UNIVERSIDADE DO VALE DO TAQUARI - UNIVATES

CURSO DE ENGENHARIA CIVIL

ANÁLISE DA RESISTÊNCIA DO CONCRETO COM ADIÇÃO DE FIBRAS

DE POLIPROPILENO SUBMETIDO A ALTAS TEMPERATURAS

Diana de Castro

Lajeado, novembro de 2017.

Diana de Castro

ANÁLISE DA RESISTÊNCIA DO CONCRETO COM ADIÇÃO DE

FIBRAS DE POLIPROPILENO SUBMETIDO A ALTAS

TEMPERATURAS

Monografia apresentada à disciplina

de Trabalho de Conclusão de Curso II,

do curso de Engenharia Civil da

Universidade do Vale do Taquari -

UNIVATES, como parte das

exigências para a obtenção do título de

bacharel em Engenharia Civil.

Orientador: Prof. Me. Marcelo Ferreira

Lajeado, novembro de 2017.

AGRADECIMENTOS

Primeiramente agradeço a Deus por me proporcionar uma experiência tão

gratificante quanto o curso da Engenharia Civil.

Agradeço também ao meu orientador professor Marcelo, pela paciência, pelas

orientações e preocupação com os resultados do trabalho.

Agradeço, em especial, à professora Débora, que sempre foi muito prestativa

ao auxiliar e ajudar quando mais precisei.

Á minha família, que muitas vezes me incentivou e não deixou que eu desistisse

da minha carreira profissional.

Em especial, ao meu companheiro Eduardo que sempre esteve presente ao

meu lado, incentivando, ajudando e colaborando para o término desta caminhada.

E por fim a todos os laboratoristas do LATEC da Univates, em especial ao

Rodrigo e ao Fernando, por estarem sempre prontos para auxiliar na execução dos

testes deste estudo de pesquisa, não medindo forças para que tudo fosse como o

esperado.

RESUMO

O crescimento tecnológico, quando aliado ao conhecimento humano das técnicas de
construção, impõe a este a necessidade de constantes aprimoramentos, no que diz
respeito a materiais estruturais utilizados na construção civil. A busca por materiais
que consigam desempenhar todas as características que uma obra necessita com o
menor preço é o grande desafio da construção civil. A Ciência dos Materiais aplicada
à tecnologia de confecção de concreto propicia a expectativa de um produto com
características superiores em relação à resistência, tenacidade e elasticidade,
comparados com os materiais disponíveis atualmente. No presente trabalho será
estudado o comportamento dos concretos com adição de fibras de polipropileno
monofilamentadas, quando submetidos a altas temperaturas, observando os critérios
de resistência obtidos depois da exposição ao calor.

Palavras chaves: Concreto. Resistência. Cimento Portland. Materiais. Fibras de
polipropileno. Alta temperatura.

ABSTRACT

Technological growth, when combined with the human knowledge of construction
techniques, imposes on the latter the need for constant improvements, as regards
structural materials used in civil construction. The search for materials that can fulfill
all the characteristics that a work needs at the lowest price is the great challenge of
civil construction. The Materials Science applied to the technology of concrete
making propitiates the expectation of a product with superior characteristics in
relation to the resistance, tenacity and elasticity, compared with the materials
currently available. In the present work the behavior of the concrete with addition of
monofilamentated polypropylene fibers will be studied, when submitted to high
temperatures, observing the resistance criteria obtained after exposure to heat.

Key words: Concrete. Resistance. Portland cement. Materials. Polypropylene fibers.
High temperature.

LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS

ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas

AF Cimento Portland de Alto-forno

ARI Cimento Portland de Alta Resistência Inicial

ASTM American Society for Testing and Materials

CP Corpo de Prova

CPB Cimento Portland Branco

CPC Cimento Portland Comum

CPE Cimento Portland Comum com Escória

CPS Cimento Portland Comum Simples

CPZ Cimento Portland Comum com Pozolana

CRF Concreto Reforçado com Fibras

CSH Silicato de Cálcio Hidratado

FRC “Fiber-Reinforced Concrete”

IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatísticas

Mm Milímetro (correspondente a um metro multiplicado por 10-3)

Mpa MegaPascal (corresponde a um Pascal multiplicado por 106)

NBR Norma Brasileira Regulamentadora

ºC Graus Celsius

POZ Cimento Portland Pozolânico

PP Polipropileno

Tc Temperatura de cristalização

Tg Temperatura de Transição Vítrea

Tm Temperatura de Fusão Cristalin

LISTA DE FIGURAS

Figura 01 - Incêndio Edifício Andraus, São Paulo, 1972 ...................................... 16

Figura 02 - Incêndio Edifício Joelma, São Paulo, 1974 ........................................ 17

Figura 03 - Incêndio Lojas Renner, Porto Alegre, 1976 ....................................... 18

Figura 04 - Microfibra de polipropileno monofilamentada ..................................... 43

Figura 05 - Microfibra de polipropileno fibrilada .................................................... 44

Figura 06 - Macrofibra de polipropileno ................................................................ 44

Figura 07 - Mecanismo de aumento de tenacidade à flexão do concreto

com fibras ............................................................................................................. 47

Figura 08 - Imagem dos Cp’s moldados Traço 1 e 2 ............................................ 54

Figura 09 - Moldagem dos Cp’s Traço 3 .............................................................. 55

Figura 10 - Moldagem dos Cp’s Traço A ............................................................... 58

Figura 11 - Moldagem dos Cp’s traço B, C e D .................................................... 58

Figura 12 - Procedimentos para o ensaio de abatimento Slump Tes ................... 60

Figura 13 - Cp’s na câmera úmida por um período de 28 dias ............................. 61

Figura 14 - Câmera de secagem .......................................................................... 61

Figura 15 - Câmara mufla ..................................................................................... 62

Figura 16 - Prensa empregada para o rompimento dos CP’s .............................. 63

Figura 17 - Cp’s cilíndricos aquecidos a 200 °C ..................................................... 89

Figura 18 - Cp’s cilíndricos aquecidos a 400°C .................................................... 90

Figura 19 - Cps's cilíndricos aquecidos a 600 ºC. ................................................ 91

Figura 20 - Cp’s prismáticos aquecidos a 200 °C ................................................. 91

Figura 21 - Cp’s prismáticos aquecidos a 400 °C ................................................. 92

Figura 22 - Cp's prismáticos aquecidos a 600 ºC ................................................. 93

LISTA DE TABELAS

Tabela 01 - Algumas características especificadas pela Associação Brasileira de
Normas Técnicas para cimentos brasileiros ......................................................... 32

Tabela 02 - Composição do cimento CP IV .......................................................... 33

Tabela 03 - Resistência e sua relação com a elevação da temperatura .............. 39

Tabela 04 - Mudanças que ocorrem no concreto com ao aumento da
temperatura .......................................................................................................... 40

Tabela 05 - Massa específica e massa unitária da areia ...................................... 51

Tabela 06 - Massa específica e massa unitária da brita ....................................... 52

Tabela 07 - Traços do concreto com a adição de fibras de polipropileno .............. 53

Tabela 08 - Quantidade do material utilizado no teste piloto ................................ 53

Tabela 09 - Adaptação do traço de maior resistência do concreto com a adição de
fibras de polipropileno monofilamentadas ............................................................ 55

Tabela 10 - Quantidade de material utilizado na mistura...................................... 56

Tabela 11 - Quantidade de corpos-de-prova moldados ....................................... 57

Tabela 12 - Resultado do slump test ..................................................................... 66

Tabela 13 - Resultados de resistência dos traços de concreto ............................ 66

Tabela 14 - Resultados dos ensaios de resistência à compressão e flexão ......... 68

Tabela 15 - Resultados dos ensaios de resistência à compressão e flexão com a
média e desvio-padrão .......................................................................................... 69

Tabela 16 - Resultados dos ensaios de resistência a compressão e flexão .......... 71

Tabela 17 - Resultados dos ensaios de resistência à compressão e flexão com a
média e desvio-padrão ......................................................................................... 72

Tabela 18 - Resultados dos ensaios de resistência a compressão e flexão ......... 74

Tabela 19 - Resultados dos ensaios de resistência à compressão e flexão com a
média e desvio-padrão .......................................................................................... 75

Tabela 20 - Resultados dos ensaios de resistência à compressão e flexão ......... 77

Tabela 21 - Resultados dos ensaios de resistência à compressão e flexão com a
média e desvio-padrão ......................................................................................... 78

LISTA DE GRÁFICOS

Gráfico 01 – Pressão de vapor em função da temperatura ....................................... 38

Gráfico 02 – Curva granulométrica da areia .............................................................. 50

Gráfico 03 – Curva granulométrica da brita 01 .......................................................... 51

Gráfico 04 – Resistência média à compressão aos 7 dias de cura do concreto ........ 67

Gráfico 05 – Resistência média fixa à flexão aos 7 dias de cura do concreto ........... 68

Gráfico 06 – Média de resistência à compressão à temperatura ambiente ............... 70

Gráfico 07 – Média de resistência à flexão à temperatura ambiente ......................... 70

Gráfico 08 – Média de resistência à compressão à temperatura de 200 ºC .............. 73

Gráfico 09 – Média de resistência à flexão à temperatura de 200 ºC ........................ 73

Gráfico 10 – Média de resistência à compressão à temperatura de 400 ºC .............. 76

Gráfico 11 – Média de resistência à flexão à temperatura de 400 ºC ........................ 76

Gráfico 12 – Média de resistência à compressão à temperatura de 600 ºC .............. 79

Gráfico 13 – Média de resistência à flexão à temperatura de 600 ºC ........................ 79

Gráfico 14 – Média de resistência à compressão (Mpa) Traço A .............................. 80

Gráfico 15 – Média de resistência à flexão (Mpa) Traço A ........................................ 81

Gráfico 16 – Média de resistência à compressão (Mpa) Traço B .............................. 82

Gráfico 17 – Média de resistência à flexão (Mpa) Traço B ........................................ 82

Gráfico 18 – Média de resistência à compressão (Mpa) Traço C .............................. 83

Gráfico 19 – Média de resistência à flexão (Mpa) Traço C ........................................ 84

Gráfico 20 – Média de resistência à compressão (Mpa) Traço D .............................. 85

Gráfico 21 – Média de resistência à flexão (Mpa) Traço D ........................................ 85

Gráfico 22 – Média de resistência à compressão X Exposição Temperatura ............ 86

Gráfico 23 – Média de resistência à flexão X Exposição Temperatura...................... 88

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................... 16

1.1 Justificativa ........................................................................................................ 18

1.2 Objetivos ............................................................................................................ 19

1.2.1 Objetivo geral ................................................................................................. 19

1.2.2 Objetivos específicos..................................................................................... 19

1.3 Estrutura ............................................................................................................ 19

1.4 Delimitações ...................................................................................................... 20

2 REFERENCIAL TEÓRICO ..................................................................................... 22

2.1 Conceitos básicos sobre o concreto ............................................................... 22

2.1.1 Agregados ....................................................................................................... 24

2.1.1.1 Areia ............................................................................................................. 25

2.1.1.2 Brita .............................................................................................................. 26

2.1.2 Aditivos ........................................................................................................... 26

2.1.2.1 Superplastificante ....................................................................................... 27

2.1.3 Cimento ........................................................................................................... 29

2.1.4 Resistência ..................................................................................................... 33

2.1.5 Adensamento .................................................................................................. 35

2.2 Características do conceito submetido a elevadas temperaturas ................ 36

2.3 Conceitos básicos das fibras ........................................................................... 43

2.3.1 Definição ......................................................................................................... 43

