Betão armado com fibras

O conceito de usar fibras como reforço não é novo. As fibras têm sido usadas como reforço desde os tempos antigos. Historicamente, a crina de cavalo era usada em argamassa e palha em tijolos de lama. Nos anos 1900, as fibras de amianto eram utilizadas no concreto. Na década de 1950, surgiu o conceito de materiais compósitos e o concreto reforçado com fibras era um dos tópicos de interesse. Uma vez descobertos os riscos à saúde associados ao amianto, havia a necessidade de encontrar um substituto para a substância no concreto e em outros materiais de construção. Na década de 1960, as fibras de aço, vidro (GFRC) e sintéticas (como o polipropileno) eram utilizadas no concreto. As pesquisas sobre novos concretos reforçados com fibras continuam até hoje.

Fibras são normalmente utilizadas no concreto para controlar a fissuração devido à retração do plástico e à secagem da retração. Elas também reduzem a permeabilidade do concreto e, portanto, reduzem o sangramento de água. Alguns tipos de fibras produzem maior resistência ao impacto, à abrasão e aos estilhaços no concreto. As fibras maiores de aço ou sintéticas podem substituir completamente os vergalhões ou o aço em determinadas situações. O concreto armado com fibras tem barras quase totalmente substituídas na indústria de construção subterrânea, como segmentos de túneis, onde quase todos os revestimentos de túneis são reforçados com fibras, em vez do uso de vergalhões. Na verdade, algumas fibras realmente reduzem a resistência à compressão do concreto.

A quantidade de fibras adicionadas a uma mistura de concreto é expressa como uma porcentagem do volume total do composto (concreto e fibras), denominado “fração de volume” (Vf). Vf tipicamente varia de 0,1 a 3%. A relação de aspecto (l/d) é calculada dividindo o comprimento da fibra (l) pelo seu diâmetro (d). As fibras com seção transversal não circular utilizam um diâmetro equivalente para o cálculo da razão de aspecto. Se o módulo de elasticidade da fibra for superior à matriz (concreto ou ligante de argamassa), elas ajudam a carregar a carga aumentando a resistência à tração do material. O aumento da relação de aspecto da fibra geralmente segmenta a resistência à flexão e a tenacidade da matriz. Um comprimento maior resulta em melhor matriz dentro do concreto e um diâmetro mais fino aumenta a contagem de fibras. Para garantir que cada fio de fibra seja eficaz, recomenda-se o uso de fibras mais longas do que o tamanho máximo do agregado. O concreto normal contém 19 mm de diâmetro equivalente de agregado que é 35-45% do concreto, fibras maiores que 20 mm são mais eficazes. No entanto, fibras que são muito longas e não tratadas adequadamente no momento do processamento tendem a “enrolar” na mistura e criar problemas de trabalhabilidade.

Fibras são adicionadas para durabilidade a longo prazo do concreto. O vidro e o poliéster decompõem-se em condições alcalinas do betão e vários aditivos e tratamentos superficiais do betão.

Os revestimentos de túnel High Speed 1 incorporam concreto contendo 1 kg/m3 ou mais de fibras de polipropileno, de diâmetro 18 & 32 μm, dando os benefícios anotados abaixo. A adição de fibras de polipropileno de diâmetro fino, não só proporciona reforço no revestimento do túnel, como também evita “spalling” e danos no revestimento em caso de incêndio devido a acidente.