DEPARTAMENTO DE ENGENHARIAS – DENGE CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
ANDRIELE BARROS BARBOSA
PROPRIEDADES MECÂNICAS DE CONCRETO CONVENCIONAL COM INCORPORAÇÃO DE FIBRAS DE AÇO DE PNEUS INSERVÍVEIS
ANGICOS – RN 2019
PROPRIEDADES MECÂNICAS DE CONCRETO CONVENCIONAL COM INCORPORAÇÃO DE FIBRAS DE AÇO DE PNEUS INSERVÍVEIS
Monografia apresentada a Universidade Federal Rural do Semi-Árido – UFERSA, Campus Angicos, para obtenção do título de Bacharela em Engenharia Civil.
Orientador (a): Marcilene Vieira da Nóbrega, DSc
ANGICOS – RN 2019
respectiva ata. A mesma poderá servir de base literária para novas pesquisas, desde que a obra e seu (a) respectivo (a) autor (a) sejam devidamente citados e mencionados os seus créditos bibliográficos.
B Barbosa, Andriele Barros.
238 PROPRIEDADES MECÂNICAS DE CONCRETO
p CONVENCIONAL COM INCOPORAÇÃO DE FIBRAS DE AÇO DE PNEUS INSERVÍVEIS / Andriele Barros
Barbosa. - 2019.
68 f.: il.
Orientadora: Marcilene Vieira da Nóbrega.
Monografia (graduação) - Universidade Federal Rural do Semi-árido, Curso de Engenharia Civil, 2019.
1. Concreto reforçado. 2. Pneu inservível.
3. Fibra de aço. 4. Compressão axial. 5.
Compressão diametral. I. Nóbrega, Marcilene Vieira da , orient. II. Título.
O serviço de Geração Automática de Ficha Catalográfica para Trabalhos de Conclusão de Curso (TCC´s) foi desenvolvido pelo Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação da Universidade de São Paulo (USP) e gentilmente cedido para o Sistema de Bibliotecas da Universidade Federal Rural do Semi-Árido (SISBI-UFERSA), sendo customizado pela Superintendência de Tecnologia da Informação e Comunicação (SUTIC) sob orientação dos bibliotecários da instituição para ser adaptado às necessidades dos alunos dos Cursos de Graduação e Programas de Pós-Graduação da Universidade.
PROPRIEDADES MECÂNICAS DE CONCRETO CONVENCIONAL COM INCOPORAÇÃO DE FIBRAS DE AÇO DE PNEUS INSERVÍVEIS INSERVÍVEIS
Monografia apresentada à Universidade Federal Rural do Semi-Árido – UFERSA, Campus Angicos, para obtenção do título de Bacharela em Engenharia Civil.
Dedico este trabalho a todos que contribuíram e me encorajaram de alguma forma na minha caminhada acadêmica, em especial aos meus Pais que não mediram esforços para que eu pudesse chegar até aqui, e ao meu avô José Barros in memoriam, que foi um exemplo de força e coragem.
AGRADECIMENTOS
pois sem Ele eu não conseguiria alcançar tamanha vitória para minha vida.
Aos meus pais, Luísa do Carmo Barbosa, Francisco Dionísio Barbosa e meu irmão Alex Barros Barbosa que me apoiaram desde o início, mesmo com tantas dificuldades, mas sempre querendo o melhor para mim. Serei eternamente grata por tudo que vocês sempre fizeram, por estarem presentes em todos os momentos, inclusive nos mais difíceis em que mesmo distantes me deram amparo e carinho.
À minha amiga/irmã Larissa Moreira Barbosa, por todo o incentivo atribuído a mim, e por estar sempre me aconselhando e motivando.
Aos amigos que ganhei através da universidade, no qual compartilhamos dos momentos de estudos e/ou de descontração, sendo os responsáveis pelos meus melhores momentos vividos no decorrer da graduação, Andreza Thaisy, Ana Luiza, Jesus Allan, Simplícia Luana, Jessica Lacerda, Rafaela Filgueira, José Bandeira, obrigada a todos.
Aos meus amigos, Isaac Esdras, Ingrid Maia, Lucas Medeiros, Thaiane Cruz, Ayrton Táliton Heloísa Medeiros, Emylle Cristine, Maria Bruna, Katyellen Azevedo, pela ajuda em partes da realização desse trabalho, agradeço de coração.
Meus sinceros agradecimentos à direção do IFRN por possibilitar a realização dos ensaios necessários para esta pesquisa, juntamente ao técnico Valteson por todo auxilio.
Agradeço também a técnica do laboratório de engenharia civil da UFERSA, na pessoa de Adna que me ajudou bastante em vários procedimentos realizados.
Agradeço à minha orientadora, Prof (a) Marcilene Vieira da Nóbrega, por toda compreensão e paciência para comigo, pela atenção e disponibilidade no decorrer da pesquisa e elaboração do projeto, possibilitando assim a conclusão do referente trabalho.
As professoras Núbia Alves e Jhéssica Marques, por aceitarem a fazer parte da banca examinadora, e contribuírem com meu trabalho.
Por fim, agradeço à UFERSA, por cada oportunidade, por engrandecer meus conhecimentos, onde dispõe de uma excelente estrutura e ótimos profissionais. Agradeço também a todos os docentes que contribuíram com a minha formação acadêmica no curso de Engenharia Civil, em especial, Luís Henrique, Wendell Rossine, Kleber Cavalcati, Klaus André, Janaina Salustio. O meu muito obrigada!
“O sucesso nasce do querer, da determinação e persistência em se chegar a um objetivo.
Mesmo não atingindo o alvo, quem busca e vence obstáculos, no mínimo fará coisas admiráveis. ”
José de Alencar.
A aplicação de fibras metálicas no concreto vem se transformando em uma solução para muitas condições impostas em projetos estruturais em função de seu potencial de resistência à tração e inovação. Outro componente abundante que constitui o pneu, é a borracha, um material bem abordado em pesquisas relacionado a investigação de concreto com adição, entre as várias aplicações bastante sucedidas com o uso do resíduo, destaca-se sua adição na produção de misturas asfálticas, visando um aumento da resistência à temperatura e à esforços mecânicos, também é empregado em concretos convencionais produzido com cimento Portland, visando elevar a tenacidade. O presente trabalho teve como objetivo principal estudar propriedades do concreto enriquecido com fibras de aço oriundas de pneus inservíveis. Foi realizada então, a comparação das características mecânicas do concreto convencional com o concreto enriquecido com fibras de aço de pneus inservíveis, a partir da produção de corpos de prova com três teores de fibra, 1%, 2%, e 3%, resultando na confecção de 24 CP´s cilíndricos. Os corpos de prova foram rompidos aos 28 dias após a cura, realizando-se os ensaios de compressão axial, de acordo com a ABNT NBR 5739:2007 e tração pelo método de compressão diametral, conforme a ABNT NBR 7222:2011, além do “Slump Test” realizado segundo a ABNT NM 67:1998. A partir da obtenção dos resultados, pode-se verificar uma redução na trabalhabilidade do concreto produzido, conforme o aumento de fibra adicionada. Sob a análise dos corpos de prova submetidos à compressão axial e diametral apresentaram variação considerável nos resultados, em que o aumento da resistência não aconteceu proporcionalmente a teor de adição, registrou-se a resistência a compressão maior nas amostras com teor de 2%.
Já para os resultados a tração a maior resistência foi do concreto com 1% de fibra.
Palavras-chave: Concreto reforçado. Pneu inservível. Fibra de aço. Compressão axial.
Compressão diametral.