2.3.2 Características das fibras de polipropileno ................................................. 44

2.3.2.1 Característica do material aquecido .......................................................... 47

2.4 Características do concreto com adição de fibras de polipropileno ............ 48

3 MATERIAIS E MÉTODOS ..................................................................................... 51

3.1 Materiais ............................................................................................................. 51

3.1.1 Cimento Portland ........................................................................................... 51

3.1.2 Água ................................................................................................................ 51

3.1.3 Agregados ....................................................................................................... 52

3.1.3.1 Areia ............................................................................................................. 52

3.1.3.2 Brita .............................................................................................................. 53

3.1.4 Aditivos ........................................................................................................... 54

3.1.4.1 Superplastificante ....................................................................................... 54

3.1.5 Fibras de polipropileno .................................................................................. 54

3.2 Dosagem ............................................................................................................ 55

3.3 Temperatura ....................................................................................................... 58

3.4 Ensaio do concreto em estado fresco ............................................................. 62

3.4.1 Slump test ....................................................................................................... 62

3.5 Ensaio do concreto em estado rígido .............................................................. 63

3.5.1 Resistência à temperatura (câmara mufla) .................................................. 64

3.5.2 Resistência à compressão ............................................................................ 66

3.5.3 Resistência à flexão ....................................................................................... 67

3.5.4 Avaliação visual da estrutura rompida do CP .............................................. 67

4 ANÁLISE E RESULTADOS ................................................................................... 68

4.1 Resultados dos slump test para o teste piloto ............................................... 68

4.2 Resultados dos slump test para os traços adaptados ................................... 68

4.3 Resultados dos ensaios de compressão e flexão a quatro pontos do teste-
piloto (7 dias) ........................................................................................................... 69

4.4 Resultados dos ensaios de compressão e flexão a quatro pontos do Traço
final (28 dias à temperatura ambiente) .................................................................. 71

4.5 Resultados dos ensaios de compressão e flexão a quatro pontos (28 dias
aquecido a 200°C) ................................................................................................... 73

4.6 Resultados dos ensaios de compressão e flexão a quatro pontos (28 dias
aquecido a 400°C) ................................................................................................... 77

4.7 Resultados dos ensaios de compressão e flexão a quatro pontos (28 dias
aquecido a 600 °C) .................................................................................................. 80

4.8 Gráfico das médias em relação as temperaturas expostas no forno mufla .83

5 CONSIDERAÇÕES FINAIS ................................................................................... 92

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ......................................................................... 94

1 INTRODUÇÃO

O fogo, quando controlado, possui inúmeras utilidades. Contudo, quando fora

de controle, causa grandes devastações e possui grande poder destrutivo. Tendo em

vista que os incêndios são fenômenos influenciados por uma grande diversidade de

características do ambiente, faz-se com que cada ocorrência seja única (LIMA, 2005).

Os incêndios submetem as construções a altíssimas temperaturas, pois além de

promover a combustão dos materiais que são suscetíveis à queima, causa, nos

materiais incombustíveis como o concreto e outros elementos estruturais, a redução

de suas resistências e, consequentemente, pode causar o colapso da edificação

(NEVILLE, 1997).

Há a probabilidade de ocorrência de colapso das estruturas de concreto

mediante um incêndio. É notável que ocorram perdas significativas da resistência dos

concretos, quando estes são submetidos a altas temperaturas, como as que ocorrem

nos incêndios (COELHO, 2010).

As resistências às quais a estrutura deve assegurar em uma ocorrência de

incêndio são estipuladas pela NBR 14432:2001. O tempo descrito pela normativa é

definido como TRRF (Tempo Requerido de Resistência ao Fogo). Este tempo é o

tempo mínimo que a estrutura deve garantir para um incêndio-padrão e assim

propiciar a segurança das pessoas que estão nesta edificação, favorecendo a

segurança dos que prestarão o combate ao incêndio (Yazigi, 2008). Os incêndios

possuem a característica de devastar grande parte da edificação, em muitos casos

apenas restando a estrutura, e em outros, nem esta.

Referente ao dimensionamento das estruturas de concreto expostas a

incêndios, tem-se a normativa NBR 15200:2012 (ABNT, 2012). Nos estados

brasileiros, estas normativas precisam ser regulamentadas por decreto estadual.

Quando não há decreto estadual que as regulamente, estas devem seguir o Código

do Consumidor (CDC), que é regulamentado pelas normas ABNT (Associação

Brasileira de Normas Técnicas). O estado do Rio Grande do Sul não possui

normativas próprias que regem sobre a segurança estrutural de edificações em casos

de incêndio, portanto, utiliza as tabelas elaboradas pelo Corpo de Bombeiros da

Policia Militar do Estado de São Paulo (CBPMESP), Instrução Técnica Nº 08/2011.

O estudo de como se comporta o concreto é de relevante importância para que

construções futuras possam garantir a sua integridade mediante incêndios. Para que

se consiga aprimorar as tecnologias construtivas são desenvolvidos estudos de

melhorias das características dos concretos, alterando o traço, seus componentes,

seus aditivos e suas adições, promovendo, assim, maior segurança às edificações.

1.1 Justificativa

Altas temperaturas, como 600°C, são facilmente alcançadas em fenômenos

como incêndios, onde as chamas aquecem os materiais, que desprendem gases

aquecidos e que, por sua vez, se depositam na parte superior do ambiente, aquecendo

as estruturas e, consequentemente, trazendo a possibilidade de colapso ou ruína das

edificações (CBMGO, 2016).

Estuda-se a possibilidade de melhorias das características do compósito

concreto utilizado para estruturas de edificações. Estas melhorias visam o ganho de

resistência por parte do concreto com adições (PETRUCCI, 1998). Quando são

submetidos a altas temperaturas, como as provenientes de incêndios, os concretos

sofrem alterações em suas estruturas, podendo reduzir significativamente a sua

resistência (LIMA, 2005). Deste modo, a tecnologia construtiva busca novas técnicas

para que os materiais utilizados sejam resistentes a eventos catastróficos como

incêndios, e possam assegurar a segurança de suas estruturas mesmo nestas

situações extremas.

Estas tecnologias tentam mesclar os aprimoramentos do aperfeiçoamento das

características estruturais do concreto com a economia, visada em projeto (LUCENA,

2017), buscando assim a confecção de um material relativamente econômico e

adaptado aos seus fins, que neste caso se dá pela resistência a elevadas

temperaturas.

Conforme referências de Neville (1997), verifica-se que as incorporações de

fibras de polipropileno nos concretos possuem uma característica de prover uma

melhora significativa na resistência destes materiais quando submetidos a elevadas

temperaturas.

1.2 Objetivos

1.2.1 Objetivo geral

O objetivo geral deste estudo é a avaliação de concretos de alta resistência

que possuam, em sua composição, a adição de fibras de polipropileno

monofilamentadas, em diferentes teores, submetidas a temperaturas elevadas

distintas.

1.2.2 Objetivos específicos

 Avaliar a resistência de compressão e flexão de diferentes traços de concreto com fibras;

 Avaliar o comportamento das fibras monofilamentadas incorporados ao

concreto que será submetido a altas temperaturas;

 Avaliar as resistências mecânicas do concreto com a adição de fibras de

polipropileno;

1.3 Estrutura

O presente trabalho introduz, no primeiro capítulo, o tema da pesquisa a ser

desenvolvido ao longo do trabalho, bem como também as justificativas, objetivos

gerais, objetivos específicos e estrutura.

No segundo capítulo são abordadas as referências bibliográficas que

descrevem os conceitos sobre o concreto, os materiais, os agregados, os aditivos,

os superplastificantes, o cimento, as resistências, o adensamento, as características

do concreto submetido a elevadas temperaturas, os conceitos e definições básicas da

fibra, as características da fibras de polipropileno, as características do material

aquecido e as características do concreto com a adição de fibras de polipropileno.

No terceiro capítulo são abordados os materiais e métodos, que seguem da

descrição dos materiais utilizados para a elaboração dos testes, agregados, aditivos,

ensaios experimentais, dosagem e temperatura para compor este trabalho de

pesquisa.

No quarto capitulo são abordados as análises e resultados, onde são

apresentado os resultados de maneira individual das médias e desvio-padrão obtidos

através dos ensaios de compressão e flexão. Após, os resultados por temperatura e,

por fim, será apresentado um comparativo entre as médias de todos os resultados

do presente trabalho de pesquisa.

No quinto capítulo são abordada a conclusão do presente trabalho de

pesquisa, a qual compreende a análise da resistência do concreto com adição de

fibras de polipropileno submetidas a altas temperaturas.

1.4 Delimitações

Uma das limitações encontradas para este trabalho foi a falta de normativas

para as fibras de polipropileno empregadas no concreto. O traço utilizado para o

presente trabalho foi adaptado de um trabalho de graduação, de Onuki e Gasparetto

(2013), visto que demais trabalhos, de nível de mestrado e doutorado, apenas

adotavam traços de concreto com a adição de fibras que faziam uso da sílica ativa, a

qual não foi motivo de avaliação. Portanto, poderiam influenciar nos resultados do

presente trabalho, o qual considera a resistência do concreto de cimento Portland

com adição de fibras de polipropileno monofilamentadas, e apenas utilizando o

aditivo superplastificante para conseguir a trabalhabilidade desejada.

Outra delimitação encontrada neste trabalho de pesquisa foi relativa às

limitações do uso do material, formas, equipamentos e do próprio Laboratório de

Tecnologias de Construção (LATEC) da Universidade do Vale do Taquari -

UNIVATES, pois a grande quantidade de alunos promoveu uma reserva demasiada

de materiais e equipamentos do laboratório, o que limitou a quantidade de corpos-de-

prova confeccionados e ensaiados.

Neste trabalho não foi possível desenvolver os testes de aquecimento dos três

traços com diferentes teores de fibras de polipropileno propostos devido a inúmeros

fatores, dentre eles: capacidade de armazenamento do forno mufla, quantidade de

formas prismáticas, disponibilidade do laboratório, disponibilidade do equipamento de

compressão, disponibilidade da câmera de secagem (a qual também promovia a

secagem de areia para a confecção de todos os demais trabalhos que envolvem este

material). Desta forma, optou-se pela escolha do traço de maior resistência à

compressão e flexão aos 7 dias, conforme resultados do estudo piloto do capítulo de

análise dos resultados.

Neste trabalho não foi considerado o fenômeno de “spalling”.

2 REFERENCIAL TEÓRICO

2.1 Conceitos básicos sobre o concreto

Concreto é um material composto por aglomerante e pela mistura de agregado e

água (YAZIGI, 2008). É um material compósito confeccionado a partir da mistura de

cimento, agregado miúdo, agregado graúdo e água. É dividido em classificações,

concretos convencionais e concretos de alta resistência. Esta classificação é,

geralmente, dada em função de sua resistência à compressão e da sua dosagem.

Se for possível a obtenção de uma alta resistência a partir apenas da variação

da relação água/cimento, ainda é considerado como concreto convencional, e se a

obtenção desta alta resistência é feita a partir da incorporação de aditivos especiais

ou de adições ativas, tem–se então a classificação de um concreto de alta resistência

e desempenho (RECENA, 2015).

Para Mehta e Monteiro (2014), o concreto pode ser classificado a partir de suas

resistências à compressão em três amplas categorias: baixa resistência, resistência

moderada e alta resistência, com variações de suas resistências sendo menos de 20

MPa, de 20 MPa à 40 MPa e acima de 40 MPa, respectivamente.

Segundo Yazigi (2008), um dos principais fatores que influenciam na

durabilidade e resistência de uma estrutura de concreto são a correta execução da

estrutura, o controle tecnológico dos materiais empregados na mistura e o estudo da

dosagem.

