ANÁLISE EXPERIMENTAL DO COMPORTAMENTO DO CONCRETO COM ADIÇÃO DE FIBRAS DE VIDRO

UNIVERSIDADE PRESBITERIANA MACKENZIE

ANÁLISE EXPERIMENTAL DO COMPORTAMENTO DO CONCRETO COM ADIÇÃO DE FIBRAS DE VIDRO

ANDERSON expedito campos e silva

erika de oliveira barros

joyce coelho pimentel

valmir araújo pereira de brito

Resumo

O concreto é o material mais utilizado na construção civil. Possui como característica principal a alta resistência à compressão e deve apresentar consistência e boa trabalhabilidade. É possível fabricá-lo a partir da mistura de cimento, água e agregados miúdos e graúdos. Complementarmente, em função dos objetivos a serem alcançados, podem ser adicionadas adições, como as fibras de vidro. Este trabalho tem como objetivo avaliar as alterações ocorridas nas resistências do concreto com adição das fibras de vidro. A utilização das fibras alteram as propriedades do concreto, principalmente sua trabalhabilidade, fazendo com que a mistura demande mais água e mudando a dosagem dos componentes. Com os concretos preparados mediu-se sua consistência e realizaram-se ensaios de propagação de onda ultrassônica, compressão axial, tração por compressão diametral e tração na flexão com carga aplicada no meio do vão livre. Os principais resultados mostraram que as fibras de vidro são desnecessárias quando o concreto for submetido a esforços de compressão. Usando as fibras para este fim, o concreto perde resistência. Utilizando as fibras para reforçar o concreto submetido a esforços de tração, estas trabalham de forma a ajudar o concreto. A resistência à tração do concreto aumenta com a utilização de fibras de vidro, provando que estas atuam como pontes de transferência de tensões e conforme aumenta a quantidade de fibras, maior será a resistência adquirida à tração, porém, existe um teor ótimo, o qual, a partir desse ponto, aumentar a quantidade de fibras na mistura diminuirá sua capacidade de resistir a esforços de tração.

Palavras-chave: Concreto. Fibra de Vidro. Dosagem. Resistência.

Abstract

Concrete is the most commonly used material in construction. Its main characteristic is its high compressive strength and its consistency and good workability. It is possible to manufacture it from the mixture of cement, water and small and large aggregates. In addition, depending on the objectives to be achieved, additions, such as glass fibers, may be added. This work has the objective of evaluating the alterations in the concrete resistance with addition of the glass fibers. The use of the fibers alter the properties of the concrete, especially its workability, causing the mixture to demand more water and changing the dosage of the components. With the concretes prepared, their consistency was measured and tests of propagation of ultrasonic wave, axial compression, traction by diametral compression and traction in the flexion with load applied in the middle of the free span were carried out. The main results showed that glass fibers are unnecessary when the concrete is subjected to compression forces. Using the fibers for this purpose, the concrete loses strength. Using the fibers to reinforce the concrete subjected to tensile stresses, these work in a way to help the concrete. The tensile strength of the concrete increases with the use of glass fibers, proving that they act as bridges of tension transfer and as the amount of fibers increases, the greater the resistance acquired to the traction, however, there is an optimum content, which , Thereafter increasing the amount of fibers in the blend will decrease their ability to withstand tensile stresses.

Palavras-chave: Concrete. Fiberglass. Dosage. Resistance.

Introdução

A indústria da construção civil brasileira está crescendo cada vez mais, contribuindo para que novas pesquisas sejam realizadas, apresentando novas alternativas de materiais e modificando a forma com que se executam os projetos.

O concreto é o segundo material mais utilizado no mundo e vem sendo exigido cada vez mais uma de suas importantes características, a elevada resistência à compressão. Porém, uma de suas principais desvantagens é a baixa resistência à tração (cerca de 10% da resistência à compressão). Ao longo do tempo, este tema é alvo de estudos, com o escopo de aumentar essa resistência em busca de construções mais estáveis, duráveis e livres de patologias.

Uma das alternativas de estudo para melhorar as propriedades mecânicas e físicas do concreto é o uso de fibras de vidro em sua composição. Sobre a fibra de vidro, Inajá et al. (2012, p. 4) afirmam:

É o material compósito produzido basicamente a partir da aglomeração de finíssimos filamentos flexíveis de vidro com resina poliéster (ou outro tipo de resina) e posterior aplicação de uma substância catalisadora de polimerização. O material resultante é geralmente altamente resistente, possui excelentes propriedades mecânicas e baixa densidade.

Dentre os benefícios da adição de fibras de vidro no concreto, citam-se:

  • aumento da resistência a tração;
  • evita a fissuração na fase de endurecimento; 
  • obtenção de estruturas mais leves na substituição parcial do aço em concreto armado e de agregados; 
  • facilidade de manuseio;
  • dispensa-se camadas protetoras no envoltório da fibra por não oxidar; 
  • em caso de incêndios, não produz fumaças tóxicas e não propaga chamas, definindo-se como um material incombustível; 
  • baixa condutividade térmica; 
  • resistência à umidade; 
  • baixo custo; 
  • boa dispersão na argamassa por apresentar densidade parecida com a mesma; 
  • diminuição dos resíduos sólidos. 

No âmbito ambiental, o emprego de fibra vidro tem papel importante na diminuição de resíduos sólidos e conservação de recursos naturais. Qualquer atividade humana na produção de bens gera resíduos que, por sua vez, são descartados no meio ambiente. A reciclagem de uma tonelada de vidro evita a extração de 1,3 toneladas de areia, tornando viável o uso na construção civil. Além disso, na produção do vidro, é gerada grande quantidade de dióxido de carbono, que poderia ser evitado se a reciclagem do mesmo fosse maior, sendo que no Brasil, apenas cerca da metade é reciclado.

A utilização da fibra de vidro gera economia na produção e transporte do concreto. O fato da fibra de vidro reduzir o peso específico do concreto, torna-o economicamente mais viável por exigir menos dos veículos transportadores que, muitas vezes, têm sua carga elevada, causando desgaste dos caminhões e das vias de circulação.

A realização deste trabalho visa analisar experimentalmente as possíveis alterações que a fibra de vidro venha conferir ao concreto.

OBJETIVOS 

Objetivo geral 

Avaliar as alterações estruturais do concreto com adição de fibra de vidro. 

  Objetivos específicos 

Avaliar as resistências estruturais (tração, compressão, flexão) do concreto com adição da fibra de vidro. Comparar as resistências estruturais do concreto com e sem adição da fibra de vidro. 

 JUSTIFICATIVA

O concreto quando em estado sólido, possui alta resistência a esforços de compressão. O mesmo fato não ocorre quando essa mistura é submetida a esforços de tração. Por esse motivo, julga-se necessário um estudo com um material que, adicionado ao concreto, aumente a resistência à tração. Esse material de estudo é a fibra de vidro.

Projetos estruturais, muitas vezes, são limitados quando necessita que o concreto resista a esforços de tração. Logo, esse trabalho é de suma importância para que os projetistas tenham opções de contorno durante a fase de concepção e planejamento dos seus projetos, visando melhorar e facilitar a execução das obras.

METODOLOGIA

Este estudo foi realizado baseando-se em pesquisas bibliográficas, experimental e documental, incluindo consultas às normas técnicas da ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT).

A pesquisa bibliográfica inclui teses e dissertações, nas quais houve estudos acerca de concreto reforçado com fibras, em busca de encontrar o traço do concreto para execução desta pesquisa.

A pesquisa experimental foi desenvolvida através de ensaios físicos e mecânicos. Foram utilizadas como diretriz as normas técnicas da ABNT NBR 5738, NBR 5739, NBR 7222, NBR 9479, NBR 10908, NBR 10342, NBR 8522,  NBR 15530, NBR 12821 e NBR 9833 que contemplam os procedimentos necessários para realização dos ensaios de concreto reforçado com fibra. Os ensaios foram realizados a partir de moldagem de corpos de prova de concretos com e sem fibras de vidro, com consumos de cimento de 330 kg/m³ e 400 kg/m³, sugeridos pelo orientador desta pesquisa, Prof. Me. Simão Priszkulnik. A cura dos corpos de prova foi feita em câmara úmida e por imersão. Os corpos de prova cilíndricos e prismáticos foram submetidos aos seguintes ensaios:

  • propagação de onda ultrassônica;
  • compressão axial;
  • tração por compressão diametral;
  • tração na flexão.

