O uso de fibras como reforço disperso no concreto tem uma história que remonta ao início da década de 60, quando essa técnica foi proposta como uma maneira de fortalecer estruturas.

Nas décadas seguintes, especialmente a partir da segunda metade da década de 70, o uso comercial das fibras no concreto cresceu no mercado europeu. 

Inicialmente, as fibras foram empregadas como substitutas do reforço secundário e para controlar a abertura de fissuras em áreas menos críticas das estruturas. 

Este artigo explora o funcionamento  do concreto reforçado com fibras, com foco nas fibras de aço e polipropileno.

Como funciona o Reforço de Concreto com Fibras de Aço e Polipropileno

O Concreto Reforçado com Fibras (CRF) difere do concreto convencional devido à presença das fibras. 

As fibras, como as de aço e polipropileno, têm um papel crucial na resistência e ductilidade (capacidade de um material de se deformar sob tensão) do CRF. 

Estudos mostram que a adição de fibras aumenta a capacidade do concreto de resistir à fissuração, tornando-o mais dúctil e resistente.

Transição entre Comportamentos Mecânicos

A transição entre os comportamentos “strain softening” e “strain hardening” no CRF é um aspecto importante a ser considerado. 

Isso depende da quantidade de fibra adicionada à mistura. 

Se o volume de fibra ultrapassa um valor crítico, o CRF passa de um comportamento mais frágil para um comportamento mais dúctil. 

Esse processo influencia diretamente a capacidade do material de lidar com fissuras e tensões pós-fissuração.

Mecanismos de Ponte e Interface Fibra-Matriz

Após a fissuração, as fibras entram em ação para controlar a abertura das fissuras.

 A zona de interface entre a fibra e a matriz desempenha um papel crucial nesse processo. 

A aderência e o arrancamento da fibra são influenciados por fatores como o tamanho da fibra, a composição da matriz e as características da interface. 

O formato das fibras também desempenha um papel importante, com fibras moldadas mostrando um bom desempenho em comparação com fibras retas.

Comportamento Mecânico do CRF

O comportamento mecânico do CRF é influenciado por vários fatores, incluindo tipo de fibra, geometria, orientação, matriz e taxa de carregamento. 

A interação desses fatores leva a respostas complexas no material quando submetido a cargas e fissuras. 

Ensaios de carga cíclica revelam informações valiosas sobre o desempenho das fibras em diferentes situações.

Vantagens do Reforço com Fibras

O reforço de concreto com fibras oferece uma série de vantagens que contribuem para a melhoria das estruturas. 

Primeiramente, as fibras aumentam a capacidade do concreto de suportar cargas e resistir à fissuração. 

Isso resulta em estruturas mais robustas e confiáveis, capazes de lidar com diferentes condições de carregamento. 

Além disso, o reforço com fibras confere maior ductilidade ao concreto, permitindo que ele absorva energia mesmo após a ocorrência de fissuras.

Comportamento Mecânico Aprimorado

O comportamento mecânico do concreto é significativamente aprimorado com o reforço de fibras.

As fibras atuam como mecanismos de ponte, controlando a abertura de fissuras e distribuindo as tensões ao longo da estrutura. 

Isso não só melhora a capacidade de carga, mas também prolonga a vida útil das construções, reduzindo a necessidade de manutenção frequente.

Desempenho em Diferentes Condições

Uma das vantagens notáveis do reforço de concreto com fibras é sua eficácia em diferentes condições ambientais. 

O concreto reforçado com fibras apresenta maior resistência à corrosão, especialmente quando fibras de aço são utilizadas. Isso é particularmente valioso em ambientes agressivos, como regiões costeiras ou estruturas sujeitas a produtos químicos corrosivos.

Sustentabilidade e Economia

Além de melhorar a performance estrutural, o reforço com fibras também tem implicações positivas em termos de sustentabilidade e economia. 

Estruturas reforçadas com fibras muitas vezes requerem menos manutenção ao longo do tempo, resultando em economia de custos a longo prazo. 

Além disso, a redução da necessidade de reparos e substituições contribui para a diminuição do impacto ambiental.

Um exemplo de  teste de compósitos cimentícios reforçados com fibra de aço e polipropileno

O experimento realizado consistiu em uma série de testes realizados para caracterizar as propriedades de longa duração de compósitos cimentícios reforçados com fibras de aço e polipropileno. 

O objetivo principal foi compreender o comportamento desses materiais ao longo do tempo e sob diferentes condições de carga. 

Os testes abordaram:

• a fluência em uma única fibra, 
• o arrancamento dependente do tempo em fibras embutidas em matriz de concreto e 
• a fluência à compressão e à flexão em corpos prismáticos.

O arranjo experimental para os ensaios envolveu a fixação das fibras, aplicação de cargas sustentadas por diferentes períodos de tempo, medição de deslocamentos e avaliação da resistência residual após os ensaios de longa duração. 

Foram utilizados dispositivos como LVDTs (transdutores de deslocamento linear variável) e sistemas de aquisição de dados para coletar informações sobre os deslocamentos, carga e resposta dos materiais.

Os testes foram conduzidos em amostras de diferentes composições de concreto reforçado com fibras, tanto de aço quanto de polipropileno. 

A influência da fluência na resposta mecânica das fibras e da matriz de concreto foi investigada, considerando diferentes níveis de carga e períodos de aplicação. 

A metodologia adotada envolveu a pré-fissuração das amostras, aplicação de cargas sustentadas e subsequente avaliação da resistência residual.

O que mostraram os testes?

A avaliação de compósitos reforçados com fibras de aço e polipropileno mostrou resultados interessantes. 

A fibra de aço apresentou maior resistência ao desenvolvimento de fissuras, enquanto a fibra de polipropileno teve um desempenho mais limitado. 

Com a análise de diversas propriedades mecânicas e comportamentos, concluiu-se que o uso de fibras de aço é mais eficaz em aumentar a resistência e ductilidade do CRF, especialmente para maiores comprimentos de fissura.

Conclusão

O uso de fibras como reforço em concreto é uma técnica valiosa para melhorar a resistência, ductilidade e controle de fissuras nas estruturas. 

Fibras de diferentes materiais e geometrias influenciam o comportamento mecânico do material, afetando suas propriedades pós-fissuração. 

A compreensão dos mecanismos de interação entre fibras e matriz, bem como a análise dos resultados dos ensaios, ajuda a escolher a melhor fibra para atender às necessidades específicas de cada projeto. 

O estudo contínuo e a aplicação prática desses conhecimentos contribuem para o desenvolvimento de estruturas mais seguras e duráveis.

Portanto, o reforço de concreto com fibras representa uma evolução significativa na indústria da construção civil. 

Ao melhorar a resistência, a durabilidade e a ductilidade das estruturas, essa técnica oferece soluções eficazes para os desafios enfrentados pelo concreto convencional. 

Seja aumentando a capacidade de carga, controlando fissuras ou prolongando a vida útil das construções, o reforço com fibras se destaca como uma abordagem fundamental para construções mais seguras, duráveis e sustentáveis. 

Com um histórico de sucesso e constante evolução, é evidente que o reforço de concreto com fibras continuará a moldar o futuro da engenharia civil.