LISTA DE TABELAS
Tabela 1: Classes de consistência. ... 21
Tabela 2: Classificação dos agentes agressivos no concreto. ... 26
Tabela 3: Quantificação dos materiais utilizados (kg). ... 43
Tabela 4: Característica do recipiente de acordo a máxima dimensão do agregado. ... 52
Tabela 5: Massa específica do cimento CP IV.-32 RS ... 57
Tabela 6: Resultados dos ensaios de caracterização granulométrica e física da areia. ... 58
Tabela 7: Resultados dos ensaios de massa especifica do agregado graúdo. ... 59
Figura 2: Distribuição de tensão na fibra de acordo com o seu comprimento. ... 32
Figura 3: Esquema da concentração de tensões para concreto com reforço de fibras. ... 34
Figura 4: A- concreto sem compatibilidade das fibras; B- com compatibilidade entre fibra x matriz. ... 35
Figura 5: Areia natural. ... 40
Figura 6: Brita zero. ... 40
Figura 7: Esquema de um pneu em corte ... 41
Figura 8: Procedimento de obtenção da fibra. (a) Pneu antes de cortar. (b) Retirada do talão e parte lateral (c) Remoção da lona de nylon. (d) Retirada dos filamentos de aço com resíduo de boracha (e) Fibra desamassada (f) Procedimento de corte. ... 42
Figura 9: Dimensão da fibra adotada... 42
Figura 10: Etapas da produção do concreto. ... 44
Figura 11: Adensamento mecânico do concreto. ... 45
Figura 12: Corpos de provas moldados. ... 45
Figura 13: Cura dos corpos de prova. ... 46
Figura 14: Leitura do Frasco de Chapman ... 48
Figura 15: Equipamento para ensaio granulométrico ... 50
Figura 16: Amostra do agregado saturado. ... 51
Figura 17: Ensaio de resistência á compressão axial. ... 54
Figura 18: Ensaio de resistência à tração por compressão diametral. ... 55
Figura 19: Ensaio abatimento do tronco de cone dos traços referencia 0%, 1%, 2% e 3%. ... 60
Gráfico 1: Curva granulométrica da areia natural. ... 58
Gráfico 2: Abatimento do concreto para os diferentes teores. ... 59
Gráfico 3: Resistência a compressão axial aos 28 dias. ... 61
Gráfico 4: Resistência à tração dos corpos de prova de concreto. ... 62
Quadro 1: Valores obtidos da Média da Resistências à compressão. ... 61 Quadro 2: Valores obtidos da Média das Resistências para compressão diametral. ... 62
ZT - Zona de Transição
CRFA - Concreto reforçado com Fibra de Aço
CRFAP - Concreto reforçado com Fibra de Aço de Pneu ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas
NM - Norma Mercosul
ABCP- Associação Brasileira de Cimento Portland
2 OBJETIVOS ... 18
2.1 OBJETIVO GERAL ... 18
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ... 18
3 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ... 19
3.1 O CONCRETO ... 19
3.1.1 Principais componentes do concreto ... 19
3.1.2 Tipos de concreto ... 20
3.1.3 Propriedades do concreto no estado fresco ... 21
3.1.4 Propriedades do concreto endurecido ... 23
3.2 CONCRETOREFORÇADOCOMFIBRAS(CRF) ... 27
3.2.1 Tipos de fibra e utilização ... 28
3.2.2 Fibras de Aço ... 29
3.2.3 Geometria da Fibras ... 30
3.2.4 Volume das Fibras ... 32
3.2.5 Interface Matriz X Fibra ... 33
3.3 FIBRA DEAÇOORIUNDA DEPNEUSINSERVÍVEISEUTILIZAÇÃONO CONCRETO ... 35
3.3.1 Resíduo de pneu inservível ... 36
3.3.2 Utilização aço de pneu em materiais ... 37
4 MATERIAIS E MÉTODOS ... 39
4.1 PROCEDIMENTOEXPERIMENTAL ... 39
4.2 MATERIAISUTILIZADOS ... 39
4.2.1 Cimento ... 39
4.2.2 Agregado miúdo (areia natural) ... 39
4.2.3 Agregado graúdo (brita) ... 40
4.2.4 Água ... 41
4.2.5 Fibra de aço ... 41
4.3 PRODUÇÃODOSCORPOSDEPROVA ... 43
4.3.1 Dosagem do concreto ... 43
4.3.2 Moldagem dos corpos de prova ... 44
4.4 ENSAIOSREALIZADOS ... 46
4.4.1 Cimento ... 46
4.4.2 Agregado Miúdo ... 47
4.4.3 Agregado Graúdo ... 50
4.4.4 Ensaio no concreto no estado fresco ... 52
4.4.5 Ensaio no concreto no estado endurecido ... 53
5 RESULTADOS E DISCUSSÃO ... 57
5.1 CARACTERIZAÇÃODOSMATERIAISUTILIZADOS ... 57
5.1.1 Cimento ... 57
5.1.2 Caracterização do agregado miúdo ... 57
5.1.3 Caracterização do agregado graúdo ... 59
5.2 RESULTADOSDOENSAIONOESTADOFRESCO ... 59
5.3 RESULTADOSDOSENSAIOSNOESTADOENDURECIDO ... 60
5.3.1 Resistência à compressão axial ... 60
5.3.2 Resistência à tração por compressão diametral ... 62
6 CONSIDERAÇÕES FINAIS ... 63
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 65
1 INTRODUÇÃO
O concreto é considerado há anos um dos materiais mais utilizados na construção civil, por apresentar características que propiciam ampla utilização e desempenho. Dentre essas características pode-se considerar a boa relação custo/benefício, boa durabilidade, boa resistência à compressão e ao fogo, possibilita pré-fabricação, versatilidade arquitetônica e bom controle acústico, entre outros.
Entretanto, o concreto possui algumas limitações, como o comportamento bastante frágil e baixa capacidade de deformação do material antes da ruptura. Em decorrência de sua baixa resistência à tração é reduzida quando comparada à sua resistência à compressão (NUNES, 2006).
O melhoramento dessa matriz é bastante pesquisado na tentativa de melhorar seu desempenho com relação a essa fragilidade. A inserção de fibras em concreto para melhorar essa capacidade é uma tecnologia que já está presente na indústria da construção. Existem as fibras sintéticas e naturais, que podem proporcionar alteração das características mecânica, como o aumento de tenacidade, resistência à tração e capacidade de absorver impactos, além de alterar suas condições plásticas como a redução da trabalhabilidade, em função da propriedade requerida determina-se o melhor tipo de fibra a ser empregada (GARCEZ, 2005).
São diversos tipos de fibras que podem ser utilizadas como reforço do concreto, cada uma apresentando propriedades distintas, dentre elas estão as fibras de aço, a qual possui confecção própria para esta finalidade, bem como, existem resíduos no qual estão contidas em inúmeros produtos industrializados, sendo estes, motivado a sua reutilização por questões ambientais, como é o caso das que compõem os pneus inservíveis que têm descarte demasiado sendo nocivo ao meio ambiente (GARCEZ, 2005).
As fibras de aço quando industrializadas são produzidas em diversos formatos e tamanhos, sendo denominadas de elementos descontínuos. Existem três tipos mais comuns disponíveis no mercado brasileiro. O primeiro tipo a ser produzido foi a fibra de aço corrugada, ela é produzida a partir do fio chato que sobra da produção da lã de aço. O segundo tipo de fibra desenvolvido foi a fibra com ancoragem em gancho e com seção retangular, onde objetivou a sua aplicação para atuar como reforço do concreto. O terceiro tipo de fibras de aço possui um formato similar ao do segundo com a diferença básica na forma circular característica da seção transversal (FIGUEIREDO, 2000). As fibras de aço possuem caracterização de alto módulo de elasticidade, propriedade essa que contribui para que o comportamento pós-fissuração do concreto reforçado com a fibra, atue de forma mais expressiva do que no retardamento da
propagação das fissuras nas idades iniciais que ocorre na pré-fissuração, representando assim um acréscimo da tenacidade (BENTUR; MINDESS, 2007).
Pesquisas de utilização de fibras recicladas em concreto estão cada vez mais recorrente.
Contudo, as fibras de aço que constitui os pneus é uma das alternativas, devido a sua grande disponibilidade. Relacionando as questões ambientais, o descaso da população em relação ao descarte dos pneus inservíveis, acarretando em problemas sociais e ambientais, tendo em vista que sua decomposição é aproximadamente 600 anos (CARVALHO, 2012).
Dessa forma, estudos para o aperfeiçoamento e dimensionamento de estruturas com fibras são importantes e relevantes, visto que, a utilização de compósitos cresceu em diversas aplicações na construção civil. Uma delas é em estruturas de pavimentos e túneis, onde a inserção de fibras como reforçado do concreto vem progressivamente ampliando sua aplicação.
