AVALIAÇÃO DA INFLUÊNCIA DOS MÉTODOS DE CURA NA
RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO DE CONCRETO REFORÇADO COM
FIBRAS DE AÇO
Marcella de Souza Almeida1; Marcelo Costa Choukri2; Douglas da Costa Ferreira3; Marcio Sena Curvello4
1Universidade de Ribeirão Preto (UNAERP). Guarujá, São Paulo, Brasil. Discente do curso de Engenharia Civil. marcella.almeida@sou.unaerp.edu.br
2Universidade de Ribeirão Preto (UNAERP). Guarujá, São Paulo, Brasil. Docente do curso de Engenharia Civil. mchoukri@unaerp.br
3Universidade de Ribeirão Preto (UNAERP). Guarujá, São Paulo, Brasil. Docente do curso de Engenharia Civil. docferreira@unaerp.br
4Universidade de Ribeirão Preto (UNAERP). Guarujá, São Paulo, Brasil. Docente do curso de Engenharia Civil. mcurvello@unaerp.br
RESUMO
O concreto possui muitas características que lhe garantem a colocação de material estrutural mais utilizado no mundo, no entanto, o mesmo possui algumas limitações tais como a fragilidade e a sua baixa capacidade de deformação antes da ruptura. Seu material é suscetível às fissuras e microfissuras que podem ocorrer em seu interior. Uma das alternativas para minimizar essas limitações é fazer o uso de fibras para reforçar o concreto, as quais agem como ponte de transferência de tensões e controlam as fissurações. Sendo assim, o principal objetivo desse trabalho é analisar a resistência à compressão axial do concreto reforçado com fibras de aço e verificar a influência de diferentes métodos de cura em sua resistência. Para isso foram produzidos corpos de prova de concreto reforçado com fibras de aço, e de concreto convencional para comparação, que foram submetidos aos métodos de cura natural, cura por aspersão e cura úmida. Os resultados das resistências à compressão axial para o concreto com fibras de aço, após 28 dias de cura, foram de 12,17 MPa para os que foram submetidos a cura natural, enquanto os de cura por aspersão 11,13 MPa e os de cura úmida de 13,91 MPa. A partir disto, pode-se evidenciar que o método de cura úmida pode proporcionar ao concreto uma melhor resistência a compressão.
Palavras-chave: Concreto fibroso; Cura natural; Cura por aspersão; Cura úmida. Área de conhecimento: Exatas.
1 INTRODUÇÃO
Para Neville e Brooks (2013), o concreto é qualquer produto ou massa produzido a partir do uso de um meio cimentante. Comumente é produzido através da reação entre a água e o cimento, esse procedimento é caracterizado como hidratação.
Sendo uma substância heterogênea de vários compostos, é proveniente da mistura entre o cimento Portland, água e agregados, podendo ser inseridos aditivos e adições. Pode-se especificar que a pasta é o cimento misturado com a água, a argamassa é a pasta misturada com a areia, e o concreto é a argamassa misturada com a pedra (BASTOS, 2006).
Conforme Pedroso (2009) e Mehta e Monteiro (2008), ao comparar o cimento com outros materiais, duas razões alegam o seu uso. Sendo uma delas a resistência a água, visto que o concreto entrando em contato com a mesma não deforma, diferentemente do que ocorre com o aço e a madeira, dessa forma o concreto se torna imprescindível na construção onde acontece o transporte ou armazenagem da água.
Outra razão é a plasticidade, uma vez que possibilita que construções tenham diversos formatos, sendo a arquitetura uma grande aliada (MEHTA e MONTEIRO, 2008). O concreto tem uma vasta utilização, sendo empregado em estacas, pilares, vigas e lajes, tendo contato com umidade.
O concreto também é conhecido pela sua elevada resistência à compressão, no entanto, tem uma baixa resistência à tração. Além disso, o concreto tem uma alta durabilidade, pois apresenta conservação, desde que o projeto e a execução tenham qualidade, as estruturas de concreto podem apresentar grande resistência às intempéries, aos agentes agressivos e às ações atuantes (BASTOS, 2019).
Entretanto, de acordo com Figueiredo (2011) o concreto possui limitações, ele é frágil e tem a capacidade de deformação baixa, que causam rupturas quando o concreto é tracionado. Essa fragilidade pode ser minimizada com a adição de fibras, pois as fibras ajudam na diminuição da retração plástica, e transferem as tensões para várias partes do concreto o que dificulta a propagação de fissuras (SILVA, 2013).
