Artigo Concreto Reforado Com Fibras Hibrido (Verso 34)

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    12-Dec-2015

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  • ANAIS DO 55 CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2013 55CBC 1

    Avaliao do comportamento mecnico do concreto com reforo hbrido de fibras

    Evaluation of mechanical behavior of hybrid fiber reinforced concrete

    Alan Renato Estrada Cceres(1); Antnio Domingues de Figueiredo(2); Renata Monte(3) (1) Mestrando, Depto. de Engenharia de Construo Civil, Universidade de So Paulo.

    (2) Professor Associado. Depto. de Engenharia de Construo Civil, Universidade de So Paulo. (3) Doutoranda, Depto. de Engenharia de Construo Civil, Universidade de So Paulo.

    Av. Prof. Almeida Prado, trav. 2, n.83. Cidade Universitria. So Paulo, SP. Brasil. CEP 05508-900

    Resumo

    Um dos fatores que potencializaro a aplicao do concreto reforado com fibras (CRF) em estruturas a publicao do novo fib Model Code, onde se estabelecem exigncias para o estado limite de servio (ELS) e estado limite ltimo (ELU). Em funo de estudos anteriores, observou-se que h uma possibilidade de se otimizar o reforo do CRF combinando fibras de ao e macrofibras polimricas. Assim, foi desenvolvido um estudo experimental com o objetivo de avaliar o comportamento mecnico do concreto com reforo hbrido de fibras. O principal objetivo foi comparar a interao de cada tipo de fibra com a matriz de concreto e a influncia somada destas fibras no comportamento ps-fissurao. Foi utilizada uma fibra de ao e uma macrofibra polimrica feita de copolmero de polipropileno virgem e uma nica matriz de concreto de baixa resistncia para evitar a instabilidade ps-pico. As fibras foram incorporadas individualmente e em conjunto ao concreto. Foram determinadas a resistncia de trao na flexo e a resistncia residual ps-fissurao dos compsitos. Dos resultados obtidos concluiu-se que os concretos reforados com fibras de ao aumentam a resistncia residual para fissuras de menor abertura, embora seu comportamento na ps-fissurao diminui gradualmente, mostrando uma tendncia ao slip-softening. Os concretos reforados com macrofibra polimrica mostram um patamar constante de resistncia residual ps-fissurao ou mesmo um slip-hardening quando o teor de macrofibras usado foi maior. Isto significa que a macrofibra polimrica tem maior influencia para maiores aberturas de fissura e, conforme se aumenta o teor de macrofibra polimrica, o comportamento mecnico do concreto hbrido no ELU tende a melhorar. Esta tendncia possibilita projetar materiais compsitos combinados com distintos nveis de reforo no ELS e ELU. Palavra-Chave: Concreto com reforo hbrido de fibras, fibra de ao, macrofibra polimrica, ps-fissurao.

    Abstract

    One of the factors that could increment the fiber reinforced concrete (FRC) structural applications is the publication of the new fib Model Code, which establishes requirements for the serviceability limit state (SLS) and ultimate limit state (ULS). In previous studies, a possibility to optimization of FRC performance with the use of hybrid reinforcement combining steel fibers and polymeric macrofibers was observed. Thus, an experimental study was carried out to evaluate the mechanical behavior of concrete with hybrid fiber reinforcement. The main objective is to compare the interaction of each fiber type with the concrete matrix and evaluate the influence of these fibers added in post-cracking behavior. A steel fibers and a synthetic macrofiber made from virgin polypropylene copolymer were used in a low strength concrete matrix to avoid post-peak instability during toughness tests. The concrete was reinforced using combined and isolated fibers. Tests were performed to determine the flexural and post-crack residual strength of the composite. From the results, it was possible to observe that steel fibers provide a higher post-crack strength at low level of crack opening, characterizing a typical slip-softening behavior where the bearing capacity is reduced with the increase of crack opening. The macrofibers show a constant level of residual post-crack strength or a "slip- hardening" tendency. In the hybrid FRC there was a minimal tendency to "slip-softening" or even a "slip-hardening" tendency when the macrofiber content was increased. This means that the synthetic macrofiber has higher influence at larger crack openings. As the content of synthetic macrofiber is increased, the mechanical behavior of hybrid FRC at the ULS tends to improve. This tendency enables us to design composite materials combining different levels of reinforcement at SLS and ULS. Keywords: Fiber reinforced concrete, hybrid reinforcement, steel fibers, synthetic macrofiber, post-crack behavior.

