UNIVERSIDADE ESTADUAL DE FEIRA DE SANTANA
DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
NEILTON DE SOUZA CASTRO
INFLUÊNCIA DO AGREGADO GRAÚDO NA TRABALHABILIDADE DO
CONCRETO REFORÇADO COM FIBRA DE AÇO
FEIRA DE SANTANA
2010
NEILTON DE SOUZA CASTRO
INFLUÊNCIA DO AGREGADO GRAÚDO NA TRABALHABILIDADE DO
CONCRETO REFORÇADO COM FIBRA DE AÇO
Monografia apresentada ao Departamento de
Tecnologia da Universidade Estadual de Feira de
Santana - UEFS, como requisito parcial para a
aprovação na disciplina Projeto Final II.
Orientador: Élvio Antonino Guimarães, Mestre em
Estruturas.
FEIRA DE SANTANA
2010
NEILTON DE SOUZA CASTRO
INFLUÊNCIA DO AGREGADO GRAÚDO NA TRABALHABILIDADE DO
CONCRETO REFORÇADO COM FIBRA DE AÇO
Monografia submetida ao corpo docente do Departamento de Tecnologia da Universidade
Estadual de Feira de Santana como parte dos requisitos necessários para aprovação na
disciplina Projeto Final II.
Feira de Santana, ____ de julho de 2010.
BANCA EXAMINADORA
Orientador: _____________________________________________________
Mestre em Estrutura: Élvio Antonino Guimarães.
Universidade de Brasília
Membro: _____________________________________________________
Mestre em Engenharia: Eduardo Antônio Lima Costa.
Universidade Federal do Rio Grande do Sul
Membro: _____________________________________________________
Mestre em Engenharia: Antônio Freitas da Silva Filho.
Universidade Federal do Rio Grande do Sul
FEIRA DE SANTANA
2010
Dedico este trabalho a minha família, que mesmo
diante da distância, nunca se omitiram em me dar
apoio, principalmente a meu pai: um homem de
virtudes ao qual sempre admirei e me espelho na
esperança de mostrar como homem o mesmo caráter e
respeito que este demonstrou ao longo da sua vida.
AGRADECIMENTOS
A Deus por estar sempre presente em minha vida, iluminando e me guiando pelo labirinto da
vida, me dando sempre força e perseverança para prosseguir e vencer meus medos. Pois a
glória com que fui presenteado não é ter chegado até aqui e sim saber que tenho o Senhor ao
meu lado, e por isso consegui.
Aos meus pais Milton Borges de Castro e Maria Ivone de Souza Castro, que ao longo da suas
vidas priorizaram a educação dos seus oito filhos, deixando os seus sonhos em função dos
sonhos de seus filhos, formando uma estrutura sólida e segura, pois vocês são à base de todos
nós.
Ao professor Elvio Antonino Guimarães, por sua orientação segura e competente, sendo
sempre muito participativo e preciso em seus comentários.
A minha namorada Flávia Maria que durante esta longa jornada conseguiu conviver com a
minha ausência, vencendo a distancia através do pensamento, pois para estar junto não precisa
estar perto.
A Felipe Mendes González, pela amizade construída ao longo desta caminhada e a todos os
outros colegas pelo empenho e incentivo.
RESUMO
As fibras de aço atuam como inibidoras do processo de fissuração no concreto, incrementando
várias propriedades mecânicas no estado endurecido, como a condução do concreto a um
comportamento pseudodúctil proporcionando uma maior capacidade de absorção de energia,
entretanto no estado fresco os reflexos da incorporação das fibras são significativos e trás uma
série de conseqüências ao concreto como perda da consistência e mobilidade dos seus
constituintes. Certo de que um melhor controle das propriedades do concreto no estado fresco
propiciará uma série de fatores positivos ao concreto no estado endurecido, a realização da
presente pesquisa buscou avaliar a influência do agregado e da adição de fibra aço na
trabalhabilidade do concreto, determinando através do equipamento, para medir a
trabalhabilidade do concreto sobre vibração, o consistômetro VeBe, as implicações que a
incorporação da fibra de aço causa ao concreto como a redução e aumento da mobilidade e
atrito interno respectivamente. Uma vez medida a trabalhabilidade com auxílio do
consistômetro VeBe, foi possível obter um gráfico que correlaciona o tempo VeBe, com o
volume de fibra para diferentes tipos de agregado graúdo. Analisando através deste, o
comportamento do concreto no estado fresco, quanto a sua trabalhabilidade, nota-se que
quanto maior a dimensão máxima característica do agregado e a concentração de fibras de aço
na matriz de concreto, maior o tempo para a realização do ensaio com consistômetro VeBe, o
que proporciona um concreto com a trabalhabilidade reduzida.
Palavras-chave: fibras de aço, trabalhabilidade, consistência, consistômetro VeBe.
ABSTRACT
The steel fibers acts inhibiting the process of cracking in concrete, increasing number of
mechanical properties in hardened status, as driving the concrete to a pseudo-ductile behavior
providing greater capacity to absorb energy, however in fresh status reflections of the
incorporation of the fibers are significant and brings a series of negative consequences to the
concrete as loss of consistency and mobility of its constituents. Sure that a better control of
the properties of fresh concrete will provide a series of positive factors to the concrete in
hardened status. The achievement of this research is to evaluate the influence of the addition
of steel fiber in concrete workability, determining from the equipment to measure the
workability of concrete on the vibration the consistometer Vebe, the implications of the
incorporation of steel fiber cause to concrete as the reduction and increasing of mobility and
internal friction respectively. Once measured the workability with the Meter consistometer
VeBe you can get a chart that correlates the time VeBe, with the volume of fiber for different
types of coarse aggregate. With this chart you can analyze the behavior of concrete in fresh
status and its workability, demonstrating that the larger the diameter of the aggregate and the
concentration of steel fibers in concrete matrix the greater will be the time to the test with
consistometer Vebe, providing a concrete with low workability.
Keywords: steel fibers, workability, consistency, consistometer VeBe.
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO _______________________________________________________ 12
1.1 JUSTIFICATIVA ___________________________________________________ 14
1.2 OBJETIVOS _______________________________________________________ 15
1.2.1 Objetivo geral ______________________________________________________ 15
1.2.2 Objetivo específico __________________________________________________ 15
1.3 METODOLOGIA __________________________________________________ 15
1.4 ESTRUTURA DO TRABALHO _______________________________________ 16
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ________________________________________ 17
2.1 CONCRETO DE CIMENTO PORTLAND_______________________________ 17
2.1.1 Estrutura do concreto ________________________________________________ 17
2.1.2 Propriedade do concreto ______________________________________________ 20
2.1.2.1 Trabalhabilidade ____________________________________________________ 21
2.1.2.2 Retração __________________________________________________________ 24
2.2 TIPOS DE FIBRAS E SUAS PROPRIEDADES __________________________ 27
2.2.1 Fibras de vidro _____________________________________________________ 29
2.2.2 Fibras sintéticas ____________________________________________________ 29
2.2.3 Fibras naturais _____________________________________________________ 30
2.2.4 Fibras metálicas ____________________________________________________ 30
2.3 A INTERAÇÃO FIBRA MATRIZ _____________________________________ 33
2.3.1 Teor de fibras ______________________________________________________ 36
2.3.2 Fator de forma _____________________________________________________ 36
2.3.3 Volume crítico _____________________________________________________ 37
2.3.4 Comprimento crítico_________________________________________________ 39
2.3.5 Distribuição das fibras _______________________________________________ 39
2.4 PROPRIEDADES DO CONCRETO COM FIBRA DE AÇO ________________ 41
2.4.1 Trabalhabilidade ____________________________________________________ 41
2.4.2 Resistência à compressão _____________________________________________ 44
2.4.3 Resistência à tração _________________________________________________ 45
2.4.4 Resistência à flexão _________________________________________________ 46
2.4.5 Tenacidade à flexão _________________________________________________ 47
3 PROGRAMA EXPERIMENTAL ________________________________________ 49
3.1 SELEÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS ____________________ 50
3.1.1 Cimento Portland ___________________________________________________ 50
3.1.2 Fibras de aço _______________________________________________________ 51
3.1.3 Agregado Graúdo ___________________________________________________ 52
3.1.4 Agregado Miúdo____________________________________________________ 55
3.1.5 Água de amassamento _______________________________________________ 57
3.1.6 Determinação do traço de concreto _____________________________________ 57
4 ANÁLISE DOS RESULTADOS _________________________________________ 65
4.1 Resultado do ensaio VeBe ____________________________________________ 65
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS E RECOMENDAÇÕES _______________________ 69
5.1 CONSIDERAÇÕES FINAIS __________________________________________ 69
5.2 SUGESTÕES ______________________________________________________ 71
REFERÊNCIAS __________________________________________________________ 72
LISTA DE FIGURAS
Figura 2.1 – Consistômetro VeBe. ________________________________________ 23
Figura 2.2 - Relação entre a perda de água (em massa) e a retração por secagem. _______ 26
Figura 2.3 - Tipo de fibras. ______________________________________________ 28
Figura 2.4 - Esquema de concentrações de tensões no concreto A - sem adição de
fibra; B - com adição de fibras. ___________________________________________ 34
Figura 2.5 - Conceituação de fator de forma da fibra. ___________________________ 37
Figura 2.6 - Diagramas carga x flecha obtidos nos ensaios de flexão de prismas de concreto
com fibras em teores abaixo (A), acima (B) e igual (C) ao volume crítico. ____________ 38
Figura 2.7 - Arranjos possíveis das fibras nos compósitos. _______________________ 40
Figura 2.8 - Ensaio do tempo de VeBe na mistura: (a) moldagem do tronco de cone; (b)
tronco de cone antes da vibração; (c) final do ensaio de tempo de VeBe. _____________ 43
Figura 2.9 - Efeito da dimensão do agregado e do teor de fibra na trabalhabilidade. ______ 44
Figura 2.10 - Curva típica carga x deflexão de vigas de concreto com fibras. ___________ 46
Figura 2.11 - Melhora relativa das várias propriedades do concreto reforçado com fibra de
aço. ______________________________________________________________ 47
Figura 2.12 - Influência do reforço com fibras de aço na resistência à primeira fissura. ___ 48
Figura 3.1 - Estratégia da Pesquisa ________________________________________ 49
Figura 3.2 - Curvas granulométricas do agregado graúdo e respectiva Zona inferior e superior
especificada pela NBR 7211 (2005). _______________________________________ 54
Figura 3.3 - Curvas granulométricas do agregado graúdo e respectiva Zona Inferior e superior
especificada pela NBR 7211 (2005). _______________________________________ 54
Figura 3.4 - Curvas granulométricas do agregado graúdo e respectiva Zona Inferior e superior
especificada pela NBR 7211 (2005). _______________________________________ 55
Figura 3.5 - Curvas granulométricas dos agregados miúdos e o respectivo limite inferior e
superior e especificada pela NBR 7211 (2005). _______________________________ 56
Figura 3.6 - Homogeneização inicial do traço 1:5. _____________________________ 59
Figura 3.7 - Aspecto da aparência do concreto da mistura inicial. ___________________ 59
Figura 3.8 - Determinação da consistência da mistura inicial. _____________________ 60
Figura 3.9 - Após pequenas batidas laterais com a haste metálica, o concreto apresenta-se com
baixa coesão. _______________________________________________________ 60
Figura 3.10 - Lançamento de cimento e areia, correspondente ao acréscimo de teor de
argamassa da mistura. _________________________________________________ 61
Figura 3.11 - Aspecto da superfície do concreto após a retiradas da colher. ____________ 61
Figura 3.12 - Determinação da consistência. _________________________________ 62
Figura 4.1 - Efeito da dimensão do agregado e do teor de fibra na trabalhabilidade. ______ 67
LISTA DE TABELAS
Tabela 2.1 - Classificação e geometria das fibras de aço. _________________________ 32
Tabela 2.2 - Recomendações para dosagem de concreto reforçado com fibras de aço. ____ 42
Tabela 2.3 - Influência do aumento da relação de aspecto na resistência e na tenacidade do
concreto. __________________________________________________________ 45
Tabela 3.1 - Características físicas e mecânicas do cimento Portland ________________ 50
Tabela 3.2 - Determinação do resíduo na peneira Nº 200 ________________________ 51
Tabela 3.3. Características da fibra de aço Dramix _____________________________ 51
Tabela 3.4. Análise Granulométrica do agregado graúdo (NBR NM 248:2003) _________ 52
Tabela 3.5 - Análise Granulométrica do agregado graúdo (NBR NM248:2003). ________ 52
Tabela 3.6 - Análise Granulométrica do agregado grúdo (NBR NM248:2003). _________ 53
Tabela 3.7. - Característica do agregado Miúdo. _______________________________ 56
Tabela 3.8 - Determinação do teor ideal de argamassa para o traço 1:5. ______________ 62
Tabela 3.9 - Determinação do teor de fibras. _________________________________ 64
Tabela 4.1 - Resultado de tempo VeBe para agregado com Dmáx = 4,75mm. ___________ 65
Tabela 4.2 - Resultado de tempo VeBe para agregado com Dmáx = 9,5mm. ___________ 66
Tabela 4.3 - Resultado de tempo VeBe para agregado com Dmáx = 19,0mm. __________ 66
Tabela 5.1 - Comparação entre os teores de fibras. ________________________ 70
LISTA DE SIGLAS
a/c – Relação Água/Cimento
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas.
