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Influencia da Adição de Fibras de Polipropileno no Comportamento das Juntas de Argamassa

Analysis of Polypropylene Fibers Reinforcement on the Behavior of Mortar Joints

Cícero Thiago Figueiredo de Araújo (Mestrando) (1); Sebastião Coelho Marinho Falcão (Iniciação Científica) (2); Aline da Silva Ramos Barboza (Orientadora) (3)

(1) Eng°. Civil, Cícero Thiago Figueiredo de Araújo, Universidade Federal de Alagoas - UFAL

email: [email protected]

(2) Graduando, Sebastião Coelho Marinho Falcão, Universidade Federal de Alagoas – UFAL email:[email protected]

(3) Doutora, Enga. Civil Aline da Silva Ramos Barboza, Universidade Federal de Alagoas - UFAL

email: [email protected]

Campus A. C. Simões – Rodovia BR 104 km 14 – Tabuleiro dos Martins – Maceió – Alagoas CEP.: 57072-970 – Telefone: (82) 32141277/32141276

Resumo

Neste trabalho estuda-se o comportamento da ligação entre elementos pré-moldados através de juntas de argamassa com adição de fibras de polipropileno, avaliando o desempenho das mesmas quando solicitadas a cargas de compressão. Tal motivação vem em decorrência de que o comportamento de um sistema estrutural com elementos pré-moldados está intimamente ligado ao desempenho das suas ligações, que são responsáveis, entre outros, pela distribuição dos esforços na estrutura. Por sua vez, as ligações são regiões de comportamento complexo, onde ocorrem concentrações de tensões e, portanto, merecem atenção especial por parte dos pesquisadores e projetistas. O modelo proposto para análise do comportamento da ligação é composto de dois blocos de concreto armado com dimensões 10x10x20cm, unidos entre si por uma argamassa de cimento e areia com adição de resíduo oriundo do beneficiamento de mármore e granito, desenvolvida em laboratório numa dissertação de mestrado, a qual recebeu adição de fibras de polipropileno. Fez-se uma avaliação numérica do modelo proposto através do programa de elementos finitos ANSYS 7.1® considerando argamassas com adição de 0 a 20% de fibras de polipropileno que será posteriormente validado num programa experimental. Pelos dados obtidos numericamente, constatou-se que o incremento de fibras até a taxa de 3% não aumentava significativamente o desempenho da junta e, consequentemente, do modelo. Entretanto, observou-se um ganho na capacidade de deformação horizontal e vertical da mesma, para teores acima de 4%, prorrogando, com isso, o seu descolamento do modelo, fazendo com que o sistema mantenha por mais tempo sua capacidade resistente, o que significa um aumento da ductilidade no comportamento da ligação.

Palavras-Chave: fibras, polipropileno, junta, pré-moldado

1o. Encontro Nacional de Pesquisa-Projeto-Produção em Concreto pré-moldado.

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1 Introdução A Construção Civil tem sido considerada uma indústria atrasada quando comparada

a outros ramos industriais. A razão de assim considerá-la é baseada no fato dela apresentar, de uma maneira geral, baixa produtividade, desperdícios de materiais, morosidade e baixo controle de qualidade. Uma das formas de se buscar a redução desse atraso é com o emprego de técnicas associadas à utilização de elementos pré-moldados. Para os sistemas estruturais, na parcela relativa às formas e ao cimbramento, normalmente de maior incidência no custo do concreto armado, a utilização do concreto pré-moldado pode atuar no sentido de diminuir os custos. A pré-moldagem estaria ainda melhorando as condições de trabalho na construção civil, que normalmente é considerado sujo, difícil e perigoso (EL DEBS, 2000). As ligações possuem importância relevante no projeto das estruturas pré-moldadas. As mesmas interferem tanto na produção (execução de parte dos elementos adjacentes às ligações, montagem da estrutura e execução das ligações propriamente dita) quanto no comportamento da estrutura montada. Em geral, as ligações mais simples normalmente acarretam estruturas mais pobre do ponto de vista do comportamento estrutural.