A dosagem do concreto leva em consideração as características que se deseja

obter do concreto em seu estado fresco ou endurecido, considerando a resistência, a

estanqueidade, a trabalhabilidade e a retração mínima. A trabalhabilidade é

proveniente de estudos experimentais, e a estanqueidade e a resistência levam em

consideração a presença de vazios no material, segundo Bauer e Noronha (2000).

Conforme Recena (2015), a dosagem do concreto não visa a obtenção do

melhor concreto, nem mesmo o mais resistente, e sim o mais conveniente, levando

em conta aspectos econômicos e mecânicos. Contudo, o mesmo autor salienta que a

dosagem é a administração de aspectos conflitantes, pois a maior economia nem

sempre se associa à melhor trabalhabilidade, à maior durabilidade ou resistência.

Para Yazigi (2008), o concreto deve ser dosado de maneira a atender e

assegurar, após a cura, as exigências estruturais indicadas no projeto da estrutura. A

resistência a ser atendida no corpo de prova aos 28 dias será dita como resistência-

padrão, e para fins de controle de qualidade, jamais poderá ser empregado o cimento

em frações de saco, sempre em função ao peso e massa, bem como a relação água-

cimento jamais pode ser superior a 0,6.

Segundo Helene e Andrade (2007), o concreto possui duas fases distintas,

concreto fresco e concreto endurecido. A primeira denomina-se de concreto fresco, o

qual compreende um período de tempo muito curto, varia em torno de uma hora a

cinco horas. Para os autores, este tempo compreende o intervalo correspondente à

mistura, ao transporte, ao lançamento e ao adensamento do concreto. A segunda

denomina- se concreto endurecido, que compreende o início da hidratação do

cimento e o endurecimento do concreto, estendendo-se por toda a vida útil do

material compósito.

Conforme Sobral (2000), o estado fresco do concreto é constituído por uma

pasta de cimento que envolve os agregados graúdos e miúdos e os espaços cheios

de ar. Oliveira (2000) cita que o estado endurecido do concreto é considerado a

partir da pega. Mehta e Monteiro (2014) definem que o termo pega refere-se à

solidificação da pasta plástica de cimento, e é o início da solidificação do material, no

momento em que a pasta se torna não trabalhável, dificultando as operações de

manuseio do concreto, sendo estas, lançamento, compactação e acabamento.

Yazigi (2008) classifica o concreto, conforme suas propriedades básicas, em

concreto endurecido e concreto não endurecido. No concreto não endurecido,

observam-se as propriedades de trabalhabilidade, exsudação (transpiração) e tempos

de início e fim de pega. Já no concreto em seu estado endurecido são observadas as

propriedades de resistência aos esforços mecânicos, propriedades técnicas,

deformações em face das ações extrínsecas e solicitações mecânicas,

permeabilidade e durabilidade da ação do meio ambiente. O mesmo autor ainda

ressalta sobre as variações da resistência do cimento, bem como a variação da

granulometria dos agregados, que resulta em um concreto com trabalhabilidade e

resistências variadas.

O concreto, assim como seus componentes, possui normas regulamentadoras

que regem sua confecção e distribuição, a fim de garantir as mínimas exigências para

sua utilização. Esta norma regulamentadora é a NBR 12.655 (ABNT, 2006), que define

sobre o preparo, controle e recebimento do concreto. A NBR 12.654 (ABNT, 1992)

define, a partir de procedimentos, como se deve efetuar a realização do controle

tecnológico dos materiais empregados na produção do concreto, segundo Helene e

Andrade (2007).

2.1.1 Agregados

Para Mehta e Monteiro (2014), os agregados não influenciam diretamente em

reações químicas com a água, por isso são chamados de material de enchimento

inerte do concreto. Já Albuquerque (2000) define o agregado como sendo um material

particulado, incoesivo1, de atividade química praticamente nula, composto por uma

mistura de partículas de tamanhos distintos.

Mehta e Monteiro (2014) classificam os agregados conforme as dimensões das

partículas e as massas específicas, onde o termo agregado graúdo é utilizado para

partículas maiores de 4,75 mm retidas da peneiradas de número 4, normatizada pela

NBR NM ISO-2395 (ABNT, 1997). Já as partículas de tamanho inferior a 4,75 mm são

chamadas de agregados miúdos e ficam retidas nas peneiras inferiores.

Farias e Palmeira (2007) definem que as propriedades do concreto irão

depender das características que seus agregados possuem, dentre elas: massa

específica aparente, porosidade, composição granulométrica, forma e textura. A

resistência, compressibilidade e sanidade dos concretos endurecidos está

1 Incoesivo - que não estabelece uma relação de coesão, ligação não harmônica: elementos incoesivos
dos materiais.

relacionada diretamente à porosidade e à composição mineralógica dos agregados a

serem utilizados na confecção do concreto.

Mehta e Monteiro (2014) classificam, ainda, os agregados como minerais

naturais e artificiais. Os agregados minerais naturais abrangem cerca de 90% do total

de agregados utilizados para a confecção do concreto, e compreendem areia,

pedregulho e pedra britada (brita), provenientes de jazidas naturais. Os agregados

artificiais são materiais termicamente processados, como argila e folhelho expandidos,

bem como materiais produzidos a partir de rejeitos industriais, como as escórias de

alto forno e cinzas volantes.

Albuquerque (2000) complementa com a adesão de uma classificação dos

agregados, segundo o peso específico aparente dos materiais em agregados leves,

médios e pesados. Os agregados leves compreendem o grupo das vermiculitas,

argilas expandidas e a escória granulada. Já os agregados médios compreendem o

calcário, o arenito, o cascalho, o granito, a areia, o basalto e a escória. Por fim, os

agregados pesados compreendem a barita, a hematita e a magnetita.

2.1.1.1 Areia

Yazigi (2008) cita que a areia natural quartzosa, conhecida como areia

comercial, juntamente com a areia artificial (material obtido pela fragmentação de

rochas e que passa pela peneira de 4,80 mm), que contém um diâmetro máximo de

4,80 mm, compõem os agregados miúdos.

Albuquerque (2000) classifica a areia como um sedimento geológico clástico

inconsolidado, proveniente de grãos de quartzo extraídos de rios, de cava, de

britagem, de escória e de praias e dunas. Ainda o mesmo autor justifica que as areias

extraídas e provenientes das praias e dunas brasileiras não são empregadas para a

construção civil, devido à grande concentração de cloreto de sódio.

A composição granulométrica da areia é de 0,06 mm a 2,0 mm de diâmetro, de

acordo com a NBR NM 248 (ABNT, 2003). Para a determinação da composição

utilizam-se as peneiras da série normal e intermedia, e a partir dos valores de massa

retidos em cada peneira tem-se a classificação. O ensaio de determinação de massa

específica e massa específica aparente é normatizado pela NBR NM 52 (ABNT,

2003), a qual descreve os procedimentos para obter valores estipulados em relação à

massa-volume dos agregados miúdos. Para a determinação da absorção de água é

normatizado o ensaio descrito pela NBR NM 30 (ABNT, 2001).

2.1.1.2 Brita

Para Yazigi (2008), a brita (pedra britada), juntamente com o pedregulho

natural, é caracterizada como agregado graúdo, o qual deve possuir diâmetro mínimo

superior a 4,8 mm.

Albuquerque (2000) define o agregado graúdo a partir de suas composições

mineralógicas, e justifica que é extraído de rochas compactas chamadas jazidas,

podendo enquadrar-se em diversas classificações, definidas a partir da NBR NM 248

(ABNT, 2003). Para a classificação dos agregados, a normativa referente ao ensaio

de peneiras de série normal e intermédia é a NBR NM 248 (ABNT, 2003), que

classifica o tipo de brita através do material que ficou retido em cada peneira e o seu

diâmetro. O ensaio de determinação de massa específica, massa especifica aparente

e determinação da absorção de água dá-se através da NBR NM 53 (ABNT, 2003), a

qual descreve os procedimentos para estipular a relação massa-volume do agregado

graúdo e sua absorção de água.

Yazigi (2008) caracteriza a brita, por razões comerciais, em pedrisco (diâmetro

de 4,80 mm a 9,50 mm), brita 1 (diâmetro de 9,50 mm a 19,00 mm), brita 2 (diâmetro

de 19,00 mm a 38,00 mm), brita 3 (diâmetro de 38,00 mm a 76,00 mm) e pedra de

mão, também conhecida como rachão (diâmetros maiores que 76,00 mm).

2.1.2 Aditivos

Para Bauer, Noronha e Bauer (2000) os aditivos definem-se como produtos não

indispensáveis utilizados na produção de concretos e argamassas, e que promovem

o aparecimento ou reforço de determinadas características e propriedades do material

em seu estado fresco ou endurecido.

Segundo a normativa Norte-Americana ASTM C-125 (2001), aditivo é o material

empregado como componente do concreto ou da argamassa, adicionado

imediatamente antes ou durante a mistura, que não seja água, agregado, cimento

hidráulico ou fibras.

A NBR 11768 (ABNT, 1992) define aditivos como produtos adicionados ao

concreto de cimento Portland que, em pequenas quantidades, modificam as

propriedades, no sentido de melhor se adequar a determinadas condições.

Bauer, Noronha e Bauer (2000) citam a possibilidade da classificação dos

aditivos fundamentada na ação ou efeito. O critério baseado na ação possui

características mais cientificas, distingue-se através de características químicas e/ou

físicas. O critério fundamentado nos efeitos determina a escolha do uso correto do

aditivo baseado na finalidade que é procurado, ou seja, em específica característica,

não considerando os aspectos científicos, como características químicas.

Já a normativa NBR 11768 (ABNT, 1992) classifica os aditivos conforme a

característica que irá modificar o concreto, sendo elas: tipo P - Plastificante; tipo R –

Retardador; tipo A – Acelerador; tipo PR – Plastificante Retardador; tipo PA –

Plastificante Acelerador; tipo IAR – Incorporador de Ar; tipo SP – Superplastificante;

tipo SPR – Superplastificante Retardador; e tipo SPA – Superplastificante Acelerador.

A indústria de aditivos e adições para concreto teve um grande crescimento

nos últimos 50 anos, devido ao fato dos aditivos terem função de modificar as

propriedades do concreto em seu estado fresco endurecido. Portanto, engenheiros da

área da construção civil reconhecem as vantagens e limitações dos aditivos utilizados

nesta área, segundo Mehta e Monteiro (2014).

Para Bauer, Noronha e Bauer (2000), o estudo de aditivos busca um produto

capaz de introduzir todas as qualidades, bem como evitar todos os defeitos do

concreto.

2.1.2.1 Superplastificante

Desde 1970, quando foram criados, os superplastificantes possuem ampla

aceitação na indústria de construção civil. São surfactantes aniônicos de cadeia longa

e de alta massa molecular, com grande número de grupos polares na cadeia de

hidrocarbonetos. Elevam acentuadamente a fluidez do sistema, diminuindo

significativamente a tensão superficial da água circundante entre as partículas de

cimento, segundo Mehta e Monteiro (2014).

Os superplastificantes são empregados em concretos para reduzir a relação

água cimento, aumentar o abatimento e, consequentemente, aumentar a resistência,

devido à redução da relação água cimento (a/c), para a mesma trabalhabilidade,

abatimento de determinado concreto, conforme Bauer, Noronha e Bauer (2000).

Conforme a NBR 11768 (ABNT, 1992), que determina os aditivos para o

concreto Portland, os aditivos superplastificantes (tipo SP) possibilitam uma redução

de, no mínimo, 12% (doze por cento) de água da quantidade de amassamento, ou

aumentam o índice de consistência do concreto para uma mesma quantidade de água

de amassamento.

