Perspectivas do Concreto Reforçado com Fibras em Túneis

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PERSPECTIVAS DO CONCRETO 
REFORÇADO COM FIBRAS PARA 
TÚNEIS
Antonio Figueiredo – Escola Politécnica da USP
INTRODUÇÃO
• A utilização de CRF em túneis é algo 
consolidado no exterior e cada vez mais 
freqüente no Brasil:
– Exemplo: o revestimento de túneis de desvio e 
adução em barragens é normalmente feito com a 
utilização de fibras de aço.
• No entanto, ainda há claros tecnológicos:
– Otimização do uso dos CRF em túneis
– Ratificação desta aplicação como uma técnica 
plenamente fiável do ponto de vista da engenharia.
¾Resumindo: reduzir o empirismo
INTRODUÇÃO
• Por que da necessidade de 
ratificação da tecnologia?
Falta embasamento técnico de 
especificadores e aplicadores
Carência de referências normativas 
específicas.
INTRODUÇÃO
• Objetivo: discutir as principais limitações 
do uso dos CRF em túneis para o caso 
específico do Brasil e analisar as 
possibilidades de encaminhamento para a 
solução dos problemas.
O “tripé da engenharia de túneis”
P
r
o
j
e
t
o
 
b
a
s
e
a
d
o
 
e
m
 
m
o
d
e
l
o
 
c
o
n
f
i
á
v
e
l
EMPREENDIMENTO Controle de 
produção e 
Controle de 
recebimento
O modelo de dimensionamento
• Determinação dos esforços solicitantes e a definição da 
capacidade resistente da estrutura de modo a garantir a 
sua estabilidade.
• Sem um modelo de dimensionamento adequado, não há 
como definir a engenharia de túneis como tal.
• Ao contrário das estruturas convencionais de concreto 
armado, não há normas brasileiras que tratem do 
assunto dimensionamento de túneis.
• Isto dificulta o estabelecimento de modelos de controle 
adequados.
O modelo de controle de execução
• A execução de um túnel é uma obra sistêmica que 
interage intensamente com seu entorno.
• O maciço circundante participa na capacidade resistente 
da estrutura da obra.
• A interação entre o maciço e a estrutura, 
principalmente durante a execução da obra, deve ser 
controlada através de instrumentação adequada.
• A análise dos resultados de instrumentação deve 
ser feita por um profissional experiente para 
verificar se as premissas estabelecidas no modelo 
de dimensionamento estão sendo respeitadas.
O modelo de controle do 
material estrutural
• Objetivos: verificar se o material atende 
às exigências de aplicação e se atende 
aos requisitos de projeto.
O modelo de controle do 
material estrutural
• Um concreto convencional é 
normalmente avaliado por:
¾Abatimento de tronco de cone
¾Verificação da resistência característica 
por meio de um estimador adequado.
¾Verificação do módulo de elasticidade.
Consideração do Módulo de Elasticidade
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0 10 20 30 40 50 60
fck (MPa)
E
 