Todos os ensaios foram registrados através de fotografias e anexados neste trabalho.

A pesquisa documental consistiu em consultas de estudos já realizados para confrontar resultados com os obtidos nesta pesquisa, a fim de concluir sobre a viabilidade da adição das fibras de vidro no concreto.

Foram observados os procedimentos éticos para a realização da pesquisa e a mesma foi submetida à Comissão de Ética em Pesquisa da Escola de Engenharia da Universidade Presbiteriana Mackenzie.

ESTRUTURA DO TRABALHO

Este trabalho está estruturado em cinco seções.

A seção 1 apresenta a Introdução, que é composta pelos seguintes itens: texto de conceituação e caracterização do tema; Objetivos; Justificativa; e Metodologia.

A seção 2 trata da Revisão da Literatura, abordando assuntos a cerca do concreto, como conceito, propriedades, componentes, até chegar no tema principal do estudo, concreto com adição de fibras de vidro.

A seção 3 aborda, especificamente, o comportamento do concreto com adição de fibra de vidro. Foram realizados ensaios a partir de moldagem de corpos de prova, utilizando traços e teores de fibras definidos, para avaliar as resistências mecânicas, com os ensaios de compressão, tração por compressão diametral, tração na flexão e velocidade de ondas ultrassônicas. 

A seção 4 analisa a eficácia do desempenho e comportamento do concreto com adição de fibras de vidro, apresentando os resultados e discussões dos ensaios e uma breve discussão sobre os mesmos.

A seção 5 relata as conclusões do trabalho e indica algumas recomendações para pesquisas futuras.

Revisão da Literatura

CONCRETO 

O concreto é considerado o material mais usado na construção civil, pois em estado fresco pode ser colocado em fôrmas e tomar o desenho que o projeto determinar, no estado endurecido, adquire resistência, principalmente à compressão.  

Segundo Almeida (2002), o concreto, depois da mistura dos componentes, deve apresentar plasticidade que seja suficiente para utilizá-lo durante manuseio, transporte e lançamento no local determinado. Após isso, o concreto deve adquirir coesão e resistência devido à reação química exotérmica provocada pelo aglomerante.

Definição 

O concreto é um material obtido através da mistura de aglomerante (cimento) e água, formando uma pasta. Posteriormente, são adicionados os agregados, formando o concreto. O concreto ainda pode conter materiais complementares, que correspondem aos aditivos e adições que podem ser incorporados para modificar suas propriedades. Tendo como objetivo obter um concreto resistente, é necessário tomar cuidado com as propriedades dos materiais envolvidos, além das proporções corretas de cada um. Durante a concretagem, a execução deve ser controlada, assim como a fase de endurecimento. 

Dosagem

Desde 1824, quando o francês Joseph Aspdin criou o Cimento Portland, o concreto teve um grande avanço e vem sendo alvo de estudos para melhor atender às necessidades dos projetos. Com o avanço dos estudos, descobriu-se que a resistência do concreto não depende apenas da qualidade dos materiais empregados, mas depende também da dosagem.

Entende-se por estudo de dosagem dos concretos de cimento Portland os procedimentos necessários à obtenção da melhor proporção entre os materiais constitutivos do concreto, também conhecido por traço.” (TUTIKIAN e HELENE, p. 13, 2014).

O escopo da dosagem do concreto é encontrar um traço mais econômico e que atenda às exigências do concreto. Nesse trabalho serão usados dois tipos diferentes de traço com três teores diferentes de fibras de vidro para cada um deles.

Fissuração

O concreto possui propriedades e características que o coloca no posto de material estrutural mais usado no mundo. A sua composição de agregados, aglomerante e água, proporciona uma mistura de baixo custo econômico, moldável e que apresenta alta resistência à compressão com o passar do tempo. Esta é sua característica mais importante. Porém, o concreto possui propriedades que deixam a desejar em alguns aspectos, como peso próprio elevado, fissuração e reduzida capacidade de resistência à tração.

A baixa resistência à tração do concreto está ligada diretamente a dificuldade dele em conseguir interromper o desenvolvimento das fissuras, uma vez que estas iniciaram logo após o concreto ser submetido a este esforço. Esse fenômeno acontece porque a direção do desenvolvimento das fissuras é transversal à direção da tensão causada (Figura 1).

Direção da fissura e da tensão no concretoDireção da fissura e da tensão no concretoadaptado de FIGUEIREDO (2000, p.14).

Para Isaia (2005, p. 547),

Assim que se principia cada nova fissura, a área disponível para suporte de carga é reduzida, causando um aumento das tensões presentes nas extremidades das fissuras. Esse comprometimento da resistência é muito maior quando o esforço é de tração do que quando o material é comprimido. Logo, a ruptura na tração é causada por algumas fissuras que se unem e não por numerosas fissuras, como ocorre quando o concreto é comprimido.

Pensando em contornar os problemas das características específicas do concreto, é possível adicionar novos materiais para combater suas deficiências. Esses materiais têm a missão de alterar as propriedades padrões do concreto, de acordo com a finalidade para a qual será usado, visando facilitar sua utilização, aumento de resistência e economia de materiais, por exemplo, entre outras intenções. Esses novos materiais adicionados na mistura podem ser aditivos ou adições.

Componentes

Cimento 

O Cimento Portland é um produto resultante da moagem do clínquer (sintetização do calcário e argila, através do aquecimento). Esse material é considerado um aglomerante hidráulico por reagir em contato com a água se tornar um sólido com boa resistência à compressão. 

As adições presentes no Cimento Portland determinam os tipos de cimento, sendo escolhidos na fase de projeto de acordo com a finalidade.

Os tipos de cimento existentes são classificados de acordo com a ABCP (Associação Brasileira de Cimento Portland), conforme Quadro 1.

Tipos de CimentoTipos de CimentoAssociação Brasileira de Cimento Portland (2017).

Agregados

Os agregados, principalmente os graúdos, são usados para diminuir a quantidade de cimento na mistura, sem que a qualidade do material seja comprometida. O uso dos agregados, dessa forma, ajuda a diminuir os custos, pois o cimento é um componente caro.

Os agregados são elementos que podem ser naturais, como a pedra, ou artificiais, como escória de alto-forno, sendo classificados de acordo com o seu tamanho e sua origem. Os materiais mais usados na construção civil são grãos como areia, brita e cascalho.

Quando adicionados na mistura, os agregados devem estar livres de impurezas para não comprometer a qualidade do concreto e precisam conter resistência suficiente para o concreto apresentar as características esperadas.

A forma dos grãos dos agregados pode alterar as propriedades do concreto, negativamente ou positivamente, dependendo de como estiverem. De acordo com Almeida (2002), visando facilitar o adensamento e a mistura, são necessários agregados lisos e arredondados, enquanto agregados ásperos são usados para aumentar a resistência à tração.

Água

As águas naturais podem ser usadas para a produção de cimento, de acordo com suas composições. Água proveniente do mar contém alta quantidade de sal, que altera as propriedades do concreto, além de corroer as armaduras, quando estas existirem. Portanto, água do mar não pode ser usada na produção de concreto, assim como água contendo outras impurezas.

A quantidade de água na mistura altera as características do concreto. Essa quantidade é medida através da relação água/cimento. Quanto maior essa relação, maior será a quantidade de água no concreto, resultando em um concreto mais plástico, porém sujeito a perda da coesão e diminuição da resistência. Quanto menor a relação, menor a quantidade de água, resultando em um concreto mais denso que terá mais resistência.

