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UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
Escola de Engenharia de São Carlos
Departamento de Arquitetura e Urbanismo
Estudo das alternativas de uso da fibra de vidro sem
características álcali resistente em elementos construtivos
de cimento Portland
Autor: Antônio de Paulo Peruzzi
Tese apresentada à Escola de Engenharia de
São Carlos da Universidade de São Paulo,
como parte dos requisitos para a obtenção do
Título de Doutor em Arquitetura
ORIENTADOR: Prof. Dr. Osny Pellegrino Ferreira
São Carlos
2007
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A Deus
À Maria
A meus pais
À Veridiana
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“Se pude enxergar mais longe foi por estar sobre ombros de gigantes”
Issac Newton
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Fez-se real, um sonho discreto,
De, na vida, tudo ser concreto.
No calor da hidratação,
Completei minha formação.
Com cimento e agregado fiz uma sólida união
Através de uma alcalina reação.
Longe do sol que me causa retração,
Revelei minha vida nesta divina construção.
Buscando qualidade,
Aumentei minha resistência e durabilidade.
Com o poder do engenho,
Melhorei cada vez mais meu desempenho.
Valdirene Maria Silva
5
AGRADECIMENTOS
A Deus que me deu tudo o que me foi necessário para o
desenvolvimento deste trabalho.
A meus pais e familiares por terem acreditado em mim e estarem
sempre ao meu lado.
À Vedidiana, minha esposa, e seus familiares pelo apoio.
A todos meus professores, desde aqueles que me ensinaram as
primeiras letras até aqueles que me ensinaram os conceitos mais avançados da
ciência e tecnologia.
Ao Prof. Dr. Osny Pellegrino Ferreira por ter acreditado em meu
trabalho e pela valiosa orientação.
Ao engenheiro Edouard Zurstrassen, da Owens Corning, pelo
companheirismo, apoio e entusiasmo.
Aos professores Eduvaldo Schieri, João Adriano Rossignolo, José
Samuel Giongo, Benedito de Souza Bueno, Ângelo Rubens Migliore pelo apoio.
Aos funcionários da Owens Corning, Texiglass eTecnun.
Aos técnicos do Laboratório de Construção Civil (LCC), Geotexteis e
Estruturas da EESC-USP.
Aos amigos de laboratório George Oda, Fernando Mazzeo, Carlos
Gomes, ...
À Owens Corning do Brasil pelo apoio à pesquisa e fornecimento de
materiais e à Texiglass, H Brothers, Brasken, Ernetex, Stratus, Tecnun, Holcim,
Microsilica-Elken, Dow, pelo fornecimento dos materiais necessários para essa
pesquisa.
6
RESUMO
As fibras de vidro são usadas há alguns anos com a finalidade de melhorar a resistência à
tração e ao impacto de compósitos cimentícios. Mas, os álcalis do cimento Portland atacam
essas fibras causando a degradação de suas propriedades mecânicas. Para contornar essa
degradação, há alguns anos, foram desenvolvidas as fibras álcalis-resistente (AR) que, embora
tenham apresentado melhor desempenho que as fibras de vidro convencionais, ainda
apresentam perda de desempenho com o tempo. Esse trabalho trata do desenvolvimento de
um novo tipo de fibra na forma de telas, a partir das fibras de vidro convencionais, usando
uma impregnação de PVC como barreira para impedir o ataque químico dos álcalis do
cimento. A análise da eficiência dessas telas em relação à durabilidade foi feita por meio de
processo de envelhecimento acelerado e, a seguir, foram estudados os vários tipos de
aplicação delas em elementos construtivos à base de matrizes cimentícias concomitantemente
como o uso de barras de GFRP. Como resultado final comprovou-se a eficiência da resina
desenvolvida na pesquisa para impregnação das fibras em relação à sua durabilidade frente ao
meio alcalino do cimento Portland e a adequação do uso das telas impregnadas com essa
resina em diversos tipos de produtos de matrizes cimentícias para construção civil.
Palavras – chave: Fibra de vidro/ Eglass / durabilidade/ painéis cimentícios / GRC/
GFRP
7
ABSTRACT
The glass fibers are used for some years as reinforcement for composites of cements. But, the
alkalis in cement Portland attack these fibers causing the degradation of its mechanical
properties. For overcome this degradation, some years ago, were developed the fibers alkali -
resistant (AR) which, although presented as the best performance fiber glass conventional,
still show a loss of performance over time. This work deals with the development of a new
type of fiber in the form of mesh, from conventional glass staple fibers, using a PVC
impregnation as barrier to hinder the chemical attack alkalis them it cement to these. The
analysis of the efficiency of these fibers in relation to the durability was made by means of
process of accelerated aging and, next, concomitantly studied some types of application of
these fibers in constructive elements to the cements matrix with the use of bars of GFRP. The
final result showed that the resin developed in this work is efficient how coating of
conventional fibers to get durability on the alkaline environment and the mesh impregnated
with this resin are appropriates of the use in many kinds of products to construction made
from cements matrixes.
Key-words: Glassfiber/ Eglass/ ageing/ cements panel/ GRC/ GFRC
8
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO 19
1) Preâmbulo 19
2) Hipóteses 23
3) Objetivo 24
4) Estrutura da tese 24
CAPÍTULO 1 Concretos e argamassas reforçados com fibras 27
1.1) Conceito de compósito 27
1.2) Tipos e propriedades das fibras usadas para estruturar matrizes de cimento Portland 29
1.2.1) Fibras de aço 29
1.2.2) Fibras sintéticas 30
1.3) A Fibra de vidro 37
1.3.1) Produção das fibras de vidro 38
1.3.2) Tipos de fibra de vidro 39
1.4) A fibra de vidro e sua durabilidade frente ao meio alcalino do cimento Portland 45
CAPÍTULO 2 Painéis de vedação 51
2.1) Conceito 51
2.2) O sistema drywall 51
2.2.1) Princípio construtivo 51
2.2.2) Tipos de placas esbeltas usadas no sistema drywall 57
2.2.3) Susceptibilidade dos materiais à presença de água 60
2.2.4) Placas cimentícias no sistema sanduíche (WC´s etc) 62
2.3) Painéis pré-moldados de concreto 64
CAPÍTULO 3 Outras aplicações da fibra de vidro no cimento Portland 67
9
3.1) Preâmbulo 67
3.2) Placas cimentícias para piso elevado 67
3.2.1) O sistema de piso elevado 67
3.2.2) Requisitos a serem cumpridos pelas placas 70
3.3) Uso de tela de fibra de vidro no tratamento de juntas de alvenaria - concreto 71
3.3.1) As deformações da alvenaria 71
3.3.2) Etapas para execução do reforço nos encontros da alvenaria com lajes e vigas 73
3.3.3) Análise dos tipos de materiais usados para reforço 74
3.4) Substituição das armaduras de aço em ambientes agressivos 76
CAPÍTULO 4 A argamassa armada 78
4.1) Preâmbulo 78
4.2) Importância da leveza dos componentes da construção civil 79
4.3) Breve histórico da argamassa armada 80
4.4) A argamassa armada e a durabilidade 84
CAPÍTULO 5 Método utilizado no desenvolvimento do trabalho 87
5.1) Preâmbulo 87
5.2) Depuração estatística dos resultados 90
5.3) Primeira etapa do desenvolvimento experimental: Análise da durabilidade da fibra de
vidro frente o meio alcalino do cimento Portland 91
5.3.1) Processo de envelhecimento acelerado 91
5.3.2) Tipos de fibra analisadas 94
5.3.3) Ensaios realizados 95
5.4) Segunda etapa do desenvolvimento experimental 110
5.4.1) Descrição das telas de fibra de vidro impregnadas com PVC desenvolvidas 110
5.4.2) Aplicação 1 - Placa cimentícia para o sistema drywall 112
5.4.3) Aplicação 2 - Placa para o sistema de piso elevado 115
10
5.4.4) Aplicação 3 - Substituição de armadura metálica por tela de fibra de vidro e barras de
GFRP em peças de argamassa armada 118
5.4.4.1) Considerações iniciais 118
5.4.4.2) Adaptação de método de ensaio à aderência do GFRP 119
5.4.4.3) Análise do comportamento mecânico dos GFRP e da tela de fibra de vidro
impregnada com PVC em comparação com o aço 125
CAPÍTULO 6 Resultados Obtidos 130
6.1) Primeira etapa do desenvolvimento experimental: Análise da durabilidade da fibra de
vidro frente ao meio alcalino do cimento Portland 130
6.1.1) Análise do desempenho das telas de fibra de vidro encontradas no mercado 130
6.1.2) Análise da tela de fibra de vidro álcali-resistente (AR) 132
6.1.3) Desenvolvimento da tela de fibra de vidro impregnada com PVC 135
6.1.3.1) Desenvolvimento do Plastissol de PVC para impregnação das fibras 135
6.1.3.2) Análise dos fios impregnados com a formulação de PVC desenvolvida 136
6.1.4) Microscopia eletrônica de varredura (MEV) 141
6.2) Segunda etapa de desenvolvimento experimental 146
6.2.1) Primeiro caso de aplicação: Substituição da tela de fibra de vidro anteriormente usada
em placas cimentícias pela tela desenvolvida 146
6.2.2) Segundo caso de aplicação: Armadura de placas cimentícias para piso elevado 154
6.2.3) Resultados dos ensaios de aderência nas barras pultrudadas GFRP e aço 157
6.2.4) Resultados dos ensaios de flexão de vigas plismáticas armadas com barras de aço e
GFRP 159
CAPÍTULO 7 Análise dos resultados, perspectivas e conclusões 164
7.1) Quanto à durabilidade da fibra de vidro frente ao meio alcalino do cimento Portland 164
7.2) Quanto aos casos estudados de aplicação das telas 168
7.3) Quanto ao desempenho das barras de FRP em relação à aderência com o concreto 167
7.4) Quanto à análise da correspondência área de FV x área de aço 170
11
CAPÍTULO 8 Potencialidade para o uso das fibras de vidro na construção civil 173
8.1) Quanto o uso da fibra de vidro picada em matrizes cimentícias 173
8.2) Quanto ao uso da fibra de vidro em tela ou barra em matrizes cimentícias 174
8.3) Quanto o uso da fibra de vidro em tela ou barra em elementos de argamassa armada 176
8.4) Quanto o uso da fibra de vidro em obras de geotecnia 178
Referências Bibliográficas 180
12
LISTA DE FIGURAS
Figura1 – Representação esquemática do comportamento à flexão de um concreto
convencional e um concreto reforçado com fibras 19
Figura 2 – Processo de proteção dos filamentos que formam a fibra de vidro pela impregnação
de polímero. 22
Figura 3 – Resumo das etapas para o desenvolvimento da pesquisa 25
Figura 1.1 – Classificação dos vários tipos de compósitos. 27
Figura 1.2 – Exemplos de compósitos 28
Figura 1.3 – Feixe de fibra metálica 30
Figura 1.4 - Fluxograma mostrando os tipos de fibras sintéticas usadas em matrizes
cimentícias e sua classificação segundo o módulo de elasticidade. 31
Figura 1.5 – Tecido unidirecional (direção longitudinal) de fibra de carbono comercializado
no Brasil 33
Figura 1.6 – Tecido unidirecional (direção longitudinal) de fibra de aramida comercializado
no Brasil 35
Figura 1.7 – Figura esquemática da estrutura do vidro 37
Figura 1.8 - Esquema resumido do processo de produção das fibras de vidro 39
Figura 1.9 - Fibra de vidro em forma de cordoalha (roving) 39
Figura 1.10 - Fibras de vidro transformadas em mantas a partir do roving 40
Figura 1.11 - Fibras de vidro picada a partir do roving 40
Figura 1.12 - Fotografia que mostra a fabricação de um barco pelo processo spray-up 41
Figura 1.13 - Representação esquemática do processo de grampeamento de fissuras pelas
fibras 42
Figura 1.14 – Esquema simplificado do processo de pultrusão convencional. 43
Figura 1.15 – Fotografias ilustrando exemplos de aplicação dos materiais pultrudados de
GFRP 44
Figura 1.16 – Fotografia de algumas barras de GFRP disponíveis no mercado mundial. 45
Figura 1.17 - Reação responsável pela degradação das propriedades mecânicas das fibras de
vidro convencionais quando expostas ao meio alcalino 46
Figura 1.18 - Superfície da fibra de vidro convencional (tipo E) removida de um compósito de
cimento Portland após dois meses de envelhecimento acelerado em água a 20
o
C
46
Figura 1.19 - Superfície da fibra de vidro AR removida de um compósito de cimento Portland
49
Figura 1.20 – Microscopia feita por Purnell et al (2000) em uma amostra de matriz cimentícia
armada com fibra de vidro AR 49
Figura 2.1 - Medidas tradicionais das placas de gesso acartonado e das placas cimentícias 53
Figura 2.2 - Planta baixa de um apartamento hipotético com vedo externo e interno executado
pelo sistema convencional (alvenaria em blocos) 54
13
Figura 2.3 – a) alvenaria estrutural em blocos cerâmicos; b) alvenaria estrutural em blocos de
concreto e c) alvenaria de vedação em estrutura formada por vigas, lajes e pilares
54
Figura 2.4 - Planta baixa de um apartamento hipotético com vedo externo de alvenaria
convencional e interno executado com placas so sistema drywall 55
Figura 2.5 – Paredes externas em alvenaria convencional e os montantes metálicos para
receberem as placas esbeltas do sistema drywall para divisões internas 55
Figura 2.6 - Planta baixa de um apartamento hipotético com vedo externo e interno executado
pelo sistema drywall 56
Figura 2.7 - Fotografia de uma edificação estruturada em perfis metálicos usando placas para
drywall nas divisões externas e internas 56
Figura 2.8 – Placas de gesso acartonado usados no sistema drywall 57
Figura 2.9 – Exemplo de placa cimentícia sendo instalada 57
Figura 2.10 – Figura esquemática da placa cimentícia fabricada com microconcreto e telas de
fibra de vidro 59
Figura 2.11 – Fotografia da placa cimentícia fabricada com microconcreto e telas de fibra de
vidro nas faces 59
Figura 2.12 - Apartamento hipotético com vedo externo de alvenaria convencional e interno
executado com placas de gesso acartonado nas áreas secas e placas cimentícias
nas áreas molhadas 61
Figura 2.13 - Apartamento hipotético com vedo externo e interno executado em drywall. As
divisórias externas (sujeitas à intempéries) e de áreas molhadas são de placas
cimentícias 61
Figura 2.14 – Representação esquemática do painel “sanduíche” formado com placas
cimentícias 62
Figura 2.15 - Painel “sanduíche” de placas cimentícias usando sarrafos de madeira como
preenchimento. 62
Figura 2.16 – Seqüência de transporte e instalação dos banheiros pré-moldados e em E uma
visão interna destes 63
Figura 2.17 – Possíveis tipos de textura externa dos painéis moldados de concreto 64
Figura 2.18 – Exemplos de painéis moldados de concreto 65
Figura 3.1 – Representação esquemática que ilustra o sistema de piso elevado 68
Figura 3.2 – Exemplos de aplicação do sistema de piso elevado em escritórios 68
Figura 3.3 – Placas cimentícias para piso elevado apoiadas nos cilindros de PVC com areia
69
Figura 3.4 - Situação da placa cimentícia para piso elevado relacionada à espessura da camada
de cobrimento da armadura. 70
Figura 3.5 - Parede com fissuras evidenciando a dilatação térmica da laje de cobertura 72
Figura 3.6 - Exemplos de locais onde há grande probabilidade de ocorrência de fissuras 72
Figura 3.7 - Exemplo de aplicação de tela para reforço do encontro da alvenaria com pilares73
14
Figura 3.8 - Seqüência das etapas para execução do reforço do encontro viga-alvenaria 76
Figura 3.9 – Exemplos de aplicação das fibras de vidro em ambientes agressivos 78
Figuras 4.1 - Fotografias que ilustram a grande versatilidade das formas da argamassa armada
79
Figura 4.2 - Pavilhão de exposições em Turin, Itália, projetado por Pier Luigi Nervi em 1948
81
Figura 4.3 - Palacete de esportes - Nervi Palazzo, em Roma, Itália, projetado por Pier Luigi
em 1957 81
Figura 4.4 – Foto da construção do ginásio de esportes dos CAIC´s (Centro de Assistência
Integrado à Criança) usando argamassa armada 83
Figura 5.1 – Resumo das etapas do desenvolvimento experimental do trabalho 89
Figura 5.2 – Representação esquemática do equipamento de envelhecimento acelerado usado
na pesquisa 93
Figura5.3 – Representação esquemática das amostras colocadas dentro do equipamento de
envelhecimento acelerado 93
Figura 5.4 – Representação esquemática do dispositivo de ensaio de tração simples nas telas
de fibra de vidro estudadas. 96
Figura 5.5 – Fotografia do dispositivo de ensaio de tração simples nas telas de fibra de vidro
estudadas. 97
Figura 5.6 – Fotografias da garra caracol usada nos ensaios à tração simples das fibras de
vidro 98
Figura 5.7 - Representação esquemática das placas cimentícias armadas com as telas
analisadas 100
Figura 5.8 - Fotografias mostrando as etapas de moldagem das placas cimentícias. 101
Figura 5.9 – Representação esquemática do dispositivo de ensaio de flexão em quatro pontos
segundo ASTM C 947/89. 102
Figura 5.10 – Fotografias mostrando o dispositivo de ensaio à flexão das placas esbeltas usado
nos trabalhos segundo ASTM C 947/89. 103
Figura 5.11 – Curva Carga-Deformação característica segundo ASTM C 947/89 104
Figura 5.12 – Exemplo do comportamento da curva carga – deslocamento e seus pontos
importantes 105
Figura 5.13 – Desenho ilustrativo da fibra de vidro “trabalhando” à tração em uma fissura da
matriz cime 105
Figura 5.14 – Exemplo do comportamento da curva carga – deslocamento cujo valor do ponto
1 é maior que os do ponto 2 e 3 106
Figura 5.15 – Interpretação das curvas em termo de módulo de elasticidade, a carga na qual
ocorre a primeira fissura (first crack) e a resistência à Flexão 107
Figura 5.16 - Curva esquemática com os parâmetros relativos aos índices de tenacidade de
acordo com o ASTM C1018 108
Figura 5.17 - Desenho da tela de fibra de vidro 10 x 10 usada nos experimentos 111
15
Figura 5.18 - Desenho da tela de fibra de vidro 40 x 40 usada nos experimentos 111
Figura 5.19 - Ilustração do equipamento utilizado na determinação da resistência ao impacto
115
Figura 5.20 - (a) Posição do relógios comparador para execução do ensaio nas placas, (b)
ponto de aplicação da carga 117
Figura 5.21– Placas cimentícias para piso elevado sendo ensaiadas. 117
Figura 5.22 – Dispositivo de ensaio de aderência entre FRP e concreto usado no trabalho de
Katz et al. (1999). 119
Figura 5.23 – Dispositivo de ensaio de aderência entre FRP e concreto proposto nesse
trabalho 120
Figura5.24 – Amostras preparadas para o ensaio de aderência entre FRP e concreto segundo
procedimentos propostos neste trabalho. 121
Figura 5.25 – Fotografia mostrando o cilindro de concreto para ensaio de aderência com a
barra da HBrothers 121
Figura 5.26 – Fotografia mostrando o ensaio de aderência entre FRP e concreto proposto neste
trabalho. 122
Figura 5.27 - Ruptura típica dos corpos-de-prova de GFRP ensaiados à tração por Tavares
(2006) 123
Figura 5.28 - Dimensões usadas nas vigas, modelo de reforço usado e dispositivo de ensaio à
tração na flexão adotado 126
Figura 5.29- Fotografias mostrando o dispositivo de ensaio à flexão em quatro pontos usado
na análise das vigas. 126
Figura 5.30 - Fotografias mostrando as armaduras de algumas amostras com GFRP na face
inferior 127
Figura 5.31 - Fotografia mostrando a armadura de aço CA 50 com ∅ = 6,3mm 128
Figura 6.1 – Curvas Força x deflexão e Tensão x deflexão para amostras de placas cimentícias
armadas com tela de fibra de vidro impregnadas com PVC comercializada 132
Figura 6.2 – Curvas força x deflexão e tensão x deflexão para amostras de placas cimentícias
armadas com tela de fibra de vidro AR 134
Figura 6.3 – Curvas Força x deslocamento e Tensão x deslocamento para amostras de placas
cimentícias armadas com tela de fibra de vidro 10 x 10 impregnadas com PVC
desenvolvida nesta pesquisa 139
Figura 6.4 - Micrografias das fibras de vidro convencional, sem impregnação, obtidas por
meio de MEV nas várias idades de envelhecimento acelerado 142
Figura 6.5 - Micrografia da fibra de vidro convencional sem impregnação com aproximação
de sete mil vezes. 142
Figura 6.6 - Micrografias das fibras de vidro impregnadas encontradas no mercado, obtidas
por meio de MEV nas várias idades de envelhecimento acelerado 143
Figura 6.7 - Micrografia da fibra de vidro impregnadas encontradas no mercado com
aproximação de dezessete mil vezes 143
16
Figura 6.8 - Micrografias das fibras de vidro AR, obtidas por meio de MEV nas várias idades
de envelhecimento acelerado 144
Figura 6.9 - Micrografia da fibra de vidro AR com aproximação de sete mil vezes. 144
Figura 6.10 - Micrografias das fibras de vidro impregnadas desenvolvidas, obtidas por meio
de MEV nas várias idades de envelhecimento acelerado 145
Figura 6.11 - Curvas tensão x deslocamento para a placa cimentícia produzida pela indústria
com tela anteriormente usada submetida a ensaio de flexão. 147
Figura 6.12 - Curvas tensão x deslocamento para a placa cimentícia produzida pela indústria
com tela 10 x 10 submetida a ensaio de flexão. 148
Figura 6.13 - Curvas tensão x deslocamento para a placa cimentícia desenvolvida no LCC
com tela 10 x 10 submetida a ensaio de flexão 148
Figura 6.14 - Curvas tensão x deslocamento para as placas produzidas na indústria com tela
anteriormente usada e a tela 10 x 10, submetidas ao ensaio de flexão 150
Figura 6.15 – Fotografias ilustrando a colocação do véu de poliéster na face externa da placa
cimentícia com a função de regularizar o acabamento externo desta 150
Figura 6.16 - Curvas tensão x deslocamento para as placas produzidas em laboratório usando
tela de FV 10 x 10 e véu de poliéster submetidas a ensaio de flexão 151
Figura 6.17 – Placa cimentícia sem reforço de tela, evidenciando ruptura com características
frágeis 152
Figura 6.18 – Placa cimentícia com reforço de tela 1x1 evidenciando ruptura com
característica dúctil 153
Figura 6.19 – Placa cimentícia com reforço de tela 4x4, evidenciando ruptura com
característica menos frágil 154
Figura 6.20 - Fotografias ilustrando as placas cimentícias para piso elevado após a realização
dos ensaios. 157
Figura 6.21 – Curvas carga (N) x deflexão (mm) para amostras de vigas de concreto armadas
com 2 barras de aço CA 50 de ∅ = 6,3mm na face inferior. 160
Figura 6.22 – Curvas carga (N) x deflexão (mm) para amostras de vigas de concreto
reforçadas com 2 barras de GFRP da HBrothers de ∅ = 6,3mm na face inferior
161
Figura 6.23 – Fotografias mostrando os corpos-de-prova prismáticos ensaiados à flexão, nas
quais se observa uma predominância de trincas a 45º nos pontos de aplicação de
carga 161
Figura 6.24 – Curvas carga (N) x deslocamento para amostras de vigas de concreto reforçadas
com 1 barra de aço ∅ = 6,3mm e variando de 1 até 6 barras GFRP de ∅ = 6,3mm
na face inferior 163
Figura 8.1 – Exemplos de possibilidade de aumento da inércia alterando a geometria das
peças: em (A) uma viga prismática; em (B) uma viga/ calha. 175
Figura 8.2 - Exemplo esquemático de solos reforçados com geossintéticos, em (a) um muro e
em (b) talude íngreme 179
Figura 8.3 – Exemplo de aplicação da tela de fibra de vidro em pavimentos 179
17
LISTA DE TABELAS
Tabela 1.1 – Algumas características mecânicas dos concretos e argamassas de cimento
Portland 31
Tabela 1.2 – Propriedades das fibras de carbono 33
Tabela 1.3 – Propriedades mecânicas das fibras de aramida 34
Tabela 1.4 - Preço de três tecidos com gramaturas próximas formados por cada um dos tipos
de fibras 36
Tabela 1.5 – Propriedades de alguns tipos de fibras usadas no reforço dos compósitos de
cimento Portland. 36
Tabela 2.1 – Variação dimensional dos vários tipos de placas usadas no sistema drywall 60
Tabela 3.1 - Resumo das exigências que a EB – 2101 em relação às cargas e flecha máximas
admissíveis. 71
Tabela 5.1 – Exemplo de depuração estatística do resultado de ensaio de seis corpos-de-prova
de concreto pelo critério de Chauvenet 90
Tabela 5.2 – Exemplo de depuração estatística do resultado de ensaio de cinco corpos-de-
prova de concreto pelo critério de Chauvenet. 91
Tabela 5.3 – Principais características da fibra de vidro AR 94
Tabela 5.4 – Principais características da fibra de vidro sem boro comparadas à fibra tipo E 94
Tabela 5.5 - Propriedades das barras de GFRP fornecidas pelo fabricante 122
Tabela 5.6 - Propriedades determinadas por TAVARES (2006) para as barras de GFRP 123
Tabela 6.1 – Resultado do ensaio à tração simples na fibra de vidro impregnada com resina
PVC comercializada 130
Tabela 6.2 - Resultados do ensaio à flexão de placas cimentícias reforçadas com tela de fibra
de vidro impregnada com resina PVC comercializada 131
Tabela 6.3 – Resultado do ensaio à tração simples na fibra de vidro AR 133
Tabela 6.4 - Resultados do ensaio à flexão das placas cimentícias reforçadas com tela de fibra
de vidro AR 133
Tabela 6.5 – Formulação do Plastissol desenvolvido na pesquisa 135
Tabela 6.6 - Resultados do ensaio à tração simples da fibra de vidro impregnada com PVC
desenvolvido na pesquisa e porcentagem de queda de resistência mecânica devido
processo de envelhecimento acelerado 136
Tabela 6.7: Resultados do ensaio à tração simples da fibra de vidro impregnada com PVC
desenvolvido na pesquisa e porcentagem de queda de resistência mecânica em
decorrência do processo de envelhecimento acelerado 137
Tabela 6.8: Resultados do ensaio à flexão para placas cimentícias reforçadas com tela de fibra
de vidro 10 x 10 impregnada com resina PVC desenvolvida na pesquisa 138
18
Tabela 6.9: Resultado da análise do índice de tenacidade das amostras de placas cimentícias
reforçadas com tela de fibra de vidro comercializada 10 x 10 impregnada com
resina PVC 140
Tabela 6.10: Resultado da análise do índice de tenacidade das amostras de placas cimentícias
reforçadas com tela de fibra de vidro AR 141
Tabela 6.11: Resultado da análise do índice de tenacidade das amostras de placas cimentícias
reforçadas com tela de fibra de vidro 10x10 impregnada com resina PVC
desenvolvida 141
Tabela 6.12 – Resultados do ensaio de impacto de corpo duro das amostras de placas
cimentícias padrão 151
Tabela 6.13 – Resultados do ensaio de impacto de corpo duro das amostras reforçadas com
tela de fibra de vidro 152
Tabela 6.14 – Resultados do ensaio de impacto de corpo duro das amostras reforçadas com
tela de fibra de vidro 4x4 153
Tabela 6.15 - Resultados do ensaio da placa de piso elevado produzido pela indústria usando
o reforço de uma tela de fibra de vidro 40 x 40 155
Tabela 6.16 - Resultados do ensaio da placa de piso elevado desenvolvida em laboratório sem
reforço de tela de fibra de vidro 155
Tabela 6.17 - Resultados do ensaio da placa de piso elevado desenvolvida em laboratório
reforçada com uma tela de fibra de vidro. 156
Tabela 6.18 - Resultados do ensaio da placa de piso elevado desenvolvida em laboratório
reforçada com duas telas de fibra de vidro. 156
Tabela 6.19 - Resultados do Ensaio de Aderência, segundo procedimentos propostos neste
trabalho, para barras de FRP dos fabricantes HBrothers e GFRP nacional e barra
de aço como padrão 158
Tabela 6.20 - Resultados do ensaio à flexão das vigas de concreto armadas com 2 barras de
GFRP e aço com ∅ = 6,3mm 159
Tabela 6.21 - Resultados do ensaio à flexão das vigas de concreto armadas com 1 barra de aço
∅ = 6,3mm e variando as barras de GFRP de 1 até 6 barras de ∅ = 6,3mm 162
19
I
I
N
N
T
T
R
R
O
O
D
D
U
U
Ç
Ç
Ã
Ã
O
O
1) Preâmbulo
O uso de fibras de vidro (FV) em matrizes cimentícias já é consagrado
mundialmente, principalmente em situações em que se necessite aumentar a tenacidade de
argamassas e concretos de cimento Portland, que têm como propriedades intrínsecas uma
pequena resistência à tração (se comparada à sua resistência à compressão), uma pequena
capacidade de deformação e ruptura frágil. Normalmente, essas fibras são usadas na
composição dos concretos e argamassas, na forma difusa (picada), com a função de amplir a
capacidade de deformação do material e aumentar a sua capacidade resistente, principalmente
quanto à tração, flexo-tração e impacto.
A maior deformação dos concretos e argamassas é obtida pelo efeito de
grampeamento das fissuras, a partir do atrito e da aderência existente entre as fibras e a matriz
de cimento, substituindo-se fissuras pronunciadas, chamadas de macrofissuras (propriedade
encontrada nas argamassas e concretos de cimento Portland sem adição de fibras), por várias
microfissuras, de menor abertura e em maior número (EKANE, 2000
i
).
A figura 1 mostra a diferença de ruptura à flexão de um concreto sem a adição de
fibras e com fibras.
Figura 1 – Representação esquemática do comportamento à flexão de um concreto convencional e um concreto
com adição de fibras (Adaptado de MEHTA e MONTEIRO, 1994, p. 436
ii
)
Concreto sem
fibras
Concreto com
fibras
Grandes fissuras
Ruptura frágil
Pequenas fissuras
em maior número
Ru
p
tura mais
20
Outra aplicação bastante comum das fibras de vidro picadas em matrizes
cimentícias é na atuação como anti-crack. Pelo termo anti-crack, entenda-se a capacidade que
fibras de vidro discretas têm de controlar a fissuração das argamassas e concretos em
decorrência da variação volumétrica desses pela perda de água e pelo aumento da
temperatura, ocorrida nas primeiras horas da hidratação do cimento Portland.