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    1 Introduo

    A adio de fibras ao concreto altera de forma significativa seu comportamento mecnico no estado endurecido, conferindo-lhe caractersticas prprias do comportamento dos materiais que as compem. O propsito bsico de usar fibra hibrida tentar obter controle da abertura de fissuras em diferentes zonas do concreto (pasta de cimento ou zona de transio entre a pasta e o agregado), em diferentes idades e a diferentes nveis de carga (QIAN; STROEVEN, 2000 apud HAMEED et al, 2010). Vrias combinaes de diferentes tipos de fibras, em vrios tamanhos, formas e propriedades mecnicas, fornecem comportamentos mecnicos diferentes (ROSSI et al, 1987 apud ALCANTARA et al, 2006). Dois ou mais diferentes tipos de fibras podem ser adequadamente combinados para produzir o compsito e incrementar as propriedades fsicas e mecnicas do compsito a partir da ao de cada uma das fibras, como uma possvel resposta sinrgica (DI PRISCO; PLIZZARI; VANDEWALLE, 2009). As fibras podem ser classificadas pelo valor de seu mdulo de elasticidade comparativamente ao mdulo de elasticidade do concreto. As fibras polimricas possuem mdulo de elasticidade inferior ao do concreto endurecido e so classificadas como fibras de baixo mdulo. J as fibras de ao, que possuem mdulo de elasticidade superior ao concreto, so chamadas de fibras de alto mdulo (FIGUEIREDO, 2011). Recentemente macrofibras polimricas foram produzidas com o objetivo de substituir as fibras de ao, mas o conhecimento do comportamento mecnico do concreto reforado com estas fibras , todavia, ainda limitado (BURATI; MAZZOTTI; SAVOIA, 2010). No entanto, trabalhos recentes tm apontado para a possibilidade de obteno de resultados positivos com a utilizao dessas fibras (SALVADOR, 2013). O propsito de usar simultaneamente as fibras de ao e as fibras sintticas obter melhor desempenho do concreto, aumento da energia de fratura e incremento da tenacidade na regio ps-pico (BANTHIA; SAPPAKITTIPAKORN, 2007). A combinao de fibras metlicas e no metlicas pode oferecer vantagens potenciais para melhorar as propriedades do concreto, bem como h bom tempo conhecido o potencial de reduo de custo total da produo do concreto (BENTUR; MINDESS, 1990). Nesse sentido, alguns estudos j foram realizados com o objetivo de avaliar a utilizao simultnea de diferentes tipos de fibras, como o caso do estudo das propriedades mecnicas do concreto autoadensvel de alto desempenho com reforo hbrido de microfibras polimricas e macrofibras de ao, aps exposio a altas temperaturas proposto por DING et al (2011). No entanto, o concreto reforado com fibras continua a ser uma tecnologia recente e as ideias ainda esto evoluindo para avaliar as caractersticas de um sistema de fibras ideal. Uma possibilidade que ultimamente esta concentrando muito a ateno a hibridizao das fibras. Em um sistema hbrido, dois ou mais tipos de fibras so racionalmente combinados para produzir um compsito buscando benefcios oriundos de cada uma das fibras individuais, resultando em uma resposta sinrgica (BANTHIA; NANDAKUMAR, 2001). Com a presente pesquisa busca-se avaliar a interao de fibras de ao e macrofibras polimricas de maneira hbrida com a matriz de concreto atravs da avaliao de suas caractersticas mecnicas e, assim, comparar a resposta individual de cada um dos tipos de fibra no concreto. Para isto, fez-se a verificao da influncia da adio de cada tipo de

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    fibra, conforme o ensaio de tenacidade preconizado na norma ASTM C-1609 (2010) simplificado, que avalia corpos de prova prismticos submetidos trao na flexo. Pelo mtodo adotado foi medido o deslocamento vertical em funo de uma carga aplicada a corpos de prova prismticos reforados com cada tipo de fibra.

    2 Caracterizao dos materiais

    2.1 Fibras Durante os ensaios foram utilizados dois tipos de fibras: fibras de ao de 29,07 mm de comprimento e 0,61 mm de dimetro, e macrofibras de polipropileno de 53,44 mm de comprimento e 0,29mm de dimetro. Estas caractersticas geomtricas foram avaliadas segundo o indicado pela norma NBR 15530 (2007) e os resultados se encontram apresentados na Tabela 1.

    Tabela 1 - Caractersticas das fibras.