(
G
P
a
)
E
m
E
c
k
9
5
 
%
5 %
E
m
E
c
k
9
5
 
%
5
 
%
E = 5600 fck
O modelo de controle do 
material estrutural
Tudo muito básico!
• É exatamente isto o que está faltando para o 
CRFA.
• Perspectivas futuras:
9Produção de referências técnicas normativas
9Transferência de tecnologia desenvolvida nas 
universidades e centros de pesquisa para a 
indústria.
Modelo de dimensionamento
• Pode-se apontar esta área como a que mais se 
deve investir em pesquisa e normalização.
• Existe a necessidade de modelos públicos de 
dimensionamento com CRF.
• Isto vale para NATM e tuneladora.
• Ajudaria muito na definição dos modelos de 
controle
Modelo de dimensionamento
• Exemplo: Linha Amarela do Metrô de São Paulo.
• O dimensionamento do túnel ficou a cargo da Halcrow 
Group Limited, que utilizou seus modelos particulares.
• Para garantir a confiabilidade da obra e a retro-
alimentação do processo de dimensionamento, foram 
realizados ensaios em corpos-de-prova de grandes 
dimensões (homologação do material).
• Esta prática já vem sendo explorada no Brasil, inclusive 
em trabalhos acadêmicos (Fernandes, 2005).
Ensaios de grandes dimensões
FLEXÃO DE COMPONENTES
A fibra 
funciona?
Ensaios de grandes dimensões
FLEXÃO DE COMPONENTES (HOMOLOGAÇÃO L 4)
(King et al. 2003).
Ensaios de grandes dimensões
VERIFICAÇÃO DE JUNTAS 
(HOMOLOGAÇÃO L4)
(King et al. 2003).
Modelo de dimensionamento
• Ensaios inviáveis para o 
controle corriqueiro da obra.
• Deve ocorrer análise em 
paralelo com corpos-de-
prova de pequenas 
dimensões para resistência à 
compressão, resistência à 
tração na flexão e 
tenacidade. (Telles e 
Figueiredo, 2006)
• Homologação (grandes dimensões)
• Parametrização simultânea (pequenas 
dimensões)
• Controle corriqueiro de produção dos 
segmentos (verificação das peças e 
ensaios de pequenas dimensões).
“Filosofia” do dimensionamento
“Filosofia” do dimensionamento
• Nível de segurança muito interessante: só irão 
para o túnel os segmentos pré-moldados já 
aprovados pelo sistema de controle da 
qualidade.
• Isto não acontece para o concreto moldado in 
loco ou projetado.
• Se houvesse modelos de 
dimensionamentos de túneis produzidos 
com tuneladoras normalizados:
9facilitaria o estabelecimento de modelos 
de controle específicos para a obra
9diminuiria a dispersão de enfoques que se 
pode ter de uma obra para outra.
“Filosofia” do dimensionamento
Situação do NATM
• Muito pior!
• “Receita” do consumo mínimo (máximo?) 
ainda permanece.
• Equivale a dimensionar um edifício com 
um consumo mínimo de cimento.
Como avaliar o CPRF
• Capacidade de reforço pós-fissuração 
(tenacidade):
• Ensaios em prismas
• Ensaios em placas
“Filosofia” para o NATM
• Homologação em placas
• Controle em paralelo com prismas
• Controle corriqueiro com prismas
Modelos de dimensionamento e 
controle
• Já existem modelos publicados (ACI, 
RILEM) mas não para túneis.
• Fundamental: vínculo do modelo de 
dimensionamento com o modelo de 
controle.
Modelo de controle do material
• Dificuldade: nascimento sem um modelo 
de dimensionamento.
• Problema 1: grande diversidade de 
métodos no mundo.
• Problema 2: sem norma brasileira 
específica.
Modelo de controle do material
• Dificuldade: nascimento sem um modelo 
de dimensionamento.
• Solução 1: grande diversidade de 
métodos no mundo.
• Solução 2: sem norma brasileira 
específica.
• Podemos escolher!
Modelo de controle do material
