheaas propriedades mecnicas, fsicas e qumicas dos materiais de constituio e como elespodem ser combinados.Budinski (1996) acredita que ns conhecemos bastante sobre os porqus que as coisasacontecem e como fazer uma ampla variedade de materiais de engenharia. No entanto odesenvolvimento de futuros materiais depender de novos conhecimentos de qumica ede estrutura atmica. Ns provavelmente no encontraremos nenhum outro elementoqumico estvel; portanto deveremos ser mais criativos com o que temos.

    3.1 MATERIAS COMPSITOS FIBROSOS

    A histria da utilizao de compsitos reforados com fibras como materiais deconstruo tm mais de 3000 anos. H exemplos do uso de palhas em tijolos de argila,mencionados no xodo, e crina de cavalo reforando materiais cimentados. Outras fibrasnaturais tem sido utilizadas para conferir ductilidade aos materiais de construoessencialmente frgeis (Illston,1994).Contrastando com estes antigos materiais naturais, o desenvolvimento de polmeros nosltimos 100 anos foi impulsionado pelo crescimento da indstria do petrleo. Desde 1930o petrleo tem sido a principal fonte de matria prima para a fabricao de produtosqumicos orgnicos, a partir dos quais so fabricados plsticos, fibras, borrachas eadesivos (Illston,1994).Uma grande quantidade de polmeros, com variadas propriedades e formas, tem sidodesenvolvidos desde 1955. Para Taylor (1994) os materiais baseados em cimentoPortland so uma opo natural para a aplicao de materiais fibrosos a base de fibraspolimricas, uma vez que so baratos, mas apresentam problemas relativos aductilidade, resistncia ao impacto e capacidade de absoro de energia de deformao.Segundo Johnston (1994), as fibras em uma matriz cimentada podem, em geral, ter doisefeitos importantes. Primeiro, elas tendem a reforar o compsito sobre todos os modosde carregamento que induzem tenses de trao, isto , retrao restringida, traodireta ou na flexo e cisalhamento e, secundariamente, elas melhoram a ductilidade e atenacidade de uma matriz frgil.O desempenho dos compsitos reforados com fibras controlado principalmente peloteor e pelo comprimento da fibra, pelas propriedades fsicas da fibra e da matriz e pelaaderncia entre as duas fases (Hannant, 1994).Johnston (1994) acrescenta o efeito da orientao e distribuio da fibra na matriz. Aorientao de uma fibra relativa ao plano de ruptura, ou fissura, influencia fortemente asua habilidade em transmitir cargas. Uma fibra que se posiciona paralela ao plano de

    ruptura no tem efeito, enquanto que uma perpendicular tem efeito mximo.Taylor (1994) apresenta os principais parmetros relacionados com o desempenho dosmateriais compsitos cimentados, assumindo que as variaes das propriedadesdescritas abaixo so atingidas independentemente:a) Teor de fibra. Um alto teor de fibras confere maior resistncia ps-fissurao e menor

    dimenso das fissuras, desde que as fibras possam absorver as cargas adicionaiscausadas pela fissura;

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    b) Mdulo de elasticidade da fibra. Um alto valor do mdulo de elasticidade causaria umefeito similar ao teor de fibra, mas, na prtica, quanto maior o mdulo maior aprobabilidade de haver o arrancamento das fibras;

    c) Aderncia entre a fibra e a matriz. As caractersticas de resistncia, deformao epadres de ruptura de uma grande variedade de compsitos cimentados reforadoscom fibras dependem fundamentalmente da aderncia fibra/matriz. Uma alta

    aderncia entre a fibra e a matriz reduz o tamanho das fissuras e amplia suadistribuio pelo compsito.d) Resistncia da fibra. Aumentando a resistncia das fibras aumenta tambm a

    ductilidade do compsito, assumindo que no ocorre o rompimento das ligaes deaderncia. A resistncia da fibra depender, na prtica, das caractersticas ps-fissurao desejadas, bem como do teor de fibra e das propriedades de adernciafibra-matriz;