    Tipo Material Forma lf (mm) df

    (mm)

    E

    (GPa)

    Nmero de

    fibras por kg

    Ao Ao Tipo A1 29,07 0,61 210 4600

    Macrofibra

    Polimrica

    Copolmero de

    polipropileno

    virgem

    Monofilamento/Fibrilada 53,44 0,29 5 221000

    As fibras de ao esto de acordo com os requisitos da NBR 15530 (2007) e so classificadas como tipo A1. As macrofibras polimricas (Figura 1a) tm como material utilizado na sua produo um copolmero de polipropileno virgem, sendo composta por duas fases uma monofilamento e outra fibrilada (Figura 1b).

    Figura 1 a) Macrofibra polimrica utilizada; b) Fase monofilamento (esquerda) e fase fibrilada (direita)

    2.2 Cimento O aglomerante utilizado foi um cimento Portland tipo CP II E 32. Conforme os dados do ensaio previamente realizado com o picnmetro a gs hlio, o cimento possui densidade mdia de 3,009 g/cm3 (Tabela 2). A parcela mais significativa de suas partculas possuem tamanhos que varia de 0,06 m at 103,58 m, conforme se pode observar na curva

    b) a)

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    granulomtrica apresentada na Figura 2, a qual foi obtida por meio do ensaio de caracterizao granulomtrica no equipamento QICPIC (Sympatec).

    Figura 2 Distribuio granulomtrica do cimento.

    Tabela 2 - Resultado do ensaio da densidade da areia no picnmetro a gs hlio.

    Tipo de material: Cimento Amostra Massa

    (g)

    P1

    (psi)

    P2

    (psi)

    (g/cm)

    Temperatura de secagem: 110C

    Porta amostra: Micro 1 3,7335 17,154 6,285 3,004

    Data: 21/06/2012 2 3,8957 17,217 6,329 3,002

    Temperatura ambiente: 26,5C 3 3,6923 17,194 6,292 3,020

    Umidade relativa: 56%

    Mdia 3,009

    2.3 Areia A areia utilizada foi artificial proveniente de britagem de rocha. A areia tem um dimetro mximo de 4,8 mm e uma densidade mdia de 2,684 g/cm3 (Tabela 3). A distribuio granulomtrica da areia pode ser visualizada na Figura 3, a qual tambm foi determinada pelo ensaio de caracterizao granulomtrica no equipamento QICPIC (Sympatec).

    Tabela 3 - Resultado do ensaio da densidade da areia no picnmetro a gs hlio.

    Tipo de material: Areia artificial Amostra

    Massa

    (g)

    P1

    (psi)

    P2

    (psi)

    (g/cm) Temperatura de secagem: 110C

    Porta amostra: Micro 1 6,0261 17,188 6,7 2,688

    Data: 21/06/2012 2 6,0535 17,247 6,729 2,684

    Temperatura ambiente: 26,5C 3 6,0613 17,222 6,722 2,680

    Umidade relativa: 56%

    Mdia 2,684

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    25

    19

    12,5

    9,5

    6,3

    4,75 0 0

    2,36 13,34 13,34

    1,18 19,34 32,68

    0,6 28,57 61,25

    0,3 23,65 84,9

    0,15 11,55 96,45

    4,8

    2,93

    Dimenso Mxima

    Caractersticas (mm)

    Mdulo de Finura

    Porcentagem Retida

    Mdia

    Individual Areia

    Acumulada

    Areia

    Abertura

    das

    Malhas

    (mm)

    Determinaes segundo a ABNT NBR

    7211:2009

    0

    10

    20

    30

    40

    50

    60

    70

    80

    90

    100

    0,1 1 10 100

    PO

    RC

    EN

    TA

    GE

    M R

    ET

    IDA

    ABERTURA DA MALHA

    ANLISE GRANULOMTRICA DA AREIA

    Acumulada Areia limite inferior zona utilizavel

    limite inferior zona tima limite superior zona tima

    limite superior zona utilizavel

    Figura 3 Anlise granulomtrica da areia.

    2.4 Pedrisco O pedrisco tem um dimetro mximo de 12,5 mm, equivalente a brita 0 e tem uma densidade mdia de 2,656 g/cm3 (Tabela 4).

    Tabela 4 - Resultado do ensaio da densidade do pedrisco no picnmetro a gs hlio.