CHEFDEBIEN (1996) afirma que o desenvolvimento de modelos, devidamente calibrados por meios de resultados experimentais, capazes de simular o comportamento das ligações pré-moldadas, parece ser uma tendência bastante atrativa. Porém, essa é uma tarefa difícil devido à multiplicidade de interfaces e materiais utilizados. Uma outra opção é a realização de simulações numéricas através da utilização de programas de computador baseados no Método dos Elementos Finitos.

Atualmente, existem programas computacionais acadêmicos e comerciais capazes de simular fenômenos complexos em determinadas circunstâncias, tais como: atrito, escorregamento, contato, interação, aderência, entre outros. Entretanto ainda existem dificuldades na elaboração de um modelo capaz de representar de maneira precisa o comportamento real da ligação entre elementos de concreto pré-moldado pela diversidade de esforços envolvidos e pelo particular comportamento do concreto (não-linearidade física), que tem sido motivo de muita pesquisa.

A partir de uma revisão da literatura apresentam observou-se que dentre os diversos tipos de ligações, a ligação entre elementos pré-moldados intercalando uma junta de argamassa aparece entre aduelas pré-moldadas de pontes e de torres e ainda como componente em partes comprimidas de ligações sujeitas à flexão. Um estudo inicial de juntas de argamassa procurou avaliar os parâmetros de influência desse tipo de ligação e verificou que a deformabilidade relativa dos dois materiais representava o principal fator de perda da capacidade resistente do conjunto. Nesse aspecto, este trabalho tem como objetivo principal avaliar numericamente o comportamento de juntas de elementos pré-moldados preenchidos com argamassa com adição de fibras de polipropileno, obtendo informações que possam caracterizar maior ductilidade para a junta pela maior deformabilidade da argamassa propiciada pela adição das fibras e assim subsidiar um programa experimental a ser desenvolvido posteriormente visando obter recomendações práticas de projeto. Trata-se de um trabalho desenvolvido como parte de um programa de pesquisa em novos materiais, com ênfase também no desenvolvimento sustentável pela utilização de resíduos na industria da construção civil, uma vez que considera para preenchimento da junta uma argamassa de cimento e areia com adição de resíduos oriendos do beneficiamento de rochas ornamentais, e posteriormente será também analisado o comportamento de fibras obtidas a partir da reciclagem de pneus.


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2 Revisão Bibliográfica 2.1 Juntas de argamassa

Na colocação de um elemento pré-moldado sobre outro ou sobre elemento de concreto moldado no local, pode-se empregar uma camada de argamassa para promover o nivelamento e distribuir as tensões de contato.

A transferência de forças de compressão é governada pela deformabilidade relativa da argamassa da junta com o concreto dos elementos pré-moldados e pela ocorrência de estrangulamento da seção da junta.

De acordo com EL DEBS (2000) , como, em geral, a argamassa possui módulo de elasticidade mais baixo que o concreto dos elementos pré-moldados, ela tende a deformar conforme a Figura 1.a, produzindo tensões de tração no elemento pré-moldado. Ainda devido ao fato da argamassa ser mais deformável, a parte externa, como não é confinada, praticamente não trabalha, acarretando, para efeito de transmissão de tensões, um estrangulamento da seção. Assim, as tensões de compressão transmitidas na junta têm o aspecto da Figura 1.b. Devido a este efeito, também ocorrem tensões de tração nos elementos pré-moldados, como conseqüência do bloco parcialmente carregado.

EL DEBS (2000) afirma que o dimensionamento das juntas, em relação aos esforços de compressão, consiste em verificar as tensões de compressão na junta e verificar os elementos pré-moldados considerando as citadas tensões de tração. Para a verificação dos elementos pré-moldados pode simplificadamente levar em conta o efeito do bloco parcialmente carregado com a seção da junta reduzida, considerando que as partes externas com duas vezes a espessura da junta não trabalha, como mostrado na Figura 1.c.

