O concreto fluido por ser caracterizado pela elevada fluidez, devido ao uso de aditivos superplastificantes, e com estabilidade reológica no seu estado fresco, apresenta-se como um fator importante ao ser utilizado conjuntamente com a adição de fibras no concreto (MARTINIE; ROSSI; ROUSSEAL, 2010). Isso se justifica porque a fluidez do compósito permite que a distribuição das fibras ocorra de maneira uniforme, sendo possível utilizar o fluxo de lançamento do concreto para orientar as fibras, permitindo concentrá-las nos locais e nas direções de maiores tensões (MARTINIE; ROUSSEL, 2011; FERRARA, 2015).
A aplicação de uma matriz fluida proporciona a eliminação do processo de adensamento mecânico do concreto e possibilita uma distribuição mais uniforme das fibras no volume do compósito. Com isso, há um aumento na resistência da interface fibra-matriz, proporcionando
melhor desempenho mecânico no estágio de pós fissuração do elemento (VASSANELI et al., 2012). No entanto, a orientação das fibras é influenciada por vários fatores
e, para investigar essa problemática, diversos estudos foram desenvolvidos (FERRARA, 2015). A orientação das fibras é influenciada por diversos fatores, que vai desde o procedimento de mistura até a fase final do endurecimento do concreto. Diante disso, e para o máximo aproveitamento das propriedades do concreto fluido reforçado com fibras, devem ser
adotados processos de produção específicos que induzam essa orientação preferencial das fibras nos locais e direções submetidos às maiores tensões, pois quanto mais alinhadas às linhas de
tensão, maior será o reforço efetuado pelas fibras no elemento estrutural (TORRENTS et al., 2012; LARANJEIRA et al., 2012; VASSANELI et al., 2012).
A forma mais simples e comumente adotada de induzir essa orientação preferencial para as fibras é com o fluxo de lançamento do concreto, levando em consideração as dimensões das fibras, o processo de lançamento do concreto e as dimensões dos moldes (FERRARA, 2015; MELO, 2018). Alguns autores analisaram a resistência à tração de concretos que possuíam as fibras preferencialmente orientadas e concretos com a dispersão aleatória das fibras, como mostrado nos trabalhos de Vassaneli et al. (2012) e Laranjeira et al. (2012).
De acordo com Bentur e Mindess (2007) e conforme Martinie e Roussel (2011), quando as fibras estavam alinhadas às linhas de tensão, a eficiência do reforço foi de 100%, enquanto que no caso de dispersão aleatória das fibras, a eficiência do reforço foi reduzida para 30%. Diante dessa significativa mudança que a orientação das fibras pode proporcionar, faz-se necessário uma análise do comportamento do escoamento do concreto fluido.
Ao analisar o escoamento desse tipo de concreto, é possível classificá-lo como um fluido de baixa viscosidade, ou seja, o concreto possui baixa resistência ao fluxo, onde o mesmo flui facilmente porque a sua composição molecular resulta em pouco atrito quando está em movimento. Outrossim, existe uma resultante da força de arrasto sobre as fibras que produz um momento capaz de induzir a orientação preferencial das fibras de forma paralela ao fluxo, o que permite a governabilidade da dispersão e orientação das fibras na matriz através de um conjunto adequadamente balanceado de propriedades no estado fresco (FERRARA, 2005; FERRARA; PARK; SHAH, 2007; MELO, 2018).
Diante disso, e sabendo que quando há uma orientação preferencial das fibras, as mesmas tendem a ficar paralelas ao fluxo, faz-se necessário um estudo referente a relação da orientação das fibras com a carga suportada pelo compósito, pois a depender do tipo, orientação, tamanho e volume de fibra utilizada, a carga máxima pode atingir um valor diferente da carga de fissuração. Quando isso acontece, a linha neutra do elemento, após o processo de ruptura da matriz, pode não corresponder ao valor teórico admitido na literatura (TOLEDO, 1997). Como forma de ilustração, a Figura 14 representa a curva carga-deslocamento de um concreto reforçado com fibras.
Figura 14: Esquematização da curva carga/deslocamento do CRF.
Fonte: Adaptado de Toledo (1997).