    e) Deformabilidade da fibra: a ductilidade pode ser aumentada com a utilizao de fibrasque apresentem alta deformao de ruptura. Isto se deve pelo fato de compsitoscom fibras de elevado grau de deformabilidade consumirem energia sob a forma dealongamento da fibra;

    f) Compatibilidade entre a fibra e a matriz: a compatibilidade qumica e fsica entre as

    fibras e a matriz muito importante. A curto prazo, as fibras que absorvem guapodem causar excessiva perda de trabalhabilidade do concreto. Alm disso, as fibrasque absorvem gua sofrem variao de volume e a aderncia fibra/matriz comprometida. A longo prazo, alguns tipos de fibras polimricas no possuemestabilidade qumica frente a presena de lcalis, como ocorre nos materiais a basede cimento Portland. Nestes casos, a deteriorao com rpida perda daspropriedades da fibra e do compsito pode ser significativa.

    g) Comprimento da fibra. Quanto menor for o comprimento das fibras, maior ser apossibilidade delas serem arrancadas. Para uma dada tenso de cisalhamentosuperficial aplicada fibra, esta ser melhor utilizada se o seu comprimento forsuficientemente capaz de permitir que a tenso cisalhante desenvolva uma tenso detrao igual a sua resistncia trao.

    Na verdade no basta raciocinar to somente em cima do comprimento da fibra. Hde se levar em conta o seu dimetro. Pois depende tambm dele a capacidade dafibra desenvolver as resistncias ao cisalhamento e trao. A Figura 3.1 apresentauma disposio idealizada da fibra em relao fissura, seguido de umequacionamento onde fica evidente a importncia da relao l/d, onde l ocomprimento e d o dimetro da fibra (figura 3.1).

    A relao l/d proporcional ao quociente entre a resistncia trao da fibra e aresistncia de aderncia fibra/matriz, na ruptura. Em grande parte, a tecnologia dosmateriais compsitos depende desta simples equao: se a fibra tem uma altaresistncia trao, por exemplo, como o ao, ento ou a resistncia de aderncianecessria dever ser alta para impedir o arrancamento antes que a resistncia trao seja totalmente mobilizada ou fibras de alta relao l/d devero ser utilizadas(Taylor, 1994).

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    .

    df d

    lft a

    2

    4 2 =

    l

    d

    f

    ft

    a

    =

    2(2.1)

    Figura 3.1: Disposio Fibra/Fissura Idealizada

    4. Os Pisos Industriais Evoluo e Caractersticas

    Os pisos industriais no Brasil praticamente no evoluram at o incio dos anos 80quando era empregado o sistema denominado mido-sobre-seco, como mostra a figura4.1(a); nesse sistema, o piso estrutural era executado sem maiores preocupaes com oacabamento superficial ou de nivelamento, pois sobre ele era colocada uma argamassade nivelamento que receberia outra camada de argamassa de alta resistncia mecnica,cuja funo era resistir aos esforos abrasivos impostos ao piso (Rodrigues et al, 1985).Esse sistema era muito limitado, pois a sua durabilidade estava fortemente associada qualidade da argamassa de consistncia seca interposta entre a laje estrutural e orevestimento, alm do excessivo nmero de juntas, formado por quadros de 2x2m a

    3x3m. Como evoluo desse sistema, surgiu o denominado mido-sobre-mido,apresentado na figura 4.1(b).

    Figura 4.1:Pisos com argamassa de alta resistnciaEste sistema eliminava a indesejvel camada de argamassa intermediria, j que aargamassa de alta resistncia era aplicada diretamente sobre o concreto fresco,permitindo uma reduo na quantidade de juntas, havendo a necessidade deacompanhar apenas as do prprio piso. Infelizmente, os produtores de argamassaimpuseram limitaes severas ao comprimento das placas, ao nosso ver sem nenhumfundamento cientfico, criando uma quantidade de juntas desnecessria frente s novastecnologias que se apresentavam, inicialmente com os pisos armados com telas eletro