Hoje, o uso das fibras de vidro na forma de fios, tecidos ou telas em matrizes
cimentícias representa um desafio a ser superado, pois são inúmeras as situações em que se
necessita do uso de um material não metálico para armar elementos construtivos – estruturais
ou não estruturais – como, por exemplo, em ambientes agressivos, em que os metais estão
sujeitos à corrosão. Porém, para que as fibras de vidro possam atuar na substituição de
armaduras metálicas, é necessário levar em conta fatores importantes como a sua deformação
na ruptura, o módulo de elasticidade, a resistência à tração e a característica da ruptura (se
frágil ou dúctil).
Outro fator a ser levado em conta é a suscetibilidade da fibra de vidro
convencional
1
ao ataque alcalino da matriz de cimento Portland, que provoca a degradação de
suas propriedades físicas com o tempo, afetando, principalmente, a tenacidade e causando a
diminuição progressiva da sua resistência à tração.
Para contornar o problema da durabilidade da fibra de vidro, desenvolveu-se a
fibra de vidro álcalis-resistente (AR), adicionando-se cerca de 16% de óxido de zircônio
(ZrO
2
) na composição do vidro (TEZUKA, 1989
iii
; PARDELA e AGUILA, 1992
iv
), que tem
melhor desempenho em relação à durabilidade em meios alcalinos, se comparado à fibra de
vidro convencional. Por outro lado, o custo da fibra de vidro AR é alto - cerca de três vezes o
valor da fibra convencional - sendo economicamente interessante viabilizar o uso da fibra de
1
Neste trabalho, adota-se o termo fibra de vidro convencional para aquelas cuja composição do vidro não tenha
sido adicionado óxido de zircônio (ZnO
2
).
21
vidro convencional em matrizes de cimento Portland. Entretanto, para isso ser possível, é
necessário proteger as fibras do ataque químico do meio alcalino do cimento Portland.
Embora os estudos realizados mostrem que a fibra de vidro AR não apresente
corrosão considerável após certo período de envelhecimento acelerado, o compósito que usa
essa fibra como reforço apresenta perda de tenacidade, fruto dos produtos da hidratação do
cimento Portland – principalmente o Ca(OH)
2
(
2
)
,
causando uma perda de flexibilidade das
fibras (PURNELL et al., 2000)
v
,
Além do uso das fibras AR, para contornar a degradação das fibras de vidro pode-
se modificar as matrizes de cimento das seguintes maneiras:
a) utilizar cimentos de baixa alcalinidade, como o cimento de alto forno
(CP III);
b) adicionar sílica ativa, cinza volante, metacaulinita, etc., que têm por
objetivo diminuir o pH da solução dos poros e/ou reduzir ou eliminar a
formação de hidróxido de cálcio.
Uma primeira forma de viabilizar o uso da fibra convencional é o uso de cimentos
que não gerem Ca(OH)
2
na sua reação, tal como os cimentos aluminosos, ou usar cimentos
cuja quantidade de hidróxido de cálcio gerado fosse suficientemente pequena, de tal forma
que pudesse ser consumida na reação pozolânica
3
. Para isso ser possível, seria necessária a
adição de sílica ativa, metacaulinita ou algum outro material com propriedades pozolânicas.
Nos trabalhos desenvolvidos por Peruzzi (2001)
vi
, em sua dissertação de mestrado,
estudou-se a viabilidade do uso das fibras de vidro convencionais, usando-se cimentos que
2
É importante ressaltar que o Ca(OH)
2
, conhecido na química do cimento como Portlandita e denotado por CH,
é o maior responsável pelo meio alcalino que reage com as fibras de vidro, causando a perda de resistência
mecânica.
3
A formação do Ca(OH)
2
(Portlandita) pode ser proveniente tanto do processo de hidratação da Alita (C
3
S)
quanto da Belita (C
2
S). A reação pozolânica ocorre entre a Portlandita
produzida com um material de
características pozolânicas (sílica ativa, metacaulinita, etc.). Toma-se a reação de hidratação da Alita para
exemplificar a reação pozolânica:
C
3
S + H → C – S - H + CH
Portlandita
Pozolana + CH
Portlandita
+ H → C – S - H
22
gerassem menor quantidade de Ca(OH)
2
na sua hidratação e, ainda, modificando–se a matriz
com látex estireno-butadieno (SB) e adição de sílica ativa para reagir com o hidróxido de
cálcio produzido na hidratação do cimento, concluindo que a maneira mais eficiente de
atenuar a corrosão química das fibras de vidro pelos produtos da hidratação do cimento
Portland, é a proteção da superfície da fibra.
Desta forma, em vez de se tentar diminuir a quantidade de Ca(OH)
2
disponível na
matriz, uma maneira simples, econômica e eficiente de viabilizar o uso da fibra de vidro
convencional em matrizes de cimento Portland é a proteção dos filamentos das fibras com
uma película que impeça o contato destas com os produtos da hidratação. A figura 2 ilustra a
proteção dos filamentos que formam a fibra de vidro pela impregnação de polímero:
Figura 2 – Processo de proteção dos filamentos que formam a fibra de vidro pela impregnação de polímero.
É necessário ressaltar que as fibras de vidro são compostas por inúmeros
filamentos de cerca de 15 µm de diâmetro e, quando se impregnam os fios, a resina
polimérica deve ser fluida o suficiente para garantir a impregnação de cada filamento que
compõe esta fibra. Dessa forma, o perigo de rompimento da camada externa de polímero não
significa que a fibra esteja passível de degradação, pois há um filme de polímero recobrindo
cada filamento.
Por outro lado, o encapsulamento impossibilita o uso da fibra de vidro
convencional na forma de fibras discretas, misturadas às argamassas ou aos concretos. Assim,
essas fibras impregnadas são adequadas para serem usadas na forma de fios contínuos, telas e
A
)
Fibra com n filamentos
B
)
Fibra com im
p
re
g
na
ç
ão de Polímero
Camada externa de
p
olímero
Camada interna de
p
olímero
Filamentos
23
barras, possibilitando uma gama de aplicações desse material bastante diversificada em
matrizes de cimento Portland. No capítulo 2 desta tese, se discutem as muitas alternativas de
aplicação destes materiais em matrizes cimentícias.
2) Hipóteses
i) É possível usar a fibra de vidro convencional no meio alcalino do cimento
Portland em forma de fios, telas e barras, desde que se crie uma película protetora para cada
filamento, impedindo que o hidróxido de cálcio reaja com a sílica da fibra;
ii) A resina usada para formar a película deve oferecer uma impregnação
adequada aos filamentos de fibra de vidro e uma efetiva proteção destes filamentos à reação
com o hidróxido de cálcio, mas uma proteção efetiva só pode ser obtida pela formulação
adequada dessa resina;
iii) Pode-se produzir telas de fibra de vidro impregnadas com resina polimérica
para serem usadas como reforço de inúmeras peças esbeltas à base de cimento Portland;
iv) Para as aplicações nas quais o desempenho mecânico da tela de fibra de vidro
não seja suficiente para resistir às tensões solicitadas - sob o ponto de vista da viabilidade
econômica e/ou de execução - as barras de fibra de vidro impregnadas com resina poliéster ou
epóxi (GFRP
4
) são adequadas para serem usadas no auxílio deste reforço, concomitantemente
às telas de fibra de vidro;
v) Uma vez que se leve em consideração a diferença existente entre módulo de
elasticidade (E) do aço e da fibra de vidro, pode-se usar a fibra de vidro, na forma de tela ou
GFRP, para reforçar peças esbeltas de cimento Portland em substituição ao aço.
4
Os perfis produzidos usando-se fibras impregnadas com resinas poliméricas são conhecidos internacionalmente
como FRP (Fiber Reinforced Polymer) e aqueles produzidos usando a fibra de vidro – como é o caso das
barras usadas neste estudo – são chamados de GFRP (Glass Fiber Reinforced Polymer).
24
3) Objetivo
a. Desenvolver uma película de proteção para as fibras de vidro convencional que
proporcione uma efetiva durabilidade dessas fibras frente ao meio alcalino do
cimento Portland;
b. Desenvolver telas de fibra de vidro convencional protegidas com uma película
de resina polimérica que tenham o desenho
5
adequado para diversas aplicações
em peças esbeltas de cimento Portland;
c. Estudar possíveis aplicações para as telas de fibra de vidro desenvolvidas -
concomitantemente às barras de GFRP, quando necessárias – em peças
esbeltas de cimento Portland sem função estrutural (vedação no sistema
drywall) ou com função estrutural (argamassa armada ou placas cimentícias
para piso elevado);
d. Comparar o desempenho mecânico das peças esbeltas armadas com telas de
fibra de vidro e GFRP com aquelas armadas com aço.
4) Estrutura da tese
A figura 3 traz um resumo das etapas de trabalho que foram cumpridas para que
os objetivos citados acima pudessem ser obtidos.
5
O desenho da tela aqui referido diz respeito à abertura da malha bem como ao diâmetro dos fios de fibra de
vidro usados na sua confecção.
25
Figura 3– Resumo das etapas para o desenvolvimento da pesquisa
No capítulo 1, faz-se uma análise do estado da arte relacionado aos concretos e
argamassas com adição de fibras, bem como aos armados com fibra de vidro e abordam-se os
vários tipos de fibras usadas para este fim. Nesse momento, dá-se um especial destaque à fibra
de vidro: sua produção, suas propriedades, os processos de adição para formação de
compósitos, sua suscetibilidade aos álcalis do cimento Portland e, principalmente, à
fabricação de produtos adequados para o uso na construção civil.
O capítulo 2 apresenta um panorama das possíveis aplicações da fibra de vidro em
painéis cimentícios para o sistema drywall e, no capítulo 3, faz-se uma análise de outras
possibilidades de aplicação das fibras de vidro no concreto, tais como: armadura de placas
cimentícias para piso elevado, tratamento de juntas de encontro entre alvenaria e elementos
estruturais como vigas, lajes e pilares e na substituição da armadura metálica em ambientes
agressivos.
Análise de amostras de
FV disponíveis no
mercado brasileiro
quanto à durabilidade no
meio alcalino do
cimento Portland
Desenvolvimento de uma resina
que possibilite a impregnação
da FV convencional, conferindo
uma efetiva durabilidade no
cimento Portland
Desenho de telas de FV
impregnadas com diâmetro de
cabos e aberturas de malha que
tenham aplicações específicas
na construção civil
Estudo de aplicações para as
telas desenvolvidas em peças de
cimento Portland com função
estrutural ou não estrutural
Ensaio das peças de
cimento Portland com
função estrutural ou não
estrutural reforçadas com
FV
Estudo de outros produtos de
fibra de vidro que possam atuar
como coadjuvantes às telas em
aplicações específicas.
26
No capítulo 4, retoma-se, ainda que de forma breve, o histórico da argamassa
armada no Brasil e no mundo. Por meio deste histórico, procura-se identificar quais as
principais patologias que os elementos estruturais apresentaram, os quais foram responsáveis
pelo declínio do uso desse sistema construtivo. A partir dessa análise, vislumbrou-se a
possibilidade de contornar os problemas de durabilidade do sistema, substituindo-se as
armaduras metálicas por armaduras não-metálicas de fibra de vidro.
A metodologia usada para o desenvolvimento dos trabalhos experimentais deste
doutorado é apresentada no capítulo 5 e os resultados obtidos nos experimentos podem ser
vistos no capítulo 6.
No capítulo 7 faz-se uma análise dos resultados obtidos e faz-se as conclusões
finais. Finalmente, no capítulo 8 faz-se uma análise das perspectivas de uso da fibra de vidro
na construção civil.
27
C
C
A
A
P
P
Í
Í
T
T
U
U
L
L
O
O
1
1
Concretos e argamassas com fibras
1.1) Conceito de compósito
Pode-se definir compósito como sendo uma combinação macroscópica de dois ou
mais materiais distintos, no qual os materiais componentes mantêm suas identidades, fazendo
com que as propriedades deste compósito sejam superiores as de cada um dos materiais
constituintes individualmente.
Reinhart e Clements (1987, apud SILVESTRE FILHO, 2001, p. 09
vii
) consideram
um compósito como sendo aquele formado por um reforço ligado por um material
aglomerante. Então, os compósitos têm uma ou mais fases descontínuas envolvidas por uma
fase contínua. A fase descontínua (reforço) é, usualmente, mais rígida e mais resistente do que
a fase contínua (aglomerante), chamada matriz. É importante destacar que, para incrementar a
resistência aos compósitos, as fibras usadas para o reforço devem ter um módulo de
elasticidade maior que a matriz.
A figura 1.1 traz um esquema simples para a classificação dos materiais
compósitos.
Figura 1.1 – Classificação dos vários tipos de compósitos. (Fonte: CALLISTER JR, W. D. - 2002
viii
)
Compósitos
Reforçado com partículas Reforçado com fibras Estrutural
Partículas
grandes
Reforçado
por
dispersão
Contínuo
(alinhado)
Descontínuo
(curto)
Alinhado Orientado
aleatoriamente
Laminados Painéis
sanduíche
28
A figura 1.2 mostra alguns exemplos de compósitos reforçados por partículas e
por fibras.
Figura 1.2 – Exemplos de compósitos reforçados: (A) por partículas aleatórias; (B) por fibras descontínuas
unidirecionais; (C) por fibras descontínuas aleatórias; (D) por fibras contínuas unidirecionais.
(fonte: MATTEWS e RAWLINGS (1994 apud SILVESTRE FILHO, 2001)).
Segundo Callister Junior (2002, p. 362), “o concreto é um compósito comum, que
consiste em um agregado de partículas ligadas umas às outras em um sólido por meio de
algum tipo de meio de ligação, isto é, um cimento. Assim, as argamassas e concretos
reforçados com fibras, sejam elas picadas ou contínuas (na forma de barras ou telas), podem
ser considerados como sendo um compósito, pois o meio aglomerante (argamassa ou
concreto) tem boas qualidades mecânicas à compressão e baixo desempenho à tração, mas
deve ter aderência suficiente para transmitir ao reforço (fibras picadas ou contínuas) os
esforços submetidos, restando às fibras resistir à tração”.
Quando uma fibra está submetida a uma força crescente, ela pode atingir a sua
capacidade resistente e romper. Entretanto, a intensidade da força que leva à ruptura da fibra
depende da sua capacidade de deformação ou a sua ductilidade. Certas fibras, como a de
carbono, rompem antes mesmo de atingir a sua capacidade nominal. Assim, a escolha do tipo
de fibra a ser usada no compósito é de grande importância na avaliação do tipo de
comportamento que esse compósito deverá ter quando submetido às solicitações mecânicas,
devendo-se levar em conta as propriedades mecânicas e químicas destas (EKANE, 2000).
(
A
)
(
B
)
(
C
)
(
D
)
29
Em relação às propriedades mecânicas das fibras, devem ser levadas em conta as
seguintes variáveis: resistência à tração (f
t
), módulo de elasticidade (E), tipo de ruptura (se
dúctil ou frágil) e sua deformação até a ruptura. Em relação às propriedades químicas, os
fatores mais importantes a serem analisados são: durabilidade quanto aos compostos químicos
que formam o compósito, durabilidade quando exposto ao ambiente (raios UV, oxigênio,
CO
2
, umidade, etc.) e aderência compatível com a matriz.
A seguir, faz-se uma descrição dos principais tipos de fibras que são
habitualmente usadas na composição dos concretos e argamassas com fibras.
1.2) Tipos e propriedades das fibras usadas para reforçar matrizes de cimento
Portland
1.2.1) Fibras de aço
As fibras de aço são o tipo de fibra mais usada como adição dos materiais
cimentícios depois do amianto, e seu uso mais comum é na adição aos concretos que exigem
um incremento de sua resistência à tração, da tenacidade e da ductilidade, tais como nos
usados em pistas de aeroportos, pisos industriais e pavimento de rodovias.
O teor de adição típica deste tipo de fibra é de cerca de 50 kg/m
3
de concreto e
estas têm as formas onduladas ou com suas extremidades formando pequenos ganchos, o que
representa um menor consumo se comparado às lisas. A figura 1.3 mostra um feixe de fibras
metálicas.
30
Figura 1.3 – Feixe de fibra metálica. Em destaque, suas extremidades.
(fonte: www.belgomineira.com.br/produtos)
Em relação à durabilidade dos compósitos de cimento Portland com fibras de aço,
Bentur e Mindess (1990, p. 205)
ix
afirmam que as fibras podem sofrer algum tipo de corrosão
na superfície, mas sem comprometer o desempenho mecânico do elemento em si. Porém, os
autores fazem a seguinte ressalva: “se o ambiente onde o concreto será empregado for muito
agressivo, devem ser tomados cuidados especiais”.
Ressalta-se que as fibras de aço estão sujeitas aos ataques químicos típicos das
barras de aço, dependendo do número e da abertura das fissuras no concreto e da
possibilidade de despassivação
6
deste em decorrência da carbonatacão.
1.2.2) Fibras sintéticas
Comentou-se anteriormente que, para o reforço poder incrementar a resistência do
compósito como um todo, esse deve ter um módulo de elasticidade (E) maior que o da matriz
de cimento e essa condição dificulta o uso das fibras sintéticas como reforço dos compósitos
cimentícios.
Analisando-se a tabela 1.1, é possível notar que, para uma fibra incrementar
resistência ao concreto ou à argamassa, ela deve ter um módulo de elasticidade (E) maior que
6
Chama-se camada de passivação do aço uma camada delgada de óxido que adere fortemente a este aço e proporciona uma
proteção completa contra reação com o oxigênio e com a água, isto é, contra a corrosão ou a formação de ferrugem. A
preservação da passivação é condicionada por um pH alto (segundo alguns autores, >9,5).
31
o da matriz de cimento, portanto, o módulo de elasticidade das fibras usadas no reforço deve
ser superior a 25 GPa.
Tabela 1.1 – Algumas características mecânicas dos concretos e argamassas de cimento Portland
Material Módulo de elasticidade
(GPa)
Resistência à tração
(MPa)
Alongamento na ruptura
(%)
Concreto 30 a 40 1 a 4 0,005 a 0,015
Argamassa 25 a 35 2 a 4 0,005 a 0,015
(fonte: TEZUKA, 1989)
Por outro lado, a adição de fibras de pequeno módulo de elasticidade aos
compósitos de cimento Portland propicia uma considerável melhora na tenacidade, resistência
ao impacto e no controle de fissuração. Assim, pode-se dividir as fibras sintéticas em dois
grupos distintos: fibras de pequeno módulo de elasticidade e fibras de grande módulo de
elasticidade. A figura 1.4 traz um fluxograma mostrando os tipos de fibras sintéticas usadas
para o reforço de matrizes cimentícias divididas em baixo e alto módulo.
Figura 1.4 - Fluxograma mostrando os tipos de fibras sintéticas usadas em matrizes cimentícias e sua
classificação segundo o módulo de elasticidade.
Fibras sintéticas para reforço de matrizes cimentícias
Pequeno
módulo
Grande
módulo
• Polipropileno
• Nylon
• Poliéster
• Acrílica
•
Carbono
• Aramida
• Vidro
32
a) Fibras sintéticas de pequeno módulo de elasticidade
Em relação às fibras de módulo de elasticidade menor do que o da matriz de
cimento, elas pouco incrementam a resistência à tração dos compósitos, mas aumentam a
capacidade dos compósitos de absorverem grandes energias e, portanto, possibilitam uma
grande resistência ao impacto e tenacidade (GOMES e FERREIRA, 2004)
x
. As fibras de
baixo módulo de elasticidade destinam-se predominantemente a melhorar o desempenho dos
compósitos no estado pós fissurado, frente à ações dinâmicas. É o caso das fibras de
Polipropileno (PP), com E variando de 1 GPa e 8 GPa e a resistência à tração varia entre 300
MPa e 400 MPa, ou a fibra de Poliamida (Nylon), com E de 6 GPa e resistência de 800 MPa
a 1300 MPa (SAVASTANO, 2000)
xi
. Mehta e Monteiro (1994, p. 445) afirmam que, mesmo
fibras de baixo módulo tais como nylon e polipropileno, foram eficientes na produção de
elementos de concreto pré-moldados submetidos a impacto severo.
b) Fibras sintéticas de alto módulo de elasticidade
• Fibra de Carbono
Essas fibras são obtidas por meio de dois processos de fabricação distintos, a
partir de um poliacrilonitila (fibras de carbono tipo PAN
7
) ou do petróleo ou do carvão
mineral (fibras de carbono tipo pitch
8
).
O grande atrativo das fibras de carbono são a sua resistência à tração, acima de
2500 MPa, enquanto a resistência do aço para concreto armado (CA-50 e CA-60) varia de 500
MPa a 660 MPa, e o módulo de elasticidade entre 250 GPa e 350 GPa (o módulo do aço para
concreto é de 210 GPa). A tabela 1.2 traz as propriedades das fibras de carbono:
7
PAN é a abreviatura de Poliacrilonitrila.
8
Pitch pode ser entendido como sendo um tipo de piche, derivado do petróleo.
33
Tabela 1.2 – Propriedades das fibras de carbono.
PAN
Propriedade
Tipo I Tipo II
Pitch
Diâmetro (µm) 7,0 a 9,7 7,6 a 8,6 18
Densidade (kg/m
3
) 1950 1750 1600
Módulo de elasticidade (GPa) 390 250 30 a 32
Resistência à Tração (MPa) 2200 2700 600 a 750
Alongamento (%) 0,5 1,0 2,0 a 2,4
(fonte: BENTUR e MINDESS – 1990)
Os tipos I e II das fibras do tipo PAN referem-se ao valor do módulo de
elasticidade e de resistência à tração destas. Já a fibra de carbono tipo Pitch foi desenvolvida
no Japão e tem um preço relativamente pequeno, se comparado ao tipo PAN, além de
propriedades mecânicas superiores às das fibras sintéticas de pequeno módulo e seu módulo
de elasticidade é igual ou maior que ao da matriz de cimento (BENTUR e MINDESS, 1990).
A figura 1.5 ilustra um tecido feito de fibra de carbono.
Figura 1.5 – Tecido unidirecional (direção longitudinal) de fibra de carbono comercializado no Brasil.
(fonte: www.texiglass.com.br)
Atualmente, o grande consumo das fibras de carbono se dá em aplicações como
balística e na indústria aeronáutica, tornando o seu preço elevado, com isso, na construção
civil, a aplicação da fibra de carbono tem sido restrita a situações especiais, tais como na
34
recuperação de estruturas degradadas ou para aumentar a capacidade de carga de estruturas
existentes. Há um predomínio do uso na forma de fios, tela ou tecido, uma vez que, a priori, o
uso na forma de fibra picada, embora tecnicamente possível, fica inviabilizado pelo custo
elevado do material.
Em relação à durabilidade, Bentur e Mindess (1990, p. 355) afirmam que “a
resistência aos álcalis foi testada por imersão em água a 50
o
C e 75
o
C, em processo similar ao
feito com os compósitos com fibra de vidro e em ciclos de gelo-degelo alternados com
molhagem e secagem. Os resultados indicam que não se devem esperar significativos
problemas de performance em relação ao tempo”.
• Fibra de Aramida (Kevlar)
A fibra de aramida foi a primeira fibra polimérica comercialmente desenvolvida
com alta resistência e rigidez. Ela é correntemente conhecida por Kevlar, cujo nome
comercial foi registrado pela DuPont. Seu desenvolvimento visou o mercado de pneus, mas,
hoje, a maior parte de sua produção é voltada para aplicações semelhantes às da fibra de
carbono, como indústria bélica, aeronáutica e no reforço estrutural.
A tabela 1.3 traz as propriedades mecânicas das fibras de aramida:
Tabela 1.3 – Propriedades mecânicas das fibras de aramida.
Propriedade Kevlar HM - 50
Diâmetro (µm) 11,9 12,4
Densidade (kg/m
3
) 1450 1390
Módulo de elasticidade (GPa) 125 77
Resistência à Tração (MPa) 2800 a 3600 3100
Alongamento (%) 2,2 a 2,8 4,2
(fonte: BENTUR e MINDESS – 1990)
35
Observação: A fibra Kevlar é produzida pela DuPont (USA) e a HM – 50 pela
Teijin Ltda (Japão) com o nome comercial de Twaron.
A figura 1.6 ilustra um tecido feito de fibra de aramida.
Figura 1.6 – Tecido unidirecional (direção longitudinal) de fibra de aramida comercializado no Brasil.
(fonte: www.texiglass.com.br)
As fibras de aramida, em contraste com as fibras de vidro e carbono, têm sua
ruptura de forma dúctil, acompanhada de uma considerável diminuição de seção transversal e
fibrilização. A fibra é composta de um roving formado por um fio de milhares de filamentos
de 10µm a 15µm de diâmetro (BENTUR e MINDESS, 1990, p. 358).
Por ter um preço menor que a fibra de carbono, a fibra de aramida tem aplicações
na forma de fibras picadas. As proporções de fibras adicionadas aos compósitos cimentícios
giram entre 1% e 5% do volume e há um considerável ganho de resistência à tração e de
tenacidade nos compósitos com fibras de aramida.
Para ilustrar a diferença no valor dos preços das fibras de carbono, aramida e
vidro, a tabela 1.4 apresenta o preço de três tecidos com relação massa/área próximas
formados por cada um dos tipos de fibras
.
36
Tabela 1.4 - Preço de três tecidos com relação massa/área próximas formados por cada um dos tipos de fibras
9
Tipo de fibra US $ / m
2
Carbono 40
Aramida 22
Vidro AR 3
(fonte: Texiglass – setembro de 2007)
Em relação à durabilidade desse tipo de fibra, Bentur e Mindess (1990, p. 363)
afirmam que, “depois de dois anos de envelhecimento e 180 dias imersas em água à 60
o
C e
75
o
C, a resistência à tração e a tenacidade foram preservadas, levando à conclusão de que este
tipo de compósito não é susceptível a problemas de durabilidade”. Quanto ao ataque alcalino,
os autores dizem que as fibras de aramida podem ser susceptíveis a algum ataque, embora os
valores deste ataque sejam insuficientes para alterar a expectativa de vida do compósito. Uma
restrição às fibras de aramida, quanto à durabilidade, diz respeito à suscetibilidade aos raios
UV, mas essa restrição pode ser contornada com uso de pintura de acabamento.
Para facilitar a análise dos diversos tipos de fibra usados em matrizes cimentícias,
a tabela 1.5 traz as propriedades mecânicas de alguns tipos de fibra.
Tabela 1.5 – Propriedades de alguns tipos de fibras usadas nos compósitos de cimento Portland.
Fibra Diâmetro
(µm)
Massa
Específica
(kg/m
3
)
Resistência
à tração
(MPa)
Módulo de
elasticidade
(GPa)
Alongamento
(%)
Durabilidade no
meio alcalino do
cimento
Portland
Amianto 0,02 a 20 2550 3500 168 2 a 3 Boa
Polipropileno 4 a 30 910 300 a 400 6 a 8 8 Boa
Aço 5 - 500 7840 1000 – 3000 196 a 210 3 a 4 Boa
Vidro E 9 a 15 2550 2100 a 3500 77 2 a 3,5 Pobre
Vidro AR 10 a 20 2700 2000 a 2800 70 a 84 2 a 3 Razoável
Carbono 8 1900 2450 a 3150 230 a 315 1 Boa
Aramida 12 1450 2800 a 3600 125 2,2 a 2,8 Boa
(adaptado de TEZUKA – 1989 e BENTUR e MINDESS - 1990)
9
Valores fornecidos pela Texiglass em Junho de 2007. Para facilitar a compreensão da ordem de valores entre os
produtos, pode-se adotar o valor da aramida e vidro como correspondendo a 50% e 10% do valor do carbono
respectivamente.
37
1.3) A Fibra de vidro
Segundo Wicks
10
(1986, apud OLIVEIRA, 1995
xii
, p. 50) o vidro é um material
amorfo porque não apresenta periodicidade atômica, ou seja, os seus átomos e moléculas não
estão dispostos em longas estruturas organizadas. Entretanto, pode-se considerar que o vidro
apresenta estruturas organizadas de pequena ordem, isto é, grupos atômicos com arranjo
espacial definido e dimensão entre 2 Å e 10Å.
Oliveira (1995, p. 50) afirma que:
As unidades básicas do vidro são compostas por óxidos (SiO
2
, B
2
O
3
, P
2
O
5
, As
2
O
3
)
com arranjo atômico em forma tetraédrica ou triangular. O dióxido de silício é a
unidade básica mais comum usada para formação das estruturas vítreas. Na fase
líquido-viscosa estes óxidos encontram-se totalmente desordenados, compondo um
meio descontínuo. Se o resfriamento do líquido é lento, os átomos tendem a
organizar-se segundo uma configuração de menor energia, ou seja, em uma estrutura
cristalina, composta de longas cadeias ordenadas. Se o resfriamento for rápido
suficientemente para impedir a formação de redes cristalinas, as unidades básicas se
organizarão aleatoriamente no espaço, formando o vidro.
A estrutura típica do vidro consiste em uma rede amorfa de sílica-oxigênio, tal
como a vista na figura 1.7, abaixo:
Figura 1.7 – Figura esquemática da estrutura do vidro. (fonte: BENTUR e MINDESS – 1990, adaptado)
10
WICKS, G. G. . Glass structure. Encyclopedia of materials science end engeneering. v.3, 1986.
-
-
+
+
-
+
Átomo de Sílica
Átomo de Oxigênio
Íon de sódio
38
Segundo Oliveira (1995, p. 52),
a maior resistência das fibras de vidro em relação
ao vidro comum ocorre pelo fato delas possuírem um menor número de defeitos sub-
microscópicos. A mesma autora afirma, ainda, que “estas falhas diminutas, responsáveis pelo
enfraquecimento dos materiais, são naturalmente oriundas dos processos e condições de
fabricação dos mesmos, e diretamente proporcionais às dimensões de peças produzidas”.
1.3.1) Produção das fibras de vidro
(Carvalho, 1993, p. 39)
xiii
explica o processo de produção da fibra de vidro:
A matéria-prima é composta principalmente pela sílica em forma de areia, o
componente básico para qualquer vidro, cerca de 50%. Os outros ingredientes são os
boratos e pequenas quantidades de especialidades químicas. Os materiais são
misturados numa grande quantidade, a granel (...) A mistura é então levada para o
forno de fusão. Dentro do forno a areia e os outros ingredientes se dissolvem
formando uma massa fundida em temperaturas que giram em torno de 1.550
o
C. A
temperatura desta massa decresce gradualmente a partir da zona de fusão até os
canais que alimentam as fieiras, no qual a temperatura alcança 1.250
o
C. Nesta
temperatura, o vidro E atinge a viscosidade mais favorável para a formação das
fibras, permitindo a conformação das mesmas com baixo índice de quebra.
A massa fundida de vidro flui para bandejas de platina altamente resistentes ao
calor, as quais possuem milhares de pequenas aberturas tubulares furadas com
precisão, e que são chamadas de fieiras. As fieiras são placas metálicas retangulares
com orifícios através do qual a massa fundida passa, originando os filamentos. Esta
corrente fina de vidro fundido é puxada em um diâmetro preciso, e então resfriada
por água e ar para garantir o diâmetro e criar um filamento. Logo após a sua
formação, os filamentos são coletados e agrupados em mechas e feixes, e depois
enrolados em bobinas.
