DYENIFER PERALTA TEICHMANN
AVALIAÇÃO DAS RESISTÊNCIAS DO CONCRETO COM ADIÇÃO
DE MACROFIBRAS DE POLIPROPILENO EM OBRA DE PISO
INDUSTRIAL
Ijuí 2019
AVALIAÇÃO DAS RESISTÊNCIAS DO CONCRETO COM ADIÇÃO
DE MACROFIBRAS DE POLIPROPILENO EM OBRA DE PISO
INDUSTRIAL
Trabalho de Conclusão de Curso de Engenharia Civil apresentado como requisito parcial para obtenção do título de Engenheiro Civil.
Orientador: Prof. Me José Antônio Santana Echeverria
Ijuí /RS 2019
AVALIAÇÃO DAS RESISTÊNCIAS DO CONCRETO COM ADIÇÃO
DE MACROFIBRAS DE POLIPROPILENO EM OBRA DE PISO
INDUSTRIAL
Este Trabalho de Conclusão de Curso foi julgado adequado para a obtenção do título de ENGENHEIRO CIVIL e aprovado em sua forma final pelo professor orientador e pelo membro da banca examinadora.
Ijuí, 16 de dezembro de 2019.
Prof. José Antônio Santana Echeverria
Mestre pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul- Orientador
Prof. Lia Geovana Sala
Coordenadora do Curso de Engenharia Civil/UNIJUÍ
BANCA EXAMINADORA
Prof. André Luiz Böck (UNIJUÍ)
Dedico este trabalho aos meus pais, que foram e sempre serão meu alicerce.
Agradeço primeiramente a Deus pela vida, por sempre me guiar e amparar em todos os momentos;
Aos meus pais Solange e Vilmar, por tudo o que sempre fizeram e fazem por mim, me dando suporte e amor em toda minha caminhada, sem vocês nada disso seria possível;
À minha irmã Maria Eduarda por todo o carinho e amor, sempre me apoiando e fazendo comidas boas para mim;
Ao meu noivo Saul, pelo auxílio, compreensão e amor comigo no decorrer deste estudo, obrigada por estar ao meu lado em todos os momentos;
Ao meu orientador José Antônio Santana Echeverria por todo apoio, auxílio e paciência no desenvolvimento deste trabalho, sempre com disposição para ajudar e sanar minhas dúvidas;
Ao Laboratório da Engenharia Civil (LEC), em especial ao Luiz Donato e a Sabrina Schreiber, por toda disposição e suporte na realização dos ensaios;
Às empresas fornecedoras dos materiais utilizados no decorrer deste trabalho;
Aos demais professores, familiares e amigos que contribuíram de diversas maneiras nessa jornada.
Confia ao Senhor as tuas obras, e os teus desígnios serão estabelecidos.
TEICHMANN, Dyenifer Peralta. Avaliação das Resistências do Concreto com Adição de
Macrofibras de Polipropileno em Obra de Piso Industrial. 2019. Trabalho de Conclusão
de Curso. Curso de Engenharia Civil, Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul – UNIJUÍ, Ijuí, 2019.
Com a evolução na construção civil, houve um progresso nas últimas décadas em relação ao uso de pisos industriais, cuja execução deve ser submetida ao controle de materiais e ao processo nas seguintes fases: preparo do subleito e sub-base, concretagem da placa de concreto, tolerâncias superficiais e juntas. O objetivo deste trabalho é estudar os benefícios da implantação dos pisos industriais com adição de macrofibras de polipropileno, analisando as resultantes das variações de suas propriedades. Inicia-se com uma revisão bibliográfica dos assuntos relacionados com o tema e estudo dos percentuais de fibras a serem adicionados. São confeccionados quatro tipos diferentes de corpos-de-prova utilizando 0%, 0,11%, 0,34% e 0,66% de macrofibras de polipropileno na mistura em relação ao volume de concreto para assim, através do Slump Test e de ensaios de resistência à compressão e tração, analisar as influências das macrofibras de polipropileno no piso industrial. Foram respeitados 7 e 28 dias de cura para os corpos-de-prova, obtendo-se assim nos ensaios de compressão, um aumento da resistência dos corpos-de-prova conforme o aumento da porcentagem de fibra até o limite de 0,66%. Já nos ensaios de tração houve um aumento da resistência dos corpos-de-prova, no entanto nos testes executados nos corpos-de-prova com 0,66% de fibras a resistência apresentou uma redução da resistência de aproximadamente 2,6% em relação ao corpo-de-prova com 0,34% de fibras. Conclui-se que para a confecção de pisos industriais com a adição de macrofibras de polipropileno, o percentual de 0,34% de macrofibras em relação ao volume de concreto é o que apresenta o melhor resultado nos ensaios de tração e compressão, atendendo as condições de trabalhabilidade do concreto, sendo que este resultado está de acordo com os dados fornecidos pelo fabricante da fibra e da revisão bibliográfica.
TEICHMANN, Dyenifer Peralta. Evaluation of Concrete Resistances with Addition of
Polypropylene Macrofibers in Industrial Floor Work. 2019. Completion of course work.
Civil Engineering Course, Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul – UNIJUÍ, Ijuí, 2019.
With the evolution in civil construction, there has been progress in the last decades regarding the use of industrial floors, the execution of which must be subjected to material control and the process in the following phases: subgrade and subfloor preparation, concrete plate concreting, surface tolerances and joints. The objective of this work is to study the benefits of the implementation of industrial floors with the addition of polypropylene macrofibers, analyzing the resulting variations of their properties. It begins with a literature review of the subjects related to the theme and study of the percentages of fibers to be added. Four different types of specimens are made using 0%, 0.11%, 0,34% and 0,66% polypropylene macrofibres in the mix in relation to the concrete volume for this, through the Slump Test and tests of compression and traction, analyze the influences of polypropylene macrofibers on the industrial floor. Were observed 7 and 28 days of curing the bodies of the test piece, so obtaining the compression tests, an increase in resistance of the test piece bodies with increasing percentage of fiber to the extent of 0,66%. Since the tensile tests was an increase in resistance of the bodies of the test piece, however the tests performed on the test piece bodies with 0,66% of the fiber strength decreased resistance of approximately 2,6% compared to the specimen with 0,34% fiber. It is concluded that for the manufacture of industrial floors with the addition of polypropylene macrofibers, the percentage of 0,34% macrofibers in relation to the concrete volume is the one that presents the best result in the tensile and compression tests, meeting the conditions concrete workability, and this result is in accordance with the data provided by the fiber manufacturer and the literature review.
