ANAIS DO 54 CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2012 54CBC 1

Fibras Plsticas Como Reforo de Tubos de Concreto. Parte 1: Caracterizao Tecnolgica

Macro-synthetic Fiber-reinforced Concrete Pipes. Part 1: Technological Characterization

Antonio Domingues de Figueiredo (1); Albert de la Fuente Antequera (2); Antonio Aguado de Cea

(3); Renan Pcolo Salvador (4) ); Renata Campos Escariz (5)

(1) Professor Associado, Departamento de Engenharia de Construo Civil. Escola Politcnica da USP

e-mail: antonio.figueiredo@poli.usp.br (2) Profesor Doctor, Departamento de Ingeniera de la Construccin. Universidad Politcnica de Catalunya

e-mail: albert.de.la.fuente@upc.edu (3) Catedrtico, Departamento de Ingeniera de la Construccin. Universidad Politcnica de Catalunya

e-mail: antonio.aguado@upc.edu (4) Qmico, Construqumica. e-mail: renan.picolo@hotmail.com

(5) Engenheira Civil, Msc,. Construtora Norberto Odebrecht. e-mail: renata_escariz@hotmail.com

Resumo

A utilizao de macrofibras plsticas em concretos vem crescendo progressivamente. Sua aplicao particularmente interessante em ambientes onde h maior nvel de agressividade, pelo fato de serem mais quimicamente inertes. Por se tratar de uma tecnologia relativamente recente, necessrio avaliar seu comportamento mecnico, de forma a caracterizar seu desempenho. Este trabalho apresenta uma caracterizao dos concretos reforados com macrofibras polimricas, comparando o seu desempenho mecnico com as fibras de ao, cuja utilizao j est mais consolidada no mercado. Para tal, utiliza-se de ensaios de caracterizao do material que consistem na determinao da tenacidade no ensaio de flexo de prismas. Em sequncia, so apresentados os resultados obtidos em tubos de concreto reforado com fibras de ao e macrofibras polimricas. Com isto, se obtm uma avaliao comparativa de desempenho dos diferentes nveis de reforo, tendo sido possvel obter consumos com desempenho equivalentes. Os resultados demonstraram que as macrofibras polimricas apresentam uma capacidade de reforo reduzida em relao ao mesmo teor em volume das fibras de ao, o que faz como que o volume de macrofibras necessrio para atender aos requisitos de projeto seja bem superior ao das fibras de ao. Palavra-Chave: tubos de concreto, fibras de ao, macrofibras polimricas, comportamento mecnico

Abstract

The use of macro-synthetic fibers in concrete has presented a constant growth over the past years. Its application is particularly useful in very aggressive environments where there is a higher risk of corrosion, because they are more chemically resistant. Because the macro-synthetic fiber is a relatively new technology, it is necessary to evaluate their mechanical behavior in concrete, in order to characterize its performance. This work presents a characterization of the mechanical behavior of macro-synthetic fiber-reinforced concrete comparing their performance with steel fiber reinforced concrete, whose use is now more consolidated market. In that sense, tests for characterization of the material were carried out with the aim of determining toughness in flexural beam tests. In addition, the results obtained in concrete pipes, reinforced with steel and macro-synthetic fibers are also presented. So, a comparative evaluation of performance at both the basic characterization and as a concrete component was obtained. Fiber consumptions with same level of performance were achieved. The results showed that the macro-synthetic fibers have a lower reinforcement capacity over the same content by volume, which means that the volume of macro-synthetic fibers required to meet design requirements is much higher than that one of steel fibers. Keywords:concrete pipes, steel fibres, synthetic macrofibers, mechanical behavior

