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Universidade Estadual de Feira de Santana Lucio Ricardo Gomes Santos Estudo sobre o comportamento à tração na flexão de concretos reforçados com fibras de aço. Feira de Santana 2009

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Universidade Estadual de Feira de Santana

Lucio Ricardo Gomes Santos

Estudo sobre o comportamento à tração na flexão de concretos reforçados com fibras de aço.

Feira de Santana 2009

ii

Lucio Ricardo Gomes Santos

Estudo sobre o comportamento à tração na flexão de concretos reforçados com fibras de aço.

Feira de Santana 2009

Trabalho de conclusão de curso apresentado ao Departamento de Tecnologia, área de Materiais de Construção e Tecnologia das Construções, como requisito para a aprovação nas disciplinas Projeto final I e II e, consequente conclusão do curso de graduação em Bacharelado em Engenharia Civil da Universidade Estadual

Orientador: Prof . Mestre em Estruturas, Elvio Antonino Guimarães.

iii

Lucio Ricardo Gomes Santos

Estudo sobre o comportamento à tração na flexão de concretos reforçados com fibras de aço.

Trabalho de Conclusão de Curso de apresentado ao Departamento de Tecnologia,

área de Materiais de Construção da Universidade Estadual de Feira de Santana

como requisito para a aprovação nas disciplinas Projeto Final – I e II do curso de

graduação em Bacharelado em Engenharia Civil desta instituição.

Aprovado em ___ / ___ / _____, com nota _____.

_______________________________________ Prof. Mestre em Estruturas, Elvio Antonino Guimarães.

Banca Examinadora: Presidente e Orientador: ______________________________

Primeiro Examinador: _______________________________

Segundo Examinador: _______________________________

Feira de Santana 2009

iv

A Deus, a minha mãe Didica, a meu tio Eng.º Erival, avó Bizuca, meu irmão Engº. Luis Cláudio “Wally”.

v

AGRADECIMENTOS Ao professor Elvio Antonino Guimarães pela paciência, dedicação, competência e amizade nesse longo período de orientação e, também, por contribuir para a minha escolha lecionando a disciplina Tecnologia Avançada do Concreto de maneira bastante estimulante; Ao professor Antônio Freitas que me ajudou, de forma decisiva, para a realização do ensaio do referido estudo; Ao senhor Emanuel e à Escola Politécnica da Universidade Federal da Bahia por ter cedido suas instalações para que fosse possível a realização dos ensaios de tração na flexão dos corpos-de-prova. À professora Eufrozina Azevedo pela grande contribuição ao produto final deste trabalho de conclusão de curso. Aos funcionários Gilvaneide, Gildenberg, Verônica, Janaína, Giminiano, pela competência em seus devidos setores e pela cordialidade durante este período; À todos os meus colegas de curso que enfrentaram comigo esta jornada árdua da graduação e que por circunstâncias da vida não estão muito próximos; À minha namorada Laize que puxa minha orelha direto e me faz ser, a cada dia, uma pessoa muito melhor do que eu era há cinco anos atrás; Aos meus amigos; À minha mãe por me ajudar mesmo sem que eu pedisse, e mesmo sem ter condições e sem cobrar nada em troca.

vi

RESUMO A melhoria de algumas das propriedades do concreto proporcionadas pelas fibras é

evidente na literatura técnica. Elas são capazes de promover acréscimos na

tenacidade, na resistência à tração na flexão, ao impacto e à fadiga. No mercado

existem diversos tipos de fibras, sendo estas divididas em dois grupos – as

orgânicas, menos adequadas para fins estruturais devido à interferência negativa na

hidratação dos aglomerantes e as inorgânicas, livres deste inconveniente. Dentre as

fibras inorgânicas mais aplicadas estão as fibras de aço, cuja resistência à tração e o

módulo de elasticidade são satisfatórios e o preço é acessível se comparadas com

as fibras de carbono. No presente trabalho será analisada a resistência à tração na

flexão do concreto reforçado com fibras de aço (CRFA). Neste estudo há um

interesse em avaliar o quão eficiente é a aplicação dessas fibras na melhoria da

propriedade mencionada acima. Para que seja possível realizar esta avaliação o

estudo prevê a realização do ensaio descrito pela NBR 12124/91 que visa

determinar a resistência à tração na flexão em corpos-de-prova prismáticos.

Realizando o referido ensaio em corpos-de-prova produzidos com teores diferentes

de fibras de aço na mistura, busca-se encontrar o teor ótimo de fibra que deve ser

adicionado ao concreto observando a melhoria da resistência à tração na flexão do

CRFA. Após a realização do experimento foi confirmado o que afirmam as literaturas

pesquisadas. À medida que o teor de fibras sofre acréscimo, a resistência à tração

na flexão também aumenta.

Palavras-chave: concreto, tração na flexão, fibras discretas descontínuas, fibras de aço.

vii

ABSTRACT

The improvement of some of the properties offered by the concrete fibers is evident

in the technical literature. They are capable of promoting increases in toughness, the

tension-bending strength, impact and fatigue. In the market there are different types

of fibers, which are divided into two groups - the organic, less suitable for structural

purposes because of negative interference in the hydration of inorganic binders and

are free of this inconvenience. Among the inorganic fibers are the fibers used more

steel, whose tensile strength and modulus of elasticity are satisfactory and the price

is affordable when compared with the carbon fibers. This work is a study of tension-

bending strength of concrete reinforced with steel fibers (CRFA). In this study there is

an interest in evaluating how efficient is the application of these fibers in improving

the property mentioned above. In order to perform this assessment the study

provides for the execution of the test described by NBR 12124/91 to determine the

tension-bending strength bodies in proof-of-prismatic. Conducting the test in body-of-

evidence produced with different levels of steel fibers in the mixture, try to find the

optimum fiber content to be added to observe the improvement of concrete tension-

bending strength of the CRFA. After the experiment has proved the above claim that

the literature surveyed. The increase of fiber in the concrete provides increased

property studied in the concrete and as the content has increased the tension-

bending strength also increases.

Key Words: concrete, tension-bending, fibers, steel fibers.

viii

LISTA DE FIGURAS

Figura 1.1 - Curvas “Carga x Flecha” do concreto com diferentes teores de fibras. 13 Figura 2.1 - Rompimento de corpo de prova à compressão axial. 25

Figura 2.2 – Ensaio de tração do concreto por compressão diametral. 28

Figura 2.3 – Ensaio de tração na flexão de uma viga prismática. 29 Figura 2.4 – Classificação das fibras segundo a The International Bureau For The Standardisation Of Man-Made Fibres (BISFA). 35 Figura 2.5 - Visualização dos diversos tipos de fibras. 37 Figura 2.6 - Tipos de fibras de aço quanto a sua forma. 38 Figura 2.7 - Fibra de aço com ancoragem. 38 Figura 2.8 - Gráfico carga versus deformação: concretos com diferentes teores de fibra. 39 Figura 2.9 - (a) Adição mecanizada das fibras em caminhão betoneira;(b) Adição manual das fibras na entrada do caminhão betoneira; (c) Aparência do concreto reforçado com fibras; (d) Verificação do abatimento do CRFA (concreto reforçado com fibras de aço). 40 Figura 2.10 - (a) Adição manual juntamente com agregados na esteira transportadora; (b) Adição manual das fibras diretamente na betoneira 41 Figura 2.11 - (a) e (b) Lançamento de CRFA através de caminhão betoneira; (c) Incorporação de fibras de aço na bomba para lançamento; (d) Lançamento com bomba. 41 Figura 2.12 - Empelotamento das fibras de aço devido à mistura inadequada. 43 Figura 2.13 - Comportamento da ruptura do concreto simples, sem reforço de fibras.

44 Figura 2.14 - Comportamento da ruptura do concreto reforçado com fibras de aço. 45 Figura 3.1 - Etapas do programa experimental. 46 Figura 3.2 - Balança GEHAKA nº 4881, com resolução de 0,01g 49 Figura 3.3 – Peneira LM 74 com fundo e tampa 49

ix

Figura 3.4 – Limites de composição granulométrica 1 do agregado Graúdo. 53 Figura 3.5 – Limites de composição granulométrica 2 do agregado Graúdo. 53 Figura 3.6 – Curva granulométrica do Agregado Miúdo em relação aos limites inferior e superior da zona utilizável. 55 Figura 3.7 – Aspecto visual do CRFA produzido no Laboratório de dosagem. 60 Figura 3.8 – Moldagem dos corpos-de-prova cilíndricos. 60 Figura 3.9 – CP cilíndrico após desmolde. 61 Figura 3.10 – Capeamento dos corpos-de-prova cilíndricos. 61 Figura 3.11 – CP submetido ao carregamento de compressão na HD – 200T. 61 Figura 3.12 – Lote após rompimento. 62 Figura 3.13 – Esquema de ensaio de tração na Flexão com quatro pontos. 64 Figura 3.14 - Equipamento para a realização do ensaio de tração na flexão. 64 Figura 4.1 – Contribuição das fibras de aço na resistência a compressão do concreto. 67 Figura 4.2 – Comparativo da influência dos teores de fibras de aço em relação ao Concreto Simples. 68 Figura 4.3 – Comparativo da influência dos demais teores de fibras de aço em relação ao CRFA 30kg/m³. 69 Figura 4.4 – Comparativo da influência do CRFA 90kg/m³ em relação ao CRFA 60kg/m³. 70

x

LISTA DE TABELAS

Tabela 2.1 - Relação entre trabalhabilidade e grandeza do abatimento. 24

Tabela 2.2 – Tipos de fibras e suas características físicas e mecânicas. 36 Tabela 3.1 - Exigências Físicas e Mecânicas. 48 Tabela 3.2 – Exigências Químicas. 48 Tabela 3.3 – Módulo de finura do cimento por meio da peneira de 75µm. 50 Tabela 3.4 – Especificações Técnicas e recomendações do ADIMENT. 50 Tabela 3.5 – Fibras de aço DRAMIX, requisitos e características. 51 Tabela 3.6 – Limites da composição granulométrica do agregado graúdo. 52 Tabela 3.7 – Tamanho das amostras e Diâmetro máximo do agregado. 52 Tabela 3.8 – Limites da distribuição granulométrica do agregado miúdo . 54 Tabela 3.9 – Tamanho das amostras e Módulo de Finura (MF) do agregado. 55 Tabela 3.10 – Quantidades de materiais em massa. 57 Tabela 3.11 – Proporção de materiais em massa por traço. 59 Tabela 3.12 - Resultados do ensaio de compressão do Concreto simples. 62 Tabela 3.13 - Resultados do ensaio de compressão do CRFA com 30kg/m³. 62 Tabela 3.14 - Resultados do ensaio de compressão do CRFA com 60kg/m³. 63 Tabela 3.15 - Resultados do ensaio de compressão do CRFA com 90kg/m³. 63 Tabela 3.16 - Resultados do ensaio de tração na flexão do Concreto Simples. 65 Tabela 3.17 - Resultados do ensaio de tração na flexão do CRFA com 30kg/m³. 65 Tabela 3.18 - Resultados do ensaio de tração na flexão do CRFA com 60kg/m³. 65 Tabela 3.19 - Resultados do ensaio de tração na flexão do CRFA com 90kg/m³. 66

xi

SUMÁRIO RESUMO.....................................................................................................................vi ABSTRACT ................................................................................................................vii LISTA DE FIGURAS ..................................................................................................viii LISTA DE TABELAS ...................................................................................................x 1 INTRODUÇÃO........................................................................................................11 1.1 JUSTIFICATIVA.........................................................................................13 1.2 OBJETIVOS...............................................................................................14

