Os desafios para o uso do concreto reforçado com fibras como material estrutural

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1 Os desafios para o uso do concreto reforçado com fibras como material estrutural The challenges to the use of fiber reinforced concrete as a structural material Antonio Domingues de Figueiredo (1) (1) Professor Associado. Depto. de Engenharia de Construção Civil, Universidade de São Paulo. Av. Prof. Almeida Prado, trav. 2, n.83. Cidade Universitária. São Paulo, SP. Brasil. CEP Resumo Apesar de já ser utilizado há bom tempo no Brasil, são poucas as aplicações do concreto com fibras com maior responsabilidade estrutural. Ainda hoje, sua aplicação é concentrada em pavimentos e, em menor escala, concreto projetado e pré-fabricados. Parte do problema vem da falta de normas técnicas específicas publicadas e isto está associado a uma falta de maturidade do meio técnico brasileiro que não demanda avaliações técnicas aprofundadas. Dessa forma, as novas tendências de enfoque da tecnologia do concreto com fibras do ponto de vista estrutural ficam distantes da prática nacional que em raros casos estabelece planos de controle de qualidade mínimos. Neste artigo são discutidas as tendências de abordagem da tecnologia, especialmente o que sugere o fib Model Code e os desafios que haverá no Brasil para implantar este tipo de enfoque. São abordadas também condições específicas do concreto reforçado com fibras como é o caso do concreto projetado e dos tubos de concreto para obra de saneamento. Procurou-se demonstrar que há possibilidade de convergência nesta orientação da tecnologia e que é exequível a mudança de filosofia para obter um maior grau de confiabilidade para o material. Além disso, algumas alternativas serão apresentadas para discussões futuras sobre a abordagem que a ABNT fará para trabalhar a normalização brasileira para o tema. Palavra-Chave: Concreto reforçado com fibras, estruturas de concreto,normatização, controle de qualidade. Abstract Despite the fiber reinforced concrete (FRC) is being used for long time in Brazil, there are few applications of greater structural responsibility. Even today, its main application is focused on flooring and, in a lesser extent, shotcrete and precast elements. Part of the problem comes from the lack of specific technical standards published and this is associated with a lack of technical maturity of the Brazilian market. The engineers use to require low-level technical specifications and quality control programs. Thus, the new trends of FRC for structural applications are far from the national practice that in rare cases establishes minimum quality control requirements. This article discusses trends in the technology approach, especially focusing the new fib Model Code and the challenges that will be faced in Brazil to implement this type of approach. Some specific conditions of fiber reinforced concrete are also discussed in more detail such as shotcrete and concrete pipes for drainage and sewage systems. The intention is to demonstrate that this new approach is feasible and could lead to a greater reliability in the fiber reinforced concrete application in general. In addition, some alternatives will be presented for further discussion on the ABNT future work in the subject. Keywords: Fiber reinforced concrete, concrete structures, standardization, quality control. ANAIS DO 56º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC 1

2 1 Introdução A evolução do concreto reforçado com fibras (CRF) no Brasil está bem atrasada em relação ao nível técnico das aplicações observadas em outros países. Na Europa o CRF já é utilizado para lajes suspensas como único sistema de reforço (DESTRÉE, 2009; BARROS et al., 2012) conforme se pode observar na Figura 1. Enquanto isso, aqui se utiliza o CRF, fundamentalmente em aplicações de baixo nível de demanda estrutural, como é o caso dos pavimentos industriais (Figura 2) e o concreto projetado para revestimento de taludes (Figura 3), o que não teve alteração significativa em bom tempo (PINTO Jr e MORAES, 1996). Isto se reflete no levantamento feito recentemente sobre os campos de aplicação do CRF no Brasil, o que se encontra apresentado na Figura 4. Observa-se nesta figura que o grande volume de aplicação das fibras é o pavimento industrial. Além disso, percebe-se que o encerramento de uma única obra (Linha 4 do Metrô de São Paulo) é suficiente para mudar a distribuição de consumo de fibra de aço no Brasil (FIGUEIREDO, 2011). Isto pode ser em parte explicado pelo fato das primeiras aplicações do concreto projetado no Brasil com embasamento técnico mais bem fundamentado terem começado apenas no início da década de 1990, focando o concreto projetado para revestimento de túneis (ARMELIN, 1992). Além disso, houve grande dificuldade para o desenvolvimento e publicações de normas nacionais focando o CRF, o que só iniciou de fato em 2007 (FIGUEIREDO et al., 2008). O problema é que esta normalização é ainda muito restrita e abrange apenas a especificação das fibras de aço e o uso deste tipo de reforço em tubos de concreto para obra de saneamento (FIGUEIREDO et al., 2008). Figura 1 Aplicação do CRF em lajes suspensas como único sistema de reforço em edifício multipavimentos construído na Estônia (DESTRÉE, 2009) ANAIS DO 56º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC 2