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1 Introduo

A necessidade de implantao de sistemas de coleta e tratamento de esgoto no Brasil e em vrios pases em desenvolvimento de conhecimento pblico. Apesar da utilizao de tubos de concreto na produo destes sistemas poder ser considerada como tradicional, as pesquisas focando este tema so de grande interesse, dado o grande volume necessrio para atender as demandas sociais. Alm disso, por ser um produto industrializado, toda a otimizao obtida com estes tubos pode reverter em economia de escala. Por essa razo foram desenvolvidos estudos no Brasil h algum tempo sobre a utilizao de fibras de ao como reforo, como ocorreu na Escola Politcnica da USP (CHAMA NETO, 2002), na Universidade Estadual de Campinas (RAMOS, 2002) e na Universidade Estadual Paulista de Ilha Solteira (FUGII, 2008). A partir destes trabalhos foi demonstrado que o principal fundamento para a avaliao destes componentes a utilizao de um sistema de controle de deformao diametral no ensaio de compresso diametral (FIGUEIREDO et al., 2007). Apesar de recente, o estudo de tubos de concreto reforados com fibras j possibilitou a reviso da norma NBR 8890:2007 - Tubo de concreto, de seo circular, para guas pluviais e esgotos sanitrios, que incorporou a utilizao das fibras de ao como nico reforo do componente (FIGUEIREDO; CHAMA NETO, 2007). A concepo da norma brasileira, publicada em 2007, similar ao recomendado pela norma europia NBN EN 1916:2002 - Concrete pipes and fittings, unreinforced, steel fibre and reinforced, apesar de introduzir algumas inovaes no que se refere avaliao do componente. Esta norma a primeira do Brasil a parametrizar o uso do concreto reforado com fibras de ao, tendo sido desenvolvida em paralelo com a norma de especificao da prpria fibra NBR 15530:2007 (FIGUEIREDO; CHAMA NETO; FARIA, 2008). Assim, hoje possvel contar com o fornecimento de tubos de concreto reforado com fibras de ao no mercado brasileiro. No entanto, como todos os estudos desenvolvidos nesta rea s abordaram apenas o uso das fibras de ao, ainda no possvel utilizar outros tipos de fibras pelo ponto de vista das normas NBR 8890:2007 e NBN EM 1916:2002. No entanto, como as macrofibras polimricas no sofrem com a corroso eletroltica, ao contrrio das fibras de ao, pode-se ter um ganho de durabilidade potencial do compsito com sua utilizao. Alm disso, por serem mais flexveis, as macrofibras no prejudicarem tanto a trabalhabilidade do material (FIGUEIREDO, 2010). No entanto, por se tratar de uma tecnologia relativamente recente, necessrio avaliar o comportamento mecnico dessas macrofibras no reforo do concreto, de forma a caracterizar seu desempenho (FIGUEIREDO, 2010). Com este panorama em vista, foi desenvolvido um estudo experimental avaliando o comportamento mecnico dos concretos reforados com macrofibras polimricas e fibras de ao. Isto ocorreu em dois nveis bsicos sendo o primeiro a avaliao bsica do compsito atravs de ensaios de trao na flexo com deformao controlada, o qual pode ser considerado como o procedimento bsico de avaliao dos concretos reforados com fibras (FIGUEIREDO, 2011a). O segundo nvel de avaliao foi no componente tubo de concreto, atravs do ensaio de compresso diametral, o qual utilizado nas normas para avaliao da capacidade estrutural do componente, somando-se ao procedimento o

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controle de deformao para melhor visualizao do comportamento (FIGUEIREDO et al. 2012).

2 Avaliao da tenacidade em prismas

Para avaliar o comportamento mecnico do concreto reforado com fibras, o mtodo utilizado foi o proposto pela norma EN 14651:2007. Este procedimento experimental prescreve ensaios de flexo de corpos-de-prova prismticos, cujas dimenses so 150x150x550mm3, com vo de ensaio de 500 mm. Entretanto, devido padronizao brasileira de ensaios de trao na flexo optou por utilizar corpos-de-prova com dimenses de 150x150x500 mm3, sendo ensaiados com vo de 450 mm, dado que estas eram as medidas disponveis para frmas e vos dos cutelos. Os corpos-de-prova possuem um entalhe centralizado em sua face inferior, de 5 mm de largura por 25 mm de profundidade. A funo do entalhe induzir o posicionamento da fissura. A carga aplicada por apenas um cutelo superior, centralizado em relao ao vo de ensaio. O deslocamento vertical do corpo-de-prova foi a varivel de controle do ensaio, ou seja, a velocidade do ensaio era controlada pela velocidade de deslocamento imposto ao corpo-de-prova. Uma visualizao do aparato de ensaio est apresentada na Figura 1. Este ensaio muito promissor pelo fato de o novo cdigo modelo fib de dimensionamento de estruturas produzidas com concretos reforados com fibras estar baseado neste ensaio fundamental de controle (di PRISCO et al, 2010).

Figura 1: Esquema de realizao do ensaio com posicionamento de yoke e LVDT no corpo-de-prova.

Foram utilizadas duas velocidades de ensaio: no primeiro trecho, correspondente ao intervalo de abertura de fissura entre 0 mm e 0,10 mm, a velocidade de deslocamento vertical foi de 0,05 mm/min. No segundo, entre 0,10 mm e 4,0 mm, a velocidade de ensaio foi de 0,20 mm/min. A adoo de uma velocidade menor no trecho inicial ocorre por ser esta a etapa crtica da realizao dos ensaios, onde pode ocorrer uma transferncia brusca de carga da matriz para as fibras, gerando a instabilidade ps-pico que j conhecida a bom tempo (FIGUEIREDO; HELENE, 1997). Esse intervalo de deslocamento est associado ao trecho elstico (0 mm a 0,05 mm de deslocamento vertical, aproximadamente) e ao incio do comportamento plstico. No segundo trecho, correspondente ao comportamento ps-fissurao, foi adotada uma maior velocidade de ensaio para que o mesmo no fosse muito lento e por no se esperar nenhum tipo de instabilidade nesta etapa.

