Vladimir José Ferrari

O concreto é um material muito empregado na construção civil brasileira, entretanto, seu comportamento sob a ação de esforços de tração não é satisfatório. Por outro lado, a introdução de fibras de aço no concreto possibilita melhoria das suas propriedades à tração, principalmente pelo efeito ponte das fibras. No Brasil, após a publicação em 2021 do conjunto de normas relacionadas ao concreto reforçado com fibras (CRF), espera-se um aumento gradativo da aplicação desse material na construção. Nesse sentido, o controle de qualidade do CRF para uso como material estrutural é de fundamental importância e a avaliação do desempenho desse material em utilização também é outro aspecto que está associado com sua disseminação. Diversas são as pesquisas que analisam as propriedades do CRF, entretanto, ainda são escassas investigações relacionadas com o estabelecimento de correlações das propriedades mecânicas do CRF com parâmetros provenientes dos Ensaios Não Destrutivos (END). A pesquisa foi desenvolvida buscando-se a aplicação de END, como a velocidade de propagação de onda ultrassônica (VPU), a dureza superficial pelo esclerômetro de reflexão (IE) e o módulo de elasticidade dinâmico pelo método das frequências naturais de vibração (Ed), em concretos reforçados com fibras de aço (CRFA). Para tanto, foram estudados três distintos teores de fibras de aço (0,35%, 0,70% e 1,05%) em um mesmo traço de concreto classe C30. O objetivo foi investigar os resultados dos END aplicados ao CRFA visando ao estabelecimento de curvas de correlação com as propriedades mecânicas do material, compressão axial (fc) e módulo de elasticidade estático (Ec). O método da VPU foi o que conduziu à melhor estimativa da resistência à compressão e do módulo de elasticidade dos concretos analisados. Os valores do módulo dinâmico foram superiores aos do módulo estático e, com o avanço da idade, a diferença entre os valores tende a diminuir. Os resultados obtidos demonstram, de maneira geral, boa assertividade das equações para estimativa da resistência à compressão dos concretos e do módulo de elasticidade.

O concreto reforçado com fibras de aço (CRFA) é um material compósito onde as fibras atuam como reforço e controlam a abertura das fissuras, alterando o comportamento após ruptura da matriz. Fibras de aço inseridas no concreto aumentam a capacidade de vigas ao cisalhamento. O CRFA redistribui tensões de tração da diagonal fissurada pelo cisalhamento e aumenta a resistência. A ruptura por cortante é frágil em vigas com ausência ou insuficiente armadura transversal. A adição de fibras de aço em vigas promove ruptura dúctil e é alternativa na substituição dos estribos. A pesquisa tem por objetivo investigar a influência de fibras de aço no comportamento ao cisalhamento de vigas sem estribos. As fibras foram adicionadas a concretos de resistência à compressão 30 MPa e 40 MPa, em quantidades de 80, 100 e 120 kg/m³ (1%, 1,25% e 1,50%, respectivamente). As vigas foram solicitadas à flexão e o comportamento estrutural foi analisado. Resultados obtidos indicam alteração do modo de ruína frágil para dúctil com elevação significativa nos valores das forças e relação com o aumento na quantidade das fibras. As deformações específicas nas barras da armadura foram reduzidas com a presença das fibras. Os valores teóricos da capacidade resistente das vigas de CRFA estimados pela norma brasileira são praticamente iguais aos experimentais.

Resumo Pilares são elementos estruturais de grande importância numa edificação e que durante sua vida útil podem ser submetidos a um processo de reforço para aumento da sua capacidade. O reforço com Polímeros Reforçados com Fibras (PRF) é atraente pela facilidade de aplicação e não modificação da seção. O material vem sendo utilizado em pilares pelo efeito de confinamento. Entretanto, em pilares com seções não circulares, o efeito do confinamento não é eficiente como em circulares. Em geometrias de seções não circulares, parte do concreto não fica devidamente confinado. A pesquisa busca estudar o comportamento do reforço de pilares de concreto retangulares pelo confinamento com manta de fibras de carbono. O objetivo é avaliar o desempenho e a eficiência do reforço em pilares retangulares não armados, com altura de 800 mm e relação entre os lados igual a 2. Foram ensaiados dois grupos de pilares, um sem reforço e outro reforçado. Foram idealizados modelos numéricos com o Método dos Elementos Finitos utilizando-se o Abaqus. O modelo numérico permitiu analisar a distribuição das tensões nos pilares. Os resultados experimentais de força máxima foram comparados com previsões analíticas. Os resultados obtidos indicam eficiência do reforço por meio de melhoria na ductilidade e aumento da capacidade de carga em 30%.

