O concreto de ultra-alto desempenho (UHPC, na sigla em inglês) está promovendo uma mudança significativa na forma como os elementos pré-fabricados são projetados e dimensionados. Diferentemente do concreto convencional, cuja contribuição da resistência à tração é normalmente desconsiderada nos cálculos estruturais, o UHPC, especialmente quando reforçado com fibras, apresenta elevada resistência à tração e capacidade residual pós-fissuração. Isso permite que essa propriedade seja incorporada diretamente aos modelos de cálculo estrutural. Na prática, essa característica altera a lógica de dimensionamento de elementos submetidos à flexão e ao cisalhamento, reduz significativamente a necessidade de armaduras convencionais e amplia as possibilidades para a produção de peças mais esbeltas, leves e eficientes.

Mudança na lógica do dimensionamento estrutural em elementos pré-fabricados

De acordo com Daniel de Lima Araújo, professor titular da Universidade Federal de Goiás na Escola de Engenharia Civil e Ambiental,o UHPC, diferentemente do concreto convencional, apresenta elevada resistência à tração, que pode ser considerada no dimensionamento dos elementos estruturais. “Enquanto no concreto convencional as forças de tração são resistidas apenas pela armadura, pois a baixa resistência à tração do concreto, quando comparada à sua resistência à compressão, é geralmente desconsiderada no dimensionamento no estado-limite último, cabendo à armadura resistir às forças de tração. No UHPC, essas forças são resistidas tanto pela armadura quanto pelo concreto. Isso altera a lógica de dimensionamento à flexão e ao cisalhamento dos elementos estruturais. No caso do cisalhamento, os modelos de dimensionamento consideram a contribuição do UHPC de forma aditiva, somando sua resistência à dos estribos. Mas, no caso da flexão, o UHPC entra diretamente nas equações de dimensionamento, tornando o processo de cálculo iterativo”, explica.

A principal vantagem do UHPC é sua elevada resistência à tração, que pode contribuir para a redução das taxas de armadura e, em determinadas aplicações, até mesmo substituir parte ou a totalidade das armaduras convencionais, segundo Araújo. “Além disso, o UHPC pode reduzir as dimensões dos elementos estruturais, facilitando o transporte de peças pré-fabricadas. E, por dispensar a armadura em alguns projetos, permite a moldagem de elementos curvos e esbeltos com mais facilidade”, pontua.

Ganhos estruturais observados no uso de fibras

Araújo destaca que, como a resistência à tração do UHPC é considerada no dimensionamento dos elementos estruturais em estado-limite último, parte da armadura convencional pode ser substituída.

“Isso pode reduzir a taxa de armadura e, em alguns casos, até mesmo substituir toda a armadura convencional na forma de vergalhões. Em regiões muito armadas, como consolos e dentes Gerber, bastante presentes nas estruturas pré-fabricadas, isso pode representar uma vantagem. Se parte dos esforços de tração é resistida pelo UHPC, a armadura convencional pode ser reduzida, trazendo benefícios ao processo produtivo por simplificar o detalhamento dessas regiões com elevadas taxas de armadura”, comenta Araújo.

O professor ainda destaca que o UHPC pode ser utilizado na moldagem de todo o elemento estrutural, como vigas e pilares, o que pode permitir a redução das dimensões do elemento estrutural. “Mas vejo sua grande aplicação justamente em regiões específicas da estrutura pré-moldada, como consolos, dentes Gerber ou cálices de fundação. Essas regiões são densamente armadas e, frequentemente, apresentam dificuldade no detalhamento devido ao congestionamento de armaduras. O uso do UHPC nessas regiões pode reduzir a quantidade de armadura e facilitar a produção dos elementos estruturais”, justifica.