Para ajudar no aumento de sua resistência é necessário que o concreto passe pela etapa de cura que dura 28 dias. Para Santos (2018), a cura é um elemento fundamental para o processo de controle do concreto. A cura é a soma de medidas tomadas para evitar a evaporação da água na massa. O concreto precisa ser mantido hidratado, para que o desempenho da reação química do cimento se apresente da melhor forma possível.
Se não ocorrer uma perfeita hidratação do cimento, haverá uma perda de resistência. Consequentemente não haverá a formação dos silicatos de cálcio hidratados (C-S-H), que é a fase vital da hidratação do cimento, pois representam as propriedades tanto física, quanto químicas, que favorecem ao concreto em seu estado de endurecimento (PELISSER, GLEIZE e MIKOWSKE, 2009).
Um concreto mal curado, implica na perda de até 30% da sua resistência, o tornando mais suscetível a patologias, causando fissuras e trincas na estrutura (NEVILLE e BOOKS, 2013).
Devido ao crescimento e ao considerável avanço da construção civil, existe uma demanda muito grande de obras e com isso os prazos de entrega se tornam cada vez mais curtos, em decorrência desse fato não há tempo hábil para que etapas que são fundamentais para vida útil das edificações sejam obedecidas. Sendo assim muitos construtores não aplicam corretamente o método de cura do concreto, para que tenha uma melhor durabilidade em suas estruturas (SZEREMETA e SILVA, 2013).
Um dos critérios para classificação, qualidade e dimensão do concreto é o ensaio de resistência à compressão. Dallabrida e Veigas (2014) apud Neville (2016) diz que os resultados destes ensaios podem ser influenciados por variações do tamanho e moldagem dos corpos de prova, preparação dos topos, cura, capacidade de carga da máquina e velocidade de aplicação de tensão.
2 OBJETIVOS
O presente trabalho tem como objetivo geral analisar a influência dos diferentes tipos de cura na resistência à compressão de corpos de prova de concretos reforçados com fibras de aço.
3 MATERIAL E MÉTODOS
3.1 Produção dos corpos de prova
Para a realização da análise da influência do tipo de cura na resistência à compressão de concreto reforçado com fibras de aço foram produzidos corpos de prova (CP) cilíndricos de concreto convencional e de concreto com fibra de aço Dramix 3D 60/80 BG, tipo A-I, da Arcelor Mittal, com dimensões de 10 x 20 cm, no Centro Tecnológico de Engenharia Civil da Universidade de Ribeirão Preto, Campus Guarujá. As fibras de aço que foram utilizadas na produção do concreto com fibras podem ser visualizadas na Figura 1.
Figura 1 – Fibras de Aço Dramix 3D 60/80 BG.
No fluxograma apresentado na Figura 2 pode-se observar que os CP’s foram separados em dois grupos, um grupo com fibras de aço e outro grupo sem fibras, e dentro desses grupos os corpos de provas foram separados em subgrupos de acordo com os três tipos de curas, sendo elas, cura ao natural, cura por aspersão e cura úmida. Os CP’s foram submetidos a essas condições por diferentes períodos de tempo: 7, 14, 21 e 28 dias.
Inicialmente foi determinado o ck para a realização do projeto, que foi de 20 MPa. Após isto, o traço utilizado para a produção do concreto foi adaptado do traço do concreto proposto por Mehta e Monteiro (2014), conforme os valores apresentados na Tabela 1.
Tabela 1 - Traço utilizado para a moldagem do concreto com fibras. Traço do Concreto
Água Cimento Brita Areia Fibra de Aço
Concreto
convencional 7 l 15 kg 50 kg 40 kg
-Concreto
com fibras 8,4 l 15 kg 50 kg 40 kg 4 kg
Os materiais utilizados na produção, foram adequadamente pesados em uma balança mecânica conforme as quantidades determinadas pelo traço definido. Após a separação e a pesagem dos materiais, os mesmos foram depositados progressivamente 2/3 da água, cimento, brita e o restante da água (descontada a umidade da areia) em uma betoneira de 420 l apropriadamente limpa. Após a etapa da confecção do concreto, foi feito o ensaio de abatimento para medir a consistência do concreto e conferir a sua trabalhabilidade de acordo com a NBR 5738.
Ao final desse procedimento, foi passado desmoldante nos moldes de CP’s e o concreto foi colocado nos moldes cilíndricos com altura de 20 cm e diâmetro interno de 10 cm, conforme pode-se observar na Figura 3, de modo que posteriormente iniciou-se o processo de cura ao ar livre durante 24 horas.
