INFLUÊNCIA DO TEOR DE FIBRAS DE AÇO NA TENACIDADE DO CONCRETO CONVENCIONAL E DO CONCRETO COM AGREGADOS RECICLADOS DE ENTULHO

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1 INFLUÊNCIA DO TEOR DE FIBRAS DE AÇO NA TENACIDADE DO CONCRETO CONVENCIONAL E DO CONCRETO COM AGREGADOS RECICLADOS DE ENTULHO Ivie Ferrari Della Pietra (1); Antonio D. de Figueiredo (2); Tulio N. Bittencourt (3) (1) Eng. Civil, Aluna de Mestrado, Departamento de Engenharia de Construção Civil, Escola Politécnica, USP. ivie.pietra@poli.usp.br (2) Professor Doutor, Departamento de Engenharia de Construção Civil, Escola Politécnica, USP. E- mail: antonio.figueiredo@poli.usp.br (3) Professor Doutor, Departamento de Engenharia de Estruturas e Fundações, Escola Politécnica, USP. tulio.bittencourt@poli.usp.br Rua Cravinhos, 31 SBCampo SP CEP Fone/Fax: Resumo As fibras de aço, quando adicionadas ao concreto, dificultam a propagação das fissuras devido ao seu elevado módulo de elasticidade. O uso de resíduos de construção e demolição como agregados na produção de concreto é uma das alternativas potenciais para minimizar o grave problema da disposição desses resíduos, principalmente em grandes centros urbanos. Este trabalho apresenta os resultados de um estudo sobre a influência do teor de fibras de aço nas tensões de ruptura e residuais (pós-fissuração) dos concretos convencional e com agregados reciclados de entulho. Foi utilizado concreto de traço 1:2:3, relação água/cimento 0,5, com agregados convencionais e reciclados (secos e úmidos) e teores de fibras de 10, 20 e 40 kg/m 3. O ensaio realizado para determinar a capacidade portante pós-fissuração para cada traço de concreto produzido baseou-se na norma ASTM C 1018 (94). Os resultados mostram que não se pode afirmar que houve diferença entre as médias das tensões com 5% de significância para concretos dosados com agregados reciclados secos e úmidos, houve perda da resistência tanto de ruptura quanto residuais dos concretos com agregados reciclados em relação aos com agregados convencionais e aproximação das tensões de ruptura e residuais dos concretos com agregados reciclados em relação aos convencionais com o aumento do teor de fibras. V Simpósio EPUSP sobre Estruturas de Concreto 1