Aditivos

De acordo com a ABNT NBR 12655:2015, aditivo é um produto que deve ser colocado durante a fase de preparo do concreto, sendo que a quantidade desse produto, em relação à massa de material cimentício presente no concreto, não deve ultrapassar 5% e possui a finalidade de alterar propriedades do concreto no estado fresco e/ou endurecido.

Os aditivos incorporados à mistura do concreto podem trazer os mais diversos benefícios, entre eles:

  • menor consumo de água, sem alterar a trabalhabilidade;
  • melhorar a aderência;
  • melhora na trabalhabilidade, sem precisar de acréscimo de água;
  •  aceleração ou retardação da pega;
  • redução da segregação;
  • diminuição do número de trincas e fissuras;
  • ampliação das resistências iniciais previstas;
  • menos exsudação;
  • maior durabilidade contra agentes agressivos;
  • diminuição do coeficiente de permeabilidade;
  • facilitar o bombeamento.

Vale ressaltar que por mais que os aditivos possam trazer benefício, eles não são a solução para corrigir falhas qualitativas de outros materiais da mistura, ou ainda, erros durante transporte, lançamento e adensamento do concreto.

Adições

Ao contrário do que acontece com os aditivos, a ABNT não define claramente o conceito de adições. Porém, segundo Fonseca (2010), as adições são quaisquer materiais colocados a mais na mistura que não sejam os materiais básicos: água, cimento e agregados.

As adições são utilizadas no concreto com a finalidade de substituir ou somar a parcela de cimento presente na mistura. Os efeitos das adições, ao contrário dos aditivos, são sempre permanentes, uma vez que se refere a materiais finos que são adicionados a fim de melhorar o desempenho do concreto. Os aditivos podem ter efeitos temporários ou permanentes dependendo do que for usado.

As adições incorporadas à mistura do concreto trazem benefícios, entre eles:

  • maior coesão;
  • aproveitamento de resíduos;
  • menor exsudação;
  • preservação de jazidas;
  • menor segregação;
  • menor permeabilidade;
  • maior resistência a agentes agressivos;
  • diminuir o calor de hidratação;
  • maior resistência mecânica.

Dentre as adições que podem alterar as propriedades do concreto, melhorando sua resistência mecânica, é o uso de fibras.

Fibras

As fibras são materiais descontínuos, na qual sua extensão é muito superior do que a maior dimensão de sua seção transversal. Podendo ser usadas em qualquer concreto, as fibras podem ser produzidas com diferentes comprimentos, diâmetros e serem compostas de vários materiais. Elas são usadas de acordo com a necessidade e conseguem trabalhar no concreto usando um único tipo ou combinando diferentes tipos de fibras no mesmo concreto.

Entre os materiais que podem ser usados na fabricação das fibras, existem os principais que são mais comuns no mercado: polipropileno, aço, nylon, poliéster, celulose, fibras vegetais, amianto, carbono e vidro.

Fibras de Vidro

As fibras de vidro são um conjunto de filamentos muito finos e flexíveis (Figura 2). São produzidas a partir da fusão de sílica em base de zircônia, para uso na construção civil, diferente da fusão de sílica usada para fabricação do vidro tipo E, conhecido como Fiberglass.

Fibras de vidroFibras de vidroConstruquimica (2008).

As fibras de vidro utilizadas na construção civil se diferenciam das demais por apresentarem um termo agregado que diz respeito a sua fabricação: álcali resistente. Fibras de vidro álcali resistentes são fibras com elevada resistência quando está presente em meio alcalino, como é o caso do concreto e outros compostos cimentícios.

As fibras álcali resistentes possuem características que facilitam seu uso no concreto, além da resistência alcalina. Elas são extremamente leves, possuem densidade próxima à do concreto e não decantam ou afloram na superfície. Desta forma, ao serem introduzidas de forma correta no concreto, é garantida a homogeneização da mistura.

Outros benefícios possíveis, usando fibras de vidro álcali resistentes, são:

  • diminuição da fissuração por retração do concreto, tanto na fase plástica quanto na fase endurecida;
  • aumento da resistência do concreto em relação ao traço convencional;
  • menor consumo de concreto e armadura;
  • maior coesão do concreto.

Concreto com fibras

 O primeiro relato do uso de fibras no concreto se deu em 1911, com a ideia de usar fibras de aço como reforço no concreto. Porém, só em 1971 aconteceu a primeira utilização de fibras no concreto. Usando fibras de aço estiradas a frio na mistura, foram produzidos painéis de concreto com proporção de 3% de fibras em relação à massa de cimento.

O concreto é uma mistura heterogênea, constituída de aglomerante, agregados e água, podendo, simultaneamente, conter aditivos e adições. Mesmo sendo um material resistente e extremamente utilizado na construção, o concreto também possui dificuldades estruturais, que de acordo com a finalidade, pode precisar de reforços. Da mesma forma que os aditivos, a adição de fibras proporciona novas propriedades ao concreto, ajudando nas suas limitações.

Segundo Isaia (2005), concretos com adições de fibras são materiais compostos por duas fases distintas. A primeira fase se refere ao concreto endurecido, sem utilização de fibras em sua mistura. O próprio concreto sem fibras possui suas fases principais que são os vazios, os agregados e a pasta. A segunda fase se refere ao concreto com fibras, a qual as fases principais são as fibras e o concreto propriamente dito, designado como matriz.

As fibras usadas como reforço, podem proporcionar mudanças nas propriedades do concreto e são distinguidas em duas categorias: fibras de alto módulo e fibras de baixo módulo. As fibras de baixo módulo são as que apresentam módulo de elasticidade inferior ao do concreto endurecido, enquanto as fibras de alto módulo são as que apresentam módulo de elasticidade superior ao concreto endurecido.

Mistura

As fibras, mesmo sendo um material inerte, alteram as propriedades do concreto ainda em seu estado plástico, no que diz respeito à consistência e sua trabalhabilidade. No momento em que as fibras são adicionadas no concreto, significa que estão sendo acrescentada uma nova e grande área superficial que irá precisar de água. Esse acontecimento é comum em todos os tipos de fibras, pois a causa desse fenômeno é devida especialmente à geometria das fibras, portanto, independe do material da qual elas são constituídas. Desta forma, quanto maior a área superficial das fibras, maior será a quantidade de água necessária na mistura. Isso acarretará em uma maior coesão e menor trabalhabilidade do concreto no estado fresco.

Um aspecto importante a ser considerado ao adicionar fibras no concreto é sua interação com os agregados. Quanto maior for a dimensão de cada agregado, maior a dificuldade da interação deles com as fibras, o que pode comprometer o resultado esperado. É necessário haver compatibilidade entre os agregados e as fibras, para que essas atuem como reforço.

Ao serem misturadas as fibras no concreto, pode haver um problema se esta adição não for feita de maneira adequada. Esse problema é o surgimento de ouriços. Os ouriços são aglomerações de fibras dentro do concreto, que possuem uma quantidade enorme de vazios e são resultados de uma má dispersão na mistura. Existindo a presença de ouriços no concreto, o resultado obtido será o contrário do esperado, pois, haverão menos fibras distribuídas de forma homogênea na mistura e pontos localizados com baixa resistência mecânica, que são os próprios ouriços. Para que não ocorra o surgimento de ouriços, recomenda-se adicionar as fibras em quantidades controladas, após a mistura dos agregados, de forma que a mistura fique homogênea e as fibras fiquem completamente dispersas e bem misturadas. Por último, deve ser adicionado o cimento para realizar a aglomeração dos componentes.

Mudanças no concreto

Ao serem utilizadas fibras no concreto, são esperadas mudanças em suas características convencionais, além da diminuição de trabalhabilidade já mencionada. A mudança mais esperada é em relação ao aumento da resistência mecânica à tração. No momento em que as fibras são incorporadas, com teor e módulo de elasticidade adequado, o concreto deixa de ter um aspecto mais frágil. Esse acontecimento se deve ao fato das fibras atuarem no concreto como ponte de transferência de tensões pelas fissuras, conforme Figura 3. Portanto, as tensões serão minimizadas.

Fibras como ponte de transferência de tensõesFibras como ponte de transferência de tensõesFIGUEIREDO (2000, p.14).

