Steel fibers for concrete: the new Brazilian standard specification. Antonio Domingues de Figueiredo

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1 A nova spcificação brasiira das fibras d aço para concrto St fibrs for concrt: th n Braziian standard spcification Antonio Domingus d Figuirdo Profssor Doutor, Dpartamnto d Engnharia d Construção Civi, Escoa Poitécnica da Univrsidad d São Pauo, Caixa Posta CEP Rsumo Dpois d um ano d intnso trabaho, foi aprovado o txto fina da nova spcificação d fibras d aço para concrto, a qua foi pubicada pa ABNT m dzmbro d Esta norma traz agum parao com a rcnt normaização intrnaciona, como também agumas inovaçõs intrssants. A principa da é a nova cassificação das fibras sgundo uma tipoogia basada no formato básico da fibra (com ancoragm, corrugadas rtas) o tipo d aço qu du origm a a (ncruado, aminado, tc.). Esta cassificação prmitiu também dfinir parâmtros d torância dimnsiona d rsistência do aço qu du origm à fibra possibiitando uma prvisão d comportamnto, com isto, uma ordnação do mrcado. Esta norma srá bas para a futura normaização do concrto rforçado com fibras d aço no Brasi qu conta apnas com uma norma pubicada sobr o assunto abordando su uso m tubos d concrto. Aém disso, sta norma prvê um procdimnto d rcpção para acitação /rjição do produto qu m muito irá contribuir para a quaidad dos concrtos rforçados com fibras d aço a srm produzidos no Brasi. Paavra-Chav: fibras d aço, spcificação, normaização. Abstract Th n Braziian standard spcification for st fibrs for concrt as approvd for pubication aftr on yar of intns ork at th ABNT. This n standard as pubishd in Dcmbr, 2007, and i bring som innovativ contributions for intrnationa standardization, athough som dfinitions ar in accordanc to th noadays rativ documnts. Th main contribution is th n fibrs cassification basd in its shap typoogy (anchors, corrugatd, and straight) and st typ (cod dran, aminatd, tc.). This cassification aos dfining paramtrs for dimnsiona and st strngth torancs hich prmits to stimat th fibr prformanc v. In that sns, this cassification aso aos a markt rguation and instruction. This standard i b th ncssary bas for th st fibr rinforcd concrt standardization in Brazi, hr thr is just on standard pubishd focusing th st fibr us in concrt pips. Mor than that, this standard prscript a procding for fibr rcption and th accptanc/rjction critria for th product and it i contribut for th quaity of st fibr rinforcd concrt producd in th Brazi. Kyords: st fibrs, spcification, standardization. ANAIS DO 50º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC0512 1