1.2.1 Objetivo Geral..............................................................................14 1.2.2 Objetivos Específicos...................................................................14 1.3 METODOLOGIA........................................................................................14

1.4 ESTRUTURA DA MONOGRAFIA.............................................................15

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ...................................................................................16 2.1 O CONCRETO DE CIMENTO PORTLAND..............................................16 2.1.1 A estrutura do concreto de cimento portland...............................17 2.1.2 Propriedades do concreto............................................................18 2.1.3 Propriedades do concreto no estado fresco................................19 2.1.4 Trabalhabilidade...........................................................................19

2.2 PRINCIPAIS PROPRIEDADES MECÂNICAS DO CONCRETO NO ESTADO ENDURECIDO.................................................................................24

2.2.1 Resistência à compressão...........................................................25 2.2.2 Resistência à tração.....................................................................27 2.2.3 Retração e Fluência.....................................................................29 2.3 ADITIVOS..................................................................................................30 2.3.1 Tipos de aditivos..........................................................................30 2.4 FIBRAS......................................................................................................35 2.4.1 Fibras de aço................................................................................39 2.5 CONCRETO REFORÇADO COM FIBRAS (CRF)....................................43 2.5.1 Concreto reforçado com fibras de aço (CRFA)............................44 3 PROGRAMA EXPERIMENTAL E APRESENTAÇÃO DOS RESULTAD OS....47 3.1 COLETA E CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS..................................48 3.1.1 Cimento Portland..........................................................................48 3.1.2 Aditivo Superplastificante.............................................................51 3.1.3 Fibras de aço................................................................................51 3.1.4 Agregado Graúdo.........................................................................52 3.1.5 Agregado Miúdo...........................................................................55 3.2 ESCOLHA DO TRAÇO UNITÁRIO............................................................57

3.3 ENSAIO DE RESISTÊNCIA A COMPRESSÃO DOS CORPOS-DE-PROVA (CP’s) CILÍNDRICOS.........................................................................60

3.4 ENSAIO DE RESISTÊNCIA À TRAÇÃO NA FLEXÃO..............................64 4 ANÁLISE DOS RESULTADOS .......................................................................67

4.1 ANÁLISE DOS RESULTADOS DO ENSAIO DE RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO...............................................................................................67

xii

4.2 ANÁLISE DOS RESULTADOS DO ENSAIO DE RESISTÊNCIA À TRAÇÃO NA FLEXÃO.....................................................................................68

5 CONSIDERAÇÕES FINAIS E SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS..........................................................................................................71 5.1 SUGESTÕES.............................................................................................73 REFERÊNCIAS.................................................................................................74

11

O concreto simples ou concreto de cimento portland, constituído por uma mistura de

água, cimento portland e agregados inertes de diversos tamanhos é um material

amplamente utilizado nos mais distintos tipos de obras de engenharia

(GIAMMUSSO, 1992).

As primeiras utilizações deste material datam de 1845, na construção de calhas de

concreto armado para serem utilizadas em jardinagem e floricultura. Ao longo do

tempo, passou a ser utilizado em outras aplicações dentro da construção civil, como

por exemplo, as usinas termonucleares, plataformas submarinas para exploração de

petróleo, grandes barragens, pavimentos, fabricação de elementos pré-moldados,

como residências, pisos e até dormentes para uso em ferrovias (GIOVANNETTI e

TARTUCE, 1990).

Este composto, enquanto no estado fresco, tem a capacidade de tomar a forma do

molde onde ele é aplicado e suas principais propriedades são a trabalhabilidade, a

homogeneidade e a segregação. No estado endurecido é capaz de resistir a tensões

de compressão e a outros efeitos como a corrosão e a abrasão se comparado com o

aço, por exemplo, (CURTI, 2004).

A medida que sua demanda no mercado foi aumentando, outros constituintes foram

testados no concreto com o propósito de melhorar suas propriedades nos estados

fresco e endurecido . Através desses testes obtiveram os Concretos de Alto

Desempenho (CAD) utilizando materiais como os aditivos químicos, microssílicas,

fibras, entre outros (NUNES, 2005).

Alguns destes novos constituintes do concreto são as fibras. Segundo Guedes

(2004), existem diversos tipos no mercado, aço, nylon, polipropileno, sisal, carbono e

vidro são algumas delas. As fibras, quando utilizadas, de maneira correta, no

concreto simples, contribuem bastante para o melhoramento da resistência a tração

por flexão e, ainda, ajudam a minimizar as fissuras que surgem no concreto

(THOMAZ, 2006).

1 INTRODUÇÃO

12

Porém, o uso das fibras apresenta suas desvantagens. A hidrofobia de alguns tipos

de fibras orgânicas e o aumento de ar incorporado são dois exemplos. A falta de

normas específicas para o cálculo de estruturas reforçadas com fibras e

principalmente a perda de abatimento do concreto e o empelotamento no instante do

preparo do material serão discutidos adiante. Devido a estes dois últimos problemas,

é conveniente a introdução de aditivos químicos que tenham como característica

melhorar a trabalhabilidade do concreto, e, consequentemente, sua consistência,

resultando em um melhor abatimento e minimização do efeito de empelotamento

(SARZALEJO, 2007).

Guedes (2004), sugere que o emprego de aditivos químicos superplastificantes no

concreto reforçado com fibras pode contribuir para a amenização dos efeitos de

empelotamento e perda de abatimento, uma vez que estes aditivos contribuem para

uma maior fluidez do concreto mantida a relação água/cimento do traço inicial. Com

o acréscimo de aditivos químicos superplastificantes é possível aumentar o índice de

consistência do concreto mantida a quantidade de água de amassamento. Espera-

se que, com isto, a deficiência no abatimento e os problemas de formação de

pelotas sejam minorados, e, se possível, eliminados.

Thomaz (2006), cita que as contribuições que as fibras incorporam ao concreto são

bastante interessantes. Dentre as principais temos o ganho de resistência à tração

na flexão, à fadiga e ao impacto. Porém, a maior contribuição das fibras para o

concreto é o aumento de sua ductibilidade. Sarzalejo et al. (2007), definem a

ductibilidade como a capacidade de um material poder suportar deformações

conservando sua resistência ou ainda como a função da área sob a curva “Carga x

Flecha” do gráfico conforme a Figura 1.1.

13

Figura 1.1 - Curvas “Carga x Flecha” do concreto com diferentes teores de fibras. FONTE: Thomaz (2006).

1.1 JUSTIFICATIVA

O estudo da melhoria da resistência à tração na flexão do concreto proporcionada

pelas fibras de aço é pertinente, pois se pretende buscar, baseado em literaturas e

ensaios, um teor ótimo de fibras de aço na mistura de concreto de modo que a

mesma apresente bom desempenho quanto à propriedade estudada.

A fibra de aço, dosada adequadamente, atende a este aspecto. Como se sabe que o

concreto reforçado com fibras além de ajudar no aumento da resistência à tração por

flexão ainda diminui a incidência de fissuras por retração, a sua aplicação em

elementos estruturais contribuiria para a melhoria do desempenho agregando mais

durabilidade, segurança e confiabilidade às estruturas e pavimentos entre outras

aplicações (THOMAZ, 2006).

Por estes motivos, é pertinente a realização do referido estudo com o objetivo atingir

melhores resultados quanto ao quesito resistência à tração na flexão.

O estudo da eficiência do CRFA é bastante relevante, pois, através deste, será

possível observar até que ponto é recomendável a utilização das fibras de aço no

14

reforço do concreto. Por isso, pretende-se utilizar teores diferentes dessas fibras.

Desta forma, há uma possibilidade de confrontar os resultados obtidos através dos

ensaios com as publicações dos autores acima citados, além de recomendar qual

teor é apropriado para atender à propriedade da resistência à tração na flexão.

1.2 OBJETIVOS

1.2.1 Objetivo Geral

Analisar a influência do teor de fibras de aço na propriedade de resistência à tração

na flexão do CRFA.

1.2.2 Objetivo Específico

Pesquisar o teor de fibras de aço mais apropriado para a produção de um CRFA

com desempenhos desejados.

1.3 METODOLOGIA

O método de pesquisa empregado no desenvolvimento desta monografia

foi dividido em três etapas. A primeira delas compreendeu a realização de

uma pesquisa bibliográfica. O objetivo desta etapa foi compreender a

forma como a teoria trata a influência dos teores de fibras de aço no

concreto.

As conclusões obtidas da revisão bibliográfica motivaram a realização de uma

segunda etapa da pesquisa, com a realização de estudos experimentais realizados

15

preliminarmente na Universidade Estadual de Feira de Santana, e, o ensaio

experimental mais importante, na Escola Politécnica da Universidade Federal da

Bahia.

A terceira etapa é referente aos experimentos, nos quais a estratégia de pesquisa

utilizada foi a análise dos dados obtidos nos ensaios e comparação com as

bibliografias existentes.

1.4 ESTRUTURA DA MONOGRAFIA

Esta monografia apresentará a seguinte disposição: No primeiro capítulo constam a

introdução ao estudo realizado, sua justificativa, os objetivos geral e específicos, a

metodologia e a estrutura da monografia.

No segundo capítulo consta a revisão bibliográfica onde se encontra todo o

embasamento teórico que sustentará a análise dos dados colhidos no período dos

ensaios de campo.

O terceiro capítulo aborda a metodologia aplicada ao desenvolvimento desta

monografia, o objeto do estudo, e o método de análise.

O quarto capítulo se refere à coleta de materiais e apresentação dos resultados, e é

onde serão apresentadas todas as informações geradas pelos ensaios listados na

metodologia.

O quinto capítulo é constituído pela análise dos dados, onde serão tecidas as

observações sobre os ensaios com base nos resultados obtidos no capítulo quatro.

No capítulo seis constam as considerações finais e sugestões para trabalhos futuros,

onde se pretende expor as acerca dos ensaios realizados e das análises dos

resultados obtidos, além de sugerir novos temas para trabalhos de conclusão de

curso.

16

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1 O CONCRETO DE CIMENTO PORTLAND

O concreto de cimento portland, ou concreto simples, como ele é conhecido, é um

material de uso bastante abrangente no mundo e, sobretudo no Brasil. Segundo

Giovannetti e Tartuce (1990), suas primeiras utilizações datam de 1845, na

construção de calhas de concreto armado para serem utilizadas em jardinagem e

floricultura, mas, somente a partir do início do século XX é que surgiram as primeiras

especificações para concreto, estudo de seus materiais constitutivos e das

propriedades físicas.

Giammusso (1992), relata que, até a década de 20 do século passado, o concreto

era um ilustre desconhecido, e poucos técnicos ousavam executar grandes

estruturas com ele, pois o aço era o material estrutural com uso predominante na

época.

Com o passar dos anos, pesquisadores se empenharam em estudar este material e

seus constituintes detalhadamente, observando suas características e as

propriedades do concreto nos estados fresco e endurecido, além do seu

comportamento reológico. Como consequencia à realização desses estudos vieram

a certeza e o conhecimento da grande aplicabilidade que tem o concreto que passou

a ser o mais utilizado em obras de engenharia.