CRFA – Concreto Reforçado com Fibras de Aço.
d – Diâmetro da Fibra
Dmáx – Dimensão Máxima Característica do Agregado
DNIT – Departamento Nacional de Infra-Estrutura de Transportes.
l – Comprimento da Fibra
l/d – Relação de Aspecto ou Fator de Forma.
Labotec – Laboratório de Materiais de Construção.
MPa – Mega Pascal.
NBR – Norma Brasileira.
tmésdio – Tempo Médio
UEFS – Universidade Estadual de Feira de Santana.
Vcrítico – Volume Crítico
FF – Fator de Forma.
12
1 INTRODUÇÃO
Desde os primórdios da civilização, o homem vem tentando desenvolver materiais que o
auxilie na luta pela sobrevivência surgindo à necessidade do desenvolvimento de novos
materiais cujas propriedades se adéquem as diferentes realidades. Nesse processo de
evolução, surgiu o concreto, oriundo dos trabalhos pioneiros de ASPDIN (1824), na
Inglaterra, e de LAMBOT e MONIER (1855), na França. Este material resultou da tentativa
de imitar a pedra natural, que havia sido empregada em larga escala por nossos antepassados
(GARCES, 2005).
O surgimento do concreto representou uma revolução nos matérias de construção. O concreto
simples ou concreto de cimento Portland, constituído por uma mistura de água, cimento
Portland e agregados inertes de diversos tamanhos é um material amplamente utilizado nos
mais distintos tipos de obras de engenharia (GIAMMUSSO, 1992).
Apesar de ser um material amplamente utilizado na construção civil o concreto apresenta
limitações, principalmente quando submetido a esforço de tração, sendo necessárias pesquisas
com objetivo de conferir ao mesmo uma maior capacidade de resistir às solicitações impostas.
Com o passar dos anos, pesquisadores se empenharam em estudar este material e seus
constituintes detalhadamente, observando suas características e as propriedades no estado
fresco e endurecido, além do seu comportamento reológico. Como conseqüência a realização
desses estudos vieram à certeza da grande aplicabilidade que tem o concreto que passou a ser
o mais utilizado em obra de engenharia. E nesse contexto surgiu o concreto reforçado com
fibra de aço (CRFA).
A idéia da utilização de fibras para melhorar o comportamento de alguns materiais frágeis não
é recente. Historicamente existem dois exemplos que validam essa hipótese. O primeiro relata
trechos bíblicos em Êxodo, 5:6-7 sobre os povos antigos que, ainda que intuitivamente, já
empregavam esse material visando o combate a fissuração presente em algumas peças de uso
diário, como vasos, tijolos e telhas. “Naquele „mesmo dia o Faraó deu esta ordem aos
inspetores do povo e aos capatazes: não continueis a fornecer palha ao povo como antes, para
o fabrico de tijolos” (GROSSI, 2006). O segundo remete ao pássaro joão-de-barro na
13
construção de seu ninho de barro reforçado com palha do topo das árvores (MEHTA e
MONTEIRO, 2008).
O concreto reforçado com fibra de aço é um material compósito onde a matriz é o concreto de
cimento Portland e a segunda fase são as fibras de aço, as quais são elementos descontínuos,
distribuídos aleatoriamente e cujo comprimento predomina sobre sua seção transversal.
A adição de fibra de aço altera as propriedades do concreto no estado endurecido, conferindo
um ganho de desempenho no que se refere à contenção da propagação de fissuras e
redistribuições de tensões. Entretanto no estado fresco, a adição de fibras reduz
consideravelmente a coesão do concreto, uma vez que a fibra, ao possuírem grande área
superficial, tem maior contato entre si e com outros elementos constituintes do concreto,
aumentando o atrito interno e conseqüentemente restringindo a fluidez e mobilidade da
mistura. Com isto, a trabalhabilidade do concreto é reduzida, podendo ocasionar prejuízos a
sua compactação e, conseqüentemente, a sua durabilidade e desempenho mecânico (BENTUR
e MINDESS apud NUNES, 2005).
Segundo um relatório do comitê técnico do “AMERICAN CONCRETE INSTITUTE” (ACI
COMMITTEE 544, 2000), no final dos anos de 1950 e início dos anos 1960, verificaram, que
a utilização de fibras metálica aumentou, principalmente a partir das pesquisas realizadas, foi
construído o primeiro pavimento de concreto com fibras de aço nos Estados Unidos, situado
em uma estação de passagem para caminhões na cidade de Ashland, Ohio (EUA).
Na era moderna a utilização de concreto reforçado com fibra de aço cresceu em diversidade, a
partir do momento em que se passou a dispor de fibras de aço especialmente produzidas para
reforço do concreto. Este material tem sido utilizado em estrutura continuas como, por
exemplo, em revestimento de túneis, pavimentos e pisos industriais (NUNES, 2005).
14
1.1 JUSTIFICATIVA
A pesquisa teve como base a avaliação do comportamento do concreto no estado fresco
quando em contato com fibras e o agregado, uma vez que estes constituintes provocam o
aumento da coesão interna e consequentemente à redução da trabalhabilidade.
Apesar do ganho de desempenho conferido pelas fibras no que se refere à contenção de
propagação de fissuras quando o concreto se encontra no estado endurecido, a adição de fibras
altera as condições de consistência do concreto no estado fresco. Isto ocorre principalmente
porque ao se adicionar a fibra ao concreto, está se adicionando também uma grande área
superficial que demanda água de molhagem. Desta forma, ter-se-á uma menor quantidade de
água disponível para fluidificar a mistura.
Por isto, o CRFA carece de cuidados com relação à dosagem da matriz e ao teor de fibras
adicionado. Bentur e Mindess apud Garcez (2005) recomendam que a matriz de concreto,
sozinha, deve possuir um abatimento através do tronco de cone (50 a 75 mm), maior, do que
aquele especificado para o concreto reforçado com fibras.
Por estes motivos, é pertinente a realização do referido estudo com o objetivo de atingir
melhores resultados quanto a sua trabalhabilidade.
O estudo da eficiência do CRFA é bastante relevante, pois, através deste, foi possível observar
até que ponto é recomendável a utilização das fibras de aço e qual agregado possui melhor
desempenho quando em contato com a fibra de aço. Por isso, utilizou diferentes teores de
fibras de aço com diferentes tipos de agregado. Desta forma, houve a possibilidade de
confrontar os resultados obtidos através dos ensaios com as publicações existentes, além de
recomendar qual teor de fibras é o tipo de agregado é mais apropriado para proporcionar uma
dosagem adequada, que atenda uma trabalhabilidade desejada.
15
1.2 OBJETIVOS
1.2.1 Objetivo geral
Estudo da influência do agregado e do teor de fibras de aço na trabalhabilidade do concreto
reforçado com fibras de aço.
1.2.2 Objetivo específico
Avaliar a influência da adição de fibras de aço na trabalhabilidade do concreto composto por
três tipos de agregado, determinando quais teores de fibra de aço e a dimensão máxima
característica do agregado, são mais apropriados para a produção do concreto reforçado com
fibras de aço.
1.3 METODOLOGIA
O método de pesquisa consistiu na realização de pesquisas bibliográficas cujo objetivo é
compreender a forma como outros pesquisadores tratam a influência do agregado e dos teores
de fibras de aço na trabalhabilidade do CRFA.
As conclusões obtidas da revisão bibliográfica foram comparadas com os resultados obtidos
na pesquisa, onde foram feitos estudos experimentais preliminares com auxilio do
equipamento para ensaio da trabalhabilidade, o consistômetro VeBe.
16
1.4 ESTRUTURA DO TRABALHO
Este trabalho está organizado em cinco capítulos, sendo o Capítulo 1, relativo à introdução,
onde é feita uma abordagem sobre a evolução do concreto de cimento Portland,
desencadeando na necessidade da pesquisa de novos produtos. Surgindo assim, o objeto deste
estudo: o concreto reforçado com fibra de aço. Para tal nesse mesmo capítulo foram
legitimadas algumas considerações para o respectivo estudo, através das justificativas,
objetivo geral e específico, metodologia e estrutura do trabalho.
No segundo capítulo, consta a abordagem dos trabalhos existentes sobre o concreto reforçado
com fibras de aço, onde foram feitas considerações sobre as propriedades do concreto de
cimento Portland no estado fresco e endurecido, e sobre os principais tipos de fibras, dando
um maior enfoque para as fibras de aço. Foi abordado também o tópico sobre a interação fibra
matriz, atentando para o mecanismo de transferência de tensões entre a fibra e a matriz,
destacando os parâmetros mais influentes nesta interação. São discutidas quais as principais
interferências causadas pela adição de fibras nas propriedades do concreto, principalmente na
sua trabalhabilidade destacando os fatos relevantes que sustentam o enfoque desta pesquisa.
O terceiro capítulo apresenta o programa experimental desenvolvido no Laboratório de
Materiais de Construção de UEFS, onde são descritos os materiais e os procedimentos de
ensaio de acordo com a metodologia empregada para avaliar o comportamento da
trabalhabilidade do concreto com fibra de aço.
O quarto capítulo é constituído pela análise dos resultados experimentais, onde foi feita uma
comparação dos resultados obtidos com modelos existentes e verificado a influência dos
teores de fibras e do agregado na trabalhabilidade do concreto.
No quinto capítulo, encontram-se as considerações finais e sugestões para trabalhos futuros.
17
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
2.1 CONCRETO DE CIMENTO PORTLAND
O concreto de cimento Portland, ou concreto simples como ele é conhecido, é um material de
uso bastante abrangente no mundo e, sobretudo no Brasil. Em um sentido mais amplo, por
concreto subentende um material compósito que consiste em um agregado de partículas onde
estes estão ligadas umas as outras em um corpo sólido através de algum tipo de meio de
ligação, isto é, um cimento (CALLISTER, 2006).
De acordo com Giammusso (1992), o concreto é constituído por uma mistura de água,
cimento e agregado inerte, em partículas de diversos tamanhos. A água e o cimento quando
recém misturados forma uma pasta que com o tempo se endurece adquirido resistência
mecânica e adere às partículas do agregado. Forma-se assim um material monolítico com
características comparável a uma rocha. Na verdade é uma rocha artificial, obtida por um
processo industrial: a fabricação do cimento.
Sua grande aplicabilidade se deve, à sua durabilidade, a grande disponibilidade de seus
constituintes, à alta capacidade de se moldar em diversos formatos, e principalmente ao seu
baixo custo relativo. Além da grande utilização de restos industriais que podem ser reciclados,
substituindo materiais cimentantes ou os agregados. Com estas vantagens é compreensível a
alta demanda destinada a este material (MEHTA e MONTEIRO, 2008).
2.1.1 Estrutura do concreto
O concreto de cimento Portland é um material poroso, com uma estrutura bastante
heterogênea e complexa. Analisando sua macroestrutura se identifica dois constituintes
principais: a pasta de cimento endurecida e partículas de agregado. Entretanto, analisando sua
microestrutura com auxilio de um microscópio, distinguimos que a pasta de cimento em
contato com o agregado graúdo (numa espessura de 10 a 50 µm) possui característica
18
diferente do restante da pasta, podendo ser considerada mais um componente do concreto
(MEHTA e MONTEIRO, 2008).
Além disso, segundo Mehta e Monteiro (2008),
Cada uma das fases é de natureza multifásica. Toda partícula de agregado
pode conter vários minerais, além de microfissuras e vazios. Analogamente,
tanto a matriz da pasta como a zona de transição contêm geralmente uma
distribuição heterogênea com diferentes tipos e quantidades de fase sólida,
poros e microfissuras, acrescentando-se ainda o fato de estarem sujeitas a
modificação com o tempo, umidade ambiente e temperatura, o que torna o
concreto, diferentemente de outros materiais de engenharia, um material com
características parcialmente intrínsecas ao material.
O estudo da microestrutura do concreto permite uma melhor caracterização dos constituintes e
de seu relacionamento com os demais. Desta forma, identificam-se, mecanismos responsáveis
pela resistência, estabilidade dimensional das misturas, permitido, que se atue de maneira a
melhorar as características do concreto (MEHTA e MONTEIRO, 2008).
A estrutura do concreto de cimento Portland está subdividida em três fases: A fase agregado,
composta pelos agregados graúdos e miúdos, a fase da matriz, ou seja, a pasta de cimento que
envolve os agregados, e a fase da zona de transição, que é a porção da pasta de cimento em
contato com o agregado graúdo (NEVILLE, 1997).
Os agregados miúdos e graúdos são obtidos diretamente da natureza, como a areia; da
britagem de rochas, como a brita; de processos industriais, como as argilas expandidas; ou
ainda do reaproveitamento de rejeitos urbanos e industriais, como escória de alto forno e
agregado de concreto reciclado.
A fase agregado é a principal responsável pela massa unitária, pelo módulo de elasticidade e
pela estabilidade dimensional do concreto. Desta forma as características mais importantes de
um agregado são sua massa específica, textura, granulometria e resistência à abrasão.
19
Giammusso (1992), afirma, ainda, que a resistência do agregado é bem maior que a
resistência das outras duas fases. Isto se deve à sua coesão e baixa porosidade em relação às
outras fases.