Figura 2 - Esquema de concentração de tensões ... 25
Figura 3 - Fibras de aço ... 26
Figura 4 - Microfibras de polipropileno ... 27
Figura 5 - Macrofibras de polipropileno... 27
Figura 6 - Distribuição de tensão em relação ao comprimento da fibra ... 28
Figura 7 - Dimensão da fibra em relação ao agregado graúdo ... 29
Figura 8 - Ensaio de tração por compressão diametral ... 34
Figura 9 - Delineamento da pesquisa ... 36
Figura 10 – Embalagem da macrofibra e seu conteúdo... 37
Figura 11 - Características da macrofibra... 38
Figura 12 - Propriedades da macrofibra ... 39
Figura 13 - Cilindro corpo-de-prova didático e real ... 40
Figura 14 - Dimensões do corpo-de-prova ... 40
Figura 15 - Pesagem de 6g de fibra ... 42
Figura 16 - Pesagem de 19g de fibra ... 43
Figura 17 - Pesagem de 37g de fibra ... 43
Figura 18 – Lançamento do concreto ... 44
Figura 19 – Nivelamento do concreto ... 44
Figura 20 – Desempenamento do concreto ... 45
Figura 21 – Juntas de dilatação... 45
Figura 22 – Material da moldagem... 46
Figura 23 – Dados do concreto de cimento Portland... 47
Figura 24 – Preparação para o Slump Test ... 47
Figura 25 – Medição do abatimento do concreto ... 48
Figura 26 - Mistura das fibras no concreto ... 49
Figura 27 - Montagem do corpo-de-prova ... 50
Figura 28 - Corpos-de-prova finalizados ... 50
Figura 29 - Desmoldagem e acondicionamento dos corpos-de-prova ... 51
Figura 30 - Corpos-de-prova ... 52
Figura 31 - Ensaio de compressão ... 52
Figura 35 - Adição de 0,34% de macrofibra no concreto de cimento Portland ... 56
Figura 36 - Adição de 0,66% de macrofibra no concreto de cimento Portland ... 56
Figura 37 – Gráfico de resistências nos ensaios de compressão simples axial ... 58
Figura 38 - Fissura no corpo-de-prova ... 59
Figura 39 - Gráfico de resistência nos ensaios de tração por compressão diametral ... 60
Figura 40 - Fissura no corpo-de-prova sem adição de macrofibras ... 61
Figura 41 - Fissura no corpo-de-prova com adição de 0,11% de macrofibras ... 62
Figura 42 - Fissura no corpo-de-prova com adição de 0,34% de macrofibras ... 62
armadura de concreto armado ... 24
Tabela 2 – Valores de fibra por volume de concreto ... 41
Tabela 3 – Valores da massa de fibra por volume de concreto utilizado. ... 41
Tabela 4 – Volumes de fibra utilizados nos corpos-de-prova. ... 41
Tabela 5 – Quantidade de corpos-de-prova ... 49
Tabela 6 – Resistência à compressão 7 dias ... 57
Tabela 7 – Resistência à compressão 28 dias ... 57
Tabela 8 – Resistência à tração 7 dias ... 59
ANAPRE Associação Nacional de Pisos e Revestimentos de Alto Desempenho
A/c Relação água e cimento
CAF Concreto Armado com Fibras
CRF Concreto Reforçado com Fibras
CRFA Concreto Reforçado com Fibras de Aço
NBR Norma Brasileira
CP Corpo-de-prova
UNIJUÍ Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul
1 INTRODUÇÃO ... 15 1.1 CONTEXTO ... 15 1.2 PROBLEMA ... 17 1.2.1 Questões de pesquisa ... 17 1.2.2 Objetivos de pesquisa ... 17 1.2.3 Delimitação ... 18 1.2.4 Descrição do trabalho ... 18 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 19 2.1 PAVIMENTO ... 19 2.1.1 Características do pavimento ... 19 2.1.2 Pavimento de concreto-cimento ... 20
2.1.3 Estrutura do pavimento de concreto-cimento ... 21
2.2 CONCRETO ... 21 2.2.1 Lançamento ... 22 2.2.2 Adensamento de concreto ... 22 2.2.3 Cura ... 23 2.2.4 Concreto armado ... 23 2.2.5 Fibras no concreto ... 24 2.3 FIBRAS ... 25
2.3.1 As fibras e a matriz do concreto ... 27
2.3.2 Trabalhabilidade do concreto com fibras ... 29
2.3.3 Dosagem do concreto com fibras ... 30
2.4 UTILIZAÇÃO DO CONCRETO COM ADIÇÃO DE FIBRAS ... 30
2.4.1 Vantagens e desvantagens do concreto reforçado com fibras de aço (CRFA) em relação ao concreto convencional ... 31
2.5.1 Resistência à compressão axial simples ... 33
2.5.2 Resistência a tração por compressão diametral ... 34
3 MÉTODO DE PESQUISA ... 36 3.1 ESTRATÉGIA DE PESQUISA ... 36 3.2 DELINEAMENTO ... 36 3.3 MATERIAIS E LOCALIZAÇÕES ... 37 3.3.1 Fibra escolhida ... 37 3.3.2 Local ... 38
3.4 TEORES DE FIBRA ADICIONADOS AO CONCRETO ... 38
3.4.1 Análise da quantidade de macrofibras de polipropileno ... 38
3.4.2 Cálculo da dosagem de fibras no concreto ... 39
3.4.3 Pesagem das quantidades de fibras ... 42
3.5 EXECUÇÃO DO PISO DE CONCRETO - COLETA ... 44
3.5.1 Corpos-de-prova ... 46
3.5.2 Concreto fornecido ... 46
3.5.3 Slump Test ... 47
3.5.4 Moldagem dos corpos-de-prova ... 48
3.6 ENSAIOS DE RESISTÊNCIA ... 51 3.6.1 Ensaio de compressão ... 52 3.6.2 Ensaio de tração ... 53 4 RESULTADOS ... 54 4.1 SLUMP TEST ... 54 4.2 TRABALHABILIDADE ... 55 4.3 ENSAIO DE COMPRESSÃO ... 57 4.4 ENSAIO DE TRAÇÃO ... 59
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1 INTRODUÇÃO
Este trabalho de conclusão de curso tem como autora Dyenifer Peralta Teichmann, estudante do Curso de Engenharia Civil da UNIJUÍ, e como orientador o professor Mestre José Antônio Santana Echeverria. A área de pesquisa está relacionada com pavimentos industriais, mais especificamente com piso industrial com adição de macrofibras de polipropileno.
1.1 CONTEXTO
As condições de implantação e de recursos financeiros são importantes para a redução de gastos e para o gerenciamento dos materiais necessário, empregados na execução de determinado empreendimento. Por isso, o planejamento e estudo das condições básicas são essenciais para uma melhor gestão de execução e economia (ABEDA, 2001).
Com a evolução na construção civil, houve um progresso nas últimas décadas em relação ao uso de pisos industriais, mudando o ponto de vista dos usuários que tinham uma interpretação errônea em relação ao que de fato seria um componente da edificação. Podendo também ser definido como um equipamento que precisa operar de acordo com sua função, senão pode prejudicar a produtividade da indústria (HOVAGHIMIAN & RODRIGUES, 2016).
O uso de pavimentos industriais, que são mais popularmente conhecidos como pisos industriais, tomou impulso na década de 90, pois foi neste período que se tornou um componente obrigatório de edifícios industriais. A implantação desse piso deve ser planejada no início do projeto, já que muitos equipamentos dependem das condições de resistência do piso e da sua fundação (RODRIGUES, 2007).
Segundo Chodounsky (2008), a execução do piso industrial é composta de diversas etapas e serviços, envolvendo diferentes profissionais de várias áreas, sendo responsabilidade do projetista do piso ter o conhecimento necessário de todas essas áreas que envolvem o desenvolvimento do pavimento de modo que possa haver um bom desempenho de cada elemento do sistema que compreende o piso industrial.
De acordo com Santos (2009), a qualidade do pavimento industrial depende diretamente da execução e da utilização correta das especificações previstas no projeto, além da utilização dos equipamentos e ferramentas adequadas.
Tratando-se de pisos industriais, a execução deve ser submetida ao controle de materiais e ao processo nas seguintes fases: preparo do subleito e sub-base, concretagem da placa de concreto, tolerâncias superficiais e juntas (RODRIGUES, FARIA & SILVA, 2015).
Inicialmente, o principal componente em um pavimento rígido é a placa, que tem a função de receber e distribuir as tensões recebidas para as camadas inferiores. A avaliação da durabilidade que se deseja em um pavimento rígido deve estar amparada no conhecimento do volume diário médio do tráfego, nas informações de degradação natural esperadas no material e possível ocorrência de degradação devido ao uso da pista. Todos estes fatores devem ser levados em consideração no momento de criar o plano de manutenção e a prioridade das intervenções (GONÇALVES, 2007).
Os principais problemas que podem ocorrem numa placa são o trincamento por fadiga, os degraus entre a junção das placas e a erosão da sub-base, todos eles causando a oscilação da placa. Estes problemas ocasionam defeitos que estão associados ao emprego de técnicas e material inadequados, bem como à falta de manutenção da estrutura. Isso fica evidenciado pela degradação de um grande trecho de forma igual (GONÇALVES, 2007).
Porém o pavimento confeccionado com placas de concreto tem uma grande vantagem em relação aos pavimentos flexíveis: ele consegue distribuir as tensões concentradas em um ponto ao longo da parte inferior de quase toda a placa, ocasionando pressões bem mais reduzidas ao subleito, fator este que pode acarretar em menores gastos de construção da base (BALBO, 2007).
