Concreto com agregado fibra aço

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CONCRETO COM AGREGADO FIBRA AÇO
Luis Kesler
Mario Tessari
Mariana Chieza dos Santos
Thais Mayer
RESUMO: Neste Artigo da disciplina de Materiais da Construção Civil II tem por finalidade fazer os corpos de prova com e sem a adição de fibras de aço no concreto, e vê a sua viabilidade ao adicionar a fibra no concreto.
A adição de fibras de aço aos concretos minimiza o comportamento frágil característico do concreto. O concreto passa a ser um material pseudo-dúctil, ou seja, continua apresentando uma resistência residual a esforços nele aplicados mesmo após sua fissuração. A alteração do comportamento é função das características das fibras e da matriz de concreto e da sua interação. Com isto o material passa a ter exigências específicas para seu controle de qualidade, dosagem e mesmo na aplicação, diferentes do concreto convencional. Ao mesmo tempo, as possibilidades de aplicação do material são ampliadas. Para algumas aplicações o concreto reforçado com fibras apresenta vantagens tecnológicas e econômicas em relação ao convencional, como é o caso do revestimento de túneis e outras aplicações do concreto projetado, dos pavimentos, dos pré-moldados e outras.
Palavras-Chaves: Concreto. Agregado. Fibras de Aço
1. INTRODUÇÃO
O tema desse estudo é o concreto reforçado com fibras de aço. Assim, é de muita
importância o conhecimento das características geométricas, do processo produtivo e das propriedades físicas, químicas e mecânicas das fibras de aço. Tais fibras de aço são elementos descontínuos produzidos com variações de formatos, dimensões e tipos de aço.
O concreto, um dos mais importantes materiais de construção já desenvolvidos, tem sido, ao longo dos anos, um grande aliado do ser humano. Seu uso está fortemente ligado aos processos de adensamento populacional, exploração e transformação do meio ambiente. 
O principal efeito da edição das fibras de aço está na modificação do modo de ruptura do material. As macro fibras costuram as fissuras conferindo uma resposta mais dúctil ao compósito no regime após o pico de carregamento.
A eficiente forma de ancoragem das fibras de aço, especialmente as que apresentam extremidades deformadas, permite que se desenvolva um mecanismo de transferência de tensão entre ao compósito uma habilidade de suportar cargas em níveis de deslocamento bem superiores aqueles onde a fissuração da matriz não reforçada se daria sendo o controle da fissuração do compósito governado pelo processo de arranchamento das fibras. 
As fibras sintéticas como as de polipropileno e nylon vêm aparecendo até como uma alternativa às fibras de amianto no reforço de matrizes de base cimentícia (HANNANT; 4HUGHES, 1986).
2. DEFINIÇÃO
Concreto reforçado com fibras (CRF) pode ser definido como um material feito com cimento Portland, agregados, e contendo fibras descontínuas misturadas. As fibras agem como pontes de transferência de tensões, minimizando a concentração de tensões nas extremidades das fissuras, conforme mostra a Figura.
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 espaçada. 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.
3. 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 6,4 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 (ACI ,1996). 
Os concretos reforçados com fibras de aço vêm encontrando cada vez maior aceitação e, portanto, a utilização de fibras deste tipo está progressivamente se expandindo em nível internacional. Uma variedade de tipos e morfologias de fibras já está disponível no mercado. Podem ser encontradas fibras de aço retas, onduladas e torcidas. No Brasil, atualmente, as fibras deformadas nas extremidades são as mais facilmente encontradas. Conforme Tabela 1.1 
4. NBR 8890:07
A NBR 8890:07 foi finalizada em 2007 e prevê a utilização de fibras de aço para reforço do concreto de tubos, o que já é previsto em normas europeias, além do sistema normal de reforço com vergalhões de aço para concreto armado convencional. Na versão brasileira, a norma contempla algumas mudanças no sistema principal de qualificação dos tubos com fibras, ou seja, reformula o procedimento de ensaio de compressão axial teste realizado para verificar a resistência do material.