No trabalho de BARBOZA (2002), foram ensaiados alguns modelos da ligação com juntas de argamassa colocando-se entre os segmentos pré-moldados uma almofada de apoio flexível à base de cimento com adição de fibras e modificada com látex, como uma alternativa ao apoio com elastômero na ligação viga-pilar. Os primeiros resultados mostraram um bom comportamento na distribuição das tensões de contato, resultando numa melhor acomodação para os elementos pré-moldados, conseqüentemente menor danificação da região de ligação, mesmo para elementos com superfície rugosa. Observou-se que a adição de fibras na argamassa da junta é uma forma de aumentar sua capacidade de deformação sem haver ruptura, mantendo-a íntegra por um maior período de tempo, durante a aplicação das cargas. As fibras atuam como um reforço aos esforços

a – tensões de cisalhamento devido ao módulo de elasticidade ser menor que do concreto

b – distribuição de tensões na junta devido a ineficiência da argamassa junto as faces externas

c – distribuição das tensões nos elementos pré-moldados mostrado a ocorrência de tensões de tração

Figura 1 – Comportamento de junta de argamassa submetida à compressão Fonte: EL DEBS(2002) – Concreto Pré-Moldado: Fundamentos e Aplicações


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de tração que ocorrem no interior da argamassa, retardando sua fissuração e ruptura, proporcionando um maior desempenho do sistema.

2.2 Materiais compósitos

Um material compósito é a combinação de dois ou mais materiais que tem propriedades que os materiais componentes isoladamente não apresentam. Eles são, portanto, constituídos de duas fases: a matriz e o elemento de reforço, e são desenvolvidos para otimizar os pontos fortes de cada uma das fases (BUDINSKI, 1996).

Na indústria mecânica, os compósitos são largamente empregados e geralmente são constituídos por matriz dúctil e fibra de ruptura frágil, como, por exemplo, os plásticos reforçados com fibras de vidro. Na construção civil, os compósitos são tipicamente constituídos por matriz frágil reforçada com fibra dúctil, como as argamassas reforçadas com fibras de polipropileno, embora haja exceções, como o cimento amianto, possivelmente o mais popular compósito da engenharia civil, no qual a matriz (pasta de cimento) e as fibras (amianto) apresentam ruptura frágil.

Ainda segundo BUDINSKI (1996), os materiais compósitos mais importantes são combinações de polímeros e materiais cerâmicos. Os produtos baseados em cimento Portland são considerados como materiais cerâmicos por apresentarem características típicas a este grupo de materiais, como, por exemplo, alta rigidez, fragilidade, baixa resistência à tração e tendência de fissuração por secagem.

Os polímeros são caracterizados por terem baixo módulo de elasticidade, ductibilidade variável e resistência à tração moderada. São extremamente versáteis e, dentro de certos limites, podem ser modificados para adaptar-se segundo necessidades específicas (TAYLOR, 1994).

Os materiais compósitos, originados da combinação das cerâmicas e dos polímeros, apresentam características mais apropriadas de resistência mecânica, rigidez, ductibilidade, fragilidade, capacidade de absorção de energia de deformação e comportamento pós-fissuração, quando comparado com os materiais que lhes deram origem.

Em todas as áreas do conhecimento um grande número de novos materiais pode ser desenvolvido a partir da combinação de outros. Para tanto, é necessário que se conheçam as propriedades mecânicas, físicas e químicas dos materiais de constituição e como eles podem ser combinados. 2.2.1 Materiais compósitos fibrosos

A história da utilização de compósitos reforçados com fibras como materiais de construção data de mais de 3.000 anos. Há exemplos do uso de palhas em tijolos de argila, mencionados no Êxodo, e crina de cavalo reforçando materiais cimentados. Outras fibras naturais têm sido utilizadas para conferir ductibilidade aos materiais de construção essencialmente frágeis (ILLSTON, 1994).