2 1 Introdução A utiização do concrto rforçado com fibras d aço ocorr no Brasi há vários anos. As apicaçõs são bm variadas, indo da utiização m concrto projtado para túnis (FIGUEIREDO, 1997), passando po concrto convncionamnt modado para pavimntos (MORAES; CARNIO; PINTO Jr., 1998) chgando mais rcntmnt ao concrto pré-modado como ocorr com os tubos d água puvia sgoto (CHAMA NETO, FIGUEIREDO, 2003). No ntanto, isto vm acontcndo sm qu s tivss à disposição quaqur norma naciona sobr o assunto. Ou sja, a produção d fibras não prcisava atndr a quaqur rquisito o contro do matria m si ra praticamnt inxistnt. Naturamnt, sta situação xpunha o mrcado a riscos d insucsso causados pa fata d parâmtros mínimos qu srvissm d rfrência para baizar a spcificação sção do matria. Esta situação comça a sr atrada m 2007, quando a ABNT pubicou a primira norma sobr o assunto, uma spcificação, após mais d um ano d intnso trabaho. Assim, st trabaho tm como objtivo aprsntar as principais contribuiçõs qu sta norma trás para o mrcado naciona bm como a justificativa técnica para a adoção do modo d paramtrização do matria. 2 Escopo abrangência da norma A norma sobr fibras d aço intitua-s NBR 15530:07 Fibras d aço para concrto Espcificação. Ea procura stabcr parâmtros d cassificação para as fibras d aço d baixo tor d carbono dispor sobr os rquisitos mínimos d forma gométrica, torâncias dimnsionais dfitos d fabricação, rsistência à tração dobramnto. Procura-s assim garantir qu quaqur produto m conformidad com sts rquisitos tnha potncia para proporcionar um dsmpnho adquado ao concrto rforçado com fibras d aço (CRFA), conquanto sjam obsrvados os cuidados com a dosagm contro do matria. A norma procura s atr ao produto fibra, sm rguar a vrificação d dsmpnho da msma no concrto, o qu dvrá sr objto d normaização futura. Assim, dv-s rssatar o fato d qu uma fibra qu atnda a norma não trá garantido o dsmpnho fina no CRFA, dado qu isto dpnd d uma séri d fators igados às caractrísticas das fibras do concrto d sua intração (FIGUEIREDO, 2005). Para maior objtividad do documnto, procurou-s focar a rguação nas fibras d aço convncionais d baixo tor d carbono, sm tratamntos spciais como a gavanização ou o uso d aços spciais como inoxidáv d ato tor d carbono. 3 Cassificação das fibras d aço Esta nova norma dtrmina uma tipoogia cassificação d fibras d aço (Taba 1), o qu pod sr apontado como uma grand contribuição da msma. Esta cassificação prmitiu stabcr os rquisitos torâncias spcíficas do matria. São prvistos na norma três tipos básicos d fibras m função d sua conformação gométrica: Tipo A: fibra d aço com ancoragns nas xtrmidads Tipo C: fibra d aço corrugada Tipo R: fibra d aço rta ANAIS DO 50º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC0512 2

3 ANAIS DO 50º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC Taba 1 Cassificação gomtria das fibras d aço para rforço d concrto. Tipo Cass da fibra Gomtria I A II I II C III I R II d d d d A A W SEÇÃO A-A

4 Dv-s atntar para o fato qu sta configuração gométrica, associada a cada um dos tipos d fibras, não contmpa o formato da sção transvrsa, mas somnt o prfi da fibra. O formato da sção transvrsa irá dpndr do tipo d aço utiizado na produção da fibra qu pod sr trfiado ou aminado. Assim, aém dos tipos d fibras, a spcificação brasiira para fibras d aço prvê três casss d fibras, as quais foram associadas ao tipo d aço qu du origm ás msmas: Cass I: fibra oriunda d aram trfiado a frio Cass II: fibra oriunda d chapa aminada cortada a frio Cass III: fibra oriunda d aram trfiado scarificado A taba 1 aprsnta squmaticamnt a configuração gométrica dos rfrido tipos casss d fibras prvistas pa norma. Esta cassificação, aém d dfinir o tipo d aço utiizado na produção da fibra, irá dtrminar também a forma da sção transvrsa, o qu proporcionará condiçõs d dfinir os rquisitos gométricos finais da msma m conjunto com o nív d rsistência mínima do aço como srá obsrvado no próximo itm. No ntanto, dv-s tomar atnção para o fato d qu, ao adotar sta cassificação, a norma não procurou tipificar as fibras m função do dsmpnho, sja quanto à trabahabiidad ou msmo quanto à tnacidad, ao adotar sta cassificação. Na vrdad, procurou-s cobrir a maioria, s não a totaidad, das fibras disponibiizadas no mrcado brasiiro possibiitar o stabcimnto d rquisitos mínimos qu podrão sr corracionados com o dsmpnho fina do CRFA. 4 Rquisitos torâncias Na aboração da spcificação brasiira para fibras d aço procurou-s rguar dois fators primordiais: a gomtria da fibra a rsistência do aço qu h du origm. Isto advém do fato da gomtria da fibra sr um dos principais aspctos dfinidors do dsmpnho do matria no CRFA (FIGUEIREDO, CECCATO, TORNERI, 1997 NUNES, 1998). Outro fator rvant na dfinição do dsmpnho da fibra no CRFA é a rsistência do aço utiizado na sua produção (CHAMA NETO; FIGUEIREDO, 2003 FIGUEIREDO, 2005) qu é particuarmnt mais significativa para concrtos d maior rsistência mcânica. Assim, os rquisitos torâncias spcificados para as fibras procuram rguar, primordiamnt, sts dois aspctos para as fibras d aço. 4.1 Rsistência ductiidad do aço da fibra A dfinição da rsistência mínima do aço qu du origm à ocorr m função da cass da fibra anaisada. Na Taba 2 s ncontram aprsntados o nív d rsistência mínima do aço m função da cass da fibra. Constata-s qu a norma prvê difrnts nívis d rsistência m função do tipo, principamnt, da cass d fibra avaiada. Isto configura uma voução m ração à normaização intrnaciona como da ASTM A820, ond o nív d rsistência mínimo spcificado é d 345MPa, indpndntmnt do tipo d fibra d aço avaiado. No Brasi, a mnor rsistência prvista para o aço da fibra srá 500MPa, ou sja, um nív suprior ao rqurido para fibras no EUA. ANAIS DO 50º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC0512 4