Contudo, viu-se a necessidade de obter conhecimento a respeito da utilização da fibra de aço contida em pneus descartados, como meio de sustentabilidade e aplicação em processos da construção civil.
2 OBJETIVOS
2.1 OBJETIVO GERAL
Estudar as propriedades mecânicas do concreto convencional obtido com a incorporação de fibras de aço oriundas de pneus inservíveis.
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Realizar a caracterização dos materiais, para a obtenção do traço a ser utilizado.
Estudar a consistência do concreto obtida com e sem a fibra de aço, através do ensaio de abatimento de tronco cone;
Verificar o comportamento à tração do concreto através do ensaio de resistência à tração em corpos de prova cilíndricos por compressão diametral;
Verificar o comportamento à compressão do concreto através do ensaio de resistência à compressão axial em corpos de prova;
Analisar a influência do teor de fibra de aço na resistência mecânica à tração e à compressão.
3 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
3.1 O CONCRETO
Segundo Petrucci (1978), o concreto é material construtivo largamente difundido, tornando-se o mais empregado na construção civil, capaz de assegurar o bom desempenho dos diversos sistemas em que se aplica, apresentado características favoráveis, como elevada resistência à água, ao fogo e alta durabilidade, quando exposto a ambientes agressivos. No entanto, o concreto apresenta também algumas características de material frágil, suscetível à fissuração e ruptura.
De acordo com Neville (2015), desde a década de 50 que o consumo de concreto para a execução de diversas obras de engenharia apresentava um expressivo consumo, com finalidade de um material estrutural o mesmo ultrapassou a utilização de aço na construção.
De acordo com Mehta e Monteiro (2008), o concreto é considerado um material compósito, pois, sua matriz é formada pela junção de materiais distintos onde consiste essencialmente de um meio aglomerante no qual as partículas de agregado graúdo e agregado miúdo estão aglutinadas.
A matriz de concreto é composta por materiais com diferentes granulometrias e características mecânicas. Dessa forma, na produção do concreto, a composição dos materiais gera uma zona de transição (ZT), transformando-o em um material heterogêneo. Esta característica atribui ao concreto um comportamento quase frágil, a ZT influência juntamente no desempenho do concreto quando solicitado à compressão e à tração (ANDERSON, 2005;
BAZANT, 2000). Vale ressaltar, como consequência da fragilidade designada ao concreto, a resistência a tração é bastante reduzida quando comparada com a resistência a compressão, bem como, a baixa capacidade de deformação que o material desenvolve antes da ruptura (GUIMARRÃES, 2015).
3.1.1 Principais componentes do concreto
De acordo com Neville (2015), os agregados ocupam cerca de 3⁄4(três quartos) de volume do concreto, sendo eles responsável por limitar a resistência do concreto, bem como, suas propriedades podendo afetar de forma significativa a durabilidade e o desempenho estrutural.
Segundo Mehta e Monteiro (2008), a composição designada do agregado é um material granular, que é utilizado junto ao componente cimentício para a produção do concreto. A caracterização para o termo de agregado graúdo é referente às partículas de agregado superiores a 4,75 mm (peneira n° 4) indicado por meio do ensaio de granulometria, já a denominação de agregado miúdo refere-se às partículas de agregado menores que 4,75 mm, mas maiores que 75
m (peneira n° 200), como exemplo de agregados tem-se a areia, pedregulho, pedrisco, ou resíduos de construção e de demolição.
A areia é o material mais comum a ser utilizado com agregado graúdo sendo decorrente do processo de intemperismo e abrasão ou britagem de rochas. O Pedregulho já é considerado como agregado graúdo, sendo resultado de desintegração natural, pela desagregação de rochas.
A brita, por sua vez é o produto resultante da fragmentação industrial de rochas, matacões ou seixos rolados, sendo este, o componente mais empregado como agregado graúdo na produção do concreto. Os agregados de resíduos de construção são obtidos através da reciclagem de concreto, tijolos e entulhos.
Como parte dos componentes do concreto, temos o cimento, que é caracterizado como um material seco e pulverulento, capaz de desenvolver propriedade de aglomerante como resultado de hidratação dos silicatos e aluminatos do Cimento Portland, devido à combinação com água ocorre as reações químicas entre os minerais do cimento e a água, que ao passar do tempo produzem uma massa sólida e resistente.
Para a produção de um bom concreto, é necessário que o cimento apresente boa qualidade, por tanto, desde a fabricação é requerido um alto controle, sendo realizado diversas verificações em laboratório para garantir a qualidade e atender as especificações das normas.
Dos ensaios a serem realizados, tem-se o ensaio de finura, tempo de pega, expansibilidade e resistência (NEVILLE; BROOKS, 2013).
3.1.2 Tipos de concreto
Para Mehta e Monteiro (2014), o concreto apresenta três categorias a qual podem ser classificados, de acordo com sua massa especifica. Um concreto que constitui de areia natural e agregado britado que apresente massa especifica em torno de 2.400 kg/m³ é classificado como concreto de densidade normal, comumente empregado em elementos estruturais. O concreto leve é denominado quando a massa especifica do agregado é menor que 1.800 kg/m³. Com o uso de agregados naturais ou processados termicamente indicando uma densidade de massa
menor, é possível obter uma relação maior entre resistência e peso quando requerida, sendo possibilitando a redução da densidade do concreto.
No entanto, outro meio de classificação do concreto segundo Mehta e Monteiro (2014) é em três categorias baseado na resistência à compressão:
Concreto com baixa resistência: menos de 20 Mpa;
Concreto de resistência normal: de 20 a 40 Mpa;
Concreto de alta resistência: acima de 40 Mpa.
O concreto ainda é classificado de acordo com o resultado do abatimento segundo a NBR 8953/2015. A Tabela 1 apresenta essa classificação.
Tabela 1: Classes de consistência.
Classe Abatimento (A) mm
S10 10 ≤ A < 50
S50 50 ≤ A < 100
S100 100 ≤ A < 160
S160 160 ≤ A < 220
S220 A ≥ 220
Fonte: Adaptado da ABNT NBR 8953, 2012.
3.1.3 Propriedades do concreto no estado fresco
Um aspecto que afeta diretamente as propriedades do concreto quando no estado fresco é a relação de água com a massa da mistura seca (cimento e agregado), parâmetro esse de grande importância na dosagem do concreto. Com o desenvolvimento da tecnologia na área da construção civil cada vez mais exige-se melhorias na qualidade do concreto, sendo elas referente ao desempenho do concreto no estado endurecido. Com isso percebe-se que, as propriedades do concreto fresco e endurecido estão diretamente associadas, indicando assim, que não se consegue produzir um concreto endurecido de alta qualidade se o concreto no estado plástico não tiver propriedades adequadas. Das propriedades, a trabalhabilidade é a mais importante, sendo esta, que de fato integra outras propriedades relevantes no concreto fresco (SOBRAL, 2000).
3.1.3.1 Trabalhabilidade
A trabalhabilidade representa a propriedade estabelecida como a maior ou a menor facilidade da aplicação do concreto em satisfazer uma determinada finalidade. Um concreto com boa trabalhabilidade é estimado quando mostra consistência a utilização de agregados em suas máximas dimensões sendo específicos para o tipo de aplicação a que se destina quando ainda no estado plástico. Deve-se, portanto, levar em consideração as dimensões das pesas, a distribuição das barras de aço, o modo de transporte, e a execução do lançamento e adensamento a ser aplicado (VERZEGNASSI, 2015).
A percepção de trabalhabilidade é bastante subjetiva. Um componente físico significativo para a trabalhabilidade é a consistência, condição essa que aplicado ao concreto, corresponde a uma peculiaridade em relação a mistura fresca referente a maleabilidade da massa e a aglutinação entre os componentes do concreto, buscando a uniformidade a compacidade e bom desempenho na execução do concreto (MEHTA; MONTEIRO, 2008).