    Tipo de material: Pedrisco Amostra

    Massa

    (g)

    P1

    (psi)

    P2

    (psi)

    (g/cm) Temperatura de secagem: 110C

    Porta amostra: Pequeno 1 19,2539 17,128 6,309 2,657

    Data: 21/06/2012 2 21,5239 17,125 6,479 2,662

    Temperatura ambiente: 26,5C 3 20,5912 17,128 6,416 2,648

    Umidade relativa: 57%

    Mdia 2,656

    3 Procedimento experimental

    3.1 Mistura e moldagem de corpos de prova Para adoo do trao foram tomados como base estudos anteriores de dosagem baseados no mtodo do IPT. Foi adotado o trao 1: 3,275 : 3,225 (cimento : areia : pedrisco) com um teor de argamassa de 57%. Para este trabalho foi utilizado um trao com menor teor de cimento, uma vez que no se pretendia obter altas resistncias compresso. Dessa maneira, evitava-se a ocorrncia da instabilidade ps-pico, a qual acontece com maior intensidade quando h alta resistncia mecnica da matriz (PAIVA; FIGUEIREDO, 2007). A no ocorrncia da instabilidade melhora a preciso do ensaio

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    para menores nveis de fissurao do corpo de prova. A relao gua/cimento da mistura foi de 0,84, e o consumo de cimento foi da ordem de 301,5 kg/m3. Aps a mistura do primeiro trao foi realizado o ensaio de abatimento no tronco de cone (NBR NM 68, 1998), obtendo-se um valor no intervalo de 8010 mm. Por tratar-se de um estudo comparativo somente uma matriz de concreto foi utilizada. Com isto evitou-se a incluso de mais uma varivel que influenciasse nos resultados finais, proporcionando maior confiabilidade na anlise do desempenho das fibras no concreto. As misturas foram realizadas em betoneira previamente imprimada. A sequncia de mistura se deu pela adio dos agregados grado e mido e metade do volume de gua, procedendo mistura por 3 minutos. Em seguida foi adicionado o cimento e o restante de gua (Figura 4a). Aps o termino da mistura do concreto e com a betoneira em movimento, as fibras foram adicionadas mo para obter uma distribuio homognea no concreto (Figura 4b).

    Figura 4 Elaborao do concreto: a) Execuo da mistura; b) Adio de fibras ao concreto.

    Os traos que continham um nico tipo de fibra foram produzidos com os teores de 0,4% e 0,6% em volume de fibras, fossem elas de ao ou de polipropileno. Da mesma maneira, executaram-se os traos com adio de fibras hbridas, onde se fixou o teor da fibra de ao em 0,2% em volume, que foi combinado com teores de 0,2% e 0,4% de macrofibra polimrica, totalizando teores de 0,4% e 0,6% em volume de fibra hbrida (Tabela 5).

    Tabela 5 - Contedo em porcentagem de cada fibra.

    Trao Fibra de ao Fibra de

    Polipropileno

    Quantidade total

    de fibra em

    volume

    1 0,40% 0,4%

    2 0,40% 0,4%

    3 0,20% 0,20% 0,4%

    4 0,60% 0,6%

    5 0,60% 0,6%

    6 0,20% 0,40% 0,6%

    a) b)

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    Para cada um dos traos acima descritos foram moldados 4 corpos de prova prismticos com dimenses de 100mm x 100mm x 400mm, para a realizao dos ensaios de tenacidade segundo o mtodo ASTM C1609 (2010) modificado, e 2 corpos de prova cilndricos com dimetro de 100 mm e altura de 200mm para ensaio de resistncia compresso. Os corpos de prova foram adensados com o auxlio de mesa vibratrio durante 10 segundos, e foram mantidas em temperatura ambiente por 24 horas. No dia seguinte, os corpos de prova foram desmoldados e inseridos na cmara mida a 20C para a cura durante 26 dias. Aos 27 dias de idade os corpos de prova foram retirados da cmara mida e deixados secar ao ar at o dia seguinte quando foram ensaiados sem influncia da umidade de saturao (CERVO, 2005).

    3.2 Mtodos de ensaio O ensaio de resistncia compresso foi realizado em uma prensa tipo universal, com capacidade mxima de carga de 60 toneladas. Os ensaios de resistncia trao na flexo foram realizados em uma prensa universal da EMIC tipo DL 10000 com capacidade mxima de carga de 10 toneladas. Segundo Di Prisco, Plizzari e Vandewalle (2009), o novo fib Model Code pressupe a avaliao dos concretos reforados com fibras segundo a norma EN 14651 (2007), a qual prev a utilizao de um corpo de prova com entalhe inferior e o uso de trs cutelos. A partir deste ensaio possvel fazer a avaliao do desempenho ps-fissurao em dois nveis de abertura de fissura, correspondentes ao CMOD1 e CMOD3, conforme o ilustrado na Figura 5.