5 Taba 2 Rquisitos spcificados pa norma NBR :07 para as fibras d aço. Fibra Limit d rsistência a tração do aço MPa (*)fu A I 1000 A II 500 C I 800 C II 500 C III 800 R I 1000 R II 500 ( * ) Esta dtrminação dv sr fita no aço, no diâmtro quivant fina imdiatamnt ants do cort. A grand dificudad ncontrada na normaização da rsistência da fibra rsid no fato d não s podr raizar com faciidad o nsaio d tração qu caractriza o matria dirtamnt na fibra dvido às suas pqunas dimnsõs. Assim, optou-s pa préquaificação da matéria-prima qu dv sr raizada po fabricant sgundo as normas ABNT NBR Arams d aço: Ensaio d tração ASTM A Standard tst mthods and dfinitions for mchanica tsting of st products. A NBR 6207 dfin o nsaio a sr mprgado na dtrminação da rsistência do aço utiizado na produção das fibras Cass I III, nquanto a norma ASTM A370 dv sr mprgada na quaificação do aço dstinado à produção das fibras Cass II. Outra procupação do grupo qu participou da aboração da norma foi a garantia d uma ductiidad mínima para a fibra d aço, o qu é fundamnta para vitar a fragiização do compósito (FIGUEIREDO, 2005). Para isto, foi stabcido o nsaio d dobramnto da fibra, o qua dv sr xcutado dirtamnt nas fibras m uma amostra d 10 xmpars rtirados aatoriamnt d cada ot a sr anaisado. Nst nsaio, dv-s vrificar manuamnt o dobramnto da fibra sobr um pino d 3,2 mm d diâmtro a uma tmpratura acima d 16º C. Nst nsaio, as fibras dvm sr dobradas até formarm um ânguo d 90º (Figura 1) sm qubra m, no mínimo, 90% das fibras nsaiadas. FIBRA PINO Figura 1 - Esquma a sr adotado no nsaio d dobramnto da fibra d aço sgundo o prvisto na norma NBR :07. ANAIS DO 50º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC0512 5