A massa específica do agregado graúdo influi diretamente na massa específica final do
concreto uma vez que estes representam cerca de 80% do peso do concreto. A massa
específica do agregado é também diretamente proporcional a resistência a compressão do
concreto, pois quanto mais leve o agregado, em geral é maior sua porosidade (índice de
vazios) e consequentemente menos resistente torna-se o agregado, que acaba se tornando o
elo fraco do conjunto (GIOVANNETTI e TARTUCE, 1990).
Na fase matriz, ou pasta de cimento, têm-se o envolvimento dos agregados por esta pasta e
nesta ocorrem às reações químicas inerentes ao cimento quando em contato com a água e os
outros constituintes, como por exemplo, a hidratação deste aglomerante. O mecanismo de
hidratação se dá através do processo de dissolução precipitação nas primeiras fases de um
processo topoquímico, de modo que o enrijecimento da pasta é característico da hidratação de
aluminatos, enquanto a hidratação dos silicatos está relacionada com o desenvolvimento da
resistência da pasta (MEHTA e MONTEIRO, 2008).
A zona de transição é a porção da pasta de cimento em contato com o agregado graúdo.
Normalmente ela apresenta características diferentes do restante da pasta. A espessura e as
características desta zona variam conforme os componentes da pasta e do agregado graúdo.
A zona de transição é caracterizada por ser uma região com maior porosidade e
heterogeneidade do que o restante da pasta. Esta porosidade é decorrente da elevação da
relação água/cimento na mistura em decorrência do filme de água que se forma em torno do
agregado graúdo. Os maiores espaços permitem a formação de grandes cristais de Ca(OH)2, o
que cria planos preferenciais de ruptura.
Para o concreto convencional a espessura da zona de transição é de aproximadamente 50 µm.
A zona de transição é também considerada o elo mais fraco do sistema, estando sujeita à
microfissuração muito facilmente, com pequenos acréscimos de carregamento, variações de
volume e umidade (MEHTA e MONTEIRO, 2008). Menores relações água/cimento
20
contribuem para que o concreto seja menos poroso, o que melhoraria a aderência nesta zona
de transição entre a pasta e o agregado graúdo (KAEFER, 2000).
2.1.2 Propriedade do concreto
O concreto de cimento Portland é um compósito formado por três fases principais: pasta de
cimento, agregado miúdo e graúdo e a zona de transição. Em função da natureza destes
componentes e de suas proporções, bem como da utilização ou não de aditivos e adições, o
concreto é capaz de apresentar uma grande variação de suas propriedades tanto no estado
fresco, quando o concreto ainda apresenta plasticidade, quanto no estado endurecido, que é
quando o concreto deixa de ser trabalhável.
Dessa forma, é possível relacionar esses dois estados, mostrando que as influências das
propriedades do concreto no estado fresco é o fator preponderante para o bom desempenho do
mesmo no estado endurecido (SOBRAL, 1984).
Conhecer o comportamento do concreto no estado plástico é muito importante, para se obter
concretos endurecidos de boa qualidade. É necessário que ele seja tratado cuidadosamente na
fase plástica, uma vez que as deficiências geradas nesta fase resultam em prejuízos para ao
longo da vida útil do mesmo, comprometendo sua durabilidade.
No estado plástico o concreto apresenta certas características em seu comportamento que
podem ser consideradas como propriedade intrínseca do material. Elas envolvem
trabalhabilidade, taxa de perda de abatimento, segregação e exsudação, retração plástica,
tempo de pega, e temperatura de cura.
Segundo Mehta e Monteiro (2008), as principais propriedades do concreto no estado fresco
são a segregação, homogeneidade (mobilidade) e a trabalhabilidade. Contudo, as duas
primeiras propriedades estão diretamente ligadas à terceira sendo oportuno considerar que a
segregação e a homogeneidade fazem parte da propriedade trabalhabilidade (ALVES, 1987).
21
2.1.2.1 Trabalhabilidade
A trabalhabilidade do concreto pode ser definida como a propriedade que determina o esforço
necessário para manipular uma quantidade de concreto fresco, com perda mínima de
homogeneidade, sendo considerada a propriedade referente à sua aptidão em ser facilmente
misturado, transportado, colocado em fôrmas e compactado, mantendo a sua integridade e
homogeneidade, ou seja, evitando a segregação. É uma definição relativa, pois depende
também da influência das fôrmas, dimensões e armaduras das peças a serem moldadas, e se
refere às propriedades do concreto no estado fresco, isto é, antes que se inicie a pega e seu
endurecimento (MEHTA e MONTEIRO, 2008).
Independente do procedimento de dosagem do material, a trabalhabilidade do concreto é de
extrema importância para a sua tecnologia, estando diretamente relacionada ao custo, pois se
torna trabalhoso, e às vezes, inviável a manipulação de concretos que não pode ser lançado
com facilidade ou até mesmo adensado (MEHTA e MONTEIRO, 2008).
O termo trabalhabilidade é usado como forma de abranger todas as qualidades necessárias a
uma mistura, o que pode incluir, sob a mesma denominação geral, os requisitos de
estabilidade, que significa dizer que a mistura é capaz de resistir à segregação e à exsudação,
e o requisito de fluidez que descreve a facilidade de mobilidade, sendo que o nível de
trabalhabilidade exigido vai depender da situação para a qual o material será empregado
(TATTERSALL e BANFILL apud REIS, 2009).
A concepção do termo segregação pode ser atribuída, a separação dos componentes do
concreto no estado fresco de tal forma que sua distribuição não seja mais uniforme. Um dos
principais motivos para a sua formação esta vinculada a heterogeneidade da mistura,
composta por partículas com formas e massa específicas diferentes (NEVILLE, 1997).
Segundo NEVILLE (1997), existe dois tipos de segregação: o primeiro é característico das
misturas secas e consiste no fato de as partículas maiores do agregado tendem a se separar
porque tendem a se deslocar ao longo dos declives ou a sedimentar mais que as partículas
menores; a exsudação é o segundo tipo de segregação e é característico de misturas de
concretos muito fluidos, e se manifesta pela separação de uma pasta (cimento e água) da
22
mistura. A exsudação é uma manifestação externa percebida pelo aparecimento de água na
superfície após o concreto recém aplicado. É resultado da densidade dos constituintes sólidos,
pois, de todos os constituintes, a água é que tem menor massa específica, ou seja, as partículas
mais densas tendem a sedimentarem. Uma forma de evitar a exsudação é controlar a
quantidade de água de amassamento utilizada no concreto, além de iniciar a cura do concreto
após o início da pega.
A trabalhabilidade do concreto é uma propriedade básica, que deve ser constantemente
modificada em função do real objetivo para o qual este será aplicado sendo essencial nas
características do produto final, pois o concreto deve ter uma trabalhabilidade que possibilite
até o máximo de compacidade com uma quantidade razoável de energia. Um exemplo da sua
importância pode ser constatado através do ensaio de abatimento de tronco de cone, onde uma
variação fora do normal no abatimento pode significar em mudanças nas proporções das
misturas. Para atender as necessidades de lançamento e a qualidade do produto final, foram
desenvolvidos alguns métodos para avaliar a trabalhabilidade do concreto (NEVILLE, 1997).
MEHTA e MONTEIRO (2008) recomendam alguns métodos para a avaliação da
trabalhabilidade do concreto. O primeiro e o mais simples é o próprio abatimento do tronco de
cone. O segundo método em ordem de importância é o ensaio VeBe para misturas secas.
Embora seja considerado um ensaio deficiente para medir a consistência de concretos muito
fluidos ou muito secos, o ensaio de abatimento de tronco de cone possui grande difusão por
ser um método simples e conveniente para controlar a uniformidade da produção do concreto
fresco, indicando possíveis variações na dosagem dos constituintes da mistura. O ensaio
consiste em induzir o concreto a abater-se com seu próprio peso, preenchendo-se o interior de
um tronco de cone com concreto e posterior retirada do tronco de cone. O decréscimo da
altura do tronco de cone é chamado de abatimento do concreto.
Desenvolvido para determinar a trabalhabilidade e a mobilidade de misturas secas sob
vibração, o consistômetro VeBe foi desenvolvido pelo engenheiro sueco V. Brahrner, e
consiste em uma mesa vibratória, um recipiente cilíndrico, um tronco de cone e um disco de
vidro ou de plástico com movimento livre descendente que serve como ponto de referencia no
final do estágio.Em funcionamento, produz uma freqüência máxima equivalente a 3.000 herts
23
com amplitude entre 0,4mm e 0,5mm (DNIT 064/2004 - ME). O consistômetro VeBe é
descrito na Figura, da seguinte forma:
Figura 2.1 – Consistômetro VeBe.
Fonte: Labotec, (UEFS).
O ensaio é considerado completo quando o disco de vidro ou plástico estiver plenamente em
contato com a superfície do concreto, fato que pode introduzir erros, devido à dificuldade em
se estabelecer o momento exato para o pleno contato entre as superfícies. Entretanto, se o
tempo para a realização do ensaio for inferior a três segundos o resultado do ensaio não e
valido. Para evitar esse inconveniente, pode se admitir um dispositivo para registrar o
movimento da placa em função do tempo. O tempo necessário para realizar o ensaio é a
medida da consistência e expresso como índice VeBe, em segundos (NEVILLE, 1997).
24
2.1.2.2 Retração
A retração é um fenômeno inevitável ao concreto, sendo ocasionado por inúmeros fatores, tais
como: as condições ambientais, tipo litológico dos agregados, dimensão máxima
características, propriedades físicas (absorção e massa específica) e elásticas do agregado,
proporção dos materiais (principalmente a quantidade de água) cura do concreto e outros.
Como é uma das principais causas de fissuração, assume fundamental importância, pois a sua
ocorrência está associada à durabilidade do concreto (NEVILLE, 1997).
A retração é um fenômeno físico e químico que ocorre durante o processo de endurecimento
do concreto, associado à variação volumétrica espontânea da estrutura interna de alguns dos
seus constituintes. Assim sendo, criam-se tensões internas, havendo interação entre os
fenômenos de retração e os de deformação lenta e relaxação (MEHTA e MONTEIRO, 2008).
No concreto de cimento Portland, a retração está associada principalmente à perda de água
para o ambiente externo e pode ser subdividida em nível de importância para o respectivo
estudo em retração plástica, retração por secagem e retração autógena.
No concreto de cimento Portland, a retração plástica está associada ao movimento do fluido
dentro do concreto, principalmente à perda de água para o ambiente externo.
Segundo Mehta e Monteiro (2008), quando o concreto está ainda no estado fresco, ocorre à
perda da água devido à evaporação da mesma na superfície, provocando retração plástica
visto que neste momento a taxa de perda de água por evaporação excede a taxa disponível de
água de exsudação. Com a remoção desta água forma-se uma série complexa de meniscos
capilares que criam pressões capilares negativas que provocam contração volumétrica da
pasta de cimento. Consequentemente surge tensões de tração por toda a massa de concreto
pelo fato de que os efeitos de retração não são uniformes por toda esta massa.
Em elementos onde a relação água/cimento e área superficial/espessura são muito grandes, a
uma maior intensidade de fissuras por retração plástica. Esses efeitos são desencadeados por
uma série de fatores que influem diretamente na taxa de evaporação, entre os quais podemos
citar a velocidade do vento, umidade relativa do ar, temperatura. Os cuidados com a cura do
25
concreto desde as primeiras horas é o procedimento mais adequado para o controle da
retração plástica (NUNES, 2006).
De acordo Boletim Técnico desenvolvido pela FITESA (2002, p. 2) as fissuras de retração
plástica são causadas pela mudança de volume do concreto no estado plástico. A retração que
ocorrem no concreto antes do seu endurecimento pode ser dividida em três fases:
Primeira fase – assentamento plástico: ocorre antes da evaporação da água do concreto;
quando do lançamento, o espaço entre as partículas sólidas está preenchido com água, assim
que essas partículas sólidas assentam, existe a tendência de a água subir para a superfície,
formando um filme. Esse fenômeno é conhecido por exsudação.
Segunda fase – retração plástica primária: é a fissura plástica clássica. A água superficial
começa a evaporar-se por razões climáticas (calor, vento e insolação), e quando a taxa de
evaporação excede a da exsudação, o concreto começa a contrair. Este tipo de retração ocorre
antes e durante a pega é atribuída às pressões que se desenvolvem nos poros capilares do
concreto durante a evaporação.
Terceira fase - retração autógena: neste caso, quando a hidratação do cimento se desenvolve,
os produtos formados envolvem os agregados, mantendo-os unidos. Nesta fase, a importância
da capilaridade decresce e o assentamento plástico e a retração plástica primária decrescem,
tomando seu lugar a retração autógena, que quando o concreto ainda está no estado plástico é
pequena, ocorrendo quase que totalmente após a pega do concreto. No passado essa parcela
da retração era praticamente desprezada, mas hoje, principalmente com emprego de baixas
relações água/cimento a retração autógena ganhou destaque importante.
A retração autógena é a contração volumétrica da pasta de cimento que ocorre sem a
transferência de umidade para o ambiente externo, durante o processo de hidratação. É
conseqüência da remoção da água livre dos poros capilares pela hidratação do cimento, bem
como para adsorver-se na superfície dos recém-formados cristais de C-S-H, um processo
conhecido como auto-secagem (NEVILLE, 1997).
Segundo Nunes (2000), na retração autógena, quanto menor os poros, maiores são as tensões
na fase liquida do menisco capilar e, consequentemente, maior é a contração volumétrica.