No decorrer dos anos foi desenvolvido o pavimento de concreto com fibras que é constituído de placas de concreto com a adição de fibras, o que tem demonstrado que ocorre um aumento da resistência do concreto, especificamente quanto à fissuração, impactos e desgastes. Por esse motivo, está sendo empregado na construção do piso de aeroportos, autoestradas, pontes, pisos industriais e de locais de fluxo de máquinas (OLIVEIRA, 2000).
A principal característica do pavimento de concreto de cimento Portland é a sua durabilidade, que pode chegar até a 20 anos. Essa durabilidade se justifica pelo fato que ele não sofre com as influências físicas da chuva, de óleos e de combustíveis, bem como não se deforma com o fluxo de veículo a ponto de formar as trilhas das rodas (OLIVEIRA, 2000).
Segundo Rodrigues e Montardo (2002), os materiais compostos por cimento Portland são uma boa opção para a adição de fibras poliméricas devido ao seu baixo custo, tendo
__________________________________________________________________________________ estudos que demonstram que essas fibras melhoram o comportamento do concreto em relação a carregamentos que acarretem tensões de tração, flexão ou cisalhamento.
1.2 PROBLEMA
O concreto e a fibra de polipropileno se complementam, formando um material mais completo e versátil. O emprego de fibras plásticas no concreto de pisos demonstra também o aumento da coesão da mistura, minimizando a fissuração que ocorre logo após as primeiras horas do endurecimento.
A eficiência do uso de fibras adicionadas ao concreto depende de muitos fatores, principalmente quanto ao seu tamanho, comprimento, módulo de elasticidade e dosagem. Para obter o melhor resultado, é necessário estudar a matriz de composição (RODRIGUES E MONTARDO, 2002).
No ano de 2004 foi criada a ANAPRE - Associação Nacional de Pisos e Revestimentos de Alto Desempenho, que tem por objetivo reunir em uma associação sem fins lucrativos as empresas do ramo de pisos e revestimentos, incentivando a distribuição dos conhecimentos e práticas adquiridos entre os participantes. De acordo com ANAPRE (2012), as microfibras sintéticas têm a capacidade de tornar o concreto mais dúctil. Elas podem ser compostas por diversos tipos de polímeros ou por fibras de aço. A principal característica dessas fibras é aumentar a resistência residual de pós-fissuração do concreto.
1.2.1 Questões de pesquisa
Neste trabalho foram formuladas as seguintes questões de pesquisa:
A adição de macrofibras de polipropileno no concreto de cimento Portland altera as resistências mecânicas de compressão e tração do concreto?
Quais os teores de macrofibras de polipropileno mais adequados na adição ao concreto de cimento Portland para aplicação em pisos industriais?
1.2.2 Objetivos de pesquisa
O objetivo geral deste trabalho é estudar a variação da resistência mecânica com a adição de diferentes teores de macrofibras de polipropileno no concreto de cimento Portland em pisos industriais. Tendo como objetivos específicos:
Através da bibliografia consultada, determinar qual a fibra mais recomendada para adição ao concreto de cimento Portland de uso em pavimento;
Avaliar a modificação das condições de trabalhabilidade na mistura manual em laboratório do concreto de cimento Portland com a adição de diferentes teores de fibras;
Avaliar as resistências mecânicas para diferentes teores de macrofibras de polipropileno adicionados ao concreto de cimento Portland.
1.2.3 Delimitação
Esta pesquisa visa avaliar as resistências mecânicas do concreto com adição dos teores de 0%, 0,11%, 0,34% e 0,66% de macrofibras de polipropileno adicionados proporcionalmente ao volume de concreto, estudar as características de um piso industrial em concreto com adição de fibras, analisando a variação das propriedades do concreto e seu comportamento mecânico.
1.2.4 Descrição do trabalho
Este trabalho foi organizado e dividido em cinco capítulos:
O capítulo 1, Introdução, abrange as considerações sobre a importância do estudo na área de piso industrial com a adição de macrofibras de polipropileno, descrevendo como foi constituído o trabalho.
O capítulo 2, Revisão da Literatura, aborda os assuntos encontrados nas bibliografias existentes sobre o assunto, dando suporte bibliográfico para a pesquisa e mostrando como deve-se proceder cada ensaio realizado, assim como analisando os resultados obtidos por outros autores na área.
O capítulo 3, Método de Pesquisa, descreve como foi desenvolvida a pesquisa para chegar aos teores de fibras para posteriormente moldar os corpos-de-prova para a realização dos ensaios mecânicos.
O capítulo 4, Resultados, apresenta os dados obtidos através dos ensaios de compressão e tração, obtendo-se os resultados e apresentando-os através de planilhas e gráficos.
O capítulo 5, Conclusão, traz a síntese dos resultados dos ensaios e a análise dos mesmos, finalizando com as conclusões e sugestões para trabalhos futuros.
__________________________________________________________________________________
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
O pavimento produzido em concreto tem ampla aplicação na Construção Civil devido ao fato de ser produzido de acordo com as dimensões e especificações solicitadas em cada projeto através da variação dos componentes de sua mistura, tendo execução simples e componentes facilmente encontrados no comércio. Será realizado neste capítulo uma revisão sobre pavimento, concreto, fibras, concreto com adição de fibras e ensaios mecânicos no concreto endurecido.
2.1 PAVIMENTO
De acordo com Gonçalves (1982, p. 57), pavimentar é toda a forma de recobrir a superfície do terreno com um lastro e um revestimento:
“Entende-se por pavimentação o lastro com que se recobre o chão das casas ou dos terrenos naturais, ruas, estradas, com pedras, concreto, asfalto, etc., e o revestimento feito de mosaico, cerâmica, lajotas, parques, e muitos outros materiais fabricados para recobrimento de pisos.”
2.1.1 Características do pavimento
Azevedo (1987) descreve que quando se pensa em pavimentação, suas características são essenciais para atingir uma boa qualidade. A pavimentação deve ser resistente ao desgaste ao trânsito, apresentar atrito necessário ao tráfego, fácil conservação, ser decorativa, econômica, higiênica e ter uma inalterabilidade de cor, dimensões e entre outras características, definidas por:
Resistente ao desgaste ao trânsito – Facilmente pode-se observar em entradas com escadaria de templos religiosos e repartições públicas que o desgaste é muito grande, onde nota-se visivelmente o desgaste dos pisos das escadas quando o material é de mármore ou granilito. Pavimentos de granilitos devido a sua manutenção acabam por corroer rapidamente o cimento que compõe basicamente o pavimento, deixando soltas as peças de mármore.
Apresentar atrito necessário ao tráfego - Um dos maiores problemas da municipalidade é impor um código de qualificação dos materiais empregados nas calçadas, pois devem possuir um atrito necessário e compatível com a sua utilização, devendo evitar acidentes aos pedestres. Também pode-se estender esse predicado para os pavimentos que
devem ser utilizados exclusivamente para automóveis, pois se não houver o atrito necessário o carro derrapa ou desliza.
Higiênico - Um pavimento deve ter propriedade higiênica dentro da própria adequação. Existem pisos que têm certas condições próprias de higiene para evitar contaminações como pisos de laboratórios e salas de operações. Além destes, há também pavimentos de banheiro coletivo, de cozinhas, entre outros, que devem ter um pavimento devidamente higienizado no sentido de evitar grandes manutenções e conservações, devido ao seu intenso uso.
Econômico – É função fundamental do engenheiro construir um pavimento de bom custo benefícios, ser lógico e respeitando os parâmetros adequados.
Inalterabilidade - Outra qualidade importante é a seleção dos materiais para pavimento que não sofram dilatações, assim como a sua cor quando submetida a influência da luz solar, não desbotar.
Decorativo – A aparência do pavimento é crucial onde se pode citar os arranjos que se faz com os cacos de cerâmica colorida.
Fácil conservação - A Indústria de materiais de construção tem o lançado no mercado da construção com o objetivo de diminuir a mão-de-obra relativa à conservação dos pavimentos. Como exemplo desta característica pode-se destacar o lançamento de resinas como Sinteko, Cascolac, vernizes, epóxi, para cobrir pavimentos de madeira, com o fim de evitar seu constante enceramento.