3 Figura 2 Aplicação do CRF em lajes pavimento industrial em São Paulo Figura 3 Aplicação do CRF em lajes revestimento de talude em Minas Gerais Outros Préfabricados 4% 11% 2009 Préfabricados 3% 1 o Semestre de 2010 Outros 3% Concreto projetado 22% Pavimentos 63% Concreto projetado 20% Pavimentos 74% Figura 4 Distribuição do mercado brasileiro para o consumo de fibras de aço (FIGUEIREDO, 2011) No entanto, há hoje um novo horizonte de evolução para o CRF sendo aplicado como material estrutural. Este horizonte surgiu a partir da publicação do novo fib Model Code (2010) o qual traz uma nova concepção que permitira um maior conforto para os projetistas no dimensionamento de estruturas utilizando este tipo de compósito. Assim, é importante ter em vista os pontos principais dessa nova concepção que será brevemente descrita no próximo item. ANAIS DO 56º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC 3

4 2 Novo Código Modelo fib Os novas tendências de dimensionamento de estruturas de CRF foram desenvolvidas e amadurecidas ao longo de muito tempo mas, como afirmado por di Prisco et al. (2010), isto ocorreu numa velocidade inferior e mais tardiamente que o desenvolvimento do material com enfoque tecnológico. Com isso, houve um atraso no processo que acabou por gerar uma série grande de distintas concepções em função do país em que se estudava o material. Mais recentemente, um grupo de estudos da RILEM publicou uma prática recomendada que serviu de base para os métodos de dimensionamento de estruturas utilizando o CRF (di Prisco et al., 2009). Assim, surgiu o novo fib Model Code (fib, 2010) que traz uma série grande de contribuições que está sendo considerada a nível internacional e inclusive no Brasil, onde a ABECE (2013) está trabalhando em uma publicação de prática recomendada inteiramente baseada na nova proposição do fib Model Code. Resumidamente, na concepção do fib Model Code (fib, 2010) são considerados dois comportamentos básicos esperados para o CRF em função da capacidade de reforço pós-fissuração. O primeiro tipo de comportamento é aquele associado à condição em que o compósito é reforçado com um volume de fibras abaixo do volume crítico (FIGUEIREDO, 2011a). Nesta condição a resistência pós-fissuração do material é inferior à resistência da matriz e, por consequência, a capacidade de absorção de esforços diminui com a fissuração da matriz e o aumento da abertura da fissura, conforme ilustrado na Figura 5(a). Nesta condição, como a tensão no material diminui após o surgimento da primeira fissura na matriz, ocorre apenas uma fissura no compósito que será ampliada progressivamente com a continuidade do deslocamento imposto ao elemento. Este tipo de comportamento é chamado de amolecimento ou softening. O outro possível comportamento é aquele observado quando o volume de fibra é superior ao crítico e o material apresenta uma resistência residual superior à da matriz, conforme o esquematizado na Figura 5(b). Nesta condição, como a capacidade resistente do compósito aumenta com o início da fissuração da matriz ocorre a múltipla fissuração do material, ao contrário do que ocorria no caso anterior. Este comportamento é denominado endurecimento ou hardening. O problema que surge neste momento é o fato de que o comportamento do compósito na ruptura irá depender do método de ensaio. Da mesma forma como ocorre com o concreto convencional e a medida da resistência à compressão, se houver uma mudança no método de ensaio ocorrerá também uma alteração do valor medido. Assim, por exemplo, se for adotado o ensaio de compressão em corpos de prova cilíndricos, a resistência à compressão medida apresentará um valor inferior ao daquele obtido a partir do ensaio de corpos de prova cúbicos o que ainda é objeto de estudo nos dias atuais (KUMAVAT, PATEL, 2014). No caso do CRF, poderá haver mudança de comportamento básico de amolecimento para endurecimento se o tipo de ensaio for alterado. Ou seja, pode-se utilizar o ensaio de tração direta, flexão de prismas e punção de placas, e cada um deles pode gerar um tipo de comportamento pós-fissuração conforme o esquematizado na Figura 6. ANAIS DO 56º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC 4