Contrastando com esses antigos materiais naturais, o desenvolvimento de polímeros nos últimos cem anos foi impulsionado pelo crescimento da indústria do petróleo. Desde 1930 o petróleo tem sido a principal fonte de matéria-prima para a fabricação de produtos químicos orgânicos a partir dos quais são fabricados plásticos, fibras, borrachas e adesivos (ILLSTON, 1994).

Uma grande quantidade de polímeros, com variadas propriedades e formas, tem sido desenvolvidos desde 1955. Para TAYLOR (1994), os materiais baseados em cimento Portland são opções naturais para a aplicação de materiais fibrosos a base de fibras


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poliméricas, uma vez que são baratos, mas apresentam problemas relativos à ductibilidade, resistência ao impacto e capacidade de absorção de energia por deformação.

Segundo JOHNSTON (1994), as fibras em uma matriz cimentada podem, em geral, ter dois efeitos importantes. Primeiro, elas tendem a reforçar o compósito sobre todos os modos de carregamento que induzem tensões de tração, isto é, retração restringida, tração direta ou na flexão e cisalhamento, e, secundariamente, elas melhoram a ductibilidade e a tenacidade de uma matriz frágil.

O desempenho dos compósitos reforçados com fibras é controlado principalmente pelo teor e pelo comprimento da fibra, pelas propriedades físicas da fibra e da matriz e pela aderência entre as duas fases (HANNANT, 1994).

JOHNSTON (1994) acrescenta o efeito da orientação e distribuição da fibra na matriz. A orientação de uma fibra relativa ao plano de ruptura, ou fissura, influencia fortemente sua habilidade de transmitir cargas. Uma fibra que se posiciona paralela ao plano de ruptura não tem efeito, enquanto que uma perpendicular tem efeito máximo.

TAYLOR (1994) apresenta os principais parâmetros relacionados com o desempenho dos materiais compósitos cimentados, assumindo que as variações das propriedades descritas abaixo são atingidas independentemente:

a. Teor de Fibra – Um alto teor de fibras confere maior resistência pós-fissuração e

menor dimensão das fissuras, desde que as fibras possam absorver as cargas adicionais causadas pela fissura;

b. Módulo de Elasticidade das Fibras – Um alto valor do módulo de elasticidade causaria um efeito similar ao alto teor de fibra, mas, na prática, quanto maior o módulo maior a probabilidade de haver o arrancamento das fibras.

c. Aderência entre a Fibra e a Matriz – As características de resistência, deformação e padrões de ruptura de uma grande variedade de compósitos cimentados reforçados com fibras dependem fundamentalmente da aderência fibra/matriz. Uma alta aderência entre a fibra e a matriz reduz o tamanho das fissuras e amplia sua distribuição pelo compósito.

d. Resistência da Fibra – Aumentando a resistência das fibras aumenta também a ductibilidade do compósito, assumindo que não ocorre o rompimento das ligações de aderência. A resistência da fibra dependerá, na prática, das características pós-fissuração desejadas, bem como do teor de fibra e das propriedades de aderência fibra-matriz.

e. Deformabilidade da Fibra – A ductibilidade pode ser aumentada com a utilização de fibras que apresentem alta deformação de ruptura. Isto se deve ao fato de compósitos com fibras de elevado grau de deformabilidade consumirem energia sob a forma de alongamento da fibra.

f. Compatibilidade entre a Fibra e a Matriz – A compatibilidade química,física e geométrica entre as fibras e a matriz é muito importante. A curto prazo, as fibras que absorvem água podem causar excessiva perda de trabalhabilidade do concreto. Além disso, as fibras que absorvem água sofrem variação de volume, e a aderência fibra/matriz é comprometida. A longo prazo, alguns tipos de fibras poliméricas não possuem estabilidade química frente à presença de álcalis, como ocorre nos materiais a base de cimento Portland. Nesses casos, a deterioração rápida das propriedades da fibra e do compósito pode ser significativa. Assim também, incompatibilidades geométricas entre a fibra e a matriz, fazem com que as fissuras não sejam combatidas adequadamente, conforme demonstrado na Figura 2.