No caso de utilização de fibras de aço, o procedimento de ensaio consiste numa rotina de carregamento, descarregamento e recarregamento do tubo, para verificar a capacidade resistente pós-fissuração. A norma é mais exigente para os tubos reforçados com fibras do que para os tubos convencionais, não permitindo o surgimento de qualquer tipo de dano ao componente quando o mesmo é submetido à carga de fissuração prevista para o tubo convencionalmente armado.
Além disso, o procedimento envolve um prolongamento do ensaio, em relação à norma europeia, que possibilita a determinação da carga máxima pós-fissuração, o que é um parâmetro fundamental para a otimização do sistema de reforço com fibras para os tubos. Além dessas exigências, o tubo reforçado com fibras deverá atender a todos os requisitos básicos estabelecidos também para o tubo com reforço convencional.
Entre essas exigências estão à isenção de defeitos, verificada por análise visual, e a conformidade com as tolerâncias dimensionais. Outra exigência importante é a de estanqueidade do tubo que é avaliada em ensaio específico. O concreto deve também ser submetido ao ensaio de determinação da absorção de água. 
De qualquer forma, é extremamente importante que cada fabricante que pretenda utilizar o concreto com fibras faça o controle de qualidade de produção adequado, realizando os ajustes necessários para que o produto atenda às exigências presentes na norma NBR8890�, ressalta (Antônio Domingues de Figueiredo, professor do Departamento de Engenharia de Construção Civil da Escola Politécnica da USP).
5. MOLDAGEM E CURA
A moldagem de todos os corpos-de-prova foi realizada de acordo com as recomendações da NBR 5738 – Moldagem e cura de corpos-de-prova cilíndricos ou 
prismáticos de concreto (ABNT, 1984). 
Após a desmoldagem dos corpos de prova, pode-se observar que eles apresentavam uma boa aparência, ou seja, sem imperfeições apresentando também um bom cobrimento de concreto escondendo as fibras. 
DADOS:
Corpo de prova padrão
Tensão =4,05 Mpa	
Força= 31,85 KN
Corpo de prova 60kg
Tensão = 8,20 Mpa
Força = 64, 37 KN
Corpo de prova 90kg
Tensão = 5,94 Mpa
Força= 46,68 KN
OBS: Cálculos seguem em anexo
6. Ensaios de Resistência do Concreto Endurecido
6.1.1 Ensaios de compressão axial 
O ensaio de compressão axial é considerado o principal ensaio de caracterização dos concretos, é amplamente difundido no setor da construção civil, pois a partir deste se obtém a resistência característica dos concretos (fck), sendo esse parâmetro utilizado como referência para os cálculos e dimensionamentos dos elementos construtivos. Desta forma, no total foram utilizados 06 corpos de prova para determinação desse ensaio sendo a idade de cura de 07 dias. Conforme figura 1.4
6.1.2 Ensaios de tração por compressão diametral 
O ensaio de tração por compressão diametral determina outro importante parâmetro na caracterização dos concretos, tratando em especial do concreto reforçado com fibra. Acredita se que as fibras podem contribuir significativamente na resistência à tração dos elementos ciumentíssimos. Para avaliação da resistência à tração do concreto reforçado com fibra foram submetidos ao 06 corpos de prova cilíndricos, confeccionados com os concretos mencionados anteriormente, possuindo diferentes teores de fibra e sendo um de referência. 
6.2.3 Ensaios de resistência à tração na flexão em corpos de provas prismáticos 
O ensaio de resistência à tração na flexão é considerado um ensaio mais complexo, devido ao seu processo de execução e pela aparelhagem necessária. No entanto, a partir dos resultados obtidos, além da resistência a tração na flexão, é possível obter parâmetros importantes relacionados com as propriedades do concreto endurecido. Através desses dados é mensurável o cálculo da elasticidade e principalmente da tenacidade dos concretos, haja vista, que essa propriedade é bastante significativa quando se avalia o desempenho de resistência dos concretos reforçados com fibras de aço.
7. DURABILIDADE
As dúvidas em relação à durabilidade do concreto reforçado com fibras de aço são frequentes em grande parte, não estão tecnicamente embasadas. Isto se deve ao fato natural de se observar fibras oxidadas na superfície de pavimentos e túneis, ou mesmo daquelas que se perdem durante a reflexão do concreto projetado. No entanto, é conveniente que se destaque o fato das fibras de aço não receberem nenhum tratamento especial para evitar a corrosão, logo a sua durabilidade está condicionada ao seu confinamento no meio fortemente alcalino (pH em torno de 12,5) do concreto onde permanecerá apassivada. 