Sua versatilidade se deve, à sua durabilidade, à grande disponibilidade de seus

constituintes, a alta capacidade de se moldar em diversos formatos, e,

principalmente, ao seu baixo custo relativo. Com estas vantagens é compreensível a

alta demanda destinada a este material (GIAMUSSO, 1992).

Giovannetti e Tartuce (1990), definem o concreto como um material formado por dois

componentes fundamentais: o agregado e a pasta de cimento. Os agregados são

materiais naturais ou artificiais que constituem o “esqueleto” do concreto. São

17

materiais granulares, geralmente inertes, com dimensões e propriedades adequadas

para o uso nas obras de engenharia. De acordo com Shehata (2005), o concreto é

uma rocha artificial formada por agregados graúdo e miúdo e material ligante.

Giammusso (1992), afirma que o concreto é constituído por uma mistura de água,

cimento e agregados inertes, em partículas de diversos tamanhos.

De fato, o concreto de cimento portland é um material poroso, com uma estrutura

heterogênea e complexa, que, se analisados de forma macroscópica identificam-se

dois componentes principais: a pasta de cimento endurecida e partículas de

agregado (ALVES, 1987).

2.1.1 A estrutura do concreto de cimento portland

A estrutura do concreto de cimento portland está subdividida em três fases: A fase

agregado, composta pelos agregados graúdo e miúdo, a fase da matriz, ou seja, a

pasta de cimento que envolve os agregados, e a fase da zona de transição,que é a

porção da pasta de cimento em contato com o agregado graúdo (MEHTA e

MONTEIRO, 1994).

A fase agregado é a principal responsável pela massa unitária, pelo módulo de

elasticidade e pela estabilidade dimensional do concreto. Tanto que a massa

especifica dos agregados é quem mais contribui na determinação da massa

específica do concreto uma vez que estes representam cerca de 80% do peso do

concreto (GIOVANNETTI e TARTUCE, 1990). A fase agregado tem como

características mais relevantes: o módulo de deformação, a massa específica, a

resistência à abrasão e sanidade, a granulometria e a textura. Giammusso (1992),

afirma, ainda, que a resistência do agregado é bem maior que a resistência das

outras duas fases. Isto se deve à sua coesão e baixa porosidade em relação às

outras fases.

Na fase matriz, ou pasta de cimento, têm-se o envolvimento dos agregados por esta

pasta e nesta ocorrem as reações químicas inerentes ao cimento quando em contato

18

com a água e os outros constituintes, como por exemplo a hidratação deste

aglomerante. O mecanismo de hidratação se dá através do processo de dissolução-

precipitação nas primeiras fases de um processo topoquímico, de modo que o

enrijecimento da pasta é característico da hidratação de aluminatos, enquanto a

hidratação dos silicatos está relacionada com o desenvolvimento da resistência da

pasta (MEHTA e MONTEIRO, 1994).

A zona de transição pasta-agregado que mede, aproximadamente, 50µm, é a região

cuja resistência é mais baixa, por isso ela é considerada como o elo fraco do

conjunto. A porosidade e a heterogeneidade desta fase é maior que as das outras. A

explicação disto é a relação água-cimento maior nesta área devido ao filme d’água

que se forma na superfície do agregado graúdo tornando a mistura mais porosa e

menos resistente, além de afetar a aderência entre a matriz e os agregados.

Menores relações água/cimento contribuem para que o concreto seja menos poroso,

o que melhoraria a aderência nesta zona de transição entre a pasta e o agregado

graúdo (KAEFER, 2000).

2.1.2 Propriedades do concreto

As principais propriedades do concreto são estudadas em duas etapas: no estado

fresco, quando o concreto ainda apresenta plasticidade, e no estado endurecido,

que é quando o concreto deixa de ser trabalhável. O controle do concreto no estado

fresco é muito importante para o desempenho do mesmo no estado endurecido.

Portanto, conclui-se que ambos os estados estão diretamente relacionados. Dessa

forma, não é possível se obter um concreto endurecido de alta qualidade sem que

as propriedades deste no estado plástico sejam rigorosamente controladas e com

resultados satisfatórios (SOBRAL, 1984).

19

2.1.3 Propriedades do concreto no estado fresco

De acordo com Giammusso (1992), o concreto se apresenta no estado fresco logo

após a mistura, quando é possível que ele seja lançado nas fôrmas, preenchendo-as

completamente e possibilitando seu adensamento, eliminando-se os vazios obtendo-

se uma massa compacta.

Aïtcin (2000), destaca duas razões importantes para se controlar as propriedades do

concreto no estado fresco para que ele apresente bom desempenho. A primeira

razão é que ele deve ser facilmente lançado, e a segunda razão é que, se as

propriedades do concreto no estado são rigorosamente controladas, muito

provavelmente suas propriedades no estado endurecido estarão, também,

controladas.

Segundo Alves (1987), as principais propriedades do concreto fresco são: a

segregação, a homogeneidade (mobilidade) e a trabalhabilidade. Contudo, as duas

primeiras propriedades estão diretamente ligadas à terceira podendo-se considerar

que segregação e homogeneidade fazem parte da propriedade trabalhabilidade. A

segregação se encaixa na propriedade estabilidade que por sua vez é componente

da propriedade mais geral que é a trabalhabilidade.

2.1.4 Trabalhabilidade

A trabalhabilidade do concreto é definida pela ASTM C 125 apud Mehta e Monteiro

(1994), como “a propriedade que determina o esforço necessário para manipular

uma quantidade de concreto fresco com uma perda mínima de homogeneidade”.

Onde manipular engloba as operações das primeiras idades como lançamento,

adensamento, e acabamento.

20

Glanville apud Neville (1997) define a trabalhabilidade como a quantidade de

trabalho interno útil para a obtenção de adensamento pleno, já no ACI 116R-90

encontra-se a seguinte definição de trabalhabilidade: “é a propriedade do concreto

ou da argamassa recém-misturados que determina a facilidade e a homogeneidade

com a qual podem ser misturados, lançados, adensados e acabados”. Andriolo

(1984) relata que a trabalhabilidade do concreto é a facilidade de mistura, manuseio,

transporte, colocação e compactação com a menor perda de homogeneidade.

“...quando os concretos frescos apresentam características (consistência e

dimensão máxima do agregado) adequadas ao tipo de obra a que se

destina (dimensões das peças, afastamento e distribuição de barras das

armaduras) e aos métodos de lançamento, de adensamento e de

acabamento, que vão ser adotados, não apresentando segregação ou

exsudação, podendo ser adequadamente compactado e envolvendo

completamente as armaduras diz-se ser ele trabalhável” (SOBRAL, 1984).

Daí, observa-se que o conceito de trabalhabilidade é bastante subjetivo e depende

de onde o concreto a ser utilizado será empregado. A importância da

trabalhabilidade no estudo do concreto é altamente relevante, pois independe da

sofisticação usada nos procedimentos de dosagem e outras considerações, tais

como custo, uma mistura de concreto que não possa ser lançada facilmente ou

adensada totalmente tenderá a apresentar características de resistência e

durabilidade não satisfatórias (MEHTA e MONTEIRO, 1994).

A trabalhabilidade do concreto envolve, pelo menos, três outras propriedades, a

compactabilidade, a mobilidade e a estabilidade.

A compactabilidade se refere à capacidade do concreto de se adensar facilmente

entre as fôrmas e armaduras vencendo o atrito que há entre elas no momento do

lançamento e, também o atrito da própria mistura. Em outra linguagem a

compactabilidade determina a quantidade de trabalho interno necessário à completa

compactação e pode ser caracterizada pela relação entre a massa específica de

uma amostra de concreto, comparada com a obtida teoricamente, a partir das

massas específicas dos componentes (GLANVILLE apud SOBRAL, 1984).

21

A mobilidade é a propriedade que é inversamente proporcional à resistência interna

à deformação e depende de três características do concreto fresco – ângulo de atrito

interno, coesão e viscosidade. Alves (1987), atribui outra denominação a esta

propriedade. A homogeneidade, que é garantida pela coesão que mantém os

materiais grão a grão. Utilizando a equação da mecânica dos sólidos C = ptg&,

onde:

C= coesão

p= pressão intrínseca = pressão intergranular

&= ângulo de atrito, pode-se elucidar o significado da coesão. Esta equação é muito

utilizada para explicar o fenômeno da coesão. Em Materiais de Construção o

concreto coeso é aquele adequadamente misturado, cujos componentes estão

uniformemente bem distribuídos e com a menor presença de vazios possível.

Alves (1987), realizando uma análise sucinta acerca da mobilidade, percebe, que,

em termos práticos o concreto fresco deve preencher completamente a fôrma sem

que haja perda de continuidade.

O referido autor menciona, ainda que a estabilidade da mistura, que é a capacidade

do concreto de se manter homogêneo, está implícita, pois uma mistura instável

apresenta problemas que trarão consequências danosas ao concreto no estado

endurecido. Situações indesejáveis como a segregação e a exsudação podem ser

controladas se a mistura é dotada de boa estabilidade.

A segregação do concreto no estado fresco é a perda de homogeneidade a partir do

momento em que os seus componentes se redistribuem na mistura de modo

heterogêneo acarretando em problemas como: perda de resistência e retração do

concreto (KAEFER, 2000).

As principais maneiras de ocorrer segregação são a exsudação da água, a

separação da pasta e a separação da argamassa. A exsudação é o fenômeno que

surge no instante em que a água presente na mistura percola até a superfície

evaporando e deixando vazios no concreto. O excesso de água na mistura favorece

a ocorrência deste fenômeno. Para evitar a exsudação sugere-se controlar a

22

quantidade de água de amassamento utilizada no concreto, além de iniciar a cura do

concreto após o início da pega (FIGUEREDO et al, 1999).

A separação da pasta e da argamassa ocorrem quando estes componentes se

separam do agregado graúdo se depositando em camadas aonde os finos tendem a

se acumular mais próximo da superfície, os agregados miúdos na parte intermediária

enquanto que os graúdos na parte inferior devido à diferença de peso específico

entre eles. As causas destes problemas são o mau lançamento do concreto em seus

destinos, seu mau manuseio e a vibração excessiva do concreto (ALVES, 1987).

A Associação Brasileira das Empresas de Serviço de Concretagem (ABESC), sugere

algumas precauções para que estes inconvenientes não ocorram:

� Lançar o concreto mais próximo da sua posição final;

� Não permitir o acúmulo de concreto em determinados pontos da fôrma;

� Lançar camadas horizontais de 15 a 30 cm, a partir das extremidades em

direção ao centro das fôrmas;

� Lançar a nova camada sempre antes do inicio de pega da camada anterior;

� A altura de lançamento não deve ser maior que 2m, caso não seja possível

controlar este fator, devido à falta de acesso lateral, utilizar trombas, calhas,

funis;

� Evitar tanto a falta, quanto o excesso de vibração;

� O vibrador de imersão deve penetrar cerca de 5 cm da camada inferior;

� Iniciar o adensamento logo após o lançamento;

� Evitar o adensamento a menos de 10 cm da parede da forma a fim de evitar o

aparecimento de bolhas de ar e perda de argamassa.

a) Medida de trabalhabilidade

Mehta e Monteiro (1994) e Neville (1997), em suas bibliografias, têm opiniões que se

convergem – não há um ensaio apropriado para a determinação da trabalhabilidade

de modo que o resultado seja apreciável. Porém, existem tentativas de relacionar tal

propriedade com alguma grandeza física fácil de ser determinada, contudo,

23

nenhuma é plenamente satisfatória, embora possam proporcionar informações muito

úteis dentro de uma certa amplitude de variação da trabalhabilidade.

b) Consistência

O American Concrete Institute (ACI), define consistência como “a relativa mobilidade

ou facilidade de o concreto ou argamassa escoar” e, a American Society for Testing

and Materials (E24-58T) apud Mehta e Monteiro (1994) como “a resistência de um

material não newtoniano à deformação”.