    Figura 5 - Classificao de concreto reforado com fibras (Fonte: DI PRISCO; PLIZZARI; VANDWALLE,

    2009).

    Com estes dois nveis de deslocamento, pode-se avaliar o compsito em seu estado limite de servio (ELS) e estado limite ltimo (ELU), os quais correspondem respectivamente aos nveis de abertura fissura CMOD1 e CMOD3. Ento, a resistncia residual ps-fissurao flexo determinada para cada corpo de prova, e se assume as

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    cargas residuais: fR1 e fR3, para as correspondentes aberturas de fissura (CMOD1 = 0,5mm, e CMOD3 = 2,5mm). Tudo isto segundo o ensaio de trao na flexo de acordo a norma EN 14651 (2007), no entanto no foi possvel desenvolver este ensaio devido falta de equipamento no momento. Assim, optou-se pelo ensaio ASTM C1609 (2010) modificado, ou seja, sem sistema closed loop, de modo a permitir a avaliao da resistncia residual para dois nveis de abertura de fissura. Contudo, este ensaio bem distinto do normalmente utilizado para o controle do concreto com fibras no Brasil (JSCE SF4, 1984), o qual no capaz de verificar distintos nveis de resistncia residual para o ELS e ELU (FIGUEIREDO, 2011). Por essa razo, optou-se pela utilizao de uma matriz de baixa resistncia que minorasse o problema.

    A norma ASTM C1609 (2010) estipula dois vos de ensaio, um de 300 mm e o outro de 450 mm de comprimento, dependendo das dimenses do corpo de prova ensaiado. Neste trabalho utilizou-se o vo menor de 300 mm, compatvel com o corpo de prova de 400mm de comprimento. Desta forma, as deflexes analisadas foram de: 0,5mm (L/600) e 2,0mm (L/150). Utilizando a equao [1] extrada da EN 14651 (2007) os valores de deflexo podem ser convertidos em CMOD1= 0,54mm e CMOD3 = 2,31mm, estes valores so prximos ao estabelecido por Di Prisco, Plizzari e Vandewalle (2009) para as aberturas de fissura (CMOD1 = 0,5mm, e CMOD3 = 2,5mm). Assim, estes dois nveis de deflexo podem ser considerados como correspondentes ao ELS e ELU por estarem associados a dois nveis de abertura de fissura. = 0,85.CMOD + 0,04 [1] Onde, = Deflexo (mm), CMOD = Abertura de fissura (mm). Estes resultados correspondem, respectivamente, aos valores de f100,0.5 e f100,2.0, determinados segundo o prescrito pela norma americana para deslocamentos correspondentes a 1/600 e 1/150 do vo que correspondeu a 300 mm. Estes valores so obtidos segundo as equaes [2 e 3] e de acordo com o apresentado na Figura 6. f100,0.5 = (P100,0.5.L)/(B.H

    2) [2] f100,2.0 = (P100,2.0.L)/(B.H

    2) [3] Onde, f100,0.5 = resistncia residual a 0,5 mm de deslocamento do corpo de prova (MPa), f100,2.0 = resistncia residual a 2,0 mm de deslocamento do corpo de prova (MPa), P100,0.5 = carga residual a 0,5 mm de deslocamento do corpo de prova (N), P100,2.0 = carga residual a 2,0 mm de deslocamento do corpo de prova (N), L = vo do corpo de prova (mm), B = largura do corpo de prova (mm), H = altura do corpo de prova (mm).

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    Figura 6 Representao esquemtica para a determinao das resistncias residuais segundo a norma

    ASTM C1609.

    4 Anlise e discusso dos resultados

    4.1 Ensaios de compresso Os resultados expressos na Tabela 6 indicam que os concretos com reforo de um nico tipo de fibra, seja ao ou polipropileno, apresentam uma ligeira reduo da ordem de 1 MPa a 2 MPa no valor da resistncia a compresso, conforme se aumenta o contedo de fibras de 0,4% a 0,6%, para uma mesma matriz de concreto. Porem, os valores obtidos em apenas dois corpos de prova no permitem dizer que esta diferena foi significativa.

    Tabela 6 - Resultados do ensaio de compresso.