5 Figura 5 Comportamentos básicos do CRF segundo a concepção do fib Model Code (adaptado de di Prisco et al., 2010) Figura 6 Variação de comportamento básico do CRF com alteração do método de ensaio (adaptado de di Prisco et al., 2010) A dificuldade que surge nesta situação em que se deve escolher qual o método de ensaio seria o representativo para validação do modelo é a própria complexidade dos mesmos. Ensaios de tração direta em CRF que estariam a favor da segurança e mais aproximados com o modelo de dimensionamento são extremamente difíceis de serem executados, o que compromete completamente um programa de controle de qualidade. Até mesmo ensaios indiretos como o DEWS (Double Edge Wedge Splitting Test) que foi proposto por ANAIS DO 56º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC 5

6 di Prisco, Lamperti e Lapolla (2010), tentando aproximar a este comportamento, se mostram também de difícil execução e instáveis quando o CRF utiliza um volume de fibras inferior ao crítico (BORGES et al., 2013). Dessa forma, a opção natural daqueles que conceberam o novo fib Model Code foi adotar o tradicional ensaio de flexão em prismas. Como são vários os métodos disponíveis, naturalmente se optou pelo método europeu EN14651 (2007) que traz as grandes vantagens de ser executado com sistema fechado e possibilitar a avaliação da resistência residual tanto para baixos como elevados níveis de fissuração. Este método é baseado na flexão de prismas com entalhe inferior e carregados com apenas um cutelo superior conforme o apresentado na Figura 7. A partir desse ensaio é possível obter uma curva de carga por abertura de fissura (CMOD Crack mouth opening displacment) conforme o apresentado na Figura 8. Nesta análise se pode avaliar a resistência residual tanto para baixos como para altos níveis de abertura de fissura. Figura 7 Esquema de ensaio de flexão em prismas com entalhe adotado pela norma EN14651 (2007). As resistências residuais obtidas pelo método EN14651 (2007), correspondentes aos valores f R1, f R2, f R3, f R4, são definidas para quatro níveis de abertura de fissura ou CMOD, quais sejam CMOD 1 = 0,5mm, CMOD 2 = 1,5mm, CMOD 3 = 2,5mm e CMOD 4 = 3,5mm, respectivamente. Estes valores de resistência residual são então associados ao Estado Limite de Serviço (ELS) e Estado Limite Último (ELU) em função do nível de abertura de fissura (di PRISCO et al., 2010). A partir do valor da resistência à tração da matriz e das resistências residuais estabelecidas como valores correspondentes ao ELS (f R1 ) e ao ELU (f R3 ) pode-se obter a equação constitutiva base para o dimensionamento de estruturas com CRF, a qual se encontra representada na Figura 9 para os comportamentos de softening e hardening. Para o caso de softening, a definição da lei constitutiva σ-ε é baseada na identificação da abertura de fissura w e no correspondente comprimento característico estrutural do elemento em análise l cs. A idéia é conectar as relações constitutivas (σ-ε) com a mecânica da fratura (σ-w). Assim, toma-se l cs como o espaçamento das fissuras (multifissuração para o caso do volume de fibras ser superior ao crítico) que pode também ser considerado como o vão do prisma quando usada análise plana (di PRISCO et al., 2010). Assim tem-se a relação ε = w/l cs para a obtenção das equações constitutivas do material sendo que ε ELS = CMOD 1 /l cs e ε ELU = Wu/l cs, sendo que Wu seja considerado de modo a 1% ε ELU 2%. ANAIS DO 56º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC 6

7 Figura 8 Curva padrão para medida de resistência residual pós-fissuração no ensaio de flexão em prismas com entalhe adotado pela norma EN14651 (2007). Figura 9 Equações constitutivas para o dimensionamento de elementos com CRF apresentando comportamento de softening (a) e hardening (b) segundo o fib Model Code (di Prisco et al., 2010) Há também uma classificação do comportamento do CRF quanto à tenacidade prevista pelo Código Modelo. Nele o ELU, correspondente ao f R3k, pode ser relacionado com o ELS, correspondente ao f R1k, através da relação f R3k /f R1k. Para exemplificar este comportamento pode-se observar o exemplo apresentado na Figura 10. Ou seja, são estabelecidas categorias de comportamento residual (a, b, c, d, e) em função da relação f R3k /f R1k. O valor de f R1k pode variar de 1 MPa a 8 MPa e a relação f R3k /f R1k pode se circunscrever nos seguintes intervalos de classificação: a se 0.5 f R3k /f R1k 0.7 b se 0.7 f R3k /f R1k 0.9 c se 0.9 f R3k /f R1k 1.1 d se 1.1 f R3k /f R1k 1.3 e se 1.3 f R3k /f R1k ANAIS DO 56º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC 7