Sobral (1984), comenta que os pesquisadores que tentaram desenvolver um ensaio

metodizado para avaliar a trabalhabilidade do concreto estavam, na realidade

medindo a propriedade reológica da consistência que, segundo Bauer (1994), é o

mais importante dos fatores que influem na trabalhabilidade.

Mehta e Monteiro (1994), relatam que a consistência é usada como um simples

índice de mobilidade e fluidez do concreto fresco. No dia-a-dia, esta propriedade é

comumente avaliada por dois tipos de ensaios: O mais empregado e aceito é o

ensaio de abatimento do tronco de cone, que é regido pela NBR NM 67:98, cujo

título é: Concreto – Determinação da consistência pelo abatimento do tronco de

cone. O segundo, na ordem de importância é o ensaio VeBe, que é melhor

aproveitado em misturas mais secas.

Desta forma, percebe-se que, apesar de o ensaio do Cone de Abrams seja o mais

empregado em concretos, ele não é o mais indicado no caso de concretos

reforçados com fibras, pois o mesmo é aplicado em misturas mais fluidas. Isto é

evidenciado pela perda de abatimento que ocorre na mistura de um CRF. Portanto, o

método mais apropriado para avaliar a consistência do CRF é o ensaio VeBe.

“É bastante conhecido que a adição de qualquer tipo de fibra no

concreto simples, reduz a trabalhabilidade. Independente do tipo de fibra, a

perda de trabalhabilidade é proporcional à concentração volumétrica de

fibras no concreto. Desde que as fibras conferem considerável estabilidade

24

à massa de concreto fresco, o ensaio de abatimento não é um bom índice

de trabalhabilidade. Por exemplo, a introdução de 1,5% por volumes de

fibras de aço ou de vidro, a um concreto com 200mm de abatimento, pode

reduzir o abatimento da mistura de cerca de 25mm, mas o lançamento do

concreto e sua compactação por vibração podem ainda ser satisfatórios.

Portanto o ensaio VeBe é considerado o mais adequado para avaliar a

trabalhabilidade dos concretos reforçados com fibras.” (MEHTA e

MONTEIRO, 1994).

Embora se tenha discutido que a trabalhabilidade é uma propriedade do concreto

fresco que não pode ser quantificada através de ensaios normatizados pode-se

determinar uma relação entre a trabalhabilidade e grandeza de abatimento

observada nos ensaios de abatimento de tronco de cone, como se vê na tabela

abaixo (NEVILLE, 1997).

Tabela 2.1 - Relação entre trabalhabilidade e grandeza do abatimento.

Trabalhabilidade Abatimento, mm

Abatimento zero 0

Muito baixa 5 a 10

Baixa 15 a 30

Média 35 a 75

Alta 80 a 155

Muito alta 160 ao desmoronamento

2.2 PRINCIPAIS PROPRIEDADES MECÂNICAS DO CONCRETO NO ESTADO

ENDURECIDO

O concreto de cimento Portland no estado endurecido é aquele cuja sua massa se

encontra rija, sem plasticidade ou fluidez. A garantia de boa qualidade do concreto

nesta fase é fruto, principalmente, de bons procedimentos na produção deste

material, tomando alguns cuidados durante a seleção dos materiais, durante a

mistura, durante o adensamento e a cura do composto (ALVES, 1987).

Fonte: Neville (1997).

25

As principais propriedades mecânicas do concreto são: a resistência à compressão,

resistência à tração, módulo de elasticidade que podem ser obtidos através de

ensaios baseados em normas correspondentes (GIOVANNETTI E TARTUCE, 1990).

2.2.1 Resistência à compressão

Esta propriedade é comumente aplicada nas obras de engenharia onde se faz

necessário o controle tecnológico do concreto. É, também, a propriedade facilmente

ensaiada através de rompimento de corpos de prova à compressão (NBR 5739),

demonstrada na Figura 2.1.

Figura 2.1 – Rompimento de corpo de prova à compressão axial. Fonte: Curti (2007).

Contudo, para que o concreto tenha boa resistência à compressão, uma série de

fatores contribui decisivamente nesta propriedade, como por exemplo, a relação

água/cimento (a/c), as condições de cura, relação pasta/agregado e a porosidade

(ANDRIOLO e SGARBOZA, 1993).

A relação a/c é um fator inversamente proporcional à resistência. Ou seja, dado um

concreto simples, quanto maior a relação a/c dele, menor a resistência que este

concreto atingirá no estado endurecido. Em outras palavras, quanto mais água na

26

mistura menor será a resistência do concreto. Isto ocorre porque, a pasta e interface

pasta/agregado, que são as partes do concreto mais influenciadas pela presença de

água ficam enfraquecidas devido ao seu excesso (NEVILLE, 1997).

A relação a/c, segundo Neville (1997), determina, ainda a porosidade da pasta de

cimento endurecida em qualquer estágio de hidratação. Desta forma, nota-se que a

relação a/c influencia, juntamente com o grau de adensamento, o volume de vazios

do concreto.

Cura é a denominação dada aos procedimentos que se recorre para promover a

hidratação do cimento e consiste em controlar a temperatura e a saída e entrada de

umidade do concreto (NEVILLE, 1997). A cura do concreto segundo a ABESC é uma

etapa importante da concretagem, pois evita a evaporação prematura da água e

fissuras no concreto. Depois de lançado e adensado, o concreto desenvolve sua

resistência ao longo do tempo e a água do interior da mistura tende a evaporar

deixando os vazios que formam poros que prejudicam a resistência do concreto.

Porém, a saída desta água da mistura pode ser evitada. A partir do momento em

que o concreto apresentar resistência à ação de água externa, pode-se iniciar a cura

tomando as seguintes precauções, de acordo com a ABESC:

• Inicie a cura tão logo a superfície concretada tenha resistência à ação da

água (algumas horas) e estenda por, no mínimo, 7 dias;

• Mantenha o concreto saturado até que os espaços ocupados pela água sejam

então ocupados pelos produtos da hidratação do cimento;

• Deixe o concreto nas fôrmas, mantendo-as molhadas;

• Mantenha um procedimento contínuo de cura.

A cura pode ser executada através de aspersão de água sobre a superfície do

concreto, através da molhagem das fôrmas, pelo recobrimento com areia, serragem

e outros, através de membranas de cura, submersão ou cura a vapor, recomenda a

ABESC. Controlando rigorosamente a cura do concreto o aparecimento de poros e

fissuras tende a cair e a resistência é aumentada (GIAMMUSSO, 1992).

27

A aderência do agregado à pasta de cimento também é fator influenciador da

resistência. Para perceber isto, basta retornar ao estudo da estrutura do concreto.

Como já foi visto, o concreto é dividido três fases: a matriz, a fase agregado e a zona

de transição. Quando a fase agregado não tem baixa adesão com a fase da matriz a

resistência do concreto tende a ser menor. Outro problema ocasionado pela má

aderência se deve à formação de um filme de água na superfície do agregado

devido ao excesso de água que enfraquece a coesão (MEHTA e MONTEIRO, 1994).

2.2.2 Resistência à tração

A resistência à tração, apesar de não ser evidenciada em projetos estruturais,

também tem sua importância enquanto propriedade do concreto devido à sua

influência sobre a fissuração e a resistência ao cisalhamento, ancoragem de

armaduras (ANDRIOLO E SGARBOZA, 1993).

Apesar desta não inclusão em projetos estruturais, e de não se dar a devida

importância a esta propriedade, existem três tipos de ensaios normalizados, que

são: o ensaio de resistência à tração direta, resistência a tração indireta (ou

compressão diametral), e o último, e mais importante para a nossa aplicação, o

ensaio de resistência à tração na flexão (PINHEIRO, MUZARDO e SANTOS, 2004).

a) Ensaio de tração direta

Através deste ensaio, a resistência à tração direta é determinada após submeter o

corpo-de-prova de concreto à tração axial, até o momento em que ele se rompe. As

dimensões do corpo de prova são: na seção central, de comprimento 30,00 cm, é

retangular de dimensões 9,00x15,00 cm, e as extremidades, têm seção quadrada de

15,00 cm de lado (PINHEIRO, MUZARDO e SANTOS, 2004).

28

b) Ensaio de tração na compressão diametral

Conhecido como ensaio de tração indireta, ou ainda, spliting test e

internacionalmente como “Método Brasileiro” por ter sido desenvolvido pelo

professor Lobo Carneiro em 1943 (ANDRIOLO, 1984).

Neste ensaio são moldados corpos-de-prova com seção transversal com 15cm de

diâmetro e 30cm de comprimento colocados com o eixo horizontal entre os pratos de

prensa, em seguida aplicam-se esforços externos de modo contínuo e cada vez

mais intenso até que estes corpos-de-prova se rompam por fendilhamento. Utilizam-

se corpos de prova cuja altura é o dobro do seu diâmetro, e estes são submetidos a

carregamentos de compressão ao longo de suas linhas axiais diretamente opostas

de modo contínuo e com velocidade constante, conforme a Figura 2.2.

Figura 2.2 – Ensaio de tração do concreto por compressão diametral. Fonte: Curti (2007).

29

c) Ensaio de tração na flexão

Este terceiro ensaio, que segue as determinações da NBR 12142/91, um corpo-de-

prova de seção prismática é submetido à flexão, com carregamentos concentrados

em cada terço do vão de acordo com a Figura 2.3 (PINHEIRO, MUZARDO e

SANTOS, 2004).

Figura 2.3 – Ensaio de tração na flexão de uma viga prismática. Fonte: Curti (2007).

2.2.3 Retração e Fluência

A retração por secagem do concreto é uma deformação volumétrica, que independe

da carga atuante. Dá-se devido à expulsão de água que não está quimicamente

associada ao concreto, durante o processo de “pega” do mesmo (secagem por calor

ou por contato com o ar). Os vazios capilares deixados pela água evaporada geram

tensões, que são capazes de provocar fissuras no concreto, no caso de não ser

colocada armadura apropriada para preveni-las. Mantendo-se encharcada durante

algum tempo a peça recém-concretada, estaremos neutralizando, pelo menos em

parte, os efeitos negativos da retração (PINHEIRO, MUZARDO e SANTOS, 2004).

30

A fluência é ocasionada devido à deformação inicial, onde ocorre uma redução de

volume na peça, e consequentemente deslocamento de água quimicamente inerte,

existente no concreto, para regiões em que já houve evaporação. Isto se torna um

processo contínuo ao longo do tempo, mantido o carregamento constante

(ANDRIOLO E SGARBOZA, 1993).

2.3 ADITIVOS

Segundo consta na NBR 11768/92 os aditivos são produtos que adicionados em

pequena quantidade a concretos de cimento Portland modificam algumas de suas

propriedades, no sentido de melhor adequá-las a determinadas condições, ou ainda,

material solúvel em água que é adicionado a composição do concreto com o objetivo

de modificar certas propriedades do mesmo, quer no estado fresco, quer no estado

endurecido.

