fibras no concreto

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  • 7/27/2019 Fibras No Concreto

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    Concreto com fibrasincorporadas.

    Notas de aula

    Prof. Eduardo C. S. Thomaz pg. 1/13

    CRF - Concreto Reforado com Fibras - Mito e RealidadeResumo dos artigos do Prof. Sidney Mindess

    Fibre Reinforced Concrete Myth and Reality Advances in Cement andConcrete - ASME American Society of Civil Engineers 1994

    Fiber reinforced concrete captulo 22 do livro Concrete- PrenticeHall-2002

    Concreto reforado com fibras ( CRF ) pode ser definido como um material feitocom cimento Portland, agregados, e contendo fibras descontnuas misturadas.O Concreto Reforado com Fibras ( CRF ) vem sendo usado desde 1960.

    As fibras tm sido encaradas como uma panacia para todos os problemas que possam serencontradas nas obras de concreto. Infelizmente, isso incorreto.

    Embora as fibras possam melhorar algumas das propriedades do concreto, o seu usonunca resultar em um concreto sem fissuras.

    Em 1960 foram usadas fibras de asbestos misturadas ao cimento. Desde ento tm sidousados outros tipos de fibras como: ao, polipropileno, carbono, vidro, nylon, celulose,

    acrlico, polietileno, madeira, sisal, etc.As fibras mais usadas so as fibras de ao e as fibras de polipropileno.

    As fibras so usadas em lajes de concreto sobre o terreno ( 60 % ) , em concretosprojetados ( 25 % ) e em pr-moldados ( 5% ) e outras aplicaes diversificadas.

    Algumas dessas fibras tm mdulo de elasticidade maior que o do concreto, outras tmmdulo de elasticidade menor que o do concreto.

    Porque deveramos usar fibras no concreto?

    Concreto simples, no armado, um material frgil, quebradio, com uma baixaresistncia trao e uma baixa capacidade de alongamento na trao.

    O papel das fibras descontnuas, distribudas aleatoriamente, o de atravessar as fissuras,que se formam no concreto, seja quando sob a ao de cargas externas ou quando sujeitoa mudanas na temperatura ou na umidade do meio ambiente.As fibras provocam uma certa ductilidade aps a fissurao.

    Se as fibras forem suficientemente resistentes, bem aderidas matriz cimentcia, e embastante quantidade, elas ajudaro a manter pequena a abertura das fissuras.Permitiro ao CRFresistir a tenses de trao bem elevadas, com uma grande capacidadede deformao no estgio ps-fissurao. (o chamado strain softening)

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    Infelizmente as fibras so imaginadas como sendo uma panacia para todos os problemasencontrados nas construes de concreto, pelo menos quando se l os prospectos dosfabricantes de fibras. Isso algumas vezes gera desapontamento entre os usurios quandoas fibras no produzem um concreto sem fissuras.

    Embora as fibras possam de fato produzir melhorias no comportamento do concreto,devemos ser realistas quanto ao que realmente podemos esperar das fibras, principalmentese a quantidade de fibras for pequena, (menos de 1% em volume), como o caso geral.

    Como as fibras so relativamente caras, devemos estar preparados para responder pergunta : A mesma quantidade de dinheiro no poderia ser usada para colocar uma

    armadura adicional com barras, ou para escolher um trao melhor para a matrizcimentcia, ou para seguir melhores procedimentos de cura, etc. ? .

    Na breve reviso que segue, alguns dos mitos que envolvem o uso de fibras no concretosero comparados com a prtica moderna do CRF.

    Mito No1 : Fibras aumentam a resistncia do concreto.

    As fibras, por si s, tm pouco efeito nas propriedades mecnicas estticas,particularmente quando se usa pouca quantidade de fibras, como de praxe.

    A resistncia compresso, no aumenta mais que 25%, mesmo com grande volume defibras de ao ( 2% em volume).

    Fibras de polipropileno e fibras de carbono em grandes volumes, chegam a reduzir umpouco a resistncia do concreto, porque as fibras tendem a aumentar o volume de arincorporado ao concreto durante a mistura.