Na manufatura, as fibras recebem, individualmente, um revestimento químico
(sizing) que protege e lubrifica cada filamento, aumentando a resistência à abrasão e
garantindo a integridade do feixe, visto que, sem este tratamento superficial, as
fibras não serviriam de material de reforço. Uma outra função do tratamento
superficial das fibras é torná-las compatíveis com a matriz a ser reforçada. Por
último, as bobinas são aquecidas para secar o revestimento químico (sizing).
39
A figura 1.8 traz um esquema resumido do processo de produção das fibras de
vidro:
Figura 1.8 - Esquema resumido do processo de produção das fibras de vidro (Adaptado de CARVALHO, 1993).
1.3.2) Tipos de fibra de vidro
a) As fibras contínuas (roving)
As fibras de vidro, produzidas como descrito anteriormente por Carvalho (1993),
são milhares de filamentos de diâmetro em torno de 15 µm contínuos unidos, formando uma
cordoalha, chamada roving (figura 1.9).
Figura 1.9 - Fibra de vidro em forma de cordoalha (roving). Tratam-se de milhares de filamentos de diâmetro em
torno de 15 µm contínuos unidos formando a fibra. (fonte: www.owenscorning.com.br).
Vidro fundido
Chaminé
1550
o
C
Forno
Fi
e
ir
a
Tratamento
Superficial
Roving
40
Do roving, as fibras de vidro podem ser transformadas em telas e mantas (figura
1.10), em empresas especializadas na tecelagem, num processo similar ao dos tecidos de
algodão.
Figura 1.10 - Fibras de vidro transformadas em mantas a partir do roving. (fonte: www.texiglass.com.br).
b) A fibra picada
Essa fibras podem ser comercializadas no formato já picado ou em forma de
roving para serem picadas concomitantemente à produção do compósito. A figura 1.11 traz
uma fotografia da fibra de vidro já picada:
Figura 1.11 - Fibras de vidro picada a partir do roving.
A fabricação dos compósitos usando fibras difusas pode ser feita pelo método da
projeção de fibras ou pelo método da pré-mistura.
No método da projeção de fibras há a projeção simultânea de material
aglomerante e das fibras de reforço. No caso dos concretos e argamassas reforçadas com fibra
D
B
41
de vidro (GRC ou GFRC)
11
, projeta-se a pasta de argamassa de cimento e areia enquanto as
fibras de vidro são cortadas e misturadas.
A pasta de argamassa é alimentada na pistola de projeção por uma bomba
dosadora e é dividida em gotículas por meio de ar comprimido. O rolo de fibra de vidro é
levado a um cortador/alimentador de fibra de vidro montado no cabeçote de projeção que
corta a fibra em comprimentos pré-determinados, normalmente de 25 mm a 40 mm e injeta os
fios cortados na projeção de argamassa de modo que um feltro contínuo de fibra e argamassa
seja depositado no molde. A proporção de fibra para pasta é ajustada de modo que o composto
resultante contenha cerca 5% peso de fibra de vidro (GRCA, 2006)
xiv
. Este método de
produção de compósitos é conhecido no meio técnico como processo spray-up.
A figura 1.12 traz uma fotografia da fabricação de uma placa cimentícia pelo
processo spray-up:
Figura 1.12 - Fotografia que mostra a fabricação de um barco pelo processo spray-up. (fonte: Saint Gobain).
Outra forma de misturar a fibra de vidro picada às matrizes é pelo método da pré-
mistura, também conhecido como hand lay-up.
O método da pré-mistura envolve a mistura de cimento, areia, água, aditivos e
fios cortados de fibra de vidro num misturador antes de serem lançados nas fôrmas.
11
Aos concretos que recebem a adição de fibras de vidro em sua composição dá-se o nome de GRC ou GFRC.
Esse sistema de reforço é conhecido na comunidade européia como GRC (Glass fiber reinforced cement) e nos
Estados Unidos como GFRC (Glass fiber reinforced concrete).
42
Normalmente, para produzir uma pré-mistura de qualidade adequada é necessário misturar em
dois estágios. O primeiro estágio destina-se a produzir uma pasta de alta qualidade que tenha
a trabalhabilidade necessária e permita a incorporação uniforme de fibras. O segundo estágio
é a mistura das fibras na pasta a uma velocidade reduzida (GRCA, 2006).
É importante ressaltar que a escolha de cada um dos dois tipos de mistura não é
meramente processual, já que para cada tipo de mistura há uma certa quantidade de fibras
picadas a serem incorporadas. Por exemplo, o processo spray-up permite a incorporação de
cerca de 5% de fibra de vidro em volume, enquanto o processo hand lay-up possibilita a
incorporação de cerca de 2% de fibra de vidro em volume, sem que haja uma perda
considerável da trabalhabilidade.
Mesmo que os elementos construtivos sejam armados com barras ou telas de fibra
de vidro, as fibras picadas têm uma função bastante importante para o seu desempenho, pois
as fibras discretas atuam no controle das tensões impostas pela retração hidráulica ou pela
exotermia da hidratação do cimento Portland, causadoras de fissuras, atuando no processo
como crack control.
A figura 1.13 traz uma representação esquemática do processo de grampeamento
de fissuras proporcionado pelas fibras:
Figura 1.13 - Representação esquemática do processo de grampeamento de fissuras pelas fibras.
(fonte: EKANE, 2000. adaptado)
F
F
Grampeamento
Aderência fibra x matriz
Fissura
43
Para adição do concreto com porcentagens economicamente viáveis de fibras, o
ganho de resistência à tração e à flexão obtidos não devem ser considerados no cálculo da
armadura, considerando-os apenas na resistência a impactos, na diminuição da retração e na
ancoragem das partículas, impedindo a formação de fissuras muito pronunciadas,
substituindo-as por um grande número de microfissuras, conferindo ganho na durabilidade do
material (MEHTA e MONTEIRO, 1994).
c) O processo de pultrusão
O termo pultrusão vem do inglês pull-out, que quer dizer tracionar. Dá-se este
nome pelo fato das fibras contínuas (roving e/ou mantas) serem puxadas no processo de
fabricação de perfis de diversos formatos. Esses perfis podem ser produzidos a partir de fibras
de carbono, aramida ou vidro, impregnadas com resinas poliméricas (poliéster ou epóxi)
12
.
A figura 1.14 traz uma representação esquemática do processo de pultrusão
convencional.
Figura 1.14 – Esquema simplificado do processo de pultrusão convencional.
Bobinas
de fibras
Guia para
as fibras
Imersão
na resina
Cura térmica
Tracionadores
Corte das barras
2
1
3
4
5
6
44
O princípio do processo de produção de perfis por pultrusão é bastante simples:
uma certa quantidade de fios ou manta de fibra de vidro
13
que é puxada de várias bobinas (1)
por um tracionador (2), passando primeiro por uma imersão em resina polimérica (3), depois
por uma boquilha (4) que tem a função de conformar a barra (cilíndrica, prismática, etc.)
terminando em uma região aquecida (5) para proceder a cura térmica da resina. O processo é
contínuo, as barras podem ser cortadas (6) nas dimensões desejadas e levadas ao depósito.
Atualmente, no Brasil, existem diversas empresas que fabricam esses perfis
pultrudados, que têm aplicações variadas como: tracionamento de cabos de fibra ótica,
fabricação de antenas automotivas, escadas, cruzetas de postes elétricos, pálites de
armazenagem, etc. A figura 1.15 ilustra, por meio de fotografias, algumas aplicações dos
pultrudados.
Figura 1.15 – Fotografias ilustrando exemplos de aplicação dos materiais pultrudados de GFRP. (A) Grades para
piso. (B) Escada móvel. (C) Escada fixa.
(Fonte: www.cogumelo.com.br)
Na construção civil, mais especificamente, as barras de GFRP têm o formato
cilíndricos (em sua maioria) ou prismáticos. Mas as barras produzidas pelo processo de
pultrusão convencional são extremamente lisas, não possibilitando que haja uma aderência
adequada entre elas e a matriz de cimento.
12
O uso de resinas termofixas tem sido mais comum na fabricação dos perfis, embora muitos pesquisadores
sejam entusiastas do uso de resinas termoplásticas.
A
B
C
45
No Brasil, os materiais pultrudados aptos a serem usados na construção civil, com
nervuras e tratamento superficial para propiciar uma aderência compatível à matriz de
cimento, ainda estão em desenvolvimento, sendo ainda necessária a importação de GFRP dos
Estados Unidos, Canadá ou do Chile. A figura 1.16 mostra fotografias de algumas barras de
GFRP disponíveis no mercado mundial.
Figura 1.16 – Fotografia de algumas barras de GFRP disponíveis no mercado mundial. Em A a barra de GFRP
de origem chilena, com mossas imitando as do aço. Em B a barra de origem americana, com um
roving em hélice criando uma pequena saliência (indicada pela seta) e com a sua superfície
recoberta por uma camada de areia e resina. Em C a barra de GFRP lisa.
1.4) A fibra de vidro e sua durabilidade frente ao meio alcalino do cimento Portland
As propriedades mecânicas dos concretos com fibras de vidro são: leveza, boa
resistência à corrosão e ao fogo e a possibilidade de substituição dos fibrocimentos de
amianto em inúmeras aplicações. Porém, o GRC sofre deterioração com o tempo, em
decorrência do ataque químico dos álcalis do cimento, tendo suas propriedades mecânicas
reduzidas (PARDELA e AGUILA, 1992).
Segundo Bentur e Mindess (1990, p. 222), a fibra de vidro convencional, quando
exposta ao meio alcalino, sofre um rápido processo de deterioração de suas propriedades
mecânicas com perda de resistência, perda de massa e redução do diâmetro dos filamentos. A
deterioração das propriedades mecânicas das fibras de vidro convencionais pode ser atribuída
13
A produção de perfis reforçados com fibras de aramida e carbono segue o mesmo processo produtivo.
A
B
C
46
à quebra das ligações Si – O – Si na cadeia do vidro pelos íons OH
-
que estão concentrados na
solução alcalina dos poros. A figura 1.17 apresenta a reação responsável pela degradação das
propriedades mecânicas das fibras de vidro convencionais, quando expostas ao meio alcalino,
segundo os autores.
Figura 1.17 - Reação responsável pela degradação das propriedades mecânicas das fibras de vidro convencionais
quando expostas ao meio alcalino, segundo Bentur e Mindess (1990).
A quebra das ligações Si – O – Si leva à danificação da superfície do vidro
(cavidades pronunciadas, por exemplo) e o produto da reação de corrosão pode se dissolver
ou se acumular na superfície do vidro (BENTUR e MINDESS, 1990). Isso pode ser visto na
figura 1.18, que mostra a superfície da fibra de vidro convencional (tipo E) removida de um
compósito de cimento Portland após dois meses de envelhecimento acelerado em água a
20
o
C.
Figura 1.18 - Superfície da fibra de vidro convencional (tipo E) removida de um compósito de cimento Portland
após dois meses de envelhecimento acelerado em água a 20
o
C.
(fonte: Bentur e Mindess, 1990)
Diante dessa intensa degradação da fibra de vidro convencional, viu-se que não
era possível usar as mesmas fibras de vidro que eram usadas em compósitos poliméricos e era
necessário desenvolver uma fibra de vidro adequada ao uso no meio alcalino. Segundo
O
OH
Si Si Si
+ + OH
-
SiO
-
(em solução)
D
47
Pardela e Del Aguila (1992, p. 65) “em 1967, A. J. Majundar, do Reino Unido, por meio de
seus estudos adicionou cerca de 16% de óxido de zircônio na composição do vidro
14
, obtendo
uma fibra de vidro que representava uma considerável resistência ao ataque dos álcalis, que
recebeu o nome comercial de CEM-FIL 1”
Bentur e Mindess (1990, p. 225) citam que
Majundar baseou-se em observações de que as fibras produzidas a partir de
composições em sistema de Na
2
O – SiO
2
- ZrO
2
são quimicamente mais estáveis
em soluções alcalinas e foram desenvolvidas dando atenção aos dois aspectos
seguintes:
1) Resistência química do vidro para que este tivesse boa performance no
meio alcalino.
2) Propriedades físicas do vidro fundido para possibilitar a fabricação por
um processo comercial.
O mecanismo pelo qual a modificação da composição do vidro, particularmente
pela presença do ZrO
2
, incrementa a resistência da fibra aos álcalis foi extensivamente
estudado. As ligações Zr – O, em contraste com a ligação Si – O, são levemente atacadas
pelos íons (OH)
-
e, então, a incorporação do ZrO
2,
como parte da cadeia, proporciona
estabilidade à estrutura do vidro no meio alcalino, isto é, reduz consideravelmente a quebra
das ligações. Isso pode dever-se à melhoria na estabilidade de todas as ligações do vidro
quando o ZrO
2
está presente ou à formação de uma camada protetora de ZrO
2
-
quando algum
SiO
2
é quebrado ou extraído. A camada rica em ZrO
2
-
formada permanece no vidro e pode
servir como uma barreira de difusão para reduzir ainda mais a intensidade do ataque
(BENTUR e MINDESS, 1990).
14
MARTEN (1998) ressalta que quantidades de óxido de zircônio abaixo de 15% mostram progressiva perda da
resistência química, e pequeno ou nenhum benefício adicional, quando usado acima de 20%. (fonte:
MARTEN, B. – Glass fibres for cement & concrete. Concrete magazine. November /December. 1998)
48
Segundo Pardela e Del Aguila (1992, p. 66), “com o desenvolvimento de uma
nova geração de fibras AR, denominada comercialmente Cemfil 2, o GRC mostra um
comportamento com o tempo muito superior àquele observado na primeira geração de fibras
AR, o problema (da degradação) foi reduzido, mas ainda está longe de ser resolvido”.
A deterioração com o tempo do GRC utilizando fibras AR não pode ser explicada
apenas pelo ataque dos álcalis às fibras. Bentur e Mindess (1990, p. 222) afirmam que há
coexistência de dois mecanismos de degradação do material composto (GRC), que teriam
maior ou menor importância dependendo do tipo de fibras e de matriz:
1) ataque químico das fibras de vidro;
2) crescimento de produtos da hidratação do cimento entre os filamentos das
fibras.
Pardela e Del Aguila (1992, p. 66) afirmam que o primeiro mecanismo, principal
responsável pela degradação das fibras de vidro tipo E, segue subsistindo, mesmo com menor
importância, quando se utilizam fibras AR. Mas o mecanismo predominante na degradação do
compósito é o desenvolvimento e crescimento de produtos da hidratação do cimento,
fundamentalmente cristais de hidróxido de cálcio, que envolvem os filamentos de vidro,
fragilizando o material.
Purnell, Short e Majundar (2000) chegaram a conclusões idênticas às de Pardela e
Del Aguila (1992) e ainda concluíram que o processo de corrosão da fibra de vidro AR pelo
ataque alcalino do cimento é mínima, ou desprezível, creditando a causa da perda da
tenacidade das fibras no GRC à densificação da matriz na interface fibra-matriz. Essa
densificação é decorrente do acúmulo dos produtos da hidratação do cimento Portland entre
os filamentos das fibras, tal como Bentur e Mindess (1990) haviam citado.
49
A figura 1.19 apresenta micrografias de fibra de vidro AR, primeiro (A) com fios
retirados de um compósito cimentício ainda jovem (28 dias) e em (B) após envelhecimento
acelerado evidenciando o depósito de cristais de CH entre os filamentos.
Figura 1.19 - Superfície da fibra de vidro AR removida de um compósito de cimento Portland na qual, em (A) se
vê os espaços entre os filamentos nas fibras de vidro em um compósito cimentício aos 28 dias; (B)
os espaços entre os filamentos nas fibras de vidro do compósito está preenchido por cristais de
Ca(OH)
2
após envelhecimento acelerado. (fonte: BENTUR e MINDESS, 1990)
A figura 1.20 traz microscopias de fibra de vidro AR em compósitos cimentícios.
A primeira microscopia (A) mostra a fibra de vidro AR em matriz de cimento Portland, sem
sofrer processo de envelhecimento acelerado. Na microscopia (B) pode-se observar a fibra de
vidro AR em matriz de cimento Portland, após 56 dias de envelhecimento acelerado à 65
o
C
evidenciando o acúmulo de produtos da hidratação do cimento entre os filamentos,
comprometendo a tenacidade do material. Nela, pode-se notar o hidróxido de cálcio
produzido na hidratação do cimento Portland depositado entre os filamentos de fibra de vidro.
Figura 1.20 – Microscopia feita por Purnell et al (2000) em uma amostra de matriz cimentícia reforçada com
fibra de vidro AR. Em (A) sem sofrer processo de envelhecimento acelerado e em (B), após 56
dias de envelhecimento acelerado à 65
o
C (fonte: PURNELL; SHORT; MAJUNDAR, 2000)
Ca(OH)
2
Ca(OH)
2
Filamentos de FV
BA
Filamentos de FV
A B
50
Bartos e Zhu (1996)
xv
já haviam proposto em sua pesquisa um tratamento da fibra
de vidro AR com látex acrílico, como forma de aumentar a sua durabilidade frente ao meio
alcalino do cimento Portland.
Das observações feitas por Benttur e Mindess (1990), Pardela e Del Aguila
(1992), Purnell, Short e Majundar (2001), pode-se concluir que o problema da corrosão das
fibras de vidro AR está resolvido. Porém, os autores afirmam que este fato ainda não
possibilitou que se resolvesse o problema da perda de ductilidade e conseqüente aumento da
fragilidade do compósito de cimento Portland reforçados com esse tipo de fibra.
Foi visto que a degradação das propriedades mecânicas dos compósitos com fibras
de vidro AR se dá, principalmente, pelo acúmulo dos produtos da hidratação do cimento
Portland entre os filamentos das fibras e as pesquisas desenvolvidas por Bartos & Zhu (1996)
mostraram que a impregnação das fibras com um polímero (acrílico no caso) aumentou a
durabilidade destes compósitos. Esses resultados apontam para o uso da impregnação das
fibras de vidro com resinas poliméricas como a melhor solução para contornar a degradação
das propriedades mecânicas das fibras.
Supõe-se que a melhoria do desempenho se dê pelo fato de o polímero ocupar o
espaço entre os filamentos da fibra de vidro, impedindo o depósito dos produtos da hidratação
do cimento Portland.
Uma vez que a impregnação das fibras de vidro AR com resina polimérica se faz
necessária, é interessante estudar a durabilidade de fibras de vidro convencionais, frente ao
meio alcalino do cimento Portland, impregnadas com resina polimérica e esta é uma das
proposições desse trabalho.
51
C
C
A
A
P
P
Í
Í
T
T
U
U
L
L
O
O
2
2
Painéis de vedação
2.1) Conceito
Os painéis cimentícios de vedação representam um caso de aplicação das fibras
de vidro em concretos e argamassas de cimento Portland, pois esses painéis têm como
principal propriedade a esbeltez e a leveza, necessitando de concretos ou argamassas mais
dúcteis e tenazes.
Os painéis de vedação são aqueles que são projetados para substituir as
alvenarias numa construção, podendo ou não ser autoportantes, isolantes acústicos, e isolantes
térmicos, mas sempre têm de ser estanques à umidade e à chuva. Portanto, esses painéis
surgiram para substituir a alvenaria como função de elemento vedante.
Os painéis de vedação podem ser classificados da seguinte maneira:
• quanto à vedação: interna ou externa;
• quanto ao material ou a matéria-prima dominante: gesso acartonado,
poliestireno expandido, madeira, metálica ou cimentícia.
Os painéis cimentícios podem ser classificados como:
• Concreto pré-moldado;
• Concreto celular autoclavado;
• Placas cimentícias de concreto leve;
• Placas cimentícias de fibrocimento.
2.2) O sistema drywall
2.2.1) Princípio construtivo
As principais funções das vedações verticais são:
52
· compartimentar, separar e definir ambientes;
· proteger aqueles que se utilizam desses ambientes;
· controlar a ação dos agentes diversos (MEDEIROS e BARROS, 2005)
xvi
.
Para que cumpram adequadamente essas funções, alguns requisitos de
desempenho são exigidos dessas vedações, tais como:
· serem auto-sustentáveis;
· apresentarem segurança estrutural;
· proporcionarem conforto acústico;
· proporcionarem conforto térmico;
· proporcionarem higiene ao ambiente;
· serem duráveis.
As vantagens potenciais que a vedação vertical em placas esbeltas para o sistema
drywall apresentam em relação às tecnologias tradicionais são:
· ganho de área;
· menor peso;
· facilidade de execução e de manutenção de instalações embutidas;
· desempenho acústico adequado a diferentes situações;
· superfície lisa e precisa;
· redução de prazo de execução;
· vantagens econômicas.
O termo drywall
15
é empregado nos Estados Unidos e no Brasil para se referir às
divisórias de gesso acartonado. Nesta tese, o termo drywall será usado para designar o método
construtivo que, em contraponto ao método construtivo tradicional que edifica ligando blocos
por meio de argamassa, os materiais utilizados encontram-se sob a forma de chapas e painéis.
15
O termo drywall é marca registrada pela Lafarge Gypsum (TANIGUTI – 1999)
53
Todo painel é caracterizado pela predominância de duas dimensões em relação a
uma terceira. Por exemplo, a dimensão 1,20 m de largura por 2,40 m de comprimento é
característica em placas cimentícias para o sistema drywall, com espessuras de 1,25 cm. A
figura 2.1 ilustra as medidas tradicionais das placas de gesso acartonado e placas cimentícias.
Figura 2.1 - Medidas tradicionais das placas de gesso acartonado e das placas cimentícias.
(fonte: www.decorlit.com.br)
A construção por meio de placas esbeltas pode servir para vedo externo e como
para separação interna dos cômodos, mas, no Brasil, a maioria das obras que usam o sistema
drywall com placas esbeltas o fazem de forma parcial: nas áreas externas usa-se o processo
convencional de construção (alvenaria estrutural ou vigas, pilares e lajes e alvenaria de
vedação) e a separação entre cômodos é feita com paredes do sistema drywall.
Para melhor estudar cada uma dessas situações serão analisados os seguintes
casos:
1) Alvenaria convencional nas paredes externas e placas esbeltas para drywall
nas divisões internas;
2) Placas esbeltas para drywall em todas as paredes.
A figura 2.2 traz uma planta baixa de um apartamento hipotético que será usado
para exemplificar cada uma das situações estudadas.
1,20m
2,40m
54
Figura 2.2 - Planta baixa de um apartamento hipotético com vedo externo e interno executado pelo sistema
convencional (alvenaria em blocos).
As figuras 2.3 (a, b e c) trazem fotografias do sistema construtivo convencional.
2.2)
3.2)
4.2)
5.2)
6.2)
7.2)
Figura 2.3 – a) alvenaria estrutural em blocos cerâmicos; b) alvenaria estrutural em blocos de concreto e c)
alvenaria de vedação em estrutura formada por vigas, lajes e pilares.
B
A
C
B
Dorm.
Sala Visitas
Sala Jantar
Cozinha WC
Varanda
Dorm
55
A figura 2.4 traz uma planta baixa mostrando uma construção em processo misto:
alvenaria convencional nos vedos externos e drywall nas divisões internas.
Figura 2.4 - Planta baixa de um apartamento hipotético com vedo externo de alvenaria convencional e interno
executado com placas do sistema drywall
As figuras 2.5a e 2.5b trazem fotografias do sistema construtivo misto: nas
paredes externas alvenaria convencional e o sistema drywall nas divisórias internas.
Figura 2.5 – Na foto a estão destacadas as paredes externas em alvenaria convencional e em b os montantes
metálicos para receberem as placas esbeltas do sistema drywall para divisões internas.
A figura 2.6 traz uma planta baixa mostrando uma construção usando placas
esbeltas para o sistema drywall nas divisões internas e externas.
Alvenaria Convencional
Montantes metálicos para
receberem as placas de drywall
a b
Dorm.
Sala Visitas
Sala Jantar
Cozinha WC
Varanda
Dorm
Alvenaria Convencinal dr
y
wall
56
Figura 2.6 - Planta baixa de um apartamento hipotético com vedo externo e interno executado pelo sistema
drywall
A figura 2.7 traz uma fotografia de uma edificação estruturada em perfis
metálicos usando placas para drywall nas divisões externas e internas.
Figura 2.7 - Fotografia de uma edificação estruturada em perfis metálicos usando placas para drywall nas
divisões externas e internas. (fonte: Useplac)
Dorm.
Sala Visitas
Sala Jantar
Cozinha WC
Varanda
Dorm
Perfis metálicos
Placas veda
ç
ão
57
2.2.2) Tipos de placas esbeltas usadas no sistema drywall
a) Placas de gesso acartonado
A placa de gesso acartonado é composta de placas de gesso revestidas com folhas
de papelão em ambos os lados (figura 2.8), formando um conjunto resistente à tração e à
flexão e, para sua fixação, utilizam-se montantes e guias de aço ou de madeira e parafusos
(KRÜGER, 2000
xvii
).
Figura 2.8 – Placas de gesso acartonado usados no sistema drywall. (fonte: www.placo.com.br)
b) Placas cimentícias
Segundo Krüger (2000) esse sistema de vedação se assemelha muito com o gesso
acartonado, sendo mais utilizado para vedação externa ou em ambientes expostos à ação de
água, tais como banheiros, cozinhas, etc..
Uma vez que o sistema é parecido com o do gesso acartonado, os principais
fabricantes das placas cimentícias seguem os padrões de dimensões de produto semelhante
aos usados nas de gesso acartonado, tornando assim, os dois produtos intercambiáveis e
suplementares. A figura 2.9 mostra uma fotografia de uma placa cimentícia sendo instalada.
Figura 2.9 – Exemplo de placa cimentícia sendo instalada. (fonte: Knauf)
58
O mercado brasileiro produz dois tipos diferentes de placas cimentícias para o
sistema drywall: as placas fabricadas em fibrocimento, pelo processo Hatcheck
16
e a que é
feita usando-se microconcretos leves, moldados em fôrmas metálicas.
i) A placa de fibrocimento
O processo industrial para fabricação destas placas é idêntico ao da fabricação das
telhas de fibrocimento, sofrendo apenas pequenas alterações na composição dos materiais
constituintes. Embora no Brasil o uso da fibra de amianto ainda não tenha sido proibido, as
placas cimentícias para o sistema drywall são livres de amianto. Os materiais básicos para
formação das mantas são: o cimento Portland, o filer calcáreo, as fibras de celulose (que tem a
função de formar as mantas) e fibras de polipropileno e/ou PVA (que exercem a função de
reforço do compósito no estado endurecido).
As principais vantagens deste tipo de placa é a grande resistência à tração, a alta
ductilidade e o preço mais competitivo que as placas cimentícias moldadas de microconcreto.
Porém, as fibras celulósicas são responsáveis pela elevada variação dimensional
(aproximadamente 2,5%) das placas cimentícias fabricadas com estes materiais –
principalmente quando exposta à ambientes úmidos – ocasionando fissuras entre as juntas
17
.
ii) A placa de microconcreto leve
Sendo os concretos, os microconcretos e as argamassas de cimento Portland
materiais com ruptura frágil, para confeccionar placas esbeltas (cerca de meia polegada, ou
16
Esse processo de produção foi desenvolvido por L. Hatcheck, na Austrália, em 1900, para a fabricação de
chapas de amianto. Consiste em formar mantas a partir de uma suspensão de fibras diluídas de amianto (ou de
celulose com polipropileno e/ou PVA) em água e material aglomerante como cimento e sílica ativa (dispersão
conta com apenas cerca de 30% de material sólido). As mantas são formadas conforme a água da mistura é
drenada por um feltro e retirada continuamente por meio de cilindros e vácuo, restando apenas o compósito
fibra-aglomerante. O processo de impregnação do feltro e a retirada da água se repete por várias vezes até se
obter uma manta com a espessura desejada.
17
As placas do sistema drywall variam sua dimensão quando na presença de umidade ou pela variação da
temperatura, necessitando de juntas com dimensão suficiente para absorver a variação dimensional.
59
seja, 12,5mm de espessura) com dimensões de 2,40m x 1,20m é necessário que a matriz
cimentícia usada tenha um menor módulo de elasticidade possível. Para tanto, usa-se a argila
expandida como agregado e adiciona-se látex à composição do concreto
18
.
A resistência à tração das placas é garantida por duas telas de fibra de vidro,
colocadas em ambas as faces das placas, como pode ser visto nas figuras 2.10 e 2.11.
Figura 2.10 – Figura esquemática da placa cimentícia fabricada com microconcreto e telas de fibra de vidro
Figura 2.11 – Fotografia da placa cimentícia fabricada com microconcreto e telas de fibra de vidro nas faces.
(fonte: Spence, 1988
xviii
)
A principal vantagem deste tipo de placa cimentícia é que a sua variação
dimensional é bastante pequena se comparada à da placa de fibrocimento, porém, em
decorrência da necessidade do uso de tela de fibra de vidro nas duas faces e a menor
produtividade obtida no processo de produção, o preço do produto é menos competitivo que o
de fibrocimento.
18
Rossignolo (2003) estudou os microconcretos leves com argila expandida modificados com látex Estireno-
Butadieno e verificou uma considerável diminuição do seu módulo de elasticidade.
Tela de fibra de vidro superior
Tela de fibra de vidro inferior
microconcreto
60
A tabela 2.1, abaixo, compara a variação dimensional entre os tipos de placas
mais usados no sistema drywall.
Tabela 2.1 – Variação dimensional dos vários tipos de placas usadas no sistema drywall
Tipo de Placa Variação dimensional (mm/m)
Gesso acartonado
(*)
0,7
Cimentícia de microconcreto
(**)
0,6
Cimentícia de fibrocimento
(**)
2,0
(fonte:
(*)
Knauf,
(**)
www.useplac.com.br)
2.2.3) Susceptibilidade dos materiais à presença de água
As placas de gesso acartonado são susceptíveis à água. Porém, os fabricantes de
placas de gesso acartonado têm uma versão de placas apropriadas para áreas úmidas: o gesso
acartonado resistente à umidade (RU), mas a análise das qualidades da placa cimentícia RU
não é o objetivo desta tese.
O uso da placa de gesso acartonado em áreas secas e de placas cimentícias em
áreas molhadas, fazendo com que esses dois tipos de placa sejam considerados
complementares, tem sido a opção adotada por muitos construtores. Assim, tomando a planta
baixa do apartamento hipotético apresentada anteriormente, a figura 2.12 mostra a situação do
apartamento com vedação mista, usando dois tipos diferentes de placas esbeltas.
61
Figura 2.12 - Apartamento hipotético com vedo externo de alvenaria convencional e interno executado com
placas de gesso acartonado nas áreas secas e placas cimentícias nas áreas molhadas.
A figura 2.13 mostra a situação do apartamento com vedação toda feita em
drywall, usando dois tipos diferentes de placas esbeltas.
Figura 2.13 - Apartamento hipotético com vedo externo e interno executado em drywall. As divisórias externas
(sujeitas à intempéries) e de áreas molhadas são de placas cimentícias
Dorm.
Sala Visitas
Sala Jantar
Cozinha WC
Varanda
Dorm
Alvenaria Convencional Gesso acartonado
Placa cimentícia
Dorm.