2.1.2 Pavimento de concreto-cimento
São conhecidos por serem aqueles em que o revestimento é constituído por uma placa de concreto de cimento Portland, que desempenha a função de ligante. A sua espessura é fixada levando em conta a necessidade de resistência à flexão das placas de concreto e também pela capacidade de resistência à flexão vertical das camadas inferiores. Essas placas podem ser constituídas de armadura ou ter a adição de algum tipo de fibra para melhorar seu desempenho. Uma designação comumente utilizada para a subcamada deste tipo de pavimento é sub-base, tendo em vista que nos pavimentos asfálticos essa camada é identificada como sub-base (BERNUCCI et al. 2008).
__________________________________________________________________________________ 2.1.3 Estrutura do pavimento de concreto-cimento
O pavimento se caracteriza como sendo uma estrutura que abrange múltiplas camadas de espessuras variadas, construída após a conclusão da terraplanagem final da superfície, conforme se observa na Figura 1. Seu objetivo é resistir aos esforços que são gerados a partir do tráfego e do clima proporcionando aos usuários um conforto e segurança, visando os aspectos técnicos e econômicos (BERNUCCI et al. 2008).
Figura 1 - Estruturas de Pavimentos
Fonte: Bernucci et al. (2008) 2.2 CONCRETO
O concreto se caracteriza por ser uma mistura composta de aglomerante, mais especificamente o cimento Portland, agregados miúdos, água e aditivos. Quando ainda fresco a sua consistência é plástica, podendo ser moldado de diversas formas e dimensões, conforme o desejado. O concreto quando endurecido possui baixa resistência à tração, mas é mais resistente à compressão.
É o material estrutural mais usados atualmente, não sendo tão resistente quanto o aço, mas possuindo uma boa resistência à água. Se comparado à madeira e o aço comum, o concreto consegue resistir à ação da água, mantendo seu estado inicial, sem deteriorar de maneira séria, fazendo com que ele seja uma boa opção como material para estruturas que tenham a intenção de entrar em contato direto e contínuo com a água. Os aquedutos, as antigas construções do povo romano, são um exemplo de que o concreto consegue resistir às ações sofridas do contato com a água (MEHTA; MONTEIRO, 1994).
2.2.1 Lançamento
De acordo com Azevedo (1997), o concreto deve ser lançado assim que misturado, respeitando um intervalo de no mínimo 30 minutos entre o amassamento e o lançamento. Ao sair da betoneira, existem forças internas e externas que provocam segregação dos constituintes do concreto. No próprio transporte pode ocorrer esta separação. Separar a etapa de transporte da etapa de lançamento pode ser dificultoso, tendo em vista que em diversas vezes os próprios meios de transporte são responsáveis pelo lançamento, como, por exemplo, em alguns casos de bombas, calhas e caçambas.
O lançamento do concreto pode ocorrer de grandes alturas ou também ser deixado correr livremente por uma canaleta, então existirá uma tendência de que haja a separação entre os componentes da mistura, mais especificamente entre o agregado graúdo e a argamassa. Existe também a separação da argamassa que ocorre em contato com as formas e as ferragens de peças de espessura reduzidas, como pequenas vigas e muros. Para evitar essa separação do concreto e consequentemente a perda do desempenho, devem ser usadas as chamadas “trombas de elefante”, equipamento que auxilia no lançamento do concreto evitando sua segregação (AZEVEDO,1997).
A altura máxima de lançamento do concreto comum deve ser de 2 metros. Se for necessário lançar o concreto de alturas superiores, como é no caso de pilares de pé direito elevado, devem ser feitas aberturas laterais nas formas a cada 2 metros, permitindo que esta abertura seja fechada logo após o concreto atingir esse nível (AZEVEDO,1997).
O concreto deve ser lançado de modo que fique o mais próximo possível de sua posição final, desta forma não havendo movimentação do mesmo dentro das fôrmas. Além disso, cada camada de lançamento deve ter altura igual a ¾ da altura do vibrador, aproximadamente. Na execução de grandes obras o lançamento do concreto deve ser de antemão planejado, levando em consideração o projeto do escoramento e as deformações que nele serão provocadas pelo peso próprio do concreto fresco e pelas eventuais cargas de serviço (AZEVEDO,1997).
2.2.2 Adensamento de concreto
O adensamento do concreto lançado tem por objetivo deslocar com esforço, os elementos que o compõem e orientá-los para se obter maior capacidade, obrigando as partículas a ocupar os vazios e a desalojar o ar do material. Os processos de adensamento
__________________________________________________________________________________ podem ser manuais como socamento ou apiloamento, ou mecânicos por meio de vibrações ou centrifugação (AZEVEDO, 1997).
De acordo com Azevedo (1997), o adensamento manual é o modo mais simples, que consiste em facilitar a colocação do concreto na fôrma e entre as armaduras, mediante uma barra metálica, cilíndrica e fina. Em ambos os casos citados anteriormente, o concreto deve ter consistência muito plástica.
2.2.3 Cura
As superfícies do concreto quando expostas a condições que acarretam a sua secagem prematura, deverão ser protegidas por meios adequados, de modo a conservar sua umidade durante pelo menos sete dias contados a partir do dia do lançamento (AZEVEDO, 1997).
2.2.4 Concreto armado
O concreto armado é um material composto por aglomerante, água, agregados naturais e aço, sendo confeccionado nas mais diversas dimensões e formatos com um baixo custo de execução. Apesar de ter as desvantagens de não ocupar pequenos espaços em estruturas muito armadas e a permeabilidade em ambientes úmidos, é o material mais utilizado na construção civil onde se necessite resistência e durabilidade.
De acordo com Azevedo (1997) o concreto armado é a associação do aço ao concreto, com o objetivo de melhorar a resistência a determinados tipos de esforços, sendo possível realizá-la graças à boa aderência entre ambos os materiais, a quase igualdade dos respectivos coeficientes de dilatação térmica e a proteção do aço contra a corrosão.
Existem algumas condições gerais que as barras de aço devem satisfazer para serem utilizadas na armadura do concreto, como:
Apresentar suficiente homogeneidade quanto às características geométricas; Apresentar-se isentos de defeitos prejudiciais, tais como, bolhas, fissuras, esfoliações ou corrosão.
Além disto, dependendo da configuração do diagrama tensão-deformação e com o processo de fabricação, as barras e fios poderão ser:
Aço classe A, com escoamento definido, caracterizado por patamar no diagrama tensão-deformação, laminado a quente;
Aço classe B, com tensão de escoamento convencional, definido por uma deformação permanente de 0,2%, encruado por deformação a frio.
Conforme a Tabela 1, pode-se dividir as barras e fios em 5 categorias conforme suas características mecânicas.
Tabela 1 - Características mecânicas exigíveis das barras e fios de aço destinados a armadura de concreto armado
Fonte: Azevedo (1997)
2.2.5 Fibras no concreto
Segundo Maidl (1995), as fibras controlam a propagação das fissuras no concreto, sendo que quando adicionado fibras o concreto passa a ser denominado concreto armado com fibras (CAF).
Isso acontece em razão das fibras servirem como uma ponte de transferência das tensões sofridas pelas fissuras, fazendo com que minimizem a concentração das tensões nas extremidades, conforme se visualiza na Figura 2. Por consequência, consegue-se uma redução da velocidade com que essas fissuras se propagam no concreto e o material passa a apresentar mais ductilidade, apresentando resistência às solicitações impostas após a fissuração (FIGUEIREDO, 2000).
As melhorias que ocorrem no comportamento do CAF são em função das propriedades mecânicas dos elementos que compõem a matriz, das características da fibra escolhida, além da composição e de como foi realizado a fabricação do material, assim como da relação das fibras com a matriz (BARROS, 1996).
Aparência Para aço classe A Para Aço Classe B ∅ < 25 ∅ ≥ 25 Cor CA-24 24 1,3σe 18% - 1 ∅ 2 ∅ 1 Sem pintura CA-32 32 1,3σe 14% - 2 ∅ 3 ∅ 1 Verd CA-40 40 1,1σe 10% 8% 3 ∅ 4 ∅ 1,2 Vermelha CA-50 50 1,1σe 8% 6% 4 ∅ 5 ∅ 1,5 Branca CA-60 60 1,1σe - 5% 5 ∅ - 1,8 Azulk Tensão de ruptura σr mínimo Tensão de Escoamento σe mínimo kgf/mm2 Categoria Ensaio de Tração Diâmetro de pino em mm (ângulo de 180º) Ensaio de Dobra Coeficiente η mínimo para ∅ ≥ 10 Diistintivo da categoria Alongamento em 10 ∅ mínimo
__________________________________________________________________________________ Figura 2 - Esquema de concentração de tensões
Fonte: Figueiredo (2000)
De acordo com Figueiredo (2000), o concreto com adição de fibras possui vantagens tanto tecnológicas quanto econômicas, se comparado com o concreto convencional, nas diversas aplicações que se pode utilizar, como exemplo nos pré-moldados e estruturas de túneis.