Os superplastificantes (SP) de 3ª geração, compostos com base de

policarboxilatos, agem por repulsão estérica dos grãos de cimento e por repulsão

eletrostática, sendo esta não muito presente, devido ao fato de sua ionização não ser

suficiente para promover uma repulsão elétrica considerável. Ainda, possuem

moléculas longas com ramificações que auxiliam na dispersão das partículas de

cimento. Conforme maior o tamanho da cadeia, maior será a fluidez da mistura e

menor o seu tempo de pega (HARTMANN, 2002).

Prudêncio Jr. (2005) afirma que aditivos à base de policarboxilatos permitem

reduções de água superiores a 20% (vinte por cento) em tempos de atuação entre 30

e 60 minutos e, portanto, são considerados atualmente como os aditivos

superplastificantes de melhor eficiência.

A confecção de concretos especiais com resistências elevadas necessita de

maiores proporções de cimento na mistura. Este maior consumo de cimento aumenta

o teor de finos da mistura e, para isso, necessita de maior consumo de água para a

hidratação do cimento e para manter a trabalhabilidade desejada. Para suprir esta

demanda de água sem o comprometer a resistência do concreto, é adicionado à

mistura o aditivo superplastificante, conforme Mehta e Monteiro (2014).

Prudêncio Jr. (2005) afirma que, em concretos de resistências características

acima de 40 Mpa, o uso de superplastificantes é praticamente imprescindível, pois na

ausência destes a trabalhabilidade é comprometida significativamente.

Hartmann (2002) cita que aditivos superplastificantes são utilizados no mundo

inteiro com as finalidades de reduzir significativamente o consumo de água para uma

mesma consistência, acrescendo à resistência e à durabilidade do concreto; de

aumentar a fluidez, mantendo o mesmo consumo de água de amassamento; e de

minorar a quantidade de cimento, mantendo as características de consistência e

resistência, com o intuito de reduzir os custos e também diminuir os problemas como

a retração, fluências e tensões térmicas provenientes da hidratação do cimento.

2.1.3 Cimento

Para Neville (1997), o conceito de cimento pode ser considerado, na acepção

geral da palavra, como todo material que possui propriedades coesivas e adesivas,

capaz, ainda, de unir fragmentos e minerais, formando um material todo compacto.

O cimento Portland é composto por calcário, argila e minério de ferro, que

formam o clínquer. Após ser moído, ao clínquer é adicionado gesso para, assim,

reduzir a velocidade da pega, ou seja, a velocidade de hidratação das partículas de

cimento, e formar o cimento (PETRUCCI,1998).

Os cimentos podem ser classificados em cimentos hidráulicos e não

hidráulicos. Os cimentos hidráulicos são caracterizados por só endurecem através a

reação com a água, e, também, por formarem um produto resistente à água. Os

cimentos não hidráulicos também são chamados de aglomerantes aéreos, e resultam

da calcinação da gipsita ou carbonatos de cálcio, e os produtos da hidratação não

possuem resistência à água. O cimento tipo Porland, enquadrado como cimento

hidráulico, somente adquire propriedades adesivas quando é misturado com a água.

Este processo chama-se hidratação do cimento, que proporciona a este as

características de pega e endurecimento, segundo Mehta e Monteiro (2014).

O cimento Portland é formado por determinados números de compostos, (C3S,

C2S, C3A e C4AF) e as origens do processo de endurecimento são as reações que

ocorrem com este composto. O cimento Portland possui compostos anidros que se

tornam hidratados ao entrar em contato com a água. A hidratação consiste na

transformação destes compostos anidros mais solúveis em compostos hidratados

menos solúveis, segundo Petrucci (1998).

Mehta e Monteiro (2014) consideram o cimento Portland uma mistura

heterogênia, formada por vários compostos, que se comportam de forma diferente

entre si quando submetidos à adição de água. Os silicatos se hidratam lentamente, já

os aluminatos se hidratam de forma mais acelerada. As reações de hidratação

envolvendo aluminatos são as que determinam, de maneira mais ampla, as

características de enrijecimento (perda de consistência) e pega (solidificação da

mistura) de uma pasta de cimento Portland.

O processo de fabricação do cimento envolve altas temperaturas para a

formação de material desidratado quimicamente e, portanto, este processo resulta em

um material instável de alta capacidade energética. Ao passo que é hidratado, passa

a se tornar um material com estados mais estáveis e de baixa energia, ou seja, este

processo de hidratação promove a liberação de energia em forma de calor, dito como

uma reação exotérmica. Esta energia liberada nas reações de hidratação do cimento

é calor de hidratação, e pode ser prejudicial a estruturas de concreto, dependendo da

situação em que está submetida, segundo Mehta e Monteiro (2014).

Yazigi (2008) cita que as propriedades do cimento Portland são consideradas

sob três aspectos distintos. A primeira é a propriedade do material em seu estado

natural, o pó. A segunda é a propriedade da mistura de cimento e água em suas

proporções adequadas a cada uso. E a terceira é a propriedade da mistura da pasta

com o agregado. O autor classifica os cimentos Portland como sendo:

Cimento Portland Comum: é o cimento obtido através da moagem do Clínquer

Portland, ao qual é adicionado sulfato de cálcio. O Cimento Portland Comum (CPC)

permite a adição de misturas de materiais pozolânicos, escorias granulares de alto-

forno e materiais carbonáticos, gerando assim as subdivisões conhecidas como

Cimento Portland Comum Simples (CPS), Cimento Portland Comum com Escória

(CPE) e Cimento Portland Comum com Pozolana (CPZ).

Cimento Portland de Alta Resistência Inicial (ARI): da mesma forma, é obtido

através da moagem do Clínquer Portland, porém, durante a sua moagem, não é

permitida a adição de nenhuma substância a não ser algum componente de sulfato

de cálcio.

Cimento Portland de Alto-Forno (AF): é obtido através de uma mistura

homogênea de Clínquer Portland, juntamente com a escória granulada básica de alto-

forno. Permite a adição de sulfatos e de derivados de carbonato de cálcio.

Cimento Portland Pozolânico (POZ): da mesma forma, é obtido através da

mistura de Clínquer Portland e substâncias pozolânicas, e permite a adição de sulfato

de cálcio na mistura.

Cimento Portland Branco (CPB): é obtido com a moagem de Clínquer Portland

com características de baixo ou a ausência de teores de óxido de ferro. Permite, ainda,

a adição de sulfato de cálcio.

Na Tabela 01 é possível ver algumas das características especificadas de

cimentos brasileiros, regulamentadas pela ABNT.

Tabela 01 - Algumas características especificadas pela Associação Brasileira de

Normas Técnicas para cimentos brasileiros

Fonte: Adaptado materiais de construção (OLIVEIRA, 2002).

Cimento Portland Pozolânico (POZ): de acordo com a NBR 5736 (ABNT, 1991),

possui composição fixada em norma, contudo aceita uma determinada variação de

seus compostos. Em percentual, estas variações estão descritas na tabela 02.

Tabela 02 - Composição do Cimento CP IV

Cimento Portland Pozolânico (POZ)

Tipo IV

Sigla CP IV

Classe de resistência 32

Norma 5736/91

Clínquer + Gesso 45 a 85%

Pozolana 15 a 50%

Material Carbonático 0 a 5%

Fonte: Adaptado Norma Brasileira Regulamentadora 5736 da ABNT, 1991.

Materiais pozolânicos são materiais siliciosos ou silicoaluminosos que possuem

pouca ou nenhuma atividade aglomerante, mas que formam compostos com

propriedades cimentícias quando reagem com o hidróxido de cálcio, reação esta que

advém da presença de água. São divididos em pozolanas naturais e artificiais. As

pozolanas naturais advêm de atividades vulcânicas, ao passo que as pozolanas

artificiais são subdivididas em argilas calcinadas, provenientes da calcinação de

determinadas argilas, cinzas volantes, provenientes da combustão do carvão, e outros

materiais, em que se enquadram as microsílicas, escórias siderúrgicas ácidas e

rejetos silicoaluminosos de craqueamento do petróleo (ABNT, 1991).

Oliveira (2002) acredita que, de um modo geral, não há diminuição da

resistência mecânica final com a substituição, de 20 a 40 por cento, do cimento

utilizado nos concretos pelas pozolanas. O mesmo autor ainda acredita que isto

promove melhorias na qualidade do material.

O uso das pozolanas nos concretos de cimento Portland melhora

características como, por exemplo, a trabalhabilidade, diminui o calor de hidratação,

aumento da impermeabilidade e, de uma maneira geral, reduz custos (OLIVEIRA,

2002).

Materiais carbonáticos são finamente moídos e, em sua maior parte, são constituídos

de carbonatos de cálcio (ABNT, 1991).

2.1.4 Resistência

A seleção de um material para ser utilizado como material construtivo para

determinada aplicação específica leva em conta a capacidade de suportar a força

aplicada. A aplicação de determinada carga resulta em uma mudança no comprimento

por unidade de comprimento, e esta mudança é definida como deformação. As

tensões dentro de um mesmo corpo podem ficar mais distintas entre si, e isto ocorre

devido à forma como a tensão atua no material. Esta distinção é classificada em

tensão de compressão, de tração, de flexão, de cisalhamento e de torção. Esta relação

entre tensão e deformação, geralmente, é expressa em termos de resistência, módulo

de elasticidade, ductilidade e dureza, segundo Mehta e Monteiro (2014).

Resistência é a medida limite de tensão necessária para que o material sofra o

rompimento. Em concretos esta resistência é concebida através da solidificação de

seu aglomerante, o cimento e, portanto, é necessário que este sofra a hidratação. A

hidratação do cimento ocorre de maneira lenta e, consequentemente, o concreto

acaba variando sua resistência durante toda a sua vida útil, sendo esta variação mais

acentuada nos primeiros dias, conforme o que dizem Mehta e Monteiro (2014).

Para Vasconcelos (1997), a resistência característica da compressão está

vinculada à durabilidade e, para que este concreto atenda as condições mínimas de

durabilidade, o autor recomenta que esta resistência não seja inferior a 20 Mpa,

conforme NBR 8953 (ABNT, 1992).

Nos sólidos como o concreto há uma relação inversa entre a porosidade e a

resistência. Embora a relação água-cimento seja indispensável pela determinação da

porosidade do concreto, há também fatores como o adensamento e as condições de

cura. A resistência à compressão é amplamente usada como um indicador para as

demais resistências, ou seja, ao longo do tempo foram elaboradas relações empíricas

úteis que relacionavam a resistência do concreto à compressão com a resistência do

concreto a outras tensões como a de cisalhamento, flexão e tração. (MEHTA;

MONTEIRO, 2014).

O tipo de cimento utilizado no concreto não influencia tão significativamente a

resistência do concreto. Contudo, este último influenciará diretamente na velocidade

do crescimento da resistência. Na resistência do concreto entram em cena vários

fatores, estes podem ter sua influência tanto na mistura, ou seja, em sua fase não

endurecida, como na cura, ou seja, em sua fase endurecida, ao passo que cresce a

sua resistência, conforme os autores Botelho e Marchetti (2004).

O concreto é um dos materiais empregados em estruturas prediais por possuir

uma boa resistência a compressão quando comparado ao seu custo de produção, por

isso a resistência à compressão é geralmente especificada, em classes de resistência

a compressão sendo elas, baixa, média e moderada resistência, segundo Mehta e

Monteiro (2014).

O concreto também é um material que se enquadra como um sólido Hookeano,

ou seja, está sujeito às leis de Hooke. Portanto, possui, em sua deformação elástica,

proporcionalidade entre as tensões e a deformação, segundo os autores.

