Concreto com Fibras

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UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA
UNESP - Campus de Bauru/SP
FACULDADE DE ENGENHARIA
Departamento de Engenharia Civil
2151 – CONCRETOS ESPECIAIS
CONCRETO COM FIBRAS
Prof. Dr. PAULO SÉRGIO DOS SANTOS BASTOS
(wwwp.feb.unesp.br/pbastos)
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Fonte:
Antonio Domingues de Figueiredo, Concreto com fibras. Concreto, Ensino, Pesquisa e Realizações, São Paulo, Ed. Geraldo Cechella Isaia, IBRACON, 2005, pp.1194-1225.
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CONCRETO COM FIBRAS
39.1 INTRODUÇÃO
O concreto convencional tem comportamen-to frágil e baixa capacidade de deformação antes da ruptura.
A resistência à tração é baixa.
As fibras são adicionadas para diminuir essas limitações.
As fibras podem aumentar a resistência à tração e a ductilidade.
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Concreto com fibras é um compósito (material com pelo menos duas fases distintas): matriz (concreto) e as fibras.
Fibras são elementos descontínuos, com comprimento bem maior que a seção transversal.
Existem vários tipos: aço, vidro, carbono, nylon, sisal, madeira, etc.
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Suas principais características são o módulo de elasticidade e a resistência mecânica.
Existem fibras de baixo módulo (polipropi-leno, náilon), e alto módulo (aço).
A base do desempenho dos concretos reforçados com fibras está no papel exercido pelas fibras de ponte de transferência de tensão pelas fissuras.
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As fibras de baixo módulo de elasticidade e baixa resistência são eficientes em concretos com também baixas resistência e módulo, sendo indicadas para melhoria no estado fresco e no processo de endurecimento, para o controle de fissuração plástica em pavimentos.
As fibras de alto módulo e alta resistência (aço) atuam como reforço do concreto endurecido, podendo substituir a armadura convencional.
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39.2 Interação Fibra-Matriz
No concreto simples uma fissura representa uma barreira à propagação de tensões, o que causa uma concentração de tensões na extremidade da fissura.
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Num determinado instante a concentração de tensões causa a ruptura da matriz, o que leva a uma extensão da fissura, sendo este um processo contínuo até a ruptura completa do concreto, caracterizando um comportamento frágil. De modo que não se pode contar com nenhuma capacidade resistente do concreto fissurado.
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Interação Fibra-Matriz
O trabalho de ponte de transferência de tensão de tração que a fibra realiza através das fissuras no concreto é um mecanismo muito interessante de aumento de energia associada à ruptura do material e à restrição à propagação das fissuras.
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Quando se adicionam fibras de resistência e módulo adequados ao concreto, numa quantidade apropriada (teor), o concreto deixa de ter comportamento frágil.
Isso ocorre pelo trabalho de ponte de transferência de tensões, exercido pelas fibras, que minimiza a concentração de tensões na extremidade das fissuras.
Interação Fibra-Matriz
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Com isso, as fissuras propagam-se com menor velocidade, e o concreto passa a ter um comportamento dúctil, isto é, apresenta uma capacidade resistente após a fissuração.
As fibras provocam o aparecimento de um número maior de fissuras, que se apresentam com aberturas menores.
Interação Fibra-Matriz
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Apresentação da fissura-ção em dormentes de concreto protendido sem e com fibras de aço, após ensaio estático até a ruptura.
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Apresentação da fis-suração em dormen-tes de concreto pro-tendido sem e com fibras de aço, após ensaio estático até a ruptura.
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39.2.2 Aspectos Tecnológicos Fundamentais
A capacidade de reforço proporcionado pelas fibras depende diretamente do teor de fibras.
Quanto maior o teor, maior a quantidade de fibras atuando como ponte de transferência de tensão nas fissuras, o que aumenta a resistência pós-fissuração do concreto.
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Fig. 5 – Concreto C20 com diferentes consumos de fibra.
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Aspectos Tecnológicos Fundamentais
Além do teor de fibras, o desempenho após a fissuração depende muito da geometria da fibra.
Fator de forma: definido como o comprimento da fibra dividido pelo seu diâmetro equivalente (diâmetro do círculo com área igual à área da seção transversal da fibra). Valores típicos do fator de forma variam de 30 a 150 para fibras com comprimentos de 6,4 a 76 mm. 
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Em geral, quanto maior o fator de forma, maior a capacidade resistente após a fissuração do concreto. 
Porém, se a fibra for muito longa, ela poderá se romper e não apresentar ganho de resistência após a fissuração.
Aspectos Tecnológicos Fundamentais
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Fig. 6 – Concreto C30 com fibras de diferentes fatores de forma em função do comprimento (fibra A – 36 mm; fibra B – 42 mm).
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A recomendação prática é que a fibra tenha comprimento igual ou superior ao dobro da dimensão máxima do agregado graúdo (pedra). Assim, a fibra reforça o concreto e não apenas a argamassa.
Aumenta-se o comprimento da fibra ou diminui-se a dimensão dos agregados graúdos.
Aspectos Tecnológicos Fundamentais
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39.3 Controle Específico do Concre-to com Fibras
39.3.1 Tenacidade
Tenacidade é a medida da área sob a curva tensão x deformação, até um certo nível de deformação. 
É usada na avaliação dos compósitos e tem como ponto negativo depender das dimensões do corpo de prova.
O ensaio mais utilizado no Brasil é o da norma japonesa JSCE-SF4 (1984).
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Fig. 9 – Ensaio de flexão com “deflexão” controlada, segundo JSCE – SF4.
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A tenacidade é dada pelo Fator de tenacidade (FT), também chamado Resistên-cia equivalente, que é função da área sob a curva, medida até um deslocamento vertical (flecha) determinado (L/150).
Outros tipos de ensaio são apresentados pela ASTM C1399 (2002), que procura eliminar a instabilidade pós-pico.
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Um dos ensaios mais promissores na atualidade é o do RILEM TC162 (2002).
Existem também os ensaios em placas de concreto, proposto pela EFNARC (1996).
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39.3.2 Trabalhabilidade e Mistura
A adição de fibras altera a consistência dos concretos e a trabalhabilidade.
O principal fator é a geometria da fibra, que requer maior quantidade de água e produz a perda da mobilidade do concreto no estado fresco.
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Fonte: http://www.pisosindustriais.com.br/materias/noticia.asp?ID=146
Nota: neste endereço, ler texto sobre pisos industriais reforçados com fibras.
 