2.3 FIBRAS
O concreto simples apresenta um comportamento frágil e baixa capacidade de deformação antes de seu rompimento quando submetido à tensão de tração, fato este que conduziu a realização de muitas pesquisas no sentido de encontrar soluções para esta deficiência. A adição de fibras surgiu como um bom campo de pesquisa, pois mantém os componentes originais utilizados no concreto, acrescendo fibras que podem ser de aço ou em diversos tipos de poliéster (FIGUEIREDO, 2011).
O concreto reforçado com fibras (CRF) vem sendo pouco empregado no Brasil. É utilizado com a adição de fibras de aço em pavimentos industriais, em concreto projetado e em pré-moldados. Já as fibras poliméricas são empregadas basicamente em pavimentos industriais. O baixo emprego deve-se ao fato de ser pouco conhecida no mercado, a falta de embasamento técnico e a carência de normas sobre seu emprego. Esta carência de normatização gera uma falta de controle nos ensaios e estudos realizados sobre o desempenho e viabilidade do emprego do CRF (FIGUEIREDO, 2011).
Figueiredo (2011) descreve que as fibras são materiais que tem por característica básica o comprimento maior que a sua seção transversal. São identificadas pelo seu comprimento como fibras curtas, com dimensões variando em torno de 2,5 cm, ou fibras longas, com comprimento em torno de 6,0 cm. As fibras de aço já foram normatizadas no Brasil através da ABNT NBR 15530 (2007). A Figura 3 demonstra as fibras de aço longas e curtas, onde também se observa que as extremidades são em forma de gancho para aumentar a ancoragem.
Figura 3 - Fibras de aço
Fonte: Figueiredo (2011)
As fibras de polipropileno são fornecidas no mercado pela identificação de microfibras ou macrofibras. As microfibras são subdivididas em dois tipos, as monofilamentos, que são fios cortados em comprimento padrão, e as fibriladas, que são pequenas malhas de fios em seção retangular, fato este que lhes dá um melhor desempenho devido ao intertravamento. A Figura 4a demonstra as fibriladas, onde se podem observar as pequenas malhas de fibras, e a Figura 4b demonstra as monofilamentos, onde se observa a dispersão entre elas.
__________________________________________________________________________________ Figura 4 - Microfibras de polipropileno
Fonte: Figueiredo (2011)
As macrofibras poliméricas são fornecidas normalmente em feixes unidos com uma fita ao redor, sendo usadas de modo idêntico às fibras de aço para o reforço da estrutura de pavimentos, dando resistência à fissuração no início do endurecimento e reforço no estado endurecido. A Figura 5a demonstra macrofibras entregues em rolo e a Figura 5b demonstra as entregues de forma solta.
Figura 5 - Macrofibras de polipropileno
Fonte: Figueiredo (2011)
2.3.1 As fibras e a matriz do concreto
O concreto de cimento Portland é formado por vários componentes, como a pasta de cimento, os agregados miúdos e graúdos, e também os poros. Variando as proporções destes componentes, ou adicionando aditivos, podem-se obter as mais diversas propriedades do concreto. Nesse aspecto, a adição de fibras também é uma forma de modificar suas propriedades. Essa possibilidade de alterar as características é algo único entre os componentes utilizados em engenharia para desempenhar função estrutural (FIGUEIREDO, 2011).
De acordo com Figueiredo (2011), ao ser aplicada uma força de tração no concreto, surgem pequenas fissuras. Com o surgimento dessas fissuras, surgem áreas de concentração de tensões nas proximidades dos extremos das fissuras, gerando a ocorrência de novas fissuras. A ruptura então ocorre não pelo surgimento de inúmeras fissuras, mas pela união das extremidades de algumas fissuras. Dentro desse contexto é que se aplicam as fibras na tentativa de evitar o surgimento dessas fissuras, ou retardando e minimizando seus efeitos. As fibras retardam a propagação das fissuras, pois absorvem as tensões que surgem com a ocorrência da fissura inicial, reduzindo assim a concentração de tensões nos locais próximos aos extremos da fissura.
Uma das vantagens da adição de fibras é que elas se distribuem aleatoriamente no concreto, distribuindo assim de forma homogênea por toda a estrutura a sua capacidade de atuação. Isso significa que, ao contrário das armaduras que atuam somente onde estão posicionadas, tem uma atuação distribuída por toda a estrutura. Um exemplo desta aplicação tem-se em pavimentos, onde ocorrem tensões diferenciadas em função da aplicação de carga ou da variação da temperatura (FIGUEIREDO, 2000).
As fibras de maior comprimento têm melhor efeito no concreto no pós-fissuração. Elas conseguem absorver as tensões de tração com a ocorrência do atrito da fibra com o concreto no momento da ocorrência da fissura, suportando, no entanto, até o momento em que se atinge a tensão limite da fibra, quando ocorre o colapso da estrutura. Na Figura 6 demonstra graficamente a resistência oferecida pela fibra quanto ao cisalhamento e o atrito, de acordo com o comprimento embutido no concreto (FIGUEIREDO, 2011).
Figura 6 - Distribuição de tensão em relação ao comprimento da fibra
__________________________________________________________________________________ De acordo com Figueiredo (2011), o comprimento recomendado para a fibra deve ser no mínimo o dobro do tamanho do agregado utilizado no concreto. Essa dimensão possibilitará a atuação das fibras reforçando o concreto e não apenas na dimensão da argamassa, cujo agregado é de dimensão bem inferior. A Figura 7 demonstra a distribuição das fibras no concreto, sendo que em (a) tem-se uma distribuição correta, onde as fibras atuam ampliando a resistência do concreto. Em (b) tem-se uma dimensão incorreta, pois as fibras atuam melhorando a resistência apenas da argamassa.
Figura 7 - Dimensão da fibra em relação ao agregado graúdo
Fonte: Figueiredo (2011)
2.3.2 Trabalhabilidade do concreto com fibras
Figueiredo (2011) registra que as fibras causam um efeito de bloqueio ao deslocamento livre do agregado graúdo no interior do concreto, tendo elas a dimensão recomendada de duas vezes o tamanho do agregado graúdo. Esse bloqueio depende do tipo e dimensão da fibra, interferindo na fluidez da mistura. A introdução de fibras também aumenta a área que deverá ser umedecida pela água dentro do concreto, o que implica na adição de uma quantidade maior de água. A trabalhabilidade do concreto deve ser avaliada no caso de aplicação em concreto bombeado ou projetado, pois fibras rígidas tendem a diminuir a mobilidade e plasticidade da mistura.
A macrofibra de polipropileno foi introduzida no mercado com o intuito de oferecer os mesmos esforços estruturais que a fibra de aço, atuando tanto nas primeiras horas de cura do concreto quanto após seu endurecimento, melhorando assim o surgimento de fissuras e possibilitando uma melhor trabalhabilidade do que a fibra de aço (FIGUEIREDO, 2011).
2.3.3 Dosagem do concreto com fibras
A adição de fibras tem uma grande influência sobre o custo do concreto. Consumos regulares, na ordem de 40 Kg/m³, podem dobrar o custo unitário do metro cúbico de concreto. A quase inexistência de metodologias para essa dosagem leva ao consumo de fibras independentemente da matriz do concreto, definidas em grande parte de forma empírica. Figueiredo (2011) recomenda que essa dosagem da fibra deve ser feita através de procedimentos experimentais destinados a obter a melhor aplicação para o projeto, sempre levando em conta a trabalhabilidade e as características básicas esperadas do concreto.