No término desse período os CP’s foram desformados e separados em seus respectivos grupos de cura, divididos em dois grupos, o primeiro sendo concreto convencional e o segundo concreto com fibras. Dentro de cada grupo ocorreu a separação de 8 corpos de prova para cada tipo de cura, sendo eles submetidos aos seus respectivos procedimentos de cura, sendo eles cura natural, cura por aspersão e cura úmida, a cada qual foi aguardado alcançar suas idades para ruptura.
Na Figura 4, pode-se observar CP’s de acordo com o método da cura. Em (a) é apresentado os CP’s submetidos à cura natural, onde os corpos de provas foram deixados ao ar livre para que pudesse simular as condições de cura geralmente utilizadas nas obras. Pode-se analisar em (b) o procedimento de cura por aspersão onde os corpos de prova foram submetidos ao lançamento de água, sendo eles molhados periodicamente nos horários com intervalo de tempo de 12 h. Já em (c) observa-se o processo de cura úmida, onde os corpos de provas foram deixados submersos em recipientes com água, tendo a finalidade de evitar a evaporação da água, fazendo assim com que o concreto permaneça saturado.
Por fim, a realização da análise da influência do tipo e do tempo de cura submetidos aos corpos de prova foram executados testes de resistência mecânica à compressão, utilizando o equipamento para teste de tensão de compressão axial do Centro Tecnológico de Engenharia da UNAERP.
4 DESENVOLVIMENTO
4.1 Referencial Teórico 4.1.1 Concreto fresco
O concreto é denominado fresco durante o tempo em que a pasta se encontra no estado plástico ou fluido e permite que as partículas constituintes se organizem por uma movimentação. De acordo com Grubba (2016), o concreto é classificado como fresco a partir do momento em que é adicionado a água, antes mesmo do início de pega do cimento, sendo essa etapa necessária para que a consistência da mistura do concreto possa ser transportada, lançada, adensada e acabada facilmente e sem segregação.
O concreto fresco é composto por agregados miúdos e graúdos envoltos por pasta de cimento e espaços cheios de ar. Entretanto a pasta é constituída por uma solução aquosa e grãos de cimento (BAUER, 2013). A mistura pasta e espaços cheios de ar, é chamada de matriz. Algumas propriedades do concreto endurecido e os valores da resistência são delimitados pela composição da matriz, especialmente pela sua quantidade de cimento.
Na pasta são formadas cavidades onde se encontram ar em forma de bolhas ou unidos em espaços, onde determinam a plasticidade ou a não plasticidade da mistura por meio da predominância de uma dessas formas (BAUER, 2013). Segundo Mehta e Monteiro (2008) e Neville e Brooks (2013), a longo prazo as características do concreto como resistência e durabilidade são muito afetadas pelas propriedades do concreto fresco, que de modo direto depende da consistência e da trabalhabilidade. Conforme Petrucci (1998), a trabalhabilidade abrange algumas propriedades como retenção de água, textura e integridade, que é delimitado pela consistência.
Ocorrendo um controle adequado das propriedades do concreto fresco, em decorrência disso o concreto endurecido também manterá estas propriedades. Como afirmado por Mehta e Monteiro (2008), pode-se comparar o concreto fresco com uma criança, que precisa de cuidados durante a infância para que se torne um adulto saudável.
4.1.2 Concreto endurecido
De acordo com Bauer (2013) e Grubba (2016), o concreto é considerado um material sólido desde o fim da pega do cimento Portland. Porém a sua resistência se desenvolve ao longo do tempo.
Com o transcorrer da hidratação do concreto, ocorreu a passagem do estado fluido para o estado plástico, e sucessivamente passa para o estado sólido. Desta maneira, quando o concreto já estiver endurecido ele se torna apto para sustentar cargas como um elemento estrutural (LI, 2011).
Conforme a NBR 12655/2006 as propriedades do concreto endurecido são vinculadas a impermeabilidade, resistência, durabilidade e estabilidade. O concreto endurecido é sensível a mudanças das condições físicas, ambientais, mecânicas e químicas, de certo modo tendo reações demoradas nas suas características (BAUER, 2013).
Em concordância com Araújo, Rodrigues e Freitas (2010) o concreto após endurecido deve apresentar as seguintes características: durabilidade, aparência, resistência e impermeabilidade. E com a aplicação correta da relação água/cimento ocorre uma melhora significativa dessas propriedades.
Quando agrupados essas características e propriedades trazem uma qualidade ao concreto, no entanto deve-se obedecer a qualidade exigida para cada tipo de construção estipulada.