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g. Comprimento da Fibra – Quanto menor for o comprimento das fibras, maior será a possibilidade de elas serem arrancadas. Para uma dada tensão de cisalhamento superficial aplicada à fibra, esta será mais bem utilizada se o seu comprimento for suficientemente capaz de permitir que a tensão cisalhante desenvolva uma tensão de tração igual a sua resistência à tração, conforme visto na Figura 3. Na verdade, não basta raciocinar tão-somente em cima do comprimento da fibra. Há de se considerar o seu diâmetro, pois depende dele a capacidade da fibra em desenvolver as resistências ao cisalhamento e à tração.

A Figura 4 apresenta uma disposição idealizada da fibra em relação à fissura, seguida de um equacionamento onde fica evidente a importância da relação l/d, onde “l” é o comprimento e “d” é o diâmetro da fibra.

A relação l/d é proporcional ao quociente entre a resistência à tração (ft) da fibra e a resistência de aderência fibra/matriz (fa), na ruptura. Em grande parte, a tecnologia dos materiais compósitos depende desta simples equação: se uma fibra tem uma alta

FIGURA 3 – RELAÇÃO COMPRIMENTO DA FIBRA x TENSÃO DE RUPTURA

FIGURA 4 - DISPOSIÇÃO FIBRA/FISSURA IDEALIZADA

Fonte: FITESA – Materiais Compósitos e Fibras de Polipropileno - Boletim Técnico no01 - 2002

a – COMPATIBILIDADE

b– INCOMPATIBILIDADE

FIGURA 2 – DISPOSIÇÃO GEOMÉTRICA ENTRE FIBRA E MATRIZ


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resistência à tração, por exemplo, como o aço, então ou a resistência de aderência necessária deverá ser alta para impedir o arrancamento antes que a resistência à tração seja totalmente mobilizada ou fibras de alta relação l/d deverão ser utilizadas (TAYLOR, 1994).

3 Análise Numérica 3.1 Modelo numérico

Com o auxílio do software de elementos finitos ANSYS 7.1®, foi modelado todo o sistema em estudo, que consiste em dois blocos de concreto unidos por uma junta de argamassa contendo fibras de polipropileno, submetidos a uma carga de compressão. Procura-se, com isso, simular o comportamento das ligações entre os elementos pré-moldados e estudar seu desempenho. Para considerar a não-linearidade dos materiais na simulação, torna-se necessário adotar critérios de resistência no programa que melhor representem tal fenômeno. Segundo PROENÇA (1988), o comportamento complexo do concreto e a não linearidade decorrente da fissuração dificulta uma simulação numérica que reproduza o desempenho do mesmo ao longo de todo o processo de carregamento. A modelagem através da Teoria da Plasticidade utilizando hipóteses simplificadoras tem sido um bom meio para a simulação, levando à resultados satisfatórios.

No programa ANSYS 7.1®, foram definidos o comportamento linear e os não lineares para o concreto e a argamassa. São eles:

• Linear Isotropic – simula o comportamento elástico dos materiais. • Drucker-Prager – critério de plastificação independente do tempo • Concrete – introduz no material capacidade de fissuração e esmagamento.

3.2 Construção do modelo numérico

O modelo numérico é composto de dois corpos prismáticos de concreto armado, com dimensões 10x10x20cm, unidos com a junta de 2cm de espessura em estudo, preenchida pela argamassa reforçada com fibras. As restrições aos deslocamentos horizontais foram impostas na extremidade superior e na inferior para simular o efeito do cisalhamento devido às prensas do laboratório. A Figura 5 mostra o aspecto do modelo adotado.