Conforme MEHTA e MONTEIRO (1994) envolvendo ensaios de durabilidade em longo prazo, mostraram que as fibras no concreto apresentaram mínimos sinais de corrosão e nenhum efeito deletério nas propriedades do concreto após sete anos de exposição a ataque de sais de descongelamento. Assim, a corrosão das fibras na superfície do concreto está associada à carbonização do concreto que se inicia justamente nesta região mais próxima da atmosfera e força a redução do pH. Quando o mesmo atinge o valor de 9 o aço é despassivado e principia-se a corrosão (OLLIVIER, 1998). 
No entanto, deve-se ressaltar o fato de que as fibras restringem a propagação das fissuras no concreto. Como consequência direta da restrição à propagação das fissuras proporcionada pelas fibras tem-se um aumento da resistência à entrada de agentes agressivos com consequente aumento da durabilidade da estrutura (CHANVILLARD, AITCIN e LUPIEN, 1989). Assim, é de se esperar que a estrutura apresente um desempenho superior com relação à durabilidade com a utilização de fibras ao invés da armadura contínua convencional. Isto ocorre para que haja corrosão da armadura no concreto deve haver uma diferença de potencial, a qual pode ser originada por diferenças de concentração iônica, umidade, aeração, tensão no aço ou no concreto. 
HELENE (1986) aponta que a corrosão localizada, apesar de intensa e perigosa, é originada quando os ânodos são de dimensões reduzidas e estáveis, sendo rara no concreto armado. Tanto que maior será a dificuldade de se encontrar uma diferença de potencial numa armadura quando menor for sua dimensão. Assim é o caso da fibra comparada com a armadura convencional com barras contínuas. Este fato é confirmado por pesquisas que induziram a um severo ataque o concreto armado com fibras.
 BENTUR e MINDESS (1990) relatam uma série de pesquisas onde o desempenho do concreto reforçado com fibras foi superior ao convencional, seja com ataques severos de cloretos, seja por efeito de congelamento. 
Mesmo com o concreto fissurado a fibra apresenta uma capacidade resistente à corrosão, como apontou o estudo desenvolvido por CHANVILLARD, AITCIN e LUPIEN (1989), que não observou sinais de corrosão e perda de seção transversal por este fenômeno quando a abertura de fissuras nos pavimentos não ultrapassou 0,2mm.
 
8. ANÁLISE DOS RESULTADOS
Como forma de analisar o desempenho de resistência do concreto com fibras de aço verificou-se, primeiramente, os acréscimos de resistência proporcionados ao concreto devido à adição das fibras no interior da matriz cimentícea, comparando os diferentes traços de concreto com seus distintos teores de fibras de aço com o concreto de referência, ou seja, sem fibra. Essa análise foi feita para os três ensaios de resistência executados, nas suas respectivas idades.
8.1 Análises dos acréscimos de resistência com o teor de fibra de aço
A análise do acréscimo de resistência com o teor de fibra adicionado nos traços de concreto vem a identificar o traço que apresenta o melhor desempenho das propriedades mecânicas, levando em consideração o volume de fibra de adicionado na matriz de concreto. Conforme figuras: 1.2 e 1.3
RELATÓRIO SEGUE EM ANEXO
9. JUSTIFICATIVA
Segundo Ferreira (2002), a utilização dos concretos de cimento Portland reforçados com fibras de aço, denominados CRFA, vem ganhando, nos últimos anos, grande impulso, com diversas aplicações em obras hidráulicas, em pavimentos viários rígidos, em túneis ferroviários e rodoviários e pisos industriais, uma vez que o material pode conduzir a estruturas mais duráveis, esbeltas e, em consequência, a obras mais econômicas. 
De maneira análoga ao que acontece no caso das armaduras tradicionais, as fibras de aço são adicionadas ao concreto com o objetivo de modificar o regime de ruptura do material, conferindo uma resposta mais dúctil no regime pós-pico do carregamento e restringindo a abertura e a propagação de fissuras. Por estarem distribuídas por todo o volume do material, acabam por gerar um compósito virtualmente isotrópico, mais rígido e resistente. 