Desta forma, as fibras conseguem transmitir ao concreto um aumento de energia em relação à ruptura e diminuição das fissuras em quantidade e dimensões.

Para que as fibras do concreto atuem como pontes de transferência de tensões, é necessário que haja equilíbrio na aderência entre as fibras e o concreto, para que a mistura apresente boa tenacidade. Havendo pouca aderência, durante a solicitação de um carregamento, as fibras escorregam e se soltam do concreto, logo, não atuam como ponte de transferência de tensões e, consequentemente, não aumentam a resistência à tração e não contribuem com a diminuição das fissuras. Porém, se a aderência for muito alta, durante a solicitação de um carregamento, as fibras irão se romper antes do previsto, não dissipando a energia necessária, e assim, não apresentarão o efeito esperado.

O intuito de usar fibras no concreto, não visa aumentar sua resistência à compressão. O concreto convencional já possui como característica principal, elevada resistência a esforços de compressão. A resistência do concreto com adição de fibras depende também da direção em que as fibras se encontram dispersas. As fibras tem a tendência de se orientarem perpendicularmente à direção da concretagem. Desta forma, a maioria das fibras não atuará como ponte de transferência de tensões. Por outro lado, ainda haverão fibras orientadas nas outras direções, o que acarretará em um leve acréscimo na resistência à compressão, também dependendo do tipo e teor de fibras usadas.

Propriedades

O cimento reage com a água e se solidifica progressivamente. Quando esse processo de solidificação inicia, é chamado de início de pega.

Antes do início da pega do concreto, o material está em seu estado fresco e logo após o fim da pega o material está em estado endurecido.

O objetivo do concreto endurecido é ter uma resistência suficientemente boa que atenda às expectativas do projeto. Para que essas características sejam mantidas é preciso ter planejamento e atenção em sua execução.

De acordo com as exigências e as necessidades do projeto, as propriedades da mistura podem ser modificadas, seja pela dosagem do concreto ou por adições incorporadas.

Consistência

O concreto, quando em estado fresco, deve passar pela medição de sua consistência. A consistência é uma propriedade do concreto que pode variar com a relação água/cimento, com a granulometria dos agregados e com a espécie de adição incorporada. Essa propriedade mede a disposição do material em se deformar.

Para medir a consistência do concreto, é usado um procedimento chamado de abatimento do tronco de cone. Nesses métodos são usados uma chapa metálica e um molde metálico em forma de cone vazado na parte de cima e na parte debaixo. Esse cone é colocado sobre a chapa e preenchido com o material, sendo colocado em três camadas e em cada camada aplicam-se golpes com uma barra de ferro, garantindo a retirada das bolhas de ar. Quando o molde metálico é retirado, a deformação sofrida pela mistura é chamada de abatimento ou “slump”.

Segundo Carvalho e Figueiredo (2015), a consistência que o concreto deve apresentar, quando o abatimento for executado, depende da finalidade do concreto, como por exemplo, os concretos com menor consistência devem ser empregados em peças com alta taxa de armadura, para que não forme ninhos, no entanto, se não houver alta taxa de armadura, deve-se preferir as misturas com maior consistência.

Trabalhabilidade

Relacionada com a consistência, tem-se a propriedade denominada trabalhabilidade do concreto. Essa propriedade está vinculada com a forma que o concreto será adensado.

Existem misturas autoadensáveis, que consistem em materiais que não necessitam de nenhum esforço para que ocupem todos os espaços da forma, sem a formação de ninhos e sem a segregação dos materiais.

A trabalhabilidade da mistura depende da granulometria dos agregados, da relação água/cimento e das adições. De acordo com a ABNT NBR 6118:2014, os limites da relação água/cimento são estabelecidos de acordo com o tipo de concreto e a classe de agressividade ambiental, conforme Quadro 2. A quantidade de água na mistura pode influenciar a resistência do concreto e sua durabilidade. As classes de agressividade estão descritas no Quadro 3.

Correspondência entre relação água/cimento e classe de agressividadeCorrespondência entre relação água/cimento e classe de agressividadeABNT NBR 6118 (2014, p. 18).

Classes de agressividadeClasses de agressividadeABNT NBR 6118 (2014, p.17).

Adensamento

Uma fase importante do preparo do concreto é o adensamento, separando-se os materiais e misturando-os de forma adequada. Depois, aplica-se uma energia manual ou mecânica, para que as bolhas de ar saiam, fazendo com que o concreto preencha todos os vazios da fôrma e não haja segregação dos materiais. O adensamento bem executado, de acordo com a norma, intervém no concreto, garantindo suas propriedades e características.

O adensamento manual é executado em camadas de concreto de 15 a 20 cm, usando uma barra de ferro. O procedimento é feito aplicando golpes na mistura até que apareça uma camada lisa de cimento e finos na superfície, sabendo que o mais importante não é a força aplicada, mas sim a repetição do processo. O adensamento pode ser feito também através de vibradores mecânicos, os quais são mais usados em obras de médio e grande porte.

Resistência

A propriedade de resistência do concreto é de extrema importância para os projetos. Ela está diretamente relacionada com a proporção dos materiais empregados e com as adições colocadas no concreto.

Segundo Carvalho e Figueiredo (2007), a resistência à compressão do concreto é sua principal característica, sendo determinada pelo ensaio de corpos de prova submetidos à compressão centrada. A resistência à tração do concreto não é boa quanto à resistência a compressão. Para a verificação da resistência à tração, os corpos de prova devem ser submetidos a forças cortantes. Quando o concreto precisa resistir a esforços cortantes, são geralmente usadas barras aço na peça.

materiais e MÉTODOS

Nesse capítulo serão abordados os materiais e métodos utilizados para a realização deste estudo.

MATERIAIS UTILIZADOS 

Para a realização deste estudo foram utilizados os seguintes materiais (como se pode ver na Fotografia 1):  

  • cimento Portland CP II E 32;
  • brita de granito; 
  • agregado miúdo de quartzo; 
  • fibras de vidro. 

Areia de quartzo fina, areia de quartzo grossa e cimento PortlandAreia de quartzo fina, areia de quartzo grossa e cimento PortlandAcervo pessoal (2017).

Cimento Portland CP II E 32

O cimento empregado foi o CP II E 32, um cimento composto basicamente de clínquer, gesso e escória granulada de alto forno (sigla E), conferindo-lhe a característica de baixo calor de hidratação e obtendo resistência mínima de 32 MPA após 28 dias de cura.

Brita de granito

Os agregados graúdos utilizados foram a brita de granito, onde a composição granulométrica se encontra no Quadro 4, obtida no laboratório de Materiais de Construção da Universidade Presbiteriana Mackenzie.

Composição granulométrica da brita de granitoComposição granulométrica da brita de granitoAcervo pessoal (2017).

Agregado miúdo de quartzo

Os agregados miúdos utilizados foram a areias grossas e finas de quartzo, onde as composições granulométricas se encontram no Quadro 5 e no Quadro 6, obtidos no laboratório de Materiais de Construção da Universidade Presbiteriana Mackenzie.

Composição granulométrica da areia fina de quartzoComposição granulométrica da areia fina de quartzoAcervo pessoal (2017).

Composição granulométrica da areia grossa de quartzoComposição granulométrica da areia grossa de quartzoAcervo pessoal (2017).

Fibras de vidro

 A composição, as propriedades constituintes e o tipo das fibras influenciam no modo como o concreto se comporta. Neste trabalho, utilizaram-se as Fibras de Vidro Cem-fil AR (álcali resistente) Anticrak HD W70..

 De acordo com a fornecedora das fibras, esse material foi desenvolvido para ser utilizado como reforço para concreto, argamassas, pré-fabricados e demais materiais cimentícios e por esse motivo, possui elevada resistência ao meio alcalino desse tipo de substrato, o que permite diversos desempenhos, conforme a característica de módulo de deformação do fio, especificadas como HD – alta dispersão ou HP – alto desempenho, conforme a função estrutural necessária.

