Estudos demostram que existe uma relação entre as resistências obtidas nos ensaios de tenacidade e o teor de fibras (Cf) do CRF (LIAO et al., 2015). Por esse motivo, é necessário avaliar o Cf para comprovar que o material utilizado na estrutura cumpre com o indicado no projeto. Com esse fim o método indutivo pode ser utilizado (GALOBARDES et al., 2015). Esta metodologia, que utiliza o eletromagnetismo produzido por uma bobina eléctrica para avaliar a quantidade de fibras metálicas que há dentro de um corpo de prova, foi desenvolvida por pesquisadores da Universidade Politécnica da Catalunya (LOPEZ, 2013).
Existem diferentes técnicas para a determinação da orientação das fibras, que podem ser classificadas em destrutiva e não destrutiva. Um exemplo de uma medição destrutiva da orientação das fibras é a contagem manual (SOROUSHIAN E LEE, 1990;. GETTU et al., 2005; DUPONT e VANDEWALLE, 2005), que refere-se indiretamente a quantidade de fibras em uma seção transversal com a orientação média das fibras com uma expressão teórica (KRENCHEL, 1975).
Nos últimos anos, as propriedades elétricas do concreto têm levado muitos estudos que enfocam o desenvolvimento e a utilização de métodos elétricos, a fim de consolidar a ensaios não destrutivos para a monitorização e diagnóstico das fibras (ÖZYURT et al., 2006). Neste sentido, a norma espanhola UNE 83512-1: 2005 (cancelada em 2006, por isso seu uso não se disseminou) propôs uma técnica de teste baseado na indução magnética aplicada a elementos cilíndricos.
A técnica envolve a colocação de um corpo de prova rodeado por duas bobinas que geram um campo magnético e um fluxo magnético devido a circulação de corrente eléctrica em uma das bobinas. Se este fluxo magnético for variável provoca um corrente induzida na outra bobina. Há reciprocidade entre o fluxo gerado por uma bobina e a corrente induzida na outra, e a sua relação é chamada de coeficiente de indutância mútua, que é uma medida da influência magnética entre as duas bobinas. Pode-se demonstrar que esse coeficiente depende somente da forma e da distância entre as bobinas assim como a natureza (ferromagnética) dos materiais perto das bobinas. Portanto, se o material das provetas muda, o coeficiente de indução também muda (BLANCO et al., 2012).
O método indutivo sugere a utilização de um enrolamento não uniforme para diminuir a diferença entre o centro e os extremos, alcançando um coeficiente de ponderação mais equilibrado entre todas as fibras, independentemente da sua localização geométrica. O método é capaz de medir o teor e a orientação das fibras de aço nos corpos de prova cúbicos.
O procedimento de ensaio consiste em colocar o corpo de prova sobre uma superfície não metálica, com a face do concreto na parte superior (eixo z), por exemplo. Em seguida, ao corpo de prova é envolvido pela indutância gerada pela bobina, como mostrado na Figura 16, e o aumento da indutância é medido. O mesmo procedimento é repetido com o corpo de prova para os eixos Y e X (BLANCO et al., 2012).
Figura 16 – Esquema do procedimento de ensaio: medida nos 3 eixos principais.
Fonte: Blanco et al. (2012).
Devido à natureza física dos campos eletromagnéticos, as fibras que se encontram em uma posição paralela à da direção do campo magnético variam a indutância da bobina, enquanto as situadas em posição perpendicular praticamente não geram nenhuma variação. Este princípio é o que permite determinar a orientação das fibras de acordo com os três eixos principais do corpo de prova. A dispersão nas medidas dos três eixos permite determinar a orientação e a média das medidas indica o conteúdo fibra. Uma característica a se destacar deste método é que as medidas utilizadas são independentes da idade do concreto (BLANCO et al., 2012).
5 DESENVOLVIMENTO EXPERIMENTAL
A parte experimental desta pesquisa foi composta por três principais etapas, que foram: a) caracterização dos materiais, b) produção dos concretos e, c) realização dos ensaios. Além da caracterização dos concretos no estado fresco, foram moldados, para cada traço desenvolvido nesta pesquisa, 8 corpos de prova cilíndricos de 10x20cm, posteriormente ensaiados aos 28 dias. Foram utilizados 4 corpos de prova para o ensaio de resistência à compressão (ABNT NBR 5739:2007) e 4 corpos de prova para o ensaio de resistência à tração por compressão diametral (ABNT NBR 7222:2011).
Para a avaliação da tenacidade pelo método JSCE-SF4 foram moldados 4 prismas de 10x10x40cm para cada traço, e posteriormente, destes primas foi extraído um cubo de 10 cm para a realização do Ensaio Barcelona e do Ensaio de Caracterização Multidirecional.
Após a realização desses ensaios da determinação da resistência à compressão foram coletados fragmentos desses corpos de prova e realizados ensaios de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). As amostras foram coletadas no laboratório de materiais de construção civil da Faculdade de Tecnologia - Unicamp e analisados a interação entre a matriz de concreto e as fibras de aço.
Este capítulo apresenta o detalhamento do programa experimental adotado para o estudo dos concretos auto adensável reforçado com fibras de aço, como descrito no fluxograma apresentado na Figura 17.
Figura 17 – Fluxograma da parte experimental da pesquisa.
Fonte: Autor.
5.1 Materiais
Os materiais utilizados nesta pesquisa foram caracterizados por meio de ensaios físicos, obedecendo às prescrições da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT).
Materiais Utilizados
Caracterização dos Materiais
Cimento CPV ARI Sílica Ativa Agregado Miúdo Pó de Pedra
Agregado Graúdo Aditivo Fibras de Aço
Dosagem do Concreto
Ensaios no Estado Fresco
Espalhamento Viscosidade Habilidade Passante
Ensaios no Estado Endurecido Resistência à Tração Resistência à Compressão Ensaio JSCE-SF4 MEV
5.1.1 Cimento Portland
O Cimento escolhido para a produção do concreto foi o Cimento Portland CPV ARI (Alta Resistência Inicial - ABNT NBR 5733/1991) da fabricante Holcim Brasil, com massa específica (ABNT NBR NM 23:2001) de 3,15 kg/dm3. Este tipo de cimento é bastante utilizado na fabricação de concreto, pois permite que o mesmo alcance alta resistências em poucos dias.
A Tabela 8 apresenta as características e propriedades desse cimento.
Tabela 8 – Propriedades físicas e químicas do CPV ARI.
Características e Propriedades Unidade CPV ARI
Massa específica (ABNT NBR NM 23:2001) Kg/dm³ 3,15
Massa unitária no estado solto (ABNT NBR NM 45:2006) Kg/dm³ 1,03
Tempo de pega (ABNT NBR 65:2003) Início min 130
Fim min 210
Resistência à compressão (fcj) (ABNT NBR 7215:1997)
1 dia MPa 27,5 3 dias MPa 42,3 7 dias MPa 46,8 28 dias MPa 56,0
Fonte: Valores disponibilizados pelo fabricante Holcim.
5.1.2 Sílica Ativa
Utilizou-se sílica ativa fornecida pela empresa SILICON Indústria e Comércio de Produtos Químicos Ltda., com massa específica (ABNT NBR NM 23:2001) igual a 2,20 kg/dm³. A Tabela 9 apresenta a composição química da sílica ativa utilizada nesta pesquisa.
Tabela 9 – Análise química da sílica ativa.
Composto % Fe2O3 0,08 CaO 0,36 Al2O3 0,17 M 0,55 Na2O 0,19 K2O 1,29 SiO2 95,61
5.1.3 Agregado Graúdo
O agregado graúdo para a produção do concreto foi do tipo basáltico, proveniente da região de Limeira/SP. Apresentou massa específica (ABNT NBR NM 53:2009) de 2,90 kg/dm3 e massa unitária compacta (ABNT NBR NM 45:2006) de 1,51 kg/dm3. A composição granulométrica desse material foi realizada de acordo com as prescrições da ABNT NBR NM 248:2003. A Tabela 10 apresenta a composição granulométrica do agregado graúdo.
Tabela 10 – Composição granulométrica do agregado graúdo.
Abertura da peneira (mm) Pedrisco
% retida % acumulada 12,5 0 0 9,5 1 1 6,3 27 28 4,8 34 63 2,4 29 91 1,2 2 94 0,6 1 94 0,3 0 94 0,15 0 94 Resíduo 6 100 Dmáx característica 9,5 mm Módulo de finura 5,31 Fonte: Autor. 5.1.4 Pó de Pedra
Empregou-se pó de pedra proveniente da região do município de Limeira, estado de São Paulo. A Tabela 11 apresenta a composição granulométrica, segundo as prescrições da ABNT NBR NM 248:2003. O pó de pedra utilizado apresentou massa específica (ABNT NBR NM 52:2009) igual a 2,64 kg/dm3 e massa unitária no estado solto e seco (ABNT NBR NM 45:2006) igual a 1,58 kg/dm3.
Tabela 11 – Composição granulométrica do pó de pedra. Abertura da peneira (mm) Pó de Pedra
% retida % acumulada 4,8 0 0 2,4 12 13 1,2 25 37 0,6 19 56 0,3 15 71 0,15 11 82 Resíduo 18 100 Dmáx Característica 4,8 mm Módulo de Finura 2,59
Classificação Zona Ótima Fonte: Autor.
5.1.5 Agregado Miúdo
Empregou-se areia natural quartzosa proveniente do município de Limeira, estado de São Paulo. A Tabela 12 apresenta a composição granulométrica, segundo as prescrições da ABNT NBR NM 248:2003. A areia utilizada apresentou massa específica (ABNT NBR NM 52:2009) igual a 2,65 kg/dm3 e massa unitária no estado solto e seco (ABNT NBR NM 45:2006) igual a 1,52 kg/dm3.
Tabela 12 – Composição granulométrica do agregado miúdo. Abertura da peneira (mm) Areia Natural
% retida % acumulada 4,8 0,132 0,132 2,4 1,021 1,153 1,2 3,018 4,171 0,6 8,909 13,079 0,3 41,818 54,897 0,15 36,383 91,281 Resíduo 8,719 100,00 Dmáx Característica 1,2 mm Módulo de Finura 1,64
Classificação Zona Utilizável Inferior Fonte: Autor.
5.1.6 Aditivo Plastificante
O aditivo plastificante utilizado foi do tipo acelerador com elevado efeito redutor de água, classificado como plastificante e superplastificante em algumas dosagens, segundo a ABNT NBR 11768:2011, fabricado pela empresa MC-Bauchemie Brasil. A Tabela 13 apresenta as características físicas e químicas do aditivo superplastificante.
Tabela 13 – Características do aditivo plastificante MC-TechniFlow 520. Propriedades e características Unidade Resultado
Densidade g/cm3 1,08
Dosagem % 0,2 a 2,0 sobre o peso do cimento
Aspecto - Líquido
Cor - Marrom
Fonte: Manual do produto disponibilizado pela MC-Bauchemie Brasil.
5.1.7 Fibras de Aço
As fibras de aço são produzidas a partir de fios de aço trefilados tendo como matéria prima o Fio Máquina de cada fabricante e têm a função de reforçar o concreto, substituindo completamente a armadura tradicional em algumas aplicações, tais como pisos e pavimentos industriais, revestimentos de túneis (concreto projetado, anéis segmentados) e elementos pré- fabricados (tubos de concreto, refratários, placas, cofres, etc.).
As fibras de aço utilizadas foram a Dramix 45/30 fornecidas pela empresa Belgo Bekaert. Essas fibras possuem resistência à tração de 1.270 N/mm² e suas especificações estão apresentadas na Tabela 14.
Tabela 14 – Especificações das fibras de aço.
Dramix Fator de Forma Comprimento Diametro Fibras/Kg Dosagem Mínima
RL 45/30 45 30 mm 0,62 mm 13.311 30 kg/m³
Fonte: Manual do produto disponibilizado pela Dramix.
A fibra de aço utilizada nessa pesquisa (Figura 18) é classificada como A-I (tipo A – ancoragem nas extremidades; classe I – oriunda de arame trefilado a frio). As fibras A-I são especificadas pelo diâmetro equivalente (de) e comprimento total (l). O fator de forma é obtido por meio da razão l/de.
Foram escolhidas fibras curtas, mesmo sabendo-se que fibras mais longas tem melhor desempenho mecânico, pois, segundo Figueiredo (2011), recomenda-se que o comprimento da
fibra seja 1/3 da menor dimensão do corpo de prova. Como o corpo de prova utilizado foi de 100 x 100 x 400 mm, a fibra devia ter um comprimento menor que 100/3, ou seja, menor que 33,33 mm. Além disso, fibras grandes atrapalham a trabalhabilidade do concreto auto-adensável, fazendo com que o mesmo não alcance os resultados no estado fresco prescritos por norma.
Figura 18 – Fibras de aço Dramix.
Fonte: Autor.
5.2 Dosagem Experimental
As dosagens dos concretos seguiram as recomendações propostas por Tutikian (2004). A Tabela 15 apresenta o traço desenvolvido nesta pesquisa, no qual houve a manutenção da relação água/cimento, bem como do teor de argamassa para todas as misturas desenvolvidas. Foram feitas três dosagem de fibras de aço: 25 kg/m³, 50 kg/m³ e 75 kg/m³, como mostra a Tabela 16.
Borja (2011), Bogas et al. (2012) e Hubertová et al., 2013, aconselham a utilização de sílica ativa em, no máximo, 10% em relação a quantidade de cimento introduzido na mistura do concreto, além da incorporação de pequenas porcentagens de aditivos que auxiliam na manutenção da consistência, permitindo a redução da relação água/cimento.
Tabela 15 – Traço utilizado na pesquisa. Materiais Utilizados Consumo
Cimento CPV ARI 1 Sílica ativa 0,10 Areia 2,75 Pó de pedra 0,48 Agregado graúdo 2,26 Água 0,7 Aditivo 1,21% Fonte: Autor.
Tabela 16 – Dosagem das fibras de aço. Traço Teor (kg fibras de aço/m³ concreto)
T1 25 kg/m³
T2 50 kg/m³
T3 75 kg/m³
Fonte: Autor.