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    soldadas e posteriormente os reforados com fibras de ao, que permitiram uma reduosubstancial e oportuna da quantidade de juntas. Adicionalmente era prtica comum oemprego de juntas rgidas, formadas por perfis plsticos pr-fabricados, que noprotegem as juntas adequadamente, soltando-se com facilidade.A partir dos anos 90, com a difuso do emprego de empilhadeiras eltricas com rodasrgidas, a reduo do nmero de juntas passou a ser muito importante na operao do

    piso e as tecnologias que no acompanhavam essa tendncia acabaram sucumbindo.Hoje em dia, so comuns os pisos constitudos por camada nica, executados comconcretos de alta resistncia, superiores a 30MPa de resistncia compresso e 4,2MPa trao na flexo.Quando h necessidade de incremento da resistncia abraso, so feitas aspersescom misturas de agregados minerais ou metlicos, durante a fase de acabamento dopiso, j existindo produtos que, alm de incrementar a resistncia superficial, permitemcolorir o piso.Na dcada de 90, com a abertura das importaes no Brasil somada evoluotecnolgica dos equipamentos, ocorreu uma verdadeira revoluo na execuo dos pisosindustriais, graas ao surgimento de sistemas de nivelamentos mais geis, rguavibratrias com vos superiores a 10m, acabadoras de superfcie, simples e duplas, comgrande capacidade e eficincia, sem mencionar as versteis e geis mquinas do tipoLaser Screed, de alta produtividade.Todas essas inovaes foram fruto de um fator muito importante: o aumento deexigncia do usurio final. O piso deixou de ser um componente construtivo e passou aser um verdadeiro equipamento das indstrias e empresas operadoras de logstica.Com isso, exigncia pela qualidade passou a atingir nveis nunca antes imaginados que,aliados a um sistema eficiente de controle geomtrico da superfcie o F-Number4

    permitia a execuo de pisos com desempenho tal que hoje possvel operao, porexemplo, de empilhadeiras com alturas de elevaes superiores a 18m e elevadasvelocidades de deslocamento.

    5. O Concreto para Pisos

    Quando falamos em concreto para pisos, procuramos caracteriz-lo como um concretodiferente do concreto empregado em estruturas, o que realmente ele , pois apresentadistintas formas de aplicao e sempre tem uma grande rea, em relao ao seu volume,em contato com o ar, permitindo que ocorra uma perda de gua muito mais severa, querem velocidade como um resultado global, do que o concreto convencional.Como parmetros mnimos de dosagem, temos:

    a) Consumo de cimento: 320 kg/m3;b) Teor de argamassa entre 49% e 52%;c) Abatimento mnimo entre 80mm e 100mm;d) Ar incorporado inferior a 3%.

    A fixao do consumo mnimo de cimento est associada resistncia superficial dopiso, pois na fase de acabamento deve haver uma quantidade de pasta suficiente para o

    fechamento e alisamento superficial, embora este fator no seja o nico responsvel pelaresistncia abraso. Resumidamente a resistncia superficial pode ser correlacionadadiretamente com a resistncia compresso, mas pode ser fortemente afetada pelaexsudao do concreto, que levaria a uma maior relao gua-cimento gerando, portantouma menor resistncia superficial. A fixao do consumo mnimo de cimento , muitasvezes polmica, mas vamos ver o que dizem as normas: a da ABNT(ABNT, 1986) fixa o

    4 O sistemaF-Number composto por dois nmeros:FFque mede a planicidade e oFLque mede o nivelamento. regido pela normaASTM E1133/96.

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    consumo mnimo de 320kg/m3; o ACI 302-1R (ACI, 1996) estabelece valores entre280kg/m3, quando a dimenso mxima do agregado for 38mm e 360kg/m3, quando areferida dimenso for 10mm. Mais objetiva esta norma fixa valores de resistnciamecnica entre 21MPa e 31MPa, dependendo da classe do piso.O teor de argamassa est associado a trabalhabilidade necessria nas operaes com orodo de corte e outros equipamentos, para garantir o ndice de planicidade do piso.