Segundo a ficha técnica do produto (2015, p.1),

Com um elevado número de filamentos por kg (excelente controle das fissurações na fase plástica do concreto) e, com uma densidade (2,68g/cm3) muito próxima à do concreto (2,4g/cm3), a fibra de vidro Cem-Fil® AR (álcali resistente) Anti-Crak™ HD W70 são facilmente incorporadas e homogeneizadas na mistura. Sendo assim, não afloram na superfície nem decantam, proporcionando um efetivo reforço randômico no controle das fissurações por retração e melhorando o acabamento superficial e a aparência final do piso.

 As fibras utilizadas neste estudo possuíam diâmetro nominal de 14 microns, comprimento de 12 mm e módulo de elasticidade (E=72 GPa). Segundo a ficha técnica fornecida pelo fabricante, essas características proporcionam um eficaz controle de fissurações por retração no concreto, tanto na fase plástica do concreto (endurecimento do concreto) como também na fase endurecida, que propiciam um incremento de até 18% no módulo de elasticidade do concreto na fase endurecida. O Quadro 7 mostra as características dessas fibras de vidro.

Principais propriedades das fibras de vidro de 6 mm e 12 mmPrincipais propriedades das fibras de vidro de 6 mm e 12 mmConstruquimica (2017).

 PROGRAMA EXPERIMENTAL

 Esta seção tem por finalidade apresentar a metodologia adotada para a realização das análises experimentais do comportamento do concreto com adição das fibras de vidro, constituída pelas seguintes etapas:

  • determinação das dosagens e planejamento da moldagem de corpos-de-prova;
  • mistura, determinação da consistência pelo abatimento do tronco cone e da massa específica;
  • moldagem dos corpos-de-prova;
  • determinação da velocidade de propagação de onda ultra-sônica;
  • ensaio de compressão axial, tração por compressão diametral e tração na flexão com carga aplicada no meio do vão livre.

 Foram seguidas todas as recomendações e procedimentos apresentados pela ABNT nos ensaios empregados neste estudo.

Dosagens dos concretos e planejamento da moldagem de corpos de prova

Para avaliação da interferência das fibras de vidro adicionadas ao concreto, foram estudadas adições para cada traço com as seguintes quantidades:

  • sem fibra;
  • teor I (80 gramas);
  • teor II (200 gramas).

  As diferentes dosagens de fibra foram baseadas de acordo com a ficha técnica do fabricante, como mostra a Figura 4.

Dosagens das fibras de vidroDosagens das fibras de vidroFicha técnica de fibras de vidro da Construquimica (2017).

Optou-se em realizar o estudo em um traço rico em cimento com proporção 1:4,5 e outro mais pobre em cimento com relação 1:5,5. O Quadro 8 e o Quadro 10 apresentam esses traços com as suas respectivas quantidades de materiais e fibras de vidro adicionadas para mistura do concreto, e o Quadro 9 e o Quadro 11 mostram as porcentagens de cada um deles.

Traço I e quantidades de materiaisTraço I e quantidades de materiaisAcervo pessoal (2017).

Traço I e porcentagens de materiaisTraço I e porcentagens de materiaisAcervo pessoal (2017).

Traço II e quantidades de materiaisTraço II e quantidades de materiaisAcervo pessoal (2017).

Traço II e porcentagens de materiaisTraço II e porcentagens de materiaisAcervo pessoal (2017).

Definidos os teores de fibras e as quantidades de cada componente para cada traço do concreto, foram realizadas as programações da moldagem de corpos de prova.

A programação da moldagem foi feita a partir do número de 5 CP’s (corpos de prova), para cada ensaio, como mostra o Quadro 12.

Quantidade de corpos de prova para cada ensaioQuantidade de corpos de prova para cada ensaioAcervo pessoal (2017).

Mistura, determinação da consistência pelo abatimento do tronco cone e da massa específica

 Para a mistura do concreto, os agregados foram pesados em uma balança digital de bancada (modelo 2098 da Toledo, como mostra a Fotografia 2) e para que houvesse maior exatidão na pesagem das fibras foi utilizado uma balança semanalítica (modelo BK 5002 AGRI da Gehaka, como mostra a Fotografia 3).

Balança digital de bancadaBalança digital de bancadaAcervo pessoal (2017).

Balança semanalítica pesando as fibras de vidroBalança semanalítica pesando as fibras de vidroAcervo pessoal (2017).

Para compor o concreto, sem danificar as fibras, os materiais foram misturados na seguinte ordem: agregado graúdo, agregado miúdo, cimento, água e fibras de vidro. A betoneira utilizada foi no modelo MOB 130 G2 da Fischer, como mostra a Fotografia 4, e as misturas foram feitas de acordo com a ABNT NBR 12821:2009 – Preparação de concreto em laboratório – Procedimentos.

Betoneira modelo MOB 130 G2 da FischerBetoneira modelo MOB 130 G2 da FischerAcervo pessoal (2017).

 Após as misturas e completa homogeneização dos materiais, foram feitos os ensaios de consistência do concreto de acordo com a ABNT NBR NM 67:1998 – Concreto – Determinação da Consistência pelo Abatimento do Tronco de Cone.

 Os moldes, a haste de compactação e a placa base utilizados (vide Fotografia 5) possuem as seguintes características conforme as condições normativas da ABNT NBR 67:1998:

  • molde com forma de um tronco cone oco, com as seguintes dimensões internas:
  • diâmetro da base inferior: 200 mm +/- 2 mm;
  • diâmetro da base superior: 100 mm +/- 2 mm;
  • altura: 300 mm +/- 2 mm;
  • moldes com duas alças localizadas a dois terços de sua altura, de bases superior e inferior abertas e paralelas entre si;
  • haste de compactação reta com seção circular com diâmetro de 16 mm e comprimento de 600 mm, feito de aço e extremidades alongadas;
  • placa de base com função de apoio para o molde, metálica, plana com dimensões maiores que 500 mm e espessura mínima de 3 mm.

Molde, complemento auxiliar tronco-cônico, haste de compactação e placa base utilizados no ensaio de trabalhabilidadeMolde, complemento auxiliar tronco-cônico, haste de compactação e placa base utilizados no ensaio de trabalhabilidadeAcervo pessoal (2017).

Todos os procedimentos foram também obedecidos de acordo com os requisitos publicados na norma deste ensaio.

 O molde e a placa de base foram umedecidos. Com o molde colocado em cima da placa, para o enchimento do mesmo, o operador manteve os pés nas aletas em sua parte inferior para que no momento em que fosse colocado o concreto rapidamente, não houvesse qualquer instabilidade. O enchimento foi feito em três camadas, cada uma com aproximadamente um terço da altura do molde compactado e sendo que cada uma foi compactada com 25 golpes.

 A primeira camada (camada inferior), foi compactada por metade dos golpes com a haste de socamento inclinada em forma de espiral até o centro.

 A compactação da segunda camada e camada superior, foram feitas apenas em sua espessura para que os golpes não penetrassem na camada anterior a elas.

 No preenchimento e compactação da camada superior, o concreto foi acumulado sobre o molde, para manter o excesso sobre a sua superfície durante toda a operação antes de iniciar o adensamento e para facilitá-lo, foi utilizado um complemento auxiliar tronco-cônico.

 Uma vez concluída a completa compactação e adensamento, o molde de concreto foi retirado, levantando-o na direção vertical cuidadosamente em um movimento constante para que o concreto não sofresse movimentos de torção lateral, sendo que essa operação foi realizada entre 5 (cinco) e 10 (dez) segundos.

 Todo o processo, desde o início de preenchimento do molde até sua retirada, foi realizada sem interrupções completando-se em um intervalo de até 150 (cento e cinquenta) segundos.

 Em seguida, foi medido o abatimento do concreto, determinando a diferença entre a altura do molde e a altura do eixo do corpo-de-prova, aproximando os 5 mm mais próximos, como mostra a Fotografia 6.

 A quantidade de água adicionada no concreto foi em função da medida no abatimento do concreto pré-determinada de 60 +/- 10 mm.

