COMPARATIVE ANALYSIS OF COMPRESSION OF CONCRETE PARTS WITH THE ADDITION OF POLYPROLYLENE MACROFIBERS AND MICROFIBERS
REGISTRO DOI: 10.69849/revistaft/ra10202411300511
Antonio Ithalo de Castro Frazão1
Danilo Teixeira Mascarenhas de Andrade2
Henrique Barbosa Costa Leão3
Resumo
Uma das principais barreiras à adoção de novos materiais no setor da construção é o custo inicial elevado. Por isso, surge a necessidade de analisar o custo de manutenção desses materiais, a fim de justificar o investimento inicial e demonstrar os benefícios a longo prazo. Diante dessa necessidade, esse estudo propôs analisar as principais vantagens da adição de micro e macrofibras de polipropileno no concreto. O estudo foi realizado por meio de uma abordagem experimental, comparando a resistência à compressão dos corpos de prova com e sem adição de fibras. Os resultados apontam maiores resistência a compressão nos corpos de prova sem adição de fibras, e menores fissuras nos corpos de prova com adição de fibras. Destacamos, por fim, que a utilização de fibras no concreto, é especialmente vantajosa em construções expostas a impactos ou vibrações.
Palavras-chave: Concreto. Microfibras. Macrofibras. Vantajosa.
1 INTRODUÇÃO
Os tipos de estruturas mais comuns na construção civil são do tipo concreto armado, metálicas e madeira. Cada uma possui suas peculiaridades, logo a escolha de sua utilização depende de inúmeras variáveis, para uma melhor economia e segurança de sua obra. Estruturas possuem a função de transmitir as cargas dos pavimentos superiores até a fundação (BUSANELLO, 2019).
Dentre os vários tipos de estruturas, o mais comum são as construções em concreto armado, esse método construtivo se sobressai em alguns aspectos quando comparado aos outros métodos construtivos, como por exemplo: mão de obra abundante, materiais acessíveis, elevada resistência à compressão e a tração, baixo custo de manutenção. Em contrapartida não é nada sustentável, reforma trabalhosa, alto peso próprio (VIEIRA, 2023).
Vigas de concreto armado são estruturas compostas por concreto e armaduras, cuja sua quantidade e disposição depende basicamente dos esforços a qual as mesmas estão sendo solicitadas. Possuem função de receberem cargas das lajes e transmitirem aos pilares, são elementos dispostos de forma longitudinal e possuem diversos tipos, como: vigas continuas, vigas bi apoiada, vigas em balanço (BASTOS, 2017).
Quais as principais vantagens e desvantagens obtidas com adição de macro e micro fibras de polipropileno em vigas de concreto armado?
Com isso, temos as seguintes hipóteses:
H1: As propriedades mecânicas do concreto, irão ter uma melhora significativa, aumentando a resistência do concreto e suas propriedades.
H2: Com a adição das fibras, as propriedades mecânicas do concreto podem ser prejudicadas, afetando a durabilidade e qualidade da estrutura.
H3: As fibras podem ser utilizadas para redução de fissuração por compressão, suportando esforços ao cisalhamento.
Com isso, o objetivo é analisar as principais vantagens e desvantagens obtidas com a adição de fibras polipropileno em peças de concreto armado.
Dado a justificativa teórica, as estruturas de concreto reforçado em um edifício, frequentemente estão sujeitas a tensões de tração e compressão, que se não forem projetadas adequadamente podem resultar em fadiga, fissuras e colapso da estrutura. A incorporação de fibras no concreto, devido ao seu custo inferior em relação às fibras de aço convencionais e às propriedades que melhoram a resistência mecânica do composto, podem ser uma alternativa viável no mercado, substituindo as fibras de aço devido às suas propriedades semelhantes e maior acessibilidade (SILVA, 2023).
Entretanto a justificativa prática ressalta melhorias para o cotidiano na engenharia é sempre importante, diante disso buscar reforços para os elementos estruturais, em destaque as vigas proporcionam construções mais seguras e econômicas. Observar as desvantagens também é importante, pois assim é possível identificar os pontos que precisam de melhorias (COLOMBARI, 2019).
Na justificativa social é relevante contemplarmos o avanço da ciência dos materiais e das técnicas desenvolvidas para a utilização do concreto armado na engenharia civil, foram criados métodos para aumentar a resistência mecânica das estruturas de concreto no seu estado endurecido, suportando os elementos estruturais e esforços a tração, reduzindo riscos de fissuras local, adicionando fibras sintéticas convencionais em sua composição, ampliando a durabilidade das estruturas de concreto que geralmente são projetadas para durar por vários anos, sendo um meio economicamente mais viável, favorecendo o avanço tecnológico e ampliando a segurança nas edificações (SUK; FERRARI, 2024).
