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CONCRETO REFORADO COM FIBRAS.

1. INTRODUO:

De acordo com LEVY NETO e PARDINI (2006), a caracterstica bsica dos compsitosestruturais combinar a nvel macroscpico pelo menos duas fases distintas denominadas dematriz e reforo. Nestes materiais, a matriz, normalmente apresentada na forma de aglutinante,

permite que os reforos, os quais frequentemente so oferecidos na forma filamentar, transfiramos esforos mecnicos entre si, trabalhando assim, ambos os materiais de forma integrada.Segundo HULL e CLYNE (1996), a origem desta classe de material remonta a incontveismilhares de anos, uma vez que as madeiras, os ossos e os tecidos musculares so exemplosnotveis dos chamados compsitos naturais.

De acordo com FIGUEIREDO (2000) e MEHTA e MONTEIRO (2006), a utilizao demateriais compsitos na construo civil remete ao Antigo Egito. Os referidos autoresdestacaram as seguintes citaes das Escrituras Sagradas:

Portanto deu ordem Fara, naquele mesmo dia, aos exatores do povo, e aos seus oficiais,dizendo: Daqui em diante no torneis a dar palha ao povo, para fazer tijolos, como fizestes

antes: vo eles mesmos, e colham palha para si. (x 5, 6s).

No que diz respeito s fibras utilizadas na construo civil, NAAMAN (2003) comenta que asfibras discretas usadas no concreto podem ser classificadas de diferentes modos, quanto aomaterial constituinte (metlicas, minerais, naturais e sintticas ver Figura 1.1), quanto s

propriedades fsico-qumicas (densidade, rugosidade da superfcie, estabilidade qumica, etc) equanto s propriedades mecnicas (resistncia trao, mdulo de elasticidade, rigidez,ductilidade, etc).

a) Metlicas (ao) b) Minerais (vidro)

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c) Naturais (sisal) d) Sintticas (polipropileno)

Figura 1.1. Tipos de fibras utilizadas na contruo civil.

No tocante s fibras de ao, segundo o ACI 544.1R-96, os primeiros ensaios experimentais epatentes envolvendo o uso de elementos discretos de ao na melhoria das propriedades doconcreto datam de 1910. Entretanto, segundo LOPES (2005), LOBO (2005), OLIVEIRA(2010) e outros, os materiais compsitos a base de cimento apresentaram um desenvolvimentotecnolgico notrio nos anos 50 e 60. Neste perodo promoveram-se as principais investigaesquanto utilizao das fibras de ao como reforo estrutural para o concreto.

De acordo com BARROS (1995), as propriedades do concreto mais beneficiadas pelosmecanismos de reforo das fibras so a capacidade de absoro de energia, a ductilidade, ocontrole da fissurao e a resistncia s aes dinmicas, de fadiga e de impacto. Quanto aplicao do concreto reforado com fibras de ao, BARROS (1995) e RODRIGUES JNIOR(2009) exemplificam a utilizao destes concretos nos pisos industriais, nos pavimentos deestradas e aeroportos, nos revestimentos de tneis, nos blocos de ancoragem de cabos de

protenso ou em outras regies com concentrao de tenses, nos tubos de guas pluviais eesgotos, nas cascas, nos elementos de conteno, nos elementos sujeitos sismos e/ou impactos, nos dormentes, nos pr-fabricados em geral, nos reforos de elementos estruturais, etc.

De acordo com SANTOS (2009), em 1970 foi construdo o primeiro prdio com concretoreforado com fibras de ao, o CN Towerem Toronto-Canada, Figura 1.2.

Figura 1.2. CN Tower- Toronto-Canada (553.33 metros de altura).

A eficcia das fibras em melhorar as propriedades mecnicas da matriz de concreto pode seratribuda principalmente aos mecanismos responsveis pela transferncia de tenses entre a fibrae o concreto e pelo ao efeito de costura das fissuras pelas fibras. Os aspectos mencionados

anteriormente (a transferncia de tenses e o efeito de costura), assim como outraspropriedades do concreto com fibras sero discutidos nas sees seguintes.

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2. CONCRETO REFORADO COM FIBRAS DE AO - CRFA:

2.1. CONSIDERAES GERAIS:

De acordo com o ACI 544.1R-96, define-se concreto reforado com fibras de ao, CRFA, oconcreto feito com cimento hidrulico contendo agregados finos, ou agregados finos e grados, efibras discretas e descontinuas de ao, as quais apresentam tamanho apropriado para serem

introduzidas ao concreto. As fibras de ao utilizadas como reforo apresentam uma amplavariao de formatos, dimenses e tipos de ao, conforme ser apresentado nas sees seguintes.