• O Brasil conta com a nova especificação de 
fibras de aço para concreto NBR 15530:07.
• Esta norma tem algum paralelo com a recente 
normalização internacional, como também 
algumas inovações interessantes.
• Introduz uma nova classificação e um plano de 
controle da qualidade do produto.
A nova especificação brasileira 
das fibras de aço para concreto
NBR 15530:07 – Fibras de aço 
para concreto - Especificação
Escopo e abrangência da norma
• Estabelecer parâmetros de classificação
para as fibras de aço de baixo teor de
carbono e dispor sobre os requisitos
mínimos de:
– forma geométrica,
– tolerâncias dimensionais,
– defeitos de fabricação e
– resistência à tração e dobramento.
Escopo e abrangência da norma
• Com isto, procura-se garantir que as fibras
em conformidade com estes requisitos
tenham potencial para proporcionar um
desempenho adequado ao CRFA, desde
que sejam observados os cuidados
com a dosagem e controle do material.
Escopo e abrangência da norma
• Cautela: o fato de que uma fibra que 
atenda a norma não terá garantido o 
desempenho final no CRFA 
• (isto depende de fatores ligados às fibras 
e ao próprio concreto).
Classificação das fibras de aço
TIPOS:
¾Tipo A: fibra de aço com ancoragens nas 
extremidades
¾Tipo C: fibra
de aço corrugada
¾Tipo R: fibra de aço reta
Classificação das fibras de aço
CLASSES:
¾Classe I: fibra oriunda de arame trefilado a 
frio
¾Classe II: fibra oriunda de chapa laminada 
cortada a frio
¾Classe III: fibra oriunda de arame trefilado 
e escarificado
Designações
Tipo
(geometria)
Classe da
fibra
Fator de 
Forma 
mínimo λ
Limite de resistência a 
tração do aço MPa 
(*)fu
A
I 40 1000
II 30 500
C
I 40 800
II 30 500
III 30 800
R
I 40 1000
II 30 500
(*)Esta determinação deve ser feita no aço, no diâmetro equivalente final
imediatamente antes do corte.
Comentários
• Os requisitos especificados podem ser 
considerados em conformidade com o 
mercado externo, sendo até mais 
exigentes.
• Uma fibra produzida no Brasil e que 
atenda aos requisitos desta especificação, 
estará em condições de ser aceita em 
qualquer mercado internacional.
Comentários
• Esta é a norma base para a futura 
normalização do CRFA.
• Ela é o primeiro documento publicado, 
mas não é suficiente para parametrizar o 
uso do CRFA.
• É necessária sua aplicação.
• É necessário qualificar o concreto 
reforçado com fibras de aço ou 
poliméricas com métodos normalizados:
– Primas
– Placas
Comentários
Ensaio de punção de placas
Representa o esforço de um 
tirante
Permite comparação entre fibras 
e telas metálicas
Levantamento 
das curvas de 
carga por 
deslocamento
Determinação 
das curvas de 
absorção de 
energia por 
deslocamento
Nível
(EFNARC)
Energia 
absorvida 
(J)
A 500
B 700
C 1000
FIBRA vs. TELA
Alternativas para o ensaio em 
placa quadrada
Vista superior
CARGA
Apoios
Vista frontal
MORGAN (1999) →ASTMALMEIDA (1999)
C
a
r
g
a
Deslocamento
O ensaio em prismas
C
a
r
g
a
Deslocamento
O ensaio em prismas
ASTM C1018
ASTM C1399
JSCE SF4
EFNARC
RILEM
L/3 L/3 L/3
L
C
A
R
G
A
DESLOCAMENTO
Alternativas para o ensaio em 
prismas
Critério JSCE-SF4
Tb L
FT= ------* ------
δTb bh2
δTb
CARGA 
(kN)
DEFLEXÃO 
(mm)
Tb
Critério EFNARC
Método ASTM C 1399
Chapa de aço
Critério ASTM C 1399
2
25,100,175,050,0
h.b
L
4
PPPP
ARS ⋅+++=
Método RILEM TC162
• Ensaio em prisma com entalhe
Entalhe 
Critério RILEM TC162
feq.2= ---
3
2
----------+---------- ----------
DfBZ.2.1 DfBZ.2.11
0,65 0,5