Sala Visitas
Sala Jantar
Cozinha WC
Varanda
Dorm
Alvenaria Convencional Gesso acartonado
Placa cimentícia
62
2.2.4) Placas cimentícias no sistema sanduíche (WC´s etc)
As placas cimentícias, além de servirem para vedação no sistema drywall, podem
formar painéis no sistema sanduíche. Esses painéis consistem em usar duas placas cimentícias
– nas faces externas – e ligá-las por um material que tem a função de servir de isolante
térmico e acústico, além de preencher o espaço vazio entre placas, com a vantagem de reduzir
a “sensação de oco”, que na maioria das vezes torna o consumidor brasileiro avesso ao
sistema de construção seca.
A figura 2.14 mostra uma representação esquemática do painel sanduíche
formado a partir de duas placas cimentícias.
Figura 2.14 – Representação esquemática do painel “sanduíche” formado com placas cimentícias
Um produto comercializado no Brasil, por exemplo, usa sarrafos de madeira
colados e prensados a altas temperaturas na formação dos painéis, o que, além de acrescentar
requisitos ligados ao conforto, os enrijecem. A figura 2.15 ilustra esse tipo de painel
sanduíche.
Figura 2.15 - Painel “sanduíche” de placas cimentícias usando sarrafos de madeira como preenchimento.
(fonte: www.decorlit.com.br)
Placa Cimentícia
Placa Cimentícia
Enchimento
63
A partir de painéis sanduíche de placas cimentícias, a Pavi do Brasil produz
banheiros pré-fabricados, que já têm as instalações de água, esgoto e eletricidade executados
bem como as pias, vaso sanitário, chuveiro e o revestimento das paredes internas prontos.
Desta forma, o banheiro é fabricado na indústria, transportado ao local onde será instalado,
posicionado na obra no local previsto em projeto e, a seguir, conectados às instalações
hidráulicas e elétricas da edificação, ficando pronto para o uso.
Para a formação dos painéis, a empresa preenche o espaço vazio entre placas com
concreto contendo esferas de EPS na formulação ou argila expandida como agregados. Mas é
também possível que esse material de preenchimento possa ser de concreto celular ou espuma
poliuretana.
As figuras 2.16 de a, b, c, d e e, mostram a seqüência de transporte e instalação
dos banheiros e uma visão interna deles.
Figura 2.16 – As figuras a, b, c e d mostram a seqüência de transporte e instalação dos banheiros pré-moldados e
em e uma visão interna destes. (fonte: www.pavidobrasil.com.br)
a
b
c
d
e
64
No âmbito acadêmico, Schultz (2005) desenvolveu em suas pesquisas de
mestrado diversas alternativas de núcleos de painéis sanduíche usando resíduos da indústria,
somando às qualidades de conforto e resistência do sistema também vantagens de ordem
ecológica. A pesquisadora estudou placas cimentícias com núcleos de borracha derivada de
resíduos de pneus, raspa de couro curtido ao cromo e serragem de madeira, obtendo
resultados satisfatórios
19
.
2.3) Painéis pré-moldados de concreto
São painéis produzidos a partir de concretos que usam fôrmas metálicas para
moldagem, possibilitando a criação de diversos modelos, pois a superfície externa dos painéis
(aquela face que ficará aparente) fica no fundo da fôrma, possibilitando o uso de texturas no
acabamento, tais como: auto-relevo, cerâmicas, pastilhas, pigmentos, granilha, etc.
(KRÜGER, 2000). A figura 2.17 ilustra os possíveis tipos de textura externa dos painéis
moldados de concreto.
Figura 2.17 – Possíveis tipos de textura externa dos painéis moldados de concreto. (fonte: KRÜGER , 2000)
19
Maiores detalhes podem ser obtidos na dissertação de mestrado “Painéis sanduíche constituídos de cimento
reforçado com fibras (CRF) e compósito polimérico: pesquisa e desenvolvimento preliminar”. EESC-USP.
2005.
65
A figura 2.18 mostra painéis moldados de concreto, primeiro (a) sem textura no
pátio da fábrica e em (b) e (c) painéis com concreto pigmentado e texturizado sendo
instalados.
Figura 2.18 – Exemplos de painéis moldados de concreto – Em (a) sem textura no pátio da fábrica e em (b) e (c)
painéis com concreto pigmentado e texturizado sendo instalados. (fonte:
www.pavidobrasil.com.br)
Uma propriedade importante deste tipo de painel é que eles requerem concretos
ou microconcretos de resistência elevada, com grande consumo de cimento, com alto teor de
argamassa e consistência fluida. Como conseqüência desse elevado teor de cimento, ou do uso
de cimentos de alta resistência inicial
20
e da pouca proporção de agregados graúdos
21
, os
painéis têm a tendência de apresentar variação dimensional elevada e alto grau de fissuração
em decorrência do processo de hidratação do cimento. Para contornar esses problemas, as
20
Na fabricação de produtos pré-moldados de concreto, para agilizar a produção, costuma-se usar o cimento tipo
CP V ARI, que garante resistências elevadas aos 7 dias, mas que libera um calor de hidratação elevado.
21
Os agregados com maiores dimensões têm o efeito benéfico de controlar a estabilidade dimensional e a
fissuração originada do processo de hidratação do cimento Portland.
ab
c
66
indústrias fabricantes de painéis de concreto adicionam fibras picadas à composição dos
concretos, sendo a fibra de vidro AR a mais usada. Além da fibra de vidro na forma discreta
para controle da fissuração do concreto, alguns fabricantes de painéis ainda costumam
estruturá-los usando tela de fibra de vidro.
67
C
C
A
A
P
P
Í
Í
T
T
U
U
L
L
O
O
3
3
Outras aplicações da fibra de vidro no cimento Portland
3.1) Preâmbulo
Como visto no capítulo 2, o uso de fibra de vidro em painéis cimentícios é
consagrado no mundo inteiro, seja como fibra picada ou na forma de tela. Neste capítulo,
serão analisadas algumas outras aplicações mais recentes das fibras de vidro, ou que, ainda
são objeto de estudo.
O primeiro caso é a aplicação das placas cimentícias com função estrutural, como
painel cimentício para o sistema de piso elevado. Um segundo caso é o uso de telas de fibra
de vidro no tratamento de juntas do sistema drywall e no encontro de vigas, pilares e lajes
com a alvenaria, que são regiões nas quais há grande probabilidade de ocorrência de fissuras.
O terceiro caso é em substituição ao aço quando o ambiente é agressivo, ou se necessita de
uma estrutura mais leve ou com transparência magnética
22
.
3.2) Placas cimentícias para piso elevado
3.2.1) O sistema de piso elevado
O sistema de piso elevado surgiu na segunda metade do século 20 e consiste em
criar um “entre piso” (acima do piso ou laje original) pelo qual devem passar tubulações ou
dutos com fios, ar condicionado, etc. Pelas suas características, o sistema é mais adequado
para ser usado nos edifícios de escritórios, pois nestes locais há grande quantidade de
instalações (cabeamento ótico, elétrico, telefonia, informática, ar condicionado, detectores de
fumaça e tubulações hidráulicas, entre outras instalações) e a necessidade de se ter uma maior
22
Entende-se por transparência magnética a propriedade que os materiais têm de não serem condutores de
eletricidade (maus condutores) e não se magnetizarem na presença de campo magnético. Um exemplo de
aplicação são as salas para equipamentos de raio x e microscopia eletrônica de varredura (MEV),
telecomunicações, etc.
68
flexibilização dos ambientes de trabalho. A figura 3.1 ilustra o sistema de piso elevado e a
figura 3.2 traz fotografias mostrando a aplicação do sistema.
Figura 3.1 – Representação esquemática que ilustra o sistema de piso elevado
Figura 3.2 – Exemplos de aplicação do sistema de piso elevado em escritórios. (fonte: www.tate.com.br)
De modo geral, os pisos elevados devem absorver as ações de peso próprio e as
variáveis normais, mas, porém, nos locais onde possa ocorrer concentração de cargas com
Piso elev
Suporte
Laje piso
Piso elevado
69
características puntiformes, como cofres, estantes ou equipamentos pesados, pode ser
necessário um reforço adicional.
Nas áreas internas, os principais tipos de materiais usados para as placas do
sistema de piso elevado são: o de aço com miolo de concreto celular, o policarbonato,
laminados de madeira e plásticos. Nos pisos elevados para áreas externas, tais como jardins,
piscinas, etc., há a predominância do uso das placas de concreto. Essas placas são pré-
moldadas, com dimensões 60cm x 60cm x 4cm ou 80cm x 80cm x 4cm e usam composições
convencionais de concreto (cimento, água, areia e brita), com alto teor de argamassa e com
resistência à compressão em torno de 20 MPa na sua composição. A armadura é constituida
por uma tela de aço na face inferior da placa (aquela que será tracionada).
O sistema de apoio das placas cimentícias usadas nos estudos deste doutorado é
composto por apoios cilíndricos de PVC, preenchidos com areia para transmitir as ações ao
solo e absorver impacto. Na figura 3.3 pode-se ver o sistema piso elevado com placas de
concreto e os cilindros de apoio.
Figura 3.3 – Placas cimentícias para piso elevado apoiadas nos cilindros de PVC com areia.
(fonte: www.concretif.com.br)
Como se viu, as placas cimentícias têm apenas quatro centímetros de espessura,
assim, a camada de cobrimento de concreto da armadura metálica é muito pequena, podendo
70
comprometer a durabilidade do painel. A figura 3.4 ilustra a situação da espessura da camada
de cobrimento da armadura:
Figura 3.4 - Situação da placa cimentícia para piso elevado relacionada à espessura da camada de cobrimento da
armadura.
Nesse caso, a substituição da armadura metálica por tela de fibra de vidro seria
uma forma de contornar o problema da pequena durabilidade das placas em decorrência da
pequena espessura da camada de cobrimento da tela de aço.
3.2.2) Requisitos a serem cumpridos pelas placas
Segundo a ABNT EB – 2101: Pisos Elevados
xix
as placas de piso podem ser de
madeira aglomerada de alta densidade, madeira aglomerada de alta densidade encapsulada em
aço ou em formada exclusivamente de aço. Ou seja, a norma não cita as placas cimentícias,
porém, na ausência de uma norma específica, os fabricantes de placas cimentícias para piso
elevado têm tomado as determinações da EB – 2101 como especificações a serem cumpridas.
O item 4.2.1.2 - Dimensões das placas acabadas, da EB – 2101, diz que as placas
- tanto as de madeira quanto as de aço - devem ter as seguintes dimensões: 600 mm x 600 mm
ou 625 mm x 625 mm, ambas com tolerância de ± 0,5 mm.
A tabela 3.1 traz um resumo das exigências que a EB – 2101 faz em relação às
cargas e flecha máxima admissíveis.
4 cm
2 cm
Tela EQ 61
H=6,2mm
H
71
Tabela 3.1 - Resumo das exigências que a EB – 2101 em relação às cargas e flecha máximas admissíveis.
Tipo de Material que compõe a
placa
Espessura
(mm)
Carga concentrada
admissível
(N)
Flecha
(mm)
30 1500 2,0 Madeira aglomerada de alta
densidade
40 4400 2,6
Madeira aglomerada de alta
densidade encapsulada em aço
4400 3,6
Aço
4400 3,6
OBS.: O coeficiente de segurança a ser usado é 3.
3.3) Uso de tela de fibra de vidro no tratamento de juntas de alvenaria - concreto
3.3.1) As deformações da alvenaria
Medeiros (1999)
xx
afirma que a deformabilidade das alvenarias pode ser entendida
como a capacidade que elas possuem de manterem-se íntegras ao longo do tempo,
distribuindo as tensões internas sem apresentarem perda de desempenho.
Outro fator responsável pelas deformações nas alvenarias é a variação da
temperatura, pois todos os materiais, componentes e elementos de uma construção estão
sujeitos a estas variações, permitindo que ocorram variações dimensionais dos mesmos,
proporcionando movimentos de dilatação e contração.
As principais movimentações diferenciais ocorrem:
• em função da junção de materiais com diferentes coeficientes de dilatação
térmica;
• exposição de elementos a diferentes solicitações térmicas naturais;
• gradiente de temperatura ao longo de uma parte da edificação.
72
A figura 3.5 traz uma fotografia de uma parede que apresenta uma fissura de
origem térmica.
Figura 3. 5 - Parede com fissuras evidenciando a dilatação térmica da laje de cobertura. (fonte: LIBÓRIO &
MELLO
xxi
)
As ligações entre a estrutura e as paredes de vedação representam pontos passíveis
de fissuração pela diferença de coeficiente de dilatação entre o concreto ou aço e o coeficiente
dos componentes dos blocos. Da diferença de coeficiente de dilatação entre os materiais
surgem tensões que podem causar fissuras. Uma vez que a probabilidade de ocorrerem
fissuras nas alvenarias e nos encontros destas com as estruturas é grande, deve-se tomar
medidas que visem prevenir a sua ocorrência.
A figura 3.6 mostra exemplos de locais onde há grande probabilidade de
ocorrência de fissuras: Em (a) no encontro alvenaria-viga, alvenaria-pilar e em janelas; em b)
uma sacada em balanço.
Figura 3.6 - Exemplos de locais onde há grande probabilidade de ocorrência de fissuras: Em (a) no encontro
alvenaria – viga, alvenaria pilar e em janelas; em (b) uma sacada em balanço.
AB
73
3.3.2) Etapas para execução do reforço nos encontros da alvenaria com lajes e vigas
Thomaz (2001, p. 236)
xxii
afirma que, nas regiões onde há grande probabilidade da
ocorrência de fissuras em decorrência das propriedades térmicas entre o concreto estrutural e
o material constituinte dos blocos da alvenaria, os gradientes térmicos nas fachadas,
dimensões dos panos e a flexibilidade da estrutura, deve-se reforçar a ligação com a inserção
de tela metálica na argamassa de revestimento. O tratamento da ligação pilar – alvenaria pode
ser vista na figura 3.7.
Figura 3.7 - Exemplo de aplicação de tela para reforço do encontro da alvenaria com pilares.
(fonte: THOMAZ, 2001, p. 221)
Para execução dessa ligação Thomaz (2001, p. 221) propõe que sejam seguidas as
seguintes etapas:
1) Aplica-se uma camada de chapisco no substrato (concreto ou bloco);
2) No encontro pilar – parede fixa-se a tela de fibra de vidro com pregos ou
grampos, deixando uma faixa de no mínimo 20 cm em ambos os lados, além
da largura do pilar;
3) Aplica-se camada de emboço (ou de massa única) e faz-se a regularização.
Pilar
Tela
20 20
74
Thomaz (2001) ainda afirma:
“reforços com telas metálicas galvanizadas devem ser previstos nas regiões das
paredes sujeitas a impactos, nos encontros com platibandas, no fechamento de
shafts, em regiões de tubulações de grande diâmetro embutidas nas paredes e em
outras seções com eventuais enfraquecimentos. Nas fachadas submetidas a intensas
solicitações térmicas, ou nas estruturas relativamente flexíveis, constitui uma boa
prática a inserção de telas nos vértices inferiores das aberturas de janelas e nas
ligações das alvenarias com a estrutura.”
3.3.3) Análise dos tipos de materiais usados para reforço
Como visto, Thomaz (2001) ressalta a importância do reforço com tela metálica
galvanizada, mas alguns aspectos devem ser analisados quanto à opção por este tipo de
material. Um fator importante a se ressaltar é que, segundo MEHTA e MONTEIRO (1994, p.
173 e 148), a durabilidade do aço embutido no concreto ou na argamassa é garantida por meio
de dois mecanismos:
• barreira;
• condição de alcalinidade.
Quanto ao mecanismo de barreira salienta-se que a argamassa é um material
poroso por natureza. Quando se usa a tela de aço para o reforço da argamassa esta pode sofrer
corrosão, ocasionada pela água e pelos gases oriundos do ambiente externo. A alcalinidade
elevada (em argamassas e concretos o valor do pH é em torno de 12 ou 13) garante a criação
de uma camada de óxidos em torno da armadura, chamada de passivação. Quando esta
condição de alcalinidade é quebrada o aço fica exposto à corrosão, chamado de
despassivação do aço
(MEHTA e MONTEIRO, 1994, p. 160 e 170).
A perda de alcalinidade do concreto pode ocorrer em virtude de:
• lixiviação dos compostos alcalinos presentes no concreto ou argamassa como
conseqüência da circulação de águas (infiltração por exemplo),
75
• reações dos compostos básicos presentes no concreto ou argamassas com os
compostos ácidos presentes no meio de exposição como o dióxido de carbono
(CO
2
), o dióxido de enxofre (SO
2
) e gás sulfídrico (H
2
S).
O processo de perda de alcalinidade mais comum é a reação dos compostos
básicos presentes na fase aquosa do concreto com o CO
2
presente no ar e de forma mais
intensa em ambientes urbanos.
Ca(OH)
2
+ CO
2
(H
2
O) CaCO
3
+ H
2
O (3.1)
Ou seja, o hidróxido de cálcio se transforma em carbonato de cálcio, reduzindo a
alcalinidade, deixando a armadura exposta à corrosão (MEHTA e MONTEIRO, 1994, p.
151)
.
Pelo exposto acima a tela de fibra de vidro
23
passa a ser uma opção melhor que a
tela metálica no que se refere à possibilidade de corrosão e, ainda apresenta algumas outras
vantagens tais como:
• facilidade de corte uma vez que pode ser feito com tesoura comum;
• a tela de fibra de vidro pode ser comercializada em rolo, mas sem precisar
ser retificada, depois de cortada, como acontece com as telas de aço.
A figura 3.8 mostra a seqüência das etapas para o tratamento do encontro viga-
alvenaria: em (a) tem-se o encontro entre a viga e a alvenaria; (b) colocação da tela de fibra de
vidro; (c) impregnação com argamassa (neste caso argamassa colante); (d) encontro viga-
alvenaria já com acabamento de reboco.
23
A tela de fibra de vidro para este tipo de aplicação deve receber proteção contra os álcalis do cimento Portland
ou ter características AR.
76
Figura 3.8 - Seqüência das etapas para execução do reforço do encontro viga-alvenaria: em (a) tem-se o encontro
entre a viga e a alvenaria; (b) colocação da tela de fibra de vidro; (c) impregnação com argamassa
(neste caso argamassa colante); (d) encontro viga-alvenaria já com acabamento de reboco.
(fonte: texiglass)
3.4) Substituição das armaduras de aço em ambientes agressivos
As fibras de vidro têm grande potencial na substituição das armaduras de aço em
estruturas de concreto armado, e estão sendo usadas na forma de telas ou como barras
pultrudadas (GFRP).
Tavares (2006), afirma que, dentre as principais aplicações , destaca–se o uso de
GFRP em vigas de suporte onde há um contato direto com a água (figura 3.9 a); como
armadura de tabuleiro de pontes, mediante a grande agressividade do meio a que as pontes
estão sujeitas devido o sal colocado sobre a neve (figura 3.9 b).
a b
c d
77
Figura 3.9 – Exemplos de aplicação das fibras de vidro em ambientes agressivos. (a) estrutura em contato com
água; (b) Rebars usados em tabuleiros de pontes (EUA). (Fonte: ACI 440.1R-03
xxiii
)
Embora a fibra de vidro tenha uma resistência à tração maior que a do aço, há um
fator muito importante a ser levado em conta é que o módulo de elasticidade (E) dos rebars,
bem como das telas de fibra de vidro, que gira em torno de 40 GPa, representando uma
deformação bem superior àquela apresentada pelo aço. Nesta tese se discute mais
detalhadamente essa questão nos capítulos seguintes e, por meio de verificação experimental,
estudou-se de que forma a armadura de aço CA-50 se relaciona com a armadura de fibra de
vidro.
Outra aplicação importante para as telas e barras pultrudadas de fibra de vidro,
quanto à durabilidade, é em situações nas quais o cobrimento da armadura metálica não pode
ser obtido, em decorrência da pequena espessura dos elementos construtivos. Esse tipo de
situação já foi discutido há pouco, quando se analisou as placas cimentícias para piso elevado,
mas tem maior relevância quando se trata do sistema construtivo em argamassa armada. No
capítulo seguinte se analisa o princípio construtivo da Argamassa Armada, sua relevância na
construção civil, seu histórico (breve) e as variáveis que interferem na sua durabilidade.
AB
78
C
C
A
A
P
P
Í
Í
T
T
U
U
L
L
O
O
4
4
A argamassa armada
4.1) Preâmbulo
Segundo Agnesini (1988)
xxiv
, a argamassa armada, cuja origem é o ferrocimento,
material criado por Joseph Louis Lambot, na França, foi introduzida no Brasil no início dos
anos 60, como uma tecnologia alternativa ao concreto armado e protendido e às estruturas de
aço.
Uma definição bastante simplificada, porém precisa, do que vem a ser a
argamassa armada é de que se trata de uma associação de argamassa (cimento, areia, água,
aditivos e/ou adições), com uma armadura de aço constituída por fios de pequeno diâmetro e
pouco espaçados entre si, tais como as telas eletrosoldadas.
O princípio que norteia os projetos de estruturas em argamassa armada é de que as
paredes destas devem ser esbeltas, para garantir leveza, mas com rigidez adequada, que deve
ser obtida por meio de formatos geométricos com grande inércia. Hanai(1992)
xxv
, descreve de
maneira bastante didática este princípio, usando com exemplo uma folha de papel.
Uma folha de papel apresenta resistência suficiente para ser manipulada, sem rasgar.
Entretanto, não tem rigidez suficiente para suportar cargas perpendiculares ao seu
plano. Para ganhar rigidez, ela deve ser dobrada ou encurvada, e, além disso, receber
ajuda de elementos de travamento ou de limitação de deformações que possam
alterar sua forma. As folhas dobradas ganham rigidez e podem sugerir formas
estruturais a serem aplicadas, por exemplo, em coberturas de elementos delgados de
argamassa armada.
Os elementos de argamassa armada, pela sua pequena espessura e versatilidade,
podem adaptar-se a diferentes formas, sendo usados desde em grandes estruturas como cascas
79
de coberturas e lajes nervuradas, ou ainda, como abrigos para passageiros no transporte
urbano, caixas d’água, mobiliário, piscinas, piso elevado e pré-moldados diversos.
As figuras 4.1 de a a d trazem fotografias de edificações que usam elementos
delgados de argamassa armada.
Figuras 4.1 (de a a d) – Fotografias que ilustram a grande versatilidade das formas da argamassa armada. Em
sentido horário: cobertura e paredes de uma escola infantil, cobertura industrial, sanitário público
e em um reservatório de água. (Fonte: HANAI, 1992)
4.2) Importância da leveza dos componentes da construção civil
A construção civil, para ser competitiva no mercado contemporâneo, deverá
romper alguns paradigmas que a prendem a um modo de produção extrativista e artesanal. A
industrialização de elementos estruturais e de vedação é um caminho que pode levar a
construção civil a condições de produtividade que só são obtidos por meio da produção em
a
b
c
d
80
série. Desta forma, o local onde a edificação será criada (obra) passará a ser apenas um pátio
de montagem de peças pré-fabricadas que serão transportadas da fábrica até esse local.
Por outro lado, dependendo das dimensões e do peso dos elementos que comporão
a edificação, o transporte da fábrica ao local de montagem pode se tornar bastante difícil e,
muitas vezes, impossível. Dependendo das dimensões das peças, o transporte pode requerer
carretas longas a tal ponto que a manobra em vias estreitas ou com curvas de raio pequeno
seja quase, senão impossível, de ser feita. Ou ainda, dependendo do peso próprio destes
elementos, torna-se necessário o uso de equipamentos de grande porte (e normalmente
dispendiosos) para seu içamento. Pelo exposto, evidencia-se que é desejável que os elementos
construtivos industrializados tenham dimensões e peso que permitam um transporte
econômico.
A fase de projeto passa a ser preponderante na viabilização dessa industrialização,
pois é durante essa fase que se deve tomar partido da rigidez e resistência obtida por meio de
uma geometria e de formas de estrutura adequadas.
A argamassa armada é um sistema construtivo que toma partido de uma forma
bastante intensa da geometria das peças estruturais, para obter elementos com elevada rigidez
e resistência, embora use espessuras bastante pequenas, girando em torno de 20 mm. O
sistema é composto de placas que proporcionam praticidade ao sistema, pois a leveza dos
componentes aliada à possibilidade de industrialização do material propicia rapidez em todo o
processo de construção, desde a fabricação, passando pelo transporte, até a montagem.
4.3) Breve histórico da argamassa armada
Em 1824, Joseph Aspdin patenteou o aglomerante mais popular do mundo: o
cimento Portland. Nas mãos de Lambot (1856) o cimento ganhou a forma de ferciment ou
ferrocimento, material com o qual se podia produzir componentes construtivos pré-fabricados,
81
capazes de substituir a madeira, segundo a sua idéia inicial. Posteriormente, Monier aproveita
aquelas propriedades do ferrocimento na produção seriada de componentes pré-fabricados
para pequenas obras, dando origem ao desenvolvimento do concreto armado (CAMPOS,
2002
xxvi
).
Depois de Lambot, contribuíram para a retomada do uso do conceito de argamassa
armada, as notáveis obras de Pier Luigi Nervi, na Itália, a partir de 1943 (GIONGO, 1990)
xxvii
.
As figuras 4.2 e 4.3 ilustram duas obras emblemáticas em argamassa armada, por
ele projetadas.
Figura 4.2 - Pavilhão de exposições em Turin, Itália, projetado por Pier Luigi Nervi em 1948.
(Fonte: HANAI, 1992)
Figura 4.3 - Palacete de esportes - Nervi Palazzo, em Roma, Itália, projetado por Pier Luigi em 1957.
(Fonte: HANAI, 1992)
A partir do início dos anos 60, o uso das estruturas laminares de concreto ou
ferrocimento foram declinando no cenário europeu, motivado pela elevação dos custos de
mão-de-obra para armaduras, escoramentos e fôrmas, resultando em custos incompatíveis aos
82
obtidos nas estruturas armadas convencionais, mais simples, embora pesadas e igualmente
funcionais (CAMPOS, 2002).
Em 1960, Dante Martinelli e Frederico Schiel desenvolveram projetos de
coberturas para edificações no campus da Escola de Engenharia de São Carlos – USP, usando
telas de fios de aço entrelaçados. A partir daí, diversas pesquisas se realizaram, destacando-se
as lajes de Lafael Petroni em 1971 e vigas de argamassa armada por Machado Junior em
1980, além de piscinas e reservatórios (GIONGO, 1990).
Com isso, consolidou-se o que se tornou conhecido como Grupo de São Carlos,
com a contribuição de engenheiros pesquisadores tais como João Bento Hanai, Mounir El
Debs, Marcos Agnesini, José Samuel Giongo, Laércio Ferreira e Silva, Jéferson Libório,
Ângelo Rubens Migliore Junior e Osny Pellegrino Ferreira.
O Grupo de São Carlos buscou adaptar às condições locais o conceito de
ferrocimento original de Nervi, empregando taxas de armadura entre 250 kg/m
3
e 300 kg/m
3
e
um consumo de cimento nos concretos de aproximadamente 700 kg/m
3
, ao invés de taxas de
armadura em torno de 500 kg/m
3
e consumo de cimento de aproximadamente 1000 kg/m
3
adotado por Nervi (CAMPOS, 2002).
Paralelamente ao Grupo de São Carlos, destacam-se os trabalhos de João
Filgueiras Lima (Lelé) que usou a argamassa armada em larga escala no Brasil. Por volta de
1980, com a cooperação de Frederico Schiel, da EESC, Lelé estabeleceu os primeiros
parâmetros para industrialização da argamassa armada. Posteriormente, empregou com grande
êxito, a argamassa armada na produção de escolas e de infra-estrutura urbana no Rio de
Janeiro, tornando-se seu maior divulgador no Brasil (AGNESINI, 1988; CAMPOS, 2002).
Em 1989 o Brasil ganhou sua norma técnica para projeto e execução em
argamassa armada, a ABNT NBR 1259.
83
Foi no início dos anos 90 que a argamassa armada ganhou dimensão nacional, na
implantação pelo governo federal dos CAIC ´s – Centro de Assistência Integrado à Criança -
em todo o território nacional, tendo como ponto de partida os projetos de Lelé. O projeto
inicial previa que cada CAIC deveria ter cerca de 4.000 m
2
de área construída, reunindo
escola, creche, centro médico e ginásio (CAMPOS, 2002).
A figura 4.4 apresenta uma
fotografia do ginásio de esportes dos CAIC´s em construção.
Figura 4.4 – Foto da construção do ginásio de esportes dos CAIC´s (Centro de Assistência Integrado à Criança)
usando argamassa armada. (Fonte: HANAI, 1992)
Ainda, segundo CAMPOS (2002), em março de 1992, o arquiteto João Filgueiras
Lima e sua equipe abandonaram o programa, alegando problemas de natureza política, numa
altura em que dezenas de grandes fábricas de argamassa armada já estavam em vias de
funcionamento no país. Para restabelecer rapidamente a credibilidade técnica do programa
frente à opinião pública, o governo federal convocou os professores e especialistas do Grupo
de São Carlos, para dar suporte técnico com auditoria e consultoria. Porém, “aqueles que
representavam o maior centro de excelência em argamassa armada do país, o Grupo de São
Carlos, (...) desaprovaram a escolha de uma tecnologia única para o programa a ser
implantado num país com as dimensões continentais como o Brasil” (CAMPOS, 2002).
84
Desta forma, o programa estatal que deveria ser o grande difusor da tecnologia da
argamassa armada no Brasil – os CAIC´s – valeu para contra indicar o sistema no meio
técnico, pela falta de planejamento e do uso da tecnologia correta.
Finalmente, o mesmo sistema construtivo foi usado na construção de todos os
CAIC’s em todo território brasileiro, sem respeitar as condições climáticas, disponibilidade de
material e mão-de-obra especializada, sem levar em consideração as ressalvas feitas por
diversos especialistas em argamassa armada, entre eles o Grupo de São Carlos (CAMPOS,
2002). Como conseqüências, vieram as patologias inerentes às condições de produção
inadequadas e a falta de conhecimento técnico e de controle, tornando o sistema de argamassa
armada sinônimo de pequena durabilidade.
Hoje, o resgate do conceito de argamassa armada no Brasil tem sido feito unindo
o conhecimento adquirido pelo Grupo de São Carlos e pelo arquiteto João Filgueiras Lima e
os novos conhecimentos sobre os materiais, bem como novos produtos disponíveis tais como
os aditivos superplastificantes, os látexes poliméricos, a sílica ativa, as fibras sintéticas, de
vidro e de aço. Os autores e pesquisadores precursores do sistema na atualidade têm usado os
microconcretos de alta resistência, com pequenas relações água/cimento (a/c) – a NBR 1259:
1990 - Projeto e execução de argamassa armada
xxviii
recomenda traços com relação a/c ≤ 0,45)
adicionam polímero, sílica ativa que conferem a estes maiores resistências mecânicas, mas,
principalmente, maior durabilidade.