8 Além disso, é estabelecida a relação mínima f R3k /f R1k 0,5 o que configura uma resistência residual mínima no ELU que é a metade da resistência residual no ELS. Dessa forma fica clara a necessidade de controle e parametrização do CRF de modo a verificar as premissas de projeto, o que é outro desafio para a tecnologia do CRF como será analisado no próximo item. Figura 10 Exemplo de classificação de controle do comportamento pós fissuração do CRF conforme o preconizado pelo fib Model Code (di Prisco et al., 2010) 2 O controle do CRF convencional Programas de controle de qualidade do concreto deveriam ser algo básico e de total domínio da comunidade técnica de uma região onde se executem obras de responsabilidade. No entanto, são frequentes os relatos recentes de problema na qualidade do serviço prestado para o controle de qualidade básico do concreto. Assim, nos últimos Congressos Brasileiros do Concreto do IBRACON foram relatados trabalhos que demonstraram claramente o risco de baixa qualidade de ensaios sendo realizados por laboratórios nacionais (CARROMEU et al., 2012; MAGALHÃES et al., 2013). Há um número reduzidíssimo de laboratórios acreditados pelo INMETRO para a realização do ensaio de compressão axial. Isto é extremamente danoso para a fundamentação da tecnologia do concreto estrutural no país. Em alguns estados, como o RS, onde não há nenhum laboratório acreditado corre-se o risco de não ter nenhuma confiança no resultado obtido conforme bem demonstrado no estudo de Magalhães et al. (2013) que avaliou cinco laboratórios que produziram cinco resultados diferentes para o mesmo concreto. Se esta condição difícil ocorre para um ensaio simples como o de determinação da resistência à compressão, o que se pode esperar para o controle da tenacidade? Estudos anteriores (GUIMARÃES e FIGUEIREDO, 2002) demonstraram que o ensaio de determinação da tenacidade através do tradicional método JSCE SF4 (JSCE, 1984), realizado com o mesmo concreto em quatro laboratórios distintos demonstrou-se problemático em termos de reprodutibilidade. Foi observada uma grande dispersão dos ANAIS DO 56º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC 8

9 resultados provenientes dos quatro laboratórios. Ainda, observou-se a sensibilidade do ensaio de tenacidade à flexão quanto a influência dos laboratórios nos resultados. Desta forma, por ser um ensaio mais complexo, o ensaio de tenacidade à flexão necessita de maiores cuidados e estudos, além de pessoas qualificadas para conduzi-lo. Quando isto não ocorre, podem ser observados resultados absurdos como os representados na Figura 11 onde o laboratorista ficou mexendo constantemente no LVDT (Figura 11a) ou acertou a prensa para interromper o ensaio com a carga máxima ignorando completamente a resistência residual do material (Figura 11b). Outro problema encontrado foi aquele em que o sistema do gráfico coletou o valor da carga máxima por deslocamento, ou seja, se houve um comportamento de softening (como todos os outros ensaios demonstraram) a curva apresentava um comportamento elastoplástico perfeito absolutamente inverossímil (Figura 11c). Como conclusão, a partir disto, observou-se a necessidade de se investir na qualificação de laboratoristas e laboratórios que se propõem a realizar o controle do CRF comercialmente. No entanto, o ensaio preconizado pela EN14651 (2007) é bem mais complexo que o ensaio japonês e, consequentemente, haverá sérios problemas para se encontrar laboratórios qualificados para a sua boa execução no futuro. Além disso, ensaios mais confiáveis, como o próprio EN14651 (2007) e o preconizado pela ASTM C1609 (2010) exigem sistema fechado de controle de deformação, ou seja, a deformação imposta pelo ensaio deve ser controlada pelo deslocamento medido no corpo de prova (SALVADOR, FIGUEIREDO, 2013), o que exige equipamentos mais sofisticados e não disponíveis nas empresas de controle de qualidade privadas. (a) (b) (c) Figura 11 Exemplos de resultados absurdos obtidos de laboratórios que realizaram o ensaio de determinação de tenacidade do CRF através do método JSCE-SF4: 1984 (adaptado de Guimarães e Figueiredo, 2002) O desafio futuro para a tecnologia do CRF no Brasil será então desenvolver um modelo de dimensionamento que permita estabelecer um modelo de controle de qualidade compatível e, principalmente, confiável. Neste sentido, alguns estudos já estão sendo feitos tentando-se relacionar o comportamento mecânico do CRF avaliado em prismas com os obtidos com outros ensaios mais simples, como é o caso do Barcelona simplificado (PUJADAS et. al., 2013). Este ensaio consiste no puncionamento de um cilindro e o controle do deslocamento do pistão, conforme o ilustrado na Figura 12. No trabalho de Toaldo et al. (2013) foi possível correlacionar os resultados obtidos de tenacidade neste ensaio com os obtidos no ensaio de tração na flexão realizados através do método proposto pela JSCE-SF4 (1984). Uma ilustração deste tipo de correlação se encontra apresentada na Figura 13 e pode-se observar uma excelente aderência. Os ANAIS DO 56º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC 9