Medida do abatimento de um dos concretos preparados para o ensaio de trabalhabilidadeMedida do abatimento de um dos concretos preparados para o ensaio de trabalhabilidadeAcervo pessoal (2017).

 A determinação da massa específica foi realizada de acordo com a ABNT NBR 9833:2009 – Concreto Fresco – Determinação da massa especifica, do rendimento e do teor de ar pelo método gravimétrico.

 Com um recipiente cilíndrico, metálico, com superfícies internas lisas e sem protuberâncias de volume 3,055 litros e massa de 2,58 kg (como mostra a Fotografia 7), executou-se o adensamento manual do concreto. Devido à sua consistência medida pelo abatimento tronco de cone e o enchimento do molde, dividiu-se em 2 camadas com 30 golpes cada, por conta do volume do recipiente.

 O rasamento foi feito com auxílio de uma régua metálica no topo do recipiente com movimentos vai-e-vem, para que após, as superfícies externas fossem limpas e pesadas na balança (modelo 2098 da Toledo).

 Calculou-se a massa específica do concreto com a média de pelo menos duas determinações da divisão do valor da massa do concreto no recipiente pelo seu volume.

Molde e pesagem para determinação da massa específica do concretoMolde e pesagem para determinação da massa específica do concretoAcervo pessoal (2017).

Moldagem dos corpos-de-prova

 Conforme a ABNT NBR 5738:2015 – Concreto – Procedimento Moldagem e Cura de Corpos-de-prova Cilíndricos ou Prismáticos de Concreto, foram executadas as moldagens para realização dos ensaios.

 Utilizaram-se moldes metálicos cilíndricos com dimensões 10×20 cm e molde metálicos prismáticos com dimensões 10x10x40 cm³, para a moldagem dos corpos-de-prova, como mostra a Fotografia 8 e a Fotografia 9.

 Obedecendo a norma, os moldes eram abertos em seus extremos superiores e desmontáveis para que a desmoldagem não pudesse prejudicar os corpos de prova. O conjunto constituído pelos moldes e suas bases estavam estanques para que fosse evitado a perda de água.

Moldes cilindricos com dimensões 10×20 cmMoldes cilindricos com dimensões 10x20 cmAcervo pessoal (2017).

Moldes prismáticos com dimensões 10x10x40 cm³Moldes prismáticos com dimensões 10x10x40 cm³Acervo pessoal (2017).

Para o adensamento do concreto, optou-se em utilizar o modo manual com o uso da haste de adensamento com diâmetro de 16 +/- 0,2 mm e comprimento 600 mm com um dos extremos em forma semiesférica, como mostra a Fotografia 10.

Haste de adensamentoHaste de adensamentoAcervo pessoal (2017).

 Antes de proceder à moldagem, os moldes foram revestidos internamente com uma fina camada de desmoldante.

 O concreto foi colocado nos moldes cilíndricos em 2 camadas, cada uma com 12 golpes no adensamento manual e em 1 camada nos moldes prismáticos, executando 75 golpes na mesma. O adensamento foi feito de forma que a primeira camada fosse atravessada em toda sua espessura, evitando-se golpear a base do fundo e em casos que houve a segunda camada, a haste penetrou aproximadamente até 20 mm na camada anterior, sendo que a última camada foi moldada com quantidade em excesso de concreto para que após o adensamento, fosse completado todo o volume do molde para fazer o devido rasamento com uma colher de pedreiro adequada, eliminando-se o material em excesso.

 Os moldes cilíndricos permaneceram cobertos com jornal úmido por pelo menos 24 horas  e os prismáticos por 48 horas, para evitar-se a perda de água do concreto.

  Os corpos de prova foram devidamente identificados com um número e a data de moldagem (como mostra a Fotografia 11), para que fossem feitos os ensaios com a cura de 7 e 28 dias enquanto estavam armazenados em câmara úmida à temperatura de 23 +/- 2°C e umidade relativa do ar superior a 95%.

Corpos de prova cilíndricos identificados com número e data de moldagemCorpos de prova cilíndricos identificados com número e data de moldagemAcervo pessoal (2017).

Determinação da velocidade de propagação de onda ultrassônica

 Uma vez concluído o período definido de cura das amostras, foi executado o ensaio de ultrassom nos corpos de prova, de acordo com a ABNT NBR 8802:2013 – Concreto endurecido – Determinação da velocidade de propagação de onda ultrassônica.

 O método de ensaio não destrutivo, para determinar a velocidade de propagação de ondas longitudinais, tem como principais aplicações a conferência da homogeneidade do concreto, como também as suas mudanças no decorrer do tempo, ocasionadas por ataques químicos, principalmente pela ação de sulfatos, além da constatação de eventuais falhas internas de concretagem, profundidade de fissuras e outras imperfeições.

 Para execução deste ensaio os corpos de prova foram limpos. Aplicou-se uma fina camada de acoplantes nas faces dos transdutores, para que fossem colocados nas faces opostas do material, de forma que houvesse um arranjo de transmissão direta.

 Como acoplante utilizou-se a vaselina, que permitiu o contato contínuo entre as superfícies na menor espessura possível entre o material que foi ensaiado e as faces dos transdutores.

 Com os valores da distância entre os pontos de acoplamentos dos centros das faces dos transdutores e o tempo decorrido desde a emissão da onda pelo transdutor-emissor até sua recepção pelo transdutor-receptor, obteve-se os valores da velocidade de propagação.

 Esses valores de velocidade da propagação de onda ultrassônica foram determinados com o auxílio de um equipamento digital, modelo Pundit Plus, mostrado na Fotografia 12.

Equipamento de ultrassom modelo Pundit PlusEquipamento de ultrassom modelo Pundit PlusAcervo pessoal (2017).

 A correlação entre a resistência à compressão e a velocidade de propagação de ondas ultrassônicas, é influenciada pela complexidade da estrutura interna do concreto, e também por fatores que influenciam a resistência de maneira diferente da velocidade de propagação, pois comumente a resistência é controlada pela pasta de cimento, enquanto a velocidade é controlada pelas propriedades do agregado (Popovics, 2001). 

 O agregado exerce uma influência significativa neste ensaio, pois este é o componente que ocupa cerca de 60% a 80% do volume total do concreto e o tempo de propagação das ondas no concreto é a soma dos tempos de propagação na pasta e no agregado.

Ensaios de compressão axial, tração por compressão diametral e tração na flexão com carga aplicada no meio do vão livre

 Após concluídos os períodos de 7 dias e de 28 dias da moldagem dos corpos de prova, os ensaios de compressão axial, tração por compressão diametral e tração na flexão com carga aplicada no meio do vão livre, foram executados de acordo com as especificações de suas respectivas normas.

 Conforme a ABNT NBR 5738:2015, para o ensaio à compressão axial, as bases dos corpos de prova cilíndricos foram preparadas para que se tornassem superfícies planas e perpendiculares ao seu eixo longitudinal. Para isso, utilizou-se a retificação, que consiste na remoção, por uma máquina adaptada para esse fim, de uma fina espessura de material das bases de forma que se garantiu a integridade estrutural das camadas adjacentes à camada removida e proporcionasse uma superfície lisa e livre de ondulações a abaulamentos.

 Seguindo os procedimentos recomendados pela ABNT NBR 5739:2007 – Concreto – Ensaios de compressão de corpos de prova cilíndricos, os corpos de prova cilíndricos que foram colocados entre os pratos de compressão, receberam aplicação controlada de carga de forma que o eixo coincidisse com o da máquina utilizada, modelo Amsler, como mostrado na Fotografia 13.

Ensaio de resistência à compressãoEnsaio de resistência à compressãoAcervo pessoal (2017).

 Os corpos de prova ensaiados receberam uma carga aplicada continuamente, aumentando-se a tensão gradativamente até que ocorresse a ruptura para que fosse obtido os valores das resistências a compressão.

 Semelhante ao ensaio de resistência a compressão, para a realização do ensaio de determinação da resistência à tração por compressão diametral (como mostra a Fotografia 14), foram aplicadas cargas continuas com crescimento da tensão até a ruptura dos corpos de prova, porém posicionados sobre o prato da máquina de compressão de maneira que permanecessem em repouso ao longo de uma geratriz, sendo que entre o corpo de prova e os pratos utilizaram-se duas tiras de chapa dura de fibra de madeira de comprimento igual ao da geratriz do corpo de prova e seção transversal conforme especifica a ABNT NBR 7222:2011 – Concreto e argamassas – Determinação da resistência à tração por compressão diametral de corpos de provas cilíndricos.

Ensaio de resistência à tração por compressão diametralEnsaio de resistência à tração por compressão diametralAcervo pessoal (2017).

 A resistência à tração por compressão diametral foi calculada com a seguinte expressão: 

Fórmula para o cálculo de resistência à tração por compressão diametralFórmula para o cálculo de resistência à tração por compressão diametralOs autores (2017).

Com a mesma máquina utilizada nos ensaios de resistência a compressão axial e à tração por compressão diametral, foram feitos os ensaios de tração na flexão com os corpos de prova prismáticos (como mostra a Fotografia 15), porém, a máquina foi equipada com um dispositivo de flexão para que assegurasse a aplicação de carga ao corpo de prova perpendicularmente às suas faces superior e inferior sem excentricidade, seguindo as recomendações da ABNT NBR 12142:2010– Concreto – Determinação da resistência à tração na flexão em corpos-de-prova prismáticos.

 

Ensaio da resistência à tração na flexão em corpos de prova prismáticosEnsaio da resistência à tração na flexão em corpos de prova prismáticosAcervo pessoal (2017).

 Para rupturas que ocorressem no terço médio da distância entre os elementos de apoio, os cálculos da resistência à tração na flexão foram feitos pela expressão:

Fórmula para o cálculo da resistência à tração na flexãoFórmula para o cálculo da resistência à tração na flexãoOs autores (2017).

RESULTADOS E DISCUSSÕES

Composição e massa específica dos concretos

Antes da realização dos ensaios, foram medidas e determinadas as quantidades de materiais, características e massa específica do concreto de todos os corpos de prova. No Quadro 13, Quadro 14 e Quadro 15 são apresentados esses dados para cada traço com sua respectiva quantidade de fibras de vidro adicionadas no concreto dos corpos de prova ensaiados.

Composição e massa específica do concreto com nenhuma adição de fibraComposição e massa específica do concreto com nenhuma adição de fibraAcervo pessoal (2017).

Composição e massa específica do concreto com 80 gramas de fibraComposição e massa específica do concreto com 80 gramas de fibraAcervo pessoal (2017).

Composição e massa específica do concreto com 200 gramas de fibraComposição e massa específica do concreto com 200 gramas de fibraAcervo pessoal (2017).

Ao submeter os corpos de prova aos ensaios de compressão axial, tração por compressão diametral e tração na flexão com carga aplicada no meio do vão livre, para cada traço para cada um dos teores, foram obtidos os  resultados constante do Quadro 16, Quadro 17, Quadro 18, Quadro 19, Quadro 20 e Quadro 21:

Resultados dos ensaios para corpos de prova com traço 1:4,5 sem adição de fibrasResultados dos ensaios para corpos de prova com traço 1:4,5 sem adição de fibrasAcervo pessoal (2017).

Resultados dos ensaios para corpos de prova com traço 1:4,5 com 0,10% de fibras.Resultados dos ensaios para corpos de prova com traço 1:4,5 com 0,10% de fibras.Acervo pessoal (2017).

Resultados dos ensaios para corpos de prova com traço 1:4,5 com 0,227% de fibras.Resultados dos ensaios para corpos de prova com traço 1:4,5 com 0,227% de fibras.Acervo pessoal (2017).

Resultados dos ensaios para corpos de prova com traço 1:5,5 sem adição de fibras.Resultados dos ensaios para corpos de prova com traço 1:5,5 sem adição de fibras.Acervo pessoal (2017).

Resultados dos ensaios para corpos de prova com traço 1:5,5 com 0,093% de fibras.Resultados dos ensaios para corpos de prova com traço 1:5,5 com 0,093% de fibras.Acervo pessoal (2017).

Resultados dos ensaios para corpos de prova com traço 1:5,5 com 0,233% de fibras.Resultados dos ensaios para corpos de prova com traço 1:5,5 com 0,233% de fibras.Acervo pessoal (2017).

Com a execução dos ensaios de resistência à compressão axial, tração por compressão diametral, tração na flexão com carga aplicada no meio do vão livre e determinação da velocidade de propagação da onda ultrassônica, obtém-se os resultados a seguir.

Ensaios de resistência à compressão axial 

Através dos ensaios de resistência à compressão axial, usando dois traços distintos, são apresentados os seguintes resultados:

Resistência média à compressão axial – Traço 1:4,5Resistência média à compressão axial - Traço 1:4,5Acervo pessoal (2017).

Resistência média à compressão axial – Traço 1:5,5Resistência média à compressão axial - Traço 1:5,5Acervo pessoal (2017).

Após a análise do Gráfico 1, referente ao traço 1:4,5, nota-se que aos 7 dias, os corpos de prova que continham fibras de vidro, apresentaram perda de resistência à compressão axial em relação aos corpos de prova piloto. O mesmo ocorre com os corpos que foram rompidos aos 28 dias de idade. Um dos fatores que interfere na resistência está intrínseco à quantidade de água usada, pois ao serem incorporadas fibras de vidro no concreto, estas apresentam áreas superficiais que demandam água, porém, a quantidade de água necessária para as fibras não foram o suficiente, desta forma, as fibras interferiram de forma negativa na resistência do concreto. Já para o traço 1:5,5, como mostra o Gráfico 2, houve um aumento na relação água/cimento, alcançando a quantidade de água necessária para que as fibras desempenhassem a sua função com eficiência, por isso houve um aumento da resistência a compressão com os corpos com fibras em relação ao corpos de prova piloto. Comparando os dois traços com seus respectivos teores, observa-se que há uma perda de resistência no traço 1:5,5 em relação ao traço de 1:4,5. Este fato deve-se à diminuição da quantidade de cimento, acréscimo de agregados miúdos e de água, aumentando a relação água/cimento, formando uma mistura menos coesa.

 Nota-se que a variação de resistência à compressão axial, com o uso de fibras, é pouco significativa. Resultado esse já esperado, pois sua principal função não está relacionada com a resistência à compressão.

Ensaios de resistência à tração por compressão diametral

Através dos ensaios de resistência à tração por compressão diametral, usando dois traços distintos, são apresentados os seguintes resultados:

Resistência média à tração por compressão diametral – Traço 1:4,5Resistência média à tração por compressão diametral - Traço 1:4,5Acervo pessoal (2017).

Resistência média à tração por compressão diametral – Traço 1:5,5Resistência média à tração por compressão diametral - Traço 1:5,5Acervo pessoal (2017).

Como mostra o Gráfico 3, os corpos de prova pertencentes ao traço 1:4,5 apresentaram, aos 7 dias, perda de resistência conforme o aumento da quantidade de fibras. Aos 28 dias de idade, nota-se que os resultados foram superiores usando 80 g de fibra em relação aos outros teores, assim, conclui-se que existe um ponto de equilíbrio que relaciona a quantidade de fibras incorporadas ao concreto, ou seja, o excesso de fibras na composição compromete a resistência esperada. Este ponto de equilíbrio poderia ser determinado se houvesse um estudo mais abrangente entre a relação da idade do concreto e outros teores de fibras de vidro.

Os corpos de prova do traço 1:5,5, conforme o Gráfico 4, mostram que o uso de fibras de vidro contribuíram para um melhor desempenho de resistência à tração por compressão diametral. Percebe-se que o aumento da quantidade de fibras foi proporcional ao ganho de resistência em ambas as idades em estudo. Desta forma, comprova-se a veracidade da teoria das fibras como ponte de transferência de tensões, diminuindo as fissuras e, consequentemente, aumentando a energia absorvida pelos corpos de prova antes da ruptura.