Segundo BARROS (2000), o CRFA apresenta vantagens econmicas e tcnicas sobre o reforoconvencional com barras de ao. As vantagens econmicas advm da possibilidade de suprimir

parte da armadura convencional (barras de ao) do concreto armado, o que conduz supressoda mo de obra necessria confeco e montagem destas armaduras e ao menor tempo deexecuo da estrutura. Quanto s vantagens tcnicas, Barros salienta que as fibras conferem aoconcreto: capacidade de absoro de energia, ductilidade, melhorias no controle da fissurao e

benefcios resistncia s aes dinmicas, de fadiga e de impacto.

Apesar das vantagens conferidas pelas fibras, ateno especial deve ser dada ao processo depreparo do CRFA para que seja evitada a aglomerao das fibras (formao dos ourios, verFigura 2.1), o que comprometer a trabalhabilidade, a durabilidade e o desempenho mecnico doconcreto. De acordo com BARROS (1995), BARROS (2000) e MARANGON (2006), aaglomerao das fibras est relacionada porcentagem e ao fator de forma das fibras,

porcentagem e ao tamanho dos agregados, composio granulomtrica da mistura, relaogua/cimento e ao mtodo de preparo da mistura. O fator de forma, ou esbeltez, da fibrarepresenta a razo entre o comprimento e o dimetro da mesma, lf/df. Para FIGUEIREDO (2000)e ELSAIGH (2001), quanto maior o valor do fator de forma e da porcentagem de fibras, maiorser a tendncia para a aglomerao das mesmas. Por isso se recomenda lanar as fibras em taxascontroladas junto com os agregados, homogeneizando a mistura antes do lanamento do

cimento.

a) CRFA sem ourio b) CRFA com ourio c) CRFA com ourioFigura 2.1. Formao de ouriono CRFA MENDONA FILHO e SILVA JNIOR (2011).

Alm das desvantagens apresentadas anteriormente, SHAKHMENKO et al.(2007) acrescenta:(1) a alta heterogeneidade do CRFA, ou seja, para concretos com quantidades de fibrassuperiores a 20 ou 30 kg/m3 invivel a confeco do mesmo sem a utilizao de aditivosqumicos; (2) dependendo da quantidade de fibra utilizada, o preo do CRFA pode ser superiorao do concreto convencional; e (3) a falta de cdigos que estabeleam de forma unificada

procedimentos de construo e projeto.

Segundo BARROS (1995), caso se pretenda aumentar a porcentagem de fibras sem comprometera trabalhabilidade da mistura, ser necessrio utilizar composies de granulometria mais finas. normal utilizar-se tambm aditivos plastificantes redutores de gua, uma vez que estes

permitem diminuir a porcentagem de gua e, consequentemente, aumentar a resistncia do

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compsito, sem prejuzo trabalhabilidade da mistura. De acordo com o ACI 544.1R-96,FIGUEIREDO (2000) e BARROS (2000), uma alternativa para minimizar o impacto natrabalhabilidade a utilizao das fibras coladas em pentes, conforme mostra a Figura 2.2.Quando os pentes so misturados ao concreto, tem a sua cola dissolvida, o que permite umamelhor homogeneizao do compsito.

a) b) c)

d) e) f)

Figura 2.2. Fibras em pentes e individuais.

2.2. A FIBRA DE AO:

Segundo o ACI 544.1R-96, as fibras de ao destinadas ao reforo do concreto sosuficientemente curtas para serem dispersas aleatoriamente massa fresca de concreto. A NBR15530 (2007) classifica as fibras de ao de acordo com a geometria (Tipo A, C eR) e quanto aoao que lhes deu origem (Classe I, II e III), ver a Tabela 2.1. As fibras do Tipo A, C eR sodesignadas, respectivamente, por fibras Hooked, Crimped e lisas. Alm das classificaesanteriores, a NBR 15530 tambm estabelece limites para os valores do fator de forma e daresistncia trao das fibras. No que diz respeito tenso de escoamento mnima das fibras, oASTM A 820 (1996) sugere a tenso de 345 MPa, enquanto que o JSCE (1983) especifica o

valor de 552 MPa. Alm dos tipos de fibras apresentados na Tabela 2.1, o Technical Report no

63publicado pela The Concrete Societytambm cita os tipos de fibras ilustrados na Figura 2.3.

Tabela 2.1. Classificao das fibras de ao segundo a NBR 15530 (2007)

Tipo Classe Geometria Fator de forma mnimoLimite de resistncia

trao (MPa)

A

I 40 1000

II 30 500

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C

I 40 800

II 30 500

III 30 800

R

I 40 1000

II 30 500

a) Fibras com ancoragem tipo button b) Fibras com ancoragem tipopaddle

c) Fibras endentadas retangulares d) Fibras endentadas circulares

Figura 2.3. Outros tipos de fibra apresentados pelo Technical Report no 63 (The Concrete Society)

No que diz respeito classificao das fibras segundo as regulamentaes internacionais,comentam-se as recomendaes do BS EN 14889-1 (2006), da ASTM A 820 (1996), as quaisclassificam as fibras segundo o processo de fabricao, e da JSCE (1983), que classificam asfibras de acordo com a seo transversal das mesmas, ver a Tabela 2.2.

Tabela 2.2. Classificao das fibras segundo as regulamentaes internacionais

BS EN 14889-1 (2006) ASTM A 820 (1996) JSCE (1983)Grupo I- Fios trefilados Tipo I- Fios trefilados Tipo 1- Seo quadrada

Grupo II- Chapas cortadas Tipo II- Chapas cortadas Tipo 2- Seo circular

Grupo III- Extr. de metais fundidos Tipo III- Extr. de metais fundidos Tipo 3- Seo crescente

Grupo IV- Raspas de fios trefilados Tipo IV- Outras fibras -

Grupo V- Obt. do proc. de fresagem - -

De acordo com o ACI 544.1R-96, as fibras de ao lisas, ou seja, sem mecanismo de ancoragemnas extremidades e com seo transversal circular (fibras RI da Tabela 2.1) so produzidas docorte de fios de ao, com dimetro, df, variando entre 0.25 e 1.00 mm. As fibras lisas com seoretangular (fibras RII da Tabela 2.1) so produzidas do corte de chapas de ao ou doachatamento dos fios de ao e apresentam dimenso que variam entre 0.15e0.64 mm e0.25w2.03 mm. Ainda segundo o ACI 544.1R-96, o comprimento das fibras abrange valoresentre 6.4 e 76 mm.

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Os processos de fabricao citados anteriormente estendem-se tambm s fibras crimped(Tipo Cda Tabele 2.1), s fibras endentadas (Figuras 2.3c e 2.3d) e s fibras com ancoragem nasextremidades (Tipo A da Tabela 2.1 e Figuras 2.3a e 2.3b), as quais so posteriormenteconformadas longitudinalmente at alcanarem o formato desejado.

2.3. PREPARO DO CRFA:O ACI 544.4R-88 relata que o preparo do CRFA pode ser realizado com equipamentos e

procedimentos convencionais, desde que a quantidade de fibra seja limitada de 0.5 a 1.5 % dovolume de concreto. Para quantidades maiores, o ACI 544.4R-88 sugere que o mtodo deadicionar fibras massa de concreto, assim como o procedimento de preparo do mesmo, ambosdevem ser aprimorados. SHAKHMENKO et al. (2007) comentam ser vivel preparar CRFA,com quantidades de fibra abaixo de 1.25 %, usando as dosagens tradicionais de concreto. Paraquantidades maiores de fibras, Shakhmenko et al.comentam que h a necessidade de adotar umamtodo diferente de dosagem, o qual considera quantidades maiores de pasta de cimento e aadoo de curvas granulomtricas semelhantes as utilizadas nos concretos auto adensveis.

O ACI 544.3R-08 adverte que as fibras devam ser lanadas em uma mistura fluida, o queproporcionaria uma melhor disperso das fibras e minimizaria a formao dos ourios. Oreferido documento tambm apresenta alguns procedimentos para utilizar as fibras (no coladasem pentes) em betoneiras, ou caminho betoneira, e em centrais de concreto. De acordo com oACI 3R-08, as fibras individuais com lf63 mm e fator de forma, lf/df, de pelo menos 50, e atmesmo as fibras coladas em pentes (30 fibras/pente), podem ser os ltimos elementosadicionados mistura sem comprometer a trabalhabilidade final do CRFA.

A adio de fibras em betoneiras ou caminho betoneira pode ser realizada conforme segue: (1)o concreto preparado primeiramente sem fibras; (2) o slumpdo concreto antes da adio das

fibras deve ser de 51 a 76 mm maior que o slumpdesejado; (3) o uso de aditivos redutores degua pode ser vantajoso, mas no essencial; (4) a adio das fibras ao concreto deve serrealizada evitando-se a aglomerao de fibras, caso contrrio, as mesmas permaneceramaglomeradas durante a mistura. A aglomerao pode ser minimizada utilizando-se uma peneirade 100 mm na bocado misturador. Nas centrais o processo mais simples, pois as fibras podemser consideradas um agregado. Nestas condies, as fibras so lanadas e misturadas com osagregados e no separadamente. Semelhantemente ao processo anterior, tambm se recomendaateno quanto aglomerao das fibras e aos fatores que promovem a formao dos ourios.

Nas Tabelas de 2.3 a 2.9 so apresentados exemplos de dosagens de concretos reforados comfibras de ao. Mais detalhes sobre mtodos de preparo do CRFA so encontrados em BARROS(1995), BARROS (2000), FIGUEIREDO (2000) e VAN CHANH (2005).

Tabela 2.3. Identificao dos materiais MORAES-NETO (2013)

Materiais Identificao

Cimento Portland CEM I Classe 42.5R

Pozolana Cinza volante

Agregado grado Brita 12

Agregado mido Areia + Areia fina

Superplastificante SP Sika 3005

gua Potvel

Fibras de ao MACCAFERRI Wirand Fibre FS1

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Tabela 2.4. Consumo de material MORAES-NETO (2013)

MaterialConsumo (kg/m3)

Vf0fc50 Vf60fc50 Vf75fc50 Vf90fc50 Vf0fc70 Vf60fc70 Vf75fc70 Vf90fc70

Cimento 420 420 420 420 480 480 480 480

Cinza volante 65 65 75 80 65 65 75 80

Brita 12 670 668 661 657 628 627 620 619

Areia 806 804 795 790 757 755 746 741Areia fina 269 268 265 265 253 252 249 247

Superplastificante 6.79 7.76 7.92 8.00 7.63 8.72 8.88 8.96

gua 165 165 168 170 185 185 189 190

Fibras 0 60 75 90 0 60 75 90

Tabela 2.5. Consumo de material SOULIOTI et al.(2011).


Vf0fc40 Vf40fc40 Vf80fc40 Vf120fc40

Cimento (CEM II 42.5) 440 440 440 440

Brita (max=10 mm) 366 363 360 356Areia 1225 1215 1205 1193

Superplastificante 3 3.2 3.7 4

gua 220 220 220 220

Fibras (ZP-305 DRAMIX) 0 40 80 120

Tabela 2.6. Consumo de material HOLANDA (2002).


Vf0fc25 Vf80fc25 Vf160fc25

Cimento (CP II E32) 424.77 424.77 424.77

Brita (max=6.3 mm) 875.03 875.03 875.03Areia 824.05 824.05 824.05

Superplastificante 0 2.80 4.20

gua 276.10 276.10 276.10

Fibras (ZP-305 DRAMIX) 0 80 160



Vf0fc60 Vf80fc60 Vf160fc60 Vf60fc40 Vf120fc40

Cimento (CP II E32) 718.56 718.56 718.56 423.15 423.15

Brita (max=6.3 mm) 891.01 891.01 891.01 1056.30 1056.30

Areia 546.11 546.11 546.11 760.56 760.56

Superplastificante 7.19 12.22 14.37 3.59 7.19

gua 244.31 244.31 244.31 211.30 211.30

Fibras (ZP-305 DRAMIX) 0 80 160 60 120

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Cimento (CP V-ARI PLUS) 470.59 470.59 470.59

Microsslica 47.06 47.06 47.06

Brita (max=19 mm) 1096.47 1096.47 1096.47

Areia 625.88 625.88 625.88Superplastificante 0 14.12 14.12

gua 160.00 160.00 160.00

Fibras (HSCF-25 HAREX) 0 60 120

Tabela 2.9. Consumo de material AZEVEDO (1999).



Cimento (CP II F32) 423.15 423.15 423.15

Brita 1 1056.30 1056.30 1056.30

Areia 760.56 760.56 760.56gua 211.30 211.30 211.30

Fibras (RC 65/30 BN) 0 60 120

2.4. PROPRIEDADES DO CRFA FRESCO:

O ACI 544.1R-96 relata que as propriedades do CRFA no estado fresco so influenciadas pelaspropriedades das fibras (fator de forma, geometria e quantidade de fibra adicionada ao concreto),do concreto e pela aderncia interfacial entre a fibra e o concreto. No que diz respeito trabalhabilidade, o ACI 544.3R-08 comenta que o CRFA ligeiramente diferente do concreto

convencional.

Para volumes de fibras entre 0.25 % e 1.5 %, o ACI 544.1R-96 relata que a medida doslump testdo concreto com fibras pode ser reduzida de 25 a 102 mm, comparativamente ao concretoconvencional. O referido documento tambm informa que o slump testno apropriado paraavaliar a trabalhabilidade do CRFA e recomenda o Vebe consistometer (recomendao da BS1881: Part 104, 1983) e o inverted slump-cone time(recomendao do ASTM C995, 2008), verFigura 2.4. O ACI 544.3R-08 salienta que as propriedades das fibras, assim como a quantidadede cimento, areia e agregado podem interferir nos resultados dos testes de trabalhabilidade e queestes testes no so apropriados aos concretos que fluem livremente atravs do cone (concretoauto adensvel).

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a) Vebe consistometer b) inverted slump-cone time

Figura 2.4. Testes para medir a trabalhabilidade do CRFA Recomendao do ACI 544.1R-96

De acordo com o ACI 544.1R-96, concretos com fibras longas e lf/df>100 apresentam tendncia formar ouriosque no se desfazem apenas com vibrao. Diferentemente destes concretos,nos concretos com fibras curtas e lf/df

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concreto simples, as fibras do CRFA permitem uma redistribuio dos esforos (capacidadeportante ps-fissurao) mesmo quando utilizada em baixos teores. Com base na Figura 2.5b,verifica-se que o concreto simples est suscetvel s concentraes de tenses quando dosurgimento de uma fissura, visto que a fissura representa uma barreira propagao das tenses.

No CRFA, ver a Figura 2.6b, as fibras servem como ponte de transferncia de tenses nasfissuras, minimizando assim a concentrao de tenses nas extremidades das mesmas.

a) Distribuio das tenses no concreto simples antes da fissurao

b) Distribuio das tenses no concreto simples fissurado

Figura 2.5. Distribuio das tenses (linhas vermelhas) no concreto simples FIGUEIREDO (2000)

a) Distribuio das tenses no CRFA antes da fissurao

b) Distribuio das tenses no CRFA fissurado

Figura 2.6. Distribuio das tenses (linhas vermelhas) no CRFA FIGUEIREDO (2000)

Conforme mencionado anteriormente, os benefcios que as fibras introduzem ao CRFAdependem das propriedades das mesmas e da qualidade do concreto. Para BARROS (2000), o

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tipo de fibra deve ser selecionado em funo do tipo de concreto a ser utilizado, por exemplo,nos concretos de elevada resistncia devem-se evitar fibras longas (reduz a possibilidade deruptura das fibras), enquanto que nos concretos de resistncia normal e com inertes de maiordimenso devem-se utilizar fibras longas (facilita a costura da fissura).

Corroborando os comentrios de Barros, FIGUEIREDO (2000) comenta que deve havercompatibilidade dimensional entre os agregados e as fibras para que estas ltimas possam

realmente trabalhar como ponte de transferncia de tenses. Quando no h estacompatibilidade, uma quantidade menor de fibras trabalha como ponte de transferncia detenses nas fissuras, conforme mostra a Figura 2.7. Alm do exposto, Figueiredo tambmcomenta que a capacidade portante do CRFA pode ser comprometida caso as fibras noapresentem ductilidade suficiente para se deformarem plasticamente no momento da fissurao.Dado o elevado nvel de tenso cisalhante no plano da fissura, fibras com pouca ductilidade

podem romper por corte antes do deslizamento da matriz de concreto, ver a Figura 2.8.

a) CRFA compatibilizado b) CRFA no compatibilizado

Figura 2.7. Influncia da compatibilidade dimensional entre os agregados e as fibras FIGUEIREDO (2000)

a) Fibra frgil (ruptura por cisalhamento) b) Fibra dctil (deformao plstica)Figura 2.8. Comportamento dctil das fibras FIGUEIREDO (2000)

De acordo com o ACI 544.4R-88, o mecanismo de reforo das fibras implica na transferncia detenses da matriz de concreto para as fibras, a qual acontece devido aderncia interfacial fibra

x matriz de concreto e pelo engrenamento dos agregados, que ocorre na seo fissurada doconcreto caso a fibra tenha ductilidade para se deformar.

BARROS (2000) comenta que a ductilidade do CRFA est relacionada aos mecanismos dereforo das fibras, os quais dependem das configuraes geomtricas das fibras. O ACI 544.4R-

88 relata que, geralmente, quanto mais dctil for a fibra, mais dctil ser a runa do concreto.Como exemplo, Barros cita que o mecanismo de reforo das fibras lisas resulta da aderncia, doatrito entre as fibras e a matriz de concreto e da deformao elstica das fibras. Nos casos de

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fibras com superfcie irregulares (fibras endentadas e fibras crimped) e fibras com ancoragemnas extremidades (fibras hooked e fibras com ancoragem tipo button ou paddle), somam-se,respectivamente, aos mecanismos anteriores, o mecanismo de engrenagem e o mecanismo

proveniente da ancoragem das extremidades. Trabalhos como os de HOLSCHEMACHER eMLLER (2007), KRASNIKOVS e KONONOVA (2009) e SALNA e MARCIUKAITIS(2010) tm mostrado que as fibras com ancoragem nas extremidades e as fibras crimpedconferem, ambas, performance satisfatria ao CRFA.

O ACI 544.1R-96 relata que a fibra de ao melhora a ductilidade do concreto em todos os modosde carregamento, compresso, trao, cisalhamento, toro e flexo, entretanto, o acrscimo daresistncia diferenciado para cada tipo de carregamento, conforme apresenta os tpicoseguintes.

2.5.1. Resistncia compresso:

Segundo o ACI 544.1R-96, a resistncia compresso do CRFA no influenciadasignificativamente pelas fibras. O referido documento relata acrscimos na ordem de 15 %

quando o concreto apresenta reforo de at 1.5 % de fibras. Para o CEB-FIP (2010), aspropriedades compresso do concreto simples podem, geralmente, ser aplicveissatisfatoriamente ao CRFA. Para BARROS (1995) e RAMLI e DAWOOD (2011), a quantidadede fibras utilizada no concreto, o fator de forma das mesmas, assim como as condies deancoragem entre as fibras e a matriz, ambas conduzem a acrscimos discretos na resistncia compresso do CRFA. Alm da resistncia compresso, verifica-se que a deformaocorrespondente referida tenso resistente tambm aumenta suavemente com a adio de fibras massa de concreto, conforme relatado em BARROS (1995), NATARAJA et al. (1999) eoutros.

De acordo com FIGUEIREDO (2000), algumas pesquisas sugerem que a adio de fibras

massa de concreto reduz a resistncia compresso do CRFA. O referido autor comenta que esteefeito consequncia do preparo inadequado do material. RAMLI e DAWOOD (2011) realamque a menor resistncia seja atribuda distribuio no homognea das fibras na matriz deconcreto.

No que diz respeito curva tenso x deformao, ver Figura 2.9, obtida em ensaios decompresso de corpos de prova cilndricos, NATARAJA et al. (1999) comentam que tanto oramo ascendente como o descendente da curva so influenciados pela adio de fibras noconcreto, porm, o grande benefcio do CRFA observado no ramo descendente, a fase deamolecimento do concreto. De acordo BARROS (1995), na fase de amolecimento, o fator deforma das fibras e a geometria das mesmas tm menor efeito que a porcentagem de fibras.Anlises sobre as curvas tenso x deformaotambm mostram que a adio de fibras matrizde concreto aumenta a ductilidade e a tenacidade do concreto, visto que as fibras atuam como

ponte de transferncia de tenses entre fissuras, conforme mencionado em FIGUEIREDO (2000)e LOPES (2005).

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fc

fc

Figura 2.9. Curva tenso x deformaotpica obtida em ensaios de compresso NATARAJA et al.(1999)

2.5.2. Resistncia trao direta:

O ACI 544.1R-96 comenta que a resistncia trao do CRFA melhorada significativamente.

O referido documento relata acrscimos de 30 a 40 % para adies 1.5 % de fibras massa deconcreto. Entretanto, contrariando o comentrio anterior, o ACI 544.4R-88 informa que asresistncias do CRFA e do concreto simples apresentam a mesma ordem de grandeza, variandoentre 2 e 4 MPa. Segundo o CEB-FIP (2010), o teste de trao direta no apropriado pararepresentar o teste padro de novas misturas, pois a execuo e a interpretao dos resultadosdestes testes so difceis. O CEB-FIP (2010) acrescenta que o ensaio de trao em CRFA podefornecer, dependendo da composio do compsito, comportamento softening (resposta ps-fissura com amolecimento), quando as deformaes se localizam em uma nica fissura, ouhardening (resposta ps-fissura com endurecimento), quando mltiplas fissuras so formadasantes de ser alcanada a carga mxima de trao, conforme mostra a Figura 2.10.

P

Pcr

Formao da fissura

P

PcrFormaoda fissura

Localizaoda fissura

a) Comportamentosoftening b) Comportamento hardening

Figura 2.10. Comportamento do CRFA nos ensaios de trao direta CEB-FIP (2010)

O RILEM TC 162-TDF (2001) estabelece critrios para a realizao de testes de trao direta emCRFA com comportamento softening, porm, o referido documento informa que o teste no destinado determinao da resistncia trao do concreto, mas sim, para estabelecer a relaotenso x abertura da fissura. O ACI 544.4R-88 comenta que as curvas obtidas nos ensaios detrao direta so influenciadas pelo tamanho do corpo de prova, pelo procedimento do teste, pelarigidez do sistema de ensaio, pelo tipo de equipamento utilizado na instrumentao e se aformao da fissura (apenas uma ou mltiplas) ocorre na regio instrumentada. De acordo comBARROS (1995), LOBO (2005) e WANG (2006), a adio de fibras de ao massa deconcreto melhora a resistncia trao, porm, o grande benefcio da fibra verificado nocomportamento ps-fissurado do material.

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2.5.3. Resistncia trao indireta:

O ACI 544.2R-89 menciona que os resultados dos testes de trao por compresso diametral emcilindros para concretos reforados com fibras so difceis de interpretar depois da primeirafissura da matriz e que por este motivo no devem ser conduzidos alm desta referida fissura.Segundo este documento, a dificuldade na interpretao dos resultados reside nodesconhecimento da distribuio das tenses aps a primeira fissura da matriz.

BARROS (1995) comenta que o uso de fibras de ao e de microslica em concreto leve confereacrscimo de 200 % na resistncia trao do concreto. RODRIGUES JNIOR (2009) cita ostrabalhos de ARAJO (2002), NUNES (2006) e OLIVEIRA (2007) para relatar que a resistncia trao por compresso diametral do concreto aumenta significativamente quando fibras de aoso adicionadas matriz de concreto. KARL et al.(2011) relatam que dependendo da quantidadefibra utilizada na massa de concreto, a resistncia trao do CRFA pode alcanaraproximadamente o dobro da resistncia do concreto simples. SHENDE e PANDE (2011)avaliaram a influncia da quantidade de fibras (Vf = 0, 1, 2, e 3 %) e do fator de forma dasmesmas (lf/df= 50, 60 e 67) sobre a resistncia trao do CRFA. Os autores verificaram que aresistncia trao do concreto melhorou com o aumento da quantidade de fibra e com a

diminuio do fator de forma. De acordo com FIGUEIREDO (2000), o aumento da resistncia trao por compresso diametral do CRFA depende da compatibilidade dimensional entre osagregados e as fibras.

2.5.4. Resistncia trao na flexo:

O RILEM TC 162-TDF (2002) estabelece que o comportamento do CRFA trao seja avaliadoem funo das reas sob a curva carga x deslocamento, ver a Figura 2.12a, ou em funo dacurva carga x CMOD (Crack Mouth Opening Displacement), ver a Figura 2.12b, as quais soobtidas do teste de flexo em trs pontos em vigas entalhadas, ver a Figura 2.11. O procedimento

do RILEM estabelece o limite de proporcionalidade do material, ffct,L, ver a equao Eq. 2.1, asresistncias equivalentes trao na flexo,feq,j(j=2 e 3), ver a equao Eq. 2.2, e as resistnciasresiduais trao na flexo,fR,i(i=1, 2, 3 e 4), ver a equao Eq. 2.3. Se o objetivo do teste for oclculo das resistncias equivalentes trao na flexo, necessrio realizar a medida apenas dodeslocamento, porm, se a inteno for determinar os valores das resistncias residuais traona flexo, possvel optar pela medida do deslocamento ou do CMOD.

22

3

sp

LL,fct

hb

LFf

Eq. 2.1

22

2 50023

sp

,BZf

,eqhb

L.

Df

Eq. 2.2

2

3

3 5022

3

sp

,BZf

,eqhb

L

.

Df

22

3

sp

i,R

i,Rhb

LFf

Eq. 2.3

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550

F

0.5

L=250 0.5

L=250

75

75

150

LVDT

clipe-gauge

hsp

25

F

clipe-gauge

LVDT

entalhe

A

A

Seo A-A

150

Figura 2.11. Ensaio de flexo em trs pontos em viga entalhada (dimenses em mm)

F

FL

[mm]L

0.3 0.35

D BZ,2f

F

FL

[mm]L

0.3 2.35

D BZ,3f

a1) Avaliao defeq,2 a2) Avaliao defeq,3

a) Curva carga x deslocamento tpica

F

F1

CMOD [mm]0.5

F2F3

F4

CMOD1

1.5

CMOD2

2.5

CMOD3

3.5

CMOD4

b) Curva carga x CMODtpica

Figura 2.12. Teste de flexo sugerido pelo RILEM TC 162-TDF (2002)

O CEB-FIP (2010) relata, semelhantemente ao RILEM TC 162-TDF (2002), que testes de flexopodem ser realizados para estabelecer o comportamento trao do CRFA. O referido cdigosugere o teste de flexo em trs pontos em vigas entalhadas, ver Figura 2.11, para estabelecer arelao carga x CMOD (Crack Mouth Opening Displacement), ver Figura 2.12b. A partir daFigura 2.12b possvel calcular o parmetro fR,i (i=1, 2, 3 e 4), ver a equao Eq. 2.4, o qualrepresenta a resistncia residual trao na flexo.

22

3

sp

j

j,Rhb

LFf

Eq. 2.4

De acordo com MARTI et al.(1999), a avaliao da resistncia e da ductilidade do CRFA pormeio de testes de flexo em vigas ou placas quadradas, conforme estabelece o EFNARC (1996),apresenta, respectivamente, a desvantagem de fornecer resultados dispersos e de no seremsimples de analisar. Para MOLINS et al. (2009), os resultados fornecidos pelo teste de flexosugerido no RILEM TC 162-TDF (2002) apresentam coeficiente de variao entre 10 e 25 %(resultados obtidos em corpos de prova com 25-75 kg/m3de fibra).