2 1 Introdução 1.1 Fibras de Aço As fibras de aço, quando adicionadas ao concreto, dificultam a propagação das fissuras devido ao seu elevado módulo de elasticidade. No concreto simples, uma fissura impede a transferência de tensões, que se concentram na extremidade da fissura, fazendo com que sua propagação seja rápida e haja a ruptura frágil do material. No concreto reforçado com fibras de aço, as fibras servem como ponte de transferência de tensões pelas fissuras, minimizando a concentração de tensões nas extremidades das mesmas. Com isto, reduz-se a velocidade de propagação das fissuras e o concreto passa a ter um comportamento pseudo-dúctil, ou seja, apresenta uma certa capacidade portante pósfissuração. O nível de tensão que a fibra consegue transferir pelas fissuras depende de uma série de aspectos como o seu comprimento e o teor de fibras (FIGUEIREDO, 2000). Uma maneira de se avaliar a influência do teor de fibras no nível de tensão que a fibra consegue transferir pelas fissuras é através da determinação das tensões residuais, isto é, da capacidade portante pós-fissuração do material. As tensões residuais podem ser determinadas a partir de curvas carga x deslocamento, que, por sua vez, podem ser obtidas através do ensaio de tração na flexão com deformação controlada. 1.2 Agregados Reciclados de Entulho As médias e grandes cidades têm enfrentado o grave problema de disposição dos entulhos de obras. A média de geração desses resíduos nesses locais é de 500 kg/hab.ano, valor equivalente à quantidade de resíduo domiciliar gerada. Como os espaços para disposição desses resíduos de construção e demolição têm se tornado cada vez mais escassos, cresce a importância que têm as pesquisas que objetivam reaproveitar este material. Uma das alternativas de reciclagem do entulho que tem sido pesquisada atualmente é o processamento desse resíduo para ser utilizado como agregado na produção de concreto. Os agregados reciclados apresentam formas mais angulares e textura mais rugosa que os agregados naturais. Além disso, têm maior porosidade e resistência mecânica menor. Dessa forma, em relação ao concreto com agregados naturais, o concreto com agregados reciclados apresenta maior resistência à tração enquanto a resistência mecânica da pasta de cimento é menor que a dos agregados, pois a ruptura se dá na interface pasta/agregados e a aderência da pasta nos agregados reciclados é melhor devido a sua forma e textura. Quando a pasta passa a ter maior resistência mecânica que os agregados reciclados, o concreto apresenta menor resistência à tração, pois há a ruptura do material em parte dos agregados (LEITE, 2001). 1.3 Concreto com Agregados Reciclados de Entulho Reforçado com Fibras de Aço Não se tem conhecimento de estudos sobre o comportamento do concreto com agregados reciclados de entulho quanto à resistência à tração, quando reforçado com fibras de aço. É importante que se avalie qual é a contribuição que o reforço com fibras pode dar ao concreto com agregados reciclados, pois, em aplicações onde o uso de fibras de aço é necessário, talvez seja possível substituir parte dos agregados naturais V Simpósio EPUSP sobre Estruturas de Concreto 2

3 por agregados reciclados, sem perdas significativas de propriedades, mas com redução do custo do produto. 2 Objetivos O presente trabalho tem por objetivos: - Avaliar a influência do teor de fibras de aço na capacidade portante pós-fissuração do concreto; - Avaliar a influência das fibras de aço na resistência à tração do concreto com agregados reciclados de entulho; - Avaliar a influência da umidade do agregado reciclado na resistência à tração do concreto. 3 Programa Experimental 3.1 Materiais Utilizados Os materiais utilizados neste programa experimental foram: - Cimento Portland composto com adição de escória de alto-forno (CPII-E 32); - Areia natural quatzosa média; - Brita 1 granítica; - Brita 1 obtida da moagem do entulho cinza (composto em sua maior parte por material cimentício) que é reciclado na usina de Vinhedo SP, em duas situações: 1) seca em estufa; 2) submersa em água por 24 horas e seca ao tempo por 1 hora (umidade = 9%); - Fibras de aço com ancoragem em gancho e seção retangular, comprimento igual a 25 mm. 3.2 Traços de Concreto Produzidos Foram produzidos traços de concreto 1:2:3, relação água/cimento 0,5, com os seguintes agregados graúdos e teores de fibra: Tabela 1 Agregados graúdos e teores de fibra utilizados. AC 10 AC 20 AC 40 ARU 10 ARU 20 ARU 40 ARS 10 ARS 20 Teor de fibra (kg/m 3 ) Abatimento (mm) AC agregado convencional ARU agregado reciclado úmido ARS agregado reciclado seco V Simpósio EPUSP sobre Estruturas de Concreto 3