6 4.2 Rquisitos gométricos da fibra Uma das principais procupaçõs obsrvada na aboração da spcificação das fibras d aço para concrto foi a vitar uma variação xagrada d dsmpnho futuro do CRFA provocada pa variabiidad do fator d forma da fibra (λ). O fator d forma é a ração gométrica obtida a partir da divisão do comprimnto da fibra (), não aongado, po diâmtro do círcuo com ára quivant à d sua sção transvrsa. Est diâmtro foi dfinido na norma como diâmtro quivant (d ). Assim, o fator d forma d uma fibra é dado pa quação 1. λ = d (Equação 1) Ond, λ = fator d forma da fibra; = comprimnto da fibra (mm) d = diâmtro quivant da fibra (mm). Esta dtrminação é rativamnt simps para as fibras d Cass I, oriundas d fios d aço trfiado ond basta dividir o comprimnto po diâmtro médio da sção transvrsa cacuado através da quação 2: Ond, d = (d 1 +d 2 )/2 (Equação 2) d 1 d 2 = mdidas m miímtros tomadas na rgião cntra da fibra m duas dirçõs ortogonais ntr si. Estas mdidas stão squmaticamnt insridas nas figuras aprsntadas na Taba 1. As fibras A-II, C-II R-II têm su diâmtro quivant dtrminado através da quação 3, qu va m conta as dimnsõs da sção transvrsa, sndo a mnor dfinida por a maior dfinida por, conform o aprsntado nas figuras insridas na Taba 1, ond também é possív vrificar como o comprimnto tota () dv sr dtrminado. d = (4..)/π (Equação 3) As fibras C-III são spcificadas pa faixa d diâmtros quivants (d ) obtidos através da maior dimnsão da sção transvrsa ( ) da mnor dimnsão da sção transvrsa (), comprimnto tota da fibra (). O diâmtro quivant (d ) dv sr cacuado através da quação 4. d = 2(3.³+4..²)/(3.. π) (Equação 4) Dtrminado o fator d forma λ através dos comprimntos d fibra do diâmtro quivant das msmas, dv-s vrificar s as atndm à xigência da spcificação NBR :07 quanto aos sus vaors mínimos. Os vaors mínimos da norma são ANAIS DO 50º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC0512 6

7 função da cass da fibra, ou sja, têm uma corrspondência dirta com o tipo d aço utiizado para sua produção. As fibras com maior nív d xigência nst aspcto são as d aço trfiado, conform pod sr obsrvado na Taba 3. Rssat-s o fato qu a dfinição d um fator d forma mínimo indpnd do tipo d fibra, ou sja, indpnd da sua conformação gométrica. Isto ocorr porqu o fator d forma é muito dpndnt do diâmtro quivant, o qua pod sr bm rduzido quando s raiza a trfiação do aço, ao contrário das chapas d aço. Já o aço trfiado scarificado é normamnt aprovitado da sobra da produção da ã d aço, o qu impd um maior contro d sua conformação transvrsa. Taba 3 Rquisitos d fator d forma mínimo das fibras d aço para concrto spcificados pa norma NBR :07. Cass da fibra Tipo d aço Fator d Forma mínimo λ I Fio d aço trfiado 40 II Chapa d aço cortada 30 III Fio d aço trfiado scarificado Dfitos oriundos da produção Exist smpr a possibiidad d ocorrrm fibras com dfitos, dado o grand númro das msmas prsnt num quiograma do matria. A vrificação dsts dfitos dv sr xcutada para cada ot qu stá sndo anaisado m uma amostra d no mínimo 200gramas, sgundo a norma. O ot dv sr acito quando a amostra aprsntar, no máximo, 5 % da massa d fibras com dfitos. A norma considra dfituosas fibras d quaqur tipo qu stivrm mndadas po topo, conform o aprsntado na Figura 2. Est dfito é particuarmnt prjudicia quando da utiização das fibras no concrto projtado, pois podm produzir gravs ntupimntos durant a projção. Outro dfito prvisto pa norma qu dv sr controado é quando ocorr o cort da ancoragm nas fibras do tipo A, conform o aprsntado na Figura 3. Est dfito não prjudica a condição d apicação do concrto. Porém, s ocorrr m uma quantidad grand d fibras podrá prjudicar a tnacidad do concrto, por rduzir o su fator d forma ra. Assim, staria prjudicando aqua qu é a principa contribuição da fibra para o CRFA (FIGUEIREDO, 2005). A norma acita uma crta oxidação suprficia, caso a msma sja rmovív sm a utiização d matria abrasivo qu as xigências d torância dimnsiona sjam atndidas simutanamnt. ANAIS DO 50º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC0512 7