3.1.3.2 Consistência
A consistência de acordo com Araújo et al., (2000), é uma propriedade que representa a maior ou menor fluidez da mistura de concreto, a mesma, depende do teor de água inserido no concreto podendo conferir-lhes maior facilidade na moldagem de elementos estruturais. Para estimar uma determinada consistência, no cálculo de dosagem do concreto é estabelecida relação a/c (água/cimento) que seja compatível com o tipo de obra, com isso, é possível indicar a consistência de um concreto com a realização de um procedimento conhecido como Slump Test, o ensaio de abatimento de cone, padronizado de acordo com NBR NM 67/98.
3.1.3.3 Exsudação
A exsudação é a ascensão da água de amassamento para a superfície do concreto posterior às etapas de lançamento e adensamento, é considerada um tipo segregação da água, à medida que a água não é retida pelos poros do concreto durante sua fase plástica. A água que ascender para a superfície, pode transportar partículas finas de cimento formando uma pasta, e esta impedir que haja a ligação de novas camadas. Em consequência a este fato, a parte superior do concreto demasiadamente unida, acarreta na obtenção de um concreto poroso e de baixa resistência. A maneira de controlar a exsudação é garantir um concreto com boa
trabalhabilidade, de modo a evitar que haja a adição de água além do necessário.
Ocasionalmente a exsudação pode ser reparada adicionando-se grãos relativamente finos, que compensam as deficiências dos agregados (GOMES; BARROS, 2009).
3.1.4 Propriedades do concreto endurecido
As propriedades do concreto estão diretamente relacionadas com as proporções dos materiais utilizados. O uso de um material construtivo para uma aplicação especifica, deve-se considerar a sua capacidade de suporte para a força à qual será aplicada, bem como, o seu comportamento ao ambiente inserido. Corresponde às propriedades do concreto que são importantes após decorrido o tempo de cura. A seguir será descrita as principais propriedades do concreto estado endurecido.
3.1.4.1 Resistência à compressão
Para Neville e Brooks (2013), a resistência é a propriedade mais importante a ser normalmente considerada, dessa forma, a mesma confere uma percepção da qualidade do concreto devido estar associada à estrutura da pasta cimento.
A resistência de um material é determinada através da capacidade de resistir à tensão aplicada sem que ocorra rompimento. O surgimento da ruptura pode ser detectado pelo aparecimento de fissuras. Por conseguinte, a resistência do concreto está relacionada à tensão necessária para ocasionar a ruptura, sendo definida como a tensão máxima que o de concreto pode resistir. (MEHTA; MONTEIRO, 2008).
Segundo Avelino (2011), os fatores que influenciam diretamente na resistência a compressão do concreto são o tipo de cimento, relação a/c, idade, temperatura, relação agregado/cimento e tamanho do agregado. No entanto, a porosidade de cada elemento que compõe a microestrutura do concreto pode torna-se uma condição limitante para a resistência, apesar de que a relação água/cimento seja considerável para incidência de porosidade da matriz de concreto, quanto a zona de transição da interfase agregado e pasta cimentícia.
A determinação dessa resistência é de extrema importância para manter um controle de qualidade do concreto, além do mais, acredita-se que outras propriedades como módulo de elasticidade, impermeabilidade, estanqueidade, resistência a intempéries, estão associadas à resistência, com isso, podem ser inferidos com base nos dados da resistência obtida do concreto.
Grande parte dos elementos estruturais de concreto são projetados para tirar proveito de uma
maior resistência a compressão do material, no entanto, na realidade a maior parte dos elementos de concreto encontram-se em simultânea combinação de tensões de compressão, cisalhamento e de tração em duas ou mais direções (BARROS, 2009).
3.1.4.2 Módulo de elasticidade
O módulo de elasticidade é a medida da deformabilidade reversível do concreto, definida pela relação entre tensão e deformação relativa. As características elásticas de um material são uma medida de sua rigidez estando também relacionada com a resistência à deformação, no concreto submetido a compressão o módulo elástico varia de 14 a 40 GPa, apesar de indicar um comportamento não-linear é fundamental que seja estimado o módulo de elasticidade, a fim de determinar as tensões provocada pelas deformações relacionadas aos efeitos ambientais. Para projeto estrutural o limite elástico apresenta relevância pelo fato de que ele representa a tensão máxima permitida antes de o material sofrer deformação permanente.
Portanto, é necessário conhecer o módulo de elasticidade do material, pois esse módulo influencia a rigidez da mistura, compreendendo que quanto maior for esse parâmetro mais rígido será o concreto e apresentara uma menor capacidade de absorver deformação (MEHTA;
MONTEIRO, 2008).
Em conformidade com Neville (2015), quando em um material as deformações aparecem ou desaparecem imediatamente conforme a aplicação ou remoção de tensões, este é caracterizado como sendo perfeitamente elástico, o concreto por sua vez, manifesta semelhança como muitos outros materiais estruturais, no entanto, é considerado elástico até um determinado limite.
O módulo de elasticidade do concreto, é modificado em função das matérias primas utilizadas e de sua resistência mecânica. Dessa forma, o composto de cimento hidratado não possui sempre a mesma estrutura, devido ser formado por cristais de diferentes espécies. Além do mais, a microestrutura da zona de transição que envolve pasta e agregado, afeta o módulo de elasticidade, com isso, é impossibilita o composto cimentício de apresentar um único módulo (GÓIS, 2010).
3.1.4.3 Retração
A retração corresponde a uma propriedade do concreto no estado endurecido que representa a capacidade de redução das suas dimensões ao longo do tempo, estando associada, sobretudo, com a perda de água por evaporação para o ambiente externo. O processo de redução do volume ainda pode ser classificado como sendo, retração plástica, retração por secagem ou por carbonatação. (NUNES, 2007).
No que tange à retração do concreto, basicamente ela pode ser segmentada por duas etapas, a que ocorre antes da pega do cimento referente a retração plástica, e a ocorrida após o tempo de pega pertinente ao processo de retração por secagem, que se faz referente ao tipo e quantidade do agregado leve, relação do fator a/c, consumo de cimento, o processo de cura e resistência mecânica do concreto (NEVILLE; BROOKS, 2013).
A retração plástica ocorre devido à perda de água exsudada para a superfície através da evaporação, ou sucção do substrato. Durante o tempo em que a pasta de cimento ainda é plástica, ou seja, o concreto ainda está no estado fresco, ela sofre uma diminuição volumétrica que provocam contração devido as pressões que surgem, quanto maior a velocidade da perda de água da massa, maior será o grau da retração, sendo decorrente da temperatura do ar, da temperatura do concreto, da umidade relativa do ar, e da velocidade do vento (ANDRIOLO, 1984).
O concreto no estado endurecido ao sofrer contração volumétrica, pode ocasionar efeito de fissuração e empenamento de peças estruturais, devido retração restringida denominada de retração por secagem, assim como a retração plástica, a retração por secagem é causada pela perda da água da pasta do cimento resultante das trocas de umidade com o meio ambiente (NUNES, 2007).
3.1.4.4 Fluência
Em conformidade com o que diz Giamusso (1992), a fluência é uma deformação lenta, denotada pelo concreto no momento em que está submetido a um carregamento permanente.
Helene e Andrade (2007) acrescenta, que a fluência é o aumento da deformação ou contração do concreto, no tempo, e submetida a carga de longa duração, sem variação térmica.
Essa propriedade é definida por Neville (2015), como o aumento de deformação sob tensão mantida ou, se a deformação for mantida constante, a fluência se manifesta como a redução progressiva da tensão com o tempo, denominada relaxação. Alguns fatores que
interferem na fluência estão associados com a quantidade de pasta do concreto, idade do carregamento, relação tensão/resistência e a perda de umidade do concreto.
3.1.4.5 Durabilidade
A durabilidade é assegurada como a capacidade do concreto seja ele simples, armado ou protendido, tem de suportar a ação do intemperismo, imposto pelo eventual ataque de agentes agressivos ou qualquer outro mecanismo de deterioração a qual estejam sujeitos durante sua vida em serviço (BAUER, 2008).
