FIBRAS

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CONCRETO COM FIBRAS
Por: Gabriel Pereira Gonçalves / Noelço Silva Dias Júnior.
Prof. D.Sc. Guilherme Chagas Cordeiro.
Universidade Estadual do Norte Fluminense
Mestrado em Engenharia Civil
Trabalho apresentado à disciplina de propriedades 
físico-químicas do concreto fresco
Introdução:
O desenvolvimento tecnológico depende, em grande parte,
dos avanços na área de materiais. Muitas das estruturas
concebidas nos mais diversos campos da engenharia foram
possíveis devido ao melhor aproveitamento das propriedades
de materiais tradicionais tais como aço, alumínio, cerâmica e
concreto.
Compósitos possuem várias aplicações nos amplos campos
de engenharia.Os compósitos mais empregados (eng. civil)
são aqueles a base de cimento utilizados sob forma de
concreto com fibras, de argamassa armada (ferrocimento) e
de cimento amianto (fibrocimento).
Definição
 Concreto reforçado com fibras ( CRF ) pode ser definido como um
material feito com cimento Portland, agregados, e contendo fibras
descontínuas misturadas.
Aplicação da fibra
 Lajes de concreto sobre o terreno ( 60 % )
 Concretos projetados ( 25 % ) 
 Pré-moldados ( 5% ) 
 Outras aplicações diversificadas.
Aplicação para o concreto reforçado com fibras de aço: 
elementos estruturais de usinas hidrelétricas.
Histórico das Fibras
 A utilização de fibras com o intuito de reforçar matrizes frágeis é uma
prática utilizada desde a antiguidade, quando se usava palha ou capim
como reforços de tijolos de barro secos ao sol .
 Aplicação na própria natureza exemplo a madeira: lignina e pectina,
sendo reforçada com fibras de celulose.
 Asbestos foi primeira fibra inorgânica usada provavelmente em 2500 a.C.
 Compósitos reforçados com fibras teve início, há décadas atrás, com o
objetivo de incrementar as propriedades de resinas, metais e cerâmicas.
Décadas de 50 e 60
 Começa tomar conhecimento do início da utilização de fibras como
reforço de matrizes frágeis cimentíceas, de um modo mais sistemático,
inicialmente utilizando apenas fibras de aço retas.
 Os resultados iniciais mostraram a notável alteração no comportamento
do material após o surgimento da primeira fissura, com o aumento na
tenacidade pós-fissuração.
 Surgiram também os primeiros problemas relacionados à trabalhabilidade
de matrizes cimentíceas reforçadas com fibras de aço.
Concreto Cimento Portland
 O concreto de cimento Portland (três componentes principais): pasta de
cimento, agregados miúdos e agregados graúdos.
 Em função da natureza destes componentes principais e de suas
proporções, bem como da utilização ou não de aditivos e adições, o
compósito é capaz de apresentar uma grande variação de suas
propriedades.
 Porém, o concreto normalmente contém microfissuras na zona de
transição entre a matriz e os agregados graúdos.
 Problema micro-estrutural = concreto é submetido à tração ou à flexão –
energia se concentra nas extremidades
 As fibras agem como pontes de transferência de tensões, minimizando a
concentração de tensões nas extremidades das fissuras, conforme
mostra a Figura b
Fig a. Fig b.
 Por alterar o comportamento microscópico do concreto, a presença de
fibras causa mudanças em suas propriedades macroscópicas, mais
utilizadas no dimensionamento de estruturas. Enquanto o concreto
convencional, quando submetido a tensões de tração, rompe
repentinamente, no momento em que a deformação correspondente à
sua resistência última for supera, o concreto reforçado com fibras
continua resistindo a cargas consideráveis, com deformações bastante
superiores à deformação de fratura do concreto convencional.
 Mas ainda, altera-se o padrão de fissuração do material, com uma
tendência ao aparecimento de fissuras de menor abertura e mais
regularmente espaçadas. Dado o impedimento à propagação causado
pelas fibras, a primeira fissura não consegue levar o compósito à ruína
(Nunes e Agopyan, 1998).
 Mas ainda, altera-se o padrão de fissuração do material, com uma
tendência ao aparecimento de fissuras de menor abertura e mais
regularmente espaçadas. Dado o impedimento à propagação causado
pelas fibras, a primeira fissura não consegue levar o compósito à ruína
(Nunes e Agopyan, 1998).