    Concreto fc/ MPa Resistncia mdia fcm /

    MPa

    0,4% Fibra de Ao 17,06

    17,13 17,19

    0,6% Fibra de Ao 15,92

    15,98 16,04

    0,4% Fibra de PP 17,44

    17,06 16,68

    0,6% Fibra de PP 16,55

    15,28 14,01

    0,2% Fibra Ao +

    0,2% Fibra PP

    16,42 16,62

    16,81

    0,2% Fibra Ao +

    0,4% Fibra PP

    16,42 16,30

    16,17

    Carga

    Deslocamento

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    Da Tabela 6, para o concreto hbrido reforado com 0,2% de fibra de ao e 0,4% de fibra de polipropileno, fazendo um total de 0,6% de adio em volume; se obteve uma resistncia compresso de 16,30 MPa, ligeiramente superior a seus equivalentes de concreto reforado com 0,6% de fibra de ao (15,98 MPa) e ao concreto reforado com 0,6% de fibra polimrica (15,28 MPa). No entanto, pode-se afirmar que as diferenas foram muito reduzidas podendo-se considerar as matrizes como equivalentes do ponto de vista de resistncia mecnica. Isto justifica a anlise comparativa de desempenho entre as fibras, dado que no houve influncia da matriz.

    4.2 Ensaios de trao na flexo Os grficos das Figuras 7 e 8 mostram os resultados obtidos em termos de curvas de carga por deformao medidas no ensaio ASTM C1609 modificado. Das curvas carga (N) versus deformao (mm) da Figura 7 segundo o mtodo ASTM C1609 (2010), se obteve os valores correspondentes resistncia residual ELS (f100,0.5) e a ELU (f100,2.0), calculados segundo as equaes [2 e 3] e apresentados na Tabela 7 em termos de valores mdios.

    0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.00

    2

    4

    6

    8

    10

    12

    14

    For

    a (

    KN

    )

    Deformao (mm)

    Curva mdia

    0,4% Ao

    0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.00

    2

    4

    6

    8

    10

    12

    14

    For

    a (

    KN

    )

    Deformao (mm)

    Curva mdia

    0,6% Ao

    0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.00

    2

    4

    6

    8

    10

    12

    14

    For

    a (

    KN

    )

    Deformao (mm)

    Curva mdia

    0,6% PP

    (a)

    (b)

    0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.00

    2

    4

    6

    8

    10

    12

    14

    Fo

    ra

    (K

    N)

    Deformao (mm)

    Curva mdia

    0,4% PP

    (c)

    (d)

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    Figura 7 - Curvas de carga por deslocamento vertical segundo ASTM C 1609, utilizando os seguintes teores de fibra: (a) 0,4% Ao; (b) 0,6% Ao; (c) 0,4% Polipropileno; (d) 0,6% Polipropileno; (e) 0,2% Ao

    + 0,2% Polipropileno; (f) 0,2% Ao + 0,4% Polipropileno.

    Tabela 7 - Valores mcorrespondentes a ELS (f100,0.5) e a ELU (f100,2.0) em (MPa), segundo ASTM C1609.

    Fibra de Ao

    Fibra de

    Polipropileno

    Fibra de Ao + Fibra de

    Polipropileno

    0,40% 0,60% 0,40% 0,60%

    0,2% Ao

    + 0,2% PP

    0,2% Ao

    + 0,4% PP

    CP 1 f100,0,5 1,722 2,518 1,740 1,192 1,616 1,956

    f100,2,0 0,814 2,175 0,758 0,715 0,846 1,430

    CP 2 f100,0,5 2,136 1,627 1,390 1,534 1,317 2,074

    f100,2,0 1,805 1,360 1,277 1,328 0,754 1,945

    CP 3 f100,0,5 1,933 2,984 1,547 1,636 1,735 2,760

    f100,2,0 1,452 2,268 1,073 1,383 1,282 2,730

    CP 4 f100,0,5 1,746 1,440 2,015 1,456 1,538 1,256

    f100,2,0 1,658 1,070 0,371 1,166 0,962 1,141

    Mdia f100,0,5 1,884 2,142 1,673 1,454 1,552 2,012

    f100,2,0 1,433 1,718 0,870 1,148 0,961 1,811

    0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.00

    2

    4

    6

    8

    10

    12

    14

    Fo

    ra

    (K

    N)

    Deformao (mm)

    Curva mdia

    0,2% Ao+0,2% PP

    0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.00

    2

    4

    6

    8

    10

    12

    14

    For

    a (

    KN

    )

    Deformao (mm)

    Curva mdia

    0,2% Ao + 0,4% PP

    (e)

    (f)

  • ANAIS DO 55 CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2013 55CBC 12

    Figura 8 - Comparao de curvas mdias de carga por deslocamento vertical segundo ASTM C 1609,

    utilizando os seguintes teores de fibra: (a) 0,4% Ao e 0,6% Ao; (b) 0,4% Polipropileno e 0,6% Polipropileno; (c) 0,4% Polipropileno, 0,4% Ao, 0,2% Ao + 0,2% Polipropileno; (d) 0,6% Polipropileno,

    0,6% Ao, 0,2% Ao + 0,4% Polipropileno; (e) 0,2% Ao + 0,2% Polipropileno, 0,2% Ao + 0,4% Polipropileno.