4.4) A argamassa armada e a durabilidade
O aspecto mais relevante que pode tornar os elementos estruturais em argamassa
armada susceptíveis à corrosão é o pequeno cobrimento da armadura. Enquanto, para
execução de estruturas convencionais de concreto armado, a NBR 6118:2003 – Projeto de
Estruturas de Concreto
xxix
, preconiza cobrimentos que vão de 20 mm (concreto armado de
85
laje em classe de agressividade I para agressividade fraca e risco de deterioração da estrutura
insignificante) até 50 mm (concreto armado de vigas e pilares com classe de agressividade IV
para agressividade muito forte e risco de deterioração da estrutura elevado
24
), a argamassa
armada trabalha com espessuras de cerca de 20 mm. Então o cobrimento de uma armadura
metálica na argamassa armada gira em torno de 10 mm.
Assim, as pequenas fissuras de retração hidráulica, a carbonatação e o ataque da
armadura por cloretos ou sulfatos seriam patologias danosas, deteriorando em pouco tempo as
estruturas com armadura metálica com camada de cobrimento pequeno. Porém, o estado da
arte sobre a durabilidade do concreto preconiza que não é a presença de um ambiente
agressivo que determina o ataque à estrutura do concreto armado e sim a possibilidade destes
agentes agressivos atacarem o concreto e sua armadura, pois a porosidade do concreto está
diretamente ligada a esta durabilidade.
Os concretos com uma relação a/c muito alta, superior a 0,5, é considerado um
concreto com muitos vazios e com uma microestrutura muito aberta e que possibilita a
penetração dos agentes agressivos ao seu interior, podendo atingir a armadura metálica
(AÏTCIN, 2000).
Em relação à carbonatação, para um concreto usual com uma relação a/c de
0,60, uma profundidade de carbonatação de 15 mm é atingida após 15 anos, enquanto a
mesma profundidade só seria atingida após 100 anos caso o concreto tenha relação a/c de 0,45
(NEVILLE, 1997)
xxx
.
Rossignolo (2003)
xxxi
, estudando concretos leves de alto desempenho modificado
com polímero estireno-butadieno (SB), pôde comprovar que as amostras que foram
modificadas com o polímero apresentaram menor absorção de água, maior resistência à
24
Não considera-se aqui o concreto protendido, cujo cobrimento chega a 55 mm, pois este está fora do escopo
deste trabalho.
86
penetração de cloretos e resistência aos ácidos sulfúrico, clorídrico e acético, comparadas
àquelas que não receberam o polímero em sua composição.
A sílica ativa, as cinzas volantes e os fileres podem tornar o concreto mais durável e
resistente, uma vez que estes, pelo seu pequeno diâmetro, preenchem os espaços existentes
entre os produtos da hidratação do cimento, tornando-o mais denso e, conseqüentemente,
menos permeável. Porém, Silva (2002, p. 119)
xxxii
afirma que “apesar da adição de sílica ativa
provocar uma descontinuidade nos poros, reduzindo a permeabilidade dos concretos e
argamassas, verifica-se que todos os compostos com adição de sílica ativa apresentam
coeficiente de carbonatação maiores que os composto sem sílica ativa.” Portanto, há que se ter
cuidado em relação à quantidade de material com propriedades pozolânicas (cinza volante,
sílica ativa ou metacaulinita) adicionadas, pois estes, reagindo com o hidróxido de cálcio
Ca(OH)
2,
podem representar uma considerável diminuição do valor de pH do concreto,
podendo despassivar
a armadura.
Quanto à presença de microfissuras - em sua maioria causadas por um processo de
cura inadequado, causando retração hidráulica do concreto - a adição de pequenas quantidades
de fibras discretas (de 0,5% a 2% em volume) a estes concretos pode controlar esta patologia,
requerendo, porém, que sejam seguidas de um processo de cura adequado.
Outra forma de viabilizar o uso da argamassa armada em ambientes agressivos,
além do uso de microconcretos de alto desempenho, é por meio do uso de aço inoxidável ou
outro material não susceptível à corrosão de agentes agressivos, armaduras não metálicas
como, por exemplo, a fibra de vidro, nas formas de telas e barras de GFRP, sobre a qual versa
este trabalho.
87
C
C
A
A
P
P
Í
Í
T
T
U
U
L
L
O
O
5
5
Método utilizado no desenvolvimento do trabalho
5.1) Preâmbulo
A primeira etapa dos trabalhos experimentais tratou da análise da eficiência das
telas de fibra de vidro impregnadas com resina PVC encontradas no mercado, para, a partir
daí, estudar os requisitos a serem cumpridos pela tela impregnada desenvolvida no trabalho.
Também foram analisadas as telas de fibra de vidro AR, verificaram-se as suas virtudes e
deficiências para tomá-la como padrão.
Para isso ser possível, foi necessário adotar um processo de envelhecimento
acelerado e o método escolhido foi o proposto por Litherland et al. (1981)
xxxiii
, que será
descrito mais à frente. A opção por esse método de envelhecimento acelerado deveu-se à
facilidade de instalação e utilização do equipamento, mostrando-se ser adequado ao estudo do
ataque alcalino às fibras de vidro. As virtudes desse método é que ele possibilita a verificação
da intensidade da degradação do material por meio de observações de ordem macroscópica e,
ainda, pelo fato do método ser referendado por pesquisadores no mundo todo que o utilizam
no desenvolvimento de suas pesquisas
25
.
É importante ressaltar que, no caso deste estudo, as perdas das propriedades
mecânicas da fibra de vidro pelo ataque alcalino do cimento Portland não estão relacionadas
às variáveis externas, tais como a incidência de vento, de raios U.V., ciclos de molhagem e
secagem, por exemplo, e sim à degradação da fibra de vidro que se dá pela reação do Ca(OH)
2
com a sílica da fibra. Portanto, acelerar o envelhecimento significa aumentar a velocidade de
formação da Portlandita e disponibilizar uma maior quantidade dela
para reagir com a fibra.
Uma vez conhecidas as propriedades das fibras analisadas sob a ótica da
degradação, passou-se a estudar as alternativas de aplicações para viabilizar o seu uso em
25
As pesquisas de Litherland et al. foram utilizadas nos trabalhos de Purnell et al (1999 e 2000), Zhang et al. (1997), Bartos & Zhu (1996 e
1997), Pardela & Del Aguila (1992), entre outros, além de basear a redação da ASTM C 1185-96 e outras normas.
88
matrizes de cimento Portland, que representa a segunda etapa de experimentos. Ou seja, se
na primeira etapa a variável analisada foi a durabilidade da fibra de vidro frente ao meio
alcalino (porcentagem de degradação da fibra em relação à amostra padrão), na segunda
etapa, a variável analisada foi o desempenho mecânico do elemento composto por uma matriz
cimentícia com fibra de vidro, quando solicitado às ações às quais será submetido quando em
uso.
A figura 5.1 traz um fluxograma que resume as etapas do desenvolvimento
experimental.
89
Figura 5.1 – Resumo das etapas do desenvolvimento experimental do trabalho
Desenvolvimento Experimental
1ª Etapa
Análise da durabilidade da fibra de vidro frente o meio alcalino do cimento Portland
Envelhecimento acelerado
• Fibra de vidro AR
• Fibra de vidro
impregnada com PVC
(comercializada e desenvolvida)
Desenvolvimento de uma
nova formulação de
plastissol
Ensaios
• Tração simples das telas
• Flexão das placas
cimentícias
• Impacto de corpo duro
• MEV
Ensaios
• Tração simples das telas
• Tração simples das fibras
• Flexão das placas
cimentícias
• Índice de tenacidade
• MEV
Envelhecimento acelerado
Nova fibra
2ª Etapa
Análise do desempenho dos elementos estruturais ou não de matriz de cimento Portland reforçados com fibra de
vidro
Placa cimentícia para o
sistema Drywall
• Aplicação da tela no
processo produtivo das
placas com formulação
industrial.
• Aplicação da tela em
placa desenvolvida em
laboratório
Placa para o sistema de
piso elevado
• Aplicação da tela no
processo produtivo das
placas com formulação
industrial.
• Aplicação da tela em
placa desenvolvida em
laboratório
Estudo da relação
GFRP x Aço
Adaptação de método de
ensaio à aderência do
GFRP
90
5.2) Depuração estatística dos resultados
A depuração dos resultados obtidos experimentalmente foi feita usando-se o
critério de Chauvenet no qual, para uma série de medidas, a probabilidade de ocorrência de
um desvio de valor “x” é menor do que 1/2n (onde n
é o número de medidas) (TAKEYA,
2000)
xxxiv
. Por exemplo, se para avaliar a evolução da resistência mecânica das dosagens de
concretos, forem usados seis corpos-de-prova por idade, cujos valores são dados pela tabela
5.1.
Tabela 5.1 – Exemplo de depuração estatística do resultado de ensaio de seis corpos-de-prova de concreto pelo
critério de Chauvenet.
Corpo-de-prova Resistência (MPa) Desvio (%)
1 25,6 3,8 <8
2 25,0 6,0 <8
3 25,9 2,6 <8
4 25,8 3,0 <8
5 32,0 20,3 >8
6 25,2 5,0 <8
Média 26,6
Então, n = 6, portanto, P
x
= 1/(2x6) = 1/12 = 0,08 (desvio de ± 8%). Assim,
rejeitam-se aqueles valores que tenham desvio máximo acima de ± 8% em relação à média
dos seis resultados, ou seja, o resultado obtido no corpo-de-prova n
o
5 deve ser descartado. A
nova média passará a ser calculada com cinco resultados (n = 5) e, portanto, altera-se o valor
de P
x
para 0,1 (1/10) o que representa um desvio máximo de ± 10%, como por exemplo, na
tabela 2.
91
Tabela 5.2 – Exemplo de depuração estatística do resultado de ensaio de cinco corpos-de-prova de concreto pelo
critério de Chauvenet.
Corpo-de-prova Resistência (MPa) Desvio (%)
1 25,6 0,4 < 10
2 25,0 2,0 <10
3 25,9 1,6 <10
4 25,8 1,2 <10
6 25,2 1,2 <10
Média 25,5
5
5
.
.
3
3
)
)
P
P
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m
m
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e
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t
o
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x
x
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r
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i
m
m
e
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n
n
t
t
a
a
l
l
:
:
Análise da durabilidade da fibra de vidro frente ao meio alcalino do cimento
Portland
5.3.1) Processo de envelhecimento acelerado
O processo de envelhecimento acelerado usado foi proposto por Litherland et al.
(1981) que, após extensivos estudos, relacionou os resultados obtidos com amostras que
haviam sido submetidas a envelhecimento sob exposição natural, nas condições climáticas do
Reino Unido, com aqueles obtidos com amostras submetidas a vários gradientes de
temperaturas (de 40
o
C a 80
o
C). Da comparação da resistência mecânica das amostras
submetidas ao processo de envelhecimento natural com aquelas submetidas ao processo de
envelhecimento acelerado, nas diversas idades, os autores puderam relacionar a
correspondência existente entre o número de dias de envelhecimento acelerado a uma
determinada temperatura e o número de anos de exposição ao ambiente natural.
Na pesquisa de LITHERLAND et al. (1981), os autores chegaram a propor,
baseando-se nas condições climáticas de várias regiões do mundo (Bombaim, Texas, etc.),
uma relação a ser usada para correlacionar o número de dias de envelhecimento acelerado, e o
92
número de anos de exposição natural dessas regiões. Nesta tese, viu-se por bem não adotar
esta correspondência pelos seguintes motivos:
1) a correlação usada é válida apenas para a temperatura de 50
o
C, diferente do
valor de temperatura adotada na realização dos procedimentos experimentais
deste trabalho (65
o
C)
26
;
2) das regiões relacionadas não havia nenhuma localizada no Brasil ou na
América do Sul, ou com condições climáticas semelhantes às brasileiras;
3) a ASTM C 1185-96, que foi baseada nesses estudos, não faz a correlação entre
dia de envelhecimento acelerado e tempo de exposição em ambiente natural.
Ou seja, usa o número de dias de envelhecimento acelerado, a uma
temperatura, para definir a susceptibilidade ou não de um material à
degradação.
O equipamento usado no processo de envelhecimento acelerado é composto de
uma caixa térmica de aço inoxidável, recoberta com uma camada de resina poliuretana e
tampa com vedação. O aquecimento foi feito por uma ou mais resistências elétricas ligadas a
um termostato regulado para estabilizar a temperatura em 65
o
C (± 3
o
C), sendo o
monitoramento feito por meio de termostatos e termômetros colocados em vários pontos da
caixa. A figura 5.2 apresenta esquematicamente o equipamento de envelhecimento acelerado.
26
Segundo Litherland et al (1981), cada dia de exposição ao processo de envelhecimento acelerado à
temperatura de 65
o
C corresponde a um ano de envelhecimento natural sob condições climáticas do Reino
Unido.
93
Figura 5.2 – Representação esquemática do equipamento de envelhecimento acelerado usado na pesquisa
Cada amostra foi colocada em um recipiente de plástico e o aquecimento até a
temperatura desejada foi feito por banho maria. Com esse procedimento, evitou-se o contato
entre a água usada no processo de envelhecimento acelerado de um tipo de amostra com a de
outro tipo, o que poderia ser caracterizado como uma contaminação das amostras e,
conseqüentemente, uma interferência na qualidade dos resultados. A figura 5.3 apresenta,
esquematicamente, as amostras colocadas dentro do equipamento de envelhecimento
acelerado.
Figura 5.3 – Representação esquemática das amostras colocadas dentro do equipamento de envelhecimento
acelerado
Aço inoxidável
Preenchimento com resina poliuretana
água
termostato
Aquecedor
Tampa
Amostra Amostra
Água ou solução sat. de Ca(OH)
2
N.A.
94
5.3.2) Tipos de fibra analisadas
Primeiramente, foram analisadas amostras de fibra de vidro disponíveis
comercialmente no mercado nacional, procurando-se conhecer as qualidades e deficiências de
cada um dos produtos. Para isso, usou-se uma tela cuja fibra de vidro tem propriedades AR e
uma outra tela de fibra de vidro convencional impregnada com resina PVC (designada neste
trabalho como tela comercializada impregnada com PVC).
As tabelas 5.3 e 5.4 trazem as propriedades das fibras de vidro AR e da fibra de
vidro usadas na pesquisa:
Tabela 5.3 – Principais propriedades da fibra de vidro AR
Propriedade Unidade Vidro AR
Densidade g/cm
3
2,68
Resistência à tração (filamento) MPa 3500
Módulo de elasticidade GPa 72
Alongamento na carga de ruptura % 4,5
(Fonte: Vetrotex – Saint Gobain)
Tabela 5.4 – Principais propriedades da fibra de vidro sem boro
27
comparadas à fibra tipo E
Propriedade Unidade Sem boro Vidro E
Densidade g/cm
3
2,62 2,52 - 2,62
Resistência à tração (filamento) MPa 3100 - 3800 3100 - 3800
Módulo de elasticidade GPa 80 - 81 76 - 78
Alongamento na carga de ruptura % 4,6 4,5 - 4,9
(Fonte: Owens Corning)
27
A fibra de vidro sem boro, é uma versão diferente da fibra de vidro tipo E, sem características álcali-resistente,
comercializada pela Owens Corning com o nome comercial de Advantex.
95
A partir dos resultados obtidos dos ensaios das telas com fibras AR e tela
impregnada com PVC comercializada, desenvolveu-se um plastissol
28
de PVC nas
dependências do Laboratório de Desenvolvimento de Produtos da BRASKEN, na cidade
de São Paulo. Nesse desenvolvimento usou-se um roving de fibra sem boro com 600 TEX
29
com objetivo de obter os seguintes parâmetros: impregnação de PVC flexível, boa ligação
fibra-resina, uma viscosidade que permita a imersão da fibra e a total impregnação dos
filamentos e uma temperatura de cura baixa.
As amostras foram preparadas efetuando-se a impregnação das fibras com o
plastissol (representando aproximadamente 60% do peso total), e tratamento térmico em
estufa à 130
o
C por dois minutos. O plastissol foi submetido à câmara de vácuo até que as
bolhas de ar maiores (incorporadas durante a mistura dos componentes) fossem retiradas.
Uma vez obtida a composição que satisfizesse os requisitos citados acima, foram
produzidas amostras de fibra impregnadas para que estas pudessem ser ensaiadas.
5.3.3) Ensaios realizados
a) Ensaio à tração direta
i) Ensaio das telas de fibra de vidro
Os ensaios à tração direta (simples) das telas foram feitos no Laboratório de
Geotextil do Departamento de Geotecnia da EESC-USP, segundo os procedimentos da ASTM
D 6637
xxxv
. A largura das amostras foi padronizada em 10 cm, independentemente do desenho
28
Plastissol são as dispersões de resinas de PVC, obtidas pelos processos de polimerização em emulsão ou micro-suspensão,
em plastificantes que, de acordo com a aplicação, podem ser
formulados para se obter características como atoxicidade,
resistência à água, óleos, fungos, entre outras. (RODOLFO Jr,; NUNES; ORMANJI. Tecnologia do PVC. Pro editores. São
Paulo. 2002)
29
TEX unidade usada na indústria de fibras e derivados que corresponde a um grama por quilômetro (g/km)
96
da tela de FV analisada, e o comprimento dessas amostras variaram entre 80 cm e 100 cm,
dependendo do tamanho do lote recebido e da disponibilidade de material.
A garra utilizada nesse ensaio foi a de tipo rolete, na qual a tela permanece presa
pelo atrito existente entre as superfícies das telas, obtido pela camada sobre camada das voltas
do rolete. A força foi aplicada programando-se a máquina para uma velocidade de 25
mm/min.
A figura 5.4 traz a representação esquemática do dispositivo de ensaio de tração
simples nas telas de fibra de vidro estudadas.
Figura 5.4 – Representação esquemática do dispositivo de ensaio de tração simples nas telas de fibra de vidro
estudadas. (a) amostra da tela; (b) tela colocada na garra tipo rolete com n
voltas; (c) vista frontal
da tela colocada na garra rolete nas duas extremidades e (d) vista lateral da tela colocada na garra
rolete nas duas extremidades.
A figura 5.5 mostra fotografias da realização do ensaio de tração simples das telas
de fibra de vidro.
80 a 100cm
1
0cm
(a)
(c)
40cm
F
F
Ga
rr
a
t
i
po
R
o
l
ete
Ga
rr
a
t
i
po
R
o
l
ete
(d)
4
0cm
F
F
Ga
rr
a
t
i
po
R
o
l
ete
(b)
Ga
rr
a
t
i
po
R
o
l
ete
97
Figura 5.5 – Fotografia do dispositivo de ensaio de tração simples nas telas de fibra de vidro estudadas.
De cada tipo de tela estudada, separaram-se grupos de amostra da seguinte
maneira:
• Dez exemplares sem sofrer envelhecimento acelerado, chamados de
Amostras padrão;
• Trinta exemplares foram submetidos a processo de envelhecimento
acelerado em solução saturada de hidróxido de cálcio, com pH entre 13 a 14, à
65
o
C (± 3), sendo retirados após sete dias de exposição dez exemplares que
correspondiam à amostra 7 d, o mesmo acontecendo aos quatorze e vinte e um
dias, originando as amostras 14 d e 21 d.
Depois de retiradas da solução saturada de hidróxido de cálcio, cada amostra foi
lavada em água corrente para que se retirasse a solução remanescente na sua superfície,
ficando reservadas até o dia do ensaio.
ii) Ensaio dos fios de fibra de vidro
Os ensaios à tração direta nos fios foram feitos no laboratório da Owens Corning
do Brasil e a realização deste tipo de ensaio foi de grande importância no momento em que se
desenvolvia o plastissol de PVC para ser usado na impregnação das fibras. Assim,
comprovada a eficiência da resina nos fios, foi fabricada a tela de fibra de vidro e impregnada
com o PVC desenvolvido. Para esse ensaio, usou-se uma garra tipo caracol, que elimina o uso
98
de mordente e a concentração de tensão em arestas vivas que podem interferir na qualidade
dos resultados obtidos. A figura 5.6 traz fotografias deste tipo de garra.
Figura 5.6 – Fotografias da garra caracol usada nos ensaios à tração simples das fibras de vidro.
Tal como realizado na análise das telas, as amostras dos fios estudadas foram
separadas em vários grupos de amostras, divididos da seguinte maneira:
• dez exemplares sem sofrer envelhecimento acelerado (Amostras padrão);
• trinta exemplares submetidos ao processo de envelhecimento acelerado em
solução saturada de hidróxido de cálcio, sendo retirados após sete dias de
exposição dez exemplares que correspondiam à amostra 7 d, o mesmo
acontecendo aos quatorze e vinte e um dias, originando as amostras 14 d e 21 d.
O procedimento de lavar as fibras logo após serem retiradas da solução saturada
de hidróxido de cálcio em água corrente, foi seguido tal como descrito para amostras de tela
de fibra de vidro. A seguir as amostras foram ensaiadas à tração simples, com velocidade de
aplicação de força de 50 mm/min.
a
b
c
C
99
b) Ensaio à flexão das placas delgadas
i) Moldagem das amostras
O processo de envelhecimento acelerado imergindo as fibras analisadas em
solução de hidróxido de cálcio foi bastante importante para determinação da susceptibilidade
destas fibras à degradação, mas julgou-se que seria interessante analisar a durabilidade das
fibras de vidro no próprio ambiente alcalino do cimento Portland. Nesse ambiente, durante a
hidratação do cimento Portland, a produção de Ca(OH)
2
se dá paulatinamente, ao mesmo
tempo em que são produzidos os outros produtos da hidratação, tais como a etringita e o
silicato hidratado de cálcio, bem como se dá a liberação de calor, mais ou menos intenso
dependendo da fase de hidratação. Assim, pôde-se garantir que a fibra de vidro usada em
matrizes de cimento Portland também fosse avaliada em relação ao seu desempenho frente a
todos os fenômenos típicos da hidratação do cimento Portland.
Para cada tipo de tela moldaram-se placas cimentícias com as dimensões de 40 cm
x 45 cm e 1,2 cm de espessura, recebendo uma tela em cada uma das faces: inferior e
superior. A figura 5.7 mostra, esquematicamente, como cada placa foi produzida.
100
Figura 5.7 - Representação esquemática das placas cimentícias reforçadas com as telas analisadas
A figura 5.8 traz fotografias mostrando as etapas de moldagem das placas
cimentícias.
Tela su
p
erio
r
microconcreto
Tela inferior
40 cm
45 cm
b
=5cm
Amostras (5cm x 35) cm)
123456789
35
Descartado
L=35cm
1
101
Figura 5.8 - Fotografias mostrando as etapas de moldagem das placas cimentícias. (a) fôrma com a tela analisada
ao fundo; (b) aplicação do microconcreto; (c) colocação da tela analisada na face superior na
fôrma e (d) Placas cimentícias já com acabamento.
Nas placas cimentícias moldadas usou-se um microconcreto que tinha o seguinte
traço:
1 : 0,1 : 0,9 (em massa)
(cimento : areia quartzosa
#0,15mm : areia quartzosa #4,8mm)
O microconcreto recebeu cerca de 1% da massa de cimento de aditivo
superplastificante (SP) e relação água/aglomerante usada foi 0,4.
O cimento usado foi o CP V ARI, pelo fato deste ser composto quase que
totalmente por clínquer, liberar grande quantidade de calor de hidratação e ter grande
quantidade de C
3
S em sua composição, fazendo com que ele produza uma grande quantidade
de Portlandita na sua hidratação, representando, assim, o caso mais crítico em relação a
durabilidade das fibras de vidro.
a b
c d
102
Após um período de sete dias de cura em câmara úmida, as placas foram cortadas,
seguindo o determinado pela ASTM 947/89
xxxvi
, em amostras de 5 cm x 35 cm, tomando-se
seis delas como amostra padrão (sem envelhecimento acelerado) e as demais submetidas a
processo de envelhecimento acelerado, sendo imersas em água comum que estavam em caixas
plásticas separadas por tipo de amostra. As caixas plásticas contendo as amostras foram
imersas à 65
o
C e retiradas, após sete dias de exposição, seis amostras chamadas 7 d, o mesmo
acontecendo aos quatorze e vinte e um dias, respectivamente, originando seis amostras 14 d e
seis amostras 21 d. A seguir as amostras foram ensaiadas à flexão segundo os procedimentos
descritos pela ASTM 947/89.
ii) Descrição do dispositivo de ensaio
A figura 5.9 traz uma representação esquemática do dispositivo para ensaio à
flexão em quatro pontos de acordo com as especificações da ASTM C 947/89. A velocidade
de aplicação de força foi de 5 mm/min.
Figura 5.9 – Representação esquemática do dispositivo de ensaio de flexão em quatro pontos segundo ASTM C
947/89 (neste trabalho L = 33 cm).
F
amostra
Cilindro de a
ç
o
Cilindro de a
ç
o
L/3 L/3 L/3
L
103
A figura 5.10 traz fotografias mostrando o dispositivo de ensaio à flexão das
placas esbeltas segundo ASTM C 947/89.
Figura 5.10 – Fotografias mostrando o dispositivo de ensaio à flexão das placas esbeltas usado nos trabalhos
segundo ASTM C 947/89.
A norma ASTM C 947/89, prevê o cálculo da tensão limite de proporcionalidade
elástica, aqui chamada de LOP (MPa), que é obtida pela seguinte fórmula:
LOP = F
e
. L / b . d
2
(5.1)
sendo:
F
e
é a força obtida no ponto em que a curva força-deslocamento desvia de sua
linearidade (N);
104
L é o maior vão do equipamento de ensaio (mm). (Na realização dos ensaios deste
trabalho adotou-se L = 320mm);
b é a largura da amostra da placa (mm);
d é a espessura da amostra da placa (mm)
A norma também prevê o cálculo do módulo de ruptura, MOR (MPa), que é
obtida pela seguinte fórmula:
MOR= F
max
. L / b . d
2
(5.2)
endo:
F
max
é a máxima força obtida pela amostra (N).
L é o maior vão do equipamento de ensaio (mm). (Nestes ensaios L = 320mm)
b é a largura da amostra da placa
d é a espessura da amostra da placa
Os pontos P
e
e P
max
, que são usados nos cálculos, são obtidos a partir da curva
força – deformação (ou força – deformação) traçada durante a realização do ensaio à flexão.
A figura 5.11 mostra a curva carga – deformação (ou carga – deflexão) típica e os pontos P
e
e
P
max.
Figura 5.11 – Curva força - deformação característica segundo ASTM C 947/89
Deformação (%)
Força
(
N
)
P
e
P
ma
x
105
Como as amostras ensaiadas foram armadas com a tela de fibra de vidro, durante a
realização dos ensaios foi possível distinguir claramente os seguintes pontos, da figura 5.12.
Figura 5.12 – Exemplo do comportamento da curva força – deslocamento e seus pontos importantes
Ponto 1 – resistência do sistema argamassa + fibra de vidro. O ponto 1 é
exatamente o instante em que a argamassa fissura, em decorrência das
propriedades de ruptura frágil dos materiais cimentícios, ou seja, neste
ponto quem rompe é a matriz. É neste ponto que foi determinado o
LOP.
Ponto 2 – após o ponto 1 a fibra de vidro atua “grampeando” a matriz fissurada.
Foi nessa situação que o desempenho mecânico da fibra de vidro após
envelhecimento acelerado pôde ser analisado com maior clareza, pois
aqui a fibra de vidro estava trabalhando à tração, sendo tracionada pelas
duas partes da matriz surgidas com a fissura (figura 5.13):
Figura 5.13 – Desenho ilustrativo da fibra de vidro “trabalhando” à tração em uma fissura da
matriz cimentícia.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
-20-15-10-50
Deslocamento (mm)
Força (N)
a
2
3
Fibra de vidro
Fissura
106
Ponto 3 – neste ponto o compósito se rompe, ou seja, tanto a matriz cimentícia
quanto a fibra de vidro não apresentam mais resistência.
No caso do exemplo visto na figura 5.12 o valor usado para o cálculo do MOR foi
o ponto 2, que é o maior valor de força suportado pela amostra. Já, no caso da figura 5.14 o
valor usado para o cálculo do MOR foi o ponto 1, portanto, aqui, MOR = LOP.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
-20-15-10-50
Deslocamento (mm)
Força (N)
Figura 5.14 – Exemplo do comportamento da curva força – deslocamento cujo valor do ponto 1 é maior que os
do ponto 2 e 3.
Neste trabalho, além do LOP e do MOR, convencionou-se o valor
σ* que
representa o ponto de maior força resistida pela fibra de vidro após o LOP. Dessa maneira,
pôde-se observar o desempenho mecânico da fibra de vidro que, afinal, era o material cuja
degradação estava sendo analisada no desenvolvimento experimental.
c) Determinação do índice de tenacidade
Segundo Bentur e Mindess (1990), para definir a resistência à flexão é necessário
avaliar as curvas tensão-deformação ou força-deslocamento, as quais mostram o efeito das
fibras na tenacidade do compósito e o potencial controle anti-crack, uma vez que as
propriedades do material à compressão são pouco afetadas pela adição de fibras. A figura 5.15
1
2 3
107
mostra uma curva força x deslocamento na qual é possível determinar a força na qual ocorre a
primeira fissura (first crack) e a resistência à flexão.
Figura 5.15 - Interpretação das curvas em termo de módulo de elasticidade, a carga na qual ocorre a primeira
fissura (first crack) e a resistência à flexão. (Fonte: BENTUR e MINDESS, 1990, p. 143)
Muitas vezes a 1ª fissura pode não corresponder exatamente ao limite de
proporcionalidade, mas pelo fato desses serem muito próximos, na prática, eles são adotados
iguais, por muitos pesquisadores, no cálculo do módulo de elasticidade E. No caso dos
compósitos com fibras, a interpretação das curvas força-deslocamento após a fase elástica tem
um interesse especial, pois representa a capacidade de deformação e a tenacidade do
compósito.
Bentur e Mindess (1990, p.142), afirmam que essa capacidade de deformação e a
tenacidade do compósito podem ser avaliadas por meio do cálculo da área sob a curva força-
deslocamento. Porém, esse método apresenta a desvantagem dos parâmetros serem
dependentes das dimensões das amostras, de sua geometria e seu significado físico é limitado,
além dos valores de tenacidade serem influenciados pela qualidade da matriz e não servirem
para mostrar propriedades que dependem apenas das fibras.
Deslocamento
108
Para resolver esses problemas, foram criados os índices de tenacidade que são
obtidos dividindo-se as áreas sob a curva em pontos de deflexão pré-determinados pela área
sob a curva até o deslocamento para o qual se deu a 1ª fissura.
“A ASTM C-1018 determina os pontos de deslocamento 3; 5,5 e 15,5 vezes o
ponto no qual ocorreu a 1ª fissura, ou seja, 3δ; 5,5δ e 15,5δ. Esses pontos são chamados de
índices de tenacidade 5, 10 e 30 respectivamente, ou, I
5
; I
10
e I
30.
Para um material ideal com
propriedade de ruptura elasto-frágil, o índice deve ser 1” (BENTUR e MINDESS, p. 144).