    2% fibrasem volume

    Semfibras

    compresso

    3% fibras

    em volume

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    Notas de aula

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    De um modo geral, as fibras :

    no afetam muito a resistncia trao axial, embora, para grandes volumes defibra, possa haver um aumento da resistncia trao de at 6%.

    tm um grande efeito na resistncia trao na flexo. H relatos de aumento demais que 100% na resistncia, para elevados teores de fibra.

    tm pouco efeito na resistncia toro ou naresistncia ao cisalhamento.

    tm pouca influncia na resistncia abraso.

    so muito eficientes na melhoria das propriedades dinmicasdo concreto.

    aumentam a resistncia fadigado concreto. melhoram as propriedades do concreto sob a ao de cargas de impacto.

    Existem, no entanto, outros modos, provavelmente mais baratos, de aumentar aresistncia do concreto.

    A real contribuio das fibras de aumentar a ductilidade do concreto.

    A ductilidade definida em funo da rea sob a curva Carga Flecha, em qualquertipo de carregamento.

    As fibras aumentam pouco a deformao na carga de pico. Aumentam muito a absorode energia na parte ps-pico da curva Carga Flecha.

    30 kg/m3 defibras de ao

    Semfibras

    Carga

    Flecha

    60 kg/m3 defibras de ao

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    Notas de aula

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    Mito No2: Fibras podem eliminar a fissurao no concreto. praticamente impossvel eliminar a fissurao no concreto, em especial a fissurao

    devida retrao.Essa fissurao uma caracterstica inerente matriz cimentcia, que fraca na trao, eque tem pouca capacidade de deformao na trao.

    O papel das fibras de reduzir a abertura das fissuras, por meio da ligao entre as duasbordas das fissuras. As fibras no reduzem a quantidade total das fissuras, e, sim, aabertura das fissuras que fica reduzida.

    Fibras de polipropileno, em um teor de 0,1 % em volume, so comercializadas comosendo uma garantia para a reduo da retrao plstica, retrao essa que ocorre nas

    primeiras 12 horas, antes que o concreto tenha desenvolvido muita resistncia.

    As fibras, realmente, so bastante efetivas nessa aplicao.

    Se, no entanto, for feito um trao correto e se forem tomados cuidados durante olanamento do concreto, durante a vibrao do concreto e durante a cura do concreto,certamente sero obtidos resultados igualmente bons.

    Devido ao uso, na prtica, de baixos teores de fibras, elas no evitaro a fissuraocausada pelas cargas atuantes. As aberturas das fissuras que sero reduzidas pelasfibras.

    Mito No3: Fibras reduzem grandemente a permeabilidade do concreto.

    Em princpio, como as fibras ajudam a controlar a micro-fissurao e a macro-fissuraono concreto, elas deveriam reduzir a permeabilidade tambm. Isso realmente ocorre,tendo sido relatadas redues de at 80%. Infelizmente, isso no uma melhorasignificativa, como parece.Para que essa reduo fosse significativa, na prtica, ela deveria ser, pelo menos, de umaordem de grandeza ( 10 vezes menor ) . Ver figura abaixo.

    Pasta de cimento: T.C. Powers Journal ACI , Vol 51, No 3 1954 Concreto : Concrete Manual U.S.Bureau of Reclamation 1975

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    Notas de aula

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    Mito No4: As fibras podem ser usadas para substituir as barras da armadura

    de ao no concreto armado.Esse mito, que pode ser muito perigoso, devido falta de compreenso dos diferentes

    papis que as fibras e as barras da armadura desempenham no concreto armado.Barras da armadura ( longitudinais e estribos ) so colocadas em posies bem definidasnas estruturas, de modo a suportar foras de trao, cisalhamento e ocasionalmente decompresso.

    As fibras, sendo descontnuas e dispersas randomicamente na matriz do concreto, no somuito eficientes nesse objetivo.

    Embora as fibras possam ser usadas pra substituir algumas das armaduras decisalhamento ( estribos ), a sua funo primeira a de controlar a fissurao da matriz doconcreto. As fibras so efetivas nesse controle da fissurao porque elas so muitonumerosas e porque elas esto pouco espaadas.O nmero de fibras que pode existir no concreto est mostrado nas tabelas adiante, paravrios tipos e volumes de fibras de reforo.