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Foram avaliadas duas fibras para reforo de concreto, sendo uma polimrica e uma de ao. Foi utilizada uma matriz (resistncia mdia compresso de 35 MPa), com dosagens de 3,0, 4,5 e 6,0 kg/m3 (0,33%, 0,50% e 0,66% em volume, respectivamente) para a macrofibra sinttica e de 15, 25 e 35 kg/m3 (0,19%, 0,32% e 0,45% em volume, respectivamente) para a fibra de ao. O procedimento de moldagem dos corpos-de-prova foi realizado segundo o mtodo JSCE-SF2 (1984), o qual muito similar ao da norma NBN EN14651:2007. Para cada trao, foram moldados quatro corpos-de-prova prismticos para ensaio de flexo e trs cilndricos de 15 cm de dimetro para ensaio de compresso (ABNT NBR 5739:2007). A Tabela 1 apresenta as caractersticas do trao de concreto utilizado no estudo. As caractersticas das fibras utilizadas no estudo experimental esto apresentadas na Tabela 2. Uma viso das mesmas pode ser obtida a partir das fotos da Figura 2. O valor adotado para o abatimento foi de 120 mm, o qual foi ajustado para a matriz sem fibras. A adio da fibra produz uma reduo de abatimento e este no foi corrigido pelo fato de se utilizar baixos volumes de fibra, o que no proporciona prejuzo significativo compactao do material quando o mesmo vibrado (CECCATO et al., 1997). Com isto, procurou-se verificar o impacto da utilizao da fibra no abatimento do concreto. Tabela 1 Caractersticas da matriz de concreto utilizada no estudo de avaliao da tenacidade na flexo.

Trao unitrio 1,00 : 2,50 : 3,10 : 0,60

Massa especfica / kg/m3 2287

Ar incorporado / % 3,2

Abatimento / mm 120

Teor de argamassa seca / % 53,0

Tabela 2 Propriedades das fibras utilizadas.

Fibra PP AO

Material copolmero de polipropileno virgem ao

Forma monofilamento / fibrilado Tipo A1

Nmero de filamentos por quilograma 221000 4600

Nmero de filamentos por litro 201100 36100

Comprimento / mm 54 60

Dimetro equivalente / mm 0,32 0,75

Densidade / g/cm3 0,91 7,85

Mdulo de elasticidade / GPa 5 210

Resistncia trao / MPa 570 - 660 1100

Para a anlise da curva carga-abertura de fissura segundo a norma EN 14651:2007, so utilizadas duas equaes principais. Com a equao 1, calculada a resistncia da matriz correspondente ao limite de proporcionalidade. J a equao 2 utilizada para calcular as resistncias residuais em 0,50, 1,50, 2,50 e 3,50 mm de abertura de fissura (fR,1, fR,2, fR,3 e fR,4, respectivamente).

f f

ct,L = (3.FL.l) / (2.b.hsp2) (1)

fR,j = (3.Fj.l) / (2.b.hsp2) (2)

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Onde,

f fct,L: Limite de proporcionalidade (MPa);

fR,j: Resistncia residual flexo correspondente abertura de fissura j, onde j = 0,50, 1,5, 2,5 ou 3,5mm fR,1, fR,2, fR,3 e fR,4, respectivamente (MPa);

FL: Carga mxima de ensaio no intervalo de abertura de fissura de 0 a 0,50mm (N); Fj: Carga correspondente abertura de fissura j, onde j = 0,50, 1,5, 2,5 ou 3,5mm

F1, F2, F3 e F4, respectivamente (N); l: Vo de ensaio (mm); b: Largura do corpo-de-prova (mm); hsp: Distncia entre o topo do entalhe e a face superior do corpo-de-prova (mm).

(a) (b)

Figura 2 Fibra de ao (a) e macrofibra polimrica (b).

Os resultados de resistncia compresso esto mostrados na Tabela 3. Os ensaios foram feitos com o objetivo de caracterizar a matriz de concreto e se observou uma baixa variao entre os resultados. Ou seja, as fibras no influenciaram a resistncia compresso e tal fato confirma com o estabelecido na literatura normativa (di PRISCO, et al, 2010). A resistncia compresso mdia entre todos os ensaios foi de 33,9 MPa, com coeficiente de variao de 3,7%.

Tabela 3 Resultados obtidos para a resistncia compresso.