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
2.1 As estruturas na construção civil: compreendendo os conceitos
Os primeiros materiais a serem utilizados com fins construtivos foram pedra e madeira, passados alguns anos o ferro e aço também passaram a serem utilizados. Para que determinado material possa ser utilizado como elemento construtivo ele deve proporcionar conforto, segurança e uma certa economia ao usuário. Muitas vezes um único material não consegue suprir essas necessidades. A pedra possui uma alta resistência à compressão, porém baixa a tração, o aço e a madeira entram em contrapartida, a madeira com uma durabilidade limitada principalmente se utilizada em contado com o meio hídrico, já o aço precisa de revestimento, pois sofre corrosão facilmente (SOUSA; FARTO, 2020).
Diante disso foram surgindo inúmeros tipos de estruturas, como estruturas metálicas, estruturas de madeiras e de concreto armado cada uma com suas peculiaridades com o intuito de adequação aos diferentes ambientes em que as construções estavam sendo feitas, aos esforços a quais eram solicitadas, do ponto de vista mais econômico. As estruturas metálicas possuem como principais vantagens a baixa massa específica, grande facilidade em vencer grandes vãos, rapidez no processo de execução, menor desperdício, dentre outras vantagens.
Em contrapartida, construções em concreto possuem alta massa específica, fácil execução etc (SIQUEIRA; MACIEL, 2019).
Na construção civil estruturas são denominadas como sendo a parte resistente das edificações, ou seja, funciona como o esqueleto da construção. A concepção estrutural e dimensionamento estrutural são de extrema importância para uma construção econômica e segura. Atualmente tem-se vários tipos de estrutura, isso permite uma ampla possibilidade para a escolha do seu método construtivo (KRIPKAR, 2020).
A escolha do método construtivo depende de inúmeras variáveis, como o local onde será realizada a construção, esforços a qual será solicitado. No Brasil atualmente, construções com perfil metálico tem ganhado um grande avanço, substituindo o concreto armado em algumas ocasiões, como em situações que é necessário vencer grandes vãos, e precisa-se de estruturas com baixa sobrecarga, por outro lado construções em concreto armado ainda são as mais utilizadas no cenário nacional, por ter uma mão de obra mais acessível, materiais encontrados facilmente no mercado e de fácil manuseio, dentre outros fatores (MENDES, 2023).
As estruturas de concreto pré-moldadas na engenharia civil, têm ganhado uma certa importância nas construções civis, desse modo, essas estruturas são fabricadas previamente no canteiro de obras, possibilitando a agilidade na execução, além de promover uma redução de custos e uma melhor gestão de projetos. Elementos estruturais como pilares, vigas e lajes, são fabricados utilizando essa metodologia, no Brasil esse princípio de produção vem perdendo uma certa notoriedade, por conta da economia instável no país, escassez do manuseio dos elementos e de oferta de equipamentos (TITO; NASCIMENTO; PIRES, 2023).
2.2 Estruturas de Concreto Armado
Antes da introdução do concreto na construção civil, os materiais predominantes eram a pedra natural, o ferro e a madeira. No entanto, com o advento do concreto, esses materiais encontraram uma alternativa eficiente. O concreto passou a desempenhar um papel crucial como material estrutural, capaz de suportar esforços de compressão ao longo de sua vida útil e proporcionar durabilidade às construções. Apesar dessas vantagens, o concreto apresenta uma limitação significativa: sua baixa resistência à tração. Isso o torna frágil em determinadas situações. Para contornar essa fraqueza, são adicionadas armaduras de aço ao concreto, proporcionando resistência adicional aos esforços de tração (TAVARES; ARAÚJO; LIMA; JÚNIOR, 2022).
O concreto armado é um sistema estrutural definido por massa de concreto e barras de aço, onde são dispostas em locais estrategicamente posicionadas dentro da estrutura, esse material além de ser durável nas construções civis, contribui para a durabilidade e a resistência da construção, contendo características de alta resistências a esforços e influências exteriores. As estruturas de concreto em conjunto com as peças de aço, resistem aos esforços de tração, que ocorrem principalmente na direção longitudinal da região tracionada, promovendo uma solução eficaz para lidar com as demandas estruturais e contribui para a resistência da construção (MACINI; PEDREIRO, 2023).