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O ASTM C1550 (2003) sugere o teste de flexo em placas redondas para avaliar a tenacidade doCRFA, ver Figura 2.13. O referido documento relata que a performance do CRFA quantificadaem termos da energia de absoro, onde, placas com 800 mm de dimetro e 75 mm de espessuraso apoiadas simetricamente em trs pivs metlicos e carregadas concentricamente por umacalota esfrica de ao. Entretanto, segundo MARTI et al. (1999), MARTIN et al. (2010) e

NOUR et al. (2011), aplicando-se os conceitos da teoria de flexo e de linha de ruptura aoreferido teste possvel estimar o valor da resistncia trao na flexo e o comportamento do

concreto em termos de carga x deslocamento, carga x rotao, tenso x rotao, etc.

a) b) c)

d) e) f)

Figura 2.13. Teste de tenacidade flexo - ASTM C1550 (2003)

Segundo COHEN (2012), o teste de flexo em placas redondas permite uma estimativa confivele econmica do comportamento ps-fissurado do CRFA. Dentre as vantagens, Cohen destaca afacilidade de execuo, a obteno de resultados poucos dispersos e a simplicidade para aplicarconceitos tericos. As desvantagens do teste, segundo a opinio do referido pesquisador, so adimenso do corpo de prova e a necessidade de usar equipamento especfico. Alm dos mtodos

apresentados, h tambm o teste de puno dupla ou o teste Barcelona (double punch test),conforme descreve MOLINS et al.(2009), e o teste de flexo em placas triangulares, conformeapresenta ALMEIDA (1999).

2.5.5. Resistncia flexo:

O ACI 544.1R-96 informa que o acrscimo conseguido na resistncia flexo do CRFA superior ao acrscimo obtido na trao e na compresso. Isto acontece porque o comportamentodctil observado na zona tracionada de uma pea flexionada de CRFA altera a distribuio,normalmente elstica, das tenses e das deformaes na seo transversal da referida pea. O

referido documento relata que a distribuio das tenses alterada plstica na zona tracionada eelstica na zona comprimida, ocasionando assim, a movimentao do eixo neutro em direo zona comprimida. ASHOUR et al. (2000) relatam que o acrscimo de resistncia flexo

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proporcionado pelas fibras de ao pouco influenciado pelo valor da taxa de armadura de flexoe proporcional resistncia compresso do concreto.

De acordo com o ACI 544.4R-88, a resistncia ltima flexo geralmente aumenta em funo deVflf/df, ou seja, em funo do produto do volume de fibras, Vf, pelo fator de forma das mesmas,lf/df. BARROS (1995) comenta que para valores elevados de Vflf/df, o comportamento flexodo CRFA influenciado pelas propriedades das fibras, enquanto que para valores baixos, as

propriedades da matriz governam o comportamento flexo do compsito. Para os casosprticos, onde o valor Vflf/df intermedirio, Barros informa que ambas as propriedades, fibra ematriz, influenciam no comportamento flexo do CRFA.

O ACI 544.4R-88 comenta que o comportamento ps-fissurado da relao carga x deslocamentodo CRFA depende do tipo e da quantidade de fibra utilizada. De acordo com SHUKLA (2011), aadio de fibras de ao massa de concreto melhora o desempenho estrutural de uma peaflexionada tanto no estado limite de servio, como no estado limite ltimo. Trabalhos como os deLOPES (2005), DESTRE e MANDL (2008), DESTRE et al.(2009) e MICHELS et al.(2012)mostram que a substituio total, ou de parte, da armadura convencional de flexo por fibras deao possvel, porm, cuidados especiais devem ser tomados no processo de preparo do

concreto, visto que o preparo inadequado da mistura pode comprometer a resistncia flexo doCRFA.

2.5.6. Resistncia ao cisalhamento:

Segundo o ACI 544.1R-96, as fibras de ao, alm de aumentarem a resistncia do concreto aocisalhamento, tambm apresentam potencial para substituir os estribos das vigas. A melhor

performance do CRFA aos esforos de cisalhamento, na ptica do referido documento, advm dacapacidade das fibras em conter a abertura das fissuras, em aumentar a capacidade portante doconcreto formao da primeira fissura e carga de runa e em aumentar a adeso friccional

com a matriz de concreto. MADAN et al.(2007) e KWAK et al.(2002) relatam que a resistnciaao cisalhamento melhora com o aumento da quantidade de fibras e com a diminuio da relaoa/d, onde ae drepresentam, respectivamente, os valores do vo de cisalhamento e da altura tilda viga. Para GUSTAFSSON e NOGHABAI (1997), concretos contendo fibras curtas e longascontribuem melhor para a resistncia do concreto ao cisalhamento. BARROS (1995) comentaque alguns resultados experimentais sugerem que a resistncia ao cisalhamento aumenta com ofator de forma das fibras, porm, a resistncia pode ser comprometida para lf/df>75,

provavelmente devido a problemas de preparo do concreto.

O ACI 544.1R-96 informa que dependendo das propriedades geomtricas das fibras e da suaquantidade na massa de concreto, o aumento da resistncia ao cisalhamento pode, inclusive,alterar o modo de runa de frgil para dctil. No que diz respeito s vigas de CRFA, BARROS(1995) relata que a alterao do modo de runa depende tambm da taxa de armadura de flexo edo parmetro a/d. Barros complementa a abordagem afirmando que para baixos valores de a/daalterao no modo de runa s acontece para quantidades elevadas de fibras na massa deconcreto.

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