10 trabalhos futuros deverão avaliar se há correlação entre o comportamento pós-fissuração no ELS e no ELU medido segundo os diferentes métodos. Isto ocorre porque a antiga tendência de medida de tenacidade está entrando em desuso em função da melhor condição de avaliação da resistência residual pós-fissuração. Se isto ocorrer de fato, será possível realizar ensaios corriqueiros de controle de qualidade utilizando o ensaio Barcelona Modificado (PUJADAS et al., 2013) deixando o ensaio EN14951 (2007) para as atividades de dosagem e qualificação do CRF. (a) (b) (c) Figura 12 Ensaio Barcelona simplificado apresentando o corpo de prova preparado para ensaio (a) o ensaio em execução (b) e o corpo de prova após o ensaio (c) (adaptado de Toaldo et al., 2013) Figura 13 Ajuste Linear e Polinomial às curvas de tenacidade do Ensaio JSCE SF4 X Ensaio Barcelona. (TOALDO et al., 2013) Além dos ensaios de controle do comportamento pós-fissuração, outros terão que ser desenvolvidos para o estabelecimento de um programa adequado de controle de qualidade. Entre eles está o ensaio de determinação do teor de fibra incorporado ao ANAIS DO 56º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC 10

11 concreto que já foi analisado para o caso do estado endurecido (KALIL et al., 2010) mas precisa receber atenção para o caso do estado fresco. Esta condição é relativamente mais simples do que aquela enfrentada por algumas aplicações de CRF específicas, como é o caso do concreto projetado e dos tubos de concreto para obras de saneamento, o que está mais bem descrito nos próximos itens. 3 Concreto projetado reforçado com fibras O concreto projetado apresenta algumas peculiaridades e, entre elas, está a dificuldade de se produzir corpos de prova. Para realizar o controle de tenacidade através de flexão em prismas, deve-se realizar a projeção de placas e o posterior corte de prismas, conforme o ilustrado na Figura 14. Após o corte dos prismas os mesmos são levados ao ensaio de tração na flexão para a determinação do comportamento pós-fissuração. A recomendação normalmente seguida é seguir o procedimento recomendado pela EFNARC (1996). Neste caso, não é viável realizar o ensaio preconizado pela EN14651 (2007). (a) Figura 14 Projeção de placas (a) e prismas cortados a partir das placas (b) (b) Figura 15 Prisma de concreto projetado reforçado com fibras sendo ensaiado na tenacidade à flexão ANAIS DO 56º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC 11

12 O concreto projetado reforçado com fibras também pode ser controlado pelo ensaio de puncionamento de placas. Uma das alternativas para isso é o ensaio de puncionamento de placa quadrada preconizado pela EFNARC (1996) (Figura 16), o qual apresenta um razoável número de dificuldades para garantia da qualidade do resultado (FIGUEIREDO, HELENE, 1997). Por essa razão surgiu a metodologia proposta pela ASTM no ensaio de puncionamento de placas circulares ASTM C1550 (2005) (Figura 17). Estes ensaios não são facilmente comparáveis com os padrões estabelecidos para o controle segundo o fib Model Code (di PRISCO et al., 2010) e, talvez por esta razão, a EFNARC em publicação recente sugeriu um novo ensaio de flexão de placas com entalhe (EFNARC, 2011), o qual se encontra apresentado de maneira esquemática na Figura 18. Neste ensaio, também se prescreve o controle para distintos níveis de abertura de fissura, conforme o apresentado no esquema da Figura 19. Figura 16 Ensaio de puncionamento de placas quadradas pelo método EFNARC (1996) (Figueiredo, 2008). Figura 17 Ensaio de puncionamento de placas circulares (ASTM C1550, 2005). ANAIS DO 56º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC 12

13 Figura 18 Esquema do ensaio de flexão de placas quadradas com entalhe (EFNARC, 2011). Os padrões de controle das resistências residuais do ensaio de flexão de placas quadradas proposto pela EFNARC (2011) segue as mesmas bases do ensaio EN14651 (2007), mantendo até o mesmo nível de abertura de fissura (CMOD). Para facilitar o controle, estabeleceu-se uma correspondência entre o nível de deflexão e de abertura de fissura, como se pode observar na Figura 19. Percebe-se que há um esforço de aproximar o controle do concreto projetado com os fundamentos propostos pelo fib Model Code. Por essa razão, pode-se afirmar que esta é uma forte tendência e que outras áreas deverão seguir princípios semelhantes. Um exemplo disso é o caso dos tubos de concreto reforçado com fibras, cujo controle está discutido no próximo item. Figura 19 Esquema do controle da curva de carga por ensaio de flexão de placas quadradas com entalhe (EFNARC, 2011). ANAIS DO 56º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC 13