    Teores baixos deixam o agregados grados muito prximos da superfcie tornando-osvisveis em funo da alterao de colorao a argamassa que est sobre ele; teoresmuito elevados podem causar a delaminao da camada superficial.O abatimento, da mesma forma que o teor de argamassa, e funo das necessidades delanamento e acabamento superficiais. Misturas mais rgidas tornam difceis asoperaes com rgua vibratria, fazendo com que o lanamento seja muito lento, almdo que a baixa potncia de vibrao desse equipamento no permita que a quantidadede argamassa superficial seja suficiente s operaes de acabamento. Por outro lado,misturas excessivamente plsticas, com abatimento superior a 12 so facilmentesegregveis quando no se emprega critrios de dosagens adequados e normalmenteessas misturas mais fluidas exigem quase sempre o emprego de aditivos mais caros eno justificando o seu emprego.

    Finalmente, a limitao do teor de ar incorporado relativamente recente e imposta emfuno da ocorrncia da delaminao, patologia muito sria e que tem como uma desuas causas o teor de ar incorporado na mistura. Essa limitao tem causado algumaconfuso junto aos especificadores, pois no Brasil comum o emprego de ar incorporadoem concretos de pavimentao e no h ocorrncia de delaminao nessas obras; adiferena fundamental que nos pavimentos a textura superficial aberta acabamentovassourado permitindo a sada do ar, enquanto nos pisos ela fechada acabamentovtreo retendo o ar sob essa camada superficial mais densa.

    6. A Influncia das Fibras de Polipropileno nas Propriedades doConcreto nas Primeiras Idades

    O concreto reforado com fibras de polipropileno um tipo de compsito fibroso.Conforme sugerido nas sees anteriores o concreto e as fibras de polipropileno somateriais que se complementam porque ao serem combinados formam um material maiscompleto e verstil. Procura-se nas prximas sees, com base no arcabouo tericoanteriormente apresentado, justificar os efeitos das fibras de polipropileno em algumasdas propriedades do concreto no estado plstico.

    As fibras plsticas so empregadas no concreto de piso, sendo que a propriedade maisfacilmente notada o aumento da coeso da mistura fresca. Sua funo principal minimizar a fissurao que ocorre no estado plstico e nas suas primeiras horas deendurecimento, no devendo substituir os habituais reforos para o combate da retraohidrulica, pois apresentam pouca influncia sobre as propriedades do concretoendurecido (ACI, 1996).

    A Portland Cement Association (PCA, 1995) desenvolveu grficos para estimar a nvel de

    evaporao em funo da umidade relativa do ar, temperatura do concreto e velocidadedo vento. Segundo esse trabalho, se a taxa de evaporao atingir 1litro/m 2/hora recomendada que sejam tomadas precaues contra a fissurao por retrao plstica.Para exemplificar, a condio climtica com temperatura do ar em 250C, umidade relativador ar de 40%, temperatura do concreto de 30 0C e velocidade de vento de 15 km/h suficiente para se atingir um nvel de evaporao de 1litro/m2/hora.

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    As fissuras de retrao plstica so causadas pela mudana de volume do concreto noestado plstico. As retraes que ocorrem no concreto antes do seu endurecimentopodem ser dividias em quatro fases (Wang et al, 2001):Primeira fase - assentamento plstico: ocorre antes da evaporao da gua do concreto;quando do lanamento, o espao entre as partculas slidas esto preenchidas comgua; assim que essas partculas slidas assentam, existe a tendncia da gua subir

    para a superfcie formando um filme e esse fenmeno conhecido por exsudao. Nesteestgio a mudana de volume do concreto muito pequena. A retrao porassentamento plstico ocorre quando a exsudao elevada e o cobrimento daarmadura reduzida. A combinao destes fatores provoca elevado grau deassentamento do concreto e se ele for restringido pela armadura, a ponto de gerartenses internas de trao, certamente ocorrero fissuras originadas do assentamentoplstico. Deve-se notar que estas fissuras so independentes da evaporao e dasecagem da superfcie. Alm da espessura do cobrimento, quanto maior o abatimento doconcreto e o dimetro da armadura maior a possibilidade da ocorrncia de fissuras deassentamento plstico (Suprenant, 1999). As fibras de polipropileno reduzem aexsudao diminuindo o nvel de assentamento, formando um micro reforotridimensional que suspende ou sustenta os agregados, impedindo que eles assentemsob a ao da gravidade e, alm disso, as fibras, conforme mencionado anteriormente,aumentam a resistncia trao nas primeiras idades. Com isso as fissuras porassentamento plstico so minimizadas.Segunda fase - retrao plstica primria ou retrao por exsudao: a fissura plsticaclssica. A gua superficial comea a evaporar-se por razes climticas calor, vento,insolao e quando a taxa de evaporao excede a da exsudao, o concreto comeaa contrair-se. Este tipo de retrao ocorre antes e durante a pega e atribuda spresses que desenvolvem nos poros capilares do concreto durante a evaporao.Terceira fase - Retrao Autgena5: neste caso, quando a hidratao do cimento sedesenvolve, os produtos formados envolvem os agregados mantendo-os unidos; nessafase, a importncia da capilaridade decresce e o assentamento plstico e a retraoplstica primaria decrescem, tomando seu lugar a retrao autgena, que quando oconcreto est ainda no estado plstico pequena, ocorrendo quase que totalmente apsa pega do concreto. No passado essa parcela da retrao era praticamente desprezada,mas hoje, principalmente com o emprego de baixas relaes gua/cimento, a retraoautgena ganhou destaque importante.Quarta fase - retrao plstica secundria: ocorre durante o incio do endurecimento doconcreto. Assim que o concreto comea ganhar resistncia, a retrao plstica tende adesaparecer.

    As combinaes mais comuns de ocorrncia da retrao plstica so as trs primeirasfases: assentamento plstico, retrao por exsudao e a autgena. Sempre que hrestries a essas variaes volumtricas, tanto internas como externas, desenvolvem-se tenses de frao com probabilidade da ocorrncia de fissuras.Nos ltimos anos temos observado um aumento significativo das patologias associadas retrao plstica do concreto, que podem estar ligadas a relaes gua/cimento mais

    baixas e ao emprego de cimentos de finura mais elevada, alm do emprego de outrosmateriais cimentcios adicionados a ele, como a escria de alto forno, pozolanas, filercalcrio, que so geralmente extremamente finos; sabido que essas adiesincrementam a retrao do concreto (Kejin et al, 2001 e Neville, 1997).

    5 Defini-se como retrao autgena, retrao que ocorre sem troca de massa com o meio ambiente, isto , sem quahaja perda de gua.

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    Esse aumento na retrao plstica geralmente est associado a trs fatores: baixastaxas de exsudao, elevada retrao autgena e elevadas presses capilaresprovenientes das altas finuras dos materiais cimentcios.H algum tempo, imaginava-se que as fissuras de retrao plsticas eram inofensivas,pois apresentavam pequena profundidade, no progredindo com o pavimento emutilizao. Isso com certeza era verdadeiro quando as tenses de retrao hidrulica

