Concreto Com Fibras
Concreto Com Fibras
Concreto Com Fibras
Resumo
Neste estudo, a tenacidade do concreto reforado com fibras retas e com ancoragem em gancho foi
avaliada experimentalmente usando diferentes critrios de medida de modo a possibilitar a comparao de
seus desempenhos. Os resultados mostraram, com um elevado nvel de confiabilidade, que o nvel de
deflexo de suma importncia na diferenciao do desempenho das duas fibras. As fibras com ancoragem
apresentaram um melhor desempenho para baixos nveis de deflexo, enquanto as fibras retas o tiveram
quando a deflexo foi de cerca de 2mm. O antigo critrio da ASTM C1018 e o atual critrio da JSCE-SF4
para medida da tenacidade na flexo no foram sensveis o suficiente para mostrar esta diferena de
desempenho. J o critrio proposto pela EFNARC, onde possvel escolher o nvel de deflexo para
medida da tenacidade, foi bem mais efetivo para mostrar a diferena de desempenho dos compsitos
reforados com as diferentes fibras.
Palavras-Chave: concreto com fibras; fibras retas; ancoragem em gancho; tenacidade; normas.
Abstract
In the present experimental study, hooked ends straight fibers were evaluated in flexural toughness using
different measurement criteria in order to compare their performances. The results shown, with a high level
of confidence, that the interaction between fibers and matrix is the base of the composite behavior, and the
level of deflection interferes in toughness results. The hooked ends fibers presented a better performance for
low levels of deflection, while the straight fibers provided a higher load bearing capacity when the deflections
reached values close to 2mm. But, criteria like proposed by former ASTM or JSCE-SF4 for flexural
toughness determination, that take in consideration the total area under the load/deflection curves, were
unable to differ both behaviors. On the other hand, the criterion proposed by EFNARC, where the choice of
the deflection level is possible, was suitable to evaluate the entire material behavior.
Keywords: Fiber concrete, straight fibers, hooked ends, toughness criteria, standards.
1173
1 Introduo
Diversos benefcios da utilizao de fibras j foram estudados a bom tempo, tais como: o
aumento da capacidade de absoro de energia, resistncia ao impacto, controle da
fissurao, melhor comportamento em relao fadiga, entre outros. (BENTUR E
MINDESS, 1990). Todos estes benefcios esto ligados capacidade que a fibra tem de
servir de ponte de transferncia de tenses ao longo das fissura que aparecem no
concreto (FIGUEIREDO, 2005). Este comportamento depende da resistncia ao
arrancamento que a fibra apresenta em relao matriz. A importncia da resistncia de
arrancamento da fibra bem reconhecida. Mesmo a tenacidade pode ser inferida a partir
da resistncia de arrancamento das fibras individualmente (ARMELIN e BANTHIA, 1997),
(JONES, AUSTIN e ROBINS, 1996).
Verificou-se que de todas as tentativas feitas para melhorar a adeso (por exemplo:
tratamento qumico superficial) e conseqentemente a resistncia ao arrancamento, a
mais efetiva e econmica foi a ancoragem. (BANTHIA e TROTTIER, 1994). No entanto, o
entendimento de fibras ancoradas limitado.
Atualmente, a maioria das fibras comerciais deformada mecanicamente, pois percebese qualitativamente que possvel desta forma garantir maior resistncia ao
arrancamento. No entanto, no existe uma quantificao do benefcio da ancoragem no
comportamento do compsito, que o principal objetivo deste estudo.
Neste trabalho o efeito da ancoragem das fibras de ao na tenacidade do concreto
reforado foi medido atravs de diferentes ndices de tenacidade (ASTM C1018-94, JSCE
SF4-84 e EFNARC, 1996), e a eficincia dos mesmos para essa verificao tambm foi
avaliada.