 Mehta e Monteiro (1994) argumentam que produtos reforçados com fibras
não apresentam melhora substancial na resistência à tração, se
comparados a misturas similares sem fibras. Pesquisas recentes, com
emprego de microfibras, parecem indicar o contrário (Bernardi, 2003).
 Esta aparente contradição pode estar associada ao fato de que a
incorporação de fibras normalmente provoca impactos sobre a
trabalhabilidade. Historicamente, quando as fibras eram adicionadas à
mistura, ocorria uma incorporação de ar, o que, associado aos problemas
de moldagem e de distribuição inadequada das fibras na massa, acabava
tendo reflexos negativos sobre a resistência.
 Mais recentemente, com a evolução da tecnologia dos aditivos
plastificantes e superplastificantes, está sendo possível obter misturas
trabalháveis, com pouca incorporação de ar e boa distribuição das
fibras na massa.
 Desta forma, se justificaria o fato de que o efeito final da adição de fibras,
em termos de acréscimo de resistência, se tornou mais positivo. Estudos
específicos são todavia necessários para esclarecer o assunto.
 Mesmo admitindo que as resistências últimas à tração do compósito não
aumentem apreciavelmente, as deformações de tração na ruptura certamente
aumentam, com a incorporação das fibras. A eficiência do reforço das fibras se
traduz num incremento da capacidade de absorção de energia do compósito.
 O índice capaz de indicar a capacidade de absorção de energia de um
determinado material, para um determinado nível de deslocamento, é
denominado tenacidade, que é também definida pela área sob o diagrama carga
x deslocamento vertical (Ferreira, 2002).
 Comparado ao concreto convencional, portanto, o concreto reforçado com fibras
é mais tenaz e resistente ao impacto. Entretanto, para que as fibras atuem de
forma eficiente é fundamental que haja uma boa interação das mesmas com a
matriz.
 TIPOS DE FIBRAS UTILIZADAS COMO ELEMENTO DE REFORÇO
(POLIMÉRICAS, VEGETAIS, METÁLICAS E MINERAIS)
1 FIBRAS POLIMÉRICAS
 a) fibras de polipropileno
 b) Fibras de polietileno
 c) Fibras de poliester
2 FIBRAS METÁLICAS 
 As fibras metálicas mais comuns são as de aço. Sua resistência à tração
é de aproximadamente 200 GPa. Dependendo do meio onde estão
inseridas, apresentam problemas relacionados à corrosão. Uma técnica
utilizada para minimizar tal problema é o banho de níquel (Taylor, 1994).
Há uma grande variedade de formas e comprimentos, dependendo do
processo de manufatura.
3 FIBRAS VEGETAIS 
 As fibras vegetais utilizadas em materiais compósitos podem ser de
bambu, juta, capim elefante, malva, coco, piaçava, sisal, linho e cana-de-
açúcar (Hannant, 1994).
 Algumas destas fibras podem atingir grandes resistências, como por
exemplos, as fibras de bambu que atingem normalmente resistência
acima de 100 MPa, com módulo de elasticidade entre 10 e 25 GPa.
4 FIBRAS MINERAIS 
a) fibras de carbono
b) fibras de amianto
c) fibras de vidro
Propriedades mecânicas das fibras mais usadas 
Fibras de aço
 As fibras de aço são produzidas a partir de fios de aço trefilados, que são 
cortados e comercializados em diversos comprimentos e diâmetros. As 
destinadas ao reforço do concreto possuem comprimentos variando entre 
6,7 e 76mm e fator de forma variando entre 20 e 100, sendo desta forma 
suficientemente curtas para se dispersarem aleatoriamente numa mistura 
fresca de concreto.
 Os concretos reforçados com fibras de aço vêm encontrando cada vez 
maior aceitaçãoe, portanto, a utilização de fibras deste tipo de está 
progressivamente se expandindo em nível internacional. 
 No Brasil, atualmente, as fibras deformadas nas extremidades são as 
mais facilmente encontradas.
Fibras de aço
Fibra de aço corrugada Fibra com ancoragem em gancho e 
seção retangular
Fibra com gancho e seção circular
a) solta b) em pentes 
Adição de fibras de aço
PARÂMETROS INFLUENTES NA 
INTERAÇÃO FIBRA-MATRIZ
1 - Teor de fibras
 O principal papel das fibras no compósito está associado ao controle da
fissuração e à alteração do comportamento do concreto a partir do
aparecimento da primeira fissura.
