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Departamento de Engenharia Civil

Caracterização mecânica de compósito cimentício (como material de

reparo) para aplicação em ambientes agressivos

Aluno: Gabriel Vieira Santos

Orientador: Julio Jeronimo Holtz Silva Filho

Co-orientador: Tathiana Caram

1. Introdução

A durabilidade de estruturas tem sido um tópico de interesse devido ao crescente

aumento da relação custo-benefício de serviços de manutenção e reparo associados à

ampliação da concepção de sustentabilidade. Por conta disso, cresce a busca por novos

materiais, sobretudo os compósitos. Esses são formados pela associação de dois ou mais

materiais de diferentes estruturas químicas buscando uma performance mecânica e/ou de

durabilidade otimizada [1]. O concreto convencional é um material obtido a partir da

combinação de materiais que não apresentam as mesmas características que ele quando

avaliados individualmente. Sua simples fabricação é a primeira das vantagens do material,

mas o baixo custo [2] e boa resistência aos esforços de compressão também são aspectos

consideráveis quando avaliado sua ampla reprodução.

Como desvantagem, há o processo de corrosão como uma das principais causas de

patologias em estruturas de concreto armado e pode que ocorrer espontaneamente devido à

redução do pH do substrato e consequente quebra da cobertura catódica das armaduras. Ele é

catalisado pela incursão de íons cloreto, que potencializa a taxa de degradação dessas

estruturas. Sua ação está associada à porosidade, fragilidade e às fissuras inerentes da matriz

cimentícia [1]. Ainda como desvantagens, há algumas limitações quanto a capacidade do

concreto de deformar-se e quanto a fragilidade quando submetido à esforços de tração

(correspondendo apenas a apenas 9 ± 2% da sua resistência à compressão [3]. Para a absorção

desses esforços é usado, além das barras de aço que permitem maior capacidade de

deformação e redução na fragilidade do concreto [4] também fibras dispersas na matriz

cimentícia [5]. A vantagem na opção pelo uso das fibras é a possibilidade de procedimento de

redução da armadura principal, além de minimização da entrada de agentes deletérios. É

necessário um controle desses aspectos.

Em função dos estudos que indicam o aumento da tenacidade à flexão, resistência à

fadiga, ao impacto e maior eficiência após a formação da primeira fissura de concretos

reforçados com fibras, há uma ampla aplicação em matrizes cimentícias das fibras. Sejam de

fibras de aço, vidro, carbono, polipropileno, sisal, curauá, juta [6] e etc. Há ainda importantes

aspectos com relação ao comportamento do compósito após a formação da primeira fissura,

sendo eles: strain hardening e em strain softening. Compósitos strain hardening (SHCC)

quando submetidos a esforços de tração direta apresentam comportamento de acréscimo ou

manutenção da carga após a formação de primeira fissura enquanto a deformação também

aumenta. A avaliação da performance do SHCC sujeito a ações combinadas é importante para

minorar as incertezas acerca da sua resistência e comportamento de longo termo, fatores que

dificultam seu dimensionamento e, por conseguinte a normalização da sua aplicação [1].

1.1 Revisão bibliográfica

1.1.1. Concreto reforçado com fibras e o comportamento strain hardening (SHCC)

No momento da aplicação de tensões na matriz cimentícia convencional, ocorre a

fissuração. Essa fissuração ocasiona uma concentração das tensões na extremidade da fissura,


2

gera um impedimento para o fluxo destas tensões. No momento em que o acumulo da tensão

sobrepõe a resistência da matriz, ocorre a ruptura do material.

O uso de fibras controla a propagação das fissuras na velocidade habitual pois elas

atuam como uma armadura tridimensional que redistribui as tensões aplicadas sobre o

compósito cimentício, aumentando a resistência pós fissuração. Essa atuação, que pode ser

analogamente tratado como uma ponte de transferência de tensões, é determinante para

caracterizar o comportamento do compósito em resposta a aplicação de tensões como pseudo-

dúctil ou não frágil [8]. A figura 1.1 esquematiza a atuação das fibras mediante tensões

concentradas em uma fissura e a redução em volume do compósito reforçado com fibras

quando comparado com uma solução convencional com armadura.