Fibra Dosagem em volume (%) fcm (MPa)

PP

0,33 33,4 0,3

0,50 34,1 0,7

0,66 33,3 0,1

Ao

0,19 35,5 0,2

0,32 32,1 0,5

0,45 32,9 0,3

Para cada corpo-de-prova prismtico de 150x150x500mm3, foi obtida uma curva de carga por abertura de fissura e para cada conjunto de corpos-de-prova do mesmo trao, foi determinada a curva mdia, a partir das curvas individuais. As Figuras 3 (a) e (b) apresentam as curvas unitrias para a macrofibra PP na dosagem de 3,0kg/m3 (0,33% em volume) e para a fibra de ao na dosagem de 25kg/m3 (0,32% em volume), respectivamente. Percebe-se que as fibras de PP, que possuem maior nmero de filamentos por unidade de volume, apresentam menor disperso nos resultados, no que se refere capacidade resistente ps-fissurao. Em todos os casos, o comportamento

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apresentado nas curvas bem uniforme, sem os sinais de instabilidade ps-pico. Na Figura 4 esto apresentadas as curvas mdias de carga por deslocamento vertical dos concretos reforados com as duas fibras. Verifica-se que as fibras acabam por alterar a resistncia residual ps-fissurao, com pouca influncia na carga de pico, como era esperado, dado que se est trabalhando abaixo do volume crtico de fibras (FIGUEIREDO, 2011a).

Figura 3 Curvas unitrias e mdias obtidas com o concreto reforado com a macrofibra PP na dosagem

de 3,0kg/m3 (a) e com a fibra de ao na dosagem de 25kg/m

3 (b).

Figura 4 Curvas mdias de carga por abertura de fissuras obtidas com o concreto reforado com a

macrofibra PP (a) e com a fibra de ao (b).

A partir da anlise das curvas experimentais, foram calculadas as resistncias residuais em 0,50 mm e 2,5 mm de abertura de fissura, alm das relaes fR,1 / LOP e fR,3 / fR,1 sendo todos estes resultados determinados segundo o critrio da EN14651 (2007). Os resultados esto apresentados na Tabela 4. Estes resultados so importantes porque so base para a utilizao de modelos numricos de previso de comportamento dos tubos,

(a) (b)

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,00

5

10

15

20 Curva mdia

Car

ga

/ k

N

Abertura de fissura / mm

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,00

5

10

15

20 Curva mdia

Car

ga

/ k

N

Abertura de fissura / mm

(a) (b)

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,00

5

10

15

20 0,33%

0,50%

0,66%

Car

ga

/ kN

Abertura de fissura / mm

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,00

5

10

15

20 0,19%

0,32%

0,45%

Car

ga

/ k

N

Abertura de fissura / mm

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conforme o apresentado por de la FUENTE et al. (2012a). Os resultados apresentados na Tabela 4 foram utilizados para a produo de grficos de correlao entre a medida da resistncia residual mdia e o teor de fibra. Nos clculos das razes entre resistncias residuais e a resistncia referente ao limite de proporcionalidade foram utilizados os valores mdios ao invs dos valores caractersticos como recomenda a norma. Isto ocorreu pelo fato da amostragem ser reduzida e no ser possvel estabelecer valores caractersticos com preciso. Foram obtidos ento grficos de dosagem das fibras, apresentados na Figura 5, que permitem avaliar comparativamente o desempenho desses compsitos.

Tabela 4 Limite de proporcionalidade, resistncias residuais em 0,50mm e 2,50 mm de abertura de fissura e relaes fR,1 / LOP e fR,3 / fR,1, calculados a partir das curvas de carga por deslocamento vertical de cada

corpo-de-prova de cada trao.

Fibra Dosagem (%

em volume) LOP (MPa) fR,1 (MPa) fR,3 (MPa) Razo fR,1 / LOP Razo fR,3 / fR,1

PP 0,33 4,46 0,12 1,72 0,04 1,41 0,08 0,39 0,01 0,82 0,04

0,50 4,70 0,23 1,86 0,32 1,94 0,19 0,40 0,08 1,06 0,12

0,66 4,56 0,25 2,08 0,14 2,26 0,28 0,46 0,04 1,09 0,11

Ao 0,19 4,20 0,24 1,92 0,36 1,78 0,41 0,45 0,06 0,92 0,07

0,32 4,39 0,15 2,58 0,25 2,69 0,49 0,59 0,07 1,04 0,10

0,45 4,40 0,50 3,60 0,37 4,28 0,47 0,82 0,10 1,19 0,11

Figura 5 Correlao entre a resistncia residual a 2,5 mm de abertura de fissura e o teor de fibras

expresso em porcentagem do volume do compsito.

Nos grficos da Figura 5 foi obtida excelente aderncia da curva de tendncia aos dados experimentais, visto que o valor de R2 foi superior a 0,9 nas regresses. Como esperado, quando se compara um mesmo teor em volume de fibras de ao e polimricas, as fibras de ao conferem maiores resistncias residuais, proporcionando praticamente o dobro de capacidade resistente residual dada pela fibra de PP. Uma relao de equivalncia de desempenho para um nvel de fR,3 de 2 MPa seria obtido com os teores em volume de 0,22% para as fibras de ao e 0,52% para as macrofibras polimricas. Isto corresponde a um consumo de 17,3 kg/m3 e 4,7 kg/m3 para as fibras de ao e plsticas respectivamente.

y = 1,2302ln(x) + 2,7792 R = 0,9993

y = 2,8036ln(x) + 6,2797 R = 0,9258

0

1

2

3

4

5

6

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7

f R,3

(M

Pa)

Teor de fibra (% em volume)

PP

Ao

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No prximo item, ser verificado se esta condio de diferena comportamental se mantm para os tubos.