8 Figura 2 Fibras mndadas po topo (NBR :07). Figura 3 Fibras sm ancoragm(nbr :07). 4.4 Torâncias dimnsionais Para as fibras produzidas a partir d arams trfiados (A-I, C-I R-I) chapas cortadas (A-II, C-II R-II) a norma prmit uma variação para o comprimnto () m ração ao vaor spcificado d ± 5 %. Para fibras com comprimnto mnor ou igua a 35 mm a variação prmitida para o comprimnto () m ração ao vaor spcificado é d ± 10%. A variação máxima prmitida para os vaors d d m ração ao vaor nomina dv sr d 5%, nquanto a variação máxima prmitida para a difrnça ntr as mdidas d 1 d 2 é d 4%. A norma arta para o fato d qu as mdiçõs dvm sr fitas nas fibras sm nnhuma rtificação. Ests imits rigorosos têm a intnção d prsrvar o CRFA d uma maior variabiidad nas suas propridads. No ntanto, para as fibras produzidas a partir d fios trfiados scarificados (C-III), não há possibiidad técnica d s mantr st msmo rigor, por isto, as torâncias foram maiors. Variação máxima prmitida para o comprimnto () m ração ao vaor spcificado é d ± 5%. Já a variação máxima prmitida para o vaor d d m ração ao vaor spcificado não pod utrapassar 0,15mm. ANAIS DO 50º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC0512 8

9 A norma prvê qu a mdição das dimnsõs dv sr xcutada para cada ot m uma amostra d 60 fibras cotadas d, no mínimo, 10% das mbaagns qu compõm o rfrido ot. Os vaors individuais mdidos dvm atndr aos rquisitos stabcidos m 7.1, m no mínimo 90% das fibras nsaiadas. A dfinição do ot pa norma considra qu o msmo corrspond a uma quantidad máxima d quatro tonadas d fibra ou o corrspondnt a cada rmssa, caso sja infrior a sta quantidad. Toda sta procupação da norma com a variação dimnsiona é para s garantir qu o fator d forma da fibra não aprsnt grands variaçõs para não prjudicar o comportamnto do CRFA quanto à rsistência pós-fissuração. A infuência do fator d forma nas propridads do CRFA já foi vidnciada há bastant tmpo (FIGUEIREDO, 1997 NUNES, 1998) pod sr visuaizado pa comparação dos gráficos aprsntados na Figura 4. Prcb-s nitidamnt qu, quanto maior o fator d forma, maior é a capacidad rsistnt pós-fissuração do CRFA, mdido através do fator d tnacidad. No ntanto, st não é o parâmtro da fibra a infunciar o dsmpnho do CRFA. Obsrvando-s os rsutados da Figura 4 pod-s constatar qu duas fibras com fator d forma muito próximos a 46 têm dsmpnho muito distinto m função da rsistência do aço. O concrto com a fibra d aço d mnor rsistência (500MPa) aprsntou mnor nív d tnacidad m ração ao qu foi rforçado com fibra d maior rsistência (1000MPa). Isto é particuarmnt significativo para concrtos d maior rsistência mcânica ou baixos consumos d fibras ond ocorr uma grand transfrência d tnsõs da matriz para a fibras quando ocorr a fissuração do compósito. 7 6 Fator d Tnacidad (MPa) Fator d forma 47 fs = 500MPa Fator d forma = 60 fs = 1000NPa Fator d forma = 46 fs = 1000MPa Fator d forma = 27 fs = 800MPa Consumo d fibra (kg/m 3 ) Figura 4 - Corração da tnacidad com o fator d forma obtidos com nsaios d corpos-d-prova d concrto projtado xtraídos d pacas (gráfico produzido a partir dos rsutados d Figuirdo, 1997). ANAIS DO 50º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC0512 9