Figura 1.1 – Atuação das fibras como pontes de transferência de tensões e a redução

volumétrica do compósito quando comparado com armaduras convencionalmente usadas. Fonte: google imagens

Durante os anos 70 foram publicados diversos trabalhos sobre compósitos cimentícios

reforçados com fibras, denominado FRC, do inglês fiber reinforced concrete ([13], [14]).

Contudo, nenhum desses trabalhos apresentaram comportamento de enrijecimento pós-

fissuração na tração direta na curva tensão vs deformação. Foi KASPARKIEWICSZ (1978)

[15] o primeiro a usar o termo strain hardening a partir de pesquisas realizadas com a parceria

Instituto de pesquisas fundamental da Polônia com o Instituto de cimento e concreto de

Estocolmo, Suécia. Os ensaios de tração direta realizados em matriz reforçadas com fibras de

aço alinhadas gerou o comportamento strain hardening com múltipla fissuração.

A fim de padronizar a terminologia técnica, a nomenclatura dos compósitos, outrora

chamada para um comportamento particular de ECC (Engineered Cementitious Composites),

foi modificada no ano de 2003 recebendo a designação de SHCC (Strain Hardening

Cementitious Composites). A nova nomenclatura engloba todos os compósitos cimentícios

com comportamento de hardening à tração e que exibem a formação de múltiplas fissuras

[16]. Tal comportamento advém de um dos dois comportamentos característicos que

compósitos cimentícios reforçados com fibras podem ser classificados, a partir da curva

tensão vs deformação, levando-se em conta o desempenho após a formação da primeira

fissura. São eles: strain softening e strain hardening.


3

Compósitos com comportamento de strain softening são caracterizados peça formação

de uma uma única fissura [16] e apresentam comportamento

de perda de rigidez na região pós-fissuração (strain softening ou deflection softening) e

resistência à tração após primeira fissura (σ𝑝𝑐) inferior à resistência de fissuração (σ𝑐𝑐). Já o

comportamento strain hardening ocorre quando os compósitos submetidos a esforços de

tração direta apresentam comportamento de acréscimo ou manutenção da carga após a

formação de primeira fissura (σ𝑝𝑐) enquanto a deformação também aumenta – ele exibe

comportamento macroscopicamente pseudo-ductil [1] com deformações de até 5%. Há

simultaneamente o aparecimento de múltiplas pequenas fissuras (<100 µm), porém que não

comprometem a durabilidade sob a perspectiva de vista de mecanismos de transporte de

agentes agressivos como íons cloreto, CO2 e umidade [16]. Segundo Li (2003), os SHCC

também têm excelente capacidade de resistir a esforços de cisalhamento e sob flexão se

deformam similarmente a um metal dúctil. A tenacidade à fratura deste compósito chega a ser

da ordem de 30 kJ/m², similar à da liga de alumínio [17]. Quando submetidos a tais esforços

de tração na flexão, apresentam comportamento oriundo de outra subclassificação da curva

tensão vs deslocamento: deflection hardening e deflection softening. O SHCC sempre

apresenta o comportamento de strain hardening, enquanto os compósitos strain softening

podem apresentar ambos os comportamentos. A figura 1.2 apresenta compósitos cimentícios

reforçados com fibras com os citados comportamentos.