3 Avaliao do comportamento em tubos de concreto

Neste item apresentado o procedimento experimental utilizado para avaliar comparativamente o desempenho mecnico das macrofibras polimricas e das fibras de ao como reforo para tubos de concreto. Este estudo faz parte do trabalho experimental da dissertao de mestrado de Escariz (2011). Na produo de todos os tubos de concreto reforados com macrofibras polimricas e fibras de ao foram adotados os mesmos materiais e a mesma dosagem empregada pela empresa fabricante dos tubos. Apenas a quantidade de gua foi alterada em alguns casos para manuteno da trabalhabilidade e, consequentemente, a relao gua/cimento sofreu modificaes. Foram mantidas tambm as recomendaes da norma brasileira NBR 8890:2007 relativas s dimenses e tolerncias, de maneira a no interferir no processo produtivo. O cimento utilizado foi o Portland composto com adio de escria, de resistncia de 40 MPa aos 28 dias (CP II-E 40). O agregado mido utilizado possua uma dimenso mxima de 2,4 mm e um mdulo de finura de 2,60 e massa especfica de 2,63 g/cm3. O agregado grado utilizado era uma brita com 12,5 mm e massa especfica de 2,66 g/cm. A produo dos tubos em escala real e os ensaios de compresso diametral foram executados na fbrica de tubos de concreto Fermix, localizada na cidade de Guarulhos - SP. Foram fixados os teores de 20 kg/m, 25 kg/m, 35 kg/m e 45 kg/m para as fibras de ao. J para as macrofibras polimricas foram fixados os teores de 3 kg/m, 4 kg/m e 5,5 kg/m. Estes teores em massa foram divididos pela massa especfica de cada fibra especificada pelo fabricante, que no caso das fibras de ao de 7,85 g/cm e das macrofibras polimricas de 0,91 g/cm, para obter o volume adicionado para cada fibra conforme Tabela 5.

Tabela 5 Teor em massa e em volume de fibras utilizado na produo dos tubos

Fibra Consumo em massa (kg/m3) Teor em volume (%)

PP

3 0,33

4 0,44

5,5 0,60

Ao

20 0,25

25 0,32

35 0,45

45 0,57

O trao em massa da matriz de concreto utilizado na fabricao de todos os tubos foi de 1:2,4:3,75 (cimento:areia:pedra), sendo que a quantidade de gua no apresentou um valor fixo, pois foi alterada sempre que necessrio visando manter a mesma consistncia do concreto para garantir a moldabilidade de todos os tubos. Isto porque, a matriz tem reologia de concreto seco, e por isso no h metodologia de dosagem pr-estabelecido

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para o ajuste desta matriz. Ento, para melhorar caracterizao da matriz, foram feitos ensaios complementares de compresso de axial em corpos-de-prova cilndricos moldados. De forma a possibilitar estas avaliaes, foi feita uma verificao de desempenho por meio do ensaio de compresso diametral, com controle de deslocamentos nas duas extremidades dos tubos (FIGUEIREDO et al, 2012), em tubos de concreto reforados com macrofibras polimricas e fibras de ao. Foram produzidos, no mnimo, trs tubos para cada determinao, ou seja, trs tubos de concreto simples e trs tubos para cada teor de fibra. Todos os tubos foram produzidos no mesmo equipamento e com as mesmas dimenses de 1000 mm de dimetro nominal, 1500 mm de comprimento e parede de 80 mm de espessura (Figura 6), destinados a atender os requisitos para a produo de canalizaes de redes de guas pluviais. Essas dimenses foram utilizadas, pois so as mximas aceitas para tubos reforados com fibras de ao, segundo NBR 8890:07. Em tubos de maiores dimetros, as fibras de ao, mesmo com alta resistncia mecnica e alto mdulo, necessitam de elevados teores para atingirem os requisitos mnimos para atuarem como reforo (de la Fuente et al., 2012a). Assim, embora no abordado nesse estudo, importante a realizao de avaliaes futuras do emprego das macrofibras polimricas em tubos de menores dimetros, para que sejam definidas as condies timas de utilizao das mesmas (de la Fuente et al, 2012c).