10 4.5 Acitação rjição A norma prvê qu, para a acitação d um ot amostrado nsaiado, o msmo dv s mostrar m conformidad com todas as xigências stabcidas para a rsistência ao dobramnto, d variação dimnsiona atndndo aos imits impostos para a quantidad d fibras dfituosas. Ea stabc um pano d amostragm, conform o aprsntado na taba 4. S agum ot não atndr aos rquisitos, stá prvista a raização d um novo pano d nsaios no rspctivo qusito, sndo qu dv sr utiizada uma amostra com o dobro do tamanho da antrior. Caso o rsutado ngativo s confirm o ot dvrá sr ntão dfinitivamnt rjitado. Taba 4 Pano d amostragm prconizado pa norma NBR :07 para um ot d fibras qu srá submtido ao contro d rcbimnto. Ensaio Amostra mínima Porcntagm mínima d fibras m conformidad com os rquisitos Dobramnto 10 fibras 90 Vrificação dimnsiona 60 fibras 90 Vrificação d dfitos 200g 95 5 Comntários finais A nova spcificação d fibras d aço para concrto qu foi produzida pa ABNT, pod sr considrada um marco da tcnoogia do CRFA no Brasi. Ea traz avanços tcnoógicos incorporados, como o nív d xigência vado para a rsistência do aço, o qu é prfitamnt compatív com a condição d produção d fibras hoj instaada no país. Aém disso, os rquisitos spcificados, aém d atndrm a condição naciona, podm sr considrados m conformidad com o mrcado xtrno, ou sja, uma fibra produzida no Brasi qu atnda aos rquisitos dsta spcificação, stará m condiçõs d sr acita m quaqur mrcado intrnaciona. Outro aspcto important é o fato dsta norma sr a bas para a futura normaização do CRFA. Ea é o primiro documnto pubicado, mas não é suficint para paramtrizar o uso do CRFA nas suas divrsas apicaçõs. Ou sja, um concrto produzido por uma fibra conform não trá, ncssariamnt, um dsmpnho adquado. Isto ocorr porqu, no Brasi, nm smpr são obsrvados os cuidados da boa prática da apicação do CRFA, sndo muito frqünt a utiização d tors muito rduzidos a não raização do contro da quaidad do matria. No ntanto, a pubicação dsta spcificação é um passo important para o dsnvovimnto técnico do mrcado. Um próximo passo imdiato dvrá sr a crtificação das fibras d aguns produtors nacionais dado qu isto já é possív a partir da pubicação dsta norma. A crtificação irá confrir uma maior pntração no mrcado para os fabricants, para o usuário, uma maior sgurança na utiização das fibras. ANAIS DO 50º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC

11 6 Rfrências AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. Standard Spcification for St Fibrs for Fibr-Rinforcd Concrt. ASTM A820. Book of ASTM Standards, ASTM, Phiadphia. CHAMA NETO, P. J.; FIGUEIREDO, A. D. Avaiação d dsmpnho d tubos d concrto rforçados com fibras d aço. 45º Congrsso Brasiiro do Concrto. 2003, Vitória-ES. São Pauo, IBRACON, FIGUEIREDO, A.D. Parâmtros d Contro Dosagm do Concrto Projtado com Fibras d Aço. São Pauo, p. Ts (Doutorado). Escoa Poitécnica, Univrsidad d São Pauo. FIGUEIREDO, A.D. Capítuo: Concrto com fibras. In: Concrto Projtado: Ensino, Psquisa Raizaçõs São Pauo: IBRACOM, FIGUEIREDO, A.D.; CECCATO, M.R. TORNERI, P. Infuência do comprimnto da fibra no dsmpnho do concrto rforçado com fibras d aço. 39 a Congrsso Brasiiro do Concrto São Pauo-SP. São Pauo, IBRACON, MORAES, A. A. d; CARNIO, M. A.; PINTO Jr., N., Tnacidad Rsistência Equivant à Tração na Fxão d Concrtos d Ato Dsmpnho Rforçados com Fibras d Aço d Baixo Ato Tor d Carbono. 40 º Congrsso Brasiiro do Concrto Rio d Janiro. São Pauo, IBRACON, NUNES, N.L. Estudo da infuência da gomtria da fibra d aço na tnacidad á fxão dos compósitos d matriz d concrto. São Pauo, Dissrtação (Mstrado). Escoa Poitécnica, Univrsidad d São Pauo. ANAIS DO 50º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC