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  • Encontro Nacional BETO ESTRUTURAL - BE2012 FEUP, 24-26 de outubro de 2012

    Beto de Elevado Desempenho Reforado com Fibras

    Filipe Ribeiro1 Sandra Nunes2

    RESUMO

    um facto que os Engenheiros Civis tm a sua atividade limitada pelas caractersticas dos materiais

    com que trabalham. No caso particular do beto destaca-se a baixa resistncia trao e diminuta

    ductilidade; o elevado peso prprio, significativamente superior ao das estruturas de ao com a mesma

    capacidade de carga, e a sua vulnerabilidade penetrao de substncias nocivas, que aceleram o

    processo de corroso das armaduras.

    O Beto de Elevado Desempenho Reforado com Fibras (BEDRF) exibe, neste contexto,

    potencialidades que o tornam uma alternativa capaz de resolver os problemas anteriormente expostos.

    Encarado como uma extenso de trs materiais conhecidos (o Beto de Elevado Desempenho, o Beto

    Reforado com Fibras e o Beto Auto-Compactvel), este material caracteriza-se pela sua enorme

    resistncia mecnica, o seu comportamento dctil devido incluso de fibras, baixa relao

    gua/cimento, grande compacidade, notria resistncia penetrao de substncias nocivas e grande

    durabilidade.

    No presente trabalho apresentam-se as principais concluses e resultados alcanados no mbito de

    uma Dissertao de Mestrado Integrado em Engenharia Civil dedicada compreenso e caracterizao

    do comportamento do BEDRF [1]. No estudo da resistncia trao do material foram implementados

    dois mtodos de avaliao indireta: o Ensaio de Flexo sob 4 Pontos em Placas Finas e o Wegde

    Splitting Test. Para alm destes, foram tambm realizados ensaios de flexo em provetes prismticos

    (4x4x16cm3) e ensaios de compresso diametral em provetes cilindricos. Os estudos efetuados

    permitiram discutir a influncia da incluso de fibras no comportamento do material, as vantagens da

    combinao de diferentes tipos de fibras e a adequabilidade dos ensaios utilizados para a

    caracterizao do comportamento trao deste tipo de material.

    Palavras-chave: beto de elevado desempenho; fibras; auto-compactvel; comportamento trao; wegde splitting test. 1 LABEST/FEUP, Departamento de Engenharia Civil, Universidade do Porto, Portugal. fjtr@fe.up.pt 2 LABEST/FEUP, Departamento de Engenharia Civil, Universidade do Porto, Portugal. snunes@fe.up.pt

  • Beto de Elevado Desempenho Reforado com Fibras

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    1. INTRODUO

    Embora a investigao e o desenvolvimento do beto com fibras tenham comeado h mais de

    quarenta anos [2], a sua aplicao bastante limitada e a sua produo representa uma pequena

    percentagem do total da produo de beto [3]. Porm, nos ltimos anos, ocorreram avanos notveis

    neste domnio e os materiais compsitos base de cimento reforados com fibras ganharam

    relevncia.

    Um grande impulsionador do desenvolvimento dos betes de elevado desempenho, foi o aparecimento do Reactive Powder Concrete (RPC) [4], com enormes resistncias compresso na ordem dos 200MPa ou mais , contudo, bastante frgil. A presena de fibras neste tipo de composies de elevado desempenho cumpre duas importantes funes: induzir o aumento da ductilidade e melhorar os resultados de resistncia trao. Nos ltimos anos, vrios investigadores tm vindo a desenvolver variantes do material, nas quais a resistncia trao ultrapassa frequentemente os 10 MPa, tais como, entre outros: o Ultra-High Performance Concrete, conhecido como DUCTAL (12 MPa) [5], o High-Performance Hybrid-Fibre Concrete (12 MPa) [3] e, mais recentemente, o Ultra High Performance Fiber Reinforced Concrete with Low Fiber Contents (13 MPa) [6]. importante referir que a grande resistncia do material possibilita o fabrico de elementos estruturais mais esbeltos e, portanto, com menor consumo de matrias-primas.

    De outra perspetiva, o BEDRF caracteriza-se pela sua baixa porosidade, elevada resistncia penetrao de substncias nocivas e grande durabilidade. A possibilidade de conseguir misturas auto-compactveis permite eliminar a necessidade de vibrao e tambm, pelo facto de escoarem sob a ao do peso prprio, obter uma melhor distribuio das fibras. Estes fatores contribuem no s para melhorar a qualidade da estrutura final, mas tambm para prolongar a sua vida til. Existe assim a convico de que esta soluo pode ser uma das formas da Engenharia Civil contribuir para um futuro mais sustentvel.