Conforme a Figura 6.a, a armadura do concreto armado é composta de 4 barras longitudinais de φ5.0mm e 3 estribos de bitola φ5.0mm, espaçados entre si de uma distância de 6cm, obtido da ABNT (2003) através da expressão:

≤

50-CA para 12 25,-CA para 24seção da dimensãomenor

200

φφ

mmd

(1)


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Para a modelagem da argamassa, as fibras de polipropileno podem ser incorporadas

no elemento SOLID65 através de taxas dispostas em 3 direções diferentes, através dos parâmetros θ e φ, conforme Figura 7.

Figura 5 – Modelo numérico adotado nas simulações

Concreto armado

Junta com argamassa reforçada

Restrições no plano horizontal

Restrições no plano horizontal e vertical

Figura 6.b – Modelagem das armaduras no ANSYS 7.1®

20cm

20cm

2cm

Figura 6.a – Armação dos blocos

10cm

10cm

4φ5mm

3φ5mm c. 6cm

6cm

6cm

Figura 7 – Disposição das fibras de polipropileno no elemento SOLID65 Fonte: ANSYS RELEASE 7.1® (2003). Theory Manual


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No modelo numérico, os nós dos elementos dos blocos foram ligados diretamente aos da junta. A utilização de elementos de ligação tornaria o modelo demasiado complexo, uma vez que modelos constitutivos que simulam o atrito entre o bloco de concreto e a argamassa da junta ainda precisam ser melhor avaliados.

Como a tendência das fibras na junta é de se alinharem na horizontal, devido à espessura reduzida das mesmas, para simplificação na análise, foi desconsiderada a disposição vertical das fibras e foi suposto apenas a disposição horizontal. Sendo assim, no modelo numérico, adotou-se uma decomposição da resultante da direção das fibras em dois eixos perpendiculares entre si, contidos no plano da junta, cada qual com 50% da taxa total de fibras.

A argamassa considerada para preenchimento da junta foi produzida em uma dissertação de mestrado, fazendo uma substituição parcial do agregado miúdo pelo resíduo oriundo do beneficiamento de rochas ornamentais. O trabalho tinha como objetivo estudar a viabilidade do uso de tal resíduo como material componente de argamassa altamente fluida, considerando que o uso de alta dosagem de finos é uma prática para esses tipos de argamassas. Tal argamassa foi escolhida para que não houvesse grandes pesrdas de trabalhabilidade com a adição das fibras. Entretanto, os primeiros ensaios para reprodução da mistura em laboratório, com fibras curtas de polipropileno, indicaram que para taxas acima de 3% em relação ao volume da argamassa, a produção do compósito tornou-se bastante difícil. Entretanto, no modelo numérico, as fibras foram aplicadas à argamassa da junta em taxas que variaram de 0% a 20%, em relação ao volume da argamassa, para com isso buscar uma extrapolação do desempenho do sistema e assim obter uma estimativa caso tais índices possam ser alcançados na prática. 3.3 Parâmetros de entrada

Para cada modelo constitutivo aplicado nas simulações, são necessários diversos parâmetros físicos de entrada. Foi considerada para o concreto uma resistência fc de 35MPa aos 28 dias. Para a argamassa foi adotada uma resistência fm de 25MPa, baseada nos resultados experimentais obtidos com argamassa de propriedades autoadensáveis com adição de resíduo de granito. Com isso, chega-se aos valores da Tabela 1, que são adotados na simulação numérica.