    0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.00

    2

    4

    6

    8

    10

    12

    14

    For

    a (

    KN

    )

    Deformao (mm)

    0,4% Ao

    0,6% Ao

    0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.00

    2

    4

    6

    8

    10

    12

    14

    For

    a (

    KN

    )

    Deformao (mm)

    0,4% PP

    0,6% PP

    0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.00

    2

    4

    6

    8

    10

    12

    14

    For

    a (

    KN

    )

    Deformao (mm)

    0,2% Ao + 0,2% PP

    0,4% Ao

    0,4% PP

    0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.00

    2

    4

    6

    8

    10

    12

    14

    For

    a (

    KN

    )

    Deformao (mm)

    0,2% Ao + 0,4% PP

    0,6% Ao

    0,6% PP

    0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.00

    2

    4

    6

    8

    10

    12

    14

    For

    a (

    KN

    )

    Deformao (mm)

    0,2% Ao + 0,2% PP

    0,2% Ao + 0,4% PP

    (a)

    (b)

    (e)

    (c)

    (d)

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    4.2.1 Concreto reforado com fibras de ao As figuras 7a e 7b, apresentam as curvas para os concretos reforados com teores de 0,4% e 0,6% de adio de fibra de ao, para cada teor de fibra apresentam-se as curvas mdias. Nos grficos pode-se observar uma grande variabilidade nos resultados e, uma instabilidade acentuada aps atingir a carga mxima. Um fator que pode contribuir a esta maior disperso de resultados o menor nmero de fibras por volume de concreto que se obtm com as fibras de ao, em comparao as macrofibras polimricas; fato que pode dificultar sua homogeneizao e orientao no momento da moldagem, gerando-se assim uma maior variao absoluta da quantidade de fibras presentes na seo de ruptura. Por consequncia, produz-se uma maior variao de resultados de resistncia residual. O comportamento apresentado no trecho ps-fissurao para ambos os teores, no uniforme. Verifica-se que para a fibra de ao, a resistncia residual em 0,5mm maior do que a resistncia em 2,0mm, sendo um comportamento ps-fissurao que pode ser classificado como slip softening; isto significa que o comportamento ps-fissurao para os concretos reforados com fibras de ao apresenta uma diminuio gradual da resistncia residual aps a regio de instabilidade. Para menores deslocamentos e aberturas de fissuras, a fibra de ao confere maior resistncia residual, devido a seu alto mdulo de elasticidade, e pelo menor grau de dano presente na matriz, o que deixa a fibra fortemente ancorada. Por outra parte, para maiores deslocamentos, a fibra de ao apresenta considervel grau de deslizamento e sua resistncia ao arrancamento fundamentalmente dependente da integridade da matriz, que pode apresentar falhas nos pontos onde a ancoragem da fibra solicitada (SALVADOR, 2013). Fazendo-se a avaliao para o concreto reforado com fibras de ao, nota-se ento que, conforme se acrescenta o teor de fibras de ao de 0,4% a 0,6% (Figura 8a), incrementa-se a capacidade de reforo ps-fissurao. Pode-se afirmar que, quanto maior o teor de fibras, maior ser o nmero de fibras atuando como ponte de transferncia de esforos, e por isso que existe um aumento da tenacidade do material, incrementando-se a regio ps-pico para maiores teores (FIGUEIREDO, 2011). 4.2.2 Concreto reforado com fibras de polipropileno Foi possvel observar que os concretos reforados com macrofibras polimricas apresentaram uma menor variabilidade nos resultados e o comportamento apresentado nas curvas bem mais uniforme (Figuras 7c e 7d). Este comportamento deve estar associado ao maior nmero de fibras presente na seo de ruptura, o que faz com que a variao da capacidade resistente residual no seja to afetada por pequenas variaes na quantidade dessas fibras como ocorre com a fibra de ao. Houve uma tendncia bem menos acentuada de o compsito apresentar um comportamento slip softening, observado pelo patamar praticamente constante no trecho ps-fissurao. No se observa muita variabilidade nos resultados, conforme se aumenta o teor de macrofibras polimricas no concreto de 0,4% para 0,6% (Figura 8b). Para a macrofibra polimrica, a queda inicial da resistncia para menores nveis de deslocamento ou abertura de fissura mais pronunciada e a menor resistncia residual ocorre em quase todo o intervalo de deslocamento avaliado, quando comparada s fibras de ao. Isto ocorre devido menor rigidez e resistncia das fibras polimricas. Como o

