BRPI1010734B1

BRPI1010734B1 - estrutura de concreto compreendendo concreto convencional e fibras de aço para reforçar concreto

Info

Publication number: BRPI1010734B1
Authority: BR
Inventors: Lambrechts Ann
Original assignee: Bekaert Sa Nv
Priority date: 2009-06-12
Filing date: 2010-06-14
Publication date: 2019-12-03
Also published as: US20120097073A1; MX340875B; MX2011012636A; EA201200009A1; AU2010258573B2; ES2626279T3; CA2762051C; CA2762051A1; SI2440718T1; PL2440718T3; PT2440718T; CN102459776B; ZA201108448B; JP2012529582A; CN102459776A; EP2440718A1; DK2440718T3; KR20160061433A; EP2440718B1; WO2010142808A1

Abstract

fibra de grande alongamento com boa ancoragem a presente refere-se a uma fibra de aço para reforçar concreto ou argamassa. a fibra tem uma parte intermediáría e extremidades de ancoragem. a parte intermediária tem uma capacidade de carga máxima fm e tem um alargamento na carga máxima ag+e· o alargamento em carga máxima ag+e é pelo menos 2,5%. a fibra de aço possuí uma força de ancoragem no dito concreto ou na dita argamassa de pelo menos 90% da dita capacídade de carga máxima fm. a força de ancoragem é a carga máxima obtida durante um teste de força de arranque de uma fibra de aço embutida com uma das ditas extremidades de ancoragem no dito concreto ou na dita argamassa. a fibra de aço tem a vantagem de que ela pode ser usada em dosagens normais nas estruturas que carregam carga de concreto.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "ESTRUTURA DE CONCRETO COMPREENDENDO CONCRETO CONVENCIONAL E FIBRAS DE AÇO PARA REFORÇAR CONCRETO".

DESCRIÇÃO

CAMPO DA TÉCNICA

[001] A presente invenção refere-se a uma estrutura de concreto compreendo fibras de aço, em que as ditas fibras de aço têm um grande alargamento e são fornecidas com extremidades de ancoragem que permitem que se obtenha uma boa ancoragem quando embutidas no concreto ou argamassa.

TÉCNICA ANTECEDENTE

[002] É bem conhecido reforçar concreto ou argamassa com fibras de aço para melhorar a qualidade do material de concreto.

[003] O documento EP-B1-851957 (NV Bekaert SA) ensina uma fibra de aço com extremidades com formato de gancho achatado, por meio das quais a resistência à flexão pós-fissura do concreto, reforçado por meio de tais fibras, é altamente melhorada.

[004] O documento US-A-4883713 (Eurosteel) ensina uma fibra de aço que compreende um corpo de aço cilíndrico dotado de extremidades conicamente dimensionadas para melhorar o recurso de ancoragem da fibra de aço no concreto reforçado com fibra de aço.

[005] Esses dois documentos citados, assim como os outros documentos, ensinam que as propriedades do concreto com fibra de aço convencional podem ser altamente melhoradas graças aos recursos de ancoragem melhorados das fibras de aço no concreto com fibra de aço. O documento DE 4315270 A1 revela uma estrutura de concreto compreendendo concreto convencional e fibras de aço para reforçar concreto, em que as ditas fibras de aço possuem uma parte intermediária e de extremidades de ancoragem em uma ou ambas as extremidades da dita parte intermediária.

[006] Correntemente, as fibras de aço da técnica anterior conhecidas para o reforço do concreto funcionam muito bem para melhorar o estado limite de utilização (SLS) de uma estrutura de concreto, isto é, elas juntam muito bem os deslocamentos de abertura da boca da fissura ou das fissuras (CMOD) até os tipicamente exigidos 0,5 mm, por exemplo, CMOD's que variam entre 0,1 mm e 0,3 mm, durante um típico teste de flexão de três pontos - para o teste vide o Padrão Europeu EN 14651 (método de teste para o concreto com fibra metálica, medindo a resistência de tensão flexural). Em outras palavras, as fibras de aço conhecidas como fibras de aço com extremidades com formato de gancho e fibras dotadas de extremidades conicamente dimensionadas funcionam bem para limitar a largura ou o crescimento das fissuras até cerca de 0,5 mm (SLS). A desvantagem hoje dessas fibras é o desempenho relativamente baixo no estado limite último (ULS). Especialmente, a relação entre a resistência pós-fissura do estado limite último (ULS) e do estado limite de utilização (SLS) é relativamente baixa. Esta relação é determinada pelo valor de carga FR, 1 (CMOD = 0,5 mm) e Fr, 4 (CMOD = 3,5 mm). Algumas fibras da técnica anterior não desempenham o ULS à medida que elas se quebram no CMOD menor do que o que é exigido para o ULS. Outras fibras, como as fibras com extremidade com gancho são projetadas para serem recuperadas. Devido à força de arranque, essas fibras mostram um comportamento de amolecimento por deslocamento já para pequenos deslocamentos.

[007] Apesar deste baixo desempenho no ULS, as fibras de aço presentemente conhecidas também podem ser usadas nas denominadas aplicações estruturais a fim de melhorar o estado limite último (ULS). No presente, espera-se que as fibras de aço conhecidas suportem ou carreguem carga, em vez de ou além do clássico refo rço , tal como barra de reforço, malha, pré-tensão e pós-tensionamento. A fim de ser eficaz em tal função de carregar carga, no entanto, estas presentes fibras de aço têm que ser usadas em grandes dosagens excedendo, consideravelmente, as dosagens normais de 20 kg/m3 a 40 kg/m3. As grandes dosagens podem causar problemas de possibilidade de execução, tais como os problemas de mistura e colocação. DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[008] É um objetivo da presente invenção fornecer uma estrututa de concreto compreendendo concreto convencional e um novo tipo de fibras de aço capazes de preencher uma nova função uma vez embutidas no concreto ou argamassa.