Segundo Bauer (2008), nenhum material tem a característica de ser literalmente durável, como consequência das interações ambientais, a microestrutura e, por conseguinte, suas propriedades se modificam ao decorrer do tempo. Desse modo, o fim da vida útil de um material se dá quando a continuação de sua utilização se tornar insegura. No entanto, a forma de torna um concreto durável, como o propósito de conservar sua forma, qualidade e capacidade de uso originais é necessário que o projeto tenha decorrido em conformidade ao ambiente que será exposto. A Tabela 2 expõe os tipos de agentes agressivos mais ocorrentes.
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Tabela 2: Classificação dos agentes agressivos no concreto.
Fonte: BAUER, 2000.
A permeabilidade é um fator relevante que influencia nos processos químicos e físicos de deterioração do concreto. A baixa permeabilidade bloqueia a entrada de água para o interior da massa de concreto, com isso, assegura-se uma maior durabilidade. Alguns procedimentos auxiliam na redução da permeabilidade, por meio de um estudo cuidadoso de granulometria, consumo mínimo de cimento e uma baixa relação do fator água/cimento (AVELINO, 2011).
3.2 CONCRETO REFORÇADO COM FIBRAS (CRF)
O concreto apresenta uma baixa capacidade de suporte para esforços de tração, assim, como outros materiais cimentícios, no entanto, existem formas de minimizar esta deficiência, por meio da inserção de armaduras, que são elementos contínuos capazes de absorver esforços concentrados que a matriz não é capaz de absorver. As adições de fibras na composição do concreto são alternativas que tendem a melhorar o desempenho da matriz, através de materiais descontínuos sendo dispersos aleatoriamente na matriz de concreto, ocasionando em uma melhora no controle do surgimento de fissuras e da tenacidade do compósito. Vale salientar que as fibras possuem finalidades distintas a das armaduras, ao ser submetidos a esforços localizados, as fibras não dispõem de grande capacidade de suporte, diferentemente das armaduras a qual são elementos contínuos (BERNARDI, 2003).
De acordo com combinações das propriedades do concreto (como o módulo de elasticidade e a resistência à compressão axial) associado com as propriedades da fibra, (como o volume, o módulo de elasticidade, a geometria e a distribuição) podem obter um desempenho satisfatório do compósito (PASA, 2007). Por conseguinte, os tipos de fibras aplicados em matrizes cimentícias, e suas propriedades essenciais no comportamento da matriz de concreto expostos ao decorrer deste capítulo.
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3.2.1 Tipos de fibra e utilização
Segundo Moscatelli (2011), o procedimento de adição de fibras ao concreto é de fácil aplicação podendo ser realizada em obra ou em usinas. São diversos os tipos de fibras produzidas comercialmente designadas ao reforço do concreto, da qual são especificadas de acordo com a matéria prima com a qual são produzidas. Sendo classificadas quanto sua natureza:
Metálicas: aço, carbono, suas ligas e alumínio.
Naturais: amianto, celulose e carbono.
Sintéticas: nylon, polipropileno e outras.
Para os autores Bentur e Mindess (2007), as fibras também podem ser caracterizadas pelo seu tamanho, em micro ou macro fibras, bem como, pela geometria em retas, onduladas, com gancho nas pontas, coladas em feixes, etc.
De acordo com as especificações de um projeto, pode –se escolher a fibra que melhor se adeque, tendo em vista a grande variedade, existem fibras com altos e baixos módulos de elasticidade, com diferentes resistências à tração e diferentes massas específicas (GUIMARÃES, 2015).
Bentur e Mindess (2002), estabelecem que fibras que apresentam baixa resistência e baixo módulo de elasticidade só são apropriadas para concreto que evidencie as mesmas características de resistência e módulo de elasticidade também baixos, isto é, quando no estado fresco e ao iniciar o processo de endurecimento.
As fibras poliméricas são identificadas como sendo materiais sintéticos que apresentam elevada ductilidade. O uso de fibras de polipropileno e nylon, são referências de fibras indicadas para o controle de fissuração plástica em pavimentos, embora, sejam aplicadas com a finalidade de reduzir o risco de fissuração em peças de concreto, é necessário que o processo de cura seja realizado corretamente. Com relação as suas propriedades, essas fibras são caracterizadas por aprese apresentarem baixa resistência mecânica e grande capacidade de deformação, além do mais, possui uma densidade relativamente baixa quando comparada com as fibras metálicas, são mais flexíveis e fácil de processa-las, bem como tem baixo custo de produção (MOSCATELLI, 2011).
Assim como as fibras poliméricas, as metálicas também apresentam elevada ductilidade.
No caso das fibras de aço, são designadas por atuarem como reforço do concreto no estado endurecido, devido à alta resistência e alto módulo de elasticidade que apresentam, em alguns casos pode substituir a armadura convencional (MOSCATELLI, 2011). Segundo Figueiredo (2011), as primeiras fibras foram desenvolvidas com formato lisas e, ao decorrer dos anos, foram desenvolvendo mudanças na geometria, como ancoragens e ondulações, visando uma melhoria na aderência da fibra com a matriz cimentícia, apresentando vantagens como o baixo custo e a pouca interferência na consistência do concreto.
Quanto as fibras naturais, têm seu uso motivado por serem renováveis, biodegradáveis, pelo baixo custo e pela abundância, sendo frequentemente é encontrada também como resíduo.
As fibras naturais quando utilizadas como compósitos, apresentam em sua maior parte, algumas vezes tem a função de fazer com que o compósito atue como uma carga de material reciclável ao invés de ser reforçado mecanicamente de forma significativa, devido às propriedades mecânicas das fibras vegetais serem normalmente inferiores em relação às fibras sintéticas como o vidro e o carbono (LEVY NETO; PARDINI, 2006).
Contudo, recomenda-se a utilização de fibras em alguns elementos estruturais como chapas finas, nas quais os reforços com barras não são possíveis ou não são utilizados. Também são aplicadas em elementos como túneis, pisos, pavimentos e radiers, assim como em elementos que suportem explosões, impactos e fadiga (SALVADOR, 2013). Silva Filho e Helene (2011) ainda acrescenta, que as fibras metálicas apontam alta funcionalidade em pisos industriais e pavimentos de rodovias, ao mesmo tempo que as fibras de vidro podem ser utilizadas em painéis pré-moldados não estruturais, ao passo que, as fibras de polipropileno podem ser usadas como reforço nas idades iniciais. Além disso, algumas fibras servem para aplicação de reforço em alguns tipos de solo, bem como para recuperação estrutural.
3.2.2 Fibras de Aço
Moscatelli (2011) descreve sobre as fibras de aço como sendo elementos descontínuos onde são fabricadas em grande variedade de formatos, dimensões e tipos de aço diferentes, de acordo com o processo de fabricação. Segundo Figueiredo (2000), ao comparar as fibras de aço com outros tipos de fibra, as de aço promovem um desempenho superior com relação à capacidade de suporte pós-fissuração, apresentando baixa capacidade de absorver energia da matriz cimentícia. As fibras são comercializadas para venda separadamente, ou em pentes,
sendo esta uma forma mais empregada no mercado, pois possibilita uma melhor homogeneização na matriz cimentícia.
Bentur e Mindess (2007) e Figueiredo (2011) apontam que as fibras de aço são caracterizadas por terem um alto módulo de elasticidade, sendo este um fator contribuinte para o comportamento do concreto reforçado com fibra no estado de pós-fissuração, tipificando assim um aumento de tenacidade, tornando mais evidente do que o retardamento na propagação das fissuras na pré-fissuração que ocorre nas idades iniciais, além do mais, as fibra proporcionam maior integridade do compósito, não ocasionando grandes deflexões.
De acordo com Saraiva (2017), as fibras comumente são produzidas com aço e carbono, baixo carbono, ou aço inoxidável e são protegidas contra a corrosão devido ao ambiente alcalino da matriz cimentícia. Para Carvalho (2012) com a variação dos processos de produção e ainda a variação das matérias, algumas propriedades mecânicas como a resistência a tração e o grau de ancoragem podem diferirem de forma considerável entre as fibras.