A figura 5.16 traz em A a curva esquemática com os parâmetros relativos aos
índices de tenacidade e em B a curva elasto-plástica ideal de referência de acordo com o
ASTM C1018.
Figura 5.16 - Curva esquemática com os parâmetros relativos aos índices de tenacidade de acordo com o ASTM
C1018. Em (A) as características importantes da curva força-deslocamento e em (B) a curva
elasto-plástica ideal de referência. (fonte: BENTUR e MINDESS, 1990, p. 143)
(A)
(B)
F
o
r
ç
a
deslocamento
F
o
r
ç
a
deslocamento
109
Assim, pela figura 5.16 tem-se:
I
5
= área 0ACD / área 0AB
I
10
= área 0AEF / área 0AB
I
30
= área 0AGH / área 0AB
d) Análise microestrutural
Embora os ensaios à tração simples nas fibras de vidro e os ensaios de flexão nas
placas cimentícias - comparando-se as amostras envelhecidas com aquelas que não sofreram
envelhecimento - pudessem comprovar ou não a eficiência da impregnação das fibras em
resina de PVC no controle da degradação, viu-se por bem realizar observações da
microestrutura das fibras de vidro analisadas.
A observação da microestrutura foi realizada por meio do uso da microscopia
eletrônica de varredura (MEV) do Departamento de Química da IQSC – USP.
O princípio de funcionamento do MEV consiste basicamente em realizar o
varrimento da superfície de uma amostra com um feixe eletrônico finamente focado, em
sincronismo com o varrimento de um monitor de visualização, modulando o brilho em cada
ponto pela intensidade de um sinal emitido pela amostra. Obtém-se, desse modo, uma
correspondência, ponto a ponto, entre a imagem e a região observada da amostra, que depende
da natureza da informação, do tipo de sinal registrado e do detector utilizado (ROSSIGNOLO,
2003).
110
5
5
.
.
4
4
)
)
S
S
e
e
g
g
u
u
n
n
d
d
a
a
e
e
t
t
a
a
p
p
a
a
d
d
o
o
d
d
e
e
s
s
e
e
n
n
v
v
o
o
l
l
v
v
i
i
m
m
e
e
n
n
t
t
o
o
e
e
x
x
p
p
e
e
r
r
i
i
m
m
e
e
n
n
t
t
a
a
l
l
:
:
Análise do desempenho dos elementos estruturais ou não estruturais
compostos por matriz de cimento Portland com fibra de vidro
5.4.1) Descrição das telas de fibra de vidro impregnadas com PVC desenvolvidas
Uma vez obtida uma formulação de PVC
30
que proporcionou uma maior
durabilidade da fibra de vidro convencional no meio alcalino do cimento Portland por meio
dos ensaios de envelhecimento acelerado, citados anteriormente, o passo seguinte foi o
desenvolvimento de “desenhos” de telas que pudessem ser usados nos concretos e
argamassas. Para isso ser possível, usaram-se os seguintes critérios para nortear esse
desenvolvimento:
1º) A tela de fibra de vidro deve ter o desenho tal que proporcione um produto
com preço mais acessível possível;
2º) O desenho das telas deve possibilitar seu uso em peças estruturais e não
estruturais, sejam elas compostas por argamassas ou microconcretos.
Para o cumprimento do primeiro critério a empresa fabricante da fibra de vidro
indicou as fibras de vidro Advantex com 400 TEX e 1600 TEX como as mais convenientes
economicamente. Já em relação ao segundo critério, a tela de abertura de 10 mm x 10 mm,
aqui chamada de dez por dez (10 x 10) é adequada para o uso em placas cimentícias e de a
tela com abertura 40 mm x 40 mm, chamada de quarenta por quarenta (40 x 40) é adequada
para o uso em placas de piso elevado e peças de argamassa armada.
A figura 5.17 mostra o desenho da tela de fibra de vidro 10 x 10 desenvolvida e a
figura 5.18 mostra o desenho da tela de fibra de vidro 40 x 40.
30
Segundo descrito no item 5.3.2 desta tese.
111
Figura 5.17 - Desenho da tela de fibra de vidro 10 x 10 usada nos experimentos
Figura 5.18 - Desenho da tela de fibra de vidro 40 x 40 usada nos experimentos
10 10 10 10
10
10
10
(Fibra de vidro de 400 TEX nas duas direções - medidas em mm)
Transversal
Longitudinal
40 40 40 40
Transversal
40
40
40
L
o
n
g
i
t
(Fibra de vidro de 1600 TEX nas duas direções – medidas em mm)
112
5.4.2) Aplicação 1
- Placa cimentícia para o sistema drywall
a) Descrição das amostras
Na indústria de painéis cimentícios para vedação do sistema drywall (excetuado-
se as placas cimentícias do tipo fibrocimento) as placas cimentícias são compostas por um
microconcreto de agregado leve e por duas telas de fibra de vidro colocadas nas faces superior
e inferior das placas. Essas placas têm dimensões 1,20m x 2,40m e espessura em torno de
meia polegada (12,5 mm) e a leveza dessas placas é garantida pela argila expandida usada
como agregado.
Foram ensaiados dois tipos de placas cimentícias:
1º) amostras feitas por um fabricante de placas cimentícias, usando o traço de
microconcreto que habitualmente é utilizado na sua fabricação pela empresa,
armadas com a tela de fibra de vidro impregnada com PVC desenvolvida nesse
trabalho;
2º) amostras desenvolvidas no Laboratório de Construção Civil (LCC) da EESC-
USP.
b) Materiais utilizados
i) Armação das placas
Tanto as placas cimentícias produzidas na indústria quanto as moldadas em
laboratório usaram telas de fibra de vidro impregnadas com PVC de 10 x 10 nas duas faces.
113
ii) Microconcreto
As placas cimentícias moldadas nas dependências do LCC – EESC - USP eram
compostas por microconcreto com o seguinte traço:
1 : 0,1 : 0,91 : 1 (a/c = 0,3) (em massa)
(cimento : areia #0,15mm : areia #4,8mm : argila expandida #4,8)
Adicionou-se 0,9% de aditivo incorporador de ar e 20% em relação à massa de
cimento de látex estireno-butadieno.
c) Ensaios realizados
i) Ensaio à flexão segundo ASTM C 947/89
As placas foram cortadas em amostras de 5 cm x 35 cm, tal como mostrado na
figura 5.7, e ensaiadas à flexão segundo ASTM C 947/89. Foram ensaiadas quatro amostras
para cada caso.
ii) Determinação da resistência ao impacto
O método utilizado para determinação da resistência ao impacto consistiu na
queda livre de uma esfera de massa conhecida sobre o centro de uma amostra da placa
cimentícia analisada assentada em uma base de areia. A resistência ao impacto da amostra
(R
i
) é determinada em função da energia necessária para produzir a primeira fissura na face
inferior e/ou a ruptura da amostra. A resistência ao impacto é expressa em Joules (J) e é dada
segundo a expressão:
114
R
i
= m . g . h (5.3)
Sendo:
m = massa da esfera (kg);
g = aceleração da gravidade (m/s
2
);
h = altura de queda (m).
Foram moldadas placas cimentícias com microconcreto com a seguinte
composição:
1 : 0,1 : 0,91 : 1 (a/c = 0,3) (em massa)
(cimento : areia #0,15mm : areia #4,8mm : argila expandida #4,8)
As amostras de placas cimentícias dimensão de 22 cm x 22 cm e tiveram a
seguinte variação em relação às telas de fibra de vidro: placas sem uso de tela, placas com tela
1 x 1 nas faces externas e placas com telas 4 x 4 nas faces externas.
Ensaiaram-se três exemplares para cada um dos casos e foi utilizada uma esfera de
aço com massa 0,90 kg para i impacto. A caixa de areia tinha dimensões de 15 cm de altura,
50 cm de comprimento e 50 cm de largura. A altura de queda variou de 2 cm de incremento, a
partir da altura inicial de 4 cm. Após cada queda da esfera, o corpo-de-prova foi retirado da
base de areia para a verificação do aparecimento de fissuras e para nivelar a superfície da
caixa de areia.
A figura 5.19 apresenta uma ilustração do procedimento utilizado na determinação
da resistência ao impacto.
115
Figura 5.19 - Ilustração do equipamento utilizado na determinação da resistência ao impacto
5.4.3) Aplicação 2
- Placa para o sistema de piso elevado
a) Descrição das amostras
As placas cimentícias moldadas tinham a dimensão de 60 cm x 60 cm e espessura
de 4 cm (dimensões cujas placas são comercializadas) e com tela de fibra de vidro na face
inferior que é a zona tracionada da peça. Foram estudados dois tipos de amostras:
1º) moldada por um fabricante de placas cimentícias para piso elevado (1
amostra);
2º) a placa desenvolvida no laboratório (3 tipos de amostra).
b) Materiais utilizados
i) Armadura das placas
Tanto as placas cimentícias moldadas pela indústria quanto as desenvolvidas no
LCC – EESC - USP usaram telas de fibra de vidro impregnadas com PVC de 40 x 40.
Esfera de aço
H
Amostra
Caixa com areia
116
ii) Microconcreto
As amostras foram moldadas pelo fabricante com o concreto convencional cuja
formulação é usada na fabricação dos produtos destinados à venda, já as amostras moldadas
nas dependências do LCC - EESC-USP eram compostas por microconcreto de acordo com a
seguinte formulação:
1 : 1,17 : 1,17 : 0,67 (a/c = 0,36) (em massa)
(cimento : areia #0,15 : areia #4,8 : pedrisco)
Usou-se 10% de aditivo superplastificante em relação à massa de cimento.
c) Ensaio para determinação da resistência
Os ensaios realizados nas placas seguiram a recomendação da NBR MB-3385:
1991 - Determinação da resistência às cargas verticais concentradas
xxxvii
, cujos
procedimentos são descritos a seguir:
i) Sistema de aplicação de força
Usou-se um macaco hidráulico com controle mecânico de incremento de força e
foram usados três relógios comparadores com resolução de 0,01 mm para medida dos
deslocamentos, posicionados segundo a figura 5.20. A figura 5.21 traz algumas fotografias do
dispositivo de ensaio segundo descrito na NBR MB-3385:1991.
117
Figura 5.20 - (a) Posição do relógios comparador para realização dos ensaios nas placas, (b) ponto de aplicação
da carga
Figura 5.21– Placas cimentícias para piso elevado sendo ensaiadas. Em (a) pode-se notar os apoios usados pelo
fabricante de placas; em (b) as posições dos relógios comparadores e em (c) a célula de carga
acoplada ao macaco hidráulico.
A aplicação de força foi em etapas de 500 N, deixou-se a força aplicada pelo
intervalo de um minuto e mediram-se os deslocamentos; a seguir retirou-se a carga, aguardou-
se um minuto e mediram-se os deslocamentos residuais; repetindo-se o procedimento
sucessivamente.
a b
c
F
60cm
60 cm
60 cm
1
Ponto de aplicação de força
2
3
118
5.4.4) Aplicação 3
- Substituição de armadura metálica por tela de fibra de vidro e
barras de GFRP em peças de argamassa armada
5.4.4.1) Considerações iniciais
Além das aplicações em peças de matriz cimentícia como painel de vedação ou
como piso elevado, como visto na análise bibliográfica, a fibra de vidro tem grande potencial
para substituir a armadura metálica em situações em que essas sejam passíveis de corrosão ou
naquelas em que se requeira transparência magnética.
Também foi visto no capítulo 4, a grande importância que o sistema de argamassa
armada representa para construção civil brasileira e seu declínio ocorrido pela pequena
durabilidade que o sistema apresentou quando usado de forma intensa na construção dos
Caic´s. Porém, os novos materiais de construção desenvolvidos desde aquela ocasião até hoje
permitem uma retomada do sistema, pois a durabilidade pode ser garantida por meio do uso
de argamassas ou microconcretos com relações água/aglomerante pequenas, pelo uso de
fibras poliméricas no controle da fissuração de origem térmica ou o uso de armaduras não
metálicas.
Objetivando apontar os caminhos para futuros estudos com argamassa armada
com armadura não metálica que poderão ser seguidos, nesse trabalho, realizaram-se
experimentos exploratórios, porém de grande importância, tais como:
• Análise da aderência das barras de GFRP encontradas no mercado e
comparação desses resultados com o valor da aderência da barra de aço;
• comparação do comportamento mecânico das barras de GFRP em relação
ao do aço CA-50.
119
5.4.4.2) Adaptação de método de ensaio à aderência do GFRP
a) Preâmbulo
Na bibliografia encontram-se várias propostas de métodos para ensaio da
aderência entre as barras de FRP e a matriz cimentícia, a maioria delas adaptadas de ensaios
de aderência do concreto com o aço. Mas, usou-se o método proposto por Katz et al.
(1999)
xxxviii
nos estudos descritos no artigo “Effect of Hight Temperature on Bond Strength of
FRP Rebars”, com algumas adaptações que julgaram-se serem necessárias para trazer maior
adequação à situação real de aderência entre concreto e FRP.
A primeira adaptação feita, talvez a mais importante, foi adotar um corpo-de-
prova cilíndrico com o mesmo concreto a ser usado nos elementos estruturais em uma das
extremidades da barra e, na outra extremidade um concreto padrão de grande resistência à
compressão, com boa aderência, garantida pela adição de sílica ativa e a modificação com
látex. Segundo o proposto por Katz et al. (1999), a barra de GFRP deve ser tracionada por
uma garra com mordentes da própria máquina de ensaio. Como o GFRP não tem boa
resistência na direção diametral, a barra pode sofrer esmagamento. A figura 5.22 mostra o
dispositivo de ensaio de aderência proposto por Katz et al. (1999).
Figura 5.22 – Dispositivo de ensaio de aderência entre FRP e concreto usado no trabalho de Katz et al. (1999).
120
Outro procedimento usado foi o de inserir a barra analisada nos 10 cm de altura do
cilindro com concreto padrão aumentando a área de contato nesta extremidade, enquanto a
outra extremidade da amostra ser introduzida em cinco vezes o diâmetro (5∅), tal com
proposto por Katz et al. (1999). As figuras 5.23 e 5.24 mostram o dispositivo de ensaio de
aderência para GFRP proposto nesse trabalho.
Figura 5.23 – Dispositivo de ensaio de aderência entre FRP e concreto proposto nesse trabalho
Concreto
estudado
Concreto
Padrão
F
F
121
Figura5.24 – Amostras preparadas para o ensaio de aderência entre FRP e concreto segundo procedimentos
propostos neste trabalho.
A figura 5.25 apresenta uma fotografia do cilindro de concreto utilizado no ensaio
de aderência proposto nesse trabalho, e a figura 5.26 traz uma fotografia mostrando o ensaio
de aderência proposto sendo executado:
Figura 5.25 – Fotografia mostrando o cilindro de concreto para ensaio de aderência com a barra da HBrothers
Cilindro de h=10cm e d=5cm
Concreto Padrão
Cilindro de h=10cm e d=5cm
Concreto Analisado
Barra analisada
10 cm
5x Diâmetro da barra
122
Figura 5.26 – Fotografia mostrando o ensaio de aderência entre FRP e concreto proposto neste trabalho.
b) Propriedades mecânicas das barras de GFRP usadas nos ensaios
A tabela 5.5 mostra as propriedades das barras GFRP usadas neste estudo,
fornecidas pelo fabricante do produto.
Tabela 5.5 - Propriedades das barras de GFRP fornecidas pelo fabricante (fonte: HBrothers)
Diâmetro da
barra
(mm)
Área
(mm
2
)
Diâmetro
Nominal
(mm)
Resistência nominal
à tração
(MPa)
Módulo de
Elasticidade
(GPa)
6 33,23 6,35 825 40,8
9 84,32 9,53 760 40,8
13 144,85 12,70 690 40,8
16 217,56 15,88 655 40,8
19 295,50 19,05 620 40,8
22 382,73 22,23 586 40,8
25 537,90 25,40 550 40,8
29 645,00 28,65 517 40,8
32 807,34 31,75 480 40,8
Tavares (2006) ensaiou as barras de 6,35 mm de GFRP e os resultados são
mostrados na tabela 5.6.
123
Tabela 5.6 - Propriedades determinadas por Tavares (2006) para as barras de GFRP
Propriedades
∅ 6,35 mm
Diâmetro mínimo medido (mm) 6,8
Módulo de Elasticidade (GPa) 37,17
Resistência Última (MPa) 598,04
Deformação Última (mm/m) 17,08
Comparando-se a resistência à tração e o módulo de elasticidade nominais da
barra de 6,35mm de diâmetro (tabela 5.5) com as determinadas por Tavares (2006) (tabela
5.6) verifica-se que há uma considerável diferença nos valores, mas Tavares (2006) faz a
ressalva de que “[...] a influência da garra no rompimento do corpo-de-prova é inegável, uma
vez que o dano nesta região é aparente”. A figura 5.27 traz fotografias que mostram rupturas
das barras de GFRP.
Figura 5.27 - Ruptura típica dos corpos-de-prova de GFRP ensaiados à tração por Tavares (2006)
c) Materiais
O concreto padrão usado era composto por cimento CP V ARI, sílica ativa, areia
média e pedrisco e o traço, em massa, usado foi:
A
B
124
1 : 0,1 : 1 : 1 (a/c = 0,3) (em massa)
(cimento : sílica ativa : areia media : pedrisco)
Adicionou-se 10% em relação à massa de cimento de látex estireno-butadieno. A
adição de látex e de sílica ativa teve como principal propósito o incremento da aderência
GFRP e concreto. A cura do concreto foi feita nas próprias fôrmas, sem adição de água, uma
vez que a composição recebeu adição de látex.
d) Cálculo da Resistência Nominal de Aderência (τ)
A resistência nominal de aderência foi calculada segundo procedimentos feitos nos
trabalhos de Katz et al. (1999), pela seguinte relação:
τ = F
max
/ π . D . L (5.4)
Sendo:
τ é a resistência nominal de aderência (MPa)
F
max
é a força máxima obtida (N)
D é o diâmetro nominal (mm)
L é o comprimento de aderência da barra com o concreto, ou seja, 5
∅, (mm).
Observação: os valores habituais da resistência nominal de aderência τ giram em torno de 15
MPa.
125
5.4.4.3) Análise do comportamento mecânico dos GFRP e da tela de fibra de vidro
impregnada com PVC em comparação com o aço
a) Preâmbulo
Para verificar o comportamento mecânico da tela de fibra de vidro e das barras de
GFRP no reforço do concreto usaram-se as fôrmas cuja geometria seguiu o determinado pela
NBR 12142:91: Concreto - Determinação da resistência à tração na flexão em corpos-de-
prova prismáticos
xxxix
, com dimensões 15 cm x 15 cm x 50 cm. Sabe-se que esses prismas são
usados para determinar a resistência à tração na flexão de concretos sem armadura. Mas,
nesse caso, os prismas receberam armaduras, podendo ser considerados como vigas de
concreto, ainda que seu comprimento seja de apenas meio metro.
Optou-se por esse tipo de geometria pelo fato de ela representar uma facilidade
quanto à execução, pois no Laboratório de Construção Civil da EESC-USP, dispunha-se da
quantidade necessária de fôrmas para realização do ensaio, uma vez que, era importante
moldar todos os corpos-de-prova usando um mesmo concreto evitando-se assim a
probabilidade de ocorrer uma maior dispersão dos resultados obtidos, em decorrência da
variação do tipo de concreto.
A figura 5.28 traz as dimensões usadas nas vigas, o detalhe da armação adotada e
o dispositivo de ensaio à tração na flexão. A figura 5.29 traz fotografias mostrando o
dispositivo de ensaio à flexão em quatro pontos usado na análise das vigas.
126
Figura 5.28 - Dimensões das vigas, barras usadas e dispositivo de ensaio à tração na flexão adotado
Figura 5.29- Fotografias mostrando o dispositivo de ensaio à flexão em quatro pontos usado na análise das vigas.
b) Tipos de vigas ensaiadas
Foram realizados dois estudos de caso:
15 cm 15 cm 15 cm
45 cm
F F
50 cm
15 cm
15 cm
Barras
127
1º) analisaram-se os prismas armados com duas barras de aço CA-50 com ∅ = 6,3
mm e comparam-se os resultados obtidos com os prismas reforçados com duas barras de
GFRP, fabricada pela HBrothers, de diâmetro com ∅ = 6,3mm. Para isso, foram moldadas
três vigas para cada caso.
2º) analisaram-se os prismas usando armadura de GFRP variando de uma até seis
barras com diâmetro nominal de ∅ = 6,3mm. As barras de GFRP foram colocadas apenas na
zona tracionada das vigas (face inferior), na armadura superior de todas as amostras foram
colocadas duas barras de aço CA-50, com ∅ = 6,3mm e, para resistir à cortante, usou-se a tela
de fibra de vidro 40 x 40. Dessa maneira, a única variável nas amostras foi a armadura
longitudinal na zona tracionada. A seqüência de fotos da figura 5.30 mostra as armaduras de
algumas amostras com GFRP na face inferior, em (a) com 1 barra de GFRP, em (b) com 2
barras, em (c) com 3 barras e em (d) com 4 barras.
Figura 5.30 - Fotografias mostrando as armaduras de algumas amostras com GFRP na face inferior, em (a) com
1 barra de GFRP, em (b) com 2 barras, em (c) com 3 barras e em (d) com 4 barras.
Também foram moldadas amostras usando a armadura de aço CA-50 com ∅ = 6,3
mm, com duas barras na face superior e uma barra na face inferior das vigas, como pode ser
visto na figura 5.31. Assim, uma vez que o concreto usado foi o mesmo para todas as
ab
cd
128
amostras, analisando-se o comportamento de cada uma quando submetida à flexão, pôde-se
correlacionar o número de barras de GFRP que corresponderiam a um comportamento
análogo ou próximo ao de uma barra de aço CA-50 de mesmo diâmetro.
Figura 5.31 - Fotografia mostrando a armadura de aço CA 50 com ∅ = 6,3mm
c) Composição do concreto usado
O concreto usado nos prismas foi feito em uma única mistura, em quantidade
suficiente para se moldar as nove vigas prismáticas e os corpos-de-prova cilíndricos para
determinação da resistência à compressão e teve o seguinte traço:
1 : 0,1 : 1 : 1,1 : 1,2 (a/c = 0,35) (em massa)
(cimento : sílica ativa : areia fina : pedrisco)
Usou-se o correspondente a 10% da massa de aglomerantes (cimento + sílica
ativa) de látex estireno-butadieno e 1% de aditivo superplastificante
. O processo de cura do
concreto foi feito nas próprias fôrmas, sem adição de água, uma vez que a composição tinha a
adição de látex.
129
d) Parâmetros analisados
Como conseqüência da grande diferença existente entre os módulos de
elasticidade do aço CA-50 (E = 210 GPa) e da barra de GFRP (E = 40,8 GPa, segundo
fabricante e E = 37,17 GPa, segundo Tavares, 2006), já era esperado que a barra de GFRP não
rompesse. A análise dos valores da flecha destas vigas é difícil, pois o seu comprimento é
pequeno frente a sua altura. Então, foram analisados os seguintes parâmetros:
1º) força e deslocamento nas quais ocorreu a primeira fissura do concreto;
2º) força última obtida no ensaio e o deslocamento correspondente.
130
C
C
A
A
P
P
Í
Í
T
T
U
U
L
L
O
O
6
6
Resultados Obtidos
6
6
.
.
1
1
)
)
P
P
r
r
i
i
m
m
e
e
i
i
r
r
a
a
e
e
t
t
a
a
p
p
a
a
d
d
o
o
d
d
e
e
s
s
e
e
n
n
v
v
o
o
l
l
v
v
i
i
m
m
e
e
n
n
t
t
o
o
e
e
x
x
p
p
e
e
r
r
i
i
m
m
e
e
n
n
t
t
a
a
l
l
:
:
Análise da durabilidade da fibra de vidro frente ao meio alcalino do cimento
Portland
6.1.1) Análise do desempenho das telas de fibra de vidro encontradas no mercado
Para analisar os produtos que já estão disponíveis no mercado nacional, as
amostras das telas de fibra de vidro impregnadas com PVC e as telas de fibra de vidro AR
foram submetidas ao processo de envelhecimento acelerado.
6.1.1.1) Resultados dos ensaios com as telas impregnadas com PVC já comercializadas
a) Ensaios das telas à tração simples
A tabela 6.1 traz os resultados dos ensaios à tração simples da amostra encontrada
no mercado da tela de fibra de vidro impregnada com PVC.
Tabela 6.1 – Resultado do ensaio à tração simples na tela de fibra de vidro comercializada impregnada com
resina PVC
Tipo de amostra Resistência
(Mpa)
∆ Resistência
(%)
Padrão 678,5 -
7 d 413,4 -39%
14 d 328,8 -51,5%
21 d 229,9 -66,1%
Pela tabela 6.1 pode-se notar que o desempenho da fibra de vidro comercializada
impregnada com PVC é insatisfatório frente ao meio alcalino do cimento Portland, pois, aos 7
dias a queda na resistência à tração foi de cerca de 40% e aos 14 dias de 52%.
131
b) Ensaios à flexão nas placas cimentícias armadas com telas comercializadas
impregnadas com PVC segundo ASTM C 947/89
O concreto usado na moldagem das placas tinha resistência à compressão de 42
MPa aos sete dias. A tabela 6.2 traz os resultados obtidos no ensaio à tração na flexão das
placas cimentícias armadas com fibra de vidro comercializada impregnada com PVC, para
amostras padrão (sem envelhecimento acelerado) e amostras 7d, 14d e 21d.
Tabela 6.2 - Resultados do ensaio à flexão de placas cimentícias armadas com tela de fibra de vidro
comercializada impregnada com resina PVC
Tipo de Amostra
LOP
(MPa)
MOR
(MPa)
σ*
(MPa)
∆ Resistência (%)
(Em relação a σ*)
Padrão 6,3 6,3 5,0
7 d 5,2 5,2 2,2 -56,0
14 d 6,5 6,5 2,0 -59,3
21 d 5,8 5,8 1,7 -65,3
Os resultados à flexão mostrados na tabela 6.2 confirmam a intensa degradação das
propriedades mecânicas das fibras de vidro comercializada impregnadas com PVC, verificada
na tabela 6.1.
A figura 6.1 à esquerda apresenta as curvas força (N) x deslocamento (mm), bem
como as curvas tensão (MPa) x deslocamento (mm) à direita, obtidas no ensaio à flexão
segundo ASTM C 947/89, para placas cimentícias armadas com tela de fibra de vidro
comercializada impregnada com resina PVC.
132
Figura 6.1 – Curvas força x deslocamento e tensão x deslocamento para amostras de placas cimentícias armadas
com tela de fibra de vidro comercializada impregnada com PVC
6.1.2) Análise da tela de fibra de vidro álcali-resistente (AR)
a) Ensaios à tração simples nas telas
A tabela 6.3 traz os resultados obtidos no ensaio à tração simples das fibras de
vidro com propriedades álcalis - resistente (AR):
7 dias de env. ace l.
0
40
80
120
160
200
240
-20-15-10-50
Deslocamento (mm)
Força (N)
Amostras Padrão
0
40
80
120
160
200
240
-20-15-10-50
Deslocamento (mm)
Força (N)
14 dias de e nv. ace l.
0
40
80
120
160
200
240
-20-15-10-50
Deslocamento (mm)
Força (N)
21 dias de env. acel.
0
40
80
120
160
200
240
-20-15-10-50
Deslocamento (mm)
Força (N)
Amostras Padrão
0
1
2
3
4
5
6
7
8
-20-15-10-50
Deslocamento (mm)
7 dias de e nv. ace l.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
-20-15-10-50
Deslocamento (mm)
14 dias de e nv. ace l.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
-20-15-10-50
Deslocamento (mm)
21 dias de e nv. ace l.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
-20-15-10-50
Deslocamento (mm)
133
Tabela 6.3 – Resultado do ensaio à tração simples na tela de fibra de vidro AR
Tipo de amostra Resistência
(MPa)
∆ Resistência
(%)
Padrão 552,0 -
7 d 550,8 -0,2
14 d 389,3 -29,5
21 d 319,2 -42,2
Pode ser notado na tabela 6.3 que a fibra de vidro AR tem melhor desempenho que
a fibra de vidro comercializada impregnada com PVC, embora, aos 14 dias de envelhecimento
acelerado, tenha perdido cerca de 30% de sua resistência mecânica.
b) Ensaios à flexão nas placas cimentícias armadas com telas AR segundo ASTM
C947/99
O concreto usado na moldagem das placas tinha resistência à compressão de 45
MPa aos sete dias. A tabela 6.4 traz os resultados obtidos no ensaio à tração na flexão das
placas cimentícias armadas com fibra de vidro AR com espaçamento de 1 cm x 1 cm, com
dimensões 5 cm x 35 cm x 1,2 cm, para amostras padrão (sem envelhecimento acelerado) e
amostras 7d, 14d e 21d.
Tabela 6.4 - Resultados do ensaio à flexão das placas cimentícias armadas com tela de fibra de vidro AR
Tipo de Amostra
LOP
(MPa)
MOR
(MPa)
σ*
(MPa)
∆ Resistência (%)
(Em relação a σ*)
Padrão 4,6 4,6 2,4
7 d 3,9 4,4 1,9 -19,8
14 d 3,5 3,5 2,2 -10,4
21 d 2,9 2,9 1,0 -58,3
134
Uma análise da tabela 6.4 mostra que as fibras AR perderam cerca de 60% de sua
resistência mecânica aos 21 dias.
A figura 6.2 traz as curvas força (N) x deslocamento (mm) à esquerda, bem como
as curvas tensão (MPa) x deslocamento (mm) à direita, obtidas no ensaio à flexão segundo
ASTM C 947/89 para placas cimentícias com tela de fibra de vidro AR.
Figura 6.2 – Curvas força x deslocamento e tensão x deslocamento para amostras de placas cimentícias armadas
com tela de fibra de vidro AR.
0
40
80
120
160
-20-15-10-50
Deslocamento (mm)
Força (N)
Amostras Padrão
0
40
80
120
160
-20-15-10-50
Deslocamento (mm)
Força (N)
7 dias de env. acel.
0
40
80
120
160
-20-15-10-50
Deslocamento (mm)
Força (N)
14 dias de env. acel.
0
40
80
120
160
-20-15-10-50
Deslocamento (mm)
Força (N)
21 dias de env. acel.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
-20-15-10-50
Deslocamento (mm)
Amostras Padrão
0
1
2
3
4
5
6
7
8
-20-15-10-50
Deslocamento (mm)
7 dias de env. acel.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
-20-15-10-50
Deslocamento (mm)
Tensão (MPa
)
14 dias de env. acel.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
-20-15-10-50
Deslocamento (mm)
Tensão (MPa
)
21 dias de env. acel.
135
OBS.: As curvas força x deslocamento ou tensão x deslocamento cujas linhas passam a ser
verticais próximo dos 17 mm de deslocamento, representam aquelas amostras que
tiveram um deslocamento maior que aquela cuja resolução do LVDT
31
possibilitava,
sendo, a partir dessa etapa, registrado apenas o valor da força.