Para proporcionar a integridade física das pessoas, o bem-estar, conforto e segurança, é crucial avaliarmos o desempenho das estruturas, explorando alguns conceitos que o concreto armado proporciona durante toda a construção e o seu tempo de vida, levando em consideração a manutenção que deverá ser feita periodicamente. As manutenções são realizadas segundo as Normas Brasileiras, para que as estruturas existentes possam ser avaliadas e exerçam sua função em uma edificação e para não se distinguir daquelas planejadas no projeto de estruturas (GASPARETTO; PANTOJA; RAMIRES, 2021).
As estruturas de concreto armado, além de serem bastante utilizadas em diversas etapas da construção civil, são excepcionalmente resistentes e possuem capacidade de suportar grandes cargas, entretanto elas possuem uma vida útil e fazem parte da composição estrutural. Interpreta-se como vida útil desse material, o tempo máximo em que as estruturas conseguem exercer suas principais funções, no entanto a principal adversidade é o envelhecimento do material, logo isso torna irremediável em razão de que os materiais ao completarem 20 anos de idade necessitam de manutenções corretivas, para evitar desgastes, falhas e danos em sua vida útil (SANTOS; FARIAS; SOUSA; PONTES, 2017).
O concreto armado é uma estrutura que está ao nosso derredor, bastante presente nas construções civis atualmente, devido a versatilidade das propriedades mecânicas do concreto combinado com a resistência do aço, as vantagens que podem ser descritas por esse material são inúmeras, entre elas podemos citar: a trabalhabilidade do concreto que permite ser moldado segundo ao projeto arquitetônico, a sua resistência a esforços de tração e compressão, a durabilidade que permite com que possam ser expostos em um determinado ambiente ao longo de sua vida útil, além de poderem ser utilizadas pré-moldadas (OLIVEIRA; SOARES; SANTOS, 2020).
2.3 Vigas de concreto armado com adição de fibras
Na construção de elemento estrutural, a priori é posicionado as armaduras que foram determinadas de acordo com o projeto estrutural, depois confeccionadas as formas onde elas precisam de escoramento, depois de concluído todo esse processo, o concreto é lançado de maneira a preencher o volume desejado e adensado corretamente, para que se consiga a menor quantidade de vazios possíveis. Após a cura do concreto a desforma é feita, e finalizado a fase de construção das peças de concreto armado (MELO, 2021).
Existem diversos tipos de elementos estruturais como pilares, vigas e lajes, o processo de dimensionamento e construtivo dos mesmos consiste basicamente na análise dos esforços a qual estão sendo submetidos e assim construídos da maneira correta, podem serem pré-fabricados ou in loco, a escolha do melhor método vai depender principalmente do tempo em que se espera para que a obra finalize, e analise do método mais econômico para cada situação (PEREIRA, 2021).
Com o intuito de melhorar a durabilidade e o desempenho do concreto e da argamassa, foram desenvolvidas técnicas para adicionar fibras no concreto armado, trazendo benefícios a estrutura como tal: a redução as fissuras de retração, desenvolver resistência à tração, proporcionar a absorção de energia (impactos) e a redução de custos. A criação de fibras de carbono e de vidro, foram exemplos de um dos principais estimuladores dessa nova tecnologia, além do concreto têxtil que foi utilizado para reforçar vigas de concreto armado, devido a sua variedade de características e formas e facilidade de se adaptar em diferentes situações e casos estruturais (HERMES, 2023).
Com o avanço tecnológico na construção civil e a produção em alta escala de novos materiais utilizados, as fibras de vidro juntamente com outros utensílios, colaboram para a melhora do desempenho e da vida útil do concreto armado presentes nas vigas, suportando de forma eficaz a agressividade ambiental que o material é exposto. Entretanto as barras poliméricas com adição de fibras de vidro, requer uma atenção maior, por conta do seu módulo de elasticidade baixo, possibilitando uma deformação nos elementos estruturais armados (EUFLASIO, 2023).
As fibras de aço têm se tornado cada vez mais populares no Brasil, sendo amplamente utilizadas para reforçar o concreto estrutural e refratário. Elas são fabricadas a partir de fios de aço ou chapas laminadas com baixo teor de carbono e são aplicadas com eficiência e economia de material. Seu principal propósito é aprimorar o desempenho dos elementos estruturais, minimizar a ocorrência de fissuras e garantir uma vida útil prolongada. Recentemente, tem havido um foco significativo na análise do comportamento de vigas de concreto armado reforçadas com fibras de aço, visando entender as vantagens desse material e sua contribuição para a estabilidade estrutural (OLIVEIRA, 2022).