Para Botelho e Marchetti (2004), o teste em que o concreto é submetido para

que se possa obter a resistência à compressão é classificado como rápido, pois desde

o momento em que se iniciam as tensões de compressão até o momento em que são

rompidas decorrem apenas poucos minutos. Os ensaios do concreto em seu estado

rígido promovem a percepção das características do material após endurecer. Torna-

se inviável a verificação das características do material, retirando uma amostra do

local onde endureceu na obra. Portanto, é feita uma amostragem do material, ainda

em seu estado fresco, conforme a NBR NM 33 (ABNT,1998) e moldados os corpos-

de-prova para que possam endurecer em uma câmara úmida, que promove a cura do

concreto de maneira ideal, conforme a NBR 9479 (ABNT, 1994).

Chama-se de regime plástico um alto nível de tensões onde a deformação não

se mantém mais proporcional à tensão aplicada. Este regime caracteriza-se pela

deformação permanente, ou seja, ao cessar a tensão aplicada no material, o mesmo

não retorna à sua forma inicial. Esta deformação, que ocorre durante este período de

tempo até o rompimento, é dita como a ductilidade do material. Para estudiosos da

área, o concreto não se enquadra nesta características. Mehta e Monteiro (2014) citam

que ele não é conceituado como um material dúctil, embora pareça mostrar

características inelásticas antes de seu rompimento.

Os mesmos autores citam que os aditivos que reduzem a relação água-cimento

empregada no concreto demostram potencial de elevar a resistência tanto inicial como

final do concreto.

As adições de fibras de polipropileno ao concreto podem fornecer, nas frações

adequadas, o aumento das características de resistência à tração deste material

(LIMA, 2005).

2.1.5 Adensamento

Ao se confeccionar um concreto, é necessário dedicar atenção a alguns

aspectos de sua produção. Estes aspectos estão presentes em todas as fases de

produção, deste a sua mistura, seja ela em central de dosagens ou em betoneira fixa,

até a seu lançamento em formas na obra. A qualidade obtida nestes processos leva

em consideração um transporte sem a segregação do material, sem elevar o índice

de água do concreto, o tempo para ser destinado a obra, o lançamento de exageradas

alturas, a falta de adensamento nas formas e a falta da cura, segundo Botelho e

Marchetti (2004).

Para a obtenção de um concreto que possua o índice de vazios reduzidos após

o seu lançamento nas formas, é preciso compactá-lo através de procedimentos

manuais ou mecânicos, expulsando, assim, a saída de ar e facilitando o arranjo interno

dos agregados. Esta expulsão promove um melhor contato do concreto com as

formas, fibras e ferragens. O adensamento manual é executado em pequenas

estruturas, ao passo que o adensamento mecânico é feito com soquetes apropriados

com de 100 a 150 golpes por minuto. A vibração permite que as partículas de concreto

movimentem-se oscilatoriamente como as partículas de um fluido, permitindo assim

um coeficiente de viscosidade (BAUER, 2000).

Com a redução dos vazios presentes no interior do concreto é possível verificar

um aumento na resistência do compósito, visto que os vazios presentes são

proporcionadores de fissuras, pois concentram as tensões que deveriam se dissipar

na matriz do concreto, formada pela pasta cimentícia (YAZIGI, 2008).

2.2 Características do concreto submetido a elevadas temperaturas

No Brasil, houve grandes catástrofes provenientes das chamas dos incêndios,

dentre elas se destacam o incêndio do edifício Andraus, São Paulo, 1972, conforme

a figura 01, o edifício Joelma 1974, em São Paulo, conforme a figura 02, e, no Rio

Grande do Sul, o incêndio do edifício das Lojas Renner, em Porto Alegre, em 1976,

conforme a figura 03.

Figura 01 - Incêndio Edifício Andraus, São Paulo, 1972

Fonte: Incêndio no Edifício Andraus, São Paulo, em 1972 (BOL FOTOS, texto online).

Esta catástrofe destacou-se pela morte de apenas 16 pessoas. Conforme

registros, foram efetuados muitos resgates por helicóptero na laje da cobertura, que

resistiu ao peso do mesmo, durante o incêndio.

Figura 02 - Incêndio Edifício Joelma, São Paulo, 1974

Fonte: Incêndio destruiu edifício em São Paulo (BORGES, 2014, texto online).

Este incêndio caracterizou-se pela morte de 188 pessoas, no dia 1º de fevereiro

de 1974, com início do incêndio por volta das 9 horas da manhã. Este incêndio gerou

grande comoção, devido ao fato de várias pessoas se jogarem do edifício com a

esperança de vida (SILVA, 2012).

Figura 03 - Incêndio Lojas Renner, Porto Alegre, 1976

Fonte: Sinistro em prédio das Lojas Renner, em Porto Alegre (RISCO, 2015, texto online).

A catástrofe na Lojas Renner foi caracterizada pela morte de 41 pessoas,

ocorrida no dia 27 de abril de 1976, no centro de Porto Alegre - RS.

Diante destes marcos históricos ocorridos no Brasil, é possível constatar que o

incêndio, por atingir elevadas temperaturas, promove a destruição das edificações.

Com as altas temperaturas, o concreto comporta-se de maneira distinta, podendo

resultar na ruína da estrutura e, consequentemente, na ruína da edificação.

Thomaz (2007) considera que os materiais utilizados na construção civil estão

sujeitos a retrações e expansões provenientes das variações de temperatura. A

intensidade destas retrações e expansões é definida em virtude de cada material e da

amplitude da variação da temperatura. Para a maioria das construções, a amplitude

da variação é definida apenas pelo sol, que não consegue impor, de certa forma,

grandes variações. Contudo, um incêndio conseguiria prover uma alta energia, a qual

poderia submeter os materiais a uma grande temperatura e, consequentemente, a

comportamentos variados, podendo, assim, levar ao colapso da estrutura.

Nos materiais sólidos, como ocorre no concreto e em outras alvenarias, há,

com a variação da temperatura, o aparecimento de tensões internas, que podem

promover o aparecimento de fissuras e trincas, as quais concentram as tensões e

propiciam o colapso da estrutura, ruindo assim as construções (ROÇA, 2014). Os

materiais que compõem o concreto possuem diferentes coeficientes de dilatação

térmica e de condutibilidade térmica, o que remete aos esforços internos que o

concreto desenvolve durante o aquecimento (THOMAZ, 2007). O concreto apresenta

desempenho adequado, mesmo quando exposto ao calor, uma vez que não há

desprendimento de gases e, portanto, o material mantém- se, de certa forma,

inalterado, segundo Thomaz (2007).

O mesmo autor considera que o intervalo de tempo que o mesmo resiste ao

calor mantendo características adequadas de resistência e durabilidade é

relativamente longo. As diferenças de reações sofridas pelo concreto ao longo de

sua exposição ao calor podem ser atribuídas às mudanças de tensões atenuantes,

ao teor de umidade do material exposto, ao tempo de exposição de elevadas

temperaturas e também a propriedades dos agregados e adições envolvidos na

mistura, segundo Mehta e Monteiro (2014) e Neville (1997).

O concreto, quando submetido a elevadas temperaturas, não emite gases

tóxicos. Diferentemente de outros materiais como o aço, sua resistência não é

comprometida nas primeiras horas de exposição ao calor, permitindo, desta forma, a

operação de resgates antes que a estrutura colapse, conforme Mehta e Monteiro

(2014).

A água, juntamente com os agregados, tem um papel fundamental e

indispensável devido ao fato de ocasionar um aumento de pressão nos poros do

concreto, provenientes da evaporação da água presente na matriz cimentícia (LIMA,

2005). A água, com o acréscimo de temperatura, aumenta seu volume, e este

acréscimo de volume promove uma grande tensão interna nos poros de concreto,

conforme Gráfico 01 abaixo:

Gráfico 01 - pressão de vapor em função da temperatura

Fonte: UFRGS (texto online).

Quanto maior o teor de umidade, maior a chance de ocorrer o lascamento

superficial, conforme o que dizem Mehta e Monteiro (2014). Para minimizar os efeitos

que a água promove no concreto, é desejável que o concreto tenha mínima

porosidade, capaz de dissipar os esforços internos provocados pela dilatação térmica

dos materiais (NEVILLE, 1970). Contudo, esta porosidade deve ser a mínima possível,

para que se obtenha o concreto suficientemente resistente.

Ao analisar separadamente o comportamento dos constituintes do concreto,

observa-se que a água contida no concreto apresenta-se em três distintas condições:

água ligada quimicamente, fisicamente e em estado livre. Quando a temperatura

alcança pouco mais que 100°C, ocorre a vaporização da água no estado livre e parte

da água ligada fisicamente. Com isso, as resistências mecânicas se alteram. Até

300ºC a perda de água limita-se a parcelas de água fisicamente ligadas, enquanto a

água de constituição do hidróxido de cálcio só é eliminada a temperaturas superiores

a 400°C (OLIVEIRA, 2002).

Concretos de alta resistência adquirem uma perda de resistência diferente.

Quando comparados com os concretos de resistência normal, possuem também

maior tendência de descolamentos explosivos, devido à falta de vazios. Mehta e

Monteiro (2014) citam que o estudo sobre o descolamento explosivo possui resultados

variados baseados em condições de carregamento, dosagem do concreto, resistência

à compressão original e teor de umidade.

Na Tabela 03 tem-se a estimativa de perda de resistência do concreto de

resistência normal relacionada com a exposição à temperatura.

Tabela 03 - Resistência e sua relação com a elevação da temperatura

Temperatura (°C) Tração (%) Compressão (%)

100 100

200 70 85

300 40 75

500 20 50

800 5 50

Fonte: Adaptado pela autora (OLIVEIRA, 2000).

O concreto de cimento Portland, embora de maneira pouco reduzida, conserva

significativamente suas qualidades mecânicas até 300°C. Para temperaturas acima

de 300°C é preferível que se utilize cimentos Portland que produzam menos hidróxido

de cálcio, ou seja, cimentos Portland pozolânicos (OLIVEIRA, 2002).

Para Mehta e Monteiro (2014), os concretos deterioram-se em altas

temperaturas quando na presença de água ou umidade, pois no aquecimento forma-

se óxido de cálcio livre, proveniente da decomposição do hidróxido de cálcio. O

material pozolânico reduz a concentração do hidróxido de cálcio, pois transforma-o

em silicato de cálcio hidratado (CSH), o qual resulta em uma maior resistência com o

tempo (MEHTA; MONTEIRO, 2014).

Os agregados do concreto possuem coeficientes de dilatação distintos, e

portanto, ao elevarem-se a temperaturas, os agregados de coeficientes elevados

promovem uma menor resistência ao concreto, visto que promovem o fissuramento.

A sílica, quando submetida a 550°C, transforma-se em uma variedade alotrópica,

variando de tamanho consideravelmente. Os agregados, chamados calcáricos,

liberam, ao se decompor, dióxido de carbono e óxido de magnésio, quando atingem

temperaturas de 900°C (OLIVEIRA, 2002). O concreto, com o aumento da

temperatura, sofre diferentes transformações em sua composição e na de seus

componentes, conforme expresso na tabela 04 abaixo.

Tabela 04 - Mudanças que ocorrem no concreto com ao aumento da temperatura

Estágio Temperatura(°C) Transformação ou reação de decomposição

1 30 – 120 Evaporação da água livre

2 30 – 300 Desidratação da água não evaporada ou água

quimicamente combinada do gel de cimento

3 120 – 600 Liberação das águas livres e quimicamente

combinadas remanescentes

4 450 – 500 Decomposição do Ca(OH)2: Ca(OH)2 –> CaO + H2O

5 570 Transformação do quartzo da forma α para β

6 600 – 700 Decomposição do CSH e formação de β-C2S

7 780 Recristalização das partículas de cimento não

hidratadas

8 600 – 900 Descarbonatação do agregado de calcário

9 1100 – 1200 Derretimento do concreto

Fonte: Adaptado pela autora de Schneider e Diedrich (apud KIRCHHOF, 2010).