    eram baixas e as tenses de utilizao aquelas oriundas dos carregamentos erampequenas devido principalmente s elevadas espessuras.Hoje em dia, alm das expressivas retraes dos concretos modernos, os pisos so nasua totalidade empregados com reforos, com telas soldadas ou fibras de ao, quelevaram a uma reduo na espessura com o incremento das tenses atuantes, alm doque, a necessidade na reduo de custos tm imposto espessuras mais arrojadas.Como conseqncia, observa-se hoje um grande nmero de fissuras, cujo aspecto spode ser explicado pela evoluo das antes inofensivas fissuras plsticas.O emprego de fibras sintticas como auxiliares no combate ou reduo das fissuras deretrao plstica tem sido largamente difundido por diversos pesquisadores, embora omecanismo como isso ocorre no seja bem conhecido, havendo vertentes que advogamque os complexos mecanismos da presso dos poros capilares desempenhamimportante papel na reduo da retrao e conseqentemente das fissuras, enquantooutros preferem atribuir s fibras a reduo dos efeitos danosos da retrao (Padron etal, 1990); provavelmente e pelos resultados de pesquisas experimentais ambas teoriasso vlidas, sendo que a questo da reduo da porosidade capilar ir afetarbasicamente a retrao por exsudao, enquanto que a fibra, como material de reforodeve atuar nos estgios subseqentes, enquanto o mdulo de elasticidade da fibraplstica for superior ao da pasta de cimento.Por exemplo, Padron e Zollo (Padron et al, 1990) pesquisando concretos e argamassascom reforos de fibras de polipropileno e acrlico obtiveram, para o concreto, que areduo da quantidade de fissuras variou entre 18% a 23%, enquanto que a retraototal dos corpos de prova variou de 52% a 100% com relao ao padro de concretosimples. Curiosamente, a amostra com fibras que apresentou a mesma retrao dopadro, foi a que exibiu menor quantidade de fissuras, 18% da observada no concretosimples; vemos que esses dados indicam que os dois fatores estiveram presentes. Omecanismo principal de atuao das fibras pode ser modelado como:a) O concreto simples, logo aps o lanamento, fludo. Aos poucos o concretoendurece e com isso perde sua fluidez e, conseqentemente, sua capacidade dedeformao,b) Em contra partida, com a evaporao da gua de exsudao a retrao aumenta atque em determinado momento o nvel de deformao de retrao maior que acapacidade do concreto absorver estas deformaes, e ento, as fissuras aparecem;c) O concreto com fibras de polipropileno mais deformvel nas primeiras idades. Asfibras com 80% de deformao de ruptura transferem esta capacidade de deformaopara o concreto. A deformao devido retrao a mesma, porm no maior que a doconcreto com fibras. Assim as fissuras so inibidas ou sua freqncia e tamanhos so

    reduzidos.Na pesquisa citada (Padron et al, 1990), os autores efetuaram as medidas aps 16 horasde exposio em tnel de vento, sendo que as primeiras fissuras foram observadas cercade duas horas aps a moldagem. Uma das dificuldades que se observa nessas diversaspesquisas o tipo de ensaio que foi empregado, pois os normalizados, como o ASTMC1576, no so adequados determinao da retrao nas primeiras idades e naverdade cada pesquisador acaba por adotar um procedimento diferente e, portanto os6 ASTM C157: Standard Test Method for Length Change of Hardened Hydraulic Cement Mortar and Concrete.

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    ensaios tem valor comparativo, mas no so na maioria dos casos, intercambiveis. Emcomum esses ensaios tm o emprego de cmaras de vento, umidade e temperaturacontroladas e a amostra submetida a algum tipo de restrio, como um o-ring,aderncia na base simulando um overlay aderido ou outras restries movimentao.A eficincia das fibras depende de diversos fatores, como a sua relao L/d,comprimento, mdulo de elasticidade, dosagem e at mesmo as caractersticas do

    prprio concreto: por exemplo, matrizes mais ricas (menor relao cimento/areia)respondem mais eficientemente adio das fibras e o concreto leve apresenta maiorpotencial de reduo de fissuras do que o convencional, quando so empregados teorese tipos idnticos de fibras (Balaguru, 1994).Balaguru desenvolveu um extenso programa de ensaios com diversos tipos de fibrassintticas e tambm de ao e suas principais concluses podem ser sumarizadas em:

    c) A adio de fibras sintticas, mesmo em teores to baixos como 0,45kg/mpromove alguma reduo na quantidade de fissuras;

    d) Redues mais acentuadas so conseguidas com dosagens entre 0,45kg/m e0,90kg/m;

    e) Para fibras longas, aquelas que apresentam menor mdulo de elasticidade so asque propiciam melhor desempenho;

    f) Para dosagens do 0,9kg/m, tanto para as fibras de nylon como as depolipropileno, praticamente no se observou, nos experimentos, fissuras deretrao plstica.

    g) A quantidade de fibras nmero de fibras por quilograma um parmetroimportante de dosagem;

    h) Fibras longas apresentam melhor desempenho em argamassas mais pobres econcretos, enquanto que as microfibras apresentam melhores resultados nasmisturas mais ricas.

    i) Com as fibras sintticas, no ocorre apenas a reduo da quantidade de fissuras,mas tambm a abertura delas menor.