2.3.1 Tipos de aditivos

Segundo Neville (1997), os aditivos podem ser orgânicos ou inorgânicos quanto à

composição, mas sua natureza química é sua principal característica, ao contrário

dos minerais. Eles são classificados pela função que desempenham no concreto e,

às vezes, apresentam mais de uma função.

Os aditivos podem ser usados tanto no estado sólido quanto no estado líquido e o

seu aplique se dá através de dosadores calibrados, podendo ser misturados a água

de amassamento ou diluídos separadamente, mas simultaneamente com a água de

amassamento (NEVILLE, 1997).

De acordo com NBR 11768/92 os aditivos podem ser classificados da seguinte

maneira:

31

a) Aditivo plastificante (tipo P);

Produto que aumenta o índice de consistência do concreto mantida a quantidade de

água de amassamento, ou que possibilita a redução de, no mínimo, 6% da

quantidade de água de amassamento para produzir um concreto com determinada

consistência.

Este tipo de aditivo tem ação física na mistura, melhorando sua estabilidade e a

homogeneidade, reduzindo a exsudação e aumentando a coesão (ALVES, 1987).

Ele é utilizado para melhorar a trabalhabilidade do concreto sem que seja necessária

a adição de mais água de amassamento, com isso, o manuseio e o lançamento do

mesmo é facilitado. Os plastificantes são usados em proporções de 0,2% a 0,5% da

massa de cimento.

b) Aditivo plastificante acelerador (tipo PA);

Produto que combina os efeitos dos aditivos plastificante e acelerador. Para quem

precisa de um concreto bem trabalhável, mas que o seu tempo de início e fim de

pega seja antecipado.

O aditivo acelerador mais conhecido é o cloreto de cálcio que age na hidratação do

silicato de cálcio. Porém, o uso deste tipo de aditivo deve ser rigorosamente

controlado, pois ele pode contribuir na corrosão de armaduras e em estruturas de

concreto protendido. Mesmo em concreto simples a durabilidade pode ser

comprometida por agentes externos. O uso de cloreto de cálcio diminui a resistência

ao ataque por sulfatos de misturas muito pobres além de aumentar o risco de uma

reação álcali-agregado quando o agregado é reativo (NEVILLE, 1997).

c) Aditivo superplastificante (tipo SP);

32

Produto que aumenta o índice de consistência do concreto mantida a quantidade de

água de amassamento, ou que possibilita a redução de, no mínimo, 12% da

quantidade de água de amassamento, para produzir um concreto com determinada

consistência (GUEDES, 2004).

Este é mais eficiente que o plastificante, seu efeito é rápido e curto, mais ou menos

30 minutos. É compatível com os retardadores e aceleradores de pega e

incorporadores de ar. Proporcionam:

• Alta resistência inicial e final;

• Grande aderência à armadura;

• Alta densidade e impermeabilidade;

• Aumento da coesão;

• Excelente acabamento, excelente para concreto aparente.

De acordo com Aïtcin (2000), existem quatro famílias principais de aditivos

superplastificantes comerciais – os sais sulfonados de policondensados de naftaleno

e formaldeído, ou simplesmente superplastificantes de naftaleno, os sais sulfonados

de policondensados de malamina e formaldeído, ou simplesmente

superplastificantes de melamina, os lignossulfonatos com baixo teor de açúcar e

surfactantes e os poliacrilatos. Os superplastificantes têm teor baixo de impurezas,

desta forma, mesmo em dosagens elevadas, não apresentam efeitos colaterais que

prejudicam o concreto.

As moléculas longas deste aditivo envolvem as partículas de cimento tornando suas

cargas altamente negativas o que propicia a repulsão entre elas. Isto resulta uma

defloculação e dispersão das partículas de cimento. O produto dessas reações é um

concreto altamente trabalhável, caso mantida a quantidade de água de

amassamento, ou um concreto com alta resistência, uma vez que haja a redução

desta água de amassamento (NEVILLE, 1997). Com o emprego de aditivos

superplastificantes no concreto é possível reduzir o teor de água de 25% a 35%, e,

devido a esta redução há um acréscimo significativo na resistência deste concreto

(MEHTA e MONTEIRO, 1994).

33

Com isso, obtêm-se valores de abatimentos muito maiores no concreto misturado

com plastificantes que o concreto sem o aditivo. O concreto dosado com aditivo

superplastificante permite máxima produção, por ser autonivelante e auto-adensável

(GUEDES, 2004).

No manual do concreto dosado em central da ABESC há recomendações de qual o

melhor momento para a adição do superplastificante no concreto: é o momento em

que se inicia o período de latência do concreto sem aditivo. Foi observado que,

neste período, atingiu-se a maior trabalhabilidade inicial possível e a menor

velocidade de perda da mesma.

O aditivo superplastificante é indicado para as dosagens de concretos de fundações,

de muros de arrimo, de pisos, de estruturas densamente armadas, de elementos

pré-moldados e de concreto auto-adensáveis, protendidos e pré-misturados

(GUEDES, 2004).

d) Aditivo superplastificante retardador (tipo SPR);

Produto que combina os efeitos dos aditivos superplastificante e retardador, porém

com mais eficiência do que os plastificantes retardadores.

e) Aditivo superplastificante acelerador (tipo SPA);

Produto que combina os efeitos dos aditivos superplastificante e acelerador, porém

com mais eficiência do que os plastificantes aceleradores.

Segundo Alves (1987), existem, ainda, outros tipos de aditivos para atenderem às

diversas necessidades de uso como, por exemplo:

34

• Hidrofugantes – Empregados para revestir concreto, argamassas, alvenarias

e etc. Ajudam a impedir a passagem de umidade e limitam o aparecimento de

eflorescência.

• Agentes de cura – Substâncias destinadas a recobrir o concreto recém

lançado para evitar evaporação rápida de água, e com isso melhorar as

condições de cura;

• Densificadores – São materiais finos que preenchem os vazios do concreto,

diminuem a exsudação, aumentam a plasticidade, aumentam a aderência do

concreto novo com o velho, melhoram a resistência a abrasão, entre outros

fatores;

• Endurecedores de superfície – Aplicados sobre o concreto ou argamassa

para dar alta resistência a abrasão e agentes agressivos. Evitam a

proliferação de fungos em concreto aparente, reservatório de vinhos, etc.

• Desmoldantes – Este tem a finalidade de facilitar a retirada dos moldes do

concreto;

• Impermeabilizantes – Usados para fechar os capilares do concreto, impedindo

a penetração de água sob pressão;

2.4 FIBRAS

As fibras são usadas como material aglomerado há muito tempo pela humanidade.

Dois exemplos clássicos são o povo egípcio que usava fibras de asbesto na

confecção de tijolos de argila com o propósito de reforçá-los e o pássaro joão-de-

barro que usa palhas em seu ninho de barro deixando-o mais reforçado e menos

quebradiço (MEHTA e MONTEIRO, 1994)

As fibras são materiais discretos ou contínuos, de origem orgânica ou inorgânica,

natural ou artificial, com dimensões adequadas às suas devidas finalidades, e que

têm, como atribuições, resistir a tensões de tração e de suportar grandes

deformações. Elas podem ser empregadas de diversas formas no mundo em que

vivemos, como por exemplo, na indústria têxtil e, como é de nosso interesse, em

35

obras de engenharia reforçando concretos e argamassas conforme mostra a Figura

2.4 (SARZALEJO ET AL., 2007)

Para Sarzalejo et al. (2007), existem, atualmente, diversos tipos de fibras destinadas

ao reforço do concreto, classificadas pelo tipo da matéria prima com a qual são

produzidas (ver tabela 2.3).

• Metálicas: aços carbono, suas ligas e alumínio;

• Naturais: amianto (asbesto), celulose e carbono;

• Sintéticas: nylon, polipropileno e outras.

Figura 2.4 – Classificação das fibras segundo a The International Bureau For The Standardisation Of Man-Made Fibres (BISFA).

Fonte: Sarzalejo et al. (2007)

36

Tabela 2.2 – Tipos de fibras e suas características físicas e mecânicas.

As fibras mais utilizadas atualmente são as de aço (KAEFER, 2000). Elas são

facilmente encontradas no mercado, tem baixo custo relativo e ainda não

apresentam hidrofobia ao ser incorporado concreto de Cimento Portland.

Segundo Sarzalejo et al. (2007), 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 em que

se elevam a quantidade e resistência das mesmas. Em tais circunstâncias,

proporciona-se grande tenacidade ao concreto. Entende-se por tenacidade a

capacidade de um material se opor à propagação de fissuras dissipando energia de

deformação.

A Figura 2.5 mostra os diversos tipos de fibras disponíveis comercialmente.

Fonte: Sarzalejo et al. (2007)

37

Figura 2.5 - Visualização dos diversos tipos de fibras. Fonte: Sarzalejo et al. (2007)

38

2.4.1 Fibras de aço

Segundo Guedes (2004), a fibra de aço é uma espécie de reforço para o concreto, e

é um produto constituído por varetas de aço comum, aço inoxidável ou galvanizado,

podendo apresentar os formatos expostos na Figura 2.6, fabricado para a finalidade

de uso.

De acordo com Sarzalejo et al. (2007), as fibras de aço apresentam uma elevada

relação entre comprimento e diâmetro (ver Figura 2.7), e têm a finalidade de evitar a

propagação de fissuras, e em caso de pavimentação, substituir as telas soldadas

que geralmente são utilizadas para este fim, garantindo uma execução mais rápida,

reduzir a espessura da camada de concreto, e consequentemente o custo final da

obra.

Figura 2.6 - Tipos de fibras de aço quanto a sua forma. Fonte: Sarzalejo et al. (2007).

Figura 2.7 - Fibra de aço com ancoragem. Fonte: Sarzalejo et al. (2007).

39

Sarzalejo et al. (2007) afirmam que a fibra de aço é um produto caracterizado

geometricamente por uma das dimensões (comprimento) que prevalece sobre as

outras (diâmetro, ancoragem), podendo apresentar superfície lisa ou corrugada,

formas retilíneas ou com ancoragem nas extremidades. Seu uso como reforço no

concreto leva em consideração a dispersão homogênea na massa, sem alterar as

características geométricas da mesma.

Basicamente, a fibra é caracterizada geometricamente pelo comprimento (L), pela

forma e pelo seu diâmetro ou diâmetro equivalente (De). Da relação entre o

comprimento (L) e o diâmetro ou diâmetro equivalente (De), é obtida a relação de

esbeltez, ou o fator de forma, (λ=L/De). A fibra de aço é bastante utilizada no reforço

do concreto porque ela contribui para que o concreto se torne mais dúctil. Dessa

forma ele resistirá melhor às deformações causadas pela flexão da peça estrutural

onde ela é empregada (SARZALEJO ET AL., 2007).

Pode-se perceber o acréscimo na ductibilidade do concreto através do gráfico

abaixo, onde estão representados o concreto simples e os concretos com diferentes

teores de fibras de aço.

Figura 2.8 - Gráfico carga versus deformação: concretos com diferentes teores de fibra. Fonte: Sarzalejo et al. (2007).

40

De acordo com o Manual Técnico das fibras DRAMIX® adição da fibra de aço no

concreto pode ser feita após a mistura do concreto simples. E podem ser pré-

misturadas ao agregado antes do processamento na betoneira. Para ambos os

casos, sugere-se a verificação das condições de abatimento do concreto a fim de

checar sua adequação. Antes do lançamento, deve-se verificar se o comprimento

das fibras é inferior a 70% do diâmetro do tubo para que a bomba não entupa.