Figura 6 Caracterizao geomtrica do tubo utilizado no estudo

Estabeleceu-se como critrio que todos os tubos moldados no apresentassem defeitos ou variao substancial nas condies de produo. Assim, se houvesse alguma dvida, mais tubos eram produzidos para se garantir o nmero mnimo de trs tubos por varivel. Dessa forma foram produzidos doze tubos de concreto reforados com fibras de ao, sendo trs tubos com teor de 20 kg/m, trs tubos com teor de 25 kg/m, trs tubos com

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teor de 35 kg/m e trs tubos com teor de 45 kg/m. Foram produzidos dez tubos de concreto reforados com macrofibras polimricas, sendo trs tubos com teor de 3 kg/m, trs tubos com teor de 4 kg/m e quatro tubos com teor de 5,5 kg/m. Como o concreto com fibras apresenta uma menor mobilidade, houve dificuldade para garantir boas condies de moldagem dos tubos. Assim, houve necessidade de ajustes da quantidade de gua. Isto, associado ao fato da perda de rigidez do tubo recm-moldado por no possur tela metlica, provocou empenamentos em boa parte dos tubos. Para evitar que os empenamentos prejudicassem os ensaios foi utilizado um colcho de areia entre o cutelo e o tubo (Figura 7). Tomou-se o cuidado de garantir que o colcho de areia ocupasse exatamente o mesmo local que o cutelo iria ocupar se estivesse em contato direto com o tubo, o que pode ser observado na Figura 7 em conjunto com o aparato de ensaio.

Figura 7 Colcho de areia utilizado para regularizar o contato do cutelo com o tubo.

As resistncias mdias compresso, obtidas no ensaio de compresso axial para cada teor da macrofibra polimrica, esto apresentados na Tabela 6 onde se pode observar que o desempenho foi similar ao obtido no estudo anterior com flexo de prismas.

Tabela 6 Resultados do ensaio de compresso axial nos corpos-de-prova moldados.

Teor de macrofibra de PP 3 kg/m3 4 kg/m

3 5,5 kg/m

3

Resistncia compresso mdia (MPa) 37,1 39,9 34,6

Relao gua/cimento 0,48 0,50 0,48

Para melhor analisar os resultados obtidos no ensaio de compresso diametral foram produzidos grficos de carga por deslocamento diametral. Em todos os grficos h a indicao da carga mnima de ruptura e da carga mnima ps-fissurao exigida pela norma NBR 8890:2007 para o tubo PA1 de 1 m de dimetro nominal. A carga mnima de ruptura por norma de 60 kN/m e, como o tubo utilizado neste estudo possui um comprimento de 1,5 m ento, a carga mnima de ruptura de 90 kN. J a carga mnima ps-fissurao obtida em funo da carga mnima isenta de dano que por norma de 40 kN/m e, como o tubo utilizado neste estudo possui um comprimento de 1,5 m ento, a carga mnima isenta de dano de 60 kN. Dessa forma, a carga mnima ps-fissurao de 63 kN, j que a mesma tem que ser pelo menos 5% maior que a carga mnima isenta de dano.

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Os resultados obtidos com a fibra de ao so mostrados nas Figuras 8 a 11, e as cargas de ruptura e ps-fissurao esto destacadas nas Tabelas 7 e 8. A partir das curvas pode-se observar que com 20 kg/m da fibra de ao, apenas um tubo atingiu a carga de ruptura e nenhum dos trs tubos atingiu a carga mnima na fase ps-fissurao. J com 25 kg/m, apenas um tubo no atingiu tanto a carga mnima de ruptura como a carga mnima ps-fissurao. J com 35 e 45 kg/m todos os tubos conseguiram atingir a carga mnima de ruptura e a carga mnima ps-fissurao, chegando a super-las em aproximadamente 20% e 64%, respectivamente.

Figura 8 Curvas de carga por deslocamento obtidas no ensaio de compresso diametral dos tubos com 20 kg/m da fibra de ao.

Os tubos reforados com a macrofibra polimrica receberam o mesmo tratamento experimental. Assim, os resultados obtidos no ensaio de compresso diametral se encontram apresentados nas Figuras 12 a 14 e as cargas de ruptura e ps-fissurao esto destacadas nas Tabelas 9 e 10. A partir das curvas acima se pode observar que com todos os teores utilizados para a macrofibra polimrica nenhum dos tubos atingiu a carga de ruptura e a carga ps-fissurao requerida. A curva 1 da Figura 13 apresentou valores bem inferiores ao dos apresentados pelos demais tubos. Isto ocorreu porque, durante o processo de fabricao do tubo, o concreto ficou muito tempo no misturador devido a atrasos de execuo e, provavelmente, houve incio das reaes de hidratao. Para poder utiliz-lo foi colocado um pouco mais de gua, o que prejudicou sua resistncia final. Isto evidencia o quanto a qualidade do concreto dos tubos com fibras interfere na sua resistncia compresso diametral.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 2 4 6 8 10 12

Carg

a (

kN

)

Deslocamento (mm)

tubo 1 tubo 2 tubo 3 Carga mnima de ruptura Carga mnima ps-fissurao

ANAIS DO 54 CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2012 54CBC 12

Figura 9 Curvas de carga por deslocamento obtidas no ensaio de compresso diametral dos tubos com 25 kg/m da fibra de ao.