Assim como nos ensaios de resistência a compressão axial, houve uma diminuição de resistência do traço 1:5,5 em relação ao traço 1:4,5. Tal característica se dá pelo fato do acréscimo de água, agregados miúdos e diminuição da quantidade de cimento.

Ensaios de resistência à tração na flexão com carga aplicada no meio do vão livre

Através dos ensaios de resistência à tração na flexão com carga aplicada no meio do vão livre, usando dois traços distintos, são apresentados os seguintes resultados:

Resistência média à tração na flexão com carga aplicada no meio do vão livre – Traço 1:4,5Resistência média à tração na flexão com carga aplicada no meio do vão livre - Traço 1:4,5Acervo pessoal (2017).

Resistência média à tração na flexão com carga aplicada no meio do vão livre – Traço 1:5,5Resistência média à tração na flexão com carga aplicada no meio do vão livre - Traço 1:5,5Acervo pessoal (2017).

Os resultados dos corpos de prova mostrados no Gráfico 4, referentes ao traço 1:4,5, mostram que aos 7 dias de idade, a quantidade de fibras presentes é inversamente proporcional a resistência apresentada. Isto ocorre por conta da hidratação incompleta do cimento, causando má aderência entre as fibras e a mistura e, por consequência, uma ruptura prematura dos corpos de prova. Aos 28 dias de idade, com a hidratação praticamente completa, percebe-se que houve aderência entre as fibras e o concreto, aumentando a resistência a tração em relação aos corpos de prova sem fibras.

Analisando os resultados obtidos com o traço 1:5,5, mostrado no Gráfico 6, nota-se que houve aumento da resistência a tração em ambas as idades, em relação aos corpos de prova sem fibras. Esse ganho mostra que as fibras tem uma função importante quando se trata de resistência a tração, desempenhando o papel de ponte de transferência de tensões, auxiliando na diminuição de fissuras, aumentando a energia absorvida pelo concreto antes de sofrer ruptura.

DETERMINAÇÃO DA VELOCIDADE DE PROPAGAÇÃO DE ONDA ULTRA-SÔNICA

O ensaio da velocidade de propagação de onda ultra-sônica tem como um dos principais objetivos avaliar as características do concreto internamente, para detectar possíveis descontinuidades dos materiais, sem a necessidade de destruí-lo. Essa velocidade pode ser estabelecida por diversas razões, como por exemplo: quanto maior for a velocidade da onda ultra-sônica, atravessando o concreto, melhor será o adensamento, resultando numa quantidade menor de vazios.

 O Quadro 22 apresenta o resultado do ensaio de ultrassom e de compressão axial aplicado nos corpos de prova de traço 1:4,5, com três diferentes dosagens da fibra de vidro aos 7 dias de idade.

O Quadro 23 apresenta os corpos de prova submetidos ao ensaio de ultrassom e de compressão axial nas idades de 7 e 28 dias, sem adição de fibra de vidro e de traço 1:5,5.

Resultados do ensaio com os corpos de prova de traço 1:4,5 aos 7 diasResultados do ensaio com os corpos de prova de traço 1:4,5 aos 7 diasAcervo pessoal (2017).

Resultados do ensaio com os corpos de prova de traço 1:5,5 aos 7 e 28 diasResultados do ensaio com os corpos de prova de traço 1:5,5 aos 7 e 28 diasAcervo pessoal (2017).

Nos dados apresentados no Quadro 22, nota-se que aumentando a quantidade de fibras de vidro na dosagem, a velocidade de propagação ultrassônica diminui. No entanto, no Quadro 23 com os resultados dos corpos de prova com traço 1:5,5, percebe-se que o concreto com mais idade apresentou maior velocidade.

 Comparando as velocidades obtidas nos traços sem adição das fibras de vidro no Quadro 22 e  no Quadro 23, observou-se que o traço com maior quantidade de cimento (1:5,5), obteve uma diferença de 414 m/s a mais na velocidade média.

 O Quadro 24 compara diferentes valores de velocidade de propagação de onda ultrassônica, classificando-os. Como se observa a seguir:

Classificação da qualidade dos concretos com base na velocidade de pulsosClassificação da qualidade dos concretos com base na velocidade de pulsos(MAZER, 2012).

De acordo com a classificação apresentada no Quadro 24, infere-se que os resultados obtidos nos ensaios mostraram que o concreto ensaiado estava em boa e excelente qualidade, ou seja, um indicio de que apresentavam pequena quantidade de vazios.

 Analisou-se também que há uma relação conjunta da variação da velocidade de propagação com a carga de ruptura dos corpos de prova que apresentam a mesma quantidade de fibras de vidro e mesmo traço. Isso pode ser demonstrado no Gráfico 7, que evidencia uma tendência de quanto maior a velocidade maior a resistência a compressão.

Relação da velocidade de propagação da onda ultrassônica e carga de ruptura nos corpos de prova de traço 1:5,5 sem adição de fibras com idade de 7 e 28 diasRelação da velocidade de propagação da onda ultrassônica e carga de ruptura nos corpos de prova de traço 1:5,5 sem adição de fibras com idade de 7 e 28 diasOs autores (2017).

Conclusão

O desenvolvimento deste presente estudo possibilitou a análise do uso de fibras de vidro como alternativa técnica para a melhoria de resistência do concreto. Em busca de se encontrar resultados que evidenciem o ganho de resistência mecânica, foram feitos ensaios que auxiliaram uma avaliação representativa do objetivo já mencionado no início do trabalho.

Após a realização de todos os procedimentos e ensaios necessários, seguindo as normas apropriadas, conclui-se que o uso de fibras de vidro no concreto trazem melhoras significativas na resistência mecânica, principalmente falando-se de resistência a tração aos 28 dias de idade (onde há hidratação praticamente completa do concreto). O resultado encontrado já era esperado, pois se confirma a teoria que as fibras funcionam como ponte de transferência de tensões, diminuindo as fissuras e, consequentemente, aumentando a energia absorvida pelos corpos de prova antes da ruptura por tração. Nota-se ao decorrer dos resultados que a relação água/cimento também é um fator essencial para o ganho ou perda de resistência, pois como se sabe quanto maior a quantidade de água na mistura do concreto, menor será a resistência encontrada. O uso de dois traços distintos facilitou a observância desse parâmetro, mostrando que em alguns aspectos a água atrapalha o ganho de resistência, principalmente em traços mais pobres. Conclui-se também que o uso exagerado de fibras de vidro em busca de ganho de resistência não é válido, porque com uma maior quantidade de fibra tem-se uma maior área superficial, necessitando assim de uma quantidade maior de água para tornar a mistura coesa, interferindo diretamente na resistência do concreto endurecido.

Em relação à resistência a compressão, nota-se que a variação de resistência, com o uso de fibras, é pouco significativa. Resultado esse já esperado, pois sua principal função não está relacionada com a resistência à compressão.

Pode-se concluir que se deve encontrar um ponto de equilíbrio entre o traço usado e o teor de fibras a ser adicionado para obter uma mistura coesa, com quantidade de água suficiente para a hidratação do concreto, sem excesso de água que possa atrapalhar na resistência final do concreto.

Ao fim do estudo, percebe-se que as fibras de vidro ajudam no ganho de resistência à tração, ou seja, desempenha o seu principal papel. Outros fatores podem ser cruciais e devem ser estudados em trabalhos futuros.

SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS

Para uma maior abrangência a cerca da adição de fibras de vidros e buscar melhores resultados fica como sugestão para trabalhos futuros:

  • uso de teores diferentes de fibras de vidro (entre 80 e 200g);
  • uso de aditivos retentores de água, diminuindo-se a relação água/cimento;
  • possibilidade de rupturas em idades intermediárias (14 e 21 dias);
  • uso de um traço intermediário (como por exemplo 1:5,0).

Como sugestão pode-se estudar o uso de outros tipos de fibras, como polipropileno, bambu (que está em alta) e nylon, comparando os resultados obtidos e traçando qual a melhor alternativa.

feito

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