Estudo das propriedades mecânicas de misturas alternativas de ECC : variação das características dos agregados

Abstract

Com o avanço da tecnologia na construção civil, atualmente busca-se desenvolver novos materiais que apresentem um bom desempenho mecânico e que atendam aos requisitos de durabilidade. Com isso, os concretos com elevado desempenho mecânico, representado pelo ECC (Engineered Cementitous Composite), cumprem esse papel. O ECC é um concreto reforçado com fibras e que apresenta um comportamento dúctil quando submetido a tensões de tração e com consequente microfissuração, com fissuras menores que 100µm. Essas características o tornam um material interessante para aplicações específicas de engenharia. Porém, quando é analisada a sua composição original, percebe-se que este material apresenta um elevado consumo de cimento Portland e areia fina, a fim de manter as suas propriedades. Tal fato gera impactos tanto ambiental quanto econômico, o que muitas vezes impede a utilização do ECC em escala comercial. Portanto, este trabalho visa estudar como a variação da quantidade, da origem e da dimensão do agregado impactam nas propriedades deste material, tanto em seu estado fresco quanto endurecido. Com isso, espera-se desenvolver misturas alternativas de ECC, utilizando materiais locais, que sejam ambientalmente sustentáveis e economicamente viáveis, mantendo o seu comportamento característico. Para tal, foi desenvolvido um programa experimental para investigar o efeito da substituição parcial da areia fina, por agregados naturais e artificiais, nos estados fresco e endurecido, por meio dos ensaios de mini-slump, resistência à compressão, tração, e flexão de quatro pontos. Além disso, foi desenvolvido um estudo analítico e numérico para permitir a validação do comportamento do material. Como conclusão, percebeu-se que é possível o uso de misturas alternativas de ECC, com menor quantidade de areia fina em sua dosagem e manter o comportamento dúctil do material, desde que as fibras sejam corretamente distribuídas na matriz cimentícia. Este é o maior ponto de preocupação, pois as fibras apresentam um papel fundamental na garantia do comportamento dúctil deste material, por serem responsáveis pelo processo de transferência de tensões.

With the development of technology in civil construction, new materials are being developed that have good mechanical performance and meet durability requirements. Concretes with high mechanical performance, represented by the ECC (Engineered Cementitous Composite), are well suited to fulfill this role. ECC is a fiber reinforced concrete that presents a ductile behavior when subjected to tensile stresses and with consequent microcracking, with cracks smaller than 100m.Those characteristics make it an attractive material for specific engineering applications. However, when analyzing its original composition, it is noticed that this material requires a high consumption of Portland cement and fine sand to maintain its properties. This fact causes both environmental and economic impacts, which prevents the use of ECC on a commercial scale. Therefore, this work aims to investigate the impact of the quantity, origin, and size of the aggregate on the properties of this material, both in its fresh and hardened state. It is expected to develop alternative dosages of ECC, using local materials which are sustainable and economically viable, maintaining their characteristic behavior. An experimental program was developed to investigate the effect of partial replacement of fine sand by natural and artificial aggregates in the cool and hardened states, through the tests of mini-slump, compressive strength, traction, and four-point bending. Furthermore, an analytical and numerical study was developed to allow the validation of the behavior of the material. It was found that it is possible to use alternative dosages of ECC, with a smaller amount of fine sand in its dosage and maintain the dubious behavior of the material, provided that the fibers are correctly distributed in the cementitious matrix.