2 Metodologia
Este trabalho quantificou o efeito da ancoragem das fibras no compsito, atravs do
ensaio de trao na flexo com deformao controlada. Neste ensaio foi levantada a
curva carga por deflexo do corpo de prova, atravs da qual possvel determinar a
energia absorvida pelo material aps a fissurao. Esta energia corresponde quela
necessria para obter o arrancamento da fibra em relao matriz. Quanto maior a
energia absorvida maior a tenacidade.
Para realizao do ensaio foi utilizado o sistema yoke conforme proposto pela norma
japonesa JSCE-SF4. Alm disto, para garantir maior confiabilidade nos resultados, foram
fixadas duas hastes, uma de cada lado do corpo de prova, com dois LVDTs, segundo
recomendao de MORGAN, MINDESS e CHEN, 1995. A curva levantada foi a mdia da
leitura de cada LVDT, obtida diretamente pelo equipamento utilizado.
Alguns dos mtodos tradicionais de avaliao de tenacidade foram utilizados: JSCE-SF4
(1984), ASTM C1018 (1994), EFNARC (1996). Apesar das limitaes j apontadas para
estes critrios de medida, notadamente os dois primeiros (BANTHIA e TROTTIER, 1995;
MORGAN, MINDESS e CHEN, 1995), aproveitou-se a oportunidade para avaliar o poder
de anlise que cada um apresenta neste estudo especfico. Portanto, foi feita a correlao
entre a energia absorvida pelo material quando da utilizao de fibras com ancoragem,
em relao s fibras retas.
Para garantir um bom grau de confiabilidade dos resultados obtidos nesta pesquisa, foram
moldados 20 corpos de prova para o concreto com fibras retas e 20 corpos de prova para
o concreto com fibras ancoradas, para um teor de fibras (60 kg/m3) e resistncia da matriz
(aproximadamente 35 MPa).
Os ensaios de trao na flexo foram realizados no CPqDCC (Centro de Pesquisa e
Desenvolvimento em Construo Civil do Departamento de Construo Civil da Escola
Anais do VI Simpsio EPUSP sobre Estruturas de Concreto.
1174
3 Resultados
Os corpos-de-prova prismticos moldados foram avaliados a partir dos grficos de carga x
deflexo obtidos no ensaio de trao na flexo com deformao controlada. Estes
grficos foram analisados pelo clculo de reas sob a curva, que permite a determinao
de ndices comparativos. Foram utilizados trs critrios:
a) critrio proposto pela recomendao japonesa (JSCE-SF4, 1984): determinao do
Fator de Tenacidade (FT), segundo a frmula:
FT = (Tb .l) / (tb.b.h2)
Onde,
Tb = rea medida sob o grfico de carga x deflexo, at a deflexo equivalente a l/150,
onde l indica o vo entre os cutelos externos (neste caso l=300 mm)
tb = deflexo equivalente a l/150
b, h = base e altura respectivamente, da seo transversal do corpo-de-prova
1175
b) critrio proposto pela ASTM C1018 (1994): determinao dos ndices de tenacidade,
definidos como:
In = Energia absorvida at certa deflexo/Energia absorvida at a deflexo na primeira
fissura.
Neste estudo foram determinados os ndices, I5 (deflexo correspondente a 3.0, onde
= deflexo at a primeira fissura), I10 (deflexo correspondente a 5.5), I30 (deflexo
correspondente a 15.5), I50 (deflexo correspondente a 25.5).
c) critrio proposto pela EFNARC (1996): determinao da tenso residual na flexo,
calculada segundo o modelo elstico, para as deflexes de 0.5mm, 1.0mm, 3.0 mm,
4.0mm. Como neste estudo no foi possvel medir a deflexo at 4.0mm, optou-se por
medi-la at 2.0mm.