L
bhsp2
(N/mm2)
feq.3= ---
3
2
----------+---------- ----------
DfBZ.3.1 DfBZ.3.11
2,65 2,5
L
bhsp2
(N/mm2)
feq.2= ---
3
2
----------+---------- ----------
DfBZ.2.1 DfBZ.2.11
0,65 0,5
L
bhsp2
(N/mm2)feq.2= ---
3
2
----------+---------- ----------
DfBZ.2.1 DfBZ.2.11
0,65 0,5
L
bhsp2
(N/mm2)
feq.3= ---
3
2
----------+---------- ----------
DfBZ.3.1 DfBZ.3.11
2,65 2,5
L
bhsp2
(N/mm2)feq.3= ---
3
2
----------+---------- ----------
DfBZ.3.1 DfBZ.3.11
2,65 2,5
L
bhsp2
(N/mm2)
Pontos importantes:
• Outras possibilidades como o entalhe 
lateral (Gava,2006).
9Simplicidade
9Repetibilidade
9Reprodutibilidade
9Implementação
Outros ensaios: determinação 
do teor de fibras
• Determinação do teor de fibra incorporado no 
concreto no estado fresco e no estado 
endurecido (fundamental para o concreto 
projetado).
• O desempenho depende do teor de fibra que 
consegue ser incorporado à estrutura.
• Hoje, quando muito, se faz a especificação do 
consumo de fibra que é adicionado à mistura 
que alimenta a bomba de concreto.
Outros ensaios: determinação 
do teor de fibras
• Determinação do teor de fibras do 
concreto recém misturado ou recém 
projetado (no estado ainda fresco): 
complemento da realização do ensaio de 
reconstituição de traço (NBR 13044).
– A determinação é feita com a coleta com ímã 
(aço) ou catação (pp) após a lavagem dos 
finos.
– Tal procedimento já foi utilizado em estudos 
anteriores com sucesso (Figueiredo, 1997).
Outros ensaios: determinação 
do teor de fibras
• A determinação do teor de fibra incorporado 
ao concreto projetado endurecido: feita em 
conjunto com a realização do ensaio de 
determinação da massa específica e da 
absorção (NBR 9778)
– Deve-se apenas realizar a ruptura do corpo-de-
prova ensaiado e a coleta da fibra com o uso de 
ímã (aço) ou catação (pp). 
Pontos fundamentais:
• A especificação dos requisitos de 
desempenho por parte dos 
projetistas.
• A verificação dos requisitos no 
controle corriqueiro
Recomendação EFNARC
Tipo de ensaio de controle Reduzido Normal Rigoroso
Resistência à compressão 500 250 100
Resistência à tração na flexão 500 250
Tenacidade na flexão 1000 500
Absorção de energia em placas 1000 500
Aderência 500 250
Conteúdo incorporado de fibra 250 100
Espessura da camada projetada 50 25 10
Volume em m3 de concreto produzido entre testes
Métodos de controle da estrutura
• Com o uso de fibras, espera-se o melhor 
controle da fissuração geral da estrutura.
• Diminuição da entrada de água – controle 
da estanqueidade.
• Há dificuldade de parametrização 
confiável dessa característica e de 
quantificá-la de maneira confiável. 
Métodos de controle da estrutura
• Uma das possibilidades futuras: utilização 
de permeâmetros portáteis.
• Estes permeâmetros levariam em conta o 
valor do coeficiente de permeabilidade 
Darcyniano (k1) e o não-Darcyniano (k2) 
que permite verificar o nível de perda de 
carga associado à descontinuidade e 
rugosidade dos poros (Innocentini et al. 
1998; Innocentini et al. 2003).
Métodos de controle da estrutura
• Este sistema poderia detectar 
o grau de influência de uma 
fissura no nível de 
permeabilidade da estrutura.
• Com isto, seria possível 
estabelecer parâmetros claros 
de desempenho para a 
estanqueidade do túnel, bem 
como uma forma de controle 
da mesma.
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
1,8
2,0
2,2
5 10 15 20 25 30 35 40 45
Teor de Fibras (kg/m3)
T
e
n
s
ã
o
 