Figura 10 Curvas de carga por deslocamento obtidas no ensaio de compresso diametral dos tubos com 35 kg/m da fibra de ao.

0

20

40

60

80

100

120

0 2 4 6 8 10 12

Carg

a (

kN

)

Deslocamento (mm)

tubo 1 tubo 2 tubo 3 Carga mnima de ruptura Carga mnima ps-fissurao

0

20

40

60

80

100

120

0 2 4 6 8 10 12

Carg

a (

kN

)

Deslocamento (mm)

tubo 1 tubo 2 tubo 3 Carga mnima de ruptura Carga mnima ps-fissurao

ANAIS DO 54 CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2012 54CBC 13

Figura 11 Curvas de carga por deslocamento obtidas no ensaio de compresso diametral dos tubos com 45 kg/m da fibra de ao.

Tabela 7 Resultados de carga de ruptura obtidos no ensaio compresso diametral para os tubos com fibra de ao.

Teor de fibra Carga de ruptura

(kN)

Valor Mdio

(kN)

Desvio Padro

(kN)

Coeficiente de

variao (%)

20 kg/m 93

88,67 3,79 4,27

87

86

25 kg/m 88

93,33 5,51 5,90

99

93

35 kg/m 102

107,33 4,62 4,30

110

110

45 kg/m 107

106,67 3,51 3,29 103

110

A partir dos resultados obtidos no ensaio de compresso diametral foram elaboradas correlaes entre a carga mxima ps-fissurao e o teor de fibra de ao e polimrica. Estas correlaes esto apresentadas na Figura 15. Para obter a curva de dosagem foi utilizada regresso logartimica, baseada em resultados prvios j mostrados por Armelin e Banthia (1997) que indicaram ganho no linear de resistncia residual ps-fissurao

0

20

40

60

80

100

120

0 2 4 6 8 10 12

Ca

rga

(k

N)

Deslocamento (mm)

tubo 1 tubo 2 tubo 3 Carga mnima de ruptura Carga mnima ps-fissurao

ANAIS DO 54 CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2012 54CBC 14

com o aumento do teor de fibras. Este comportamento tambm foi observado na etapa anterior onde o estudo foi desenvolvido em prismas, e utilizado com bons resultados para a dosagem do concreto reforado com fibras em diferentes condies de aplicao (FIGUEIREDO, 2011b).

Tabela 8 Resultados de carga mxima ps-fissurao obtida no ensaio de compresso diametral para os tubos com fibra de ao.

Teor de fibra Carga mxima ps

fissurao (kN)

Valor Mdio

(kN)

Desvio Padro

(kN)

Coeficiente de

variao (%)

20 kg/m 51

51,00 5,00 9,80

46

56

25 kg/m 58

63,00 4,36 6,92

65

66

35 kg/m 84

93,33 9,02 9,66

102

94

45 kg/m 100

99,00 4,58 4,63 94

103

Figura 12 Curvas de carga por deslocamento obtidas no ensaio de compresso diametral dos tubos com 3 kg/m da macrofibra polimrica.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 2 4 6 8 10 12

Ca

rga

(k

N)

Deslocamento (mm) tubo 2 tubo 3 tubo 4 Carga mnima de ruptura Carga mnima ps-fissurao

ANAIS DO 54 CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2012 54CBC 15

Figura 13 Curvas de carga por deslocamento obtidas no ensaio de compresso diametral dos tubos com 4 kg/m da macrofibra polimrica.

Figura 14 Curvas de carga por deslocamento obtidas no ensaio de compresso diametral dos tubos com 5,5 kg/m da macrofibra polimrica.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 2 4 6 8 10 12

Ca

rga

(k

N)

Deslocamento (mm)

tubo 1 tubo 2 tubo 4 Carga mnima de ruptura Carga mnima ps-fissurao

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 2 4 6 8 10 12

Carg

a (

kN

)

Deslocamento (mm)

tubo 1 tubo 2 tubo 3

tubo 4 Carga mnima de ruptura Carga mnima ps-fissurao

ANAIS DO 54 CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2012 54CBC 16

Tabela 9 Resultado de carga de ruptura para os tubos com macrofibra polimrica.

Teor de fibra Carga de

ruptura (kN)

Valor Mdio

(kN)

Desvio Padro

(kN)

Coeficiente de

variao (%)

3 kg/m 74

78,00 3,46 4,44

80

80

4 kg/m 76

75,33 0,58 0,77

75

75

5,5 kg/m 78

76,67 1,53 1,99 75

77

Tabela 10 Resultado de carga mxima ps-fissurao para os tubos com macrofibra polimrica.