As fibras de polipropileno podem ser classificadas em dois tipos principais: microfibras e macrofibras. As microfibras (figura 1) por sua vez, podem ser encontradas em duas formas: monofilamento e fibriladas. As fibras fibriladas apresentam uma estrutura em malha formada por filamentos finos com seção retangular. Essa estrutura em malha contribui para uma maior adesão entre a fibra e a matriz, promovendo um efeito de intertravamento. Já as fibras de monofilamento são compostas por fios cortados em um comprimento padronizado (PILS; SILVIO, 2019).
Figura 1 – Microfibras
Fonte: Autor, 2024.
3 METODOLOGIA
Este estudo de caso é uma pesquisa quantitativa, que utiliza dados empíricos para comparar a resistência do concreto em ensaios laboratoriais. O foco está na análise do comportamento do concreto à compressão, investigando o impacto da adição de micro e macro fibras de polipropileno de reforço. O objetivo é identificar o componente mais eficiente e vantajoso em termos de resistência à tração e compressão. Inicialmente, é essencial compreender o processo de produção do concreto para incorporar adequadamente as fibras, de acordo com os objetivos e metas a serem alcançados a longo prazo (OLIVEIRA, 2023).
Essa pesquisa é descritiva, tendo como finalidade analisar as características, benefícios e desempenho da estrutura de concreto armado, ao serem submetidas a esforços de flexão e compressão, reforçando-as com microfibras e macrofibras de prolipropileno. São examinados os elementos constituintes e as propriedades das fibras, buscando obter uma compreensão inicial, esclarecendo o fenômeno em questão e especificando a aprovação ou a desaprovação dessas fibras nas estruturas de concreto armado (LOPES; MOREIRA; SILVA; SOUZA, 2023).
Essa pesquisa é experimental, é um método de investigação em que o pesquisador manipula variáveis independentes para observar os efeitos que essas manipulações têm sobre variáveis dependentes. Esse tipo de pesquisa é caracterizado pela aplicação de tratamentos ou intervenções controladas, enquanto outros fatores são mantidos constantes ou controlados. Tendo como principal objetivo comparar as vantagens quanto a resistência a compressão do concreto quando adicionado microfibras e macrofibras de prolipropileno. Através de testes é estabelecido relações de causa e efeito entre as variáveis.
Neste estudo, a população em foco o concreto utilizado em obras de residências unifamiliares, sendo representada por 12 corpos de prova. Estes são submetidos a testes de resistência à compressão, sendo reforçados com microfibras e macrofibras de polipropileno. Os primeiros quatro corpos de prova são testados após 14 dias de cura do concreto, sem adição de fibras. Em seguida, outros quatro são testados com adição de microfibras, e os últimos quatro são reforçados com macrofibras. O objetivo deste experimento é realizar uma análise comparativa para identificar o corpo de prova mais vantajoso.
A obtenção de dados é realizada por meio de ensaios laboratoriais conduzidos na prensa hidráulica, complementados por relatórios detalhados e registros fotográficos dos corpos de prova. Esses registros documentam-se não apenas a resistência do concreto sob alta compressão, mas também detalham as fissuras observadas e o estado pós-ruptura do material. Esse método permite uma análise abrangente para identificar o concreto mais resiliente e compreender melhor seu comportamento sob condições de estresse extremo.
Os dados são analisados, através de métodos comparativos dos resultados encontrados nos ensaios de laboratório, empregando uma abordagem sistemática. Esta análise compreende a avaliação dos resultados tanto do concreto reforçado quanto do não reforçado com essas fibras, utilizando uma prensa hidráulica de laboratório. Os registros numéricos da resistência do concreto e os dados consolidados serão meticulosamente documentados em planilhas para uma análise precisa e abrangente. Após o discernimento dos resultados, é examinado os corpos de prova para identificar se estes estão de acordo com o esperado ou se há razões para possíveis discrepâncias.
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES
Para comparar o impacto das micro e macro fibras de polipropileno na resistência à compressão do concreto utilizado em obras de residências unifamiliares, utilizando 12 corpos de prova, obteve-se os seguintes resultados, conforme tabela 1. Inicialmente quatro corpos de prova, sem adição de fibras, são testados após 14 dias de cura. Este grupo servirá como controle para comparação dos resultados obtidos com o concreto reforçado. O segundo grupo consistirá em quatro corpos de prova reforçados com microfibras de polipropileno, que também foram testados após 14 dias de cura. O último grupo composto por quatro corpos de prova reforçados com macrofibras de polipropileno, testados após o mesmo período de cura de 14 dias.
