A prática de adição de fibras a materiais frágeis remonta à época dos Romanos e dos Egípcios, de que é exemplo o reforço de pastas de argila com fibras naturais. Contudo, só recentemente é que os betões reforçados com fibras começaram a ser utilizados em aplicações com importância na indústria da construção.
As fibras que se têm utilizado nestas aplicações são as metálicas, as de vidro, as sintéticas, as naturais e, mais recentemente, as de carbono. As fibras de aço e as de vidro são as mais utilizadas, quer devido ao reforço que proporcionam, quer pelo seu preço e durabilidade.
A capacidade de absorção de energia, a ductilidade, o controlo da fendilhação e a resistência às acções dinâmicas, de fadiga e de impacto são as propriedades mais beneficiadas pelos mecanismos de reforço das fibras. Estes benefícios têm-se repercutido no aumento do número e envergadura das aplicações de betões reforçados com fibras, sendo de destacar os pavimentos térreos de edifícios industriais, pavimentos de estradas, pistas de aeroportos, centrais de abastecimento de combustíveis e de portagens de autoestradas. A sua utilização tem também sido crescente na indústria da pré-fabricação e na construção de túneis e de paredes de contenção. A reparação de estruturas é também uma área em que os betões reforçados com fibras são uma excelente alternativa, dadas as suas propriedades de aderência às estruturas a reparar e a diminuição do tempo despendido nestes trabalhos.
A inoperacionalidade duma estrutura durante os trabalhos de reforço é um factor com elevado peso nos custos associados à sua reparação. A título de exemplo, refira-se que no nosso país existe elevado número de pontes ferroviárias em cantaria que têm de ser reforçadas, quer pelo motivo de apresentarem deficiências estruturais, quer pelo facto de terem que passar a suportar cargas mais elevadas para as que estavam projectadas, devido às características dos futuros comboios. O reforço destas obras através da projecção duma camada de betão reforçado com fibras de aço na parte inferior do arco é uma alternativa que deveria ser considerada, dado que não requer a inoperacionalidade das mesmas durante o seu reforço. A utilização de betões reforçados com fibras de aço projectado na construção de túneis e de obras subterrâneas tem aumentado consideravelmente nos últimos anos, devido à economia de material e mão-de-obra e à maior rapidez de execução dos trabalhos, em comparação com soluções alternativas.
O comportamento dos betões reforçados com fibras depende das propriedades dos elementos constituintes da matriz (betão propriamente dito), das propriedades mecânicas e características geométricas das fibras e da composição e processo de fabrico destes compósitos.
Das propriedades mecânicas das fibras têm especial relevo a sua resistência e rigidez, enquanto a esbelteza e as características da superfície são os parâmetros geométricos das fibras com maior importância na sua capacidade de reforço. A esbelteza da fibra é a razão entre o seu comprimento e o seu diâmetro.
As fibras podem apresentar dois modos de rotura: por cedência ou por deslizamento relativamente à matriz envolvente. Para se aumentar a resistência do compósito deve-se empregar fibras de elevada resistência e de esbelteza suficientemente elevada, por forma a que a rotura do compósito seja pela cedência das fibras. Todavia, aumentos significativos de resistência de compósitos reforçados com fibras curtas e distribuídas aleatoriamente só se alcançam à custa de elevadas percentagens de fibras, de que é exemplo o SIFCON (“Slurry Infïltrated Fiber Concrete”). Utilizando-se métodos convencionais de amassadura e não se adequando convenientemente a composição do compósito, a esbelteza e a percentagem de fibras devem ser limitadas por forma a que as propriedades do compósito não sejam adversamente afectadas pela diminuição da trabalhabilidade da mistura, que se observa com o aumento daquelas características das fibras. Além disto, o modo de rotura dos compósitos por cedência das fibras impede que se obtenha o principal benefício do reforço das fibras, que é o considerável aumento da capacidade de absorção de energia do material. Este aumento só é significativo se as fibras que atravessam as fendas cederem por deslizamento durante o processo de fendilhação da matriz.
Por estes factos, a esbelteza das fibras não deve ultrapassar o valor de 100 e a percentagem de fibras de aço e de vidro não deve exceder os 3% e os 6% em volume da composição, respectivamente.
A maior parte da metodologia convencional de fabricação e de aplicação dos betões simples, entendidos como não incluindo qualquer tipo de reforço, é aplicável aos betões reforçados com fibras, com pequenas adaptações.
Para que as fibras sejam eficazes em termos de reforço é necessário que se impeça a sua segregação durante o processo de amassadura da mistura. A segregação das fibras está relacionada com a esbelteza das fibras e sua percentagem, com o tamanho e percentagem dos inertes, com a composição granulométrica da mistura, com a razão água-cimento e com o método de amassadura.
O aumento da esbelteza e percentagem de fibras, tamanho e quantidade de inertes graúdos intensifica a tendência para a segregação das fibras, diminuindo a trabalhabilidade da mistura. Caso se pretenda aumentar a percentagem de fibras sem comprometer a trabalhabilidade da mistura será necessário utilizar composições de granolumetria mais fina, fibras de maior rigidez e de menor esbelteza.
A granulometria dos inertes depende do produto a manufacturar. A forma e rugosidade dos inertes depende também das fibras a utilizar, devendo ser tão menos angulosos e rugosos quanto mais flexível for a obra.
Autor: Joaquim António Oliveira de Barros
Excerto Adaptado
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