Teor de fibra Carga mxima ps

fissurao (kN)

Valor Mdio

(kN)

Desvio Padro

(kN)

Coeficiente de

variao (%)

3 kg/m 22

24,33 3,21 13,21

23

28

4 kg/m 32

30,67 2,31 7,53

28

32

5,5 kg/m 36

38,33 2,08 5,43

39

40

A partir das curvas de dosagem pode-se observar que as fibras de ao apresentam desempenho mecnico muito maior em relao s macrofibras polimricas. A diferena de padro comportamental foi similar ao ocorrido no estudo com prismas. A fibra de ao apresenta melhor desempenho global porque possui maiores resistncia e mdulo de elasticidade. A influncia da resistncia j foi evidenciada anteriormente no trabalho de Chama Neto (2002), onde foram comparadas fibras de ao de diferentes nveis de resistncia. Neste caso, os tubos de concreto reforado com fibras de ao de maior resistncia apresentaram desempenho bem superior ao reforado com fibras menos resistentes. Assim, os tubos com macrofibras polimricas atingiram cerca da metade da resistncia residual ps-fissurao dos valores alcanados com as fibras de ao, ou seja, para o mesmo teor em volume, as macrofibras polimricas apresentam valores cerca de 50% inferiores ao das fibras de ao. Da mesma forma como foi feito na anlise dos resultados em prismas, aqui se tentar obter a equivalncia de desempenho para um dado nvel de resistncia residual em termos de consumo de fibra. Apesar de no haver concomitncia das curvas para a mesma faixa de resistncia, procurou-se obter o consumo necessrio para o valor de resistncia residual de 40 kN. Neste caso, o teor de fibra de ao necessrio seria 0,22% e o de macrofibras de 0,64%, correspondendo a 17,3 kg/m3 e 5,8 kg/m3, respectivamente. Ou seja, a diferena de desempenho foi ainda maior para os tubos em relao aos

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prismas, dados os teores equivalentes encontrados. Alm disso, quanto maior for o dimetro do tubo de concreto maior a necessidade de reforo com fibras para atender as exigncias de desempenho estabelecidas nas classes resistentes da norma, o que j foi comprovado numericamente (de la FUENTE et al., 2012b). Isto dificultou a aprovao nos critrios da NBR 8890:2007. Assim, para que estes tubos pudessem atingir as cargas especificadas nesta norma seria preciso aumentar o teor ou o comprimento das fibras, o que iria dificultar a moldagem dos tubos.

Figura 15 Correlao logartmica entre a carga mxima ps-pico e os teores das fibras utilizadas no estudo.

4 Concluses

As macrofibras polimricas, apesar do grande potencial de utilizao que tm, apresentaram desempenho mecnico inferior ao das fibras de ao em ambas as condies de verificao. Ou seja, tanto no ensaio bsico de caracterizao da tenacidade, como no ensaio de avaliao de um componente com funo estrutural, como o caso dos tubos de concreto, a resistncia residual das macrofibras polimricas foi cerca de metade do apresentado pelas fibras de ao no mesmo teor em volume. No entanto, isto no inviabiliza por suposto o uso das macrofibras, as quais devem ser utilizadas com consumos que garantam o mesmo nvel de desempenho. Neste estudo, foram obtidos teores de macrofibras de 4,7 kg/m3 e 5,8 kg/m3 equivalentes a 17,3 kg/m3 de fibras de ao para as avaliaes em prismas e tubos, respectivamente. Obviamente que a deciso de que fibra se vai utilizar ir depender do custo e de aspectos executivos associados a cada um dos respectivos teores equivalentes. Vale ressaltar que os resultados obtidos neste trabalho no podem ser extrapolados para toda e qualquer condio de aplicao e o objetivo apenas ilustrar como se deve procurar atender s exigncias de desempenho em igualdade de condies para o reforo com fibras. Isto porque o elemento estrutural em anlise acaba por interferir no tipo de resposta do material, como j foi bem observado por di Prisco et al (2010). Esta resposta depende

y = 23,114ln(x) + 49,872 R = 0,9994

y = 63,589ln(x) + 138,2 R = 0,9613

0

20

40

60

80

100

120

0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7

Ca

rga

m

xim

a p

s

-pic

o (

kN

)

Teor de fibra incorporado (% em volume)

PP

Ao

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tambm do grau de redundncia da estrutura e de outros fatores. Isto j foi comprovado para o caso dos tubos onde o desempenho da fibra acaba por ser ampliado com a diminuio dos dimetros (de la FUENTE et al., 2012b). Assim, as avaliaes de relao de equivalncia so fundamentais e devem ser estudadas caso a caso, atravs de estudos de dosagem especficos ou de avaliaes de desempenho como o caso dos tubos. Por isso, refora-se a importncia da realizao de estudos futuros com macrofibras polimricas em tubos de menores dimenses, onde seu potencial de atendimento de desempenho maior (de la FUENTE et al., 2012c).

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