2.4 UTILIZAÇÃO DO CONCRETO COM ADIÇÃO DE FIBRAS
Com o passar dos anos a tecnologia utilizada pela humanidade vem se desenvolvendo rapidamente em todas as direções, cada uma dependendo de sua exigência e aplicação no cotidiano do ser humano. Um exemplo disso é a evolução dos pisos industriais, que através da utilização de boas técnicas, novos métodos matemáticos em conjunto de boa matéria prima e novas tecnologias vem avançando cada vez mais.
Assim podendo-se afirmar que a evolução dos pisos industriais objetiva aumentar sua vida útil. Existem alguns fatores cruciais como a utilização de concreto com correta resistência à abrasão, diminuir o número de juntas de retração e características compatíveis da sub-base.
Segundo Vasconcelos (1979), a durabilidade de um piso ou pavimento de concreto varia conforme se altera o número de juntas, seja pelas condições extremas de impacto ou pela infiltração de água pelas juntas. Os defeitos que aparecem nos pavimentos de concreto quase sempre aparecem nas juntas ou em fissuras de retração.
Já Bina e Teixeira (2002) afirmam que se a maioria das futuras patologias dos pisos estão ligadas diretamente às juntas, então veio sendo buscado uma solução capaz de atender a esse requisito. E ficou claro que para este caso a solução está diretamente relacionada a um melhor método construtivo que permite a redução do número de junta.
As juntas de dilatação são a maior fonte de quebras na placa convencional, podendo ser distanciadas até 150 m umas das outras, no entanto sua execução apresenta uma maior sofisticação (SCHMID, 1997).
Então a partir destas considerações, verificou-se ser importante a utilização do concreto com fibra sintética para execução de pisos industriais, pois oferece uma alternativa superior, economicamente competitiva e com elevada durabilidade.
__________________________________________________________________________________ Chodounsky e Viecili (2007) definem o concreto misturado com fibras como um composto constituído de duas camadas: o concreto e as fibras. Suas características são determinadas pelo comportamento estrutural do conjunto formado por seus componentes.
2.4.1 Vantagens e desvantagens do concreto reforçado com fibras de aço (CRFA) em relação ao concreto convencional
A partir dos itens apresentados acima, percebe-se que a trabalhabilidade é uma desvantagem no CRFA. Conforme Mehta e Monteiro (2014, p 561):
“É bem conhecido que a adição de qualquer tipo de fibra em concreto convencional reduz a trabalhabilidade. Independente do tipo de fibra, a perda da trabalhabilidade é consideravelmente proporcional ao volume de concentração de fibras no concreto [...] Geralmente, o requisito de trabalhabilidade adequada de mistura contendo fibras pode ser alcançado com o uso de ar incorporado, aditivos plastificantes, maior quantidade de pasta de cimento (com ou sem pozolana), e uso de fibras coladas em conjunto.”
Segundo Velasco (2008) e Marangon (2006), essa redução que ocorre no condicionante de produtividade se dá pelo fato do fator de forma e pela geometria da fibra, pela fração volumétrica que é adicionada, pela granulometria do agregado, também pelo traço do concreto e da aderência das fibras com a matriz. As fibras mais longas tendem a reduzir mais a trabalhabilidade, também pelo fato dos altos teores. A produção dos concretos reforçados com fibras proporciona a combinação do desempenho mecânico que as fibras fornecem com uma mesma dispersão deles, através da fluidez que se obtém nos concretos.
Atualmente, com o uso de superplastificantes à base de acrílico, tornou-se possível construir concreto autoadensável reforçado com fibras de aço, pois devido à alta trabalhabilidade esse concreto foi mais eficiente em se ajustar as fibras e tiveram desempenho melhor se comparado ao concreto convencional reforçado (MEHTA E MONTEIRO, 2014).
Conforme Figueiredo (2000), o concreto reforçado com fibras mostrou vantagens tecnológicas e econômicas em algumas aplicações quando comparado ao concreto convencional, como por exemplo, em pavimentos, entre outras aplicações. Por isso o avanço nos estudos a respeito das características e propriedade do concreto reforçado com fibras necessita melhorar e aperfeiçoar, pois assim conseguirá abrir campos de aplicações diferentes.
Mehta e Monteiro (2014, p. 576) relatam alguns exemplos de obras que tiveram um bom desempenho e vantagens em relação aos métodos usuais:
“O primeiro uso estrutural do concreto reforçado com fibras de aço foi em 1971 para a produção de painéis desmontáveis com dimensões 3250 m² por 65mm e espessura para uma garagem de estacionamento do Aeroporto Heathrow de Londres. O concreto continha 3% em massa de fibra de aço formada a frio com 0,25 mm de diâmetro por 25 mm de comprimento. Na época da última inspeção relatada, depois de 5 anos de uso, as lajes não apresentaram sinais de fissuração [...] No Aeroporto McCarran International, em Las Veja Nevada, uma área existente de estacionamento de aeronave pavimentada com asfalto (53.000 m²) foi revestida com concreto reforçado com fibras de aço de 150 mm de espessura, compara com a espessura de 380 mm que seria necessária para o concreto armado convencional.”
Segundo pesquisas realizadas por Figueiredo (2011), no Brasil vem aumentando continuamente o uso das fibras, na pesquisa com fabricantes e representantes das fibras foi possível perceber que o foco está na utilização das fibras no concreto para pisos industriais, para depois ir para concreto projetado e pré-moldados.
2.4.2 Norma do concreto reforçado com fibras de aço
É indiscutível que quando se deseja realizar uma obra com concreto reforçado com fibras é necessário a elaboração de um projeto adequado, visando um bom traço do concreto, o lançamento, a vibração e demais precauções necessárias. Um avanço nessa área ocorreu em 2007 quando a Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) publicou a primeira norma sobre fibras de aço, a NBR 15530: 2007 – Fibras de aço para concreto – Especificação.
Essa norma contém parâmetros para classificar as fibras de aço com baixo teor de carbono, além de possuir os requisitos mínimos de forma geométrica, os defeitos de fabricação, as medidas toleradas dimensionais, resistência à tração e dobramento. Objetivando assim garantir que o produto disponibilizado esteja de acordo com os requisitos e apresente resultados que proporcionem um desempenho desejado ao concreto reforçado com fibras de aço (CRFA).
Conforme a NBR 15530 de 2007, são previstos 3 tipos básicos de fibras levando em consideração a sua conformidade geométrica, sendo o Tipo A correspondendo as fibras de aço com ancoragens nas extremidades, o Tipo C referente as fibras de aço corrugadas e o tipo R que indica as fibras de aço retas.
Também se leva em conta uma divisão em 3 classes definidas de acordo com o aço que deu origem às fibras. A classe I é composta por fibras oriundas de arame trefilado a frio, a classe II pela fibra procedente de chapa laminada cortada a frio e a classe III refere-se à fibra originária de arame trefilado e escarificado (GÓIS, 2010).
__________________________________________________________________________________ Além dessa classificação fixar requisitos mínimos que podem ser correlacionados com o comportamento final do CRFA, Figueiredo et.al. (2008), afirmam que também deve se procurar abranger a maioria das fibras de aço disponíveis no mercado nacional.
2.5 ENSAIOS MECÂNICOS NO CONCRETO ENDURECIDO
Os ensaios de resistência são realizados através da aplicação de um carregamento sobre um corpo-de-prova, sendo este carregamento aumentado de forma gradual até que ocorra o rompimento da estrutura do concreto. Estes ensaios podem ser de tração ou de compressão, permitindo analisar se o concreto suporta o carregamento para o qual foi projetado, avaliando-se assim características relacionadas à estabilidade estrutural de uma edificação ou de seus componentes, como pisos e revestimentos, prevenindo possíveis acidentes.
O concreto com adição de fibra consiste em cimento Portland, agregados graúdos, agregados miúdos, água e fibras, podendo ser acrescentado algum aditivo químico para melhor alguma propriedade do concreto. O material empregado assim como a sua estrutura é de suma importância para a otimização da aderência entre a matriz e a fibra. Caso as fibras não possuírem uma boa aderência com a matriz, pode ocasionar em uma diminuição na resistência e um aumento na fissuração.