Figura 1.2 – Esquematização com as curvas tensão vs deformação/deslocamento de

compósitos cimentícios reforçados com fibras e seus comportamentos típicos. Fonte: theconstructor.org

As composições de SHCC estão diversamente avaliados na literatura. A influência da

dimensão do agregado miúdo, a influência da quantidade de cinza volante para melhor

otimização e desempenho mecânico e/ou durabilidade [18] são alguns dos aspectos

considerados, porém os SHCC apresentam caracteristicamente maior teor de cimento quando

comparados aos concretos convencionais. Esse elevado teor, tipicamente duas ou três vezes

maior, é consequência da necessidade de facilitar a dispersão das fibras e do controle da

tenacidade da matriz (o comportamento de múltipla fissuração depende disso). A ausência de


4

agregados graúdos (utiliza-se agregados miúdos naturais ou artificiais), que tendem a afetar

negativamente a ductilidade, também é característica desses compósitos. Essa ausência se

deve ao fato de que quanto maior o tamanho das partículas de agregado, maior será a

aglomeração e interação das fibras [23], além de que a presença de agregados em uma matriz

cimentícia tende a modificar a tenacidade ao fraturamento do compósito, modificando a sua

superfície de fratura [21]. Há ainda a presença de cinza volante na mistura de SHCC, que

reduz a abertura da fissura e torna ductilidade na tração mais robusta quando utilizado em

altos teores [22] e de aditivos químicos como, por exemplo, superplastificante (SP) – visando

uma maior fluidez da matriz e a manutenção de resistências elevadas – e modificador de

viscosidade (VMA) – que atua na água da mistura promovendo uma viscosidade moderada

por meio de uma formação de rede, que detém a água e que mantêm as partículas finas da

mistura , fornecendo maior coesão e evitando a ocorrência de segregação e exsudação –. O

último dos componentes do compósito de SHCC são as fibras.

Apesar da maior constância no uso de fibras de PVA ([7], [18], [19]), ainda há como

possibilidades de reforços fibrosos de compósitos de SHCC com fibras vegetais de linho e

cânhamo (SNOECK et al., 2014) fibras de bamboo, rami (Boehmeria nivea) e sisal, fibras de

madeira e de polietileno e polipropileno. No presente estudo optou-se por fibras de PVA da

KURARAY COMPANY, que são polímeros termoplásticos que podem ser reciclados e,

segundo a fornecedora, totalmente hidrolizados (a Figura 1.3 sua estrutura química). O

comportamento sob tração direta da vibra foi avaliado por JUN e MECHTCHERINE (2010).

Sob a taxa de 0,001 mm/s e comprimento livre de 5 mm, a fibra de 12 mm de comprimento e

0,040 mm de diâmetro (indicado pela KURARAY COMPANY) apresentou resistência a

tração de 1620 MPa, indicando um bom indício pelo qual foi feita a escolha da fibra.

Figura 1.3 – Estrutura química da fibra de PVA

Fonte: OLIVEIRA (2015)

1.2. Objetivos

Esta pesquisa visa a avaliação da incursão de fibras de Fibras Poliyinil Alchool (PVA)

em matrizes de resistência normal para produção de um compósito cimentício de

comportamento strain-hardening (SHCC) após a fissuração quando sujeito à tração direta e

de deflection hardening quando sujeito à tração na flexão. Esses comportamentos relacionam-

se, macroscopicamente, ao aparecimento de múltiplas microfissuras nos corpos de prova. Um

maior controle de formação, abertura e propagação dessas fissuras é imprescindível para a

obtenção dos resultados esperados. Compósitos com essas características constituem uma

capacidade de aplicação como material de reparo e/ou casca pré-fabricada, e os ensaios de

caracterização constituem parte da pesquisa em processo de desenvolvimento [1].

2. Metodologia de Trabalho

2.1. Materiais e métodos

Esta seção apresenta a caracterização dos materiais empregados, o desenvolvimento e o

ajuste da dosagem do SHCC reforçado com fibras de PVA.


5

2.1.1. Materiais utilizados

Os materiais utilizados na produção do compósito foram o cimento Portland CP V do

fabricante Lafarge Holcim, cinza volante produzida comercialmente pela PozoFly (da cidade

de Tubarão/Santa Catarina), areia natural lavada com diâmetro de grãos inferior a 212 µm

passante na peneira 70 procedente de Minérios Lorena (informações no Gráfico 2.1), aditivo

superplastificante Plastol 4100 e aditivo modificador de viscosidade EUCON MV, ambos do

fabricante Viapol. O aditivo Plastol 4100 é uma concentração aquosa com 30% em fase sólida

para concreto que possuir um grande poder de dispersão. O EUCON MV é um aditivo usado

para modificar a viscosidade dinâmica do concreto, gerando alto desempenho e fluidez.