Tabela 1 – Parâmetros de entrada na simulação numérica

MODELO CONSTITUTIVO PARÂMETRO CONCRETO ARGAMASSA

Módulo de Elasticidade 28161,0 MPa (ABNT(2003))

15867,0 MPa (adotado 2/3Ec) Linear Isotropic

Coeficiente de Poisson 0,2 (ABNT(2003)) 0,25 Coesão 5,3 MPa (*) 4,0MPa (*) Drucker-Prager Ângulo de Atrito 56,3o (*) 54,48o (*)

Resistência Última à Compressão Axial 35 MPa 25 MPa

Resistência Última à Tração Axial 3,21 MPa(ABNT(2003)) 2,56 MPa(ABNT(2003))

Resistência Última à Compressão Biaxial

1,2fc (calculado pelo programa)


Resistência Última à Tração para um Estado

de Tensão Biaxial



Concrete

Resistência Última à Compressão para um

Estado de Compressão Biaxial




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(*) – calculados através das seguintes expressões:

( )

+−

=−

=ftfcftfcfc

c arcsin)cos(2)sin(1

ϕϕϕ

Para as armaduras internas dos corpos de prova, foram adotados os parâmetros

físicos do aço CA-50A, com o propósito de simular uma peça de concreto pré-moldado. Para as fibras de polipropileno, foram utilizados parâmetros físicos fornecidos pelo

fabricante, conforme a Tabela 2.

Tabela 2 – Propriedades físicas das fibras de polipropileno Módulo de Elasticidade Longitudinal 4000,0 MPa

Coeficiente de Poisson 0,3 Resistência à tração 450,0 MPa

Módulo de Elasticidade Transversal 1538,5 MPa Fonte: FITESA – Materiais Compósitos e Fibras de Polipropileno - Boletim Técnico no01 - 2002

Aplicou-se ao modelo uma pressão uniformemente distribuída de 25 MPa, o que nos fornece uma carga aplicada concentrada de 25 toneladas, dividida em passos de carga até se alcançar a ruptura do sistema.

Na Figura 8 são apresentadas as diferentes configurações de deformações horizontais obtidas para diferentes teores de fibras.

A variação do teor de fibras ocasionou um aumento na capacidade de deformação da argamassa da junta, fazendo com que permaneça íntegra por um maior período de tempo, auxiliando no desempenho da junta e, consequentemente, do modelo. A

0% 4%

10% 20%

Figura 8 – Deformações horizontais para diferentes teores de fibras obtidos na análise numérica


10

deformação horizontal na interface obtida para o teor de 0% de fibras foi de 2,19x10-4 e para 20% de fibras foi de 2,92x10-4, um aumento de 33,33%. Na Figura 9 são apresentadas as diferentes configurações de tensões obtidas para diferentes teores de fibras e na Figura 10 tem-se a deformação horizontal ao longo da altura do modelo, considerada no eixo médio do mesmo.

A variação do teor de fibras ocasionou uma redução das tensões de tração na interface da argamassa com os blocos do modelo, o que favorece o desempenho do sistema, aumentando sua capacidade de absorção de esforços de compressão, pela redução de fissuras na região da interface argamassa/bloco. Para 0% de fibras, as tensões de tração obtiveram um valor de 2,17 MPa na interface, contra 0,73 MPa para 20% de fibras, gerando uma redução de 66,05%.

Com o aumento do teor de fibras verifica-se o aumento na capacidade de deformação horizontal da argamassa, como mostra a Figura 10. Consideando o estado de confinamento que a mesma está sendo submetida, isso proporciona uma melhoria na sua rigidez e consequentemente na sua ductibilidade.

0% 4%

10% 20%

Figura 9 – Tensões horizontais para diferentes teores de fibras obtidos na análise numérica


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Figura 10– Gráfico das deformações horizontais ao longo da altura do modelo, para diferentes taxas

de fibras de polipropileno, na iteração antecessora à ruptura do modelo

4 Conclusões

O modelo numérico comportou-se conforme o descrito na literatura. Tensões de tração foram observadas na interface, devido à diferença entre os módulos de elasticidade do concreto dos blocos e a argamassa da junta e o colapso do sistema ocorreu nesta mesma região, ressaltando a importância deste estudo.