2.5.1 Resistência à compressão axial simples
O ensaio de resistência à compressão axial simples consiste na moldagem de corpos-de-prova em cilindros com dimensões de 10cm de diâmetro e 20 cm de altura. Seguindo as recomendações da NBR 5739/2007, o corpo-de-prova é submetido a um aumento de carga gradual até o seu rompimento.
A adição das fibras no concreto não tem como objetivo alterar a resistência à compressão, entretanto as fibras agem de forma a transferir a tensões pelas fissuras no concreto. Estas tensões podem ser produzidas por solicitações de tração ou cisalhamento, conforme os ensaios de compressão, além disso, o concreto também acaba por apresentar um acréscimo na tenacidade à compressão (FIGUEIREDO, 2011).
Segundo Balaguru e Shah (1992) e Bentur e Mindess (2007), para volumes de fibra de até 2% o aumento da resistência à compressão devido às fibras atinge cerca de 25%. O ACI
544.1R-96 (2006) argumenta um acréscimo de até 15% na resistência à compressão para volumes de fibras de no máximo 1,5%.
Araújo (2002) realizou em sua pesquisa ensaios de compressão em corpos-de-prova cilíndricos de dimensões 100 mm x 200 mm moldados com concretos de três dosagens diferentes, 0%, 0,75% e 1,50% em volume, com fibras de aço com ganchos nas extremidades. Onde apresentou resultados que mostram que a adição de fibras nem sempre levou ao aumento da resistência à compressão, e que quando houve aumento ele não passou de 16%.
Mansur, Chin e Wee (1999) realizaram ensaios que indicaram que a influência do teor de fibras no módulo de elasticidade tangente inicial, na resistência à compressão e na deformação específica. Assim resultando no aumento da quantidade de fibras e observando a ocorrência de uma tendência à diminuição do módulo de elasticidade e de aumento das outras duas grandezas.
2.5.2 Resistência a tração por compressão diametral
O ensaio de tração segundo a NBR7222 (ABNT, 2011), retira os resultados da resistência de maneira indireta, onde a realização do ensaio consiste em colocar um corpo-de-prova na posição horizontal apoiado entre duas chapas sobre a superfície da máquina de compressão, conforme se visualiza na Figura 8.
Figura 8 - Ensaio de tração por compressão diametral
Fonte: NBR 7222 (ABNT, 2011)
Para achar a resistência à tração por compressão diametral é necessário aplicar a Equação 1:
__________________________________________________________________________________
1
Onde:
= Resistência à tração por compressão diametral (MPa)
F = Carga obtida no ensaio (N)
L = Altura do corpo-de-prova (mm)
d = Diâmetro do corpo-de-prova (mm)
Ao adicionar as fibras no concreto, elas poderão vir a ocasionar uma dificuldade na mobilidade das partículas que possuem diâmetro maiores, ocasionando assim uma diminuição da fluidez do material e proporcionando uma resistência à propagação das fissuras. As fissuras podem ser ocasionadas por causa da retração da pasta de cimento, sendo essa retração reduzida pelos agregados que são mais rígidos causando assim esforços de tração na pasta e fissuração (FIGUEIREDO, 2011).
Dessa forma, percebe-se que o concreto tende a apresentar uma resistência à tração direta inferior a resistência à compressão, que tende a possuir em torno de 7% a 11% (MEHTA e MONTEIRO, 2008). Assim, as fissuras que já se encontram presente no material tendem a prejudicar mais em relação a tração do que a compressão.
Segundo Mehta e Monteiro (2008), essa capacidade reduzida de resistência à tração do concreto pode-se relacionar com a dificuldade que o concreto tem de obstruir a propagação das fissuras ao ser submetido aos esforços de tração. Sendo a direção das fissuras transversal à direção principal das tensões, fazendo com que assim que se inicia o crescimento de uma fissura a área que suporta a carga é diminuída fazendo assim com que aumente as tensões que se encontram nas extremidades das fissuras. Entende-se assim, que a ruptura por tração é formada por algumas fissuras que se juntam e formam uma longitudinal.
3 MÉTODO DE PESQUISA
A abordagem de pesquisa deste trabalho é na área de Engenharia Civil voltada especificamente para a utilização de macrofibras adicionadas ao concreto de cimentoportland para a construção de pisos industriais, visando analisar a alteração das propriedades de resistência à compressão e tração do concreto.
3.1 ESTRATÉGIA DE PESQUISA
Esta pesquisa utiliza de maneira teórica a abordagem dedutiva, que visa chegar a conclusões através dos conceitos e autores aqui analisados. Conforme Mezzaroba e Monteiro (2009), o método dedutivo necessita ser iniciado através de argumentos gerais que direcionam a argumentos particulares. Primeiramente, devem-se apresentar os argumentos que são verdadeiros e inquestionáveis, para através deles chegar-se a conclusões que estejam relacionadas aos argumentos iniciais. Ainda pode-se levar em consideração que o método dedutivo pode conduzir a novas descobertas, mas sempre com relativa segurança, não podendo afastar-se das premissas estabelecidas.
3.2 DELINEAMENTO
Na Figura 9 apresentam-se as etapas ocorridas no decorrer da elaboração do presente trabalho.
Figura 9 - Delineamento da pesquisa
Fonte: Autoria própria (2019) CONCLUSÃO
ANÁLISE DOS RESULTADOS ENSAIOS DE COMPRESSÃO E TRAÇÃO
MOLDAGEM DOS CORPOS DE PROVA DETERMINAÇÃO DOS TEORES DE FIBRA
ESCOLHA DO TIPO DE FIBRAS PESQUISABIBLIOGRÁFICA
__________________________________________________________________________________ Objetivando verificar as variações das propriedades do concreto com a adição de fibras de polipropileno, realizou-se a moldagem de quatro tipos diferentes de corpos-de-prova: o primeiro sem a adição de fibras, o segundo com a adição de 0,11%, o terceiro com 0,34% e o quarto com 0,66% de fibra. Os corpos-de-prova foram rompidos aos 7 e aos 28 dias após a moldagem, sendo realizada a análise dos resultados dos dados obtidos.
3.3 MATERIAIS E LOCALIZAÇÕES
Para a realização das atividades de estudo neste trabalho, foi solicitada a cooperação de uma empresa que trabalha no ramo de pisos na cidade de Ijuí, a qual disponibilizou as fibras e o concreto para a confecção dos moldes dos corpos-de-prova (CP’s).
3.3.1 Fibra escolhida
Após o estudo e análise de qual fibra adotar para o desenvolvimento do trabalho, optou-se pela macrofibra de polipropileno, pois segundo a revisão bibliográfica as macrofibras de polímeros atuam melhor nas primeiras horas da cura do concreto de cimento Portland e também após seu endurecimento, sendo assim a que melhor se qualifica para os esforços atuantes nos pisos industriais.
A empresa fornecedora de Ijuí forneceu a quantidade dessa fibra necessária para a moldagem dos corpos-de-provas. A Figura 10a demonstra a embalagem em que é fornecida a macrofibra de polipropileno utilizada no presente estudo e a Figura 10b demonstra seu conteúdo.
Figura 10 – Embalagem da macrofibra e seu conteúdo
a b
3.3.2 Local
A obra escolhida para coleta do concreto a ser usado na montagem dos corpos-de-prova foi em uma empresa de distribuição de alimentos localizada na cidade Entre-Ijuís, onde foi construído o piso do pavilhão com concreto usinado fornecido por caminhão através de bombeamento hidráulico.
3.4 TEORES DE FIBRA ADICIONADOS AO CONCRETO
A confecção de corpos-de-prova com diferentes percentuais de fibras exigiu a determinação numérica dessas quantidades, necessária para a obtenção de variações significativas nas características do concreto. Foi analisada a relação de quantidade de fibras em relação ao volume de concreto, observando-se as orientações de autores constantes da bibliografia e do fabricante da fibra.
3.4.1 Análise da quantidade de macrofibras de polipropileno
As fibras utilizadas no presente trabalho são chamas de macrofibras de polipropileno, conforme a Figura 11 apresenta as propriedades que foram necessárias para a realização dos cálculos para descobrir a porcentagem de fibras, constantes no catálogo do fabricante.
A fibra adotada é de cor cinza, possuindo uma densidade de 0,90g/cm³ com comprimento de 48 e 54 mm e diâmetro de 0,444mm.