Convém evitar o lançamento a grandes alturas para que não ocorra a segregação

das fibras – o concreto deve ser adensado mais uniformemente possível.

As Figuras 2.9 a 2.11 mostram o processo de adição das fibras de aço no concreto

de cimento portland, bem como a aparência e lançamento do compósito em seus

destinos finais.

Figura 2.9 - (a) Adição mecanizada das fibras em caminhão betoneira;(b) Adição manual das fibras na entrada do caminhão betoneira; (c) Aparência do concreto

reforçado com fibras; (d) Verificação do abatimento do CRFA (concreto reforçado com fibras de aço).

Fonte: Sarzalejo et al. (2007).

(a) (b)

(d) (c)

41

Figura 2.10 - (a) Adição manual juntamente com agregados na esteira transportadora;(b) Adição manual das fibras diretamente na betoneira

Fonte: Sarzalejo et al. (2007).

(a) (b)

(a) (b)

(d) (c)

Figura 2.11 - (a) e (b) Lançamento de CRFA através de caminhão betoneira; (c) Incorporação de fibras de aço na bomba para lançamento; (d) Lançamento com bomba.

Fonte: Sarzalejo et al. (2007).

42

2.5 CONCRETO REFORÇADO COM FIBRAS (CRF)

O Concreto Reforçado com Fibras (CRF) ou concreto fibroso é aquele que contém

cimento hidráulico, água, agregados miúdos e graúdos e fibras discretas e

descontínuas (MEHTA e MONTEIRO, 1994). Como visto, as fibras estão disponíveis

de diversas formas e tamanhos para que possam ser utilizadas em diversos tipos de

obra de engenharia.

As vantagens que o CRF apresenta em relação ao concreto simples é o aumento da

sua tenacidade e resistência ao impacto. O concreto convencional rompe

bruscamente, imediatamente após sua primeira fissura quando submetido a cargas

consideráveis, enquanto o CRF, além de resistir melhor às tensões ele não rompe

bruscamente como o anterior, devido ao acréscimo de tenacidade que as fibras

proporcionam (THOMAZ, 2006).

A resistência à compressão do concreto não apresenta acréscimo significativo em

seu valor. Em contrapartida, a resistência à tração por flexão é que tem acréscimos

significativos em sua magnitude. O grande problema é que, no caso da tração, não

há normas específicas que determinem procedimentos para ensaio de concreto com

fibras. O que se propõem é, mediante a norma de ensaio de tração por flexão, testar

um corpo de prova com determinado teor de fibras em sua composição a fim de

comprovar sua eficácia na mistura (THOMAZ, 2006).

No tocante à redução de permeabilidade, esta também não é significativa, pois não

é tão eficaz quanto parece. De fato há uma redução da permeabilidade uma vez que

as fissuras são menores e menos frequentes. A contribuição real de um concreto

fibroso é a ductibilidade que ele apresenta quando submetido à flexão e a função

primordial das fibras no concreto é controlar a fissuração da matriz do concreto

(MEHTA e MONTEIRO, 1994).

Um problema sério a ser resolvido, característico do concreto fibroso é o

empelotamento das fibras no momento na mistura dos componentes do concreto. Se

43

a mistura apresentar teores de água muito baixos e uma quantidade de fibras muito

alta o concreto tente a formar ninhos que dificultam o lançamento e adensamento do

composto, além de que o concreto não apresenta homogeneidade satisfatória para

desempenhar as funções que são atribuídas a ele (NUNES, 2005).

Por isto, é conveniente a utilização de aditivos químicos superplastificantes para que

seja possível minimizar estes efeitos e obter resultados satisfatórios no que tange a

tenacidade e a resistência à tração na flexão do CRF.

2.5.1 Concreto reforçado com fibras de aço (CRFA)

O concreto reforçado com fibras de aço é um material compósito onde a matriz é o

concreto de cimento portland e a segunda fase são fibras de aço distribuídas

descontinuamente e aleatoriamente de modo que a mistura seja homogênea

(THOMAZ, 2006).

Nunes (2005), relata que a comunidade científica e técnica na década de 60,

utilizando conceitos de mecânica das fraturas notaram que a resistência à tração por

Figura 2.12 - Empelotamento das fibras de aço devido à mistura inadequada. Fonte: Nunes (2005).

44

flexão do concreto poderia ser significativamente melhorada com a adição de

pedaços curtos de arame metálico. Notou-se, daí que o CRFA apresentava

comportamento pseudodúctil. Com isso, notou-se a capacidade de suporte pós-

fissuração, permitindo uma redistribuição de tensões.

O interesse neste material tornou-se evidente, devido aos casos de solicitações por

fadiga e impacto, quando se deseja maior durabilidade pela redução da fissuração e

redução da armadura secundária como consequência da redistribuição de esforços

(NUNES, 2005). Porém, como era previsto, no estado fresco, a adição de fibras

aumenta consideravelmente a coesão do concreto devido ao contato entre si e com

os outros componentes do concreto, aumentando em muito o atrito interno,

restringindo a fluidez e a mobilidade da mistura.

Mehta e Monteiro (1994), alertam: para que os problemas supracitados possam ser

minimizados propõe-se a utilização de aditivos químicos superplastificantes. Com

isso, o CRFA poderá ser aplicado em diversos tipos de obra de engenharia devido a

sua versatilidade. As Figuras 2.13 e 2.14 mostram o comportamento de uma peça de

concreto sem fibras e outra de concreto com fibras, respectivamente, quando

flexionadas.

Figura 2.13 - Comportamento da ruptura do concreto simples, sem reforço de fibras.

Fonte: FIGUEIREDO (2000)

45

Figura 2.14 - Comportamento da ruptura do concreto reforçado com fibras de aço.

Fonte: FIGUEIREDO (2000)

46

3 PROGRAMA EXPERIMENTAL E APRESENTAÇÃO DOS RESULTAD OS

O programa experimental, está dividido em etapas conforme a Figura 3.1.

Figura 3.1 - Etapas do programa experimental.

Na primeira etapa fez-se a coleta e caracterização dos materiais.

Na segunda etapa mostrou-se a obtenção do traço unitário do concreto simples

utilizado em todo o experimento.

O ensaio de resistência à compressão dos corpos-de-prova produzidos com

diferentes teores de fibra foi realizado na terceira etapa.

Na quarta etapa foi realizado o ensaio foco do presente estudo que é a resistência à

tração na flexão de corpos-de-prova prismáticos produzidos com diferentes teores

de fibra.

ETAPA 01 Coleta e caracterização de materiais

ETAPA 02 Determinação do traço de concreto e

teores de fibras

ETAPA 03 Ensaios de Resistência à Compressão

ETAPA 04 Ensaios de Resistência à Tração na Flexão

47

3.1 COLETA E CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS

A seleção do tipo de cimento foi em função da disponibilidade do produto no

mercado, uma vez que o estudo se baseou na produção de um CRFA com materiais

convencionais.

O aditivo foi selecionado conforme recomendações propostas por Mehta e

Monteiro(1994), que alertou que o uso de aditivo superplastificante é recomendável

para a produção de concretos fibrosos, com o intuito de combater o efeito de

empelotamento das fibras.

As fibras de aço discretas, que são de um único tipo, foram doadas, portanto não

houve critério técnico para a seleção das mesmas.

Os agregados graúdo e miúdo foram coletados, tratados e armazenados na

Universidade Estadual de Feira de Santana, sendo que a areia escolhida foi a

lavada, por ser a mais utilizada na produção de concreto em obras, e a brita

escolhida foi a com diâmetro máximo de 19,0 mm, que é a dimensão máxima

proposta por Mehta e Monteiro (1994), pois diminui a dificuldade no momento da

vibração do concreto no durante a moldagem dos corpos-de-prova (CP’s).

3.1.1 Cimento Portland

Baseado na alta disponibilidade no mercado, o cimento coletado foi o CP II Z 32 –

RS (Cimento Portland Composto com adição de Pozolana – Resistente a sulfatos.

Este produto tem as especificações técnicas descritas nas Tabelas 3.1 e 3.2.

48

Tabela 3.1 - Exigências Físicas e Mecânicas.

Finura Tempo de

pega

Expansibilidade Resistência à compressão

(MPa)

Resíduo

na peneira

75mm (%)

Área

específica

m²/kg

Início

(h)

Fim

(h)

A frio

(mm)

A quente

(mm)

1 dia 3 dias 7 dias 28 dias

≤12,0 ≥260 ≥1 ≤ 10(1) ≤5 ≤5 - ≥10 ≥20 ≥32

Tabela 3.2 – Exigências Químicas.

Resíduo Insolúvel(%) Perda ao fogo(%) Mgo(%) SO 3 (%) CO2 (%) S (%)

≤16,0 ≤6,5 ≤6,5 ≤4,0 ≤5 -

O ensaio de finura foi realizado conforme os procedimentos da NBR11579/91 -

Cimento Portland - Determinação da finura por meio da peneira 75µm (nº 200).

Adotou-se os procedimentos prescritos no item 3, execução do ensaio, realizando as

etapas indicadas nos itens 3.1.1, e seus subitens (de 3.1.1.1 a 3.1.2.4).

Posteriormente, os itens 3.2, procedimento mecânico, e seus subitens descritos na

norma. A avaliação dos resultados é de acordo com o item 4, resultados, e seus

subitens, calculando o módulo de finura através da fórmula:

F = (RxC/M)x100

Onde F é o índice de finura do cimento, em porcentagem, R é o resíduo de cimento

na peneira de 75µm (#200), em gramas, C é o fator de correção da peneira utilizada

no ensaio, devendo estar compreendido no intervalo 1,00±0,20 g, e M a massa de

cimento em gramas. A finura do cimento é determinada pelo índice de finura, que é o

material retido na peneira #200, e este ensaio não necessita de repetição.

A execução do ensaio foi através do procedimento manual, e foram utilizados os

seguintes aparelhos e equipamentos:

49

-Balança GEHAKA nº 4881, com resolução de 0,01g.

-Peneira com fundo e tampa LM nº 74, com malha metálica de 75µm.

-Pincel com cerdas de náilon.

-Bastão de tubo de PVC.

-Flanela limpa e seca.

-Cronômetro.

-Vidro relógio.

Figura 3.2 - Balança GEHAKA nº 4881, com resolução de 0,01g

Figura 3.3 – Peneira LM 74 com fundo e tampa

50

Analisando os resultados da Tabela 3.3 observou-se que a porcentagem retida

obtida no ensaio de finura atende às exigências mínimas propostas pelo fabricante.

Tabela 3.3 – Porcentagem retida na peneira de 75µm

3.1.2 Aditivo Superplastificante

O ADIMENT, aditivo superplastificante, foi doado pela VEDACIT, e o critério de sua

é por ter efeito superplastificante, indicado por Mehta e Monteiro (1994), para a

melhoria da trabalhabilidade do concreto com fibras de aço. As especificações

técnicas deste material estão descritas na Tabela 3.4.

Tabela 3.4 – Especificações Técnicas e recomendações do ADIMENT

Quantidade Recomendada para uso 0,5 a 1,5% sobre a massa de cimento

Densidade 1,12g/cm³

Cor Líquido incolor, isento de cloretos

Composição Resina melamina-formaldeído

3.1.3 Fibras de aço

As fibras de aço DRAMIX, foram doadas. Elas apresentam os requisitos e

características conforme a Tabela 3.5.