Os concretos que possuem microestrututra muito compacta e baixa

permeabilidade podem sob certas condições térmicas e mecânicas como o rápido

aquecimento, sofrer spalling (desplacamentos explosivos). Estes desplacamentos

derivam da evaporação da água e de tensões geradas a partir dos gradientes de

deformações térmicas dos materiais (LIMA, 2005).

O concreto, quando submetido a altas temperaturas, possui seu

comportamento influenciado por fatores que se classificam em externos e internos,

segundo Nince, Figueiredo e Bittencourt (2003). Os externos são a taxa de

aquecimento, a temperatura máxima, o tempo de exposição, o tipo de exposição, o

carregamento, a umidade do ambiente, o tipo de resfriamento, as condições do ensaio

e a concentração de tensões térmicas provenientes do aquecimento próximas aos

cantos do copo de prova. Os fatores internos são a distribuição e tamanhos dos poros,

diferença de dilatação térmica entre agregado e pasta, relação de água e cimento,

resistência de partículas finas e grau de hidratação.

A adição de fibras de polipropileno no concreto é avaliada como uma medida

para reduzir os resultados de spalling (desplacamentos explosivos), pois o emprego

destas contribui para o acréscimo da resistência residual (LIMA, 2005).

2.3 Conceitos básicos das fibras

2.3.1 Definição

Mano e Mendes (2004) definem as fibras como um termo geral que remete a

um corpo flexível, cilíndrico e de pequenas seções, transversal com elevada razão

entre o comprimento e o diâmetro, razão superior a cem. O mesmo autor considera

ainda que, no caso de fibras de polímeros, existe uma estreita faixa de extensibilidade,

e estas resistem a variações de temperaturas de cinquenta graus Celsius negativos a

cento e cinquenta graus Celsius positivos, sem alteração relevante das propriedades

mecânicas.

Mehta e Monteiro (2014) consideram que o concreto elaborado a partir do

cimento hidráulico, agregados, água e fibras discretas e descontinuas é denominado

Concreto Reforçado com Fibras – CRF (fiber-reinforced concrete – FRC). Com a

incorporação das fibras, percebeu-se que a rápida propagação das microfissuras,

provenientes dos esforços de tração do concreto, era reduzida e, consequentemente,

favorecia um aumento da resistência à tração do material. Apesar do mercado de

concreto reforçado com fibras, comparado à produção total de concreto, ainda ser

pequeno, houve um crescimento anual na América do Norte de 20% (vinte por cento).

2.3.2 Características das Fibras de Polipropileno

Para Andrade (2007), os polímeros possuem classificações como

termoplásticos, termofixos e elastométricos. O polipropileno enquadra-se na

classificação de polímero termoplástico, ou aquele que amolece e flui quando exposto

a determinada temperatura e pressão, podendo, então, ser moldado. Possui, ainda,

características recicláveis, ou seja, tem as propriedades de um material que pode ser

remoldado.

Já para Canevarolo Jr. (2002), os polímeros podem ser classificados quanto à

sua estrutura química, quanto ao método de preparação, quanto ao comportamento

mecânico e quanto ao desempenho mecânico. Para o mesmo autor, o polipropileno

se enquadra como uma estrutura química de cadeia carbônica, de método de

preparação de adição, comportamento mecânico termoplástico e desempenho

mecânico termoplástico convencional (commodities).

O polipropileno é um polímero fabricado a partir da nafta derivada do petróleo.

Este material é composto, de origem natural ou sintética, com grandes cadeias de

carbono e altas massas molares (ANDRADE, 2007). O polipropileno é produzido a

partir do petróleo na forma de óleo cru, que é submetido à destilação facionada,

gerando, como um de seus produtos, a nafta, a qual é submetida ao craqueamento

térmico (pirólise a 800 ºC) e, por sua vez, apresenta como produto o polipropileno

(CANEVAROLO JR, 2002). O polipropileno possui como principais características a

baixa massa específica e a boa resistência à corrosão, além de boas características

de isolamento térmico e elétrico. Ainda, possui moderada resistência mecânica,

apresentando uma densidade aproximada de 0,9 gramas por centímetro cúbico.

(ANDRADE, 2007).

O polipropileno utilizado na construção civil em forma de fibras de polipropileno

pode ser classificado em duas formas básicas: microfibras e macrofibras. As

microfibras são subdivididas em monofilamentadas e fibriladas. As ditas fibras de

polipropileno fibriladas possuem sessão retangular e apresentam-se como uma

espécie de malha de filamentos muito finos que, por sua vez, promovem um acréscimo

na adesão entre a fibra e a matriz. A responsável por este efeito de intertravamento,

segundo Bentur e Mindess (2007), é a estrutura em malha.

Ainda o mesmo autor considera que as fibras de polipropileno

monofilamentadas são aquelas que se apresentam em fios individualizados e de

comprimento padrão. Tanto as monofilamentadas quanto as fibriladas possuem uma

mesma resistência e um mesmo módulo de elasticidade. Contudo, as

monofilamentadas, por possuírem estrutura individual das fibras, são mais eficientes

no combate das microfissuras provenientes dos efeitos de tração no concreto. Na

figura 04 está representada a microfibra de polipropileno monofilamentada, enquanto

na figura 05 está representada a microfibra de polipropileno fibrilada.

Figura 04 - Microfibra de polipropileno monofilamentada

Fonte: Retirado de NEOMATEX, texto online.

Figura 05 - Microfibra de polipropileno fibrilada

Fonte: Retirado de Anhui Elite Industrial Co Ltda, texto online (a).

Figueiredo (2011) cita que as macrofibras são unidades de tamanhos grandes

produzidas com o viés de promover um reforço estrutural em moldes semelhantes às

fibras de aço. Promovem uma grande representação volumétrica por unidade de fibra.

Ou seja, incorporadas ao concreto, mesmo em pequenas quantidades, promovem

uma grande fração volumétrica. Na figura 06 está representada a macrofibra de

polipropileno.

Figura 06 - Macrofibra de polipropileno

Fonte: Retirado de Anhui Elite Industrial Co Ltda, texto online (b).

2.3.2.1 Características do material aquecido

O polipropileno é um tipo de polímero e, portanto, ao ser aquecido, ocorrem

modificações físico-químicas. Estas modificações são, invariavelmente, a volatilização

do material, isto é, a decomposição química do material em produtos voláteis, em

determinadas temperaturas (MANO, 2000). O comportamento esperado ao aquecer

polímeros é a expansão volumétrica do mesmo, ocorrendo de maneira linear com o

aumento da temperatura (CANEVAROLO JR, 2002). Os polímeros, por serem

originados de macromoléculas orgânicas, são estáveis apenas abaixo de determinas

temperaturas limites, que normalmente variam de 100 a 200 ºC. Quando elevados a

temperaturas próximas de 1000 ºC os polímeros decompõem-se em fragmentos

(radicais livres, íons livres, gás hidrogênio e monóxido de carbono), segundo

Gonçalves (2007).

Bentur e Mindess (2007) citam que as fibras de polipropileno originam-se a

partir da resina de polipropileno e uma das principais vantagens do uso destas fibras,

quando comparadas a outros polímeros, é o relativo alto ponto de fusão, que varia

próximo de 165 °C. Contudo, possuem baixa resistência à exposição ao fogo e ao

oxigênio.

As características físicas dos polímeros, duros e frágeis ou plásticos e

facilmente moldáveis, são determinadas pela mobilidade da cadeia polimérica, e esta

está diretamente ligada ao grau de agitação das moléculas e, portanto, da

temperatura, conforme Canevarolo Jr (2002). Para o mesmo autor, podem ser

apresentadas três temperaturas importantes de transição nos polímeros: transição

vítrea, fusão cristalina e cristalização. A transição vítrea (Tg) caracteriza-se pela

mudança do estado do polímero rígido e quebradiço para um estado com certa

mobilidade, dito como borrachoso. Esta temperatura é próxima dos 5 graus Celsius

negativos para o polipropileno. Já a temperatura de fusão cristalina (Tm) caracteriza-

se pela mudança do estado do polímero com certa mobilidade, borrachoso, para um

estado viscoso, fundido. Esta temperatura é próxima dos 183 graus Celsius para o

polipropileno. Por fim, a temperatura de cristalização (Tc) caracteriza-se quando

ocorre o rearranjo das estruturas em cristalinas, caracterizado pelo resfriamento de

polímeros semicristalinos que encontravam-se a temperaturas elevadas,

encontrando-se este em seu estado fundido. Ao resfria-los, portanto, estes rearranjam

suas estruturas, originando estruturas cristalinas. Esta temperatura de cristalização

encontra-se entre a Tg e a Tm, podendo variar conforme condições adversas,

conforme o que diz Canevarolo Jr (2002).

2.4 Características do concreto com adição de fibras de polipropileno

Segundo Mehta e Monteiro (2014), assim como o tipo de fibra, os efeitos das

propriedades do concreto reforçado também são modificados conforme a variação da

fração volumétrica de fibras incorporadas ao concreto. O CRF (Concreto Reforçado

com Fibras) pode ser classificado em baixa fração volumétrica, moderada fração

volumétrica e alta fração volumétrica. Ainda o mesmo autor cita que a baixa fração

volumétrica (<1%) é utilizada para reduzir fissurações provenientes da retração do

material utilizado comumente em estrutura com grandes superfícies expostas. A

moderada fração volumétrica (entre 1 e 2%) é utilizada quando se deseja aumentar o

módulo de ruptura, tenacidade à fratura e resistência a impactos, e é comumente

utilizada em estruturas que exigem capacidade de absorção de energia, resistência à

delaminação, lascamento e fadiga. A alta fração volumétrica (>2%) é utilizada para

elevar o nível de endurecimento por deformação dos compósitos. É comumente

utilizada para a obtenção de composto de alto desempenho reforçado com as fibras

de polipropileno.

Ao contrário do concreto convencional, um corpo-de-prova de concreto

reforçado com fibras não se rompe imediatamente a partir do início de sua primeira

fissura. Ocorrem diversas fissuras menores que aumentam de tamanho

gradativamente devido ao arrancamento ou escorregamento da fibra. Este efeito

aumenta o tempo de fratura e é denominado tenacidade. Na figura 07 é demonstrado

o efeito que promove à adição de fibras de polipropileno e o aumento da propriedade

de tenacidade (MEHTA; MONTEIRO, 2014).

Figura 07 - Mecanismo de aumento de tenacidade à flexão do concreto com fibra

Fonte: Adaptado de Johnson (apud MEHTA; MONTEIRO, 2014).

Lucena (2017) afirma que um compósito elaborado a partir da combinação de

material baseado em cimento Portland e em polímeros apresenta características de

resistência mecânica, módulo de elasticidade, ductilidade, tenacidade e

comportamento pós-fissuração mais adequados ao diversos usos, quando

comparados às propriedades de seus componentes isoladamente. Ainda o mesmo

autor considera que os materiais que compõem um compósito são classificados em

matriz e elemento de reforço, sendo o primeiro o que confere à estrutura material

compósito, preenchendo espaços vazios, e o segundo, o que realça as propriedades

mecânicas do material compósito como um todo.