14 4 Tubos de concreto reforçado com fibras Os tubos de concreto são normalmente controlados a partir do ensaio de compressão diametral (FIGUEIREDO et al., 2008). Com o objetivo de aproximar o sistema de controle de tubos de concreto à tendência apresentada pelo fib Model Code (2010) foi proposta uma nova sistemática de ensaios que muda a configuração do mesmo (FIGUEIREDO et al., 2012). O objetivo principal da nova metodologia de ensaio, além do anteriormente citado, foi reduzir uma série de limitações que o ensaio padrão atual apresenta. Assim, foi proposto um novo padrão para o ensaio baseado em pesquisas prévias. O sistema vigente de ensaio de compressão diametral com três cutelos para tubos de concreto reforçado com fibras consiste num procedimento composto por dois ciclos de carregamento. No primeiro ciclo o tubo é carregado de maneira continua até se atingir a carga mínima isenta de dano (F c ). Neste momento, a carga é mantida por, no mínimo, um minuto e o tubo é verificado e será rejeitado se apresentar qualquer tipo de dano como fissuras. Caso o tubo seja aprovado neste estágio, é dado prosseguimento ao carregamento até que se atinja a carga máxima (F u ). Quando a carga começa a cair novamente a atinge o valor de 95% de F u o tubo é descarregado totalmente finalizando o primeiro ciclo de carregamento. No segundo ciclo de carregamento, o tubo é recarregado até um nível de carga correspondente à carga mínima isenta de dano F c sendo a carga mantida por mais um minuto nesta condição. O tubo é aprovado se suportar esta carga durante o minuto previsto. Segundo a norma brasileira (ABNT NBR 8890:2007) o carregamento do tubo deve ser então continuado de modo a se determinar a carga máxima pós-pico (F max,pos ). O valor obtido para a F max,pos deve ser igual ou superior a 1.05F c. Logo, se pressupõe um comportamento de softening para o tubo, uma vez que a carga F c corresponde a um terço do valor de F u. Este ensaio apresenta uma série de problemas para aproximar sua análise das modernas concepções do fib Model Code (2010). Um desses problemas é o fato de o deslocamento diametral e, consequentemente, o nível de fissuração não serem levados em conta na avaliação do tubo de concreto. Ou seja, não se tem atrelado o nível de resistência pósfissuração com o ELU e ELS. Além disso, há uma possibilidade de haver grande variação nos resultados pós-fissuração, dado que os níveis de deslocamento diametral ou de fissuração não são associados à determinação da carga resistente pós-fissuração. Como o comportamento previsto para o tubo é de softening, há necessariamente uma variação da carga resistida com o aumento do nível de deslocamento diametral. Assim, foi proposto um novo modelo de controle dos tubos de CRF de modo a realizar o ensaio em um único ciclo de carregamento, mas com controle de deslocamento diametral através de LVDT posicionado na ponta do tubo, conforme o apresentado na Figura 20, e que já foi utilizado em pesquisas experimentais anteriores (FIGUEIREDO et al., 2012a). A partir deste ensaio se pode levantar a curva de carga por deslocamento conforme o exemplo apresentado na Figura 21. Após a obtenção desta curva a mesma é convertida em carga específica (carga dividida pelo diâmetro) por deslocamento diametral específico (deslocamento diametral dividido pelo diâmetro) e comparado com o padrão apresentado na Figura 22. Este diagrama (Figura 22) representa esquematicamente a resposta de um ANAIS DO 56º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC 14