As curvas de carga por deflexo obtidas no ensaio de trao na flexo esto
apresentadas nas Figuras 1 e 2 a seguir. Observando-se os grficos apresentados
verifica-se que estes no apresentam as curvas dos 20 corpos-de-prova ensaiados, isto
foi devido a problemas na digitalizao de alguns desenhos, no entanto, como se trata
apenas de uma apresentao grfica de resultados pode-se afirmar que no houve
prejuzo para a anlise quantitativa.
Carga (tf)
30
20
10
1,0
2,0
Deflexes (mm)
Figura 1 Curvas de carga pior deflexo individuais e mdia obtidas no ensaio de trao na flexo do
concreto com fibras ancoradas.
1176
Carga (tf)
30
20
10
1,0
2,0
Deflexes (mm)
Figura 2 Curvas de carga pior deflexo individuais e mdia obtidas no ensaio de trao na flexo do
concreto com fibras retas.
A partir das curvas obtidas para cada corpo-de-prova e dos ndices propostos, foram
calculados os resultados individuais e atravs destes os valores mdios de cada conjunto,
que esto apresentados nas tabelas 1 e 2. Os resultados que indicam as caractersticas
da matriz esto apresentados na tabela 3.
Tabela 1 - ndices de tenacidade (ASTM C1018), e fator de tenacidade (JSCE-SF4)
Tipo de
ASTM C1018
Fibra
I5
I10
JSCE-SF4
I30
I50
FT
Ancorada 3,68 0,25 6,41 0,51 14,06 2,02 18,60 3,53 3,37 0,82
Reta
2,93 0.52 4,98 0.91 12,08 1.9 18,44 3.05 3,41 0.73
Tabela 2 - Tenses residuais (MPa) segundo o critrio da EFNARC.
Tipo de
Fibra
Deflexes em mm
0,5
1177
Tipo de
fibra
Resistncia
compresso
axial (Mpa)
Resistncia
trao na
flexo (Mpa)
Fibra
ancorada
38,5
7,00 0,89
Fibra reta
31,5
6,55 0,86
1178
.
Tabela 4 - Testes de hiptese realizados, onde as variveis com ndice 1 correspondem aos corpos-deprova moldados com fibras ancoradas, e as com ndice 2 queles com fibras retas.
CRITRIOS
VALORES
TESTADOS
JSCE - SF4
FT
1 = 2
x1 = x2
I5
1 > 2
x1 = 1,256 x2
I10
1 > 2
x1 = 1,287x2
I30
1 > 2
x1 = 1,164x2
I50
1 = 2
x1 = x2
0,5 mm
1 > 2
x1 = 1,226x2
1,0 mm
1 = 2
x1 = x2
2,0 mm
1 < 2
x1 = 0,58x2
3,0 mm
1 < 2
x1 = 0,43x2
ASTM C1018
EFNARC
HIPTESES RESULTADOS
20
18
16
14
12
fibra ancorada
10
fibra reta
8
6
4
2
0
I5
I10
I30
I50
JSCE
1179
.
5
4,5
4
3,5
3
fibra ancorada
2,5
fibra reta
2
1,5
1
0,5
0
0,5 mm
1,0 mm
2,0 mm
3,0 mm
Carga (tf)
30
20
fibra reta
10
fibra
ancorada
1,0
2,0
Deflexes (mm)
1180
A partir dos valores de tenses residuais obtidos para as deflexes propostas pelo critrio
da EFNARC, foi possvel realizar uma regresso linear entre os valores mdios de
deflexo e resistncia residual ps-fissurao (figura 6). Pela figura confirma-se o
comportamento explicado anteriormente, de modo que para deflexes inferiores a valores
de aproximadamente 1,0mm a resistncia residual das fibras ancoradas superior das
fibras retas e para valores superiores ocorre o inverso.
5,000
4,500
Tenses (MPa)
4,000
3,500
3,000
fibras ancoradas
2,500
R2 = 0,9637
fibras retas
2,000
1,500
1,000
R2 = 0,907
0,500
0,000
0
Deflexes (mm)
Figura 6 - Regresso linear entre os valores mdios de deflexo e resistncia residual ps-fissurao
1181
Figura 7: Indicao da rea de atrito para pequenas deflexes, quando a matriz prxima regio da ancoragem ainda
no foi degradada.