6.1.3) Desenvolvimento da tela de fibra de vidro impregnada com PVC
6.1.3.1) Desenvolvimento do Plastissol de PVC para impregnação das fibras
Diante do pequeno desempenho das fibras de vidro comercializadas impregnadas
com PVC da degradação das propriedades mecânicas das fibras de vidro ARO frente ao meio
alcalino do cimento Portland, evidenciados pelo processo de envelhecimento acelerado,
desenvolveu-se um novo plastissol de PVC para impregnação das fibras de vidro
convencionais.
Esse novo plastissol foi desenvolvido pelo autor desta tese nas dependências do
Laboratório de Desenvolvimento de Produtos da BRASKEN, na cidade de São Paulo. A
tabela 6.5 traz a formulação deste plastissol de PVC desenvolvido.
Tabela 6.5 – Formulação do Plastissol desenvolvido neste doutorado no laboratório da Brasken
Produto PCR (porcentagem de resina)
Resina PVC 100
DOP (Plastificante) 70
Líquido estabilizante para PVC flexível à base de Ba, Cd e Zn 2
Óleo de soja epoxidado (OSE) 5
Agente de aderência poli – isocianeto 2%
31
LVDT - Linear Variable Differential Transformer . São sensores para medição de deslocamento linear.
136
Todos os componentes foram homogeneizados por um misturador com 60 rpm
durante dez minutos com a aplicação concomitante de vácuo de 18m
3
/h de sucção, e o
processo de cura térmica tiveram duração de cerca de um minuto a uma temperatura de 180
o
C.
6.1.3.2) Análise dos fios impregnados com a formulação de PVC desenvolvida
Para verificar a adequação da fórmula do plastissol desenvolvida, analisou-se a
resistência à tração de fios, pois, desta maneira, foi possível realizar a impregnação e a cura
do plastissol no próprio Laboratório de Construção Civil – EESC – USP.
a) Ensaios à tração simples nos fios de fibra de vidro impregnados
A tabela 6.6 traz os valores obtidos no ensaio à tração de um único fio.
Tabela 6.6 - Resultados do ensaio à tração simples dos fios de fibra de vidro impregnados com PVC
desenvolvido na pesquisa e porcentagem de queda de resistência mecânica devido ao processo de
envelhecimento acelerado.
Tipo de Amostra
Resistência
(MPa)
∆ Resistência
(%)
Padrão 2076,0
7 d 1840,0 -11,4
14 d 1595,5 -23,1
21 d 1591,4 -23,3
Uma vez verificada a eficiência do plastissol desenvolvido quanto ao ataque
alcalino por meios dos ensaios à tração simples dos fios de fibra de vidro impregnados com
PVC, foi tecida uma tela de fibra de vidro e impregnada com o plastissol desenvolvido.
137
b) Ensaios à tração simples nas telas de fibra de vidro impregnadas
A tabela 6.7 traz os resultados obtidos no ensaio à tração simples da tela de fibra
de vidro impregnada com PVC desenvolvido na pesquisa.
Tabela 6.7: Resultados do ensaio à tração simples da tela de fibra de vidro impregnada com PVC desenvolvido
na pesquisa e porcentagem de queda de resistência mecânica em decorrência do processo de envelhecimento
acelerado.
Tipo de Amostra
Resistência
(MPa)
∆ Resistência
(%)
Padrão 863,2
7 d 848,3 -1,7
14 d 842,6 -2,4
21 d 689,7 -20,1
A tabela 6.7 com os resultados à tração das telas submetidas ao envelhecimento
acelerado, comparadas com a padrão, comprovam a eficiência da impregnação com o
plastissol desenvolvido na proteção das fibras de vidro convencionais frente ao meio alcalino
do cimento Portland, uma vez que a queda na resistência à tração das fibras foi cerca de 20%
aos 21 dias de EA..
c) Ensaios à flexão nas placas cimentícias armadas com telas segundo ASTM 947/89
O concreto usado na moldagem das placas tinha resistência à compressão de 40
MPa aos sete dias.
A tabela 6.8 traz os resultados dos ensaios à flexão das placas cimentícias armadas
com a tela de fibra de vidro 10 x 10 impregnadas com a resina PVC desenvolvida na pesquisa.
138
Tabela 6.8: Resultados do ensaio à flexão para placas cimentícias armadas com tela de fibra de vidro 10 x 10
impregnada com resina PVC desenvolvida na pesquisa
Tipo de Amostra
LOP
(MPa)
MOR
(MPa)
σ*
(MPa)
∆ Resistência (%)
(Em relação a σ*)
Padrão 5,1 7,2 6,8
7 d 5,2 5,6 6,5 -3,9
14 d 6,9 5,9 6,5 -4,1
21 d 6,3 7,2 6,3 -7,5
A figura 6.3 traz as curvas força x deslocamento e tensão x deslocamento das
placas cimentícias armadas com tela de fibra de vidro impregnada com resina PVC
desenvolvida na pesquisa.
139
Figura 6.3 – Curvas força x deslocamento e tensão x deslocamento para amostras de placas cimentícias armadas
com tela de fibra de vidro 10 x 10 impregnadas com PVC desenvolvido nesta pesquisa
Os resultados dos ensaios à flexão mostrados na tabela 6.8 evidenciam a eficácia
da impregnação das fibras de vidro com o PVC desenvolvido e as curvas da figura 6.3
0
40
80
120
160
200
240
-20-15-10-50
Deslocamento (mm)
Força (N)
Amostras Padrão
0
40
80
120
160
200
240
-20-15-10-50
Deslocamento (mm)
Força (N)
7 dias de env. acel.
0
40
80
120
160
200
240
-20-15-10-50
Deslocamento (mm)
Força (N)
14 dias de env. acel.
0
40
80
120
160
200
240
-20-15-10-50
Deslocamento (mm)
Força (N)
21 dias de env. acel.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
-20-15-10-50
Deslocamento (mm)
Tensão (MPa
)
Amostras Padrão
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
-20-15-10-50
Deslocamento (mm)
Tensão (MPa
)
7 dias de env. acel.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
-20-15-10-50
Deslocamento (mm)
Tensão (MPa
)
14 dias de env. acel.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
-20-15-10-50
Deslocamento (mm)
Tensão (MPa
)
21 dias de env. acel.
140
mostram que as placas cimentícias armadas com essa tela apresentaram um comportamento
dúctil.
d) Determinação do índice de tenacidade das placas cimentícias reforçadas com telas
A partir das curvas força x deslocamento, obtidas nas amostras submetidas ao
ensaio à flexão, foi possível calcular os índices de tenacidade I
5
, I
10
e I
30
considerando todos
os tipos de fibras analisadas e, assim, verificar a influência da degradação das fibras de vidro
em decorrência do ataque alcalino do cimento Portland, na tenacidade do compósito.
A tabela 6.9 traz o resultado da análise do índice de tenacidade das amostras de
placas cimentícias armadas com tela de fibra de vidro 10 x 10 comercializada impregnada
com resina PVC:
Tabela 6.9: Resultado da análise do índice de tenacidade das amostras de placas cimentícias armadas com tela de
fibra de vidro 10 x 10 comercializada impregnada com resina PVC
Tipo de Amostra I
5
∆ I
5
I
10
∆ I
10
I
30
∆ I
30
Padrão
2,67 4,9 15,69
7 d
1,81
-32,2%
3,2
-34,7%
5,36
-65,8%
14 d
1,93
-27,7%
2,77
-43,5%
5,67
-63,9%
21 d
1,92
-28,1%
2,92
-40,4%
5,08
-67,6%
Os índices de tenacidade da amostra de placas cimentícias armadas com tela de
fibra de vidro 10 x 10 comercializada impregnada com resina PVC, evidenciam a intensa
perda de tenacidade do compósito já aos 7 dias com queda de 32% no I
5
, 35% no I
10
e 66% no
I
30
.
A tabela 6.10 apresenta o resultado da análise do índice de tenacidade das amostras
de placas cimentícias armadas com tela de fibra de vidro AR.
141
Tabela 6.10: Resultado da análise do índice de tenacidade das amostras de placas cimentícias armadas com tela
de fibra de vidro AR
Tipo de Amostra I
5
∆ I
5
I
10
∆ I
10
I
30
∆ I
30
Padrão
2,75 5,29 17,24
7 d
2,27
-17,5%
3,4
-35,7%
8,88
-48,5%
14 d
3,84
39,6%
7,21
36,3%
21,82
26,6%
21 d
3,1
12,7%
5,02
-5,1%
6,97
-59,6%
As amostras reforçadas com a fibra AR apresentaram queda no I
5
, I
10
e I
30
aos 7
dias de envelhecimento acelerado e um ganho de tenacidade aos 14 dias, para todos os índices
de tenacidade. Aos 21 dias teve uma queda de tenacidade intensa para o I
30
.
A tabela 6.11 traz o resultado da análise do índice de tenacidade das amostras de
placas cimentícias armadas com tela de fibra de vidro 10x10 impregnada com resina PVC
desenvolvida
Tabela 6.11: Resultado da análise do índice de tenacidade das amostras de placas cimentícias armadas com tela
de fibra de vidro 10x10 impregnada com resina PVC desenvolvida
Tipo de Amostra I
5
∆ I
5
I
10
∆ I
10
I
30
∆ I
30
Padrão
3,35 4,91 11,92
7 d
2,63
-21,5%
3,51
-28,5%
7,42
-37,8%
14 d
3,07
-8,4%
3,62
-26,3%
6,14
-48,5%
21 d
2,52
-24,8%
3,35
-31,8%
5,91
-50,4%
Os índices de tenacidade dos compósitos cimentícios armados com a tela de fibra
de vidro desenvolvida apresentaram uma diminuição, em relação à amostra padrão, em todas
as idades de envelhecimento acelerado. Esse resultado se contrapõe com aqueles obtidos nos
ensaios à tração dos fios, das telas e de σ*.
6.1.4) Microscopia eletrônica de varredura (MEV)
6.1.4.1) Micrografias das amostras de fibra de vidro convencional sem impregnação
142
A figura 6.4 mostra uma seqüência de micrografias da fibra de vidro convencional
sem impregnação, com aproximação de três mil vezes.
Figura 6.4 - Micrografias das fibras de vidro convencional, sem impregnação, obtidas por meio de MEV nas
várias idades de envelhecimento acelerado
A figura 6.5 traz uma micrografia da fibra de vidro convencional sem
impregnação, com aproximação de sete mil vezes.
Figura 6.5 - Micrografia da fibra de vidro convencional sem impregnação com aproximação de sete mil vezes.
Padrão (3.000x) 7 dias E.A. (3.000x)
14 dias (3.000x) 21 dias (3.000x)
14 dias (7.000x)
143
6.1.4.2) Micrografias das amostras de fibra de vidro impregnadas encontradas no
mercado
A figura 6.6 mostra as micrografias obtidas por MEV das amostras de fibra de
vidro impregnadas encontradas no mercado:
Figura 6. 6 - Micrografias das fibras de vidro impregnada encontrada no mercado, obtidas por meio de MEV
nas várias idades de envelhecimento acelerado
A figura 6.7 traz uma micrografia da fibra de vidro impregnada encontrada no
mercado, com aproximação de dezessete mil vezes.
Figura 6.7 - Micrografia da fibra de vidro impregnadas encontradas no mercado com aproximação de dezessete
mil vezes.
Padrão (7.000x) 7 dias de E.A. (3.000x)
14 dias de E.A. (3.000x) 21 dias de E.A. (3.000x)
21 dias (17.000x)
144
6.1.4.3) Micrografias das amostras de fibra de vidro AR
A figura 6.8 mostra uma seqüência de micrografias da fibra de vidro convencional
sem impregnação com aproximação de três mil vezes.
Figura 6.8 - Micrografias das fibras de vidro AR, obtidas por meio de MEV nas várias idades de
envelhecimento acelerado
A figura 6.9 traz uma micrografia da fibra de vidro AR com aproximação de sete
mil vezes.
Figura 6.9 - Micrografia da fibra de vidro AR com aproximação de sete mil vezes.
Padrão (3.000x) 7 dias de E.A. (3.000x)
14 dias de E.A. (3.000x) 21 dias de E.A. (3.000x)
7 dias (7.000x)
145
6.1.4.4) Micrografias das amostras de fibra de vidro impregnada desenvolvida
A figura 6.10 mostra as micrografias obtidas por MEV das amostras de fibra de
vidro impregnadas, desenvolvida neste trabalho.
Figura 6.10 - Micrografias das fibras de vidro impregnadas desenvolvidas, obtidas por meio de MEV nas várias
idades de envelhecimento acelerado
Amostra Padrão (3.000x) 7 dias de E.A. (3.000x)
14 dias de E.A. (3.000x) 21 dias de E.A. (3.000x)
146
6.2)
S
S
e
e
g
g
u
u
n
n
d
d
a
a
e
e
t
t
a
a
p
p
a
a
d
d
o
o
d
d
e
e
s
s
e
e
n
n
v
v
o
o
l
l
v
v
i
i
m
m
e
e
n
n
t
t
o
o
e
e
x
x
p
p
e
e
r
r
i
i
m
m
e
e
n
n
t
t
a
a
l
l
:
:
Análise do desempenho dos elementos estruturais ou não estruturais compostos por
matriz de cimento Portland com fibra de vidro
Uma vez comprovada a eficiência da tela de fibra de vidro impregnada com PVC
desenvolvida nos trabalhos deste doutorado em relação à durabilidade frente ao meio alcalino
do cimento Portland, a etapa seguinte dos trabalhos foi estudar a aplicação do produto em
elementos estruturais e não estruturais da construção civil.
Foram feitos dois estudos de aplicação:
1º) na substituição da tela de 100 x 100 TEX com abertura de 1 mm x 1 mm usada
nas placas cimentícias para o sistema drywall pela tela 10 x 10 desenvolvida
nesse trabalho;
2º) na substituição da tela de aço nos pisos elevados de concreto por tela de fibra
de vidro.
6.2.1) Primeiro caso de aplicação
: Substituição da tela de fibra de vidro anteriormente
usada (1 cm x 1cm de abertura) em placas cimentícias pela tela 10 x 10
desenvolvida
a) Ensaio à flexão segundo ASTM C 947/89
No estudo foram analisadas placas cimentícias produzidas pela própria indústria
fabricante de painéis cimentícios para o sistema drywall e placas moldadas no próprio
Laboratório de Construção Civil da Escola de Engenharia de São Carlos.
147
i) Placa produzida na indústria
A figura 6.11 apresenta as curvas tensão x deslocamento para as placas produzidas
na indústria com tela anteriormente usada (abertura de 1 mm x 1mm), submetidas ao ensaio
de flexão, segundo ASTM 947/89.
Figura 6.11 - Curvas tensão x deslocamento para a placa cimentícia produzida pela indústria com tela
anteriormente usada submetida a ensaio de flexão.
O fabricante de placas cimentícias, para efeito de comparação, também moldou
placas usando a sua própria dosagem de microconcreto e a tela 10 x 10 desenvolvida neste
trabalho. A figura 6.12 mostra as curvas tensão x deslocamento das amostras da placa
cimentícia produzida pela indústria com tela 10 x 10 submetidas a ensaio de flexão, segundo
ASTM 947/89.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
-20 -15-10-5
0
Deslocamento (mm)
Tensão
(MPa)
148
Figura 6.12 - Curvas tensão x deslocamento para a placa cimentícia produzida pela indústria com tela 10 x 10
submetida a ensaio de flexão.
ii) Placa produzida em laboratório
A figura 6.13 traz as curvas tensão x deslocamento para amostras da placa
desenvolvida no LCC – EESC – USP. O concreto usado na confecção das placas tinha
resistência à compressão de 40 MPa aos sete dias.
Figura 6.13 - Curvas tensão x deslocamento para a placa cimentícia desenvolvida no LCC com tela 10 x 10
submetida a ensaio de flexão.
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0 5
10 15 20
Deslocamento (mm)
Tensão
(MPa)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
0 5
10 15 20
Deslocamento (mm)
Tensão
(MPa)
149
Analisando as curvas da figura 6.13 é possível notar que, embora apresentem
valores de tensão superiores, as amostras da placa cimentícia armada com a tela 10 x 10
apresentaram dois grandes picos, enquanto as amostras produzidas pela indústria usando a
mesma tela (figura 6.12) apresentaram vários pequenos picos (cerca de 6). Os dois grandes
picos mostrados nas curvas da amostra desenvolvida em laboratório representam a ruptura da
matriz cimentícia e a conseqüente transferência das tensões às fibras, pois, conforme se
produz concretos com menor resistência à compressão, reduz-se o módulo de elasticidade.
Na figura 6.12, observa-se que o primeiro pico da curva se dá em um valor de
tensão próximo a 7,0 MPa, enquanto a ruptura da fibra ocorreu em torno de 10 MPa. Já para a
placa desenvolvida em laboratório (figura 6.13), o primeiro pico ocorreu em valores de
tensões por volta de 13 MPa e a ruptura da fibra em 15 MPa na média. Uma vez que se trata
da mesma fibra em ambas as placas, uma moldada na indústria, a outra, no laboratório,
variando-se apenas as composições dos microconcretos, acredita-se que haja uma melhor
interação tela - microconcreto para aquele usado pela indústria, confirmando que a resistência
e o módulo do microconcreto têm grande influência no comportamento da placa cimentícia
como um todo.
As curvas da figura 6.14 comparam as curvas resistência x deslocamento das
placas produzidas na indústria com tela anteriormente usada (1 cm x 1 cm) e a tela 10 x 10,
submetidas ao ensaio de flexão.
150
Figura 6.14 - Curvas tensão x deslocamento para as placas produzidas na indústria com tela anteriormente usada
e a tela 10 x 10, submetidas ao ensaio de flexão.
As curvas da figura 6.14 evidenciam que o comportamento mecânico das placas
cimentícias armadas com ambas as telas são similares.
O diâmetro máximo do agregado leve usado no microconcreto foi de Ø 4,8mm,
portanto, menor que a abertura da tela 10 x 10 (#10mm), possibilitando que o agregado
passasse pela abertura, fazendo com que a face externa das placas ficasse com textura rugosa.
Para contornar esse problema, colocou-se uma camada de véu não-tecido poliéster, com
gramatura de 25g/m
2
, entre o fundo da forma e a tela de FV, como pode ser visto na figura
6.15.
Figura 6.15 – Fotografias ilustrando a colocação do véu de poliéster na face externa da placa cimentícia com a
função de regularizar o acabamento externo desta.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
0 5
10 15 20
Deslocamento (mm)
Tensão
(MPa)
100TEX
Véu de poliéster Tela de FV
400TEX
151
A figura 6.16 mostra as curvas tensão x deformação das amostras de placa
cimentícia desenvolvida no LCC, que receberam véu de poliéster nas faces externas das
placas, atuando com a função de regularizar a superfície externa das placas, mas, como pode
ser notado, sem alterar o comportamento mecânico destas.
Tela 400x400Tex + Véu Nexus
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
-20-15-10-50
Deslocamento (mm)
MOR (MPa
)
1
2
3
4
Figura 6.16 - Curvas tensão x deslocamento para as placas produzidas em laboratório usando tela de FV 10 x 10
e véu de poliéster submetidas a ensaio de flexão.
b) Ensaio de resistência ao impacto
i) Placas sem armação de tela de fibra de vidro
O concreto usado na moldagem das placas de 22 cm por 22 cm tinha resistência à
compressão de 50 MPa aos sete dias. A tabela 6.12 traz os resultados do ensaio de impacto de
corpo duro das amostras de placas cimentícias sem tela de fibra de vidro (padrão):
Tabela 6.12 – Resultados do ensaio de impacto de corpo duro das placas cimentícias padrão
Amostra H (m) R
i
(J)
1 0,72 5,0
2 0,70 4,9
3 0,72 5,0
4 0,70 4,9
Média 0,71 5,0
152
A figura 6.17 mostra uma fotografia da placa cimentícia padrão, após a realização
do ensaio de impacto de corpo duro, evidenciando a ruptura com características frágeis da
matriz cimentícia.
Figura 6.17 – Placa cimentícia padrão evidenciando ruptura com características frágeis
ii) Placas armadas com tela de fibra de vidro 1 x 1
A tabela 6.13 mostra os resultados obtidos no ensaio de impacto de corpo duro
nas amostras de placas cimentícias armadas com a tela de fibra de vidro 1 x 1.
Tabela 6.13 – Resultados do ensaio de impacto de corpo duro das placas reforçadas com tela de fibra de vidro
1x1
Amostra H (m) R
i
(J)
1 0,72 5,0
2 0,74 5,2
3 0,74 5,2
4 0,78 5,5
Média 0,75 5,2
A figura 6.18 mostra a placa cimentícia armada com tela de fibra de vidro 1 x 1,
após a realização do ensaio de corpo duro, evidenciado a ruptura característica dúctil.
153
Figura 6.18 – Placa cimentícia com uma tela 1x1 evidenciando ruptura com característica dúctil
iii) Placas armadas com de tela de fibra de vidro 4 x 4
A tabela 6.14 mostra os resultados obtidos no ensaio de impacto de corpo duro
nas amostras de placas cimentícias armadas com a tela de fibra de vidro 4 x 4.
Tabela 6.14 – Resultados do ensaio de impacto de corpo duro das amostras com tela de fibra de vidro 4x4
Amostra H (m) R
i
(J)
1 0,76 5,3
2 0,80 5,6
3 0,82 5,7
4 0,84 5,9
Média 0,81 5,6
A figura 6.19 mostra a placa cimentícia com tela de fibra de vidro 4 x 4, após a
realização do ensaio de corpo duro evidenciado a ruptura com característica dúctil, porém, o
fato das fibras que compõem a tela 4 x 4 serem mais espessas (usam fios de 1600 TEX
enquanto a tela 1 x 1 usa tela de 400 TEX) fez com que a fissura se dê na direção longitudinal
dos fios.
1ª Fissura
154
Figura 6.19 – Placa cimentícia com reforço de tela 4x4, evidenciando ruptura com característica menos frágil
6.2.2) Segundo caso de aplicação
: Placas cimentícias para piso elevado
As placas cimentícias foram moldadas em uma indústria de placas cimentícias
para piso elevado e um outro lote foi feito no Laboratório de Construção Civil, em ambos
casos as dimensões era 60 cm x 60 cm x 4 cm ; foram ensaiadas segundo descrito na NBR
MB-3385: Determinação da resistência às cargas verticais concentradas que, além da força de
ruptura, determina o deslocamento sofrido pela placa durante a aplicação do carregamento.
i) Placa produzida na indústria
A tabela 6.15 traz os resultados do ensaio da placa de piso elevado produzida pela
indústria, usando uma tela de fibra de vidro 40 x 40 impregnada com PVC desenvolvido, na
face inferior.
OBS.: Por limitação das células de carga utilizadas no ensaio, a deflexão das placas pôde ser
lida até o carregamento de 4,5 kN, mas o valor da carga máxima pôde ser verificado.
155
Tabela 6.15 - Resultados do ensaio da placa de piso elevado produzida pela indústria usando uma tela de fibra
de vidro 40 x 40
Força (kN) Deslocamento (mm) Residual (mm)
0 0,00 0,00
0,50 0,12 0,20
1,00 0,42 0,28
1,50 0,69 0,42
2,00 0,92 0,54
2,50 1,14 0,68
3,00 1,35 0,80
3,50 1,55 0,93
4,00 1,75 1,03
4,50 1,87 1,17
OBS.: O colapso da placa ocorreu em 5,62 kN
ii) Placas produzidas em laboratório
O concreto usado na moldagem das placas tinha resistência à compressão de 50
MPa aos sete dias. A tabela 6.16 traz os resultados do ensaio da placa de piso elevado
produzida em laboratório sem tela.
Tabela 6.16 - Resultados do ensaio da placa de piso elevado desenvolvida em laboratório sem tela de fibra de
vidro.
Força (kN) Deslocamento (mm) Residual (mm)
0,00 0,00 0,00
0,50 0,20 0,16
1,00 0,27 0,20
1,50 0,31 0,23
2,00 0,53 0,34
2,50 0,87 0,58
3,00 1,50 0,70
3,50 1,83 0,75
4,00 1,90 0,80
4,50 1,95 0,95
OBS.: O colapso da placa se deu a 6,22 kN
156
A tabela 6.17 traz os resultados do ensaio da placa de piso elevado produzida em
laboratório, armada com uma tela de fibra de vidro 40 x 40, na face inferior.
Tabela 6.17 - Resultados do ensaio da placa de piso elevado desenvolvida em laboratório armada com uma tela
de fibra de vidro.
Força (kN) Deslocamento (mm) Residual (mm)
0,00 0,00 0,00
0,50 0,10 0,09
1,00 0,24 0,15
1,50 0,30 0,22
2,00 0,33 0,3
2,50 0,37 0,32
3,00 0,52 0,47
3,50 0,90 0,49
4,00 1,00 0,54
4,50 1,11 0,60
OBS.: O colapso da placa se deu a 7,66 kN
A tabela 6.18 traz os resultados do ensaio da placa de piso elevado produzida em
laboratório, armada com duas telas de fibra de vidro 40 x 40, na face inferior.
Tabela 6.18 - Resultados do ensaio da placa de piso elevado desenvolvida em laboratório armada com duas telas
de fibra de vidro.
Força (kN) Deslocamento (mm) Residual (mm)
0,00 0,00 0,00
0,50 0,03 0,05
1,00 0,10 0,10
1,50 0,23 0,16
2,00 0,34 0,23
2,50 0,45 0,28
3,00 0,54 0,33
3,50 0,62 0,38
4,00 0,70 0,42
4,50 0,76 0,45
OBS.: O colapso da placa se deu em uma força de 7,66 kN
157
A figura 6.20 traz fotografias que ilustram as placas cimentícias para piso elevado
após a realização dos ensaios:
Figura 6.20 - Fotografias ilustrando as placas cimentícias para piso elevado após a realização dos ensaios.
6.2.3) Resultados dos ensaios de aderência nas barras pultrudadas GFRP e aço
A existência de uma boa aderência entre a barra de GFRP e a matriz de concreto é
de suma importância para o bom desempenho estrutural dos elementos estruturais, mas o
fabricante das barras de GFRP usadas neste trabalho não forneceu o valor da aderência entre
as barras e o concreto.
Como já foi comentado no capítulo 3 desta tese, o procedimento escolhido para a
verificação da aderência matriz – GFRP foi aquele usado por Katz et al. (1999), fazendo-se
algumas adaptações julgadas necessárias, e que lograram êxito, como se pode notar pela
análise da tabela 6.19.
158
O concreto padrão usado tinha resistência à compressão de 78 MPa e o concreto
cuja aderência com a barra estava sendo avaliada tinha resistência à compressão de 41 MPa
aos 7 dias.
Tabela 6.19 - Resultados do Ensaio de Aderência, segundo procedimentos propostos neste trabalho, para barras
de FRP dos fabricantes HBrothers e GFRP nacional e barra de aço como padrão
Amostra
F
max
(N) Diâmetro
(mm)
L (mm) Tensão (MPa)
1 9680 6,3 31,5 15,5
2 11930 6,3 31,5 19,1
Aço 3 11730 6,3 31,5 18,8
4 11970 6,3 31,5 19,2
Média
18,2
1 11800 6,3 31,5 18,9
2 * * * *
H Brothers 3 11330 6,3 31,5 18,2
4 9750 6,3 31,5 15,6
Média
17,6
1 5400 6,0 30 9,6
2 5120 6,0 30 9,1
GFRP Nacional
32
3 5190 6,0 30 9,2
4 5230 6,0 30 9,3
Média
9,3
* a amostra apresentou problema durante a execução do ensaio
Por meio da análise da tabela 6.19, pode-se notar que a diferença da tensão de
aderência entre o aço CA-50 e a barra de GFRP da HBROTHERS foi de apenas 3%, enquanto
comparando-se com a barra nacional a diferença foi de 49% em relação à aderência aço -
32
A barra de GFRP nacional foi usada no ensaio para se analisar o quão distante o produto nacional se encontra
do produto da H Brothers em relação à aderência com a matriz.
159
matriz. Desta forma, pode-se concluir que a aderência das barras de GFRP usadas nesta
pesquisa e o concreto era adequada.
6.2.4) Resultados dos ensaios de flexão de vigas prismáticas armadas com barras de
aço e GFRP
a) Comparação entre GFRP e aço com a mesma área de armadura
O primeiro caso a ser ensaiado foram vigas prismáticas de concreto armadas com
barras de aço ou barras de GFRP, usando a mesma área de um e outro material. A tabela 6.20
e as figuras 6.21 e 6.22 trazem os resultados dos parâmetros estudados nos ensaios das vigas
prismáticas de concreto submetidos à flexão em quatro pontos.
Obs.: o concreto usado na moldagem das placas tinha resistência à compressão de 26 MPa aos
7 dias.
Tabela 6.20 - Resultados do ensaio à flexão das vigas de concreto armadas com 2 barras de GFRP e aço com
∅ = 6,3mm
VARIÁVEL
1
a
fissura
33
Carga máxima obtida
Tipo de amostra
força (kN) / deslocamento (mm) Força (kN) / deslocamento (mm)
1 44,7 / 0,22 48,6 / 0,25
Aço 6,3 mm 2 63,8 / 0,33 63,9 / 0,33
3 52,4 / 0,56 52,4 / 0,56
1 20,1 / 0,16 42,3 / 1,14
GFRP 6,3mm 2 20,7 / 0,17 52,0 / 1,40
3 19,4 / 0,15 42,9 / 1,07
33
A primeira fissura aqui referida diz respeito àquela apresentada pelos prismas quando sujeitos aos esforços de
flexão.
160
Analisando-se a tabela 6.20 nota-se que a 1ª fissura para as vigas armadas com
GFRP ocorreu com um valor de força bem menor que as vigas armadas com aço. O valor de
força máxima obtida para ambos tipos de armação estão na mesma ordem de grandeza, mas
no caso das armadas com GFRP, o deslocamento foi muito maior.
A figura 6.21 traz as curvas força (N) x deslocamento (mm) para as amostras de
vigas de concreto armadas com duas barras de aço CA-50 de ∅ = 6,3mm na face inferior.
Aço 6,3mm
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
40000
45000
50000
55000
60000
65000
500 800 1100 1400 1700 2000 2300 2600
deslocamento x 0,001 (mm)
Figura 6.21 – Curvas carga (N) x deflexão (mm) para amostras de vigas de concreto armadas com 2 barras de
aço CA-50 de ∅ = 6,3mm na face inferior.
A figura 6.22 apresenta as curvas carga (N) x deflexão (mm) para amostras de
vigas de concreto armadas com duas barras de GFRP da HBrothers de ∅ = 6,3mm na face
inferior.
161
Barras de GFRP 6,3mm
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
40000
45000
50000
55000
60000
65000
500 1000 1500 2000 2500 3000
deslocamento x 0,001(mm)
Carga (N)
Figura 6.22 – Curvas força (N) x deslocamento (mm) para amostras de vigas de concreto armadas com 2 barras
de GFRP da HBrothers de ∅ = 6,3mm na face inferior.
Numa análise das figuras 6.21 e 6.22 fica evidente o comportamento com maior
ductilidade das vigas armadas com GFRP em relação àquelas armadas com aço.