Segundo Budinski apud LUCENA, (2017), os compósitos originados de

combinações de materiais poliméricos e materiais cerâmicos são os mais importantes,

pois os cerâmicos apresentam alta rigidez, fragilidade, baixa resistência à tração e

baixo módulo de elasticidade, enquanto os polímeros possuem ductilidade variável,

moderada resistência à tração e baixo módulo de elasticidade. Os materiais baseados

em cimento Portland são considerados cerâmicos por possuírem propriedades típicas

a este grupo, enquanto as fibras de polipropileno possuem afinidade com as

características gerais dos polímeros.

Gencel et al (2011) citam que as propriedades mecânicas do concreto têm a

possibilidade de serem melhoradas com a adição de fibras curtas discretas

aleatoriamente orientadas. Estas previnem e controlam a formação e a propagação

das fissuras provenientes por esforços internos de tração no material, a partir da

distribuição homogênea das tensões na matriz do concreto.

Mehta e Monteiro (2014) afirmam que a adição de fibras, sejam elas de

polipropileno ou de outro material, ao concreto convencional, diminui

consideravelmente a trabalhabilidade, que dependerá proporcionalmente do volume

de fibras adicionado à mistura. A adição das fibras também promove a resistência à

flexão do material. Contudo, o maio benefício da adição é a tenacidade à flexão do

material: conforme maior a fração volumétrica das fibras, maior será a resistência à

flexão e tenacidade. As fibras de baixo módulos como as de nylon de polipropileno

mostram-se muito efetivas na produção de elementos de concretos pré-moldados

sujeitos a impactos severos.

3 MATERIAIS E MÉTODOS

Neste capítulo de materiais e métodos foram descritos os materiais, os

equipamentos e as técnicas de desenvolvimento do trabalho de pesquisa. As

técnicas foram desenvolvidas utilizando o apoio do Laboratório de Tecnologia da

Construção (Latec) e o Laboratório de Ensaios Mecânicos e Metrologia, ambos

pertencentes à Universidade do Vale do Taquari - UNIVATES.

3.1 Materiais

3.1.1 Cimento Portland

O cimento utilizado foi o CP IV de 32 MPa pozolânico, fabricado pela empresa

Votorantim. Segundo o fabricante, é indicado para construções que serão executadas

em ambientes agressivos e sujeitos a intempéries. Ao ser misturado com a água,

agregados miúdos e graúdos formam os concretos, materiais compósitos. Optou-se

pelo uso do Cimento Portland pozolânico pois as pozolanas presentes neste cimento

propiciam a ele melhor desempenho quando submetidas a altas temperaturas, em

virtude de produzirem menos hidróxido de cálcio.

3.1.2 Água

A água empregada para a mistura de concreto foi a proveniente da rede de

distribuição de água potável da cidade de Lajeado/RS.

3.1.3 Agregados

3.1.3.1 Areia

O agregado miúdo utilizado para a composição dos traços de concreto foi a

areia proveniente de empresas da região do Vale do Taquari. Para a composição

granulométrica foi utilizada a NBR NM 248/2003 para a verificação dos padrões,

quando foram utilizadas as peneiras da série normal e intermédia para obter a

classificação da referida areia, a partir dos valores de massa retidos em cada peneira.

O resultado do ensaio de granulometria está representado no Gráfico 02 da curva

granulométrica. O ensaio de determinação de massa específica e massa especifica

aparente foi realizado com base na NBR NM 52/2003, a qual descreve os

procedimentos para estipular a relação massa-volume do agregado miúdo. Estes

ensaios foram realizados no Latec da Univates, e os resultados obtidos da massa

específica e massa unitária seguem na tabela 02.

Gráfico 02 - Curva Granulométrica da areia

Fonte: Da autora (2017).

Tabela 05 - Massa específica e massa unitária da areia

Material Massa Específica

(kg/m³)

Massa Unitária (kg/m³)

Areia Média 2641 1585

Fonte: Da autora (2017).

3.1.3.2 Brita

O agregado graúdo utilizado para a composição dos traços de concreto foi a

brita 1, proveniente de empresas da região do Vale do Taquari. Sua composição

granulométrica foi verificada de acordo com a NBR NM 248/2003, quando foram

utilizadas as peneiras da série normal e intermédia para obter a classificação da

referida brita, a partir dos valores de massa retidos em cada peneira. O resultado deste

ensaio segue no gráfico 03 da curva granulométrica. O ensaio de determinação de

massa específica e massa específica aparente foi através da NBR NM 53/2003, a qual

descreve os procedimentos para conseguir estipular a relação massa-volume do

agregado graúdo. Os resultados seguem na tabela 06. Estes ensaios foram realizados

no Latec da Univates.

Gráfico 03 - Curva granulométrica da brita 01

Fonte: Da autora (2017).

Tabela 06 - Massa específica e massa unitária da brita

Material Massa Específica

(kg/m³)

Massa Unitária (kg/m³)

Brita 01 2782 1397

Fonte: Da autora (2017).

3.1.4 Aditivos

3.1.4.1 Superplastificante

Para o trabalho foi utilizado o tipo Super Plastificante (SP) de 3ª geração,

composto com base de policarboxilatos, Utilizou-se este aditivo químico

superplastificante, pois a confecção de concretos especiais com resistências

elevadas necessita de maiores proporções de cimento na mistura. Este maior

consumo de cimento aumenta o teor de finos da mistura e, para isso, necessita de

maior consumo de água para a hidratação do cimento e para manter a

trabalhabilidade desejada. Para suprir esta demanda de água sem o comprometer a

resistência do concreto, é adicionada à mistura o aditivo superplastificante.

3.1.5 Fibras de polipropileno

O presente trabalho foi desenvolvido a partir da adição de fibras de

polipropileno monofilmentadas (citadas no item 2.3.2 deste trabalho), pois estas

possuem maior relação entre o número de fibras por massa quando comparadas a

fibras de polipropileno fibriladas.Quando as mesmas são Incorporadas ao concreto

tem a função de reforço e não promovem reações, atua como adição. São indicado

pelo fabricante a utilizar na proporção de 600g até 8 Kg por m³ de concreto. As fibras

reduzem parte da trabalhabilidade do concreto, mas fornece mais coesão ao

concreto em seu estado fresco, antes da “pega”. Promove a dissipação de esforços

internos do concreto. Possui Densidade aproximada de 0,9 g/cm³;

3.2 Dosagem

Para o presente trabalho foi realizado um teste piloto dos três traços distintos,

com relação de a/c diferentes variando entre 0,4, 0,6 e 0,8.. Os traços testados

foram definidos conforme estudos já realizados pelos autores Onuki e Gasparetto

(2013). Da mesma forma foram adotados três parâmetros diferentes para obtenção

das resistências a/c’s de 0,4; 0,6 e 0,8. O traço foi desenvolvido para um volume de

32 litros de material e com valores mínimos de slump de 12±2 cm, conforme a tabela

07.

Tabela 07 - Traços do concreto com a adição de fibras de polipropileno

Tipo de traço Relação

a/c em

Cimento

(kg)

Areia

(kg)

Brita

(kg)

Aditivo

(g)

Fibras

de PP

(g)

Fibras

de PP

em g/m³

Concreto

de alta

resistência

(traço 1)

Com

fibras

0,4 1 0,73 2,16 4,72 1,09 608

Concreto

de média

resistência

(traço 2)

Com

fibras

0,6 1 1,4 3,09 4,72 1,25 697

Concreto

de baixa

resistência

(Traço 3)

Com

fibras

0,8 1 2,09 3,98 4,72 1,34 747

Fonte: Adaptado de ONUKI e Gasparetto (2013).

Para o teste-piloto foi realizada a moldagem de cinco corpos-de-prova de 20x10

cm para o ensaio de compressão e um prismático com dimensões de 15x15x50 cm

para o ensaio de flexão. A quantidade de cada material utilizado segue na tabela 08,

onde tem-se o cimento, areia, brita e a água em quilogramas (kg) e o aditivo e as fibras

em gramas (g). O material foi primeiramente majorado em 30% para descobrir

primeiramente a densidade do concreto, obtendo, assim, uma quantidade de 24 litros

(L) e 835 mililitros (mL).

Tabela 08 – Quantidade do material utilizado no teste piloto

TRAÇO

Relação

A/C

Cimento

(kg)

Areia
Média
(kg)

Brita 1

(kg)

Água
(kg)

Aditivo
Superplastificante

(g)

Fibras
de PP

(g)

TRAÇO
1

0,4 13,876 10,148 30,031 5,550 65,49 15,10

Fonte: Da autora (2017).

Na figura 08 abaixo tem-se os Cp’s moldados do traço 1 e 2, o qual compreende

cinco Cp’s Cilíndricos e um Cp’s Prismático de cada traço para a realização do ensaio

de resistência à compressão e flexão aos 7 dias de cura do concreto, tendo em vista

a urgência de resultados. Para verificar a evolução da resistência à compressão foi

utilizada o item 12.3.3 da ABNT 6118, a qual descreve que aos 7 dias de cura os

concretos devem atingir 68% de sua resistência.

Figura 08 - Imagem dos Cp’s moldados Traço 1 e 2

Fonte: Da autora (2017).

TRAÇO
2

0,6 9,783 13,738 30,214 5,870 46,17 17,30

TRAÇO
3

0,8 7,573 15,857 30,116 6,058 35,74 18,55

Na figura 09 tem-se os Cp’s moldados do traço 3, o qual compreende cinco Cp’s

Cilíndricos e um Cp’s Prismático para a realização do ensaio de resistência à

compressão e flexão aos 7 dias de cura do concreto.

Figura 09 - Moldagem dos Cp’s Traço 3

Fonte: Da autora (2017).

Estes corpos-de-prova ficaram por um período de sete dias na câmera úmida.

Após este período, foram ensaiados conforme as normativas.

A partir dos resultados obtidos aos sete dias foi feita a escolha do traço de maior

resistência do concreto com a adição de fibras de polipropileno monofilamentadas. Os

resultados dos ensaios seguem nos itens 3.1.4.1 e 3.1.4.2, respectivamente com as

seguintes resistências para relação a/c 0,4 atingiu 31,78 Mpa, para relação a/c 0,6

atingiu 8,79Mpa e para relação a/c 0,8 atingiu 5,52Mpa. O mesmo foi reajustado com

a finalidade de ter somente uma variável, no caso, as fibras de polipropileno. A

tabela 09 apresenta o traço reajustado e as novas quantidades de fibras. As fibras

foram distribuídas conforme a indicação do fornecedor, onde o máximo de fibras

indicadas para 1 m³ de concreto é de 8 kg e o mínimo para 1 m³ de concreto é de 600

g. Adotou-se o seguinte parâmetro: a quantidade mínima, a média e a máxima da

adição de fibras de polipropileno monofilamentadas.

Tabela 09 - Adaptação do traço de maior resistência do concreto com a adição

de fibras de polipropileno monofilamentadas

Tipo de

traço

Relação

a/c em

Cimento

(kg)

Areia

(kg)

Brita

(kg)

Aditivo

(g)

Fibras

de PP

(g)

Fibras de PP

em g/m³ de

Concreto

Traço A 0,4 1 0,73 2,16 4,72 0 0

Fonte: Da autora (2017).

Na tabela 10 tem-se as quantidades de cimento, areia, brita e água em

quilogramas (kg) e o aditivo e as fibras em gramas (g). Cada traço foi primeiramente

majorado em 15% em relação ao volume e depois calculado para uma quantidade de

20 Cp’s Cilíndricos com dimensões de 20x10 cm e quatro Cp’s Prismáticos com

dimensões de 15x15x50 cm. Obteve-se então 87 litros (L) e 878 mililitros (mL).