Como exemplo, a durabilidade do concreto é aprovada quando a estrutura se encontra apropriadamente protegida da ação de elementos, e torna-se imprópria quando diretamente é exposta ação de agentes agressores; tendo também como exemplo a impermeabilidade que é uma propriedade fundamental dos concretos que são utilizados nas estruturas de edifícios, no momento em que a exigências essenciais são mudadas para as características de rigidez e resistência mecânica (BAUER, 2013).
Porém para Neville e Brooks (2013) a resistência traz uma visão geral da qualidade do concreto, sendo geralmente aferida para os controles de qualidade, um fator de primordial importância para a resistência do concreto é a porosidade, sendo assim, a quantidade de vazios existentes na pasta de cimento.
4.1.3 Cura do concreto
A cura é definida como um dos processos utilizados para o controle da hidratação do cimento, baseando-se em controlar a temperatura, a entrada e a saída de umidade do concreto,
para que ocorra um endurecimento correto e em decorrência as estruturas tenham seu desempenho efetivo. Segundo Neville e Brooks (2013) para adquirir um concreto de boa qualidade deve se ter uma cura em um ambiente apropriado para o aumento da sua resistência. De acordo com a NBR 6118 (2014), a cura é o procedimento, onde o concreto descansa durante um determinado tempo, tendo a finalidade de alcançar uma resistência almejada, e esse tempo evita que aconteça a evaporação da água e que assim ocorra o endurecimento.
Grubba (2016) diz que a cura evita a evaporação prematura da água necessária à hidratação do cimento e permite um controle da temperatura do material. Principalmente, em dias quentes, parte da água de amassamento do concreto pode ser perdida para o ambiente devido ao processo de evaporação.
A porosidade da pasta de cimento hidratada quando endurecida é definida pelo grau de hidratação do cimento. Em circunstâncias normais de temperatura, algumas propriedades do cimento iniciam a hidratação, assim que é feita a adição da água. No entanto, há uma lenta reação nos grãos de cimento anidro, quando são cobertos pelos objetos de hidratação (MEHTA e MONTEIRO, 2014).
O termo hidratação do concreto é referente a reação química que acontece no momento em que a água entra em contato com o cimento, assim criando o hidrato. Uma das principais finalidades da cura é impedir que o concreto perca água e ocorra uma retração brusca, provocando a manifestação de fissuras (PINI, 2012).
O concreto fresco quando perde umidade, prejudica a reação do cimento com a água. Fazendo assim com que a água evaporada deixe espaços vazios (poros), em consequência a resistência do concreto é reduzida de forma significativa (GRUBBA, 2016).
O início da cura deve ser logo em seguida do adensamento e acabamento do concreto, e é necessário que seja mantida até que haja no concreto uma resistência suficiente para que não ocorra a fissuração. De acordo com a NBR 6118, durante os primeiros 7 dias, a partir do lançamento, as condições de umidade e a temperatura são primordiais para o endurecimento do concreto. Sendo o ideal a cura permanecer durante 14 dias com uma temperatura próxima a de 22ºC e ela jamais seja feita por menos que 7 dias, para cimentos Portland (GIAMMUSSO, 1994 apud DALLABRIDA e VEIGAS, 2014).
A cura não traz somente o aumento na resistência do concreto, como também ajuda na redução da permeabilidade e da porosidade. Enfim, um concreto com uma cura correta é mais denso e mais durável.
4.1.4 Tipos de cura do concreto
Existem vários tipos de cura, podendo ser realizada de diferentes maneiras dependendo da situação. Os tipos de cura do concreto são: natural, por aspersão, úmida, química, térmica, a vapor, entre outras.
A cura natural é realizada ao ar livre, como geralmente ocorre nas obras, é a cura que mantém o concreto exposto no ambiente onde se encontra, sem nenhum tipo de proteção. Nesse tipo de cura, não existem cuidados devidos que evitem a evaporação precoce da água, a qual é importante para hidratar o cimento.
Segundo Neville e Brooks (2013) em relação aos concretos feitos em canteiros de obras, a cura geralmente estagna antes de alcançar a máxima hidratação, trazendo algumas consequências danosas ao concreto, como fissuração ocasionadas pela retração. A cura natural é a mais simples e não necessita de qualquer esforço.
A cura por aspersão é realizada por meio do lançamento de água na superfície do concreto, como uma irrigação de forma intermitente ou contínua. Bauer (2013) afirma que a cura por aspersão é um dos métodos mais simples para a proteção do concreto fresco.