Gráfico 2.1 - Distribuição granulométrica da areia mediante ensaios realizados

Fonte: CARAM [1]

Também foram utilizadas fibras poliméricas de PVA (figura 2.1). As fibras são

KURALON RECS™, têm 12 mm de comprimento por 0,040 mm de diâmetro e foram

fornecidas pela KURARAY COMPANY ®.

Figura 2.1 - Fibra PVA utilizada.

2.1.2. Dosagem e produção do compósito

A base para a composição do compósito SHCC se deu em OLIVEIRA, 2015 [7]. Há

uma substituição parcial do Cimento Portland CP V Holcim-Lafarge (C), visando a redução

do range de particulas, e a adição mineral de cinza volante (CV), conforme mencionado na

seção 1.1.1, que contribui para a redução de reações pozolânicas e/ou do efeito filer. Essa


6

implementação visa a maior resistência e durabilidade do compósito [9]. O aditivo

modificador de viscosidade foi o EUCON MV (VMA) e junto ao ajuste da quantidade da

água utilizou-se o aditivo superplastificante Plastol 4100, que visou a manutenção da fluidez

da matriz e a manutenção de resistências elevadas. As fibras de PVA foram previamente

separadas. A Tabela 2.1 apresenta as proporções dos materiais.

Insumo Quantidade (kg/m³)

SHCC

Cimento Portland CP V Holcim-Lafarge (C) 488,10

Cinza Volante (CV) 593,45

Areia Minérios Lorena (SP) diâmetro máximo 212

µm (AF)

516,13

Aditivo superplastificante Plastol 4100 (S) 0,49

Aditivo modificador de viscosidade EUCON MV

(VMA)

0,73

Água total do traço (A) 380,88

Fibras PVA Kuraray (F) 29,00

Tabela 2.1 - Composição do compósito SHCC. Fonte: Tathiana Caram [1]

O procedimento de mistura seguiu-se da seguinte maneira:

i) Adicionada a areia, 1/3 de água e homogeneizando à 136 rpm por 30 segundos;

ii) Parada para limpeza da cuba e da pá do misturador e incremento de cinza volante.

Homogeneizado por mais 30 segundos à 136 rpm;

iii) Parada para limpeza da cuba e da pá do misturador e incremento do Cimento

Portland CP V. Homogeneizado por mais 1 minuto à 136 rpm. A Figura 2.2 (a)

ilustra o resultado;

iv) Parada para limpeza da cuba, da pá do misturador, para a adição 1/3 da água e do

aditivo superplastificante Plastol 4100. Homogeneizado à 281 rpm durante 1

minuto, resultando na Figura 2.2 (b);

v) Parada para limpeza da cuba, da pá do misturador, incremento do aditivo

modificador de viscosidade EUCON MV e do restante da água. Homogeneizado à

281 rpm durante 1 minuto;

vi) Parada para limpeza da cuba, da pá do misturador e adição gradual das fibras a 136

rpm (Figura 2.2 (c));

vii) Mistura por mais alguns minutos à 281 rpm para uma melhor distribuição das

fibras e consistência da mistura, resultando na Figura 2.2 (d).


7

(a) (b)

(c) (d)

Figura 2.2 – Etapas da preparação do compósito

A partir da verificação da a boa dispersão das fibras, da não segregação dos

componentes e exsudação de água, o compósito obteve a trabalhabilidade desejada. Após o

termino da mistura foi medido o espalhamento na mesa (índice de consistência) flowtable

conforme ABNT NBR 13276/2005 [10]. Os resultados dessas propriedades medidas foram

compatíveis com os determinados em [7] e validaram as quantidades dos aditivos.