Figura 11 - Características da macrofibra
__________________________________________________________________________________ Na Figura 12 observa-se a quantidade que o fabricante recomenda em kg/m³, variando de 3 a 6 kg/m³, demonstrando o deslocamento em milímetros que ocorre em função da força aplicada.
No presente trabalho foram utilizadas a relação de 1kg/m³, 3kg/m³ e 6kg/m³, além de corpos-de-prova sem a adição de fibras, com a finalidade de verificar a variação das propriedades do concreto em função da quantidade de fibras adicionadas.
Figura 12 - Propriedades da macrofibra
Fonte: ConcreFiber (2019)
3.4.2 Cálculo da dosagem de fibras no concreto
Para calcular a quantidade de concreto a utilizar na moldagem, foi necessário observar as dimensões do cilindro do corpo-de-prova, conforme visualiza-se na Figura 13.
Figura 13 - Cilindro corpo-de-prova didático e real
Fonte: NBR 7215 (ABNT, 1996) Fonte: MERCADO LIVRE (2019)
Levando em consideração que o corpo-de-prova apresenta dimensões conforme Figura 14, foram analisados os dados disponibilizados pelo fabricante da fibra, realizando-se assim os cálculos de proporção, conforme equações 2, 3 e 4, determinando-se qual o volume de fibras que deveria ser acrescentado no volume de concreto. Isso foi necessário, pois não foi utilizado um metro cúbico de concreto na mistura do volume do corpo-de-prova.
Figura 14 - Dimensões do corpo-de-prova
Fonte: Autoria Própria (2019).
2
3
4
No entanto foram utilizados 4 corpos-de-prova para cada mistura. Sendo o volume total de cada experimento de 6283,19cm3. Os dados do fabricante sobre a fibra informam que
__________________________________________________________________________________ podem ser utilizados diversos valores de massa de fibra junto a 1m3 de concreto. A Tabela 2 a seguir informa estes valores.
Tabela 2 – Valores de fibra por volume de concreto
Volume Concreto 1m3 1m3 1m3
Massa de Fibra 1kg 3kg 6kg
Fonte: Autoria Própria (2019).
Como não foi utilizado o mesmo volume indicado na folha de dados do fabricante, realizou-se uma proporção para determinar a massa de fibra necessária para manter a mesma proporção indicada pelo fabricante, conforme Tabela 3.
Tabela 3 – Valores da massa de fibra por volume de concreto utilizado.
Volume Concreto 6283,19cm3 6283,19cm3 6283,19cm3
Massa de Fibra 6g 19g 37g
Fonte: Autoria Própria (2019).
Para determinar o volume de fibra utilizado em cada mistura, utilizou-se a informação que a mesma tem densidade equivalente a 0,9g/cm3. E assim conforme a Equação 5 a seguir demonstra, pode-se desenvolver a Tabela 4 abaixo.
5
Tabela 4 – Volumes de fibra utilizados nos corpos-de-prova.
Volume de Fibras 6,67cm3 21,11cm3 41,11cm3
Fonte: Autoria Própria (2019).
Após definir os volumes de fibras utilizados, foram calculados os valores do volume de concreto utilizado em cada mistura. Como já foi definido o volume total que os corpos-de-prova têm e também o volume de fibra utilizados nas misturas, pode-se utilizar a Equação 6 a seguir.
6
Onde:
VT -> Volume total do corpo-de-prova
VF -> Volume de fibra
7
8
9
Por fim, com as Equações 10, 11 e 12 a seguir, conseguiu-se determinar a porcentagem de volume de fibra utilizado nos corpos-de-prova em relação ao volume de concreto utilizado. ( ) 10 ( ) 11 ( ) 12
3.4.3 Pesagem das quantidades de fibras
Após realizados os calculados dos valores dos teores de fibras, foi necessário utilizar a balança de precisão do Laboratório de Engenharia Civil para a pesagem. Na Figura 15 pode-se obpode-servar o valor para 4 corpos-de-prova que pode-serão utilizados com 6g que corresponde ao percentual de 0,11% de fibras no concreto.
Figura 15 - Pesagem de 6g de fibra
__________________________________________________________________________________ Para a relação de 0,34% de fibras no concreto foi utilizado o valor de 19g para os 4 corpos-de-prova conforme visualiza-se na Figura 16.
Figura 16 - Pesagem de 19g de fibra
Fonte: Autoria própria (2019)
Para a dosagem de 0,66% foi necessário 37g de fibras para 4 corpos-de-prova, conforme observa-se na Figura 17.
Figura 17 - Pesagem de 37g de fibra
3.5 EXECUÇÃO DO PISO DE CONCRETO - COLETA
Na Figura 18 observa-se o lançamento do concreto através da mangueira e o adensamento sendo realizado de forma manual, sem o uso do vibrador. Observa-se ainda que os operários têm o cuidado de movimentar a malha de aço enquanto o concreto é lançado, evitando que a armadura fique em contato diretamente com a lona ou que fique sem a correta cobertura de concreto.
Figura 18 – Lançamento do concreto
Fonte: Autoria Própria (2019)
O nivelamento do concreto é realizado de forma manual, logo após seu lançamento. Na Figura 19 observa-se que os operários utilizam uma régua metálica para realizar o nivelamento, baseando-se em guias colocadas na lateral, as quais garantem a espessura e o nivelamento correto do concreto. Observa-se também que não são colocados dilatadores, sendo que o piso nesse momento fica constituído de uma placa única de concreto.
Figura 19 – Nivelamento do concreto
__________________________________________________________________________________ A superfície do concreto foi polida com o uso de máquina alisadora aproximadamente 8 horas após o lançamento do concreto. A Figura 20 demonstra os equipamentos que foram utilizados, uma alisadora simples e outra dupla, ambas com motor a gasolina.
Figura 20 – Desempenamento do concreto
Fonte: Autoria Própria (2019)
No dia seguinte ao lançamento do concreto, foram realizados cortes no concreto com a finalidade de servirem de juntas de dilatação. Na Figura 21 observa-se as juntas de dilatação que foram realizadas em distâncias regulares de 5 metros umas das outras, em ambos os sentidos.
Figura 21 – Juntas de dilatação
3.5.1 Corpos-de-prova
Os cilindros dos corpos-de-prova foram obtidos no Laboratório de Engenharia Civil, sendo que obedecem às recomendações da NBR 5738/2015 que especifica que os moldes devem estar revestidos internamente de uma camada fina de lubrificante, sendo a sua superfície rígida, horizontal e livre de perturbações que possam interferir nas propriedades do concreto.
A moldagem dos corpos-de-prova foi iniciada com a preparação do material necessário. Na Figura 22 pode ser observado o material utilizado: carinho de mão com o concreto, estojos dos corpos-de-prova, cuba de plástico para realizar a mistura das fibras e o dispositivo para realizar o Slump Test. Observa-se, ainda, que os dispositivos dos corpos-de-prova foram posicionados numa base de madeira para garantir seu correto nivelamento.
Figura 22 – Material da moldagem
Fonte: Autoria Própria (2019)
3.5.2 Concreto fornecido
O concreto disponibilizado para realizar a montagem dos corpos-de-prova foi fornecido na obra por uma concreteira de Ijuí, o qual foi entregue no local por caminhões. Na Figura 23 podem-se observar os dados do traço do concreto com a dosagem dos materiais empregados, o índice de Slump Test, o fator A/c e o teor de argamassa, dados esses para a obtenção de concreto com FCK de 30MPa.
__________________________________________________________________________________ Figura 23 – Dados do concreto de cimento Portland
Fonte: Dados fornecidos pela empresa (2019)
3.5.3 Slump Test
Antes de iniciar a montagem dos corpos-de-prova, foi realizado o Slump Test com a finalidade de verificar se o concreto estava dentro das características de trabalhabilidade adequadas ao seu emprego na confecção do piso. A Figura 24a demonstra a introdução do concreto no interior do cone e a Figura 24b demonstra o cone já preenchido com concreto. A introdução do concreto no cone foi realizada em duas partes, sendo executados 25 golpes em cada uma delas, de acordo com o NBR N.M. 67:1998.
Figura 24 – Preparação para o Slump Test
a b