26
Nos últimos anos tem-se observado um significativo aumento das patologias associadas à
retração autógena do concreto, que pode está ligada ao emprego de cimentos de finura mais
elevado, além do emprego de outros materiais cimentícios adicionados a ele, como a escoria
de alto forno, pozolanas, filer calcário, que são extremamente finos. Da mesma forma, pastas
com menor relação a/c irão apresentar maior retração autógena.
A retração por secagem, tal como a retração plástica é um fenômeno associado à perda de
água presente na pasta de concreto endurecido. Estudos realizados por Mindess e Young apud
Nunes, (2006) mostra a relação entre a perda de água (em massa) e a retração por secagem.
Através da figura 2.2, observa-se que a retração por secagem pode ser dividida em 5
domínios:
Figura 2.2 - Relação entre a perda de água e a retração por secagem.
Fonte: NUNES, (2006).
Domínio 1 e 2: perda de água retida nos vazios capilares. A sua perda, desde que contida em
vazios da ordem de 50 nm ou maiores, não influencia em significativa intensidade a retração.
Domínio 3: perda de água adsorvida fisicamente aos cristais de C-S-H, representa a maior
concentração em termos de água evaporável, tornando-se a principal causa da retração por
secagem.
Domínio 4: perda de água interlamelar, que contribui na estrutura do C-S-H.
Domínio 5: perda de água quimicamente combinada, com nenhuma influência na retração por
secagem.
27
2.2 TIPOS DE FIBRAS E SUAS PROPRIEDADES
Desde que as primeiras fibras de amianto (asbesto) surgiram, por volta de 1900, vários tipos
de fibras de diferentes propriedades mecânicas, físicas e químicas vêm sendo utilizadas em
adição às matrizes cimentícias. A escolha depende das características que se deseja fornecer
ao compósito (ACCETTI e PINHEIRO, 2000).
Segundo a Callister (2006), existem numerosos tipos de fibras disponíveis para uso comercial
e experimental. As mais empregadas para reforço em matrizes cimentícias são as fibras de
vidro, as sintéticas, as naturais e as metálicas.
Para Resende (2003), existem, atualmente, diversos tipos de fibras destinadas ao reforço do
concreto, classificadas pelo tipo da matéria prima com a qual são produzidas como ilustra a
Figura 2.3.
28
Figura 2.3 - Tipo de fibras.
Fonte: Resende, (2003).
Na parte experimental deste trabalho utilizou a fibra de aço, pelo fato que este tipo de fibra
permite obter um excelente desempenho na etapa de pós-fissuração do compósito. Aspecto
relevante para sua grande utilização. Para fins de comparação, todavia, considera-se
interessante fazer uma breve revisão sobre os demais tipos de fibras.
29
2.2.1 Fibras de vidro
As fibras de vidro são normalmente produzidas a partir da sílica (SiO2), com adição de óxido
de cálcio (CaO), boro (B2O3), sódio (Na2O) e ou alumínio (Al2O3). Isto resulta num material
amorfo, que é comercializado na forma de fios têxteis, mantas, tecidos e fios trançados.
No caso das matrizes cimentícias, as fibras de vidro geralmente são adicionadas para
produção de elementos estruturais de seção delgada, especialmente painéis de fechamento. A
função das fibras, neste caso, é de promover maior estabilidade dimensional e aumentar a
resistência e o módulo de elasticidade nas idades iniciais (BENTUR e MINDESS apud
GARCEZ, 2005).
2.2.2 Fibras sintéticas
As fibras sintéticas são fibras derivadas de polímeros orgânicos, resultantes de pesquisas
desenvolvidas na indústria petroquímica e têxtil. Entre as principais fibras sintéticas estão às
fibras acrílicas, de poliamidas aromáticas (aramida), de nylon, de poliéster, de polietileno, de
polipropileno e de carbono. Possuem diâmetro variando entre 0,02 mm a 0,38 mm.
As fibras sintéticas são produzidas em uma grande variedade de formas. Algumas das
principais características das fibras sintéticas são o baixo módulo de elasticidade, grande
deformação, a boa resistência a álcalis e baixo custo. Suas desvantagens principais são: baixa
resistência ao fogo, sensibilidade à luz solar e aderência limitada à matriz. Como estas fibras
trabalham embebidas na matriz, são bastante minimizados os efeitos da sensibilidade à luz e
da resistência ao fogo. Para contornar o problema da aderência com a matriz, pode-se
adicionar micro agregados e aditivos (RESENDE, 2003).
As fibras de aramida apresentam alto módulo de elasticidade e, quando incorporada às
matrizes de concreto de cimento Portland, na forma de pequenos segmentos, apresenta
excelente desempenho, particularmente no incremento da rigidez, resistência ao impacto e
comportamento a flexão dos compósitos (BENTUR e MINDISS apud GARCEZ, 2005).
30
Já as de polipropileno apresentam baixo modulo de elasticidade, grande capacidade de
deformação, boa resistência aos álcalis e baixo custo. Estas fibras costumam ser utilizadas
para o controle da microfissuração durante o endurecimento da pasta de cimento, em
estruturas de grande área superficial, tais como pisos industriais e pavimentos, sendo
recomendadas adições inferiores a 0,3% do volume (BENTUR e MINDISS apud GARCEZ,
2005).
2.2.3 Fibras naturais
Entre as principais fibras naturais utilizadas no reforço de matrizes cimentícias encontram-se
as de sisal, coco, bagaço de cana-de-açúcar, bambu e juta, entre outras. Sob o ponto de vista
ambiental e econômico, o emprego de fibras naturais é vantajoso, em função de custo
reduzido, do baixo consumo de energia necessário para sua produção e do caráter renovável
do material de origem. No entanto, em relação à durabilidade dos concretos reforçados com
este tipo de fibra, têm-se observado problemas devido à falta de estabilidade dimensional e da
possibilidade de degradação em curto espaço de tempo das fibras em presença de umidade
(TEZUKA apud GARCEZ, 2005).
De acordo com Bauer apud Acetti e Pinheiro (2000), as fibras naturais têm o inconveniente de
poderem ser atacadas por microorganismos, que acabam deteriorando todo o conjunto matriz-
fibra, quando não forem convenientemente tratadas. Ainda com relação à durabilidade desses
concretos, Tezuka (1999) cita que tem havido problemas devido à pequena estabilidade
dimensional causada pela variação de umidade das fibras.
2.2.4 Fibras metálicas
Este grupo é composto pelas fibras de aço. Por serem as mais eficazes, as fibras metálicas são
as mais utilizadas no concreto, principalmente as de aço. O intuito da utilização deste tipo de
fibra é aumentar a tenacidade, resistência à flexão, resistência ao impacto e fadiga e o controle
da fissuração do compósito.
31
A NBR 15530:2007 - Fibras de Aço para Concreto – Especificação, apresenta uma
classificação para as fibras de aço, correlacionando-a aos requisitos e tolerâncias específicas
do material. São previstos na norma três tipos básicos de fibras em função de sua
conformação geométrica:
Tipo A: fibra de aço com ancoragens nas extremidades
Tipo C: fibra de aço corrugada
Tipo R: fibra de aço reta
A Tabela 2.1 apresenta esquematicamente a configuração geométrica dos referidos tipos de
fibras previstos pela NBR 15530:2007, bem como suas respectivas classes. Existem três
classes previstas as para fibras de aço segundo a norma, as quais foram definidas segundo o
aço que deu origem às mesmas:
Classe I: fibra oriunda de arame trefilado a frio
Classe II: fibra oriunda de chapa laminada cortada a frio
Classe III: fibra oriunda de arame trefilado e escarificado
Esta classificação, além de definir o tipo de aço utilizado na produção da fibra, irá determinar
também a forma da seção transversal, o que proporcionará condições de definir os requisitos
geométricos finais da mesma em conjunto com o nível de resistência mínima do aço. Apesar
dessa classificação não tipificar as fibras em função do desempenho, seja quanto à
trabalhabilidade ou mesmo quanto à tenacidade, ao adotar esta classificação possibilita
estabelecer requisitos mínimos que poderão ser correlacionados com o desempenho final do
CRFA.
32
Tabela 2.1 - Classificação e geometria das fibras de aço.
Classificação e geometria das fibras de aço para reforço de concreto
Tipo
(Geometria) Classe da Fibra Geometria
A
I
II
B
I
II
III
C
I
II
Fonte: NBR 15530:2007. FIGUEIREDO, CECCATO, TORNERI, e NUNES (1998).
As fibras de aço são as que possuem maior variedade de formas e seção. As de seção
transversal circular possuem diâmetros da ordem de 0,25 mm a 0,76 mm e comprimento entre
10 mm e 75 mm. As fibras de aço achatadas têm seção transversal variando entre 0,15 mm a
0,41 mm de espessura, por 0,25 mm a 0,90 mm de largura. As fibras de aço onduladas e
deformadas são disponíveis tanto onduladas em todo o comprimento, quanto somente nas
extremidades. Para facilitar seu manuseio e mistura as fibras de aço podem ser coladas umas
as outras com colas solúveis em água, formando feixes de 10 a 30 fibras.
Deve-se ressaltar que, não é possível garantir o bom desempenho de um CRFA apenas
usando-se uma fibra de boa qualidade, mas verificando como a mesma foi corretamente
33
especificada, dosada e o controle do material feito segundo o recomendado pela boa técnica.
Assim, é se suma importância o controle das propriedades do concreto no estado fresco,
principalmente a sua trabalhabilidade que é reduzida na incorporação da fibra. Esta redução é
influenciada pelo fator de forma da fibra, pela geometria da fibra, pela fração volumétrica
adicionada, pelo traço de concreto e pelas características da interface fibra-matriz (ACI 544
1R, 1996) e, portanto, algumas adaptações na dosagem das matrizes podem ser exigidas, de
maneira que seja assegurada uma adequada dispersão das fibras adicionadas.
2.3 A INTERAÇÃO FIBRA MATRIZ
Conforme discutido no item 2.1, o concreto é um material compósito que normalmente
contém microfissuras na zona de transição entre a matriz e os agregados graúdos, sendo
necessária pouca energia para que ocorra o aumento destas fissuras, justificando a sua
fragilidade, como explica Mehta e Monteiro, (1994).
Pesquisas realizadas há quarenta anos, pela comunidade técnica científica através dos estudos
de Romualdi e Mandel (1964), que utilizando conceitos da mecânica da fratura, previram que
a resistência a tração do concreto, na formação da primeira fissura, poderiam ser
significativamente melhorada com a adição de pedaços curtos de arame metálico. Mostrando
que a adição de fibra ao concreto modifica alguma de suas propriedades como tenacidade e
resistência ao impacto, transformando o concreto com comportamento frágil em um material
de comportamento pseudodúctil. E é esta a principal contribuição da adição de fibras ao
concreto (BENTUR e MINDESS apud NUNES, 2005).
As fibras de aço, quando adicionadas ao concreto, dificultam a propagação das fissuras devido
ao seu elevado módulo de elasticidade. Pela capacidade portante pós-fissuração que o
compósito apresenta. As fibras permitem uma redistribuição de esforços no material mesmo
quando utilizada em baixos teores. Isto é particularmente interessante em estruturas contínuas
como os pavimentos e os revestimentos de túneis (FIGUEIREDO, 1997).
34
Deve-se lembrar que o concreto, como um material frágil, apresenta-se sempre susceptível à
concentração de tensões quando do surgimento e propagação de uma fissura a partir do
aumento da tensão a ele imposta, conforme o apresentado na Figura 2.2 - A.
As fibras funcionam como ponte de transferência de tensões após a fissuração da matriz,
minimizando a concentração de tensões nas extremidades das mesmas, conforme o ilustrado
na Figura 2.2-B. É nesta fase que as fibras têm sua ação efetiva, uma vez que a maior parte do
trabalho total para a ruptura do compósito se da através da energia dissipada na ruptura da
aderência entre a fibra e a matriz de concreto, e posterior arrancamento das fibras,
controlando assim a propagação de fissuras. Assim, a fragilidade característica do concreto é
reduzida passando a ter um comportamento pseudodúctil, apresentando uma capacidade de
suporte pós-fissuração, permitindo uma redistribuição de esforços no material aumentando
sua capacidade de suporte á fadiga e ao impacto e em contrapartida sua durabilidade
(NUNES, 2005).
Figura 2.4 - Esquema de concentrações de tensões no concreto A - sem adição de
fibra; B - com adição de fibras.
Fonte: FIGUEIREDO (2000).
35
Segundo Nunes (2005), a ação das fibras na fase pós-fissuração do concreto é abordada, sob
dois aspectos: primeiro, o entendimento da baixa resistência da matriz quando tracionada;
segundo, o comportamento do compósito após a adição das fibras na matriz.
Embora o concreto seja o material estrutural mais amplamente empregado, a sua estrutura é
heterogênea e altamente complexa e antes de qualquer solicitação, já possui inúmeras
microfissuras, vazios e descontinuidades que permanecem instáveis. Isto porque dois
constituintes da estrutura, a pasta e a zona de transição estão sujeitos a modificação com o
tempo, umidade ambiente e temperatura (MEHTA e MONTEIRO, 2008).
Alguns desses efeitos negativos são formados na zona de transição entre o agregado e a pasta,
outras decorrentes da própria mistura do material, com a inclusão de bolhas de ar, ou ainda
decorrente de tensões internas induzidas pela retração restringida da pasta de cimento pelo
agregado. O fato é que estas descontinuidades são iniciadoras e concentradoras de fissuras
quando do carregamento do material (BRANDT, apud NUNES, 2005).
