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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.3.2016.tde-21062016-143713
Document
Author
Full name
Alan Renato Estrada Cáceres
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2015
Supervisor
Committee
Figueiredo, Antonio Domingues de (President)
Cavalaro, Sergio Henrique Pialarissi
Toledo Filho, Romildo Dias
Title in Portuguese
Caracterização geométrica e mecânica de macrofibras poliméricas.
Keywords in Portuguese
Caracterização geométrica
Concreto reforçado com fibras
Ensaios mecânicos
Fibras artificiais
Macrofibras poliméricas
Módulo de elasticidade
Resistência à tração
Abstract in Portuguese
Uma grande diversidade de macrofibras poliméricas para reforço de concreto se encontram disponibilizadas hoje em dia. Por natureza estas fibras apresentam grande diversidade de características e propriedades. Estas variações afetam sua atuação como reforço no concreto. No entanto, não há normas brasileiras sobre o assunto e as metodologias de caracterização de normas estrangeiras apresentam divergências. Algumas normas definem que a caracterização do comportamento mecânico deva ser feita nos fios originais e outras que se devam utilizar métodos definidos para caracterização de materiais metálicos. A norma EN14889-2:2006 apresenta maior abrangência, mas deixa dúvidas quanto à adequação dos critérios de caracterização geométrica das fibras e não define um método de ensaio específico para sua caracterização mecânica. Assim, há a necessidade de estabelecimento de uma metodologia que permita a realização de um programa de controle de qualidade da fibra nas condições de emprego. Esta metodologia também proporcionaria uma forma de caracterização do material para estudos experimentais, o que permitiria maior fundamentação científica desses trabalhos que, frequentemente, fundamentam-se apenas em dados dos fabricantes. Assim, foi desenvolvido um estudo experimental focando a caracterização de duas macrofibras poliméricas disponíveis no mercado brasileiro. Focou-se o estudo na determinação dos parâmetros geométricos e na caracterização mecânica através da determinação da resistência à tração e avaliação do módulo de elasticidade. Na caracterização geométrica foi adotada como referência a norma europeia EN14889-2:2006. As medições do comprimento se efetuaram por dois métodos: o método do paquímetro e o método de análise de imagens digitais, empregando um software para processamento das imagens. Para a medição do diâmetro, além das metodologias mencionadas, foi usado o método da densidade. Conclui-se que o método do paquímetro, com o cuidado de esticar previamente as macrofibras, e o método das imagens digitais podem ser igualmente utilizados para medir o comprimento. Já parar determinar o diâmetro, recomenda-se o método da densidade. Quanto à caracterização mecânica, foi desenvolvida uma metodologia própria a partir de informações obtidas de outros ensaios. Assim, efetuaram-se ensaios de tração direta nas macrofibras coladas em molduras de tecido têxtil. Complementarmente, foi avaliado também o efeito do contato abrasivo das macrofibras com os agregados durante a mistura em betoneira no comportamento mecânico do material. Também se avaliou o efeito do método de determinação da área da seção transversal nos resultados medidos no ensaio de tração da fibra. Conclui-se que o método proposto para o ensaio de tração direta da fibra é viável, especialmente para a determinação da resistência à tração. O valor do módulo de elasticidade, por sua vez, acaba sendo subestimado. A determinação da área da seção da fibra através do método da densidade forneceu também os melhores resultados. Além disso, comprovou-se que o atrito das fibras com o agregado durante a mistura compromete o comportamento mecânico, reduzindo tanto a resistência quanto o módulo de elasticidade. Assim, pode-se afirmar que a metodologia proposta para o controle geométrico e mecânico das macrofibras poliméricas é adequada para a caracterização do material.
Title in English
Geometric and mechanical characterizationn of polymeric macrofibers.
Keywords in English
Elastic modulus
Fiber reinforcement concrete
Geometric characterization
Mechanical characterization
Polymeric macrofibers
Tensile strength
Abstract in English
A wide variety of synthetic macrofibers for concrete reinforcement are available nowadays. By nature, these fibers exhibit great diversity of properties and characteristics. These variations affect its performance as reinforcement in concrete. However, there are no Brazilian standards on the subject and characterization methodologies available in foreign standards present divergences. Some standards define that the characterization of the mechanical behavior should be made in the original filaments and others that the test should be performed according methods for metallic materials characterization. The standard EN14889-2:2006 provides greater coverage about the subject, but leaves doubts about the suitability of the geometric characterization criteria of the fibers and does not set a specific testing method for its mechanical characterization. Thus, there is a need to establish a methodology that allows to carry out a quality control program of the fiber in the onsite conditions. This approach would also provide a way of materials characterization for experimental studies, which would allow better scientific basis of these works, which often rely exclusively on data taken from manufacturers. Thus, an experimental study focusing on the characterization of two polymer macrofibers available in Brazil was developed. The study aims at the determination of the geometrical and mechanical characteristics, such as the tensile strength and the elastic modulus. The geometric characterization was based on the prescriptions of the European standard EN14889- 2:2006. Measurements of length were made by two methods: the caliper method and digital image analysis method, employing software for image processing. For the measurement of the diameter, besides the aforementioned methodologies, the density method was also used. It is concluded that the caliper method, taking care to stretch the macrofibers previously, and the method of digital images can also be used to measure the length. To determine the diameter, it is recommended the density method. As for the mechanical characterization, a methodology was developed taking in consideration the previous information related to other tests. Thus, the direct tensile test was carried out in macrofibers glued in textile fabric frames. In addition, it was also evaluated the effect of the abrasive contact of macrofibers with the aggregates during mixing on the mechanical behavior of the material. Also, the effect of the method of determining the cross-sectional area in the results measured in fiber tensile test was evaluated. It is concluded that the proposed method for direct tensile test of the fiber is feasible, especially for tensile strength assessment. The value of the modulus of elasticity, in turn, has been underestimated. The determination of the fiber section area through the density method also gave the best results. Furthermore, it was found that the friction of the fibers with aggregate during mixing compromises the mechanical behavior reducing both strength and elastic modulus. Thus, it can be said that the proposed methodology for the geometric and mechanical control of polymer macrofibers is suitable for the material characterization.
 
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Publishing Date
2016-07-06
 
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