    Portanto, vemos que a dosagem dos concretos com fibras sintticas no pode sergeneralizada para qualquer tipo de fibra, mas sim fruto de anlise experimental queconduzir ao melhor resultado final.Embora as fibras venham sendo empregadas em pavimentao praticamente desde1978, ainda observamos hoje algumas lacunas que poderiam melhorar acompreenso da sua forma de ao e contribuir para um melhor desempenho doconcreto, mas a dosagem ainda feita com certo grau de empirismo, o que muitasvezes pode causar dvidas com no usurio.

    7. Caso de Obra: Pavimento em Concreto da Av. Terceira Perimetral

    A Av. Terceira Perimetral uma via expressa que inicia no Laador, smbolo de PortoAlegre, na entrada da cidade, e cruza 20 bairros, sem passar pelo centro da capitalgacha.No total so 20 km de extenso, 28 m de largura com seis faixas de rolamento e umcorredor de nibus de mo dupla no centro. A obra que teve incio em novembro de1999, ter um consumo estimado de 90.000 m3 de concreto em 4 anos de execuo.

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    Figura 7.1: vista parcial da Av. Terceira Perimetral, Porto Alegre/RS

    Trecho1: Av. Senador Tarso Dutra e Rua Dr. Salvador Frana (at Av. Ipiranga)O Trecho 1 teve incio em novembro de 1999. Com extenso de 2,2 km e um consumode concreto de 12.000 m3, este trecho contempla uma camada de 10 a 12 cm de CCRsob uma placa de concreto com espessura de 18 cm que foi executada utilizando-se

    pavimentadora.Mesmo utilizando os procedimentos de execuo de pavimentos em concretoconsiderados adequados para uma obra desta envergadura houve a ocorrncia defissuras de retrao ao longo de toda a extenso do trecho.

    Alm do desgaste junto ao contratante, as fissuras trouxeram prejuzos financeirosconsiderveis ao consrcio executor do pavimento pois as mesmas tiveram que receberinjeo de resina epxi para remediar os problemas ocasionados por esta patologia.

    Figura 7.2: Fissura de retrao plstica Figura 7.3: Fissuras com injeo de resinaepxi

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    A) Trecho 2: Rua Dr Salvador Frana (aps Av. Ipiranga) e Av. Cel. Aparcio BorgesO Trecho 2 teve seu incio de execuo em maio de 2001. Com extenso de 2,5 km econsumo de concreto estimado de 14.000 m3, o trecho tem basicamente o mesmoprojeto do anterior: camada de CCR sob uma placa de concreto de 18 cm, tambmexecutada com pavimentadora.Haja visto, os problemas de fissuras de retrao ocorridos no primeiro trecho econseqentes despesas extras com injeo de resina epxi, optou-se por utilizar fibras

    de polipropileno para evitar tais fissuras, mesmo no tendo sido especificadas no projetooriginal.Este trecho j est praticamente concludo e o desempenho esta sendo consideradobastante satisfatrio. As fibras so incorporadas no misturador da concreteira a umadosagem de 600 g/m3. Por serem extremamente finas e maleveis no ficam aparentesna superfcie do concreto. No houve alterao dos procedimentos de cura e doespaamento entre as juntas das placas.

    Figura 7.4: execuo do pavimento em concreto da Av. Terceira Perimetral com fibras depolipropileno

    Atualmente a utilizao das fibras de polipropileno est generalizado em todo opavimento da obra. O concreto do terceiro trecho, correspondente a Av. Carlos Gomes,tambm contm fibras de polipropileno para diminuir a incidncia de fissuras de retraoplstica. Este o primeiro caso documentado de pavimento rgido virio no Brasil queadotou as fibras de polipropileno como alternativa as fissuras de retrao.

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