Massa inicial (g) 50,00 Massa Final (g) 0,37

Porcentagem retida (%) 0,73

Finura (%) 1,75

51

Tabela 3.5 – Fibras de aço DRAMIX, requisitos e características.

Referência RC 80/60 BN (baixo teor de carbono)

Fator de forma (l/d) 80

Classe 80

Quantidade por quilo 4600 fibras/kg

Dosagem mínima 10kg/m³

Resistência à tração do arame 1100N/mm²

Teor de argamassa >50%

Relação a/c <0,55

Abatimento “slump” 100±20

Tempo de mistura 5 min

3.1.4 Agregado Graúdo

O agregado graúdo foi lavado e seco e depois submetido ao ensaio de

peneiramento conforme a NBR NM248:2003 em seguida classificado de acordo os

limites da composição granulométrica conforme a NBR 7211:2005 mostrada na

Tabela 3.6.

52

Tabela – 3.6 Limites da composição granulométrica do agregado graúdo.

FONTE: NBR NM7211:2005

Tabela 3.7 – Tamanho das amostras e Diâmetro máximo do agregado. Amostras

m1 5220,38g

m2 5350,08g

Dmáx 19mm

As amostras da tabela 3.7 foram colhidas de acordo com a NBR NM26:2001, e o

agregado graúdo se comportou como mostram as figuras 3.4 e 3.5, não se

encaixando nas zonas granulométricas.

53

Figura 3.5 – Limites de composição granulométrica 2 do agregado Graúdo.

Figura 3.4 – Limites de composição granulométrica 1 do agregado Graúdo.

54

O agregado coletado para ensaio não se encaixa em nenhum dos dois limites de

composição granulométrica das Figuras 3.4 e 3.5. Sendo que se aproxima dos

limites de composição granulométrica 1, explicitado na figura 3.4.

3.1.5 Agregado Miúdo

A areia lavada armazenada nas baias do Laboratório de Materiais de Construção da

UEFS foi cessada, seca e utilizada na composição do concreto. O agregado miúdo

pode se situar na zona ótima ou na zona utilizável conforme consta na Tabela 3.8.

Tabela 3.8 – Limites da distribuição granulométrica do agregado miúdo .

FONTE: NBR 7211:2005

As amostras do agregado míudo foram coletadas de acordo com a NBR NM26:2001,

e o agregado se encaixou na zona utilizável, exceto por um ponto como demonstra a

Figura 3.8.

55

Analisando os dados mostrados na Tabela 3.9, onde foi apresentado o Módulo de

Finura do agregado miúdo se confirmou que a curva do agregado miúdo usado no

experimento tende a se aproximar do limite da Zona Utilizável superior.

Tabela 3.9 – Tamanho das amostras e Módulo de Finura (MF) do agregado. Amostras

m1 359,80g

m2 363,80g

MF 2,96

Figura 3.6 – Curva granulométrica do Agregado Miúdo em relação aos limites inferior e superior da zona utilizável.

56

3.2 ESCOLHA DO TRAÇO UNITÁRIO

Para obter um traço único, que foi utilizado durante todo o experimento escolheu-se

o Método do IPT juntamente com as recomendações dos fabricantes do aditivo

superplastificante ADIMENT e das fibras de aço DRAMIX, além do embasamento

teórico apresentado por Mehta (1994).

As recomendações do fabricante das fibras de aço DRAMIX são:

� Utilizar um teor de argamassa de, no mínimo, 50%;

� Aplicar relação a/c menor que 0,55;

� Obter abatimento de, no mínimo 100±20mm.

A Vedacit recomenda que a quantidade de ADIMENT utilizada seja de 0,5 a 1,5%

sobre a massa de cimento e que a mistura tenha um tempo mínimo de 5 minutos.

De posse destas informações e do embasamento teórico mencionado acima, foi

escolhido o traço de 1:4,5, que está entre a faixa de 1:3,5 (traço rico) e 1:5 (traço

normal), pois tentou-se beneficiar os requisitos de economia e trabalhabilidade. Em

seguida utilizou-se a fórmula de teor de argamassa proposta pelo IPT para definir o

traço unitário do concreto simples.

α=1+a x 100 1+m

Sendo:

α = teor de argamassa = 0,56 = 56;

m = 4,5.

Logo, 56 = 1 + a x 100 a=2,08. 1+4,5

Sabemos, também, que:

57

m = a + b b = m – a b = 4,5 – 2,08 b = 2,42;

Portanto o traço unitário, que será utilizado nas quatro misturas é:

1 : 2,08 : 2,42: 0,49

O abatimento obtido após à produção do referido traço foi de 100,00 mm

Desta forma estamos contemplando as exigências solicitadas pelos fabricantes das

fibras de aço e do aditivo superplastificante.

Para obtermos a quantidade de cada material em massa basta multiplicarmos os

valores do traço unitário pela quantidade desejada, tendo como base a massa de

cimento. Foi escolhido m = 20 kg, pois é o valor adequado para preencher todos os

corpos de prova, conforme mostra a Tabela 3.10.

Tabela 3.10 – Quantidades de materiais em massa. Material Traço Unitário X 20kg Massa total (kg)

Cimento 1 20,00 20

Areia 2,08 41,60 41,60

Brita 0 2,42 48,40 48,40

Água 0,49 9,80 9,80

Massa Total 119,80kg

Sabe-se que pode ser aplicado aditivo superplastificante entre 0,50 a 1,50% sobre a

massa de cimento. Escolheu-se aplicar 1,5% que corresponde a 300,00g do

produto, pois foi a proporção que deu melhor trabalhabilidade à mistura.

Para determinar a quantidade, em massa, dos teores de fibras pré-definidos,

primeiramente determinou-se o volume de concreto baseado na massa de concreto

58

em destaque na Tabela 3.10 utilizando a massa específica do concreto fresco

exposta por Mehta (1994), que é de 2349,00 kg/m³ e a massa do concreto através

da fórmula:

γ=m/v 2349 = 119,8/v v = 0,051m³.

Utilizando a Regra de Três obtemos as quantidades de fibras, em massa, que serão

introduzidas para os concretos com 30kg/m³, 60kg/m³ e 90kg/m³ de fibras de aço:

� Para um teor de 30kg/m³

30kg------------1m³

xkg-------------0,051m³

x = 1,53kg

� Para um teor de 60kg/m³

60kg------------1m³

xkg-------------0,051m³

x=3,06kg

� Para um teor de 90kg/m³

90kg------------1m³

xkg-------------0,051m³

x=4,59kg

Sendo assim, a proporção, em massa, de materiais aplicados em cada um dos

quatro traços produzidos é mostrada na Tabela 3.11.

59

Tabela 3.11 – Proporção de materiais em massa por traço. Material Traço CS (kg) Traço

CRFA 30kg/m³

(kg)

Traço

CRFA 60kg/m³

(kg)

Traço

CRFA 90kg/m³

(kg)

Cimento 20,00 20,00 20,00 20,00

Areia 41,60 41,60 41,60 41,60

Brita 0 48,40 48,40 48,40 48,40

Água 9,80 9,80 9,80 9,80

Aditivo 0,30 0,30 0,30 0,30

Fibras - 1,53 3,06 4,59

Onde,

CS – Concreto Simples;

CRFA – Concreto reforçado com fibras de aço.

Ao passo que o teor de fibra foi aumentado a trabalhabilidade da mistura diminuía

tornando o manuseio e a moldagem dos CP’s mais trabalhosa.

3.3 ENSAIO DE RESISTÊNCIA A COMPRESSÃO DOS CORPOS-DE-PROVA

(CP’s) CILÍNDRICOS

Os CP’s foram moldados de acordo com a NBR 5738/2003, cujas dimensões

características são 100 mm de diâmetro por 200 mm de altura. Foram formados 4

lotes e cada lote foi formado por 6 exemplares devidamente preenchidos, vibrados,

desmoldados, submetidos à umidade, e, após 28 dias, capeados e rompidos.

Norteado pela norma NBR 12655/06 os lotes foram rompidos separadamente

conforme o teor de fibra empregado em cada um deles, além do rompimento de um

lote isento de teor de fibras utilizado como parâmetro para os demais. Os CP’s foram

60

submetidos ao esforço de compressão no equipamento HD-200T no Laboratório de

Materiais de Construção da UEFS, conforme se vê nas Figuras 3.7 a 3.12.

Figura 3.7 – Aspecto visual do CRFA produzido no Laboratório de dosagem.

Figura 3.8 – Moldagem dos corpos-de-prova cilíndricos.

61

Figura 3.9 – CP cilíndrico após desmolde.

Figura 3.10 – Capeamento dos corpos-de-prova cilíndricos.

Figura 3.11 – CP submetido ao carregamento de compressão na HD – 200T.

62

O resultado obtido no rompimento de cada lote pode ser visto nas tabelas a seguir.

Tabela 3.12 - Resultados do ensaio de compressão do Concreto simples. CP Carga (N) Tensão (MPa)

CP 01 293000 36,72 CP 02 255000 32,37 CP 03 247500 31,14 CP 04 288900 36,45 CP 05 283000 35,75 CP 06 280200 35,36

fcj,m 34,63 Desv Pad 2,11 Coef. Variação 6,10

Tabela 3.13 - Resultados do ensaio de compressão do CRFA com 30kg/m³. CP Carga (N) Tensão (MPa)

CP 01 260400 32,79 CP 02 215200 26,97 CP 03 274500 34,30 CP 04 264400 33,30 CP 05 265900 33,75 CP 06 265900 33,22

fcj,m 32,39 Desv Pad 2,47 Coef. Variação 7,62

Figura 3.12 – Lote após rompimento.

63

Tabela 3.14 - Resultados do ensaio de compressão do CRFA com 60kg/m³. CP Carga (N) Tensão (MPa)

CP 01 220900 28,07 CP 02 206500 26,29 CP 03 263800 33,52 CP 04 215300 27,39 CP 05 230500 28,88 CP 06 237300 30,18 fcj,m 29,06 Desv Pad 2,33 Coef. Variação 8,03

Tabela 3.15 - Resultados do ensaio de compressão do CRFA com 90kg/m³. CP Carga (N) Tensão (Mpa)

CP 01 236300 29,76 CP 02 246300 31,08 CP 03 263600 33,36 CP 04 261400 32,95 CP 05 255800 32,15 CP 06 251400 31,69

fcj,m 31,83 Desv Pad 1,20 Coef. Variação 3,76

3.4 ENSAIO DE RESISTÊNCIA À TRAÇÃO NA FLEXÃO

Os corpos-de-prova (CP’s) foram moldados de acordo com a NBR 5738/2003, com

dimensões características de 150mm de largura, 150mm de altura e 500mm de

comprimento. Foram formados 4 lotes e cada lote foi formado por 3 exemplares

devidamente preenchidos, vibrados, desmoldados, submetidos à umidade, e, após

28 dias, capeados e rompidos. A figura 3.13 demonstra o esquema do ensaio de

tração na flexão de corpos-de-prova prismáticos.

64

Figura 3.13 – Esquema de ensaio de tração na Flexão com quatro pontos. Fonte: NBR12142/91.