Para o entendimento do comportamento ao cisalhamento de vigas de concreto reforçadas com fibras de aço e sem a utilização de estribos, foram estudadas experimentalmente vigas por meio de ensaios de flexão. Os parâmetros analisados foram duas classes deresistência à compressão (30MPa e 45MPa) e três quantidades de fibras (40kg/m³, 60kg/m³ e 80kg/m³), além de um traço de referência. Uma comparação analítica dos resultados experimentais com modelos de cálculos de regulamentações normativas e de trabalhos científicos foi estudada para a previsão da força de ruína das vigas. Os resultados experimentais demonstraram ganhos na resistência última ao cisalhamento proporcionado pelas fibras de aço, evidenciando seu grande potencial frente ao esforço de cisalhamento. O modo de ruína das vigas não foi alterado para as quantidades de fibras e classes de resistência estudadas. Porém, maior capacidade de carga e de deformação foi evidenciada com o aumento da quantidade de fibras e do f_ck. O modelo da norma brasileira NBR 16935 (ABNT, 2021a) mostrou excelente resultado na previsão da força de ruína das vigas do grupo C30.

The tensile behaviour of concrete corresponds to approximately 10% of its compressive strength. This limitation can be overcome with the incorporation of short fibres in concrete. Adding fibres to concrete increases its direct tensile strength, flexural tensile strength, toughness and ductility, and improves its crack resistance and ability to absorb energy after cracking. This paper focuses on the effect of the incorporation of carbon nanotubes (CNTs) in concrete reinforced with steel fibres on the flexural strength, toughness and residual strength of the concrete. For this purpose, three-point flexural tests were performed on prismatic-notched specimens. Concretes were manufactured with 1% steel fibres and three different quantities of nanoparticles (0.05, 0.10 and 0.15%). Compressive strength tests were also carried out. The fibre-reinforced concrete with the lowest content of CNTs (0.05%) led to an increase in maximum flexural strength by 9% when compared with the addition of only steel fibre and by more than 48% for the concrete without fibres. In addition, the residual strength also increased, leading to greater rigidity, toughness and load-bearing capacity.

Wide-shallow beams (WSBs) are structural elements characterized by having a width larger than its depth. They have special application on structures where beams must have the same thickness than the floor due to architectural requirements. Maximum spacing of shear reinforcement legs shall be provided to meet minimum shear reinforcement, restrain the growth of inclined cracking and improve ductility of the beam. As it depends on the effective height, WSBs usually require closer stirrup spacing, leading to high transverse reinforcement ratio. Steel fibers can be used in reinforced concrete beams to increase shear strength and even replace stirrups. However, most studies about the subject does not apply or is only partially related to WSBs. In this study, ten simply-supported WSBs were tested under a four-point loading system to investigate their shear behavior. Beams, with a total depth of 100 mm, width of 150 mm and 650 mm span, were cast with different amounts of steel fibers (0, 25, 35 and 45 kg/m³). Moreover, beam with minimum amount of transverse shear reinforcement were also produced. The main effects of the fibers, even in small amounts, were providing a flexural residual strength to the concrete and increasing the shear strength of the WSBs, delaying the diagonal shear crack development. The behavior of 45 kg/m³ steel fibers WSBs was significantly modified in relation to the beam without shear reinforcement. Most of the analytical models studied showed a good estimate (about 11% higher than the experimental value) of the shear strength of the WSBs analyzed.

RESUMO O concreto é um material com elevada frequência de utilização em construções brasileiras e em edificações de países ao redor do mundo. Fatores como os custos reduzidos dos materiais, elevado volume de pesquisa e resistência elevada, colaboram para a grande utilização do concreto como material de construção. Entretanto, o concreto tem baixa resistência à tração, fissura facilmente e apresenta pequena capacidade de deformação. O concreto reforçado com fibras (CRF) foi desenvolvido na década de 60 e é um material que apresenta uma boa resposta mecânica em termos de resistência residual após a fissuração da matriz e consequentemente um comportamento mais dúctil do que o concreto sem fibras. Entretanto, o efeito da adição de fibras no concreto restringe-se somente a fase pós-fissuração do processo de carregamento. As fibras não tem efeito no comportamento que antecede a carga de pico. Avanços recentes em nanotecnologia têm possibilitado a produção de nanopartículas, em especial, nanotubos de carbono. Tratam-se de nanopartículas que podem ser utilizadas como reforço da matriz cimentícia para atuar ao nível de sua nanoestrutura. A pesquisa proposta estuda o comportamento de concretos contendo a incorporação de nanotubos de carbono e também de concretos reforçados com fibras de aço (CRFA) juntamente com a adição de nanotubos de carbono. A pesquisa tem o objetivo de avaliar melhorias na resposta dos concretos e dos CRFA, a partir da incorporação das nanopartículas de carbono. Foram realizados ensaios de compressão e de flexão em três pontos em corpos de prova prismáticos entalhados. Foi constatado que os nanotubos de carbono permitem reduzir a absorção de água e melhorar a mobilidade das misturas (de concreto e de CRFA) no estado fresco. Também foram observados aumentos, na resistência à compressão axial e resistências flexionais dos materiais concreto e CRFA quando da adição de nanotubos de carbono.