A figura 6.23 mostra fotografias da realização de ensaio das vigas armadas com
aço e GFRP.
Figura 6.23 – Fotografias mostrando os corpos-de-prova prismáticos ensaiados à flexão.
162
b) Comparação entre GFRP e aço variando o número de barras de GFRP
Nesse estudo foram ensaiadas vigas prismáticas de concreto armadas com uma
barra de aço e outras armadas com barras de GFRP variando de uma até seis barras. A tabela
6.21 traz os resultados dos parâmetros estudados nos ensaios das vigas prismáticas de
concreto submetidos à flexão em quatro pontos.
Obs.: o concreto usado nas placas tinha resistência à compressão de 27,5 MPa aos 7 dias.
Tabela 6.21 - Resultados do ensaio à flexão das vigas de concreto armadas com 1 barra de aço ∅ = 6,3mm e
variando as barras de GFRP de 1 até 6 barras de ∅ = 6,3mm
VARIÁVEL
1
a
fissura Força máxima obtida
Tipo de amostra
força (kN) / deslocamento (mm) Força (kN) / deslocamento
(mm)
Aço 6,3 mm 1 47,3 / 0,82 64,8 / 1,43
1 barra 15,2 / 0,09 53,6 / 1,45
2 barras 34,1 / 0,83 46,0 / 1,21
3 barras 30,9 / 0,30 64,7 / 1,05
4 barras 47,0 / 0,59 88,8 / 1,43
5 barras 50,0 / 0,57 84,3 / 1,26
GFRP 6,3mm
6 barras 56,7 / 0,68 88,7 / 1,11
A análise da tabela 6.21 indica que a 1ª fissura da viga armada com aço ocorreu
com um carregamento de 47,3 kN e uma flecha de 0,82 mm e que um comportamento
semelhante foi obtido com a viga armada com quatro barras de GFRP, com a 1ª fissura em 47
kN e uma flecha correspondente de 0,59mm.
A figura 6.24 traz as curvas força (N) x deslocamento (mm) para as amostras de
vigas de concreto reforçadas com uma barra de aço ∅ = 6,3mm e variando de um até seis
barras GFRP de ∅ = 6,3mm.
163
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
40000
45000
50000
55000
60000
65000
70000
75000
80000
85000
90000
95000
100000
500 800 1100 1400 1700 2000 2300 2600
deslocamento x 0,001 (mm)
Carga (N)
aço
1 barra
2 barras
3 barras
4 barras
5 barras
6 barras
Figura 6.24 – Curvas força (N) x deslocamento para amostras de vigas de concreto reforçadas com 1 barra de
aço ∅ = 6,3mm e variando de 1 até 6 barras GFRP de ∅ = 6,3mm na face inferior.
164
C
C
A
A
P
P
Í
Í
T
T
U
U
L
L
O
O
7
7
Análise dos resultados, perspectivas e conclusões
7.1) Quanto à durabilidade da fibra de vidro frente ao meio alcalino do cimento
Portland
Analisando-se as tabelas 6.1 e 6.2, bem como a figura 6.1, pode-se verificar um
desempenho bastante insatisfatório das telas de FV impregnadas com PVC comercializada,
pois aos 14 dias de envelhecimento acelerado (EA) a resistência mecânica caiu 50%,
chegando a 66% aos 21 dias de EA, quando submetido à tração simples. No ensaio à flexão
das placas cimentícias armadas com estas telas, aos 7 dias a ruptura já se mostrava frágil, em
decorrência da incapacidade da tela de FV trabalhar após a ruptura do concreto.
Em relação às telas de fibra de vidro AR, cujos resultados são vistos nas tabelas
6.3 e 6.4 e na figura 6.2, nota-se que a tela de fibra de vidro AR apresenta uma queda de
29,5% aos 14 dias de EA e 42,2% aos 21 dias de EA, ou seja, embora apresente resultados
mais satisfatórios que as telas de FV impregnadas com PVC comercializada, ainda
apresentam uma considerável perda de resistência mediante o processo de EA. Quanto ao
desempenho da tela nas placas cimentícias quando submetidas à flexão, as amostras com 21
dias de EA já apresentam pouca ou nenhuma tenacidade.
A tabela 6.6 mostra o bom desempenho da formulação de PVC desenvolvida
quanto ao ataque químico dos álcalis, tendo uma queda de resistência mecânica de 11,4% aos
7 dias, 23,1% aos 14 dias e 23,3% aos 21 dias de EA, valores de queda de resistência
consideravelmente inferiores aos outros dois tipos de tela estudados. Em relação aos ensaios à
flexão, nota-se que, pelos valores da tabela 6.8 o LOP das amostras com tela de fibra de vidro
desenvolvida teve um acréscimo com o passar do tempo de envelhecimento acelerado.
Uma primeira hipótese que se pode levantar para este fato é que, como o processo
de envelhecimento acelerado usado trata-se de uma cura térmica, os grãos de cimento que
165
ainda não haviam se hidratado com a cura convencional, tenham feito com a cura térmica,
incrementando resistência ao compósito. Mas, quando se observa os resultados obtidos para
as amostras com a fibra AR, na tabela 6.4, sendo o mesmo concreto, com a mesma cura
convencional e envelhecimento acelerado, o mesmo não ocorre. Então, credita-se esse melhor
desempenho à maior durabilidade da tela de fibra de vidro desenvolvida, se comparada às
demais.
Analisando-se a mesma tabela 6.8, pode-se notar que a queda no valor do σ*
(criado para avaliar a resistência à flexão da fibra do compósito) para a tela de fibra de vidro
desenvolvida foi de 3,9% aos 7 dias de EA, 4,1% aos 14 dias de EA e 7,5% aos 21 dias de
EA. Se comparados aos valores obtidos com as amostras impregnadas com PVC
comercializada (56% aos 7 dias, 59,3% aos 14 dias e 65,3% aos 21 dias) e com as amostras
com fibras AR (19,8% aos 7 dias, 10,4% aos 14 dias e 58,3% aos 21 dias) conclui-se,
novamente, que a tela de fibra de vidro desenvolvida apresenta melhor desempenho.
Quanto ao comportamento das curvas força x deslocamento, pode-se verificar
que, para aquelas armadas com tela comercializada, há o pico do LOP, um certo
deslocamento e uma curva ascendente até o ponto no qual há a ruptura da fibra. Na tela AR o
mesmo acontece, porém com picos de menor intensidade. Note-se que, em ambos os casos, os
valores de força após a ruptura da matriz (após o ponto de LOP) nunca são superiores aos do
ponto do LOP. Já a figura 6.3 mostra pelas curvas força-deslocamento que o valor do MOR
geralmente é maior que o LOP, evidenciando que a tela de fibra de vidro desenvolvida tem
um melhor durabilidade no meio alcalino do cimento Portland.
Os dados fornecidos nas tabelas 6.9, 6.10 e 6.11 referem-se ao Índice de
Tenacidade das amostras nas diversas idades. Nelas, quanto maior o I
30
maior a tenacidade do
material estudado. Analisando, primeiramente, o I
30
dos
três tipos de amostra, tem-se os
valores de 15,69 para tela impregnada comercializada, 17,24 para tela AR e 11,92 para a tela
166
desenvolvida. Conforme o processo de envelhecimento acelerado foi sendo aplicado, o valor
do I
30
foi diminuindo, mostrando que o ataque alcalino do cimento Portland reduziu muito a
tenacidade dos compósitos, inclusive daqueles armados com a tela desenvolvida. Esse
resultado é contraditório, pois a tela desenvolvida mostrou-se ter um melhor desempenho que
as demais no que diz respeito à durabilidade.
Uma hipótese para explicar esse fato é que, a queda do índice de tenacidade da
tela desenvolvida não está relacionada à durabilidade e sim a problemas de aderência entre a
superfície da impregnação de PVC e a matriz cimentícia. Essa hipótese também pode explicar
o menor valor do I
30
obtido por esse tipo de fibra antes de envelhecida (padrão).
Outro fato importante que os resultados do envelhecimento acelerado mostraram é
quanto o comportamento da fibra AR aos 14 dias. Na tabela 6.4, observa-se que o valor do σ*
aos 7 dias foi de 1,9 MPa e aos 14 dias 2,2 MPa, ou seja, o processo incrementou resistência à
fibra. Fato parecido ocorre no índice de tenacidade (I
30
)
pela tabela 6.10, o valor de I
30
para
amostra aos 7 dias foi 8,88 e 21,82 para amostra com 14 dias de envelhecimento acelerado.
Esses casos indicam que, embora se tenha avançado em relação ao desempenho
das fibras de vidro no cimento Portland quanto à durabilidade – a resina de PVC desenvolvida
neste trabalho é um desses avanços – os métodos usados para analisar o desempenho das
fibras de vidro em relação à durabilidade não têm sido adequados.
Pela análise das micrografias feitas pelo MEV, primeiramente, na figura 6.4,
nota-se o agressivo processo de ataque químico que as fibras de vidro convencionais sofreram
com o tempo. Comparando-se a micrografia da amostra padrão mostrando os filamentos
íntegros e as amostras aos 14 e 21 dias, verifica-se o intenso processo de corrosão da
superfície das fibras com o tempo.
As micrografias da figura 6.6, mostram os filamentos das fibras de vidro
impregnadas com PVC comercializado. Nelas nota-se a presença de material depositado em
167
sua superfície, possivelmente o polímero, mas não se nota qualquer tipo de corrosão, em
qualquer idade de amostra.
A figura 6.8 traz as micrografias das fibras AR nas quais é possível notar a
presença de produtos da hidratação na superfície dos filamentos e entre estes. A micrografia
da fibra aos 21 dias, com ampliação de 3.000 vezes, mostra haver uma certa alteração da
superfície do filamento, podendo ser corrosão ou incrustação de material depositado. A figura
6.9 traz uma ampliação dessa fibra em 7.000 vezes, mostrando que se trata de depósito de
produtos da hidratação do cimento. Ou seja, nenhuma das micrografias evidenciou qualquer
tipo de corrosão.
Nas micrografias da tela de fibra de vidro desenvolvida vê-se o material
depositado (possivelmente polímero) na superfície dos filamentos. A micrografia aos 21 dias
mostra uma maior intensidade desse material depositado. Porém, não há qualquer evidência
de corrosão na superfície das fibras.
Analisando-se todas as micrografias feitas, pode-se concluir que apenas a fibra de
vidro convencional (sem tratamento) sofreu corrosão. A fibra de vidro AR, não evidencia
corrosão, apenas o acúmulo de produtos de hidratação na sua superfície e entre os filamentos,
com isso, pode-se atribuir a queda de resistência à tração e à flexão pelo processo de
envelhecimento acelerado a esse acúmulo, tal como haviam sugerido Bentur e Mindess
(1990), Pardela e Del Aguila (1992), Purnell at al. (2000). Mas, como explicar a grande queda
de resistência mecânica da fibra de vidro convencional impregnada com PVC
comercializado? As micrografias não evidenciam corrosão nem o acúmulo de produtos de
hidratação em nenhuma idade e a durabilidade destas, frente ao meio alcalino, se mostraram
bastante pequena nos ensaios macroscópicos.
Quanto às micrografias das superfícies das fibras convencionais impregnadas
com PVC desenvolvido a dúvida continua, pois não há sinais de corrosão das fibras, mas há o
168
acúmulo de material mostrado na micrografia aos 21 dias, que se supõe ser polímero.
Suponhamos que o material depositado no filamento visto na micrografia fosse produto da
hidratação, como se poderia explicar que justamente esse tipo de fibra tenha apresentado uma
menor suscetibilidade ao ataque químico pelos ensaios macroscópicos?
A partir do exposto, supõe-se que, além dos dois fenômenos estudados pelos
autores citados na bibliografia (corrosão das fibras e acúmulo de produtos da hidratação do
cimento sobre a superfície e entre os filamentos), haja um terceiro possível fenômeno
causador da pequena durabilidade da fibra de vidro frente o meio alcalino do cimento
Portland. Em relação a isso, recomenda-se um futuro estudo sobre o assunto.
7.2) Quanto aos casos estudados de aplicação das telas
Em relação à aplicação da tela de fibra de vidro 1x1 nas placas cimentícias para o
sistema drywall os resultados mostraram que o uso da tela é tecnicamente possível e viável. A
amostra estudada usando o véu de poliéster nas faces externas da placa, abriu uma nova
perspectiva no que se refere ao acabamento das superfícies. Embora não houvesse nenhum
incremento no desempenho mecânico das peças com a introdução do véu, a superfície das
placas ficou bastante lisa, efeito que hoje só é obtido com o uso de concretos com altos teores
de argamassa.
O ensaio de impacto de corpo duro mostrou-se bastante prático e com resultados
bastante satisfatórios. Quanto ao ensaio das placas analisadas, foi possível verificar que não
há incremento muito significativo na tenacidade destas com o uso da tela, pois passou de 5,0
Joules da amostra sem tela, para 5,2 Joules para amostra com tela 1x1 e 5,6 Joules para
amostra com tela 4x4.
A maior virtude obtida com o uso da tela de fibra de vidro nas placas foi a
mudança no tipo de ruptura. Passou-se de uma ruptura frágil das amostras de placas
169
cimentícias sem tela (padrão), para ruptura dúctil, quando se usa a tela de fibra de vidro na
superfície.
Os resultados deste ensaio apontam para uma nova possibilidade do uso das telas
de fibra de vidro, nas quais as peças cimentícias sejam solicitadas ao impacto, como as
defensas de estradas (guard-rail), pisos industriais e de aeroportos, postes, etc..
Nos estudos da substituição do aço pela tela de fibra de vidro, no caso das placas
cimentícias para piso elevado, a NBR EB – 2101 especifica um carregamento mínimo de
4400 N e uma flecha de 2,6mm e um coeficiente de segurança 3, para placas de 60cm x 60cm
e espessura de 4cm. Então, os valores obtidos na placa armada com uma tela (5620 N na
ruptura e flecha de 1,17 mm) não cumpriu o determinado pela norma. O mesmo ocorreu com
a placa armada com duas telas (força de ruptura de 6220N e flecha de 0,95mm).
Acredita-se que seja possível obter melhores resultados usando uma tela formada
por rebars (GFRP), que têm maior resistência que as telas impregnadas com PVC.
7.3) Quanto ao desempenho das barras de FRP em relação à aderência com o concreto
As barras pultrudadas da HBrothers, de procedência dos EUA, apresentou uma
resistência de aderência de 17,6 MPa, cerca de 3% inferior a do aço CA-50, que apresentou
uma resistência de 18,2 MPa, o que pode ser considerado satisfatório.
A barra de GFRP nacional usada no ensaio, já pelo seu próprio desenho
demonstra ter uma menor aderência, pois, embora tenha mossas (roving formando uma
hélice), elas não receberam camada de areia na superfície como ocorre com as barras da
HBrothers. A aderência obtida foi de 9,3 MPa, ou seja, cerca de 50% da aderência da barra de
aço e 47% da HBrothers.
Em relação à adaptação do ensaio de aderência, proposta neste trabalho, os
resultados mostraram que o método é adequado, pois o escorregamento na garra ou
170
estrangulamento das barras analisadas deixaram de ser uma variável. Outro fato relevante é
que, em todos os casos analisados, a perda de aderência do concreto com as barras se deu no
cilindro contendo o concreto analisado, ficando o cilindro com o concreto padrão intacto.
7.4) Quanto à análise da correspondência área de FV x área de aço
Uma análise da tabela 6.20, que mostra os resultados dos ensaios das vigas de
concreto armadas com duas barras de aço CA-50 de ∅ = 6,3mm e duas barras de GFRP de ∅
= 6,3mm, mostra que a primeira fissura destas se dá em torno de 54 kN (média) para as
armadas em aço e 20 kN para as armadas em GFRP. Considerando a diferença de módulo de
elasticidade (E) existente entre os materiais (E = 210 GPa para o aço e E = 40 GPa para o
GFRP) essa diferença de comportamento das vigas já era esperada.
Quando se analisa a força máxima obtida pelas vigas, nota-se que o valor médio
desta fica em torno de 55 MPa para o aço e 46 MPa para o GFRP, portanto, dentro de uma
mesma ordem de grandeza. O que diferencia o comportamento entre os dois materiais, nesse
caso, é a flecha apresentada para essa força máxima: as vigas armadas em GFRP têm
deslocamentos três vezes maiores que as armadas com barras de aço.
Observando as figuras 6.21 e 6.22 pode-se perceber que as vigas armadas em GFRP
são muito mais dúcteis e tenazes que as armadas em aço.
Uma vez que a diferença existente entre os módulos E dos materiais (fibra de visto
e aço) impossibilita a substituição de uma certa seção de armadura de aço por uma outra de
GFRP na mesma ordem de valor, procurou-se determinar empiricamente a correspondência
área de aço x área de GFRP.
A tabela 6.21 mostra que a primeira fissura das vigas ocorre na mesma ordem de
valor quando se usam quatro barras de GFRP em uma viga e uma barra de aço em outra. A
força última obtida nesta viga (armada com 4 barras de GFRP) é de 88,8 kN apresentando
171
uma flecha de 1,25 mm, ou seja, uma força superior à viga armada com uma barras de aço,
que foi de 64,8 kN.
A conclusão que se chega é que, para limitar a flecha excessiva das vigas armadas
com GFRP, é necessário usar cerca de quatro vezes a área de armadura requerida para aquelas
armadas em aço. Ressalta-se que esse valor serve apenas para dar uma ordem de grandeza do
valor de armadura entre os materiais, pois, como já foi destacado no estado da arte desta tese,
a resistência e o módulo de elasticidade das barras de GFRP, diferentemente do aço, variam
conforme o diâmetro das barras, bem como variam com o tipo de fibra ou resina usadas, etc..
Para se obter, com precisão, a correspondência entre área de GFRP e aço necessários para
armar um elemento estrutural, deve-se primeiramente ensaiar cada um dos materiais, obter a
força de ruptura, o módulo de elasticidade e a deformação e, com esses dados calcular as
estruturas seguindo as rotinas de cálculo de concreto armado.
Um fator muito importante a ser levado em conta é que a fibra de vidro tem ruptura
frágil, sem apresentar patamar de escoamento ou deformação plástica. Esse fato faz com que
o cálculo das estruturas armadas em fibra de vidro (barras ou telas) requeira maior cuidado
por parte dos engenheiros quanto à adoção de coeficientes de segurança.
C
C
O
O
N
N
C
C
L
L
U
U
S
S
Õ
Õ
E
E
S
S
:
:
1) A película de resina PVC desenvolvida neste doutorado proporciona uma
efetiva durabilidade às fibras de vidro sem características álcalis resistente
quando usadas no meio alcalino do cimento Portland;
2) As fibras de vidro sem características álcalis resistente, quando
impregnadas com a resina desenvolvida, têm grande potencial para serem
usadas em matrizes de cimento Portland, sendo que as telas de abertura 4
172
cm x 4 cm e 1cm x 1 cm apenas representam um exemplo de formato a ser
usado;
3) As telas de fibra de vidro impregnadas com a resina PVC desenvolvida tem
grande potencial para ser usada em peças esbeltas à base de cimento
Portland juntamente com as barras de GFRP.
173
C
C
A
A
P
P
Í
Í
T
T
U
U
L
L
O
O
8
8
Potencialidade para o uso das fibras de vidro na construção civil
8.1) Quanto ao uso da fibra de vidro picada em matrizes cimentícias
No estado da arte desta tese foi analisada a questão do módulo de elasticidade das
fibras e sua aplicação em matrizes cimentícias. Foi visto que os valores do módulo de
elasticidade (E) dos concretos e argamassas convencionais adotados são, respectivamente, 30
GPa a 40 GPa e 25 GPa e 35 GPa, segundo TEZUKA (1989). Viu-se, também, que as fibras
de vidro picadas são usadas de forma mais intensiva em duas situações: como adição de
argamassas e concretos e para o controle da fissuração.
O uso das fibras picadas como adição esbarra em dois problemas relativos à
durabilidade: a corrosão das fibras convencionais e o depósito dos produtos de hidratação
entre os filamentos ou na superfície destes causando a perda de tenacidade, nas fibras AR, já
que estas estão livres da corrosão. Então, diante do exposto, é possível concluir que,
atualmente, não existe no mercado nenhum tipo de fibra de vidro que possa ser usado em
matrizes cimentícias na forma picada, que tenha a sua durabilidade garantida, por mais de 14
anos
34
. Talvez as fibras AR possam ser usadas em elementos construtivos que tenham uma
expectativa de vida útil menor que esse.
Quanto ao uso das fibras de vidro picadas atuando no controle da fissuração das
matrizes cimentícias, cabe a seguinte análise: sabe-se que o problema da fissuração está
relacionado ao aumento de temperatura da matriz em decorrência da exotermia da hidratação
do cimento Portland, ou da evaporação muito rápida da água que compõe o concreto/
argamassa. Também é conhecido que o ganho de resistência à compressão das matrizes
cimentícias se faz ao longo do tempo (mais intensamente nos 28 primeiros dias) e que o
34
Lembrando que, segundo Litherland et al (1981), cada dia de exposição ao processo de envelhecimento
acelerado à temperatura de 65
o
C corresponde a um ano de envelhecimento natural sob condições climáticas
do Reino Unido.
174
aumento do módulo de elasticidade destas acompanha o aumento da resistência. Então, como
justificar o uso da fibra de vidro com função anti-crack? Pelo fato desta ter módulo de
elasticidade maior que as fibras sintéticas comuns (polipropileno, nylon, poliéster, etc)? Mas,
se a função da fibra anti-crack é atuar nos períodos em que a hidratação do concreto é mais
intensa, então poderiam ser usadas fibras com menor E, uma vez que nesse período o módulo
das matrizes cimentícias ainda está baixo.
8.2) Quanto ao uso da fibra de vidro em tela ou barra em matrizes cimentícias
Os resultados dos ensaios realizados mostraram que as fibras de vidro na forma de
telas ou barras têm grande potencial de uso em matrizes cimentícias. Porém, é necessário que
se garanta a durabilidade destas frente aos agentes causadores da degradação das propriedades
mecânicas. Já se comentou que não é possível garantir que a fibra de vidro AR esteja imune à
perda das propriedades mecânicas pelo ataque alcalino, nem se pode afirmar que toda a fibra
que tenha a impregnação com resina polimérica tenha sua durabilidade garantida.
As telas de fibra de vidro têm uma limitação processual ligada à má qualidade da
impregnação quando os fios da fibra de vidro são muito grossos. Com isso, as telas de fibra
de vidro impregnadas não são adequadas para resistirem a valores de ações muito elevados,
mas podem ser usadas junto com barras do tipo FRP, atuando como armadura de pele, por
exemplo.
Ainda em relação às telas de fibra de vidro, devem ser realizados novos estudos no
que diz respeito à aderência resina – matriz cimentícia, pois numa análise visual de algumas
amostras de placas cimentícias ensaiadas, notou-se haver a possibilidade de ter ocorrido
algum escorregamento da fibra impregnada.
Na análise dos resultados dos ensaios de envelhecimento acelerado comentou-se
que deverão ser realizadas novas pesquisas de durabilidade, e este estudo deverá abranger
175
todos os tipos de fibra de vidro: tipo E, AR e impregnadas. Consultando a bibliografia sobre o
assunto, foi possível notar que a questão da durabilidade das fibras de vidro ainda está longe
de ser resolvida e, ainda, que se deve reavaliar o método de estudo do processo de
degradação, pois eles ainda estão muito focados em ensaios macroestruturais e análise de
micrografias do MEV, que muitas vezes conduzem a conclusões de ordem subjetivas. As
micrografias do MEV das amostras de fibra de vidro convencional impregnadas com PVC
encontradas no mercado são uma comprovação disso, pois nelas não se nota corrosão das
fibras, nem depósito de produtos da hidratação, mas, sua durabilidade é muito pequena em
matrizes cimentícias.
Em relação às barras de GFRP, o seu uso como armaduras de matrizes cimentícias
parece ser bastante promissor, principalmente em ambientes de elevada corrosão ou onde se
requer transparência magnética. Mas, para isso ser possível, é importante um estudo detalhado
da distribuição da armadura na peça, pois, como mostrado nessa tese, o volume ocupado pela
armadura será cerca de quatro vezes maior que aquele ocupado pelo aço. Em relação ao fato
do custo dessa estrutura ser mais elevado que aquela estruturada em aço acredita-se que isso
seja uma questão pouco relevante frente ao ganho na durabilidade frente aos meios
agressivos.
A fabricação de armaduras em fibra de vidro tende a ser barateada em função do
maior ganho da produção em escala, pelo aumento da demanda que se pode obter.
Por exemplo, a armação das amostras de placas cimentícias para piso elevado com
grelhas feitas de barras de GFRP, seria um caso bastante interessante para ser estudado, com
grande probabilidade de ter bom êxito. Outra aplicação para as grelhas feitas com GFRP seria
em substituição das telas eletrosoldadas nas fundações tipo radier, quando o solo for
agressivo.
176
Uma grande limitação para o uso das barras de GFRP é o fato de não ser possível
fazerem-se curvas (dobras) de raio pequeno, tal como requerido nos ganchos e dobras de
estribos para pilares e vigas. Essa impossibilidade reside no fato de se usar resinas termofixas
(poliéster, epóxi, etc.) na fabricação das barras. Acredita-se que a preferência pelo uso das
resinas termofixas está no fato destas serem mais resistentes ao ataque químico e suportarem
maiores temperaturas. Porém, o uso de resinas termoplásticas poderia ser uma nova vertente
de fabricação de FRP´s.
8.3) Quanto ao uso da fibra de vidro em tela ou barra em elementos de argamassa
armada
As limitações de uso das telas ou barras de fibra de vidro na argamassa armada são
as mesmas já citadas para os outros elementos produzidos com o cimento Portland. Por outro
lado, como visto na análise bibliográfica, as peças de argamassa armada exploram as formas
geométricas para buscar rigidez e leveza já em sua própria filosofia de concepção, o que
representa uma vantagem frente às placas planas, por exemplo.
Os resultados mostrados neste trabalho apontam para a necessidade de se fixar a
flecha que a estrutura poderá apresentar quando carregada como limite de cálculo. Foi visto
que, uma das formas de contornar a grande deformação que a armadura de fibra de vidro
proporciona à estrutura, em decorrência de seu pequeno módulo de elasticidade, é aumentar a
quantidade de armadura de fibra de vidro (cerca de quatro vezes mais que do aço). Porém,
com o aumento da inércia da peça, é possível diminuir a flecha. A figura 8.1 ilustra esta
possibilidade: em (A) uma viga prismática com sua altura aumentada possibilitando maiores
valores de inércia e conseqüente menor valor de flecha para um dado carregamento; em (B)
uma viga/ calha (peça típica da argamassa armada), tendo a altura de suas abas aumentada,
177
para possibilitar maior inércia. Note que nos exemplos a área da armadura de cada tipo de
peça continuou constante.
Figura 8.1 – Exemplos de possibilidade de aumento da inércia alterando a geometria das peças: em (A) uma viga
prismática; em (B) uma viga/ calha.
Em relação à durabilidade, o uso de armadura não metálica afastaria a possibilidade
de menor desempenho frente à pequena espessura de cobrimento, ou à carbonatação do
concreto, que são patologias recorrentes nesse tipo de estrutura. A adoção de relação a/c
pequena, com adição de sílica ativa e a modificação com látex garantiriam, além de uma boa
durabilidade do concreto, uma boa aderência com a armadura, possibilitando uma argamassa
armada com qualidade e durabilidade.
Com isso, seria possível resgatar a tecnologia da argamassa armada que teve seu
declínio atribuído à baixa durabilidade. Poderiam ser resgatados os estudos de Lelé relativos
(A)
∆h
H
h
∆h
H
(B)
178
às peças para canalização de córregos ou drenagem de água pluvial, bem como a construção
de reservatórios de água, ou ainda, em tanques de tratamento de esgoto.
8.4) Quanto ao uso da fibra de vidro em obras de geotecnia
Nas obras de geotecnia há uma grande demanda para a utilização de produtos
com estrutura na forma de grelha para serem usadas como reforço. Essas grelhas são
fabricadas em polietileno (PE), polipropileno (PP) e poliéster (PET).
O Polietileno (PE) tem elevada resistência química e pequeno custo, mas é
suscetível aos raios UV e apresenta elevada suscetibilidade à fluência; o Polipropileno (PP),
que representa cerca de 83% dos geotexteis usados no Brasil, tem um custo relativamente
pequeno, mas apresenta deformações na ordem de 12% e, embora tenha boa resistência aos
álcalis, é suscetível aos raios UV. O PP também é bastante suscetível à fluência e à oxidação;
o Poliéster (PET), que representa cerca de 14% dos geotexteis usados, são requisitados
quando se necessita de geosintéticos com alta resistência à tração, mas o material apresenta
deformações na ordem de 12% e pode sofrer degradação sob condições de acidez ou de
elevada alcalinidade (VERTEMATTI, 2004)
(xl)
Pelo exposto conclui-se que, para esse tipo de aplicação, há uma grande
possibilidade de usar as telas de fibra de vidro como geogrelhas, pois esta possui elevada
resistência à tração e um módulo de elasticidade elevado (se comparado ao do PE, PP e PET),
além de ter valores de deformação máxima na ordem de 2%, muito aquém das observadas nos
materiais atualmente utilizados nas geogrelhas (12%). Mas, para ser usada nesse tipo de
aplicação, as telas de fibra de vidro deverão ter algumas propriedades melhoradas,
principalmente no que se refere aos chamados esforços de instalação, que são as solicitações
relativas ao transporte, corte, colocação e compactação de camadas de solo ou brita, etc.. A
experiência tem mostrado que as fibras de vidro sem impregnação, ou aquelas impregnadas
com resina acrílica ou látex acrílico, não apresentam bom desempenho a esses esforços de
179
instalação. Mas, a impregnação das fibras com o PVC desenvolvido nesse trabalho pode
representar melhor desempenho frente aos esforços de instalação, pois resultam em telas
flexíveis e com menor tensão de cisalhamento entre os filamentos.
As possíveis aplicações para o produto poderiam ser no reforço de aterros sobre
solos moles e no reforço de muros e taludes de contenção (figura 8.2).
Figura 8.2 - Exemplo esquemático de solos reforçados com geossintéticos, em (a) um muro e em (b) talude
íngreme. (Fonte: VERTEMATTI, 2004)
Outra aplicação possível das telas de fibra de vidro é como camada de reforço de
base de pavimentos, controlando, ou reduzindo ao mínimo, manifestações patológicas
provenientes da elasticidade dos pavimentos flexíveis, tais como o afundamento de trilha de
roda ou as trincas por fadiga do revestimento. Além de evitar as patologias citadas, poderiam
ser reduzidas as espessuras de projeto de camadas granulares. A figura 8.3 mostra o uso de
geogrelhas como para reforço para pavimentos.
Figura 8.3 – Exemplo de aplicação da tela de fibra de vidro em pavimentos
Geo
g
relhas
Geo
g
relhas
180
R
R
e
e
f
f
e
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ê
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o
g
g
r
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á
á
f
f
i
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c
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s
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