3.2.3 Geometria da Fibras
As fibras também podem ser classificadas quanto ao tipo de aço que se originou, sendo conforme o modo de produção, onde os processos mais realizados são: a extrusão, a trefilação e a laminação. De acordo com a NBR 15530 (2007) as fibras de aço a ser utilizado no concreto possuem três especificações, a Classe I para fibras oriundas de arame trefilado a frio; Classe II para aquela originada de chapa laminada cortada a frio; e Classe III, para as fibras provenientes de arame trefilado e escarificado. A norma ainda especifica quanto a geometria das fibras empregadas no concreto, indicando três tipos básicos em função da sua conformação. A fibra tipo A, com ancoragens nas extremidades, como tipo B, corrugada, e como tipo C, reta. A Figura 1 ilustra as fibras indicadas quanto a classe e o tipo a qual foram originadas.
Figura 1: Classificação e geometria das fibras de aço.
Fonte: Figueiredo (2000).
Embora essa classificação não padronize as fibras em relação ao desempenho, quanto à trabalhabilidade ou mesmo à tenacidade, ao utilizar dessa especificação pode-se determinar requisitos capaz de serem associados a partir do desempenho final do CRFA (ACI 544.1 R-96, 2002). De acordo com Figueiredo (2011) e Montoya (2009), as fibras com ancoragens nas extremidades vêm sendo cada vez mais utilizadas quanto ao detrimento das fibras retas, por apresentarem um melhor comportamento, acrescentam ainda, a possibilidade que, com um número reduzido de fibras com ancoragens obtenha-se um desempenho igual ou superior ao das fibras retas.
A geometria da fibra atua consideravelmente na ductilidade dos compósitos, assim como na resistência ao arranchamento, no que corresponde a forma como as tensões se distribuem. Portanto, o arrancamento da fibra em relação à matriz varia em conformidade com as características geométricas das mesmas. Segundo Nunes (2006), foram comprovados que as fibras com ancoragens do tipo gancho nas extremidades, promovem aos compósitos, maiores níveis de ductilidade à flexão, e ainda um aumento a tenacidade do material compósito.
Outro fator relevante para a eficiência da fibra é denominado de comprimento critico (lc), ele representa o comprimento em que é causada a ruptura após a fibra resistir a carga aplicada, sem que haja o arrancamento da matriz, o comprimento acima do crítico são ocasionalmente rompidas devido embutimento da fibra na matriz de concreto A distribuição de tensão nos compósitos assim como, o nível de tensão que a fibra consegue transferir difere,
promovendo comportamentos distintos em cada tipo de fibra, nas fibras lisas, nas corrugadas e em fibras com ancoragens. A tensão cisalhante que aumenta na interface fibra-matriz varia conforme esse comprimento, visto que a proporção em que as cargas são aumentadas, a força de atrito expandida nas fibras, por conseguinte, a tensão se desenvolve linearmente a partir dos extremos para o centro das fibras (BENTUR e MINDESS, 2007; FIGUEIREDO, 2011). A Figura 2 representa o que foi exposto, mostrando a distribuição de tensões na fibra em relação ao seu comprimento.
Fonte: (BERTUR; MINDESS, 2007).
3.2.4 Volume das Fibras
O teor de fibras é um parâmetro que influi diretamente no comportamento final compósito, esse parâmetro é definido como sendo a quantidade de fibras que se adiciona na mistura, comumente é dosado baseado no volume total de concreto a ser produzido, podendo ser também dosado em kg/m³ (FIGUEIREDO, 2000). À proporção em que aumenta o teor sob análise em uma seção, maior será a quantidade de fibras atuando como ponte de transferência de esforços, bem como, terá uma melhor distribuição de tensão transferindo-se pelas fissuras.
O acréscimo do teor de fibras na mistura de concreto ampliar a capacidade portante, no entanto ocasiona uma redução da sua trabalhabilidade (ACI 544.1 R-96, 2002).
Figura 2: Distribuição de tensão na fibra de acordo com o seu comprimento.
Para Nunes (2006), a aplicação fibras no concreto menor que 1%, são empregadas com a finalidade de reduzir a fissuração por retração. Podendo ser aplicadas em lajes e pavimentos com grande superfície exposta, teores entre 1% e 2%, aumentam o módulo de ruptura, de tenacidade à fratura e de resistência ao impacto do compósito. Indicados quando a aplicação for para concreto projetado, para teores maiores que 2%, levam ao endurecimento por deformação dos compósitos. Quando adicionado um volume muito grande favorece a passagem de toda a carga as fibras e o excesso de carga possibilita o surgimento de fissuras.
O teor de fibra adicionado no concreto interfere diretamente no desempenho do compósito, permitindo dois tipos de comportamentos do Concreto Reforçado com Fibra, o primeiro decorre o aumento da tenacidade do compósito, entretanto com o decréscimo da sua resistência, esse desempenho promove um tipo de fissuração simples. O seguinte comportamento desencadeado no compósito é o aumento da tenacidade do CRF seguido de aumento na capacidade resistente do compósito pós-ruptura, sendo apontado por provocar a fissuração múltipla (FIGUEIREDO 2011; NAAMAN, 2007).
3.2.5 Interface Matriz X Fibra
As fibras quando adicionadas ao concreto contribuiem para atenuação de tensões na matriz cimentícia, visto que quando uma fissura se desenvolve, a concentração de tensões sucede nas suas extremidades. O mecanismo de transferências de tensões entre a matriz e a fibra é percebido basicamente em duas fases: comportamento pré-fissura e comportamento pós- fissura, compreendido por fatores como o tipo de fibra e a sua geometria, bem como que esta interação pode ser efetivada por meio do atrito, por adesão física e química ou por ancoragem mecânica. Tendo em vista que estas etapas influenciam no modo de como as tensões se procedem na interface, determinando o comportamento final do concreto reforçado com fibra (FIGUEIREDO, 2000; SAVASTANO JÚNIOR, 1992).
Do mesmo modo que, a combinação da pasta cimentícia e agregados, a adição de fibras na mistura gera uma zona de transição a meio da interface, reforço e concreto. A distribuição dos esforços da matriz para a fibra será correspondente a aplicação e magnitude das tensões de aderência desenvolvida entre os vínculos do compósito, ao surgir disfunção na região de interface, o potencial requerido de transferência de tensões do concreto para a fibra tendem propender a uma diminuição, com isso, as tensões geradas permaneceram na matriz do concreto, a qual possui característica frágil (BENTUR; MINDESS, 2002).
De acordo com Barros (2009), as fibras quando inseridas no concreto, passam a atuar desde o endurecimento da pasta de cimento, controlando a propagação das microfissuras
evitando assim, o surgimento das macrofissuras na pasta quando endurecida, funcionando como obstáculo ao desenvolvimento da abertura e do comprimento das fissuras, como ilustra a Figura 3 a seguir, assim sendo, a velocidade de propagação das fissuras diminui mudando o comportamento do material para pseudo - dúctil.
Fonte: (BARROS, 2009).
O processo de ruptura em concretos reforçados com fibras, decorre geralmente pela ausência de aderência entre a matriz e a fibra. O surgimento da primeira trinca ocorre quando a deformação supera a capacidade de deformação da matriz. Ao permanecer o carregamento, as fibras atuam como elementos impeditivos do desenvolvimento das fissuras (BARROS, 2009).
A presença de fibras proporciona em geral um aumento da ductilidade, no instante da fissuração podendo constatar em alguns casos, o ganho de resistência à tração. No entanto, este aumento decorrerá de fatores, como: volume de fibras, arranjo e método de mistura nos demais componentes do concreto de Cimento Portland. A ruptura em concretos armados com fibras, depende de valores relativos das deformações da matriz e da fibra, da forma da fibra e da resistência de aderência desenvolvida na interface fibra-matriz, por vezes essa ruptura advém de irregularidades na aderência entre a matriz e a fibra (NORONHA et al., 1981).
Segundo Bentur e Mindess (2007) ao aumentar o comprimento da fibra sem designação, não obrigatoriamente irá resultar em um aumento de resistência pós fissuração. A aplicação de fibras muito longas, podem dificultar diretamente o concreto no estado plástico, por conseguinte afetando as propriedades no estado endurecido, quanto ao uso de fibras muito curtas, as mesmas tendem a não interceptar as fissuras. Desta forma, Chenkui e Guofan (1995) preconiza que o comprimento da fibra esteja na faixa de 1,5 a 3,0 vezes o tamanho da dimensão máxima do agregado graúdo. A Figura 4 ilustra a performance da compatibilidade dimensional das fibras, em relação ao agregado graúdo, sendo possível constatar que em caso de não existir a Figura 3: Esquema da concentração de tensões para concreto com reforço de fibras.
compatibilidade do tamanho da fibra em relação ao agregado, a mesma tende a não mais exercer a função de uma ponte de transferência de tensão na fissura.