Acredita-se que as fibras possam se constituir em um importante fator para controlar a fissuração de estruturas de concreto submetidas a cargas de elevada energia aplicadas num curto espaço de tempo. Isto permitirá construir compósitos mais adequados para utilização em situações onde haja perigo de quedas ou choques de objetos, de explosões, ou ainda quando for desejável uma maior resistência à penetração de projéteis. Portanto, torna-se necessário o aprofundamento dos conhecimentos relativos ao comportamento frente à fissuração de estruturas submetidas a cargas dinâmicas. 
A questão de pesquisa que se estabelece está correlacionada com o fato de que os compósitos frequentemente apresentam propriedades emergentes, decorrentes da sinergia entre os elementos que o compõem, que superam as propriedades individuais de cada elemento. No caso do impacto, é fundamental conhecer as propriedades do compósito resultante, pois as mesmas são os parâmetros básicos necessários para que se possam realizar análises numéricas de simulação dos efeitos deste tipo de solicitação.
Propriedades como a resistência à tração e a energia específica de fratura dependem da natureza da matriz, do tipo, características e quantidade de fibra empregada como reforço e da forma e eficiência da interação fibra-matriz. Dados sobre as mesmas ainda são escassos. Este trabalho busca colaborarnesta direção, caracterizando compósitos gerados com diferentes teores e geometrias de fibra de aço, avaliando seu desempenho quanto ao impacto e verificando se é possível representar os resultados obtidos com o emprego de um modelo de elementos discretos. 
10. CONSIDERAÇÕES FINAIS
No desenvolvimento deste estudo pôde-se observar que as fibras de aço, quando adicionadas ao concreto, constituem um novo material, com propriedades distintas dos concretos convencionais. Isso ocorre devido à boa resistência mecânica à tração e ao elevado módulo de elasticidade que a fibra possui. Através dos experimentos executados, pode-se observar que o concreto com fibra de aço apresentou uma melhoria nas propriedades da resistência à compressão axial. No entanto, os benefícios foram superiores quando foram analisadas as propriedades de resistência à tração dos concretos em comparação a um concreto sem fibras. Isso foi comprovado, através dos acréscimos de resistência obtidos pelos traços com fibra de aço e pelos percentuais equivalentes da resistência à tração em relação à resistência à compressão axial.
Em suma, a viabilidade da adição de fibras de aço é comprovada, parcialmente, pela melhoria das propriedades de resistência oferecida pelas fibras no interior da matriz de concreto. Entretanto, outras pesquisas relacionadas à durabilidade do material e a resistência ao impacto ainda devem ser desenvolvidas com o intuito de comprovar integralmente esse estudo.
11. IMAGENS
TABELA 1,1
 Figura 1.2 Corpo de prova com agregado
Figura 1.3 Corpo de Prova sem Agregado
Figura 1.4 ROMPIMENTO
12. BIBLIOGRAFIA
1. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7.217: agregados – determinação da composição granulométrica, 2003. 
2. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7.222: argamassa e concreto – determinação da resistência à tração por compressão diametral de corpos-de-prova cilíndricos, 1994. 
3. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 8890:07 utilização de fibras de aço para reforço do concreto.
4. CONCRETO: REVISTA OFICIAL DO INSTITUTO BRASILEIRO DO CONCRETO. São Paulo: IBRACON, jun. 2004, n. 35, 2004. 
5. FIGUEIREDO, A. D. Concreto Reforçado com Fibras de Aço. São Paulo: Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, 2000. Boletim Técnico. 
6. CALDAS, A.; FIGUEIREDO, A. D.; BITTENCOURT, T. N. Propriedades de Concreto Reforçado com Fibras de Aço (CRFA): comparação entre métodos de medida, anais do 5º simpósio EPUSP sobre estruturas de concreto
7. http://www.cimentoitambe.com.br/tubos-de-concreto-para-saneamento-agregam-nova-tecnologia/
8. http://www.pcc.usp.br
9. Anexo 1 RELATÓRIO DO ROMPIMENTO
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