Uma das soluções mais empregadas pela comunidade técnica cientifica para melhorar o
desempenho da matriz quando submetida a esses efeitos negativos, consiste na adição de
fibras ao concreto. As fibras agem com pontes de transferência de tensões entre as bordas
destes segmentos, sendo as forças transmitidas entre a fibra e a matriz por aderência, dando
origem às chamadas “costuras” das fissuras, minimizando a concentração de tensões nas
extremidades da mesma, evitando assim a ruptura brusca.
A aderência fibra-matriz depende de vários fatores como: atrito fibra-matriz, ancoragem
mecânica da fibra na matriz, adesão físico-química entre os materiais e a dimensão do
agregado. Estes fatores são influenciados pelas características das fibras (volume; módulo de
elasticidade; resistência; geometria e orientação) e características da própria matriz
(composição; condição de fissuração da matriz e propriedades físicas e mecânicas).
36
2.3.1 Teor de fibras
A quantidade de fibras presente na matriz possui grande influência nas propriedades do
CRFA, pois à medida que se aumenta o consumo de fibras verificam-se duas situações
distintas: a primeira está relacionada ao significativo aumento da tenacidade quando utilizado
teores adequados de fibras e à segunda está relacionada à incorporação de altos teores de
fibras na matriz afetando a mobilidade da mistura e consequentemente a sua trabalhabilidade.
Provocando um impacto negativo na resistência mecânica do mesmo.
A influência do teor de fibras nas propriedades do CRFA pode ser facilmente constatada
através dos estudos realizados por Mehta e Monteiro, (2008), que argumenta que produtos
reforçados com fibras não apresentam melhora substancial na resistência a tração, se
comparado a misturas similares sem fibras. Entretanto 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 impacto sobre a
trabalhabilidade.
Historicamente, quando as fibras eram adicionadas à mistura, ocorria incorporação de ar, o
que, associado aos problemas de modelagem e distribuição inadequada das fibras na matriz,
acabava tendo reflexos negativos sobre a resistência.
No entanto com o advento da evolução tecnológica dos aditivos plastificante e
superplastificante e com dosagens adequadas está sendo possível obter misturas trabalháveis,
com pouca incorporação de ar e boa distribuição das fibras na matriz. 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.
2.3.2 Fator de forma
O fator de forma, ou relação de aspecto, é um dos principais parâmetros de caracterização de
uma fibra, representa a razão entre o comprimento da fibra e o seu diâmetro equivalente
37
(diâmetro da seção circular que tem a mesma área da seção transversal da fibra), como ilustra
a Figura 2.5.
Figura 2.5 - Conceituação de fator de forma da fibra.
Fonte: NUNES, (2005).
Este índice tem sido usualmente empregado como fator determinante por ser capaz de indicar
com apenas um número a eficiência da fibra para a melhora da tenacidade do compósito.
No entanto, quanto maior for o fator de forma, maior será também a influência da fibra na
perda de fluidez do material. Isto ocorre pelo fato de se ter uma elevada área específica, que
demanda uma grande quantidade de água de molhagem aumentando o atrito interno do
concreto e reduzindo a sua mobilidade. Figueiredo, (2000), afirma ser difícil conseguir uma
trabalhabilidade razoável em concretos com fibras cuja relação de aspecto é superior a 100.
2.3.3 Volume crítico
O incremento da resistência a flexão e conseqüente aumento da capacidade portante pós-
fissuração proporcionada pelas fibras depende não somente do seu comprimento mais também
do volume de fibras imersas no concreto, dando margem para o estudo de certo volume
“crítico” de fibras.
O volume de fibras é definido por Figueiredo (2000) como a concentração de fibras (em
volume) acima da qual se consegue manter a capacidade portante após a ruptura da matriz. Ou
seja, uma vez acontecendo à ruptura da matriz o CRFA continuará suportando carregamento.
38
A Figura 2.6 apresenta as curvas de carga por deflexão em prismas de concretos com fibras de
aço, rompidos à flexão. Como se pode observar na figura, existe um trecho elástico linear
inicial, correspondente ao estágio pré-fissuração da matriz do compósito, e outro trecho,
similar a um patamar de escoamento, onde é possível diferenciar o comportamento do CRFA
com teores superiores, inferiores e iguais ao volume crítico de fibras.
Figura 2.6 - Diagramas carga x flecha obtidos nos ensaios de flexão de prismas de concreto
com fibras em teores abaixo (A), acima (B) e igual (C) ao volume crítico.
Fonte: FIGUEIREDO, ( 2000).
O cálculo do volume crítico pode ser feito a partir de modelos que estimam a contribuição das
fibras na rigidez da matriz após a fissuração. Figueiredo (2000) faz comentários a um modelo
proposto por Aveston, Cooper e Kelly (1971), que focaliza um compósito ideal, com fibras
contínuas e alinhadas à direção do esforço principal. Obviamente este modelo não representa
com precisão a realidade onde as fibras são descontinuas e distribuídas aleatoriamente. Para
corrigir estes desvios são normalmente utilizados os chamados fatores de eficiência, que
permitem uma maior aproximação do volume crítico teórico e aquele obtido
experimentalmente. Após a introdução destes coeficientes o autor estima em 0,91% o volume
crítico para o caso de fibras de aço.
Segundo Shah apud Nunes (2005) o volume crítico para as fibras de aço é da ordem de 1%
em volume (cerca de 80 Kg/m³ de concreto), valor que está na mesma ordem de grandeza do
valor calculado analiticamente por AVESTON, COOPER e KELLY (1971).
39
2.3.4 Comprimento crítico
De acordo com Figueiredo (2000), o comprimento crítico pode ser definido como um
mecanismo de transferência de tensões entre a fibra e a matriz, a partir do qual a tensão de
aderência suporta cargas maiores podendo atingir níveis tão elevados que causem a sua
ruptura. Em linhas gerais, as fibras atuam como ponte de transferência após as primeiras
fissuras e à medida que as tensões de aderência superam a resistências de aderência, a fibra
perde seu poder de transferência e é arrancada da matriz. Assim a adoção de um valor de
comprimento crítico acima do qual o estado limite último se dá por ruptura da fibra aumentará
sua capacidade de suporte na flexão do compósito e consequentemente sua tenacidade.
Considerando-se apenas a questão da trabalhabilidade, pode-se inferir que é recomendável
adotar fibras de menor comprimento, reduzindo-se, assim, a probabilidade da ocorrência de
elevadas concentrações de fibras. Entretanto, como visto acima o comprimento das fibras
quando usado de forma correta ajuda a aumentar a tenacidade do concreto.
2.3.5 Distribuição das fibras
Os principais fatores que influenciam na dispersão das fibras no concreto são o seu fator de
forma, dimensão do agregado, teor de fibras e o procedimento de adição, e qualquer
deficiência nesses parâmetros intensifica a probabilidade de formação de novelos provocando
uma não uniformidade aumentando a quantidade de vazios e reduzindo a trabalhabilidade.
Segundo Bentur e Mindess apud Bastos, (1999),
O arranjo das fibras nos compósitos pode assumir várias geometrias em
função da forma das fibras individuais e da sua dispersão na matriz.
Podendo-se apresentar segundo três formas distintas: arranjo
unidimensional, arranjo bidimensional e arranjo tridimensional. Conforme se
observa na Figura 2.7 o arranjo das fibras pode ser contínuo, com fibras
40
longas (a, c) ou discreto, com fibras curtas (≤ 50 mm de comprimento) (b,
d). Nos concretos, as fibras normalmente utilizadas são discretas e curtas e
tendem a se orientar de forma dispersa e não-uniforme.
Figura 2.7 - Arranjos possíveis das fibras nos compósitos.
Fonte: BENTUR & MINDESS, (1990).
Nos concretos, as fibras normalmente utilizadas são discretas e curtas e tendem a se orientar
de forma dispersa e não-uniforme. A uniformidade da distribuição das fibras depende muito
do processo de mistura, lançamento e adensamento e, na prática, a distribuição uniforme é
raramente obtida.
De forma geral, as fibras utilizadas no reforço da matriz no sentido de inibir o processo de
fissuração devem apresentar boa resistência à tração e possibilitar uma dispersão uniforme e
uma orientação aleatória por toda a massa de concreto, produzindo assim maior uniformidade
nas propriedades de resistência do compósito.
O problema consiste então em introduzir volume suficiente de fibras, uniformemente disperso
na matriz, de forma a garantir as melhorias desejadas para o comportamento mecânico do
material. Porém, deve-se ter atenção com a trabalhabilidade da mistura, uma vez que a
introdução de fibras causa considerável aumento na coesão do concreto. Isto ocorre porque as
fibras possuem grande superfície especifica e uma geometria distinta dos agregados,
41
aumentando com isto o atrito interno do concreto e diminuindo a fluidez e a mobilidade da
mistura (BENTUR e MINDESS apud NUNES, 2005).
2.4 PROPRIEDADES DO CONCRETO COM FIBRA DE AÇO
2.4.1 Trabalhabilidade
Um dos principais efeitos da adição de fibras de aço no concreto, em seu estado fresco,
consiste na redução da trabalhabilidade, uma vez que as fibras tendem a enrijecer a mistura
provocando perda de homogeneidade e mobilidade. Esta redução é proporcional a
concentração volumétrica de fibras no concreto, isto porque, ao se adicionar fibra ao concreto
está se adicionando também uma grande área superficial, que demanda água de molhagem
para fluidificar a mistura. Assim, parâmetros como: teor de fibra, fator de forma, volume
crítico, da dimensão máxima característica e granulometria do agregado carecem de cuidados
com relação à dosagem de forma a assegurar uma maior dispersão de fibra na matriz
(FIGUEIREDO apud GARCEZ, 2005).
Devido às grandes interferências provocadas nas propriedades do concreto, no seu estado
endurecido, a dosagem do concreto com fibra no estado fresco deve ser efetuada, de forma a
garantir uma maior facilidade de ser misturado, manuseado, transportado e o mais importante,
colocado nos moldes e consolidado com perda mínima de homogeneidade e o mínimo de
incorporação de ar (LOBÃO, 2005).
O ACI( COMMITTEE 544. 3R – ,2000), fornece algumas recomendações de dosagem e
alguns métodos considerados adequados para avaliar a trabalhabilidade do CRFA como
mostra a tabela 2.2.
42
Tabela 2.2 - Recomendações para dosagem de concreto reforçado com fibras de aço.
Dmáx 9 mm 19 mm 38 mm
Cimento (Kg/m³) 356 - 593 297 - 534 279 - 415
Relação a/c 0,35 - 0,45 0,35 - 0,50 0,35 - 0,55
Porcentagem de finos 45 - 60 45 - 55 40 - 55
Porcentagem de ar incorporado 4 - 8 4 - 6 4 - 5
Volume de fibras (Kg/m³)
Fibras deformadas 31 - 78 24 - 63 16 - 55
Fibras Lisas 63 - 157 47 - 126 31 - 110
Fonte: (ACI, 1993).
Existem três métodos para a avaliação da trabalhabilidade no concreto com fibras
recomendados pela (ACI 544.3R, 1993): Abatimento de Tronco de Cone (ABNT – NBR
7223: 1992), Vibração e Abatimento de Cone Invertido (ASTM C995, 2001) e o Ensaio VeBe
(ABNT – NBR 9606: 1992) (GOSSI, 2006).
No entanto no compósito, as fibras têm, normalmente, a tendência de reduzir a
trabalhabilidade da mistura, e faz com que ela pareça sem trabalhabilidade quando imóvel,
apesar da mesma poder responder bem à vibração. Sob vibração este efeito pode desaparecer,
e uma mistura de concreto reforçado com fibras pode ser manuseada quase que da mesma
forma que o concreto simples em termos de fluidez. Conseqüentemente, os ensaios de
trabalhabilidade baseados em condições estáticas, como o ensaio de abatimento de tronco de
cone, podem levar a resultados inadequados, uma vez que o concreto é de fato trabalhável
quando vibrado (BENTUR e MINDESS, 1990).
Outro fato que restringe o uso do ensaio de Abatimento de Tronco de Cone reside na adoção
de elevados valores para o abatimento, o que pode causar segregação das fibras (CECCATO,
1998), o que pode reduzir à eficiência do concreto na superfície, dando origem a fissura nessa
região.
43
Desta maneira, é geralmente recomendado que sejam usados testes de trabalhabilidade nos
quais efeitos dinâmicos estejam envolvidos, com o fim de avaliar as propriedades da mistura
fresca reforçada com fibras enquadrando-se para esse fim os ensaios de Vibração e
Abatimento de Cone Invertido e o VeBe (TOLEDO FILHO, 1997).
CECCATO (1998) destaca que o ensaio de cone invertido não é recomendável para avaliar a
trabalhabilidade de concretos com fibras, devido a duas razões:
se o concreto é muito plástico acaba passado pela extremidade inferior aberta do cone
invalidando o ensaio;
se o concreto é muito coeso acaba por entupir a mesma extremidade inferior de modo a
impossibilitar a obtenção de qualquer resultado do ensaio.
Assim o método mais indicado para avaliar a trabalhabilidade no concreto com fibras é o
ensaio VeBe (Figura 2.8). Ele determina a trabalhabilidade e a mobilidade do compósito sob
vibração.