Figura 8: Reduo da rea de atrito para grandes deflexes, quando ocorre a ruptura da interao fibra-matriz na regio
da ancoragem.
Em funo dos ndices de tenacidade calculados, pde-se inferir que, para pequenas
deflexes, as fibras ancoradas aumentam a tenacidade do compsito por estarem ainda
fortemente aderidas matriz nesta fase. Com o aumento do nvel de deflexo, o
comportamento da fibra reta superior ao da ancorada levando a uma compensao dos
valores de energia absorvida e igualando a tenacidade final dos dois compsitos.
Vale ressaltar que este comportamento foi verificado para fibras de pequeno comprimento
(2,5 cm) onde a influncia da ancoragem significativa. Para fibras de grande
comprimento o descolamento fibra-matriz na regio da ancoragem pode no prejudicar
tanto a aderncia da mesma. Alm disto, foi utilizado apenas um teor de fibras e uma
resistncia da matriz, cabendo a estudos futuros verificar a alterao de comportamento
com a variao destes parmetros.
5 Concluses
A partir da anlise dos resultados foi confirmado o fato de que o comportamento do
material funo da interao fibra-matriz. Quando esta interao ainda forte a
resistncia residual do material elevada. Quando ocorre a ruptura da aderncia a
contribuio da fora de atrito para evitar o arrancamento da fibra reduzida, levando
reduo da resistncia residual ps-fissurao. Quanto influncia da ancoragem das
fibras na tenacidade do compsito, escopo desta pesquisa, conclui-se que, para
pequenas deflexes, as fibras ancoradas apresentam comportamento superior ao das
fibras retas, e para grandes deflexes a situao se inverte.
Neste estudo, a anlise comparativa da influncia da ancoragem na tenacidade do
compsito foi realizada segundo os critrios propostos pela JSCE-SF4, ASTM e EFNARC.
Desta forma, constatou-se que a anlise do material a partir de apenas um ndice pode
levar interpretao errnea do seu comportamento. Os valores obtidos para o fator de
tenacidade (FT), calculados a partir de uma deflexo nica de 2,0mm, igualam a
tenacidade dos dois compsitos impedindo a identificao da diferena do
Anais do VI Simpsio EPUSP sobre Estruturas de Concreto.
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6 Referncias
AMERICAN CONCRETE INTITUTE. Manual of concrete practice: part 5. Measurement
of properties of liber reinforced concrete (ACI 544.2R-89). ACI Committee 544. American
Concrete Institute. Detroit, USA, 1989. 11pp.
AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. Standard Test Method for
Flexural Toughness and First-Crack Strength of Fiber-Reinforced Concrete (Using
Beam with Third-Point Loading). ASTM C1018. Book of American Society for Testing
and Materials Standards, Part 04-02. ASTM, Philadelphia. pp 509-516. 1994.
ARMELIN, H.; BANTHIA, N. Predicting the Flexural Post-Cracking Performance of
Steel-Fiber Reinforced Concrete from the Pull-Out of Single Fibers. ACI Materials
Journal, Detroit, USA, 1997.
BANTHIA, N.; TROTTIER, J-F. Concrete Reinforced with Deformed Steel Fibers- Part
I: Bond-Slip Mechanisms. ACI Materials Journal, vol 91, n.5, Sept-Oct 1994, pp 435445.
BANTHIA, N.; TROTTIER, J-F. Test Methods for Flexural Toughness Characterization
of Fiber Reinforced Concrete: Some Concerns and a Proposition. ACI Materials
Journal, vol 92, n.1, Jan-Feb 1995, pp 48-57.
BENTUR, A.; MINDESS, S.
Elsevier, 1990.
Barking,
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