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    rompimento da matriz ocorre em pequenas deformaes, s fibras tem menor capacidade de absoro de energia para baixas deflexes, quando comparadas com as fibras de ao. Entretanto para grandes aberturas de fissuras, o comportamento tende a ser oposto e a energia absorvida pelas fibras polimricas pode at superar a absorvida pelas fibras de ao (SALVADOR, 2013). 4.2.3 Concreto hibrido com fibras de ao e fibras de polipropileno Para o caso do concreto hbrido reforado com 0,2% de fibra de ao e 0,2% de macrofibra polimrica, ou seja, o concreto reforado com 50% de cada fibra. Observa-se uma tendncia mnima ao comportamento slip softening, semelhante ao comportamento apresentado na ps-fissurao dos concretos reforados com macrofibra polimrica (Figuras 7e). Este fato significa que as fibras de polipropileno tm uma maior influncia neste concreto hbrido, principalmente para maiores aberturas de fissura. No entanto, o concreto reforado com 0,2% de fibra de ao e 0,2% de fibra polimrica, tem um comportamento na ps-fissurao com menor capacidade resistente que o concreto reforado com 0,4% de fibra de ao, o que significa que este concreto hbrido no atinge os nveis de tenacidade desejados. No caso do concreto hbrido reforado com 0,2% de fibra de ao e 0,4% de macrofibra polimrica, concreto reforado com 33,3% de fibra de ao e 66,6% de macrofibra polimrica; tem-se um maior incremento no comportamento ps-fissurao, obtendo-se um comportamento de slip hardening (Figura 7f). Isto significa que conforme se aumenta o teor de fibra de polipropileno, o comportamento mecnico do concreto no estado ltimo de servio tende a melhorar. preciso mencionar que a maior resistncia ps-fissurao foi obtido para este caso particular de concreto hbrido quando comparado a todos os outros casos avaliados. Pode-se afirmar que o processo de hibridizao da fibra de ao e a macrofibra polimrica um conceito promissor. O concreto reforado com teor de 0,6% de fibra de ao tem um comportamento inferior na ps-fissurao ao concreto hbrido reforado com 0,2% de fibra de ao e 0,4% de macrofibra polimrica para maiores nveis de deslocamento. Alm disso, o reforo hbrido apresentou uma menor disperso de resultados, o que contribuiria para a obteno de valores mais elevados de resistncia residual caracterstica. Este fato pode ser devido ao maior numero de fibras polimricas presentes na zona de fratura, a seu elevado fator de forma e tambm devido a fato de que estas fibras polimricas desfibrilam com o deslocamento, aumentando o atrito para maiores aberturas de fissura (SALVADOR, 2013). O maior nmero de fibras polimricas junto com a alta rigidez das fibras de ao resulta no incremento de tenacidade geral, alm de dificultar o crescimento de microfissuras.

    5 Consideraes finais Existe uma marcada diferena na resposta dos dois tipos de fibras utilizados, devido a fato de que ambas as fibras tm diferentes mdulos de elasticidade e distintas aderncias com a matriz. Para baixos nveis de deflexo, as fibras de ao mostraram maior eficincia. No entanto, para maiores nveis de abertura de fissura estas fibras tm uma tendncia ao slip softening. Por outra parte, as macrofibras polimricas tiveram uma menor

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    capacidade de absoro de energia para baixos nveis de fissurao e, inversamente, mostraram melhor desempenho na ps-fissurao com grandes deformaes apresentando apenas uma ligeira tendncia ao slip-softening. Quando as fibras foram utilizadas em forma hbrida e, especialmente no caso do concreto reforado com 0,2% de fibra de ao e 0,4% de macrofibra polimrica, os resultados foram melhorados em ambos os nveis (ELS e ELU), o que pode ser interpretado como sinergia positiva. Desta forma, pode-se prever para o futuro a utilizao de sistemas combinados que permitam projetar compsitos que apresentem resistncias residuais conforme as demandas do projeto estrutural para a resistncia residual no ELS e ELU.

    Referncias

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