Tabela 10 - Quantidade de material utilizado na mistura

TRAÇO
Relação

A/C
Cimento

(kg)

Areia
Média
(kg)

Brita 1
(kg)

Água
(kg)

Aditivo
Superplastifi

cante (g)

Fribra
s de

PP (g)

TRAÇO
A

0,4

47,646

34,845

103,117

19,057

224,89

0,00

TRAÇO
B

0,4

47,646

34,845

103,117

19,057

224,89

52,73

TRAÇO
C

0,4

47,646

34,845

103,117

19,057

224,89

377,8
8

TRAÇO
D

0,4

47,646

34,845

103,117

19,057

224,89

703,0
3

Fonte: Da autora (2017).

3.3 Temperatura

Foram moldados cinco corpos-de-prova cilíndricos com dimensões de 10x20

cm e um corpo de prova prismático com dimensões 15x15x50 cm para cada traço e

temperatura de exposição (200, 400 e 600 ºC). Além disso, foram moldados cinco

Traço B 0,4 1 0,73 2,16 4,72 1,11 600

Traço C 0,4 1 0,73 2,16 4,72 7,93 4300

Traço D 0,4 1 0,73 2,16 4,72 14,76 8000

corpos-de-prova cilíndricos com dimensões de 10x20 cm e um corpo de prova

prismático com dimensões 15x15x50 cm para cada traço, que serviram como

parâmetro, não sendo aquecidos, apenas ensaiados para obtenção da resistência aos

28 dias.

Os corpos-de-prova foram confeccionados conforme a NBR 5738/2003, que

consiste nos procedimentos para a moldagem e cura de corpos-de-prova. A

quantidade de corpos-de-prova a serem moldados está descrita na tabela 10. Após a

cura do concreto, que foi efetuada na câmara úmida da LATEC (Univates) durante o

período de 28 dias, os referidos corpos-de-prova que seriam expostos a altas

temperatura foram colocados na estufa de secagem por um período de 48 horas

para reduzir a quantidade de água no concreto. Durante as primeiras 24 horas

ficaram a uma temperatura de 50 °C e, posteriormente, permaneceram mais 24 horas

a uma temperatura de 105 °C. Após este processo, ficaram esfriando por um período

de 24 horas à temperatura e umidade ambiente para posteriormente serem

submetidos a diferentes temperaturas durante um período de 5 horas no forno mufla.

Após este processo foram retirados da mufla e deixados resfriar à temperatura e

umidade ambiente por um período de 24 horas, para posteriormente serem

realizados os testes descritos no item 3.5 e 3.6 deste trabalho.

As diferentes temperaturas adotadas no ensaio foram de 200 °C; 400 °C e 600

°C com base nos trabalho de pesquisa já realizado por Nince, Figueiredo e Bittencourt

(2003). A confecção da quantidade de corpos-de-prova far-se-á de acordo com a

tabela 11.Os mesmos ficaram expostos por um período de 5horas.

Tabela 11 – Quantidade de corpos-de-prova moldados

Ensaio

Compressão

Tração

FIBRAS (g/m³ de

concreto)

(g/m³)

600

(g/m³)

4300

(g/m³)

8000

(g/m³)

600

(g/m³)

4300

(g/m³)

8000

(g/m³)

Tempera-

tura

Não

aquecido

200 5 5 5 5 1 1 1 1

400 5 5 5 5 1 1 1 1

600 5 5 5 5 1 1 1 1

Fonte: Da autora (2017).
]

Na figura 10 tem-se o traço A moldado conforme a tabela de quantidade de

corpos-de-prova. Neste caso foram moldados 20 Cp’s Cilíndricos e quatro Cp’s

Prismáticos para o traço.

Figura 10 - Moldagem dos Cp’s Traço A

Fonte: Da autora (2017).

Na figura 11 abaixo tem-se os traços B, C e D, que foram moldados conforme

a tabela 10 de quantidade de corpos-de-prova. Neste caso, para cada traço foram

moldados 20 Cp’s Cilíndricos e quatro Cp’s Prismáticos para cada traço.

Figura 11 - Moldagem dos Cp’s traço B, C e D

Fonte: Da autora (2017).

3.4 Ensaio do concreto em estado fresco

Os ensaios do concreto em seu estado fresco visam a verificação das

propriedades do concreto antes da cura, ou seja, antes dele solidificar-se. Isto

promove uma estimativa das propriedades de trabalhabilidade e, consequentemente,

do seu comportamento ao solidificar-se, garantindo melhores desempenhos do

material solidificado.

Para o referido experimento, o único ensaio que será executado com o concreto

em seu estado fresco será o Slump Test.

3.4.1 Slump Test

O Slump Test, também descrito como “ensaio de abatimento do concreto”,

permite avaliar a sua trabalhabilidade, ou seja, a capacidade do material preencher

vazios existentes nas formas onde endurecerá e tomar a forma necessária sem deixar

espaços incompletos (SOBRAL, 2000).

Para o ensaio existe uma norma que regula as ações, garantindo que sejam

preservados os parâmetros de qualidade do material submetido ao ensaio. Esta

norma regulamentadora é a NBR NM 67 (ABNT, 1996). O referido ensaio foi realizado

dentro dos padrões estipulados pela referida NBR, conforme a figura 12, a qual

descreve os procedimentos para o ensaio, visando o resultado inicial de 12±2.

Posteriormente ao ensaio de abatimento do concreto, foi efetuada a confecção dos

corpos-de-prova, conforme NBR 5738 (ABNT 2003).

Figura 12 - Procedimentos para o ensaio de abatimento Slump Test

Fonte: Adaptado pela autora com base em Mehta e Monteiro (2014).

3.5 Ensaio do concreto em estado rígido

Após o seu endurecimento, o concreto foi colocado na câmara úmida,

conforme a figura 13, em um período de 28 dias para a cura do concreto. Após este

procedimento, foram colocados na câmera de secagem, conforme figura 14, a qual

compreende o equipamento, por 48 horas, onde nas primeiras 24 horas ficaram

expostos a uma temperatura de 50 °C e o restante do tempo a uma temperatura de

105 °C. Este ensaio teve como objetivo a redução da quantidade de água dos

concretos a fim de evitar o efeito de spalling ou desplacamento explosivo, para

exclusivamente fazer a avaliação das propriedades de resistências mecânicas

conforme os ensaios descritos no item 3.5.1.

Figura 13 - Cp’s na câmera úmida por um período de 28 dias

Fonte: Da autora (2017).

Figura 14 - Câmera de secagem

Fonte: Da autora (2017).

3.5.1 Resistência à temperatura (câmara mufla)

O referido trabalho visa a submeter os corpos-de-prova a temperaturas

diferentes, de 200 °C, 400 °C e 600 °C, durante um período de 5 horas de exposição,

para relatar as modificações que possam ocorrer no concreto com fibras de PP após

ser aquecido em forno mufla e resfriado em ambiente com corrente de ar natural por

um período de 24 horas. O tempo de exposição ao calor foi estudado por Nince,

Figueiredo e Bittencourt (2003), os quais constataram que, em um período de

exposição de 5 horas a altas temperaturas, obteve-se o steady-state (estado de

equilíbrio), o qual consiste em evidenciar que o núcleo do corpo de prova e a superfície

exposta tenham uma diferença limitada a 10 ºC de temperatura promovendo uma

homogeneidade do material aquecido. Desconsideraram-se, deste modo, para os

resultados, as possíveis distorções criadas a partir das diferentes propriedades

mecânicas do concreto em seu núcleo e sua superfície. Na figura 15 abaixo tem-se o

equipamento disponível no Laboratório de Ensaios Mecânicos e Metrologia da

Univates.

Figura 15 - Câmara mufla

Fonte: Da autora (2017).

O procedimento de submeter os CP’s a um ambiente extremo de temperatura

foi precedido pelo ensaio de resistência mecânica, descrito nos itens 3.5.2 e 3.5.3 e

do ensaio de visualização da estrutura rompida do CP, descrito no item 3.5.4.

3.5.2 Resistência à compressão

O ensaio de Compressão foi realizado no Laboratório da Tecnologia da

Construção, na Universidade do Vale do Taquari - UNIVATES. Este ensaio possui o

intuito de avaliar a capacidade do material de resistir a uma quantidade a ser definida

de força pela área que está em contato com o material, ou seja, de pressão máxima

que o material resistirá. Este ensaio define o quão resistente o material é, e para que

seja válido como método de informação do presente trabalho, os CP’s foram moldados

na forma padronizada de 10x20 cm, segundo a NBR 5738 (2007). Foram submetidos

a este ensaio, conforme a NBR 5739 (2007), os corpos-de-prova com a utilização do

equipamento da marca Emic, modelo PC200CS, com capacidade de 2000 KN

conforme figura 16 abaixo, de propriedade do LATEC.

Figura 16 - Prensa empregada para o rompimento dos CP’s

Fonte: Da autora (2017).

3.5.3 Resistência à flexão

O ensaio de flexão foi realizado no Laboratório da Tecnologia da Construção,

da UNIVATES. Possui o intuito de avaliar a capacidade do material, moldado de forma

padronizada, de resistir a uma quantidade a ser definida de força pela área que está

em contato com o material, ou seja, de pressão máxima que o material resistirá. Este

ensaio define o quão resistente o material é, e para que seja válido como método de

informação do presente trabalho, foram submetidos a este ensaio, conforme a NBR

12142 (2010), os corpos-de-prova descritos na tabela 10. O equipamento utilizado foi

o mesmo já descrito no item anterior. As dimensões destes Cp’s foram de 15x15x50

cm e estes foram moldados de acordo com a NBR 5738 (2007).

3.5.4 Avaliação visual da estrutura rompida do CP

Para a realização deste ensaio, foi feita com as amostras submetidas à alta

temperatura e rompidas no ensaio de resistência a compressão uma visualização

técnica das características dos materiais e das mudanças que ocorreram com as fibras

de polipropileno, dentro do concreto aquecido.

4 ANÁLISE E RESULTADOS

Neste capítulo consiste os resultados obtidos a partir das técnicas utilizadas

no trabalho, as quais foram descritas no capítulo anterior. Primeiramente serão

apresentados os resultados obtidos através do slump, após o ensaio de compressão

e flexão a quatro pontos realizado aos sete dias de cura do concreto. Posteriormente

será apresentado o traço de maior resistência com a variação da quantidade das

fibras de polipropileno e a variação das temperaturas de exposição as temperaturas.

4.1 Resultados dos slump test para o teste piloto

O resultado deste teste para o traço 1 de relação a/c 0,4 foi de 9 cm; para o

traço 2 de relação a/c 0,6, foi de 14 cm e para o traço 3 de relação a/c 0,8, foi de 17

cm. Observa-se que os concretos com menos relação a/c possuem menores valores

para os resultados do slump test.

4.2 Resultados dos slump test para os traços adaptados

Os resultados encontrados com a realização do ensaio para os traços adaptados

com diferentes teores de fibras de PP monofilamentadas seguem na tabela 12:

Tabela 12 - Resultado do slump test

Traço Valor Slump Test (cm)

Traço A 17

Traço B 15

Traço C 12

Traço D 10

Fonte: Da autora (2017).

A partir dos resultados é possível observar que, com a adição das fibras de

polipropileno monofilamentadas, houve a redução da trabalhabilidade do concreto,

observação esta que pode ser visualizada através dos resultados do slump test. O

resultado condiz com a expectativa, pois as fibras demandam de mais água na pasta

cimentícia para atingir uma mesma trabalhabilidade do concreto.

4.3 Resultados dos ensaios de compressão e flexão a quatro pontos do teste-

piloto (7 dias)

Para a escolha do traço de maior resistência dos concretos foram analisadas

três diferentes dosagens. Os resultados de resistência à compressão e à flexão

seguem na tabela 13 abaixo:

Tabela 13 - Resultados de resistência dos traços de concr