2.1.3. Moldagem e cura de corpos de prova de compósito

A moldagem dos corpos de prova foi realizada após o procedimento de mistura descrito

no item 2.1.2. Para o caso dos corpos de prova prismáticos produzidos para realização dos

ensaios de flexão monotônicos, as dimensões foram 75 mm (altura) x 100 mm (largura) x 350

mm (comprimento) (Geometria R) e 30 mm (altura) x 40 mm (largura) x 140 mm

(comprimento) (Geometria A). As formas metálicas eram preparadas com óleo desmoldante

anteriormente ao lançamento do concreto (Figura 2.3) e o adensamento foi realizado com

golpes externos laterais durante o lançamento. Após o preenchimento, foi inserido entalhe e

um plástico filme na face superior. Os corpos de prova foram desmoldados após o 1 dia,

embalados plástico filme e mantidos em câmara com temperatura de 23º até a data do ensaio

(Figura 2.4).

Figura 2.3 - Formas retangulares metálicas de dimensões 75 mm (altura) x 100 mm (largura)

x 350 mm (comprimento)


8

(a) (b)

Figura 2.4 - Corpos de prova moldados e encobertos com plástico filme (a) e o detalhe

do entalhe (b)

Para os ensaios de tração direta foram moldados corpos de prova de seção transversal

de 24 x 40 mm e comprimento de 255 mm no formato de haltere (“Dog Bone”). Essa

geometria (Figura 2.5 (a)) favorece a distribuição das tensões na seção reduzida. O

procedimento de moldagem ocorreu semelhantemente ao de flexão, ou seja, o molde foi

preparado com uma demão de óleo desmoldante, posicionado na horizontal e encoberto na

face superior com plástico filme. A moldagem ocorreu com e sem vibração mecânica das

formas, para avaliação da influência da metodologia nos resultados.

A Figura 2.5 (b) ilustra uma das etapas da moldagem destes corpos de prova.

(a) (b)

Figura 2.5 – Forma do corpo de prova em formato de haltere (“Dog Bone”) (a) e uma das

etapas de moldagem (b).

Para os ensaios de compressão uniaxial foram moldados cilindros de 50 mm de

diâmetro e 100 mm de altura. O molde foi preparado com uma demão de óleo, adensado com

golpes externos e encoberto superiormente com plástico filme. O desmolde se deu após 48

horas nas três geometrias de corpos de prova, e nos corpos de prova de compressão e tração

houve o faceamento da base e do topo para garantir a regularização da superfície e

paralelismo entre as faces. A Figura 2.6 ilustra o corpo de prova cilíndrico moldado para os

testes de compressão.


9

Figura 2.6 – Corpo de prova cilíndrico moldado com o compósito SHCC

2.2. Arranjo experimental dos ensaios mecânicos

Essa seção apresenta os arranjos experimentais dos testes de caracterização mecânica

do compósito quanto à tração, flexão e compressão na temperatura ambiente.

2.2.1. Tração

Para a realização dos ensaios de tração, foi utilizada o atuador de ensaios MST 810

Material Test System, ilustrada na Figura 2.7 (a). A célula de carga utilizada no ensaio de

tração foi de 250 kN e a velocidade de carregamento adotada foi de 0,01 mm/min. A medição

dos deslocamentos ocorreu com dois LVDT’s distados entre 70 a 80 mm e lateralmente

posicionados com relação ao corpo de prova. A figura 2.7 (b) mostra o setup do ensaio dos

ensaios que foram realizados aos 28 dias de idade.

(a) (b)

Figura 2.7 – Teste de tração do SHCC: (a) equipamento de ensaio e (b) setup.

Os corpos de provas tiveram suas faces regularizadas com o uso de uma serra

(manualmente) e depois uma fita dentada (mecanicamente). O ensaio permitiu a obtenção da

densidade de fissuração na tração, segundo a equação 3.1.


10

d = 𝑛

𝐿 Equação 3.1

Onde d é a densidade de fissuração, n é o número de fissuras e L é a região central das

amostras.