Figura 2.8 - Ensaio do tempo de VeBe na mistura: (a) moldagem do tronco de cone; (b)
tronco de cone antes da vibração; (c) final do ensaio de tempo de VeBe.
Fonte: Lopes (2005).
O índice VeBe é o tempo necessário para remodelar o concreto contido no equipamento, da
forma de tronco de cone para a cilíndrica. Quanto maior o índice VeBe, menor a
trabalhabilidade do concreto . A Figura 2.9 mostra a influência do tamanho do agregado e do
teor de fibra no índice VeBe. Esta figura indica que, a medida que se aumenta o teor de fibras
(a) (b) (c)
44
para dois tipos de agregado distinto, aumenta-se o tempo de compactação dado pelo ensaio
VeBe. Este aumento é tanto maior quanto maior for à concentração da fibra.
Figura 2.9 - Efeito da dimensão do agregado e do teor de fibra na trabalhabilidade.
Fonte: (Mehta e Monteiro, 2008).
2.4.2 Resistência à compressão
As fibras têm pouca influência na resistência à compressão do CRFA (BENTUR e
MINDESS, 1990). Historicamente não há um consenso sobre os possíveis efeitos da adição
de fibras no ganho de resistência do concreto, podendo até mesmo em alguns casos provocar
redução nos valores medidos para essa propriedade. Esta redução pode não ser devido à
adição de fibras ao concreto e sim à adição de mais água para aumentar a trabalhabilidade do
mesmo (FIGUEIREDO, 2000).
Segundo Mehta e Monteiro, (2008) estudos realizados por Shah e Rangan apresentados na
Tabela 2.3 mostram que a adição de fibras em quantidades constante (1% em volume),
variando o comprimento da fibra de 6,5mm para 25mm, resulta no aumento tanto da
resistência como da tenacidade. Entretanto o aumento na tenacidade é de uma ordem de
grandeza enquanto que o de resistência é apenas moderado.
45
Tabela 2.3 - Influência do aumento da relação de aspecto na resistência e na tenacidade do
concreto.
Fonte : MEHTA e MONTEIRO, (2008).
Independentemente da incerteza quanto ao ganho da resistência à compressão do CRFA, o
real objetivo da adição de fibras de aço não é promover alterações nessa propriedade, podendo
considerá-la, como uma propriedade secundária, e sim melhorar o comportamento pós-
fissuração, permitindo que o concreto deforme bem mais quando tracionado, ou seja, no
aumento da capacidade de absorção de energia do concreto (BENTUR e MINDESS apud
KAEFER, 2000).
2.4.3 Resistência à tração
Geralmente a resistência a tração do CRFA é da mesma ordem das dos concretos sem fibras
(2 a 4 MPa). Contudo um aumento na resistência a tração no CRFA se faz sentir somente em
situações específicas quando se criam condições favoráveis, como, por exemplo:
volume de fibras: volume elevados (geralmente, acima de 2%).
tipos de fibras: fibras de alto módulo de elasticidade e fibras com elevado fator de forma.
qualidade da matriz de concreto: matriz com maior aderência às fibras.
alinhamento das fibras: fibras alinhadas na direção de tração.
dosagem: processo de mistura adotado.
Efeito da relação de aspecto
Tipo de reforço Relação de
aspecto L/D
Resistência
relativa
Tenacidade
relativa
Fibras distribuídas
ao acaso
0 1,0 1,0
25 1,5 2,0
50 1,6 8,0
75 1,7 10,5
100 1,5 8,5
46
Estudos realizados por BENTUR e MINDESS, (1990) ajudam a evidenciar a contribuição
desses parâmetros no aumento da resistência à tração, segundo o autor um volume de 5% de
fibras lisas e retas de aço orientadas na direção da tração pode acarretar um aumento nessa
resistência de até 133%. Entretanto quando as fibras são colocadas aleatoriamente, este
aumento chega ao máximo a 60%.
2.4.4 Resistência à flexão
Normalmente o efeito das fibras de aço é mais significativo na flexão do que na resistência à
compressão ou até mesmo à tração. Isto ocorre devido ao comportamento pseudodúctil
desenvolvido pelo concreto, cuja distribuição de tensões e deformações fica alterada após a
introdução das fibras. Dados têm mostrado que a resistência à flexão do CRFA é de cerca de
50 a 70% maior que a resistência à flexão de um concreto não reforçado (GARCEZ, 2005).
Como conseqüência da melhor distribuição de tensões e deformações provocada pela
introdução das fibras o aumento da resistência a flexão, está diretamente ligado ao volume,
relação de aspecto e geometria da fibra. A Figura 2.10 mostra a curva carga-deflexão de uma
viga submetida à flexão com vários percentuais volumétricos de fibras. Nota-se que à medida
que o percentual aumenta em relação ao volume crítico, há um aumento da ductilidade.
Figura 2.10 - Curva típica carga x deflexão de vigas de concreto com fibras.
Fonte: (MARKOVIC apud SIMPLICIO, 2006).
47
2.4.5 Tenacidade à flexão
Como visto nos itens anteriores sobre a propriedade do CRFA, puderam-se constatar os
principais efeitos da adição de fibras nas propriedades do concreto. Por fim, resta avaliar,
conforme mostra a Figura 2.11 a principal vantagem da adição das fibras ao concreto: o
aumento da capacidade de absorção de energia em flexão (tenacidade à flexão) (GROSSI,
2006).
Figura 2.11 - Melhora relativa das várias propriedades do concreto reforçado com fibra de
aço.
Fonte: (MEHTA e MONTEIRO, 2008).
A tenacidade à flexão é definida como a área abaixo da curva carga deflexão medida no
ensaio de flexão. Estas curvas podem variar muito de acordo com o volume e as
características das fibras. Fibras com melhores características de ancoragem, por exemplo,
fibras com ancoragem mecânica ou com relações de aspecto altas, fornecem maiores valores
de tenacidade do que fibras lisas e retas, com a mesma concentração de volume conforme
mostra a Figura 2.12. O impacto e a resistência à fadiga do concreto estão relacionados à
tenacidade a flexão e também aumentam consideravelmente (BENTUR e MINDESS apud
LOPES, 2005).
48
Figura 2.12 - Influência do reforço com fibras de aço na resistência à primeira fissura.
Fonte: (MEHTA e MONTEIRO, 2008).
49
3 PROGRAMA EXPERIMENTAL
Como explicitado no capítulo 1, a presente pesquisa tem como objetivo analisar o
comportamento do concreto no estado fresco quanto à incorporação de fibras de aço, para tal,
neste capítulo serão descritos os procedimentos utilizados na pesquisa, desde a caracterização
dos materiais, determinação de traço, teor de fibras até os procedimentos de ensaio e
consequentemente a realização do mesmo.
Buscando atingir o objetivo proposto, subdividimos a pesquisa em 3 etapas:
Figura 3.1 - Estratégia da Pesquisa
Consequentemente o Capítulo 2, forneceu a base teórica para a escolha dos parâmetros que
seriam variados para geração da dosagem do compósito. A partir destas considerações,
desenvolveram-se as estratégias para a realização da pesquisa, definindo que a influência da
incorporação da fibra de aço na trabalhabilidade será analisada, relacionando o seu
comportamento em conjunto a diferentes tipos de agregados.
• Areia, Brita
• Cimento Portland
• Fibras de Aço
Caracterização dos materiais
• Dosagem
Determinação do traço
•Ensaio VeBe
Esaio de trabalhabilidade
50
3.1 SELEÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS
3.1.1 Cimento Portland
Em função da sua disponibilidade foi utilizado como material aglomerante o cimento Portland
do tipo CP II Z 32 – RS (cimento Portland com adição de pozolana – resistente ao sulfato).
Este material é fabricado pela Companhia de Cimento Poty e de acordo com NBR 5731/91
possui as seguintes especificações técnicas:
Tabela 3.1 - Características físicas e mecânicas do cimento Portland
Finura Tempo de Pega Resistência à compressão
(MPa)
Resíduo na # 75mm
(%)
Área Específica
m²/Kg
Ínicio
(h)
Fim
(h)
1º
dia
3º
dia
7º
dia
28º
dia
≤ 12,0 ≥ 260 ≥ 1 ≤ 10 - ≥ 10 ≥20 ≥ 32
Fonte: NBR 5731/ 91.
A caracterização deste material foi embasada na NBR 11578 / 91 - Cimento Portland -
Determinação da finura por meio da peneira 75 m (nº 200).
A finura do cimento é uma propriedade relacionada com o tamanho máximo dos grãos do
produto sendo um dos fatores governantes para o aumento da reação de hidratação do
concreto, diminuição da exsudação e aumento da trabalhabilidade e coesão entre os grãos
(MEHTA e MONTEIRO, 2008).
A tabela 3.2 apresenta os dados colhidos no ensaio para a determinação da finura do cimento
Portland, a qual é determinada pela NBR 11578/91 pelo seguinte modelo matemático:
Onde:
51
F é o índice de finura do cimento, em porcentagem,
R é o resíduo de cimento na peneira de 75mm (#200), em gramas,
C é o fator de correção da peneira utilizada no ensaio, devendo estar compreendido no
intervalo 1,00±0,20 g e,
M a massa de cimento em gramas.
Tabela 3.2 - Determinação do resíduo na peneira Nº 200
Massa Inicial (g) Massa Final (g) Fator de Correção Finura (%)
50 0,71 1,20 1,70
3.1.2 Fibras de aço
Para pesquisa foram utilizados fibras de aço Dramix®, RC 80/60 BN, produzidas pela
empresa Belgo Bekaert Arames/ Grupo Acelor Mittal.
Segundo o fabricante a letra R usada para a nomenclatura indica dupla ancoragem nas
extremidades. A letra C indica que as fibras são coladas, o primeiro número indica o fator de
forma e o segundo o comprimento da fibra. A letra B indica aço claro, sem cobrimento e a
letra N indica que o aço tem baixo teor de carbono (Belgo,2009).
Tabela 3.3. Características da fibra de aço Dramix
Fibra Comprimento
(mm)
Diâmetro
(mm)
Fator de
Forma
Resistência do Arame
(N/mm²)
Fibras /
Kg
RC 80/60
BN 60 0,75 80 1100 4600
Fonte: Belgo Bekaert Arames/ Grupo Acelor Mittal.
52
3.1.3 Agregado Graúdo
Nesta pesquisa foram utilizadas diferentes classes de pedra britada. Estes foram coletados do
estoque existente no Laboratório de Materiais de Construção da UEFS. Os agregados graúdos
foram lavados e secos em estufa e em seguida submetidos ao ensaio de caracterização. O
peneiramento foi realizado conforme a NBR NM 248:2003 e classificado de acordo com as
graduações prescritas pela NBR 7211:2005 que estabelece os limites da composição
granulométrica do agregado graúdo
Os dados obtidos do agregado graúdo serão apresentados abaixo através da tabela 3.4, tabela
3.5 e tabela 3.6.
Tabela 3.4. Análise Granulométrica do agregado graúdo (NBR NM 248:2003)
Abertura da peneira (mm) 19,00 12,5 9,50 6,30 4,75 2,36 < 2,36
(%) retida média 0,00 0,00 0,00 16,00 37,00 44,00 3,00
(%) retida acumulada 0,00 0,00 0,00 16,00 53,00 97,00 100,00
Dimensão máxima característica (mm) 9,50
Massa específica (g/cm³) 2,67
Absorção (%) 0,55
Tabela 3.5 - Análise Granulométrica do agregado graúdo (NBR NM248:2003).
Abertura da peneira (mm) 19,00 12,5 9,50 6,30 4,75 2,36 < 2,36
(%) retida média 0,00 16,00 51,00 30,00 3,00 0,00 0,00
(%) retida acumulada 0,00 16,00 67,00 97,00 100,00 100,00 100,00
Dimensão máxima característica (mm) 19,00
Massa específica (g/cm³) 2,80
Absorção (%) 0,22
53
Tabela 3.6 - Análise Granulométrica do agregado grúdo (NBR NM248:2003).
Abertura da peneira (mm) 25,4 19,00 12,5 9,50 6,30 4,75 <4,75
(%) retida média 0,00 6,00 81,00 12,00 1,00 0,00 0,00
(%) retida acumulada 0,00 6,00 87,00 99,00 100,00 100,00 100,00
Dimensão máxima característica (mm) 25,40
Massa específica (g/cm³) 2,80
Absorção (%) 0,07
Para cada agregado foram caracterizados além da sua composição granulométrica alguns
parâmetros como dimensão máxima característica, massa específica. Vale salientar a
importância da determinação desses parâmetros uma vez que deve haver uma compatibilidade
dimensional entre o agregado e a fibra. Não sendo recomendado o uso de agregado com
diâmetro máximo superior a 19 mm (ACI, 1993).
Através dos resultados da composição granulométrica foi possível traçar o gráfico com a
curva granulométrica dos agregados graúdos, com seus respectivos limites inferior e superior
como é mostrado nas Figuras 3.2, Figuras 3.3 e Figuras 3.4., onde é possível notar que as
composições granulométricas dos agregados graúdos não se encaixaram dentro da faixa
prescrita pela NBR 7211:2005. Entretanto pode-se observar que todos os materiais
apresentaram uma distribuição continua dos grãos, o que permite um maior entrosamento dos
grãos proporcionando um maior grau de empacotamento entre as partículas do compósito.
54
Figura 3.2 - Curvas granulométricas do agregado graúdo e respectiva Zona inferior e superior
especificada pela NBR 7211 (2005).