Em análise da Figura 14, pode-se verificar que a curva é dividida em duas partes, a Região I, que representa a zona elástica antes do rompimento da matriz, onde apenas a matriz suporta a carga; e a Região II, que representa a zona inelástica até a ruptura total da matriz, onde as fibras suportam quase toda a tensão de tração. A Região II ainda é subdividida em três trechos: trecho (a), onde as forças elásticas suportadas pela matriz são transmitidas para as fibras após o rompimento da matriz; trecho (b), onde as fibras suportam todas as forças de tração, caracterizado pela recuperação da capacidade de carga com o aumento de deslocamento no trecho pós-fissuração; e o trecho (c), caracterizado pela perda gradual da capacidade de suporte de carga do compósito, em decorrência do arrancamento ou ruptura da fibra até que ocorra, por fim, a ruptura total do compósito.
Sendo assim, como pode-se observar, após atingir a carga máxima do compósito, as fibras passam a ser solicitadas, atuando como uma ponte de transferência de tensões entre as fissuras. Em consequência disso, há uma redistribuição dos esforços no compósito, o que pode promover um aumento significativo na tenacidade do compósito, muito além da resistência à fissuração do concreto (FIGUEIREDO, 2011). Dessa forma, a ação dessas fibras pode propiciar dois tipos de comportamentos distintos à matriz cimentícia, como já mencionado na seção 2.6, que pode ser de amolecimento ou endurecimento (DI PRISCO; COLOMBO; DOZIO, 2013). Na maioria dos casos, após atingir a carga máxima, carga correspondente ao rompimento da matriz, o concreto apresenta um comportamento de amolecimento (Figura 15a), ou seja, perda gradual da rigidez da matriz. Em outros casos, ao garantir uma orientação
preferencial das fibras por exemplo, pode haver o comportamento de endurecimento (Figura 15b), onde as fibras atuam resistindo a aumentos de solicitações pós-pico, garantindo um enrijecimento da matriz (FIB MODEL CODE 2010, 2013). Para exemplificar esses dois comportamentos, os mesmos podem ser novamente visualizados por meio da Figura 15.
Figura 15: Comportamento típico de CRF a) Amolecimento; b) Endurecimento.
Fonte: Adaptado de Di Prisco, Colombo e Dozio (2013).
Ao observar a Figura 15a, verifica-se o comportamento linear de amolecimento, que representa perda gradual da rigidez na matriz após o compósito atingir a carga máxima. Em análise da Figura 15b, percebe-se que o elemento que apresenta um comportamento de endurecimento, apresenta, em um determinado deslocamento, uma carga maior do que a carga máxima e isso significa que, após o rompimento da matriz, a redistribuição de esforços propiciada pelas fibras permite o aumento da resistência de pós-fissuração do compósito.
De modo geral, quando os elementos apresentam um comportamento de endurecimento e denotam uma orientação preferencial das fibras, a carga de fissuração (carga correspondente ao surgimento de fissuras na matriz) pode assumir valor superior a carga máxima (carga correspondente ao rompimento da matriz), pois as fissuras podem aparecer em um momento posterior se comparado ao momento de rompimento da matriz. Isso acontece para elementos que possuem fibras que apresentam um alto módulo de elasticidade e evidenciam uma eficiente aderência fibra-matriz, pois esse tipo de fibra é pouco deformável e colabora para enrijecer o compósito no estado pós-fissuração (TOLEDO, 1997).
De maneira análoga, para elementos que apresentam comportamento de amolecimento e evidenciam uma orientação preferencial das fibras, geralmente, a carga máxima (carga correspondente ao rompimento da matriz) pode assumir valor superior a carga de fissuração (carga correspondente ao surgimento de fissuras na matriz). Essa afirmativa pode ser
fundamentada porque esses elementos possuem fibras com baixo módulo de elasticidade, que dificilmente irão contribuir para que ocorra um aumento na resistência pós-fissuração do compósito, o que pode promover um retardamento no surgimento das fissuras devido a eficiente capacidade de deformação dessas fibras. Em síntese, quando a carga de fissuração difere da carga máxima, o posicionamento longitudinal da fissura pode também não corresponder ao valor de linha neutra determinada pela literatura (TOLEDO, 1997; DI PRISCO; COLOMBO; DOZIO, 2013).