2.2.2. Flexão

Os ensaios de flexão em três pontos com conrole pela abertura do clip gage

posicionado na abertura do entalhe se deram sob o regime de carregamento monotônico.

Seguindo os procedimentos da seção 2.1.2, os corpos de prova de maiores dimensões

especificadas na seção 2.1.3 apresentaram os aspectos ilustrados na Figura 2.8.

Figura 2.8 – Corpos de prova desmoldados para o ensaio de flexão em três pontos

O equipamento de ensaio utilizado foi um atuador hidráulico MTS com capacidade de

carga de 100 kN montado em um pórtico rígido com controlador Flextest 60, configurando

um sistema closed loop. Na montagem do aparato, posicionaram-se os roletes de 37 mm de

diâmetro distando-se 500 mm entre si e 25 mm das bordas dos prismas. O rolete de aplicação

de carga era rotulado na direção transversal e houve a centralização da carga em relação à

face superior do corpo de provas.

O Crack Mouth Opening Displacement, CMOD (abertura da fissura), foi medida a partir

da utilização de um clip gage na fissura induzida e à taxa de 0,00013 mm/s. Os ensaios

tornaram possíveis o plot de curvas de tensão vs CMOD, onde os valores de tensão são

obtidos a partir da equação abaixo [11]:

𝜎 = 3∗𝑃∗𝑆

2𝑏ℎ𝑠𝑝2 Equação 3.2

Onde P refere-se à carga, S refere-se ao vão de ensaio, b é a largura do corpo de prova e ℎ𝑠𝑝 é

a distância entre o topo do entalhe e a face superior do prisma.

2.2.3. Compressão

Na realização dos ensaios de compressão, utilizou-se os corpos de provas

dimensionados na seção 2.1.3 e com as faces regularizadas, conforme ilustrados na Figura

2.10. Os cortes nas faces são realizados para garantir a transferência uniforme das tensões

durante o ensaio. O equipamento utilizado foi um atuador CONTROLS com controle por

força, à taxa de 0,25 MPa/s e possibilitou a determinação dos parâmetros de resistência do

compósito com o avanço da idade (ensaios realizados aos 7, 14, 28 e 71 dias) conforme NBR

5739 [10].


11

(a) (b)

Figura 2.10 – Corpos de provas faceados do compósito SHCC (a) e o equipamento utilizado

para a realização do ensaio (b).

3. Resultados e discussão

3.1 Tração

Os ensaios de tração direta realizados aos 28 dias em 7 corpos de prova do compósito

cimentício de SHCC apresentaram suas respectivas curvas tensão vs deformação nos Gráficos

3.1 ao 3.7. O compósito apresenta valores máximos de tensão e de deformação de 3,75 MPa e

de 2,00%, respectivamente.

Gráfico 3.1 Gráfico 3.2

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

0,0 1,0 2,0

TRAÇÃO DIRETA DOGBONEDB G - 28 dias de idade

fck,matriz ≈ 32 MPa

Def LVDT 1

Def LVDT 2

Def LVDT,Med

Def AT

Deformação [%]

Ten

são

[MP

a]

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

0,0 1,0 2,0



Def LVDT 1

Def LVDT 2

Def LVDT,Med

Def AT

Deformação [%]

Ten

são

[MP

a]


12



Gráfico 3.7

Curvas tensão versus deformação sob cargas de tração dos 7 corpos de prova do compósito

SHCC avaliados aos 28 dias de idade

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

0,0 1,0 2,0



Def LVDT 1

Def LVDT 2

Def LVDT,Med

Def AT

Deformação [%]

Ten

são

[MP

a]

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

0,0 1,0 2,0



Def LVDT 1

Def LVDT 2

Def LVDT,Med

Def AT

Deformação [%]

Ten

são

[MP

a]

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

0,0 1,0 2,0



Def LVDT 1

Def LVDT 2

Def LVDT,Med

Def AT

Deformação [%]

Ten

são

[MP

a]

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

0,0 1,0 2,0



Def LVDT 1

Def LVDT 2

Def LVDT,Med

Def AT

Deformação [%]