 Mudanças significativas no comportamento estrutural do material, no
estágio pré-fissuração, somente são observadas quando utilizadas
técnicas que garantam a adição de altos volumes de fibras. Sendo que, a
incorporação de altos teores pode causar problemas de trabalhabilidade.
 Quando os volumes de fibras incorporados são elevados, ocorre tanto o
incremento da tenacidade, como da resistência última dos elementos. A
literatura da área, entretanto, não define limites a partir dos quais se
poderia considerar que os volumes de fibras fossem considerados
elevados.
Quantidade de fibras no concreto
2 - Comprimento Crítico
 Os mecanismos de transferência
de tensões no compósito são
influenciados pelo comprimento
crítico das fibras. É o menor
comprimento necessário para o
desenvolvimento de tensões nas
fibras, iguais à sua resistência.
 O comprimento crítico pode ser
calculado pela equação ao lado,
em função da transferência da
tensão tangencial de atrito entre a
matriz e a fibra:
3 - Fator Forma
 É um dos principais parâmetros de caracterização de uma fibra. O
mesmo é definido como a relação entre o comprimento da fibra e o
diâmetro de uma circunferência virtual cuja área equivalente à seção
transversal da fibra, como representado na Figura abaixo.
4 - Módulo de Elasticidade das Fibras
 O módulo de elasticidade da fibra é
determinante no comportamento final
do compósito. Das fibras mais
utilizadas no reforço de matrizes
cimentícias, os asbestos, as fibras de
aço, a aramida, o vidro e o carbono
possuem módulo de elasticidade que
podem ser considerados altos,
enquanto as fibras de polipropileno e
nylon possuem módulos de
elasticidade mais baixos.
5 - Distribuição e Ancoragem das Fibras
 A direção de propagação de uma fissura de tração é transversal à direção
da tensão atuante. Desta forma, o início e crescimento de cada nova
fissura reduz a área disponível de suporte de carga, o que causa um
aumento de tensões nas extremidades de cada fissura. Por esta razão se
admite que o mecanismo de ruptura na tração se caracteriza pela união
de algumas fissuras pré-existentes ou desenvolvidas nos primeiros
estágios de carga, ao contrário do que acontece no estado de ruptura por
tensões de compressão, que admite a existência de numerosas fissuras
independentes.
6 - Volume crítico
 O volume crítico de fibas Vf(crit) é o volume de fibras Vf que, após a
fissuração da matriz, suportará o carregamento que o compósito
suportava antes da fissuração. Ou seja, para que haja uma majoração na
resistência última do compósito, devido à incorporação das fibras, é
necessário que o teor de fibras empregado resulte num volume de fibras
superior ao crítico.
COMPÓSITO E A INTERAÇÃO FIBRA-MATRIZ
Esquema de concentração de tensões para um concreto sem 
reforço de fibras. 
Esquema de concentração de tensões para um concreto com o reforço de fibras. 
Considerações práticas
Concreto reforçado com fibras onde há compatibilidade dimensional entre 
estas e o agregado graúdo. 
Concreto reforçado com fibras onde há compatibilidade dimensional 
entre estas e o agregado graúdo. 
Fibras de aço longas (a) e curtas (b).
Diferença de comportamento entre fibras dúcteis e frágeis 
quando inclinadas em relação à superfície de ruptura. 
Fibra de sisal
Figura 2.2 – (a) Planta de sisal; (b) Fibras após beneficiamento.
Fibras de Sisal
Bahia e a Paraíba são os principais produtores de sisal.
Brasil exporta cerca de 62% 
Exploração com baixo índice de modernização e 
capitalização - acentuado declínio.
Primeiros estudos sobre aplicação de fibras naturais no 
concreto (Brasil) - Bahia - fibras de coco, sisal, bambu, 
piaçava e bagaço de cana-de-açucar. 
Características
A fibra de sisal é um material de baixo custo de produção
que possui módulo de elasticidade inferior ao da matriz
cimentícia, razoável deformação de ruptura ( de 2% a 4%)
e resistência à tração (de 227 MPa a 1 GPa) .
 Aderência
Tração
Compressão
Durabilidade
Aderência
Comparado com as fibras de aço, existem poucos estudos
para aderência entre matrizes de cimento e fibras vegetais.