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A trabalhabilidade pode ser medida pelo ensaio simples de abatimento, não sendo eficiente para teores muito elevados de fibras.
Trabalhabilidade e Mistura
Fonte: http://www.revistatechne.com.br/engenharia-civil/163/artigo189448-1.asp Nota: neste endereço, ler texto sobre pisos industriais reforçados com fibras.
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Trabalhabilidade e Mistura
Outro ensaio é com o cone em posição inver-tida, sendo o concreto com fibra adensado com vibrador de agulha (ASTM C995-94).
Fonte: http://publicacoes.pcc.usp.br/PDF/BT260.pdf
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Trabalhabilidade e Mistura
Existe também o ensaio VeBe, que depende de equipamento apropriado.
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Fonte: http://publicacoes.pcc.usp.br/PDF/BT260.pdf
 
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A formação de ouriços, que são bolas ou aglomeração de fibras, pode ocorrer quando o volume de fibras é alto, quando as fibras são adicionadas rapidamente, e quando o fator de forma é alto. 
Trabalhabilidade e Mistura
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39.3 Outras Propriedades e Características
39.3.1 Resistência à Compressão
O objetivo da adição de fibras não é aumentar a resistência à compressão.
As fibras resultam em um ganho de tenacidade na compressão.
Maiores teores e fatores de forma resultam maior tenacidade e controle da fissuração.
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39.3.2 Fadiga e Esforços Dinâmicos
Fadiga: ruptura de um material por esforço cíclico (repetido), que ocorre num nível de tensão inferior ao determinado durante o ensaio estático.
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A fadiga ocorre porque a cada ciclo de carregamento, as fissuras tendem a se propagar, diminuindo a área útil para a transferência
de tensão.
Quanto mais próxima for a tensão máxima da resistência do material, menor será o número de ciclos necessários para a ruptura.
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Fadiga e Esforços Dinâmicos
As fibras de elevados módulo e resistência reduzem a propagação das fissuras, e aumentam o número de ciclos necessários para a ruptura.
Exemplo: fibras de aço (fator de forma = 60, 2 % de volume, com gancho) resultaram em 2.700.000 ciclos de tensão, com variação entre 10 a 70 % da resistência estática.
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Mesmo em pequenas quantidades as fibras aumentam a resistência à fadiga.
Essa é uma característica muito importante que as fibras acrescentam nos concretos.
Fadiga e Esforços Dinâmicos
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Aplicações: pavimentos (rodovias, aeropor-tos, pisos industriais), dormentes ferroviários, base de máquinas, etc.
A resistência a cargas explosivas e dinâmicas em geral é três a dez vezes maior.
Fadiga e Esforços Dinâmicos
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Sugestão de Textos para Leitura
http://www.anapre.org.br/boletim_tecnico/edicao37.asp