    O tipo, a orientao e o volume de fibras utilizado nestas composies influenciam significativamente

    o desempenho mecnico do material. Como se pode observar na Fig. 1, possvel que, aps a

    ocorrncia da primeira fissura, a tenso continue a aumentar, ocorrendo um endurecimento (strain

    hardening), que garante a estabilidade do elemento estrutural. Este comportamento similar ao que

    acontece numa estrutura clssica de beto armado, na qual aps a fendilhao do beto, caso a

    armadura de reforo seja suficiente, esta absorve as tenses at ser atingido o limite de resistncia do

    ao. No caso dos betes reforados com fibras so as fibras que asseguram esse comportamento. Na

    Fig.1 compara-se ainda respostas trao de diferentes betes, evidenciando-se a grande capacidade

    resistente do BEDRF (high performance fibre concrete) relativamente ao beto com fibras

    convencional (conventional fibre concrete) e ao beto simples (plain concrete). Destaca-se

    tambm a grande ductilidade do BEDRF, ou seja, as grandes deformaes que ocorrem at ao limite

    de resistncia do material.

    Figura 1. Comparao do comportamento trao de diferentes tipos de beto. [3]

  • Filipe Ribeiro

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    Para dimensionar qualquer elemento estrutural fundamental conhecer bem o comportamento dos

    materiais, prevendo o seu desempenho na estrutura e, principalmente, salvaguardando a segurana dos

    futuros utilizadores. , portanto, clara a necessidade de realizar um vasto nmero de ensaios que

    permitam caracterizar completamente o comportamento deste novo material. Neste mbito,

    desenvolveu-se um trabalho de investigao experimental que permitiu alargar os conhecimentos

    sobre o tema e compreender melhor o comportamento mecnico do BEDRF, em particular, de duas

    composies nas quais se variou o comprimento das fibras utilizadas, permanecendo constantes o

    dimetro e a dosagem utilizada. Este trabalho permitiu discutir a influncia no comportamento do

    material provocada pelas caractersticas geomtricas das fibras, as vantagens da combinao de

    diferentes tipos de fibras e a adequabilidade dos ensaios selecionados para a caracterizao do

    comportamento trao deste tipo de material. 2. COMPOSIO E PRIMEIROS ENSAIOS 2.1 Materiais constituintes As argamassas investigadas foram preparadas com misturas ternrias de cimento (CEM I 42.5 R), fler calcrio (BETOCARB P1 OU), e slica de fumo (Centrilit Fume SX em suspenso com 50% de teor de slidos) com uma densidade de 3.10, 1.38 e 2.68, respetivamente. O tamanho mdio das partculas de cimento e fler calcrio foi de 14.6 e 5.36 m, respetivamente. As partculas da slica de fumo apresentam uma dimenso 50 a 100 vezes inferior das partculas do cimento. O superplastificante utilizado (Sika Viscocrete 20HE) constitudo por carboxilatos modificados e apresenta uma densidade de 1.08 e 40% teor de slidos. Utilizou-se uma areia fina natural com um dimetro mximo de 1 mm e uma massa volmica de 2630 kg/m3 (material seco). Foram includos trs tipos de micro-fibras lisas de seco circular com um dimetro de 0.175 mm, 2100 MPa de resistncia trao e com trs comprimentos diferentes: 6, 9 e 12 mm. 2.2 Processo de amassadura e ensaios no estado fresco A amassadura do material seguiu o procedimento indicado no esquema da Fig. 2. Quando comparado com um procedimento habitual de argamassas auto-compactveis, verificam-se maiores tempos de amassadura, para assegurar uma boa disperso das partculas de slica de fumo.

    Figura 2. Esquema ilustrativo do procedimento de amassadura.

    Foram realizados ensaios de espalhamento e fluidez (funil-V) para a caracterizao do estado fresco da argamassa. O princpio do ensaio de espalhamento consiste em encher com argamassa o molde tronco-cnico representado na Fig. 3, levant-lo e medir o dimetro mdio da rea de espalhamento resultante, aps a cessao do movimento (Desp). No caso do ensaio com o funil-V, o objetivo registar o tempo que a argamassa demora a escoar do interior de um funil com as dimenses interiores indicadas na Fig. 3. Estes ensaios permitem avaliar a deformabilidade e viscosidade da argamassa, permitindo classific-la como auto-compactvel.

  • Beto de Elevado Desempenho Reforado com Fibras

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    Figura 3. Equipamentos para os ensaios de espalhamento ( esq.) e de fluidez ( dir.) da argamassa (dimenses

    em milmetros). 2.3 Primeiros ensaios de caracterizao mecnica

    Numa primeira fase do trabalho, na qual o objetivo fundamental consistia em comparar com brevidade

    um grande nmero de diferentes misturas, foram realizados ensaios simples que permitiram avaliar e

    comparar a resistncia mecnica do material em termos relativos. As tenses de rotura trao e

    compresso foram avaliadas em 3 prismas, para cada mistura, com dimenses 4x4x16 cm3.

    Adicionalmente, para a mistura que revelou melhor desempenho, a resistncia trao foi avaliada

    atravs do ensaio de compresso diametral em 3 provetes cilndricos (h=100 mm; =100 mm). Os

    provetes foram desmoldados com 1 dia e mantiveram-se submersos em gua temperatura de 20C,

    at aos 7 dias de idade.

    importante frisar que os valores de resistncia mecnica obtidos com este tipo de ensaios esto bastante sobrestimados; no entanto, serviram para comparar as dif

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