Uma das principais dificuldades existentes na avaliação da
aderência entre a fibra e a matriz é a grande variação na
forma e na área da seção transversal, que variam de uma
fibra para outra e mesmo ao longo da mesma fibra.
Dificuldades na experimentação de fibras de celulose
Micrografia de argamassa reforçada com fibras curtas de sisal
Aderência
A aderência entre a fibra e a matriz é um dos mecanismos
mais importantes na determinação do comportamento dos
compósitos, sendo responsável pela distribuição de tensões
entre os componentes, o que permite que o compósito,
mesmo fissurado, possa resistir às cargas aplicadas
Resistência a Tração
A influência da fibra sobre o comportamento a tração vai
depender de vários parâmetros, como tipo, comprimento e
diâmetro da fibra, teor de fibra incorporado e forma de
distribuição na matriz.
As aplicações dos compósitos reforçados com fibras podem
ser realizadas em dois tipos principais: concretos e
argamassas reforçados com fibras curtas, incorporando
pequenos volumes de fibras, e elementos construtivos
manufaturados que incorporam grande volume de fibras
longas e alinhadas.
Fibras longas x Fibras curtas
Compósitos com fibras longas - geralmente permitem o
incremento da resistência a tração da matriz e
comportamento pós-fissuração com até ganho de
resistência. O processo de produção destes compósitos
incrementa a tensão de aderência fibra-matriz, o que resulta
em uma múltipla fissuração mesmo quando se utilizam fibras
de baixo módulo de elasticidade.
A adição de fibras curtas de sisal reduz a resistência a tração
mas aumentam o módulo de elasticidade e a deformação
última do compósito, com relação a matriz
 Existem hipóteses geralmente adotadas de que, para pequenos
comprimentos de embebimento, as fibras seria arrancadas da matriz sem
se romper. Porém, essa hipótese pode variar principalmente devido a
aleatoridade na distribuição e orientação de fibras e também a variação
na seção transversal da fibra
Superfície de fratura de
compósito tracionado
Mesmo quando não se verifica um aumento na resistência à
tração, a presença de fibra traz benefícios ao material sob ação
de tensões deste gênero, pois, na pós-fissuração, a
transferência de tensões matriz / fibras assegura que o material
ainda resista a determinados níveis de tensão enquanto as
fibras são arrancadas da matriz. Este processo proporciona
aumento no nível de deformação e na capacidade de absorver
energia do compósito, fatores os quais levam a crer que esta
fibra melhore a resistência do compósito a carregamentos
dinâmicos.
Resistência a Compressão
 Para as fibras vegetais é consenso que a adição das fibras resulta em
uma diminuição da resistência a compressão.
 Apesar de uma possível redução da resistência à compressão, a simples
adição de fibras resulta em um comportamentomais dúctil do material
após a fissuração, uma vez que as fibras inibem a formação e
propagação de fissuras de tração e de cisalhamento na matriz
comprimida.
 A utilização de fibras de sisal, como reforço de argamassa de cimento,
consegue aumentar a deformação de ruptura do material, provendo maior
tenacidade. Este fato está associado à presença das fibras ligando as
macrofissuras
Trabalhabilidade
A inclusão de fibras tende a tornar a mistura menos
trabalhável e conseqüentemente uma quantidade grande de
vazios pode ser incorporada durante a mistura se não houver
homogeneização adequada.
Durabilidade
 Deteorização e enfraquecimento - ataque alcalino da fibra, mineralização
da fibra devido à migração de produtos de hidratação do cimento para
seu interior, e variação volumétrica da fibra devido a alta absorção de
água.
 Solução - impermeabilização matriz, a proteção superficial da fibra, ou a 
redução da alcalinidade e do teor de hidróxido de cálcio livre matriz.
 Uso de materiais pozolânicos: aumenta resistência à compressão, a
resistência química, reduz o teor de hidróxido de cálcio livre, reduz o pH e
a concentração de íon hidroxila (OH-) na água de poro, além de reduzir a
permeabilidade da matriz
Ruptura das fibras após o processo de envelhecimento 
acelerado dos compósitos
Conclusão
 Diferentes tipos de fibras;
 Diferentes propriedades;
 “Embora as fibras possam de fato produzir melhorias no comportamento
do concreto, devemos ser realistas quanto ao que realmente podemos
esperar das fibras, principalmente se a quantidade de fibras for pequena,
(menos de 1% em volume), como é o caso geral”. (Thomaz, notas de
aula - IME)