Teoricamente, as fibras podem substituir toda a armadura de flexão e cisalhamento (estribos) em elementos como vigas, pilares e lajes. “Para isso, é necessário que o UHPC apresente resistência residual à tração suficiente para resistir aos esforços de projeto em estado-limite último. Contudo, outros aspectos precisam ser considerados, como a ductilidade e capacidade de deformação plástica da estrutura. Essas são características fundamentais no dimensionamento de estruturas de concreto. Se toda a armadura convencional na forma de vergalhões for substituída pelas fibras, haverá uma redução na capacidade de deformação plástica dos elementos estruturais. É possível recuperar essa capacidade de deformação no UHPC por outros mecanismos, mas isso deve ser considerado explicitamente no projeto”, afirma Araújo. 

Por essa razão, o projeto de norma nacional de estruturas em UHPC atualmente em elaboração deverá prever uma taxa de armadura mínima de flexão para elementos sujeitos à flexão. “A ideia é garantir uma capacidade mínima de redistribuição de esforços em estruturas monolíticas de UHPC. As estruturas pré-fabricadas têm uma lógica de projeto diferente e, por isso, acredito que a introdução do UHPC seja mais simples nesse segmento. Nesses sistemas, a capacidade de redistribuição de esforços já deve ser verificada explicitamente mesmo quando se utiliza concreto convencional”, expõe Araújo.

Tipos de fibras

De acordo com o professor, não existe um único tipo de fibra para uso em UHPC. “Tanto que a norma ABNT NBR 17246-1 tomou o cuidado de não especificar um único tipo de fibra a ser utilizado no UHPC. Desde que a fibra garanta a resistência residual do UHPC especificada no projeto e não comprometa a durabilidade do material, ela pode ser utilizada. Porém, minha experiência e a literatura nacional indicam que as fibras metálicas são as mais adequadas para se atingir a resistência residual especificada em projetos com UHPC. Isso se deve à sua boa aderência à matriz cimentícia e ao seu alto módulo de elasticidade, que permitem atingir valores elevados de tensões de tração nas fibras com pequenas aberturas de fissuras”, sugere.

Resistência residual à tração

Como a resistência à tração residual do UHPC é considerada no dimensionamento em estado-limite último, uma das principais propriedades mecânicas que precisam ser controladas na produção de estruturas em UHPC é a resistência residual à tração. “A norma ABNT NBR 17246-1, tomando por base as normas francesas, estabelece os valores mínimos da resistência característica à tração no limite de elasticidade e da resistência residual aos 28 dias. Essas são as principais propriedades do UHPC que precisam ser controladas, o que é feito pelo método de ensaio prescrito na norma ABNT NBR 17246-4. Já as normas ABNT NBR 17246-2 e a ABNT NBR  17246-3 apresentam os requisitos para o controle de produção e de qualidade de estruturas em UHPC. A lógica é que, se a resistência à tração do UHPC é considerada na resistência da estrutura, essa propriedade precisa ser controlada adequadamente para garantir a segurança das estruturas”, propõe Araújo.

Outras propriedades, como a resistência à compressão e o módulo de elasticidade, também precisam ser controladas no processo de produção de estruturas em UHPC. “A norma ABNT NBR 17246-1 estabelece os procedimentos para a determinação dessas propriedades. Porém, a resistência à tração é a propriedade fundamental, pois sem atender aos requisitos de desempenho à tração previstos na norma não é possível caracterizar o material como UHPC”, conclui Araújo.

Fonte

Daniel de Lima Araújo possui graduação em Engenharia Civil pela Universidade Federal de Goiás (1992), mestrado em Engenharia Civil (Engenharia de Estruturas) pela Universidade de São Paulo (1997) e doutorado em Engenharia Civil (Engenharia de Estruturas) também pela Universidade de São Paulo (2002). Atualmente é professor titular da Universidade Federal de Goiás, atuando junto ao Programa de Pós-Graduação (mestrado e doutorado) em Geotecnia, Estruturas e Construção Civil (PPGGECON) da Escola de Engenharia Civil e Ambiental da UFG. Tem experiência em projeto e pesquisa de Estruturas de Concreto, atuando principalmente nas áreas de estruturas em concreto pré-moldado, concretos leves, concretos reforçados com fibras de aço e modelagem computacional.

Contato

dlaraujo@ufg.br

Jornalista responsável: 

Marina Pastore – DRT 48378/SP 

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