O ensaio de resistência à tração na flexão foi executado no Laboratório de

Tecnologia da Escola Politécnica da UFBA, seguindo às orientações da NBR

12142/91. Os CP’s foram divididos em 4 lotes de 3 exemplares cada, três traços

divididos de acordo com o teor de fibra de cada um, e uma mistura isenta de fibra de

aço que serve como parâmetro para os demais lotes. Estes corpos-de-prova foram

submetidos à flexão em equipamento analógico com 3 escalas, como se vê na figura

abaixo:

Figura 3.14 - Equipamento para a realização do ensaio de tração na flexão.

65

Antes da realização do ensaio, todos os CP’s foram devidamente marcados,

conforme a NBR 12142/91, para que o posicionamento dos apoios e dos

carregamentos estivesse correto. Todo o tratamento dos dados seguiu a referida

norma, especialmente os itens 5.1 a 5.3 da mesma. Tomados esses cuidados, os

resultados obtidos através deste ensaio são apresentados nas Tabelas 3.16 a 3.19.

Tabela 3.16 - Resultados do ensaio de tração na flexão do Concreto Simples.

Largura

(mm) Altura (mm)

Comp. Efetivo (mm) Carga (N)

Tensão (MPa)

Tipo de ruptura

cp 01 150,00 149,99 450,00 34000 4,53 terço central cp 02 150,10 149,90 450,00 38000 5,07 terço central cp 03 150,00 150,10 450,00 31000 4,13 terço central

fctM,m 4,58 Desv Pad 0,39 Coef Var 8,5%

Tabela 3.17 - Resultados do ensaio de tração na flexão do CRFA com 30kg/m³.

Largura

(mm) Altura (mm)

Compr im. Efetivo (mm) Carga (N)

Tensão (Mpa)

Tipo de ruptura

cp 01 150,00 149,99 450,00 50000 6,67 terço central cp 02 150,10 149,90 450,00 45000 6,00 terço central cp 03 150,00 150,10 450,00 40000 5,33 terço central

fctM,m 6,00

Desv Pad 0,55

Coef Var 9,17%

Tabela 3.18 - Resultados do ensaio de tração na flexão do CRFA com 60kg/m³.

Largura

(mm) Altura (mm)

Comprim. Efetivo (mm) Carga (N)

Tensão (MPa)

Tipo de ruptura

cp 01 150,00 149,99 450,00 65000 8,67 terço central cp 02 150,10 149,90 450,00 69000 9,21 terço central cp 03 150,00 150,10 450,00 83000 11,05 terço central

fctM,m 9,64

Desv Pad 1,02

Coef Var 10,6%

Tabela 3.19 - Resultados do ensaio de tração na flexão do CRFA com 90kg/m³.

66

Largura

(mm) Altura (mm)

Comp. Efetivo (mm) Carga (N)

Tensão (MPa)

Tipo de ruptura

cp 01 150,00 149,99 450,00 82000 10,93 terço central cp 02 150,10 149,90 450,00 82000 10,94 terço central cp 03 150,00 150,10 450,00 95000 12,65 terço central

fctM,m = 11,51

Desv Pad 0,81

Coef Var 7,00%

67

4 ANÁLISE DOS RESULTADOS

4.1 ANÁLISE DOS RESULTADOS DO ENSAIO DE RESISTÊNCIA À

COMPRESSÃO

A contribuição das fibras de aço na Resistência à Compressão tomando como base

de comparação o Concreto Simples é demonstrada na Figura 4.1.

100%

93,24%

83,92%

91,91%

75%

80%

85%

90%

95%

100%

Var

iaçã

o da

Res

istê

ncia

à c

ompr

essã

o em

re

laçã

o ao

Con

cret

o S

impl

es

1

Contribuição das fibras de aço na Resistência à com pressão.

CS CRFA 30kg/m³ CRFA 60kg/m³ CRFA 90kg/m³

Figura 4.1 – Contribuição das fibras de aço na resistência a compressão do concreto.

Como se vê não há uma tendência entre os resultados que proporcione uma relação

do teor de fibras com o acréscimo ou decréscimo na resistência à compressão do

concreto. Armelin (1992) apud Figueredo (2001) constata que é possível que

aconteçam casos em que haja diminuição da resistência à compressão do concreto

após à introdução de fibras, principalmente devido à incorporação de ar ocasionada

pelas fibras e à má compactação obtida com o material.

68

Ao longo do tempo e de diversas experiências do gênero, não há um consenso entre

os resultados.

4.2 ANÁLISE DOS RESULTADOS DO ENSAIO DE RESISTÊNCIA À TRAÇÃO NA

FLEXÃO

No tocante à contribuição das fibras de aço na resistência à tração na flexão, o

benefício proporcionado por elas pode ser evidenciado pelas Figuras 4.2, 4.3 e 4.4 a

seguir.

100%

131,00%

210,48%

251,31%

0%

50%

100%

150%

200%

250%

300%

Var

iaçã

o da

Res

istê

ncia

à tr

ação

na

Fle

xão

dos

CR

FA

's d

e di

fere

ntes

teor

es e

m r

elaç

ão a

o C

oncr

eto

Sim

ples

.

1

Contribuição das fibras de aço na resistência a tra ção na flexão do concreto.

CS CRFA 30kg/m³ CRFA 60kg/m³ CRFA 90kg/m³

Figura 4.2 – Comparativo da influência dos teores de fibras de aço em relação ao Concreto Simples.

69

No gráfico da Figura 4.2 percebeu-se uma tendência. Quanto maior o teor de fibras

de aço no concreto maior sua capacidade de resistir à esforços de flexão. Alguns

resultados alcançaram os 150% de acréscimo da resistência à tração na flexão

quando comparados com o Concreto Simples, como foi o caso do CFRA 90kg/m³.

Na comparação entre os CP’s de distintos teores os resultados também foram

bastante expressivos.

100%

160,67%

191,83%

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

140%

160%

180%

200%

Var

iaçã

o da

Res

istê

ncia

à T

raçã

o na

Fle

xão

em r

elaç

ão

ao C

RF

A 3

0kg/

1

Contribuição das fibras de aço na resistência a tra ção na flexão do concreto.

CFRA 30kg/m³ CRFA 60kg/m³ CRFA 90kg/m³

Figura 4.3 – Comparativo da influência dos demais teores de fibras de aço em relação ao CRFA 30kg/m³. A figura 4.3 mostrou a comparação do CRFA 30kg/m³ com o CRFA 90kg/m³,

percebe-se que o segundo teor promove um acréscimo de, aproximadamente 92%

na resistência à tração na flexão. Semelhante ocorre quando a comparação é entre

os teores: CRFA 30kg/m³ e CFRA 60kg/m³ onde o aumento é de quase 61%.

70

100%

119,40%

90%

95%

100%

105%

110%

115%

120%

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FR

A 6

0kg/

m³.

1

Contribuição das fibras de aço na resistência a tra ção na flexão do concreto.

CRFA 60kg/m³ CRFA 90kg/m³

Figura 4.4 – Comparativo da influência do CRFA 90kg/m³ em relação ao CRFA 60kg/m³.

Analisando o gráfico da Figura 4.4 os teores CFRA 60kg/m³ e CRFA 90kg/m³ o

benefício é de 19,40%. Se comparado com os outros acréscimos este é um valor

moderado.

71

5 CONSIDERAÇÕES FINAIS E SUGESTÕES PARA TRABALHOS F UTUROS

5.1 CONSIDERAÇÕES FINAIS

Após a realização dos ensaios de Resistência à Compressão e de Resistência à

Tração na Flexão pôde se perceber que os resultados obtidos neles estão dentro do

esperado.

O fato de os corpos-de-prova submetidos à compressão apresentarem decréscimos,

não é possível afirmar que, em todos os casos, este fenômeno ocorrerá desta forma.

Existem casos em que o acréscimo de fibras de aço proporciona o aumento da

resistência à compressão embora não seja muito significativo. Os decréscimos

apresentados também não foram significativos. Portanto, a análise da contribuição

das fibras de aço na resistência à compressão apresenta ambiguidade. O cuidado

que se deve ter neste caso é a magnitude do acréscimo ou decréscimo da

resistência que pode estar numa faixa de 25% para mais ou para menos (THOMAZ,

2006). Ou seja, A resistência à compressão do CRFA pode aumentar ou diminuir até

25% a sua resistência.

Quanto menor o teor de ar incorporado e quanto melhor for a compactação do

material maior será a probabilidade de se aumentar a resistência à compressão,

embora este aumento não seja significativo.

Como se pode houve uma grande contribuição das fibras quando adicionadas ao

concreto no aumento da resistência à tração na flexão. Por estas características as

fibras são largamente utilizadas na execução de pisos e pavimentos de aeroportos.

As fibras agregam a ductibilidade ao concreto que passa a suportar melhor,

justamente a esforços de flexão.

Notou-se que, para cada teor de fibra de aço acrescentado ao concreto, houve um

aumento significativo da resistência à tração na flexão conforme demonstra o gráfico

72

da figura 4.2. O benefício ficou evidente quando os teores foram comparados entre

si e foram encontrados acréscimos acima dos 100%.

O teor que melhor agregou acréscimos à resistência de tração na flexão depois de

comparado com o concreto simples foi o de 90kg/m³, embora a intensidade do

acréscimo estivesse diminuindo. Houve um aumento de, quase, 152% nesta

característica, o que pode ser considerado como um valor altamente significativo.

Percebe-se, também, que, de acordo com os resultados obtidos e com as

recomendações sugeridas por Mehta (1994), o teor máximo que deve ser

empregado é o de 120 kg/m³, que não foi produzido, porém, pode-se concluir que o

processo de produção do traço na betoneira e a moldagem dos CP’s não garantiriam

uma boa compactação e um índice baixo de ar incorporado, possibilitando o

empelotamento das fibras, apesar do uso do aditivo.

É possível fazer estas afirmações porque tivemos como parâmetro o CRFA 90kg/m³

que já apresentou certa dificuldade na sua execução. Foi necessário muita atenção

e muito cuidado na produção do mesmo para que não houvesse a concentração das

fibras em um determinado trecho dos CP’s. Portanto, conclui-se que um teor acima

deste agrava as dificuldades supracitadas.

Daí, pode-se dizer que um teor de fibras de aço de 90kg/m³ é um valor que pode ser

adotado como ideal, além de ser ainda trabalhável, pois agrega boa ductibilidade e

resistência à tração na flexão do concreto da magnitude de, aproximadamente 150%

quando comparado com o concreto normal.

Porém, para atender aos critérios mecânicos e também econômicos o teor de fibra

de aço mais apropriado com base nestes parâmetros seria o de 60kg/m³. Além de

proporcionar um acréscimo maior do que 110% esta quantidade de fibras é mais

trabalhável e mais adensável o que permite uma produção de qualidade superior ao

teor citado anteriormente. E por usar uma quantidade menor que a utilizada no teor

de 90kg/m³ torna a produção do concreto fibroso menos onerosa.

73

Quando se aplica o teor de 30kg/m³, o acréscimo de resistência de tração na flexão

é razoável, porém atende melhor ao requisito economia do que a propriedade

mecânica acima mencionada. Em execuções de pisos em obras correntes este é o

teor mais utilizado.

5.2 SUGESTÕES

Estudar a tenacidade dos concretos reforçados com fibras de aço em função da

resistência à tração na flexão.

Estudar a possibilidade da utilização de resíduos de pneus reciclados como fibras

para concreto.

74

REFERÊNCIAS

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