Figura 3.3 - Curvas granulométricas do agregado graúdo e respectiva Zona Inferior e superior
especificada pela NBR 7211 (2005).
0,00
20,00
40,00
60,00
80,00
100,00
120,00
1,00 10,00
% R
etid
a A
cum
ula
da
Aberturas das Peneiras (mm)
Agregado Graúdo Zona Granulométrica Inferior (4,75/12,5) Zona Granulométrica Superior (4,75/12,5)
2,36 4,75 9,56,3 12,4 19,0 25,4Fundo
0,00
20,00
40,00
60,00
80,00
100,00
120,00
1,00 10,00
% R
etid
a A
cum
ula
da
Aberturas das Peneiras (mm)
Agregado Graúdo Zona Granulométrica Inferior (9,5/25,4) Zona Granulométrica Superior (9,5/25,4)
Fundo 4,75 6,3 9,5 19,0 25,412,4 37,5
55
Figura 3.4 - Curvas granulométricas do agregado graúdo e respectiva Zona Inferior e superior
especificada pela NBR 7211 (2005).
3.1.4 Agregado Miúdo
De acordo com a NBR NM 248:2003 é classificado como agregado miúdo a área de origem
natural ou resultante da britagem de rochas estáveis ou mistura de ambas cujos grãos passam
na peneira 4,75 mm e ficam retidos na peneira 0,75 mm.
O agregado miúdo utilizado foi à areia lavada coletada no estoque existente no Laboratório de
Materiais de Construção da Universidade Estadual de Feira de Santana (UEFS), cujas
características são apresentadas na tabela abaixo.
0,00
20,00
40,00
60,00
80,00
100,00
120,00
1,00 10,00
% R
etid
a A
cum
ula
da
Aberturas das Peneiras (mm)
Agregado Graúdo Zona Granulométrica Inferior (9,5/25,4) Zona Granulométrica Superior (9,5/25,4)
Fundo 4,75 6,3 9,5 12,4 19, 25,4 37,5
56
Tabela 3.7. - Característica do agregado Miúdo.
Abertura da peneira (mm) 6,30 4,75 2,36 1,18 0,60 0,30 0,15 <0,15
(%) retida média 0,00 0,00 6,00 17,00 37,00 33,00 5,00 1,00
(%) retida acumulada 0,00 0,00 6,00 23,00 60,00 94,00 99,00 100,00
Dimensão máxima característica (mm) 4,75
Massa específica (g/cm³) 2,62
Através dos resultados da composição granulométrica foi possível traçar o gráfico com a
curva granulométrica do agregado miúdo, com seus respectivos limites inferior e superior
como é mostrado nas Figuras 3.5, onde podemos verificar que este material se enquadra na
faixa prescrita pela NBR 7211:2005 além de possuir uma distribuição contínua dos grãos.
Figura 3.5 - Curvas granulométricas dos agregados miúdos e o respectivo limite inferior e
superior e especificada pela NBR 7211 (2005).
0,00
20,00
40,00
60,00
80,00
100,00
120,00
1 10
% R
etid
a ac
um
ula
da
Abertura da peneira (mm)
Agregado Miúdo Utilizável Inferior Utilizável Superior Ótima Inferior Ótima Superior
9,50,1Fundo 0,3 0,6 1,18 2,36 4,75 6,3
57
3.1.5 Água de amassamento
Nesta pesquisa o lubrificante hidráulico utilizado foi à água potável disponível na rede local
de abastecimento.
3.1.6 Determinação do traço de concreto
A determinação do traço adotado nesta pesquisa obedeceu os criterios preconizado pelo
Roteiro Prático para a Dosagem dos Concretos Estruturais em conjunto com as
recomendações da Dramix, visto que a este trabalho propõe obter um dosagem que
proporcione ao concreto no estado fresco uma maior mobilidade e distribuição de seus
constituites em especial as fibras de aço. A fase experimental parte do principio que são
necessários três pontos para poder montar o diagrama de dosagem, que correlaciona a
resistência a compressão, relação água/cimento, traço e consumo de cimento (HELENE e
TERZIAN, 1993).
Considerando que algumas variaveis são determinantes para a dosagem adequada do concreto
adotamos alguns parâmetros recomendados pelo fabricante de fibras de aço a Dramix.
As recomendações do fabricante das fibras de aço Belgo Bekaert Arames são:
Utilizar um teor de argamassa de, no mínimo, 50%;
Aplicar relação a/c menor que 0,55;
Obter abatimento de, no mínimo 100±20mm;
De acordo com o roteiro os principais pontos balizadores para a determinação da dosagem do
concreto podem ser obtidos da seguinte forma:
A resistência à compressão, varia inversamente com a relação água-cimento (a/c), de acordo
com a equação sugerida pela norma brasileira NBR 6118 : 2002
58
Onde:
fcdj = resistência à compressão à idade de j dias (MPa);
fckj = resistência característica do concreto à compressão (MPa);
sdj = desvio-padrão de dosagem, referido à idade j (em geral 28 dias), em MPa;
1,65 = coeficiente que admite que até 5% dos valores de resistência poderão estar abaixo de
fck.
Assim a relação agua/cimento pode ser obtida da correlação existente com a resistencia a
compressão para vários tipos de cimento através da equação proposta por (HELENE e
TERZIAN, 1992) .
De acordo com o ACI 544.1R-96 (2004), o concreto reforçado com fibra normalmente é
especificado pela resistência e pelo teor de fibra. Tipicamente especifica-se a resistência a
compressão de 34 a 48 MPa, com teor de fibra baixo de 30 kg/m³ (0,38% em volume) e alto
de até 220 Kg/m³ não sendo recomendado valores acima de 1,2% em volume (MEHTA e
MONTEIRO, 2008).
Nesta pesquisa foi arbitrado para o calculo da resistência a compressão aos 28 dias, uma
resistência característica a compressão aos 28 dias equivalente a 25 MPa, sobre condições de
dosagem propicias a adoção do desvio padrão igual a 5,5 MPa. Portanto de acordo com a
equação sugerida pela norma brasileira NBR 6118:2002 e por HELENE e TERZIAN, (1992),
a resistência a compressão aos 28 dias (fcdj) e a relação água/cimento usada na pesquisa
equivale a 34 MPa e 0,50 respectivamente.
Ao processo para a determinação do teor de argamassa é considerado uma das fases mais
importante desta pesquisa, visto que a incorporação das fibras de aço causa o aumento do
atrito interno, reduzindo a mobilidade de seus constituintes. Buscando minimizar esses
59
efeitos, adotou-se inicialmente o traço de 1:5 (traço intermediário), através do qual se
estabeleceu uma série de variações no teor de argamassa, lançando-se areia, cimento e água,
culminando com a obtenção do teor ideal de argamassa e do traço final como pode ser visto
na sequência de figuras abaixo.
Figura 3.6 - Homogeneização inicial do traço 1:5.
Fonte: (HELENE e TERZIAN, 1993).
Figura 3.7 - Aspecto da aparência do concreto da mistura inicial.
A superfície apresenta-se bastante áspera pela falta de argamassa. Esta avaliação deve ser
realizada com auxílio de uma colher de pedreiro.
60
Figura 3.8 - Determinação da consistência da mistura inicial.
Verificação da consistência através do abatimento do tronco de cone, onde a mistura mostrou-
se muito seca.
Figura 3.9 - Após pequenas batidas laterais com a haste metálica, o concreto apresenta-se com
baixa coesão.
61
Figura 3.10 - Lançamento de cimento e areia, correspondente ao acréscimo de teor de
argamassa da mistura.
Fonte: (HELENE e TERZIAN, 1993).
Figura 3.11 - Aspecto da superfície do concreto após a retiradas da colher.
62
Figura 3.12 - Determinação da consistência.
Após essa sequência de procedimento, determinou-se o teor final de argamassa e o respectivo
traço como pode ser visto na tabela 3.8
Tabela 3.8 - Determinação do teor ideal de argamassa para o traço 1:5.
α (%) Traço
Cimento (Kg)
Areia (Kg)
Brita (Kg)
Água (l)
Total Acréscimo Total Acréscimo Total Acréscimo Total Acréscimo
51 1:2,06:2,94 6,0 12,36 17,64 2,94
0,53 2,66 0,00 0,33
55 1:2,30:2,70 6,53 15,02 17,64 3,2
0,31
1,53
0,00 0,15
57 1:2,42:2,58 6,84 16,55 17,64 3,42
Portanto o traço unitário obtido após a sequência de procedimentos foi 1 : 2,42 : 2,58 : 0,5.
O abatimento correspondente a respectivo traço foi de 20 mm para o traço com agregado com
diâmetro igual a 9,5 mm e 40 mm para o agregado com diâmetro igual a 19,0mm.
↘
↙
↘
↘
↘
↘
↘
↘ ↙ ↙ ↙
↘ ↘ ↘ ↘
↙ ↙ ↙ ↙
63
Uma vez determinado o traço unitário da pesquisa, partimos para a quantificação da
composição do material da mistura, parametrizado um valor de 6,84 Kg de cimento, visto que
basta multiplicar cada valor do traço unitário para obter a quantidade de cada material, para
que assim seja possível obter a massa e o volume final que compõe o concreto. Para a
determinação do volume de concreto, adotou-se uma massa específica proposta por Mehta
(2008), equivalente a 2349 Kg/m³ de acordo com a fórmula abaixo:
=m/v
Onde:
= massa específica do concreto;
m = massa total do concreto;
v = volume de concreto.
Considerando as principais propriedades geométricas e a quantidade de fibras por quilo
sugerido pelo fabricante (ver tabela 3.3), obtemos a quantidade de fibra em massa que serão
utilizadas nesta pesquisa.
Para possibilitar a melhor distribuição das fibras na matriz de concreto, estas foram
adicionadas juntamente com ao agregado graúdo e 80% da água com o objetivo de provocar a
sua desagregação através do impacto mecânico com o agregado, para então prosseguir com os
outros materiais agregado miúdo, cimento e o restante da água.
64
Tabela 3.9 - Determinação do teor de fibras.
Traço Cimento Areia Brita Água Vol (m³). % Fibra. Fibras (Kg)
1:2,42:2,58:0,5 6,84 16,55 17,64 3,42 0,19 0,00 0,00
1:2,42:2,58:0,5 6,84 16,55 17,64 3,42 0,19 0,25 0,388
1:2,42:2,58:0,5 6,84 16,55 17,64 3,42 0,19 0,50
0,777
1:2,42:2,58:0,5 6,84 16,55 17,64 3,42 0,19 0,75 1,165
1:2,42:2,58:0,5 6,84 16,55 17,64 3,42 0,19 1,00
1,25
1,554
1:2,42:2,58:0,5 6,84 16,55 17,64 3,42 0,19 1,25 1,942
1:2,42:2,58:0,5 6,84 16,55 17,64 3,42 0,19 1,50 2,330
1:2,42:2,58:0,5 6,84 16,55 17,64 3,42 0,19 1,75 2,719
1:2,42:2,58:0,5 6,84 16,55 17,64 3,42 0,19 2,00 3,107
1:2,42:2,58:0,5 6,84 16,55 17,64 3,42 0,19 2,25 3,496
1:2,42:2,58:0,5 6,84 16,55 17,64 3,42 0,19 2,50 3,884
1:2,42:2,58:0,5 6,84 16,55 17,64 3,42 0,19 2,75 4,272
1:2,42:2,58:0,5 6,84 16,55 17,64 3,42 0,19 3,00 4,661
1:2,42:2,58:0,5 6,84 16,55 17,64 3,42 0,19 3,25 5,049
1:2,42:2,58:0,5 6,84 16,55 17,64 3,42 0,19 3,50 5,438
1:2,42:2,58:0,5 6,84 16,55 17,64 3,42 0,19 3,75 5,826
1:2,42:2,58:0,5 6,84 16,55 17,64 3,42 0,19 4,00 6,214
1:2,42:2,58:0,5 6,84 16,55 17,64 3,42 0,19 4,25 6,603
1:2,42:2,58:0,5 6,84 16,55 17,64 3,42 0,19 4,50 6,991
1:2,42:2,58:0,5 6,84 16,55 17,64 3,42 0,19 4,75 7,380
65
4 ANÁLISE DOS RESULTADOS
4.1 RESULTADO DO ENSAIO VEBE
A abordagem dos resultados obtidos sobre a trabalhabilidade do concreto é decorrente da
sequência de procedimentos realizado através do consistômetro VeBe como é descrito no item
2.1.2.1, onde o tempo para realização do ensaio (índice VeBe), é considerado como parâmetro
para medir a consistência do concreto, visto que quanto maior o teor de fibras presente no
compósito maior será o tempo para a realização do mesmo. As Tabela 4.1, Tabela 4.2 e
Tabela 4.3 apresentam os resultados do tempo VeBe para o concreto fibroso para três tipos de
agregado. O tempo VeBe foi obtido a partir da média entre dois ensaios consecutivos sob uma
freqüência máxima de 3.000 hertz.
Tabela 4.1 - Resultado de tempo VeBe para agregado com Dmáx = 4,75mm.
Traço
Teor de fibras Tempo VeBe (seg)
% Fibra Fibras (Kg) t1 t 2 t médio Desvio
Padrão
Coef.