4 O traço com agregado reciclado seco e teor de fibra igual a 40 kg/m 3 não foi produzido, pois, com 20 kg/m 3 de fibra, não houve abatimento. Dessa forma, a moldagem dos corpos de prova com o concreto com 40 kg/m 3 de fibra seria muito difícil. 3.3 Determinação da Capacidade Portante Pós-Fissuração Os corpos de prova moldados foram curados em câmara úmida por 7 dias e ensaiados com essa idade. O ensaio realizado para determinar a capacidade portante pós-fissuração para cada traço de concreto produzido baseou-se na norma ASTM C 1018 (94). A partir deste ensaio, foi obtida a curva carga x deslocamento para cada traço. Com as curvas carga x deslocamento, foram calculadas as seguintes tensões para cada traço de concreto: - Tensão de ruptura: correspondente à carga máxima obtida; - Tensões residuais para os seguintes deslocamentos: 0,5, 1 e 2 mm. O cálculo das tensões foi feito através da seguinte expressão: Onde: σ = PL / bd 2 P = carga de ruptura ou correspondente aos deslocamentos de 0,5, 1 e 2 mm L = vão entre os cutelos inferiores = 300 mm b = largura do corpo de prova = 100 mm d = altura do corpo de prova = 100 mm 4 Resultados e Discussão Os resultados foram divididos em duas partes: a primeira analisa a influência da umidade do agregado reciclado nas tensões de ruptura e residuais do concreto, utilizando-se, para isso, traços com agregados secos e úmidos. A segunda analisa a influência do teor de fibras nas tensões de ruptura e residuais dos concretos convencional e com agregados reciclados de entulho. 4.1 Influência da Umidade do Agregado Reciclado A Figura 1 apresenta a tensão de ruptura para concretos com agregados reciclados secos e úmidos. V Simpósio EPUSP sobre Estruturas de Concreto 4

5 3,50 Tensão de Ruptura (MPa) 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 Seco Úmido 0, Teor de fibras (kg/m 3 ) Figura 1 Influência da umidade do agregado reciclado na tensão de ruptura do concreto. Pode-se verificar um pequeno aumento na tensão de ruptura do concreto quando são utilizados agregados reciclados secos. A Figura 2 apresenta as tensões residuais obtidas em concretos com agregados reciclados secos e úmidos. Tensão Residual (MPa) 0,80 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0, Teor de fibras (kg/m 3 ) Seco Úmido 0,5 mm 1 mm 2 mm 0,5 mm 1 mm 2 mm Figura 2 Influência da umidade do agregado reciclado nas tensões residuais do concreto. A maioria dos valores de tensão residual apresenta o mesmo comportamento obtido para a tensão de ruptura (exceto para os deslocamentos de 2 mm), sendo ligeiramente superiores para os traços com agregados secos. V Simpósio EPUSP sobre Estruturas de Concreto 5

6 Um fato que pode explicar os valores de tensão ligeiramente mais altos para os traços com agregados secos é a absorção de parte da água de amassamento pelos agregados. Essa absorção causa uma diminuição na relação água/cimento do concreto. Com isso, há uma melhoria nas propriedades mecânicas da pasta. Como as diferenças obtidas foram pequenas, para verificar se há influência significativa da umidade do agregado reciclado nas tensões de ruptura e residuais, foi feito um teste de hipóteses entre as médias obtidas para essas tensões, para os traços com agregados secos e úmidos. Tabela 2 Teste de hipóteses entre as médias das tensões para concretos com agregados secos e úmidos. Tensão Teor de fibras (kg/m 3 ) t calculado v t v, 2,5% Resultado a 5% de significância Ruptura 10 1,732 9,0 2,325 Médias iguais Ruptura 20 2,390 7,1 2,365 Médias diferentes 0,5 mm 0,5 mm 1 mm 1 mm 2 mm 2 mm 10 0,216 7,5 2,336 Médias iguais 20 0,315 8,0 2,306 Médias iguais 10 0,014 5,7 2,406 Médias iguais 20 0,282 4,8 2,735 Médias iguais 10 1,273 8,0 2,306 Médias iguais 20 0,209 5,7 2,534 Médias iguais A Tabela 2 mostra que, com exceção da tensão de ruptura para teor de fibra de 20 kg/m 3, não há diferença entre as médias das tensões para concretos com agregados secos e úmidos, a 5% de significância. Como os agregados secos absorvem parte da água de amassamento, diminuindo o abatimento do concreto, o adensamento do concreto e, conseqüentemente, a moldagem dos corpos de prova ficam prejudicados. Dessa forma, aumenta o volume de vazios no interior do concreto, diminuindo sua resistência mecânica. De forma contrária, essa absorção causa uma melhoria na resistência mecânica da pasta, pois, conforme já mencionado, ocorre uma diminuição na relação água/cimento do concreto. Possivelmente, esses dois efeitos contrários foram equivalentes, fazendo com que os resultados de tensão para os traços com agregados secos e úmidos fossem iguais, a 5% de significância. V Simpósio EPUSP sobre Estruturas de Concreto 6