É necessário que a cura por aspersão comece imediatamente depois do início da hidratação do cimento, isto é, duas ou três horas após a concretagem. Segundo o Anvar (2005) a cura por aspersão deve ser feita de forma contínua e com a utilização de água sem adição de agentes agressivos para apresentar excelentes resultados.
Segundo Grubba (2016) a cura úmida é o método mais eficiente para curar o concreto, pois ele mantém a superfície saturada até atingir uma resistência específica. A cura do concreto tem uma importante predominância nas características de resistência.
Durante a cura úmida, onde o concreto está submerso em água, se forma um gel em volta da parte de cima do cimento, o tornando cada vez mais impermeável e resistente (BAUER, 2013).
Para conseguir um concreto impermeável, além de adotar um baixo fator a/c, é imprescindível que ocorra uma proteção contra a evaporação. Ela é menos aplicada devido a demanda de tempo requisitado na construção civil, que requer rapidez, pois há um tempo estipulado para entrega da obra, sendo que esse método necessita que a obra pare, para que o processo de cura seja efetivado.
Nesse método a cura é executada através da imersão total do concreto na água, ela se inicia logo após a concretagem. Para Helene e Levy (2013) a cura úmida impede que o concreto perca água, controlando a temperatura e suprindo água adicional.
Em conformidade com o ACI 308R-01 (2001) a água usada para a cura deve ser livre de impurezas e não pode apresentar uma diferença de temperatura maior que 11 graus em relação a do concreto.
Bauer (2008) cita que a cura úmida é, sem dúvidas, o melhor procedimento de cura, entretanto sua execução é restrita e nem um pouco prática. Podendo esse método ser empregado em pisos, lajes e pavimentos em que sua superfície seja exposta e quando não é necessária a utilização dessa superfície em seus primeiros dias.
Observa-se que a cura úmida reduz a retração na fase onde há pouca resistência no concreto, sendo este um fato essencial para evitar a formação de fissuras de retração, que comprometem a impermeabilidade do conjunto ao todo (BAUER, 2013).
Neville e Brooks (2013) salientam que apesar de ser um fator primordial para a resistência, sua prática é difícil porque o grau de hidratação do cimento é de difícil supervisão.
A cura realizada de forma negligente afeta o crescimento gradativo da resistência do concreto ao passo que os compostos C-S-H estão sendo produzidos e possibilitando a retração plástica do concreto.
O resultado de uma cura inapropriada sobre a resistência é superior com relações água/cimento eminente assim como eminente assim como em concretos de velocidade menor de evolução da resistência. Portanto, a resistência de concreto com cinzas volantes ou escória de alto-forno são mais afetados do que os concretos preparados com o cimento Portland genuíno.
A cura malfeita causa um grande transtorno para a obra, podem-se citar algumas delas: aumento de fissuras por retração hidráulica ou por secagem; redução da resistência e da durabilidade do concreto; aumento da permeabilidade e da carbonatação.
Quando a cura não é realizada de maneira correta resultará em problemas como porosidade, acontece quando a secagem é executada de maneira rápida, os aglomerados não se conectam de maneira adequada ao cimento, produzindo bolhas no concreto, o uso de proporções indevida dos materiais aglomerados e aglutinantes podem também causar formação de poros resultando em uma mistura de qualidade baixa.
A utilização de materiais incorretos, ou de uma mistura malfeita ou até mesmo uma imprudência no decorrer do processo de cura pode ocasionar a erosão no concreto. Outro fator decorrente de uma má cura são as rachaduras estruturais, reconhecidas também como trincas ou fissuras, estas por sua vez deixam a estrutura visível ao meio externo, trazendo assim
A descoloração e a lixiviação também são resultantes das consequências de uma má cura, a primeira ocorre quando a água é acrescentada à mistura de maneira errada ou quando cimentos de procedências diferentes são misturados, já a lixiviação acontece quando a superfície do concreto exibe rupturas, essas deformidades avançam pela estrutura resultando em descamação que exibe o interior do elemento ao meio externo.
4.1.5 Resistência à compressão do concreto
A resistência à compressão é considerada, geralmente, como a característica mais importante do concreto endurecido (GRUBBA, 2016). Essa propriedade é utilizada no estudo de dosagem para calcular as proporções dos materiais utilizados.
A resistência à compressão dá ideia de qualidade do concreto, pois ela tem relação direta com a estrutura da pasta de cimento, devido ela exercer influência em outras propriedades do concreto. Sendo essas propriedades, a impermeabilidade, o módulo de elasticidade e a resistência às intempéries (MEHTA e MONTEIRO, 2014; NEVILLE, 2016).
Para Mehta e Monteiro (2014) a resistência de um material é estabelecido através da capacidade de resistir às tensões sem ruptura. Determina-se ruptura pelo aparecimento de fissuras. Durante os ensaios de compressão, pode-se considerar o rompimento de um corpo de prova sem que ele tenha fissuras externas aparentes, no entanto o corpo de prova apresenta fissuras internas em estado avançado, o que o torna incapaz de suportar maiores cargas.
A resistência a compressão (tensão de ruptura) é determinada pela razão entre a força axial de ruptura sobre a área da seção transversal do corpo de prova (GRUBBA, 2016). De acordo com Helene e Andrade (2007) o valor mínimo da resistência à compressão para concreto armado é de 20 MPa, já para concreto protendido de 25 MPa e o valor de 15 MPa pode ser aplicado somente em concretos magros e em obras provisórias.
Pacheco e Helene (2013) relatam que a resistência a compressão praticada por ocasião da dimensão da estrutura, sendo assim, está profundamente ligada a segurança. Sendo uma propriedade extraordinariamente sensível, como capacidade de mostrar problemas no concreto como dosagem ou seus insumos.
4.1.6 Concreto com fibras
As fibras são elementos incontínuos da qual seu comprimento é muito maior que a maior dimensão da seção transversal, podendo ser agregado ao concreto tendo o propósito de o tornar menos frágil e de melhorar a sua resistência a tração.
Devido ao concreto possuir algumas limitações, sendo uma delas a baixa capacidade de deformação que se apresenta antes de romper, no momento em que o material é tracionado. Além do que ele possui uma resistência a tração baixa, quando se compara à sua resistência a compressão em função da fragilidade do material à microfissura e fissuras que são capazes de ocorrer no interior do concreto.
Pode-se definir o concreto com fibras como um compósito, isto é, formado de ao menos duas fases principais diferentes. Sendo que o próprio concreto convencional é um compósito, pois suas fases principais são os agregados, os poros e a pasta. Porém, no concreto com fibras a matriz e as fibras são consideradas como fases principais.
De acordo com Accetti e Pinheiro (2000) as fibras começaram a ser utilizadas em 1911, no qual o uso das fibras de aço sugerido por Grahan para serem usadas em armadura convencional, tendo o objetivo de ter uma maior resistência do concreto armado. Diante disso tem-se tratado as fibras como uma solução para os problemas que ocorrem em obras de concreto, porém isso não está correto, pois sempre haverá fissuras no concreto, apesar das fibras provocarem uma melhora das propriedades do concreto.
O concreto reforçado com fibras apresenta melhor resistência à tração, melhor ductilidade e menor incidência de fissuras e trincas. Em 1960 foram utilizadas na mistura de cimento, fibras de asbestos. Desde esse momento têm sido usados vários outros tipos de fibras que são encontradas no mercado, como: vidro, carbono, aço, nylon, polipropileno, celulose, madeira, acrílico, fibras vegetais, polietileno e sisal. Sendo que as fibras de aço e de polipropileno, são as mais usadas (GRUBBA, 2016).
De acordo com Grubba (2016) antigamente as fibras eram empregadas apenas para impedir a retração ou aumentar a resistência. O componente da fibra irá determinar o módulo de elasticidade e sua resistência mecânica, sendo essas duas características que mais influenciam a qualidade de reforço que a fibra pode promover ao concreto.
As fibras que dispõem um módulo de elasticidade menor que a do concreto endurecido, são conhecidas como fibras de baixo módulo. Já as fibras que apresentam módulo de elasticidade maior que a do concreto são nomeados como fibras de alto módulo, sendo o caso das fibras de carbono e de aço.
As fibras de baixo módulo contêm uma baixa qualidade de reforço no pós-fissuração, devido ela apresentar uma tensão bastante baixa para esse nível de deformação, no instante em que a matriz é rompida e ocorre a transferência de tensão para a fibra de baixo módulo.
As fibras de alto módulo podem-se dividir em fibras de alta e baixa resistência, sendo as fibras de alto módulo, entretanto com baixa resistência ao cisalhamento e à tração, ela tem uma capacidade de reforço pós-fissuração pequena ou até inexistente.
No entanto, as fibras de baixo módulo são apenas aplicadas quando o módulo de elasticidade e a resistência do concreto também são baixas, sendo assim, estando em seu estado fresco e no início do seu procedimento de endurecimento. Ressaltando que as fibras não eliminam a necessidade de ser realizada uma boa cura.
4.1.7 Concreto com fibras de aço
Os componentes que compõem o concreto com fibras são, cimento hidráulico, água, agregados miúdos e graúdos e fibras discretas descontínuas, podendo também ser adicionados aditivos químicos e adições minerais para que o concreto tenha uma melhor resistência e trabalhabilidade.
Quanto ao tipo de cimento não há restrições, para o concreto com fibras, no entanto o tipo de cimento deve estar em acordo com a resistência requerida e a utilização. Os agregados usados são os mesmos do concreto comum, porém a dimensão máxima tem uma grande importância para o concreto com fibras, devido as partículas não poderem ser maiores que 20 mm, para que não prejudique a distribuição das fibras uniformemente (OLIVEIRA, 2005).
Quanto maior for o agregado, maior será o problema de interferência fibra-agregado, o que prejudica o efeito positivo do uso das fibras. Deve ocorrer uma compatibilidade dimensional entre as fibras e os agregados, ao modo que as fibras interceptem com uma melhor frequência fissuras que possam ocorrer no composto.
O comprimento das fibras devem ser pelo menos 2 vezes a dimensão máxima do agregado, sendo mais frequente de 2,5 a 3 vezes para que as fibras tenham uma atuação como ponte de aderência de tensões nas fissuras (AGUADO e LARANJEIRA, 2007).
A relação fibra-matriz depende de muitos fatores, sendo alguns deles: ancoragem mecânica da fibra na matriz, atrito fibra-matriz e adensamento físico-química entre os materiais. Estes fatores sofrem influência das características das fibras (módulo de elasticidade, geometria, volume, orientação e resistência) e características da própria matriz (propriedades físicas e mecânicas, condição de fissuração e composição).
Antes que ocorra a fissuração da matriz, o mecanismo dominante é o deslocamento longitudinal da matriz e da fibra na interface, e a transferência de tensões elásticas que são geometricamente compatíveis. Nos seus estágios mais avançados de carregamento (esforços
de flexão ou tração), aparecem altas quantidades de microfissuras e as tensões rapidamente se concentram nas extremidades dessas fissuras, acontecendo um desenvolvimento e aumento rápido da abertura, resultando em uma ruptura frágil do material.
De acordo com Rodrigues Júnior (2009), quando há fibras curtas na matriz do concreto, as fibras atravessam as fissuras, que agem como ponte de transferência de tensões, o que traz dificuldade para o desenvolvimento de microfissuras. A ruptura por torção em concreto com fibras, acontece pelo alongamento plástico ou elástico das fibras, através da degradação da matriz de concreto na zona de transição por ruptura da fibra, arrancamento ou fibra-matriz.
A resistência do concreto com fibras também depende da direção em que as fibras se encontram, sendo posicionadas intencionalmente ou não, pois nem sempre é aleatório. De acordo com Schumacher (2006) no concreto vibrado as fibras tendem a serem orientadas de preferência à direção perpendicular da concretagem.
Durante a compactação ela tende a levar a uma orientação preferencial, especialmente quando a vibração artificial é usada na direção paralela à forma, porém esse efeito tende a ser local. Em casos de adotar vibradores internos, pode acontecer de ter poucas fibras na região onde ocorreu a vibração e ter um excesso de pasta nesse mesmo local (AGUADO e LARANJEIRA, 2007).
Deste modo, os fatores que influenciam principalmente as propriedades mecânicas do concreto com fibras são:
− Resistência mecânica do material empregado na fabricação das fibras; − Relação entre dimensão máxima do agregado e comprimento da fibra; − Volume de fibras adicionadas ao concreto;
− Características geométricas das fibras;
− Relação entre dimensão máxima do agregado e comprimento da fibra; − Resistência da matriz de concreto;
− Tensão de aderência entre as fibras e a matriz;
4.2 Resultados
A partir do resultado do ensaio de abatimento do concreto com fibras, foi possível observar que a sua consistência foi mais baixa do que a consistência do concreto convencional. O valor do abatimento do concreto convencional foi de 5,5 cm, enquanto o do concreto com fibras de aço foi de 9,5 cm. Na Figura 5 podem ser observadas imagens dos ensaios de abatimento dos concretos produzidos. Em (a) é apresentado o teste para o concreto convencional e em (b) para o concreto com fibras de aço.
Figura 5 – Ensaio de abatimento do concreto convencional (a) e concreto com fibras de aço (b).
A consistência do concreto com fibras foi menor pelo motivo do concreto com fibras necessitar de mais água, para que elas pudessem se misturar no concreto e isso impactou em um abatimento maior. Por isso, foi necessário colocar mais 1,4 l de água em relação à quantidade de água colocada na produção do concreto convencional.
Assim que completaram o tempo de cura da produção dos corpos de provas, foram realizados os ensaios de compressão. Após o rompimento dos corpos de prova reforçados com fibras, eles foram abertos e analisados se houve algum rompimento nas fibras e notou-se que não, as fibras estavam todas inteiras, sem nenhum tipo de rompimento, como se pode ver na Figura 6.
Figura 6 – Fibras de aço expostas após rompimento dos corpos de prova.
Com os resultados obtidos no ensaio de resistência à compressão nota-se que nas 3 idades iniciais do concreto convencional de cura natural teve um desempenho melhor que os que foram submetidos às outras curas e durante suas idades teve um ganho aproximado de 2 MPa. Percebe-se que fatores externos como o vento e o sol, tiveram pouca influência na perda de água, pois nas idades iniciais a cura natural apresentou uma maior resistência em comparação com as demais. Na Figura 7 podem ser observados os resultados obtidos para o concreto convencional.
Figura 7 – Resistência à compressão dos corpos de prova de concreto sem fibras.
A cura por aspersão alcançou resultados próximos ao da cura natural, exceto na idade de 14 dias onde houve uma queda e teve um aumento significativo em sua resistência em sua
A cura úmida não apresentou um bom ganho de resistência durante as primeiras 3 idades, porém ao chegar em seu último estágio atingiu um ótimo resultado, apresentando uma diferença da idade de 21 dias para a de 28 dias, ganhando em torno de 7 MPa.
Isto está de acordo com Bauer (2013) e Grubba (2016) mencionam o método de cura úmida é o método ideal para a resistência do concreto, que alcançou um patamar de 15 MPa.
Observa-se que no período até os 21 dias as curas por aspersão e úmida, apresentam resistências abaixo a cura natural, constatando que para o tipo de concreto analisado, a cura não teve uma influência no desenvolvimento da resistência das amostras de corpos de prova.
Já para o concreto com fibras de aço pode ser observado que durante os 7 dias de cura o tipo que teve um melhor resultado entre os três, foi a cura por aspersão, em seguida da cura natural.
Figura 8 - Resistências à compressão dos corpos de prova de concreto com fibras de aço.
Já na idade de 14 dias o método que obteve um melhor desempenho foi o da cura natural, porém a cura por aspersão teve uma pequena queda em sua resistência e a cura úmida obteve um aumento de 1 MPa, entre as idades de 7 e 14 dias. Aos 21 dias houve uma queda de resistência nos corpos de prova de cura natural, já as duas outras 2 curas tiveram um pequeno acréscimo em suas resistências.
Ao serem rompidos em suas idades finais, constatou-se que todas as curas conseguiram elevar as suas resistências, porém a cura úmida teve um maior desempenho com relação as
outras curas e a cura natural comparada com a cura por aspersão obteve um desempenho melhor.
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS
A utilização de fibras para o reforço do concreto vem se desenvolvendo abundantemente nos últimos anos, pode-se dizer que as fibras exercem um controle da fissuração que se originam da fluência do concreto, da retração plástica e no seu endurecimento, o que traz como resultado uma maior durabilidade.
Pode-se afirmar que o uso de fibras no concreto reduz a propagação de fissuras e aumenta a resistência mecânica referente a tração, pois o concreto convencional não tem um bom desempenho na resistência a tração, porém os resultados dos ensaios mostram que as amostras de concreto reforçado com fibras de aço não obtiveram uma boa resistência à compressão, comparando-o com os corpos de prova de concreto convencional. Pois as fibras não estavam danificadas após o rompimento dos CPs (o que mostra um provável alinhamento das mesmas em relação à forma) não contribuindo, neste caso, aos esforços de tração/cisalhamento gerados nas amostras.
É possível concluir que apesar do traço utilizado na produção dos corpos de prova dos dois tipos de concreto produzidos, os corpos de provas que obtiveram um melhor resultado de resistência à compressão, foram as amostras que passaram pelo tratamento de cura úmida.
A cura natural no início dos ensaios apresentou um melhor desempenho de resistência até a idade de 21 dias, comparado com a cura por aspersão e com a cura úmida, porém ao chegar na idade de 28 dias os corpos de prova que obtiveram um melhor resultado de resistência à compressão, foram as amostras que passaram pelo processo de cura úmida. Vale ressaltar que o tempo de cura também é essencial para que o concreto alcance a resistência desejada.
Diante desses resultados, é plausível afirmar que o método de cura mais eficiente é a cura úmida, pois com na idade de 28 dias ele atingiu uma resistência maior do que os outros métodos de cura.
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