Figura 4: A- concreto sem compatibilidade das fibras; B- com compatibilidade entre fibra x matriz.
Fonte: Adaptado de Figueiredo (2011).
De acordo com Savastano Júnior (1992), a zona de interface fibra/matriz define como a matriz se comporta e como influência no comportamento e no arrancamento das fibras. Ele ainda destaca que a resistência mecânica é menor na zona de transição fibra/matriz, bem como na região ao redor do agregado, correspondente a influência do tipo de agregado e sua geometria, a adição de finos na matriz pode ser um fator auxiliar capaz de aumentar as interações e melhorar esta zona.
3.3 FIBRA DE AÇO ORIUNDA DE PNEUS INSERVÍVEIS E UTILIZAÇÃO NO CONCRETO
Devido ao descarte de pneus ser nocivo ao meio ambiente, há possibilidades de sua reutilização, podendo ser reaproveitados de forma a contribuir para a diminuição desse material na natureza ou nos lixões. As fibras de aço é um dos compostos presentes nos pneus analisados para o seu reaproveitamento na construção civil, principalmente, em concretos e argamassas, sendo desenvolvido ensaios com concreto melhorado com tais fibras para análise de suas características mecânicas (GOMES et al., 2017).
Esse concreto pode ser utilizado para vários fins como, aplicação em pavimentos industriais, túneis e locais que recebam cargas de impacto. Ao considerar a grande variedade de fibras utilizadas para o reforço de compósitos da construção civil em que manifestam um grande potencial, como na produção de argamassas e concretos, torna-se relevante a percepção
das potencialidades desses materiais por meio da sua caracterização para uma adequada aplicação (GOMES et al., 2017).
3.3.1 Resíduo de pneu inservível
O componente mais predominante na composição de pneus é a borracha, caracterizada por ser um material polimérico, no qual tem a sua decomposição vagarosa e com o descarte ocasiona problemas ambientais. O reaproveitamento de materiais considerados inservíveis pode demonstrar proveitos para contribuir com a preservação do meio ambiente, com isso a construção civil busca contribuir para o desenvolvimento sustentável global, com a constante pesquisa referente, aos resíduos de maneira geral. Os materiais estudados para aplicação em elementos de concreto podem ser provenientes de processos da área da construção civil, bem como dos descartes de outros setores produtivos (FRANÇA, 2014).
3.3.1.1 Aplicações Gerais
A utilização de pneus inservíveis apresenta aplicações tanto em sua conformação completa como fracionada. Os processos industriais contribuem com grande parte da reciclagem de pneus devido a utilização de grandes fornos de altas temperaturas. O elevado valor calorífico dos pneus inservíveis é disposto, por exemplo, em fornos destinados à produção de cimentos (MARTINS,2005).
O processo de reciclagem denominado de pirólise é uma técnica que se baseia na decomposição térmica de um determinado resíduo no qual resultam em subprodutos, podendo ser facilmente reaproveitado. Segundo Williams (2004) quando o processo de pirólise é efetuado em pneus, dão origem a óleos, gases, carbono sólido residual e carcaças metálicas (fios e cabos) dos próprios pneus, os quais possuem disposição para serem reutilizados.
A utilização de dos resíduos triturados, segundo Martins (2005, apud JANG, 1998), pode ocorrer na fabricação de produtos mais simples de borracha e de plásticos. Podendo também ser misturados com outros materiais resultando em produtos mais elaborados: tapetes, solas de sapato, paletes, sinalizadores de tráfego, etc.
Outro uso que pode ser dado é em misturas asfálticas. Entre suas vantagens o aumento de resistência a variações de temperatura e capacidade de drenagem são as que mais se destacam. Esses resíduos de borracha também podem ser empregados em misturas de solo-
cimento na qual são destinadas a estabilização de aterros, preenchimento de valas, cabeceiras de pontes, entre outras aplicações (MENEGUINI, 2011).
A utilização de resíduo de pneu na produção de concretos é uma prática que vem desenvolvendo resultados tecnicamente satisfatórios. Apesar das pesquisas demonstrarem bons resultados, a literatura certifica que há uma propensão na variação de algumas propriedades do concreto no estado fresco e no estado endurecido (BOAVENTURA, 2011).
Uma das formas de aplicação desse resíduo triturado em elementos de concreto, é na substituição em parte do agregado necessário na matriz de concreto (ROMUALDO et al., 2011).
Em conformidade com Boaventura (2011, apud EPPS, 1994), a adição de borracha como agregado na mistura de concreto estimula a incorporação de ar quanto que repelem a água, desse modo, carretando o aumento no índice de vazios no elemento de concreto podendo resultar na redução na resistência do concreto. A trabalhabilidade do concreto quando produzido com a adição de resíduos de borracha de acordo com Giacobre e Figueiredo (2008) apresentou uma menor trabalhabilidade em relação ao teor de borracha utilizado na substituição do agregado em massa.
De acordo com Kaminura (2002), a adição de fibras de pneus triturados substituindo a utilização dos materiais de construção convencionalmente empregados em concretos, apresenta diversos benefícios: densidade reduzida, melhora a propriedades de drenagem, possibilita também uma melhor isolação térmica e acústica. A adição de borracha de pneu no concreto pode ser um material ideal quando submetido a efeitos de impacto e, que não necessita de alta resistência mecânica.
3.3.2 Utilização do aço de pneu em materiais
As fibras de aço estão presentes em diversos produtos encontrados na indústria, como é o caso do aço que compõe os pneus. A reutilização desse tipo de aço vem sendo cada vez mais estudada e motivada por meios diferenciados e por questões ambientais. Em virtude da sua considerável disponibilidade, as fibras de aço dos pneus inservíveis, após um processo de extração, podem ser reaproveitadas e dentro de várias possibilidades de reuso dessas fibras tem –se a produção de compósitos preparados para a construção civil (GOMES et.al.,2017).
Os pesquisadores GOMES et al., (2017), realizaram um trabalho relacionado a adição em concreto, também foi utilizado fibra de aço obtida de pneus inservíveis, porém a fibra foi retirada da bandagem de sustentação lateral dos pneus que servem de sustentação do pneu sobre
a roda do carro. Para comparar as propriedades do concreto convencional com o concreto enriquecido com fibras de aço definiu-se 3 traços de concreto enriquecido com fibras de Aço variando apenas o teor de fibra em concentrações de 30,60 e 90 quilos em relação ao um metro cubico de concreto e uma amostra de concreto referencial, o ensaio realizado pelos pesquisadores foi de resistência a compressão sendo determinado valor em tempos de cura diferente de 7, 14 e 28 dias. Como resultados, obtiveram uma variação nas resistências, manifestada principalmente nos concretos com a maior quantidade de fibra.
Em uma pesquisa realizada por Graeff et al., (2011) buscou- se, realizar uma metodologia de análise da durabilidade de concreto reforçado com fibras de aço recicladas de pneus. O desenvolvimento da pesquisa se deu através de um programa experimental acompanhado por uma etapa de modelos de previsão de vida útil. As etapas do programa experimental se subdividiram em relação à ensaios que visam propriedades que se relacionam com a durabilidade do material, e outra com relação à aceleração de processos de deterioração do concreto. Através dos resultados obtidos o autor constatou, que o concreto reforçado com a fibra de aço de pneu apresenta uma alternativa durável para pavimentos em concreto, além do incentivo de contribuir para o desenvolvimento sustentável através da reutilização de resíduos de pneus. O CRFAP quando utilizado em pavimentos também pode contribuir para a redução da espessura do pavimento, resultando em um menor consumo de recursos naturais.