R
e
s
i
d
u
a
l
 
(
M
P
a
)
Natural
Reciclado 2,2 - 2,5 g/cm3
Reciclado 1,9 - 2,2 g/cm3
Dosagem da fibra
• Já foram propostos métodos para o CRFA 
tanto projetado (Figueiredo, 1997) como 
convencional (Figueiredo et al., 2000).
• Só falta utilizar.
Desagem da fibra de pp
• Objetivo: controle do lascamento explosivo da 
estruturas submetida a incêndio.
• Normalmente: adoção de consumos mínimos 
empíricos não se levando em conta a maior ou 
menor susceptibilidade da estrutura à 
ocorrência do fenômeno (0,6kg/m3 para 
qualquer situação).
• Já foi comprovada a maior susceptibilidade dos 
concretos de maior resistência principalmente 
quando saturados.
Risco do 
concreto de 
menor a/c e 
maior nível de 
saturação 
(Nince, 2007).
22502000175015001000750500
Teor (a/c = 0,25)
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
%
 
V
o
l
u
m
e
 
L
a
s
c
a
d
o
Desagem da fibra de pp
• Concretos de maior resistência e saturados demandam 
um maior teor de fibras de polipropileno para evitar que 
o spalling ocorra.
Desagem da fibra de pp
• Vale ressaltar que os estudos 
desenvolvidos neste sentido até agora 
focaram quase que exclusivamente o 
concreto convencional, e muito ainda 
deve ser desenvolvido em termos de 
pesquisa sobre o concreto projetado. 
Conclusões
• As perspectivas para o uso dos concretos 
com fibras em túneis no Brasil são muito 
promissoras:
– Deve-se procurar a transferência dos 
resultados de pesquisas desenvolvidas nas 
universidades e outros centros para a prática.
– Forma mais nobre de transferência de 
tecnologia:
normalização.
Conclusões
• Perspectiva futura:
• Criação da comissão de estudos para a 
especificação do concreto com fibras no 
CBT.
• Muito trabalho pela frente.
• Quem quiser cooperar será muito bem 
vindo.
Obrigado!
	Slide Number 1
	INTRODUÇÃO
	INTRODUÇÃO
	INTRODUÇÃO
	O “tripé da engenharia de túneis”
	O modelo de dimensionamento
	O modelo de controle de execução
	O modelo de controle do material estrutural
	O modelo de controle do material estrutural
	Consideração do Módulo de Elasticidade
	O modelo de controle do material estrutural
	Modelo de dimensionamento
	Modelo de dimensionamento
	Ensaios de grandes dimensões
	Ensaios de grandes dimensões
	Ensaios de grandes dimensões
	Modelo de dimensionamento
	Slide Number 18
	“Filosofia” do dimensionamento
	Slide Number 20
	Situação do NATM
	Como avaliar o CPRF
		“Filosofia” para o NATM
	Modelos de dimensionamento e controle
	Modelo de controle do material
	Modelo de controle do material
	Modelo de controle do material
	A nova especificação brasileira das fibras de aço para concreto
	Escopo e abrangência da norma
	Escopo e abrangência da norma
	Escopo e abrangência da norma
	Classificação das fibras de aço
	Classificação das fibras de aço
	Designações
	Comentários
	Comentários
	Comentários
	Ensaio de punção de placas
	Levantamento das curvas de carga por deslocamento
	Slide Number 40
	FIBRA vs. TELA
	Alternativas para o ensaio em placa quadrada
	Slide Number 43
	Slide Number 44
	Slide Number 45
	Slide Number 46
	Slide Number 47
	Método ASTM C 1399
	Critério ASTM C 1399
	Método RILEM TC162
	Critério RILEM TC162
	Pontos importantes:
	Outros ensaios: determinação do teor de fibras
	Outros ensaios: determinação do teor de fibras
	Outros ensaios: determinação do teor de fibras
	Pontos fundamentais:
	Recomendação EFNARC
	Métodos de controle da estrutura
	Métodos de controle da estrutura
	Métodos de controle da estrutura
	Dosagem da fibra
	Desagem da fibra de pp
	Risco do concreto de menor a/c e maior nível de saturação (Nince, 2007).
	Desagem da fibra de pp
	Desagem da fibra de pp
	Conclusões
	Conclusões
	Obrigado!