15 tubo de concreto reforçado com fibras durante o ensaio de compressão diametral com carregamento contínuo de um único ciclo. Figura 20 Ensaio de compressão diametral do tubo de concreto com monitoração do deslocamento diametral por LVDT. O deslocamento associado ao ELS (d ELS ) é relacionado ao deslocamento correspondente à carga máxima pós-fissuração. Neste caso, o valor de 0,4% foi considerado adequado uma vez que se situa um pouco acima dos valores obtidos em dados históricos de pesquisas anteriores. Além disso, também se evita a região de instabilidade que normalmente se observa nesta região (FIGUEIREDO, 2008). Para estabelecer o valor de d ELU foi usada a mesma proporção estabelecida no fib Model Code para ε ELS e ε ELU. Neste caso, como o valor de ε ELU é cinco vezes maior que o valor de ε ELS, foi estabelecido um valor de 2% para d ELU. O fib Model Code também foi utilizado como referência para estabelecer o requisite para F ELU. Então, a resistência residual associada ao ELU tem que ser, no mínimo, 82% do valor de resistência residual correspondente ao ELS de modo a garantir um mínimo de ductilidade para o componente. Assim, o valor de F ELU pode ser considerado, numa primeira aporximação, equivalente a 82% de F ELS (F ELU =0.82F C ). Para a realização do ensaio propriamente dito, as condições do mesmo não se alteram significativamente em relação ao ensaio de compressão diametral dos tubos de reforço convencional que é feito de forma contínua (FIGUEIREDO et al., 2008). Isto possibilitaria uma uniformização de ensaios, dado que hoje os critérios utilizados para os tubos de CRF são muito mais exigentes do que para aqueles produzidos com reforço convencional. Neste sentido, manter-se-ia o método hoje empregado para o ensaio do tubo de CRF, em apenas um ciclo com a verificação da ocorrência de dano para (F c ), que deverá ser mantida por um minuto. Ou seja, não haveria o descarregamento do tubo após o pico inicial e se levantaria a curva até um deslocamento diametral superior ao correspondente ao ELU. Com a curva de carga por deslocamento levantada, poderia-se verificar se a carga medida para d ELS foi superior Fc e se a carga medida para d SLU superou 0.82F C. ANAIS DO 56º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC 15

16 Figura 21 Curvas típicas levantadas no ensaio de compressão diametral do tubo de concreto com monitoração do deslocamento diametral por LVDT (FIGUEIREDO et al., 2012). Figura 22 Curvas padrão proposta para o novo método de ensaio de compressão diametral de tubos de concreto reforçado com fibras (FIGUEIREDO et al., 2012). O novo método de ensaio foi proposto com o objetivo de aumentar sua confiabilidade. No entanto, trata-se apenas de uma proposição e alguns aspectos devem ser observados no future de modo a se obter parâmetros de controle mais confiáveis. Como exemplo, podese citar a necessidade de correlacionar o nível de abertura de fissure pós-fissuração e o nível de deslocamento, o que começou a ser analisado por Monte et al. (2014). Este é um parâmetro fundamental para a fundamentação de valores correlacionados a d ELU e d ELS e os correspondentes requisitos. ANAIS DO 56º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC 16

17 5 Comentários finais Há uma tendência internacional de busca de consenso e de embasamento técnico científico que potencializem o uso do CRF como material estrutural. Esta tendência está muito direcionada ao novo fib Model Code (2010) e irá permear as mais distintas aplicações do CRF seja qual for o tipo de fibra utilizado. Não é mais aceitável mudança de critérios de avaliação em função do tipo de fibra ou do tipo de reforço como ocorre com os tubos. Este é um caso particularmente emblemático em que o reforço com fibras é prejudicado por uma exigência de desempenho muito mais rigorosa do que para o sistema convencional que, por sua vez, é submetido a um ensaio com um grau de confiabilidade muito menor (FIGUEIREDO et al., 2012a). Assim, será possível minimizar o grau de desconfiança que o meio técnico tem para esta aplicação e possibilitar um incremento nas possibilidades de aplicação estrutural. Vale ressaltar que aplicações de maior responsabilidade exigem maior rigor de controle de qualidade. De nada vale um projetista se sentir apto a dimensionar uma estrutura de CRF com um maior grau de exigência se o mesmo não se encontrar amparado por um sistema de controle de qualidade que garanta que as premissas de projeto estejam sendo obedecidas. Neste sentido, há muito que se fazer para elevar a condição técnica dos laboratórios de controle no Brasil de modo a qualificá-los minimamente para a execução de um serviço específico para uma obra que empregue o CRF como material estrutural de maior responsabilidade. Dessa maneira, em futuros trabalhos normativos na ABNT, deverão ser abordados temas muito importantes como o da especificação do CRF. Nesta especificação, se houver uma aproximação da filosofia empregada pelo fib Model Code (2010), o que é já uma tendência demonstrada pela ABECE (2013) haverá uma maior probabilidade de êxito. Esta especificação irá depender também da definição de métodos de ensaio confiáveis, que possam avaliar as resistências residuais no ELS e ELU com confiabilidade, o que implica dizer que não deve haver instabilidade pós-pico prejudicando a medida da resistência residual para baixos níveis de abertura de fissura o que é um problema preocupante há bom tempo (FIGUEIREDO e HELENE, 1997). Finalmente, deverá se pensar no meio técnico nacional, normalmente desprovido de muitos recursos e pouco dado a programas de controle de qualidade mais sofisticados. Assim, deve-se investir também em ensaios mais simples de controle corriqueiro mas que também possam garantir a qualidade mínima do CRF como material estrutural confiável. 6 Referências ABECE. Estruturas de Concreto Reforçado com Fibras Diretrizes para Projeto. Associação Brasileira de Engenharia e Consultoria Estrutural. Texto preliminar. Novembro, ARMELIN, H.S. Contribuição ao estudo do concreto projetado por via seca com fibras de aço destinado ao revestimento de túneis NATM. São Paulo, p. Dissertação (Mestrado). Escola Politécnica, Universidade de São Paulo AMERICAN SOCIETY FOR TESTING MATERIALS. ASTM C1609: Standard test method for flexural performance of fiber-reinforce concrete (using beam with third-point loading). Philadelphia, 2010a.. ANAIS DO 56º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC 17