Ten

são

[MP

a]

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

0,0 1,0 2,0



Def LVDT 1

Def LVDT 2

Def LVDT,Med

Def AT

Deformação [%]

Ten

são

[MP

a]


13

As curvas apresentadas acima mostram que os compósitos apresentaram quedas

aproximadamente bruscas após a primeira fissuração, não caracterizando o comportamento de

enrijecimento e de um processo de múltipla fissuração. Com relação a ductilidade, era

esperado o aumento na matriz cimentícia resultante da atuação das fibras, que “costuram as

fissuras” e retardam a ruptura – no concreto convencional, o material perde toda capacidade

de carga de forma repentina após a primeira fissura–. A relação capacitiva de deformação

apresentada com os resultados acima expostos não sobrepujou a margem de 2% –o que torna

o compósito, ainda assim, cerca de 200 a 300 vezes mais deformável que o concreto

convencional –, estando abaixo dos valores presentes na literatura (entre 3% e 5%) [20].

3.2 Flexão

Os resultados dos ensaios de flexão sob regime monotônico realizados aos 70

(geometria R) e 71 dias (geometria A) de idade nos corpos de prova com as geometrias

apresentadas na seção 3.1.3 tem suas curvas tensão vs CMOD explicitados abaixo (Gráfico

3.8).

(a)

(b)

0,0

2,0

4,0

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0

FLEXÃO 3 PONTOSM-SHCC

71 dias de idadefck ≈ 50 MPa

Geom R -CP1Geom R -CP2

CMOD [mm]

Ten

são

[MP

a]

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

0,0 0,1 0,2



Geom R -CP1Geom R -CP2

CMOD [mm]

Ten

são

[MP

a]

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0



Geom A -CP1Geom A -CP2

CMOD [mm]

Ten

são

[MP

a]

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

0,0 0,1 0,2



Geom A -CP1Geom A -CP2

CMOD [mm]

Ten

são

[MP

a]


14

(c)

Gráfico 3.8 – Curvas Tensão vs CMOD dos compósitos SHCC com geometria R (a) e

geometria A (b) e o comparativo entre as duas geometrias (c)

As tabelas com os valores correspondentes a carga última (Fu), tensão máxima (σt), e as médias e os respectivos desvios padrões (DP) das duas geometrias analisadas.

M-SHCC Geometria R CP Fu Média D.P. σt Média D.P.

[kN] [kN] [kN] [MPa] [MPa] [MPa]

1 2,82

2,96 0,09

2,63

2,77 0,09

2 3,00 2,80

3 2,96 2,77

C.V. 3,11% C.V. 3,11%

(a)

M-SHCC Geometria A

CP Fu Média D.P. σt Média D.P.

[Kn] [kN] [kN] [Mpa] [Mpa] [Mpa]

1 0,63

0,59 0,05

3,67

3,46 0,29 2 0,56 3,26

C.V. 8,33% C.V. 8,33%

(b)

Geometria Fu σtf,m

[kN] [MPa]

A 0,59 3,46

(0,05) (0,29)

R 2,96 2,77

(0,09) (0,09)

(c)

Tabela 3.1 – Tabelas com os valores correspondentes aos ensaios de flexão realizados nos

compósitos SHCC com a geometria R (a), geometria A (b) e o comparativo entre ambos (c).

A partir do estudo comparativo dos resultados acima explicitados, pôde-se constatar uma

tendência de comportamento similar nas curvas tensão vs CMOD de ambas as geometrias,

embora com diferenças nos valores de tensões últimas. O resultado para o corpo de prova de

0,0

2,0

4,0

0,0 0,1 0,2


70, 71 dias de idadefck ≈ 50 MPa

Geom R -CP1Geom R -CP2Geom R -CP3

CMOD [mm]

Ten

são

[MP

a]


15

geometria A, de dimensões menores, apresentou a tendência de alinhamento das fibras na

seção crítica – zona plástica sobre a ponta do entalhe – esperada.

