UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA
UNESP - Campus de Bauru/SP
FACULDADE DE ENGENHARIA
Departamento de Engenharia Civil
2151 – CONCRETOS ESPECIAIS
CONCRETO COM FIBRAS
Prof. Dr. PAULO SÉRGIO DOS SANTOS BASTOS
(wwwp.feb.unesp.br/pbastos)
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Fonte:
Antonio Domingues de Figueiredo, Concreto
com fibras. Concreto, Ensino, Pesquisa e
Realizações, São Paulo, Ed. Geraldo
Cechella Isaia, IBRACON, 2005, pp.11941225.
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CONCRETO COM FIBRAS
39.1 INTRODUÇÃO
O concreto convencional tem comportamento frágil e baixa capacidade de deformação
antes da ruptura.
A resistência à tração é baixa.
As fibras são adicionadas para diminuir
essas limitações.
As fibras podem aumentar a resistência à
tração e a ductilidade.
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Concreto com fibras é um compósito (material
com pelo menos duas fases distintas): matriz
(concreto) e as fibras.
Fibras são elementos descontínuos, com
comprimento bem maior que a seção
transversal. Existem vários tipos: aço, vidro,
carbono, nylon, sisal, madeira, etc.
Suas principais características são o módulo de
elasticidade e a resistência mecânica.
Existem fibras de baixo módulo (polipropileno, náilon), e alto módulo (aço)
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A base do desempenho dos concretos
reforçados com fibras está no papel exercido
pelas fibras de ponte de transferência de
tensão pelas fissuras.
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As fibras de baixo módulo de elasticidade e
baixa resistência são eficientes em concretos
com também baixas resistência e módulo,
sendo indicadas para melhoria no estado
fresco e no processo de endurecimento, para o
controle de fissuração plástica em pavimentos.
As fibras de alto módulo e alta resistência
(aço) atuam como reforço do concreto
endurecido, podendo substituir a armadura
convencional.
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39.2 Interação Fibra-Matriz
No concreto simples uma fissura representa
uma barreira à propagação de tensões, o que
causa uma concentração de tensões na
extremidade da fissura.
O trabalho de ponte de transferência de
tensão de tração que a fibra realiza através
das fissuras no concreto é um mecanismo
muito interessante de aumento de energia
associada à ruptura do material e à restrição
à propagação das fissuras.
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Interação Fibra-Matriz
Num determinado instante a concentração
de tensões causa a ruptura da matriz, o que
leva a uma extensão da fissura, sendo este
um processo contínuo até a ruptura
completa do concreto, caracterizando um
comportamento frágil. De modo que não se
pode contar com nenhuma capacidade
resistente do concreto fissurado.
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Interação Fibra-Matriz
Quando se adicionam fibras de resistência e
módulo adequados ao concreto, numa
quantidade apropriada (teor), o concreto
deixa de ter comportamento frágil.
Isso ocorre pelo trabalho de ponte de
transferência de tensões, exercido pelas
fibras, que minimiza a concentração de
tensões na extremidade das fissuras.
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Interação Fibra-Matriz
Com isso as fissuras propagam-se com
menor velocidade, e o concreto passa a ter
um comportamento dúctil, isto é, apresenta
uma capacidade resistente após a fissuração.
As fibras provocam o aparecimento de um
número maior de fissuras, que se
apresentam com aberturas menores.
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Apresentação da fissuração em dormentes de
concreto protendido sem
e com fibras de aço,
após ensaio estático até
a ruptura.
Apresentação da fissuração em dormentes de concreto protendido sem e com
fibras de aço, após
ensaio estático até a
ruptura.
39.2.2 Aspectos Tecnológicos
Fundamentais
A capacidade de reforço proporcionado
pelas fibras depende diretamente do teor de
fibras.
Quanto maior o teor, maior a quantidade de
fibras atuando como ponte de transferência
de tensão nas fissuras, o que aumenta a
resistência pós-fissuração do concreto.
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Fig. 5 – Concreto C20 com diferentes consumos
de fibra.
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Aspectos Tecnológicos Fundamentais
Além do teor de fibras, o desempenho após
a fissuração depende muito da geometria da
fibra.
Fator de forma: definido como o
comprimento da fibra dividido pelo seu
diâmetro equivalente (diâmetro do círculo
com área igual à área da seção transversal
da fibra). Valores típicos do fator de forma
variam de 30 a 150 para fibras com
comprimentos de 6,4 a 76 mm.
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Aspectos Tecnológicos Fundamentais
Em geral, quanto maior o fator de forma,
maior a capacidade resistente após a
fissuração do concreto.
Porém, se a fibra for muito longa, ela poderá
se romper e não apresentar ganho de
resistência após a fissuração.