7 4.2 Influência do Teor de Fibras A Figura 3 mostra a influência do teor de fibras nas tensões de ruptura dos concretos com agregados convencionais e reciclados. 4,50 Tensão de Ruptura (MPa) 4,00 3,50 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 AC 10 AC 20 AC 40 ARU 10 ARU 20 ARU 40 ARS 10 ARS 20 Traço Figura 3 Influência do teor de fibras na tensão de ruptura. Observa-se que, para o concreto convencional, a tensão de ruptura não varia com o teor de fibras. Tal comportamento era esperado, já que as fibras são solicitadas apenas após a ruptura da matriz. Entretanto, para o concreto com agregados reciclados, com o aumento do teor de fibras, a tensão de ruptura se aproxima daquela obtida para o concreto convencional. Como as fibras estão imersas na argamassa do concreto, há uma maior distribuição de tensões na argamassa, que é a mesma em todos os concretos, diminuindo a solicitação nos agregados reciclados, de resistência inferior aos agregados convencionais (durante o ensaio de flexão, observou-se ruptura dos agregados reciclados em quase todos os corpos-de-prova utilizados). A Figura 4 mostra a influência do teor de fibras nas tensões residuais dos concretos com agregados convencionais e reciclados. V Simpósio EPUSP sobre Estruturas de Concreto 7

8 1,40 Tensão Residual (MPa) 1,20 1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 0,5 mm 1 mm 2 mm 0,00 AC 10 AC 20 AC 40 ARU 10 ARU 20 ARU 40 ARS 10 ARS 20 Traço Figura 4 Influência do teor de fibras nas tensões residuais. Tanto no concreto convencional quanto no concreto com agregados reciclados, considerando-se um mesmo deslocamento, com o aumento do teor de fibras, as tensões residuais aumentam. Para os concretos com agregados reciclados, ocorreu com as tensões residuais o mesmo que havia acontecido com as tensões de ruptura, isto é, com o aumento do teor de fibras, as tensões residuais se aproximam daquelas obtidas para o concreto convencional. 5 Conclusões - Traços com agregados secos apresentaram resultados um pouco superiores, na maioria dos casos, entretanto, não se pode afirmar que houve diferença entre as médias das tensões com 5% de significância; - Traços secos absorvem mais água, dificultando a moldagem e aumentando a porosidade, entretanto, causa diminuição na relação a/c, aumentando a resistência. Deve-se tentar dosar concretos com agregados reciclados com uma umidade intermediária, por exemplo, conforme metodologia proposta por LEITE, 2001; - Perda da resistência tanto de ruptura quanto residuais dos concretos com agregados reciclados em relação aos com agregados convencionais; - Com o aumento do teor de fibras, as tensões de ruptura e residuais obtidas em concretos com agregados reciclados se aproximam daquelas com agregados convencionais. Hipótese: a fibra distribui as tensões na pasta (meio onde ela está imersa), diminuindo a solicitação nos agregados reciclados, de resistência inferior em relação aos convencionais. V Simpósio EPUSP sobre Estruturas de Concreto 8

9 6 Referências ASTM C Standard test method for flexural toughness and first crack strength of fiber reinforced concrete. In: Annual Book of ASTM Standards. Philadelphia, FIGUEIREDO, Antonio D. Concreto com fibras de aço. Boletim Técnico da Escola Politécnica da USP. Departamento de Engenharia de Construção Civil e Urbana. BT/PCC/260. São Paulo, LEITE, Mônica, B. Avaliação de propriedades mecânicas de concretos produzidos com agregados reciclados de resíduos de construção e demolição. Tese de Doutorado. Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Escola de Engenharia. Porto Alegre, V Simpósio EPUSP sobre Estruturas de Concreto 9