    As fibras devem ser vistas como um material complementar para ser usado junto com asbarras convencionais de armadura.

    sabido que as propriedades de todos os tipos de estruturas em concreto armado melhoramcom a presena de um volume suficiente de fibras de ao, de fibras de polipropileno, ou deoutras fibras, tanto para cargas estticas quanto para carga dinmicas.

    Em estruturas de concreto armado contendo barras de ao e fibras, as fibras atuam de doismodos:

    1-As fibras permitem que a resistncia trao do CRFseja usada no projeto, visto que amatriz cimentcia no perder sua capacidade de carga ao surgir a primeira fissura.

    2-As fibras melhoram a aderncia entre a matriz cimentcia e as barras da armadura, aps

    o incio da fissurao, impedindo o crescimento das fissuras que surgem quando as barrasse alongam.

    Infelizmente, o CRFainda no usado de modo corrente nas estruturas comuns, por duasrazes:

    As diversas normas ainda no reconhecem os efeitos benficos das fibras e ainda noexistem normas para o CRF.

    Ainda no existem mtodos de caracterizao das propriedades do CRF, quepermitam aos calculistas utilizar as propriedades especiais do CRF.

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    Notas de aula

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    Quantidade de fibras no concreto

    Tipo de fibraDimensesdas fibras

    Densidaderelativa

    Volumede

    fibras( %)

    Teor defibras

    (kg/m3)

    Nmerode fibras

    por m3 deconcreto

    Comprimentodas fibras

    por m3 deconcreto

    Barras de aoArmadura

    convencional( referncia para

    comparao)

    dimetroda barra

    = 25mm 7,85 3 %

    240

    (teor alto) 61 61 m

    Fibras de ao

    ( Catlogo Dramix )

    L = 50mm

    =0,5 mm7,85 1 % 80 1 106 50 km

    Fibras dePolipropileno

    L = 25mm

    =0,018mm0,9 0,1 % 0,9 157 10

    6 4 000 km

    Fibras de Carbono

    As mais resistentes, porm

    as mais caras.Usadas emalguns tipos de pr-

    fabricados

    L = 6mm=0,018mm 1,70 3 % 48

    19 600

    106

    118 000 km

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    Notas de aula

    Prof. Eduardo C. S. Thomaz pg. 7/13

    Propriedades mecnicas das fibras mais usadas

    Tipo de fibraResistncia a

    traoMPa

    Mdulo deelasticidade

    GPa

    Alongamentoltimo

    %Ao

    1000 205 30 %

    Polipropileno

    140 a 700 3,5 a 4,8 15 %

    CarbonoAs mais resistentes, porm as

    mais caras.

    Usadas em alguns tipos de

    pr-fabricados.

    2500 a 3000 380 0,5 a 0,7 %

    Mito No5 : Nas lajes, as fibras podem ser usadas para substituir as malhassoldadas de ao.

    Aqui, o mito e a realidade esto muito prximos. Malhas soldadas so muito usadas emlajes sobre o solo ou em pavimentos, para reduzir a fissurao devida retrao e aosefeitos trmicos.

    A malha soldada visa manter o concreto integro, mesmo aps a ocorrncia de umafissurao intensa.

    As malhas funcionam bem, se colocadas na posio correta, isto a um tero da altura da laje,a contar do topo da laje ( no mnimo a 5cm do topo) . Elas so muitas vezes colocadas na

    posio errada, ou ento acabam sendo colocadas sobre o solo, na face inferior da laje, porque

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    Concreto com fibrasincorporadas.

    Notas de aula

    Prof. Eduardo C. S. Thomaz pg. 8/13

    os suportes para suport-las so imprprios, ou porque so pisados durante a obra. Nessaposio funcionam mal, e no cumprem o papel esperado de reduzir as fissuras.Nestes casos as fibras so um substituto excelente das malhas de ao, porque elas ficamdistribudas em toda a espessura da laje. O resultado que as fibras so realmente capazesde ajudar a controlar a fissurao e os deslocamentos relativos das diversas partes em quefica dividida a laje fissurada.

    As malhas soldadas, quando corretamente posicionadas, so, no entanto, to efetivasquanto as fibras de ao ou de polipropileno no controle da fissurao das lajes e dos

    pavimentos.

    Mito No6 : Sabe-se como caracterizar corretamente os efeitos das

    fibras na performance do concreto.Esse pode ser o maior mito de todos.

    Como j esclarecido antes, as fibras so adicionadas ao concreto para alterar ocomportamento ps-fissurao do CRF.

    No h, no entanto, um mtodo inequvoco para medir essa mudana de comportamento.A maioria dos pesquisadores tentou comparar diferentes CRFem termos da ductilidade.Isto , em termos da rea sob a curva Carga x Flecha. No h uma concordncia emcomo medir esse aumento de ductilidade produzido pelas fibras.

    Existem diversas abordagens:

    Uma medida absolutada ductilidade a energia requerida para deformar um corpo deprova, de uma geometria especifica, at uma deflexo especifica, medindo a rea soba curva Carga X Flecha. O resultado desses ensaios depende inteiramente dotamanho do corpo de prova e da flecha especificada. Um ensaio desse tipo oespecificado pelo Japan Concrete Institute.

    Uma medida relativada ductilidade pode ser definida em termos da rea sob a curvaCarga X Flecha em diversos pontos, com deformaes mltiplas da deformao da

    primeira fissura. . A razo dessa rea em relao rea sob a curva, at o ponto daprimeira fissura, uma medida da ductilidade.

    rea 2

    Carga

    Flecha

    rea 1

    Ductilidade = rea 2 / rea 1

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    Concreto com fibrasincorporadas.

    Notas de aula

    Prof. Eduardo C. S. Thomaz pg. 9/13

    Esses dois mtodos so muito sensveis ao modo como as deflexes so medidas. Deve-se usar um sistema que elimine deflexes devidas deformao da mquina de ensaio edos suportes do corpo de prova. (deformaes parasitas).

    Alm disso, ao usar a norma ASTM C1018, muito difcil definir, sem erro, o ponto daprimeira fissura, pois isso depende da sensibilidade do sistema de aquisio de dados.

    Existe, por esse motivo, uma grande disperso de resultados. Muitas vezes no seconsegue distinguir, por meio do ensaio, entre diferentes fibras ou entre diferentes teoresde fibras. Isso ocorre para baixos volumes de fibra, que so os mais usados.

    Concluses do Prof. Sidney Mindess :

    Na reviso acima, seis dos mitos mais comuns sobre CRFforam comparados coma realidade da prtica dos Concretos com Fibras Incorporadas.

    As fibras ainda so pouco utilizadas nas estruturas usuais de concreto armado ouprotendido, devido falta de compreenso do real comportamento das fibrasdentro do concreto e tambm devido falta de normas especficas para o seu uso.

    Ainda assim, o Concreto Reforado com Fibras ( CRF ) j usado em muitasobras como: pavimentos rgidos, pavimentao de pontes, estradas, aeroportos,revestimento de tneis ( concreto projetado), pisos industriais, estacionamentos,

    obras hidrulicas e estabilizao de taludes (concreto projetado).

    Comentrios adicionais :

    Concretos com fibra de ao so muito usados em pavimentos de estradas, em pistas eptios de aeroportos. O objetivo diminuir a espessura das lajes e reduzir a fissurao.

    Terminal de Cargas Infraero SP

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    Concreto com fibrasincorporadas.

    Notas de aula

    Prof. Eduardo C. S. Thomaz pg. 10/13

    Concretos com fibras de ao so muito usados em pisos industriais. O objetivo

    reduzir danos devidos abraso, ao impacto e fadiga.

    Foto: CatlogoDramix

    Fibras de polipropileno tambm so muito usadas em pisos industriais. O objetivo reduzir danos devidos fissurao da retrao plstica (retrao que ocorre nas primeiras12 horas, antes que o concreto tenha desenvolvido muita resistncia).

    Para aproveitar os efeitos benficos desses dois tipos de fibra, e combater todos essestipos de danos, usa-se o concreto com uma mistura de fibras de ao e fibras de

    polipropileno.

    Concretos com fibras de ao ou de polipropileno so usados em pisos de garagens eestacionamentos.

    Foto : CatlogoDramix

    Concretos com fibras de ao tambm so muito usados em pisos porturios.

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    Concreto com fibrasincorporadas.