18 AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. ASTM C1550: Standard test method for flexural performance of fiber-reinforce concrete (using beam with third-point loading). Book of ASTM Standards, USA BARROS, J.A.O., SALEHIAN, H., PIRES, N.M.M.A., GONÇALVES, D.M.F. Design and testing elevated steel fibre reinforced self-compacting concrete slabs. In: Eighth RILEM International Symposium on Fibre Reinforced Concrete (BEFIB 2012), 2012, Guimarães. Fibre Reinforced Concrete: challenges and opportunities. Bagneux: RILEM Publications SARL, BORGES, L. A. C., MONTE, R., FIGUEIREDO, A. D. Avaliação da tenacidade de concretos reforçados com fibras através do ensaio de compressão de corpos de prova com entalhe In: 55 o Congresso Brasileiro do Concreto, Gramado. Instituto Brasileiro do Concreto (IBRACON). São Paulo, CARROMEU, C. C.; OLIVEIRA K. C.; HELENE P.; HERVÉ NETO, E.; BILESKY P.; PACHECO, J. A importância da acreditação laboratorial e da certificação de mão de oba no controle de aceitação do concreto. In: 54 o Congresso Brasileiro do Concreto do Instituto Brasileiro do Concreto (IBRACON), Maceió, DESTRÉE, X. Steel-fibre-only reinforced concrete in free suspended elevated slabs. Concrete Engineering International. Spring, pp di PRISCO, M.; PLIZZARI, G.; VANDEWALLE, L. Fibre reinforced concrete: new design perspectives. Material and Structures, v. 42, p , di PRISCO, M.; PLIZZARI, G.; VANDEWALLE, L. Fiber reinforced concrete in the new FIB model code. Proceedings of the Third International Congress and Exhibition Fib Think Globally, Build locally. In: 3 FIB INTERNATIONAL CONGRESS, 2010, Washington, p di PRISCO, M; LAMPERTI, M. G. L.; LAPOLLA, S. On Double Edge Wedge Splitting test: preliminary results. In: 7th International Conference on Fracture Mechanics of Concrete Structures - FraMCOS-7, May, Seogwipo, Jeju (Korea). Proceedings EFNARC. European Specification for Sprayed Concrete. European Federation of Producers and Applicators of Specialist Products for Structures (EFNARC), Hampshire, UK, p. EFNARC. Testing Sprayed Concrete: EFNARC three point bending test on squere panel with notch. European Federation of Producers and Applicators of Specialist Products for Structures (EFNARC), Hampshire, UK, p. EN Test method for metallic fibre concrete - Measuring the flexural tensile strength (limit of proportionality residual). European Standard fib Bulletin 55, Model Code First complete draft, v. 1, 2010, 312p. FIGUEIREDO, A. D. Perspectivas do concreto reforçado com fibras para túneis In: 2o. Congresso Brasileiro de Túneis e Estruturas Subterrâneas - Seminário Internacional: South American Tunnelling. São Paulo. Anais. Comitê Brasileiro de Túneis - ABMS - ITA International Tunnelling Association, FIGUEIREDO, A. D. Concreto Reforçado com Fibras. São Paulo, p. Tese (Livre-docência). Escola Politécnica, Universidade de São Paulo. FIGUEIREDO, A. D. Concreto com fibras. In: CONCRETO: Ciência e tecnologia. 2ed. São Paulo: Instituto Brasileiro do Concreto (IBRACON), 2011a, v.2, p FIGUEIREDO, A. D., HELENE, P. R. L. O ensaio de punção de placas para o controle da tenacidade no concreto com fibras de aço In: Iv Congresso Iberoamericano de Patologia das Construções e VI Congresso de Controle da Qualidade - CONPAT 97, Anais. Porto Alegre, v.ii. p ANAIS DO 56º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC 18

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