4 MATERIAIS E MÉTODOS
4.1 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Para a realização do planejamento experimental foram preparados corpos de prova de concreto, sendo adicionadas em sua matriz fibras de aço obtidas de pneus inservíveis em teores diferentes, com o objetivo de avaliar a influência nas propriedades do concreto. Foi utilizado o traço em massa 1: 1,74: 1,79: 0,5 (cimento, areia, brita e água), o agregado graúdo utilizado foi a brita 0. O traço de referência foi produzido sem adição de fibras e os demais com teores de 1% e 2% e 3% de fibra em relação ao volume de concreto.
Os traços foram denominados respectivamente de CP REF (corpo de prova de referência), CP 1% (corpo de prova com 1% de fibra), CP 2% (corpo de prova com 2% de fibra) e CP 3% (corpo de prova com 3% de fibra). A dosagem foi feita em massa através do método utilizado pela ABCP (Associação Brasileira de Cimento Portland) para concreto convencional.
Foram moldados 24 corpos de prova cilíndricos com dimensões 10 x 20 cm, conforme o especificado pela norma NBR 5738 – Concreto – Procedimento para moldagem e cura de corpos-de-prova, sendo estes submetidos aos ensaios de resistência à compressão axial e compressão diametral.
4.2 MATERIAIS UTILIZADOS 4.2.1 Cimento
O aglomerante hidráulico utilizado neste trabalho foi o Cimento Portland Composto - CP IV-32 RS do fabricante Nassau, amplamente comercializado devido a sua boa aceitação no mercado consumidor por seu uso em todos os tipos de construções e alvenarias. O mesmo foi obtido no comércio da cidade de Mossoró-RN.
4.2.2 Agregado miúdo (areia natural)
A areia utilizada para o prosseguimento desta pesquisa foi obtida em um comércio, localizado na cidade de Angicos - RN. A areia adquirida é de granulometria média. Logo após a obtenção, a areia passou pelo processo de secagem na estufa durante 24 horas para extrair a umidade contida nela, sendo em seguida passada na peneira de abertura 4.8 mm para a remoção
de partículas maiores e não propícias para a produção do concreto. A Figura 5 ilustra a areia utilizada.
Fonte: autoria própria.
4.2.3 Agregado graúdo (brita)
O agregado graúdo utilizado para a produção do concreto deste trabalho, foi à brita 0 ou pedrisco com dimensão variável entre 4,8mm a 12,5mm, adquirida no comércio, da cidade de Angicos - RN. Ao adquirir o material, a brita foi lavada e seca na estufa durante 24 horas para melhor produção do concreto. Na Figura 6 é ilustrada a brita 0 utilizada.
Fonte: autoria própria.
Figura 6: Brita zero.
Figura 5: Areia natural.
4.2.4 Água
Para a produção do concreto e pasta de cimento analisadas nesta pesquisa, foi usada água potável, proveniente da Companhia de Águas e Esgotos do Rio Grande do Norte- CAERN.
4.2.5 Obtenção da fibra de aço
A fibra de aço utilizada para esta pesquisa foi obtida de pneus inservíveis coletados em uma oficina mecânica no comércio local da cidade de Angicos/RN. Os mesmos são do tipo utilizado em veículos leves (carros de passeios, e etc), devido a abundância e facilidade de encontrar pneus da empresa Pirelli & C. S.p.A. (Pirelli) na cidade, foi decidido usar o Pneu Aro 14” Pirelli 175/70R14 88T – CHRONO / Registro INMETRO 001384/2012. O procedimento de retirada da fibra do pneu foi realizado após um estudo das camadas que compõe a banda de rodagem do pneu. Na Figura 7, verifica-se detalhe das partes constituintes de um pneu. A fibra utilizada foi retirada da parte situada entre a banda de rodagem e a carcaça de poliéster que forma uma cobertura.
Figura 7: Esquema de um pneu em corte
Fonte: BRAZIL TIRES1 (2018).
1 http://www.geocities.ws/unicariguatu/CONHECAOSEUPNEU.htm
Todo o processo de obtenção da fibra foi realizado manualmente. Após a aquisição do pneu, iniciou-se o procedimento. Primeiramente foi retirado a parte do talão junto com o encordoamento do talão, em seguida retirou-se a banda de rodagem elemento esse que fica em contato com a superfície do solo, também foi retirado a lona que envolve as cintas de aço, sendo esta a área de interesse para adquirir a fibra.
Ao retirar os filamentos que compõe a cinta, o mesmo passou por um processo manual para desamassar sendo seguido de um lixamento superficialmente, a fim de regularizar a superfície que constitui de resíduo de borracha. Feito esses processos a fibra foi cortada em tamanhos de 5cm. Na Figura 8 são ilustrados os procedimentos utilizados.
Figura 8: Procedimento de obtenção da fibra. (a) Pneu antes de cortar. (b) Retirada do talão e parte lateral (c) Remoção da lona de nylon. (d) Retirada dos filamentos de aço com resíduo de
boracha (e) Fibra desamassada (f) Procedimento de corte.
Fonte: Autoria própria.
Na Figura 9 vê-se detalhe do tamanho da fibra utilizada na pesquisa. Esse tamanho foi definido de acordo com Figueiredo (2000), onde refere-se que a fibra deve atuar como ponte de transferência de tensões, portanto seu comprimento deve permitir um correto posicionamento dentro da matriz em relação ao surgimento de fissuras, logo, o autor recomenda um comprimento superior a duas vezes a dimensão máxima do agregado. No caso desse trabalho utilizou o agregado graúdo com dimensão de 9,5mm, o tamanho da fibra adotado foi de 5 cm.
Figura 9: Dimensão da fibra adotada.
Fonte: Autoria própria.
No processo de obtenção da fibra, percebeu-se certa dificuldade em realizar a limpeza manual dos resíduos de borracha empregados na superfície do aço, visto que o laboratório não dispõe de equipamentos para fazer tal limpeza de forma mecânica. Desta forma, nesta pesquisa optou-se por utilizar a referida fibra com esses resíduos de borracha.
4.3 PRODUÇÃO DOS CORPOS DE PROVA 4.3.1 Dosagem do concreto
O traço utilizado em massa foi equivalente a 1: 1,74: 1,79: 0,5 (cimento, areia, brita e água) dosado segundo o método de dosagem da ABCP para uma resistência de 25 Mpa. A quantidade de fibra a ser adicionada no concreto foi definida em função do volume de concreto executado. A Tabela 3 indica a quantidade de matérias utilizados.
Tabela 3: Quantificação dos materiais utilizados (kg).
Traço Cimento Areia Brita Fibra Ref 10,8 18,81 19,3 0,00
1% 10,8 18,81 19,3 0,05968
2% 10,8 18,81 19,3 0,10463
3% 10,8 18,81 19,3 0,15647
Total 43,29 75,24 77,2 0,32078 Fonte: Autoria própria.
Após realizada a dosagem iniciou-se o processo de produção do concreto. Para produção do concreto foi utilizada a betoneira do laboratório de Engenharia Civil da UFERSA Campus Angicos, que tem capacidade de 150 litros na qual foram realizadas quatro betonadas referente aos teores de fibras a ser inseridas.
Fonte: Autoria própria.
4.3.2 Moldagem dos corpos de prova
Os moldes utilizados para a confecção dos corpos de prova foram moldes cilíndricos seguindo as orientações da norma NBR 5738/2015. Uma etapa que antecedeu a produção do concreto, foi a aplicação de uma fina camada de óleo desmoldante na parte interna dos moldes que foram utilizados para facilitar a retira dos Cp’s. Após esse procedimento, iniciou-se a produção do concreto referência, seguido do concreto com adições de fibras. Para cada tipo de concreto foram moldados 3 Cp’s (CP REF, CP 1%, CP 2% e CP 3%) com dimensões 10x 20 cm resultando em 12 corpos de prova. O mesmo molde foi utilizado para os Cp’s que serão submetidos ao ensaio de tração por compressão diametral, logo, foram produzidos mais 12 corpos de provas, totalizando 24 CP’s.
O preenchimento dos corpos de prova, foi executado um por vez, sendo seguido de um adensamento mecânico com o auxílio de um vibrador de imersão, como mostra a Figura 11 abaixo.
Figura 10: Etapas da produção do concreto.