3.3 Compressão

Foram realizados ensaios de compressão de acordo com as determinações da seção 2.2.3.

Os resultados dos ensaios do compósito SHCC reforçado com fibras de PVA apresentaram

valores médios de resistência máxima de 49,2 MPa. A Tabela 3.2 apresenta os resultados dos

ensaios de compressão realizados aos 7, 14, 28 e 71 dias, juntamente com os respectivos

desvios padrão e coeficientes de variação.

Descrição Idade [dias] CP

Pmax [kN]

σmax [Mpa]

Média [Mpa]

D.P. [Mpa]

C.V. [%]

Matriz 7 1 37,6 19,1 19,7 0,7 3,7% Matriz 7 2 39,6 20,2

Matriz 14 3 40,1 20,4 22,6 3,1 13,7% Matriz 14 4 48,7 24,8

Matriz 28 5 62,2 31,7

31,7 4,2 13,3%

Matriz 28 6 46,3 23,6 Matriz 28 7 66,6 33,9 Matriz 28 8 66,1 33,7 Matriz 28 9 62,0 31,6 Matriz 71 1 102,8 52,4

49,2 2,5 5,0% Matriz 71 2 93,3 47,5 Matriz 71 3 96,6 49,2 Tabela 3.2 – Resultados dos ensaios de compressão realizados aos 7, 14, 28 e 71 dias.

A partir destes dados, pôde-se avaliar que o crescimento da resistência se deu em

62,1% do valor máximo aos 7 dias de idade. Esse aumento inesperado da resistência com o

envelhecimento do compósito (esquematizado nos gráficos 3.9) configurou um aspecto

comprometedor quanto aos apresentados aos presentes na literatura, como em OLIVEIRA

(2015)[7], iguais a 35,7 MPa ± 10,3% para a resistência à compressão.

Gráfico 3.9 – Esquematização com o aumento da resistência com a idade nos ensaios de

compressão realizados no compósito SHCC reforçado com fibras de PVA

0

10

20

30

40

50

0 50 100

Ten

são

(M

Pa)

Idade (dias)

Crescimento resistência c/ idade


16

4. Conclusões Neste trabalho, compósitos cimentícios tipo SHCC reforçados com fibras de PVA

foram estudados. Como resultados dos ensaios de compressão uniaxial realizados, foram

obtidos aumentos em graus inesperados dos 28 aos 70 dias, que elevaram a dificuldade do

controle da abertura de fissuras – picos altos relacionados a tensão de primeira fissura estão

interligadas com esta resistência a compressão –. Esses aumentos de resistência, foram

inesperados e ocasionaram em parâmetros próximos para o compósito que interferem de

forma prejudicial no comportamento da tração direta. Com base nos demais ensaios

mecânicos realizados, pôde-se concluir que o compósito SHCC apresentou grau de

deformação inferior ao encontrado na referência da presente pesquisa [7] com uma densidade

inferior de micro-fissuras. Adiante serão desenvolvidos novos ensaios para otimizar essas

variáveis e melhorar a formação e controle de novas fissuras, o que garantirá a manutenção da

carga após a fissuração e, por conseguinte, uma performance strain hardening mais bem

definida.

5. Referências bibliográficas 1 – FIGUEIREDO, T.C.S.P. "ESTUDO EXPERIMENTAL DE SHCC COM FIBRAS DE

PVA SUJEITO À COMBINAÇÃO DE CARREGAMENTOS MECÂNICOS E

AMBIENTAIS" - Pesquisa em andamento - Requisito parcial para obtenção do grau de

Doutor em Engenharia Civil no Programa de Pós-graduação PUC-Rio. Orientador: SILVA,

F.A. Rio de Janeiro, 2018.

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CE-18:406.03 - Comissão de Estudo.

11 – Projeto NBR 5739/1993 CB-18 − Comitê Brasileiro de Cimento, Concreto e Agregados

CE-18:301.02 - Comissão de Estudo de Métodos de Ensaios Mecânicos para Concreto.

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