Tabela 1 – Ensaio de resistência à compressão
Fonte: Autor, 2024.
Os corpos de prova sem a utilização de fibras apresentaram as maiores resistências quanto a compressão, resultando numa média de 16,26 MPa. Obteve-se também o corpo de prova com maior resistência, conforme figura 2. Somado a isso também foi observado as maiores fissurações nos corpos de prova, conforme figura 3.
Figura 2 – Maior resistência sem fibras
Fonte: Autor, 2024.
Figura 3 – Fissuração sem fibra
Fonte: Autor, 2024.
Foi observado que a adição de fibras no concreto limita a propagação de fissuras, aumentando a durabilidade e a ductilidade do material. Em contrapartida, nesse caso, onde o tempo de cura foi de 14 dias, isso pode comprometer a resistência máxima, especialmente a compressão, conforme figura 4 e figura 5.
Figura 4 -Resistência com microfibra
Fonte: Autor, 2024.
Figura 5 – Fissuração com microfibra
Fonte: Autor, 2024.
5 CONCLUSÃO
Esse equilíbrio entre resistência e controle de fissuras é realmente essencial em projetos de engenharia, especialmente em estruturas expostas a condições severas, como impactos e vibrações. O controle de fissuras ajuda a evitar a propagação de danos que possam comprometer a integridade da estrutura ao longo do tempo, enquanto a resistência assegura que a estrutura consiga suportar as cargas e forças a que é submetida.
Assim, a análise comparativa do concreto com adições de micro e macro fibras de polipropileno evidencia que a sua utilização é mais vantajosa em construções sujeitas a impactos (como pontes, pisos industriais ou áreas de tráfego pesado) ou vibrações (como em fábricas, usinas e áreas com tráfego intenso de veículos), esse equilíbrio garante que a estrutura tenha uma vida útil prolongada, reduzindo a necessidade de manutenção frequente. Além disso, ele contribui para a segurança da edificação, minimizando riscos de falhas que poderiam ser causadas por fissuras não controladas.
Ao considerar esses aspectos no projeto, é possível criar soluções mais eficazes e econômicas, que atendem às exigências de performance e minimizam os custos com reparos e manutenção no futuro.
O tempo de cura do concreto foi reduzido para 14 dias, enquanto a pretensão inicial era de 28 dias. Essa redução pode ter influenciado as propriedades mecânicas e durabilidade do concreto, podendo resultar em um ganho de resistência inferior ao esperado para a idade de 28 dias. A cura inadequada ou insuficiente pode também afetar a impermeabilidade e a resistência à corrosão, comprometendo a durabilidade do material a longo prazo. É importante ressaltar que as condições ideais de cura não foram plenamente atendidas durante o processo de execução.
Recomenda-se que, para trabalhos futuros, o tempo de cura do concreto seja rigorosamente seguido conforme as especificações, com duração mínima de 28 dias. A cura adequada é fundamental para o desenvolvimento completo da resistência do concreto e para garantir suas propriedades de durabilidade, como resistência à corrosão e impermeabilidade. A redução do tempo de cura pode resultar em perdas significativas na qualidade do material, impactando diretamente o desempenho estrutural e a vida útil do concreto. Além disso, devese considerar o monitoramento contínuo das condições de cura, como temperatura e umidade, para assegurar que o processo ocorra de forma controlada e eficaz. Somado a isso, é importante revisar a porcentagem de fibras e a relação com a água/cimento, levando em consideração o impacto da absorção de água pelas fibras para evitar problemas com a hidratação do cimento e garantir as propriedades desejadas para o material final. Uma revisão do protocolo experimental, talvez ajustando a quantidade de água ou modificando a proporção de fibras, pode ser necessária.
REFERÊNCIAS
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1 Discente do Curso Superior de Engenharia Civil do Instituto Centro Universitário Santo Agostinho Campus Anexo II. e-mail: castroithalo@gmail.com
2 Docente do Curso Superior de Engenharia Civil do Instituto Centro Universitário Santo Agostinho Campus Anexo II. Mestre em Ciência e Engenharia dos Materiais (UFPI). e-mail: danilotma@msn.com
3 Discente do Curso Superior de Engenharia Civil do Instituto Centro Universitário Santo Agostinho Campus Anexo II. e-mail:henriqueleao03@hotmail.com