Variação
1 : 5 : 0,5 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
1 : 5 : 0,5 0,25 0,388 1,76 2,47 2,12 0,50 0,25 1 : 5 : 0,5 0,50
0,777 2,92 3,11 3,02 0,13 0,02 1 : 5 : 0,5 0,75 1,165 4,34 5,31 4,83 0,69 0,47 1 : 5 : 0,5 1,00
1,25
1,554 6,4 6,65 6,53 0,18 0,03 1 : 5 : 0,5 1,25 1,942 8,74 8,82 8,78 0,06 0,00 1 : 5 : 0,5 1,50 2,330 9,14 10,01 9,58 0,62 0,38 1 : 5 : 0,5 1,75 2,719 10,87 11,33 11,10 0,33 0,11 1 : 5 : 0,5 2,00 3,107 12,09 12,10 12,10 0,01 0,00 1 : 5 : 0,5 2,25 3,496 14,41 14,67 14,54 0,18 0,03 1 : 5 : 0,5 2,50 3,884 16,53 16,6 16,57 0,05 0,00 1 : 5 : 0,5 2,75 4,272 19,24 19,79 19,52 0,39 0,15 1 : 5 : 0,5 3,00 4,661 20,95 21,13 21,04 0,13 0,02 1 : 5 : 0,5 3,25 5,049 23,46 24,25 23,86 0,56 0,31 1 : 5 : 0,5 3,50 5,438 28,74 29,46 29,10 0,51 0,26 1 : 5 : 0,5 3,75 5,826 48,01 49,59 48,80 1,12 1,25 1 : 5 : 0,5 4,00 6,214 93,47 97,81 95,64 3,07 9,42 1 : 5 : 0,5 4,25 6,603 190,66 194,19 192,43 2,50 6,23 1 : 5 : 0,5 4,50 6,991 286,31 295,02 290,76 6,16 37,93 1 : 5 : 0,5 4,75 7,380 366,44 369,09 367,77 1,87 3,51
66
Tabela 4.2 - Resultado de tempo VeBe para agregado com Dmáx = 9,5mm.
Traço
Teor de fibras Tempo VeBe (seg)
% Fibra. Fibras (Kg) t 1 t 2 t médio Desvio
Padrão
Coef.
Variação
1:2,42 :2,58:0,5 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
1:2,42 :2,58:0,5 0,25 0,388 8,39 9,79 9,09 0,99 0,98
1:2,42 :2,58:0,5 0,50
0,777 13,05 12,55 12,80 0,35 0,13
1:2,42 :2,58:0,5 0,75 1,165 14,73 16,35 15,54 1,15 1,31
1:2,42 :2,58:0,5 1,00
1,25
1,554 18,87 19,25 19,06 0,27 0,07
1:2,42 :2,58:0,5 1,25 1,942 25,63 26,78 26,21 0,81 0,66
1:2,42 :2,58:0,5 1,50 2,330 36,59 38,05 37,32 1,03 1,07
1:2,42 :2,58:0,5 1,75 2,719 48,11 51,45 49,78 2,36 5,58
1:2,42 :2,58:0,5 2,00 3,107 64,66 67,52 66,09 2,02 4,09
1:2,42 :2,58:0,5 2,25 3,496 83,71 92,43 88,07 6,17 38,02
1:2,42 :2,58:0,5 2,50 3,884 123,61 126,81 125,21
2,26 5,12
1:2,42 :2,58:0,5 2,75 4,272 197,39 201,42 199,41 2,85 8,12
1:2,42 :2,58:0,5 3,00 4,661 312,53 315,71 314,12 2,25 5,06
Tabela 4.3 - Resultado de tempo VeBe para agregado com Dmáx = 19,0mm.
Traço
Teor de fibras Tempo VeBe (seg)
% Fibra. Fibras (Kg) t 1 t 2 t médio Desvio
Padrão
Coef.
Variação
1:2,42 :2,58:0,5 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
1:2,42 :2,58:0,5 0,25 0,388 14,11 14,14 14,13 0,02 0,00
1:2,42 :2,58:0,5 0,50
0,777 20,14 20,13 20,14 0,01 0,00
1:2,42 :2,58:0,5 0,75 1,165 24,26 25,05 24,66 0,56 0,31
1:2,42 :2,58:0,5 1,00
1,25
1,554 28,17 30,02 29,10 1,31 1,71
1:2,42 :2,58:0,5 1,25 1,942 36,45 39,02 37,74 1,82 3,30
1:2,42 :2,58:0,5 1,50 2,330 49,87 53,81 51,84 2,79 7,76
1:2,42 :2,58:0,5 1,75 2,719 71,75 73,52 72,64 1,25 1,57
1:2,42 :2,58:0,5 2,00 3,107 105,77 106,39 106,08 0,44 0,19
1:2,42 :2,58:0,5 2,25 3,496 160,98 163,54 162,26 1,81 3,28
1:2,42 :2,58:0,5 2,50 3,884 243,21 247,33 245,27 2,91 8,49
1:2,42 :2,58:0,5 2,75 4,272 393,23 398,45 395,84 3,69 13,62
67
Visando caracterizar o desenvolvimento da trabalhabilidade do concreto com fibra de aço a
presente pesquisa baseou-se na adição de diferentes teores de fibra em diferentes compostos.
A sequência de procedimentos foi iniciada com o concreto comum buscando mostrar que este
ensaio não se aplica há concreto sem fibra, para então verificar a influência do volume de
fibra na trabalhabilidade do concreto. Adicionando quantidades constantes e equivalentes a
0,25% em volume de fibras, foi possível observar que inicialmente o concreto apresentou-se
trabalhável devido a pouca variação entre os tempos de compactação. Entretanto com o
aumento da concentração de fibra, o tempo de compactação sofre uma brusca variação
indicando que o concreto começa a perder a trabalhabilidade. Esta transição evidencia o
volume critico, a partir do qual o concreto se torna menos trabalhável.
Esta abordagem pode ser facilmente exposta quando condensamos todos esses dados no
gráfico da Figura 4.1, que correlaciona o teor de fibra, índice VeBe e a dimensão do agregado.
Através deste gráfico foi possível acompanhar a influência da dimensão máxima do agregado
na trabalhabilidade do concreto para diferentes teores de fibra, além disso, foi possível
confrontá-lo com algumas pesquisas existentes, com é exposto por Mehta e Monteiro, (2008).
Figura 4.1 - Efeito da dimensão do agregado e do teor de fibra na trabalhabilidade.
0
25
50
75
100
125
150
175
200
225
250
275
300
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Tem
po
VeB
e, S
egu
nd
os
Teor de Fibras %
Argamassa c/ agregado Dmáx = 4,75 mm Concreto c/ agregado Dmáx = 9,5 mm Concreto c/ agregado Dmáx = 19,0 mm
Em peso
L/D = 80
68
Através deste gráfico podemos visualizar a interferência do volume da fibra e da dimensão do
agregado na trabalhabilidade da mistura, visto que tanto a curva da argamassa quanto a curva
dos concretos mostram um comportamento similar quanto à redução da trabalhabilidade, pois
à medida que se adiciona fibra em volume a mistura, verifica-se um progressivo aumento no
tempo de compactação dado pelo ensaio VeBe. Em todas as curvas nota-se dois momentos
distintos: o primeiro corresponde à fase inicial da curva, com pouca variação entre os tempos
de compactação com os pontos se propagando quase que paralelo ao eixo das abscissas, e um
segundo momento corresponde à fase final da curva com uma grande variação do tempo de
VeBe para pequenas variações no teor de fibras, mostrando o gráfico em sentido quase
vertical, paralelo ao eixo das ordenadas.
Estes dois momentos desenvolvidos pelas curvas dos compostos resumem o comportamento
do concreto quando em contato com as fibras de aço, indicando que existe um intervalo que
delimita este comportamento, evidenciado quando a reta muda sua trajetória de quase
horizontal para quase vertical onde o concreto inicialmente desenvolve certa trabalhabilidade
até uma grande perda da mesma, chegando a tornar o manuseio do concreto impraticável.
As três curvas quando analisadas individualmente mostram a evolução da trabalhabilidade em
função do teor de fibras, mas se analisadas em conjunto nota-se a influência da dimensão
máxima característica do agregado. O agregado graúdo atua restringindo a distribuição das
fibras na matriz e esta se agrava à medida que se aumenta o seu diâmetro. Por isso quando
observamos através do gráfico da Figura 4.1 notamos que, para um correspondente teor de
fibras existem três tempos de compactação referentes aos respectivos agregados.
69
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS E RECOMENDAÇÕES
5.1 CONSIDERAÇÕES FINAIS
Os resultados encontrados na pesquisa representam o comportamento do concreto reforçado
com fibras de aço no estado fresco, indicando que fatores como dimensão máxima
característica do agregado e o teor de fibras provocam uma série conseqüências à
trabalhabilidade do concreto como aumento da coesão e consequentemente redução da fluidez
e mobilidade do mesmo.
De acordo com a proposta de estudo, a pesquisa pode ser subdividida sob duas perspectivas: a
primeira é corresponde ao volume de fibras presente na mistura e a segunda diz respeito à
dimensão máxima característica do agregado.
A interferência gerada pelo volume de fibras está diretamente ligada à quantidade de fibras
presente na mistura, quanto maior o teor de fibras maior será o tempo VeBe. A justificativa
para este comportamento indica que existe uma limitação entre os constituintes do concreto e
o volume de fibras adicionado a partir do qual se torna inviável a sua utilização uma vez que
estas não conseguem se dispersar na matriz de concreto e acabam resultando em um concreto
seco, e sem mobilidade.
Comparando os três compostos utilizados na pesquisa verificou-se que a argamassa foi a que
menos sofreu com os impactos provocados pela adição das fibras. Esta capacidade de suportar
maiores volumes de fibras é devido à substituição do agregado graúdo pelo agregado miúdo,
aumentando a distribuição das fibras na matriz, reduzindo a probabilidade de formação de
vazios na matriz, já que a formação de novelos impede a penetração da matriz entre as fibras.
Isto porque influência na consistência do concreto contendo fibras de aço não é somente
função do volume de fibras, mas também função da dimensão máxima característica do
agregado.
A dimensão máxima característica do agregado, dentre outros elementos da curva
granulométrica, é um agente determinante na trabalhabilidade do concreto. Consequentemente
70
quando há a incorporação das fibras junto ao concreto, ocorre uma série de limitações entre
estes constituintes, entre as quais podemos ressaltar a incompatibilidade dimensional e a
formação novelos uma vez que o agregado acaba interceptando a passagem da fibra
resultando em um concreto pouco trabalhável.
Devido á interferência provocada pela dimensão do agregado existe uma desigualdade entre
os tempos de compactação correspondente a cada adição, por isso quando observamos a
disposição das curvas, verificamos que para certo volume de fibras existem tempos de
compactação distintos, correspondentes à dimensão máxima característica do agregado. Esta
interferência mostra-se evidente quando fixamos para o agregado o teor de fibras equivalente
a 1 e 2,75% e verificamos seus respectivos tempos de compactação. Através do gráfico
obtemos o seguinte resultados:
Tabela 5.1 - Comparação entre os teores de fibras.
Teor de fibras (%) Tempo VeBe (seg)
Dmáx = 4,75 mm Dmáx = 9,50 mm Dmáx = 19,0 mm
1 7 20 30
2,75 20 200 400
Inicialmente os resultados do ensaio mostram nitidamente a interferência do agregado na
trabalhabilidade do compósito, visto que para um teor de fibras constante o tempo para
realização do ensaio do concreto com agregado com dimensão máxima igual a 9,50 mm e do
concreto com agregado com dimensão máxima igual a 19,0 mm, chega a ser 10 e 20 vezes
maior que a Argamassa com agregado com dimensão máxima igual a 4,75 mm
respectivamente. No entanto se compararmos os tempos VeBe para à adição de 1%,
verificaremos que a diferença máxima entre eles é de aproximadamente 23 segundos, valor
bastante inferior a correspondente adição de 2,75 % onde esta diferença chega a 380 segundo.
Assim concluímos que tanto o agregado quanto a fibra contribuem para redução da
trabalhabilidade do compósito, sendo o ultimo o fator preponderante para redução da
trabalhabilidade.
Considerando o efeito provocado pela dimensão do agregado na trabalhabilidade do
compósito, verificou-se que o agregado com dimensão máxima característica igual a 19,0
71
mm, foi o que mais interferiu nesta propriedade, uma vez que este impede a dispersão das
fibras na matriz intensificando a probabilidade de formação de novelos.
Os resultados obtidos no ensaio findam as pretensões desta pesquisa demonstrando que a fibra
e o principal causador da redução da trabalhabilidade e que em conjunto com a dimensão
máxima do agregado essa situação é intensificada. Esta mesma analise é exposta por Mehta e
Monteiro (2008), (ver Figura 2.9) e apresenta como resultado o mesmo objetivo do nosso
estudo: a perda da trabalhabilidade do concreto quando em contato com a fibra e o agregado.
5.2 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS
O presente estudo apresenta diversas possibilidades de continuidade. Sendo que as seguintes
sugestões poderiam ser implementadas:
Influência do fator de forma da fibra de aço na trabalhabilidade do concreto com
diferentes teores de fibra;
Influência da trabalhabilidade no controle de fissuras do concreto com fibra;
Influência do comprimento crítico no controle de fissuração;
Comparação entre a capacidade de suporte a flexão entre uma viga armada e uma viga
com concreto com fibra de aço.
72
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73
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