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Fig. 6 – Concreto C30 com fibras de diferentes
fatores de forma em função do comprimento (fibra
A – 36 mm; fibra B – 42 mm).
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Aspectos Tecnológicos Fundamentais
A recomendação prática é que a fibra tenha
comprimento igual ou superior ao dobro da
dimensão máxima do agregado graúdo
(pedra). Assim, a fibra reforça o concreto e
não apenas a argamassa.
Aumenta-se o comprimento da fibra ou
diminui-se a dimensão dos agregados
graúdos.
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39.3 Controle Específico do Concreto com Fibras
39.3.1 Tenacidade
Tenacidade é a medida da área sob a curva
tensão x deformação, até um certo nível de
deformação.
É usada na avaliação dos compósitos e tem
como ponto negativo depender das
dimensões do corpo-de-prova.
O ensaio mais utilizado no Brasil é o da
norma japonesa JSCE-SF4 (1984).
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Fig. 9 – Ensaio de
flexão com “deflexão”
controlada, segundo
JSCE – SF4.
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A tenacidade é dada pelo Fator de
tenacidade (FT), também chamado Resistência equivalente, que é função da área sob a
curva, medida até um deslocamento vertical
(flecha) determinado (L/150).
Outros tipos de ensaio são apresentados pela
ASTM C1399 (2002), que procura eliminar
a instabilidade pós-pico.
Um dos ensaios mais promissores na
atualidade é o do RILEM TC162 (2002).
Existem também os ensaios em placas de
concreto, proposto pela EFNARC (1996). 23
39.3.2 Trabalhabilidade e Mistura
A adição de fibras altera a consistência dos
concretos e a trabalhabilidade.
O principal fator é a geometria da fibra, que
requer maior quantidade de água e produz a
perda da mobilidade do concreto no estado
fresco.
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Fonte: http://www.pisosindustriais.com.br/materias/noticia.asp?ID=146
Nota: neste endereço, ler texto sobre pisos industriais reforçados com fibras.
Trabalhabilidade e Mistura
A trabalhabilidade pode ser medida pelo ensaio
simples de abatimento, não sendo eficiente para
teores muito elevados de fibras.
Fonte: http://www.revistatechne.com.br/engenharia-civil/163/artigo189448-1.asp
Nota: neste endereço, ler texto sobre pisos industriais reforçados com fibras.
Trabalhabilidade e Mistura
Outro ensaio é com o cone em posição invertida, sendo o concreto com fibra adensado com
vibrador de agulha (ASTM C995-94).
Fonte: http://publicacoes.pcc.usp.br/PDF/BT260.pdf
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Trabalhabilidade e Mistura
Existe também o ensaio
VeBe, que depende de
equipamento apropriado.
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Fonte: http://publicacoes.pcc.usp.br/PDF/BT260.pdf
Trabalhabilidade e Mistura
A formação de ouriços, que são bolas ou
aglomeração de fibras, pode ocorrer quando
o volume de fibras é alto, quando as fibras
são adicionadas rapidamente, e quando o
fator de forma é alto.
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39.3 Outras Propriedades e
Características
39.3.1 Resistência à Compressão
O objetivo da adição de fibras não é
aumentar a resistência à compressão.
As fibras resultam num ganho de tenacidade
na compressão.
Maiores teores e fatores de forma resultam
maior tenacidade e controle da fissuração.
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39.3.2 Fadiga e Esforços Dinâmicos
Fadiga: ruptura de um material por esforço
cíclico (repetido), que ocorre num nível de
tensão inferior ao determinado durante o
ensaio estático.
A fadiga ocorre porque a cada ciclo de
carregamento, as fissuras tendem a se
propagar, diminuindo a área útil para a
transferência de tensão.
Quanto mais próxima for a tensão máxima da
resistência do material, menor será o número
de ciclos necessários para a ruptura.
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Fadiga e Esforços Dinâmicos
As fibras de elevados módulo e resistência
reduzem a propagação das fissuras, e
aumentam o número de ciclos necessários
para a ruptura.
Exemplo: fibras de aço (fator de forma = 60,
2 % de volume, com gancho) resultaram em
2.700.000 ciclos de tensão, com variação
entre 10 a 70 % da resistência estática.
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Fadiga e Esforços Dinâmicos
Mesmo em pequenas quantidades as fibras
aumentam a resistência à fadiga.
Essa é uma característica muito importante
que as fibras acrescentam nos concretos.
Aplicações: pavimentos (rodovias, aeroportos, pisos industriais), dormentes ferroviários,
base de máquinas, etc.
A resistência a cargas explosivas e dinâmicas
em geral é três a dez vezes maior.
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Sugestão de Textos para Leitura
http://www.anapre.org.br/boletim_tecnico/edicao37.asp