RESUMO A resistência à compressão do concreto e seu módulo de elasticidade são propriedades mecânicas de fundamental importância no projeto de novas estruturas. Para o caso ainda de estruturas já existentes que, porventura tenham a necessidade de serem reforçadas, as estimativas das propriedades do concreto existente são necessárias para o cálculo da capacidade de carga do elemento estrutural. A presente pesquisa tem como objetivo apresentar parâmetros para a estimava das propriedades mecânicas do concreto (resistência à Compressão e módulo de Elasticidade) por meio de ensaio não-destrutivos (END) e estabelecimento de curvas de correlação em concretos com resistência nominal classes C20 a C50. Para a elaboração das curvas fez-se uso de três métodos não destrutivos, entre eles, o ensaio de velocidade de propagação de onda ultrassônica (VPU), índice esclerométrico (IE) e o ensaio de resposta acústica (RA). Para estimar as propriedades de resistência (fc) e módulo (Ec) foram desenvolvidas curvas de correlação simples, IE x fc e VPU x fc e múltiplas VPU x IE x fc. A partir da correlação múltipla foram elaboradas curvas de Iso-resistência conforme a metodologia denominada SonReb. Para a estimativa do módulo de Elasticidade estático (Ec), fez-se um estudo de correlação com módulo dinâmico (Ed). Os resultados demonstram que há relação entre os módulos, bem como a influência da resistência à compressão do concreto na determinação do módulo de elasticidade dinâmico. A estimativa das propriedades do concreto por meio de curvas de correlação apresentou resultados satisfatórios, onde, as equações analíticas apresentaram margem de erro menores do que 10%.

Esta pesquisa baseia-se na investigação das propriedades mecânicas do concreto reforçado com fibras (CRF) híbridas de Polipropileno (PP). São duas formas de fibras a serem investigadas: macrofibras e microfibras de PP, para tanto foram estudados 10 grupos de CRF. A premissa da pesquisa é que as duas formas de fibras de PP trabalhem conjuntamente contribuindo em estágios distintos do histórico de carregamento do material na flexão: as microfibras devido a maior dispersão na matriz atuem na interceptação de microfissuras e com as macrofibras, espera-se a contribuição no sentido de evitar a propagação da fissuração de forma a aumentar a tenacidade do material. Para tanto, foram desenvolvidos ensaios de flexão em quatro pontos em corpos de prova prismáticos (150 x 150 x 500 mm) seguindo-se a metodologia indicada pela norma Japonesa JSCE-SF4 (1984). Foram também moldados corpos de prova cilíndricos (100 x 200 mm) e submetidos a ensaios de compressão para obtenção da resistência axial e do módulo de elasticidade, bem como, a resistência à tração indireta. Os resultados mostraram que através do processo de hibridização foi possível a obtenção de CRFs com melhores resultados em termos de aumento da tenacidade, bem como das tensões residuais.

Para a estimativa da resistência do concreto de estruturas de edificações em utilização, o método de maior confiabilidade é a extração e a ruptura de testemunhos de concreto, pois é parte da estrutura, e obedece às condições de umidade, adensamento e cura da estrutura em análise. No entanto, esse método exige a tarefa de recomposição adequada de todos os locais onde foram efetuadas a extração do concreto por meio da recuperação da área afetada pelo furo. Por outro lado, métodos de ensaios não destrutivos (END), podem ser utilizados para obter informações sobre as propriedades do concreto e avaliar suas condições. Nesse trabalho são abordados dois métodos de END, esclerometria e velocidade de propagação do pulso ultrassônico (VPU), com o intuito da obtenção, para os concretos aqui analisados, de curvas de correlação simples e múltiplas entre a resistência do concreto (fc) e as grandezas medidas através dos referidos ensaios, índice esclerométrico (IE) e a VPU, respectivamente. Para tanto, foram moldados corpos de prova cilíndricos (150 x 300 mm) e blocos (300 x 400 x 600 mm) utilizando-se quatro tipos distintos de concretos coletados em diferentes obras da cidade de Maringá durante a fase de concretagem da estrutura. Os corpos de prova foram submetidos aos ensaios nas idades de 7, 14, 28, 56 e 91 dias e, nos blocos foram realizadas as extrações de testemunhos de concreto nas idades de 7, 28 e 91 dias. Os resultados obtidos a partir dos ensaios (esclerometria, VPU e compressão axial) realizados nos corpos de prova cilíndricos (CPs) e nos testemunhos de concreto (TCs) foram correlacionados com vistas à obtenção de um modelo matemático para estimar a resistência dos concretos aqui estudados. Foram estabelecidas correlações simples, obtidas a partir de resultados de um único END, bem como correlações múltiplas combinando-se os resultados obtidos com os dois ENDs. Os modelos matemáticos obtidos por meio do estudo aqui desenvolvido, principalmente aqueles provenientes dos ensaios realizados nos TCs, podem ser aplicados para a estimativa da resistência dos concretos analisados, pois apresentam forte correlação e erros que se limitam na faixa de 10%.