O modelo aponta um ganho de desempenho do sistema com a aplicação gradativa das fibras. Tal fato torna-se visível devido ao acréscimo da resistência de ruptura, tanto da argamassa usada na junta quanto do modelo. Além disso, as fibras de polipropileno proporcionaram um aumento na capacidade de deformação dos elementos, melhorando a rigidez, retardando o colapso do sistema.

As fibras também foram responsáveis por uma melhor distribuição dos esforços internos de compressão e tração concentrados na interface do bloco / junta.

Com os resultados obtidos, concluímos que a adição de fibras de polipropileno à argamassa da junta promove uma melhoria em suas propriedades mecânicas iniciais, como resistência a compressão e tração, deformabilidade e distribuição de esforços, trazendo com isso benefícios ao sistema estrutural empregado.

Estudos experimentais estão sendo desenvolvidos em laboratório com o propósito de validar o comportamento obtido com a utilização do compósito na junta entretanto, mesmo com o uso de uma argamassa fluida já foi observada uma alta perda de trabalhabilidade do material. Essa constatação não descarta entretanto o uso do compósito, pois ainda de caracteriza como uma argamassa de assentamento.

5 Referências Bibliográficas ANSYS RELEASE 7.1® (2003). Theory Manual ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (2003) – NBR6118 – Projeto de Estruturas de Concreto – Procedimentos. Rio de Janeiro

0,00E+00

4,00E-05

8,00E-05

1,20E-04

1,60E-04

2,00E-04

2,40E-04

2,80E-04

3,20E-04

3,60E-04

4,00E-04

4,40E-04

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42

Altura (cm)

Def

orm

ação

0% DE FIBRAS 0,5% DE FIBRAS 1% DE FIBRAS 2% DE FIBRAS 3% DE FIBRAS 4% DE FIBRAS 5% DE FIBRAS6% DE FIBRAS 7% DE FIBRAS 8% DE FIBRAS 10% DE FIBRAS 15% DE FIBRAS 20% DE FIBRAS


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BARBOZA, A. S. R. (2002) – Comportamento de Juntas de Argamassa Solicitadas à Compressão na Ligação entre Elementos Pré-moldados - São Carlos. Tese (Doutorado) – Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo BUDINSKI, K.G. – Engineering Materials – Properties and Selection. New Jersey: Prentice Hall International., 5ed, 1996. 653p. CHEFDEBIEN, A. (1996) – Promotion of the Mechanical Performance of Precast Concrete Skeletal Frames. In: INTERNATIONAL CONGRESS OF THE PRECAST CONCRETE INDUSTRY, 15. 1996. BIBM: Proceedings. Paris. France. p.IIIa.7- IIIa.12 EL DEBS, M. K. (2000). Concreto pré-moldado: fundamentos e aplicações. EESC-USP, São Carlos, 2000. 465p. FITESA – Materiais Compósitos e Fibras de Polipropileno - Boletim Técnico no01 - 2002 ILLSTON, J.M. (1994) – Construction Materials – Their Nature and Behaviour – London, 2ed. 518p JOHNSTON, C. D. (1994) – Fibre-reinforced Cement and Concrete – Advances in Concrete Technology, 2ed. p.603-673 HANNANT, L. (1994) – Fibre-reinforced Cements and Concretes – London, 2ed. – 518p PROENÇA, S.P.B. (1988) – Sobre Modelos Matemáticos do Comportamento Não-Linear do Concreto: Análise Crítica e Contribuições. São Carlos. Tese (Doutorado) – Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, 271p.. TAYLOR, G. D. (1994) – Materials in Construction – London: Longman Scientific and Technical, 2ed, 284p. 6 Agradecimentos

Os autores agradecem ao apoio recebido da FAPEAL, através de financiamento de projeto de pesquisa, bem como aos técnicos do Laboratório de Estruturas e Materiais nos ensaios experimentais.

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