    Notas de aula

    Prof. Eduardo C. S. Thomaz pg. 11/13

    O concreto com fibras, de ao ou de polipropileno, muito usado em revestimentos detneis. aplicado como concreto projetado. As perdas devidas reflexo do concreto

    projetado ( repique ) ficam reduzidas, pois a coeso do concreto fresco fica maior,quando se usam fibras. O uso de fibras de ao, de micro-slica e de aceleradores de pegapermite a execuo de camadas espessas de concreto projetado.

    Foto: CatlogoDramix

    Concreto projetado,via mida

    Slump durantea projeo

    (mm)

    IR = ndice de Reflexo

    IR =projetadaMassa

    refletidaMassa

    Sem fibras de

    Polipropileno120 11,3 %

    Com 1kg/m3de fibrasde Polipropileno

    90 7,6 %

    A reflexo do concreto projetado com fibras de ao de 6 % ( viamida ) e de 10 % ( via seca).

    Relatrio L.A. Falco Bauer - 5186 / 2002 para a firma FITESA

    Na estabilizao de taludes usado concreto projetado, com fibras. So usadas fibrasde ao, malhas soldadas de ao e tirantes ancorados no macio rochoso.

    Usando-se concreto projetado com fibras de ao, micro-slica e de aceleradores de pega,pode-se executar camadas espessas de concreto projetado.

    Foto : CatlogoDramix

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    Concreto com fibrasincorporadas.

    Notas de aula

    Prof. Eduardo C. S. Thomaz pg. 12/13

    Fibras de polipropileno so muito usadas para reduzir a fissurao devida retrao

    plstica (ocorre no concreto ainda mole).

    As fibras de polipropileno so, por isso, muito usadas em estruturas de conteno degua, como em Estaes de Tratamento de gua (E.T.A.), Estaes de Tratamento deEsgotos (E.T.E.), galerias e paredes de canais. As fibras de polipropileno so tambm usadas em outras estruturas em contato com agua, como vertedouros e bacias de dissipao em barragens.

    Muitos outros tipos de fibras so pesquisados, embora nem todos encontrem uso

    corrente em obras de concreto.

    O custo elevado no permite o uso de algumas dessas fibras.

    Propriedades mecnicas de diversas fibras

    O custo elevado no permite o uso de algumas dessas fibras.

    Tipo de fibraDimetro

    equivalente(m)

    Densidaderelativa

    Resistncia trao(Mpa)

    Mdulo deelasticidade

    (Gpa)

    Alongamentoltimo

    (%)

    Acrlico 13-104 1,16-1,18 270-1000 14-19 7,5-50,0

    Aramide I 12 1,44 2900 60 4,4

    Aramide II 10 1,44 2350 115 2,5

    Carbono PAN HM 8 1,6-1,7 2500-3000 380 0,5- 0,7

    Carbono PAN HT 9 1,6-1,7 3450-4000 230 1,0-1,5

    Carbono GP 10-13 1,6-1,7 480-790 27-35 2,0-2,4Carbono HP 9-18 1,8-2,1 1500-3100 150-480 0,5-1,1

    Nylon 23 1,14 970 5 20

    Poliester 20 1,34-139 230-1100 17 12-150

    Polietileno 25-1000 0,92-0,96 75-590 5 3-80

    Polipropileno --- 0,90-0,91 140-700 3,5-4,8 15

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    Concreto com fibrasincorporadas.

    Notas de aula

    Prof. Eduardo C. S. Thomaz pg. 13/13

    O Polipropileno, muito usado nas fibras para o concreto, um Polmero de altaresistncia qumica e de alta resistncia a solventes.

    A estrutura qumica do polmero polipropileno a mostrada abaixo.

    As fibras de polipropileno so fabricadas em forma de fibrilas retangulares oude mono-filamentos cilndricos.

    Fibrilas finas em forma retangular

    Foto : PCA Portland Cement Association

    Mono-filamentos cilndricos finos

    Foto : PCA Portland Cement Association

    Esto sendo usadas misturas de fibras de resinas de polipropileno e de polietileno .Os dois polmeros so incompatveis e se separam durante o manuseio e a mistura noconcreto.

    C C

    H

    H

    C H3

    H

    nC =Carbono H = Hidrognio

    n =nmero de repeties do segmento