[009] É um outro objetivo da presente invenção fornecer uma es-trututa de concreto compreendendo concreto convencional e fibras de aço que são capazes de ligarem permanentemente os descolamentos de abertura de boca de fissura maiores do que 0,5 mm durante o teste de flexão de três pontos de acordo com o Padrão Europeu EN 14651 (junho de 2005).

[0010] É um objetivo da presente invenção fornecer uma estrututa de concreto compreendendo concreto convencional e fibras de aço que possam, vantajosamente, ser usadas em dosagens normais para as aplicações estruturais.

[0011] É um outro objetivo da presente invenção fornecer uma es-trututa de concreto compreendendo concreto convencional e fibras de aço que permitam reduzir ou evitar o comportamento de deformação das estruturas de concreto reforçadas com aquelas fibras na zona de tensão.

[0012] É um objetivo adicional fornecer uma estrututa de concreto compreendendo concreto convencional e fibras de aço que permitam o cálculo de tensão na fibra do filamento (ou CMOD) não apenas em SLS, como também em ULS. As fibras de aço tradicionais exibem ba- sicamente dois mecanismos de trabalho. O primeiro mecanismo é a força de arranque de fibra sem qualquer quebra da fibra, como para as fibras de aço com extremidades com formato de gancho como, por exemplo, conhecidas a partir do documento EP- B1 -851957 e por algumas fibras onduladas. Neste caso, não há relação direta entre o CMOD e o filamento na fibra. O segundo mecanismo é a falha da fibra. Neste caso, as fibras são bem ancoradas para que apenas a força de arranque de fibra limitada possa ocorrer, mas devido à baixa capacidade de filamento dos arames de onde as fibras são feitas, as fibras irão falhar em CMOD's menores do que o exigido no ULS. Especialmente, a relação entre a resistência pós-fissura do ULS e do SLS é relativamente baixa. Quando ocorre a falha na fibra, não há relação direta entre o CMOD e o filamento na fibra. As fibras de acordo com esta invenção são completamente ou quase completamente ancoradas no concreto ou argamassa, mas como as fibras são feitas de um arame de aço dotado de um filamento com grande falha, elas não se quebram antes de chegar ao ULS. A relação de ULS/SLS é igual ou maior do que 1 para uma fibra. Para as fibras de acordo com esta invenção, o filamento de fibra (derivado do CMOD) é maios ou menos igual ao filamento do arame de onde as fibras são feitas para que a tensão em uma fibra possa ser calculada a partir do filamento, ao contrário das fibras tradicionais.

[0013] De acordo com a presente invenção, fornece-se uma estru-tuta de concreto compreendendo concreto convencional e fibras de aço para reforçar concreto. A fibra de aço tem uma parte intermediária e extremidades de ancoragem em uma ou em ambas as extremidades da parte intermediária. A parte intermediária da fibra de aço tem um comprimento L, uma capacidade de carga máxima Fm (em N) e um alargamento em carga máxima Ag+e. A parte intremediária tem um diâmetro variando de 0,10 mm até 1,20 mm e um relação de compri- mento para diâmetro L/D variando de 40 até 100. A parte intermediária de uma fibra de aço de acordo com a presente invenção tem um alargamento em carga máxima que é pelo menos 4%.

[0014] Cada fibra de aço tem uma força de ancoragem no concreto que é pelo menos 90 % da capacidade de carga máxima Fm.

[0015] A força de ancoragem é determinada pela carga máxima que é alcançada durante um teste de força de arranque. Para este teste de força de arranque, uma fibra de aço é embutida com uma extremidade no concreto. O teste é descrito adicionalmente em mais detalhes.

ALARGAMENTO EM CARGA MÁXIMA

[0016] No contexto da presente invenção, o alargamento em carga máxima Ag+e e não o alargamento na fração At é usado para caracterizar o alargamento de uma fibra de aço, mais particularmente, da parte intermediária de uma fibra de aço. A razão é que, uma vez que a carga máxima foi alcançada, a restrição da superfície disponível da fibra de aço começa e as cargas maiores não são levantadas. O alargamento na carga máxima Ag+e é a soma do alargamento plástico na carga máxima Ag e o alargamento elástico. O alargamento na carga máxima não compreende o alargamento estrutural As que pode ser devido ao caráter ondulado da parte do meio da fibra de aço (se qualquer). No caso de uma fibra de aço ondulada, a fibra de aço é primeiro alisada antes de a Ag+e ser medida.

[0017] O alargamento na carga máxima Ag+θ da parte intermediária de uma fibra de aço de acordo com a presente invenção é pelo menos 4 %. De acordo com as modalidades em particular da presente invenção, a parte intermediária da fibra de aço tem um alargamento na carga máxima Ag+e maior do que 4,25%, maior do que 4,5 %, maior do que 4,75%, maior do que 5,0 %, maior do que 5,25%, maior do que 5,5%, maior do que 5,75% ou maior ainda do que 6,0%. O alto grau de alargamento na carga máxima Ag+θ pode ser obtido ao aplicar um tratamento de liberação de tensão em particular, tal como um tratamento térmico nos arames de aço de onde as fibras de aço serão feitas. CAPACIDADE DE CARGA MÁXIMA Fm - RESISTÊNCIA À TRAÇÃO Rm [0018] A parte intermediária de uma fibra de aço de acordo com a presente invenção tem uma alta capacidade de carga máxima Fm. A capacidade de carga máxima Fm é a maior carga que a fibra de aço aguenta durante um teste de tração. A capacidade de carga máxima Fm da parte intermediária é diretamente relacionada à resistência à tração Rm da parte intermediária à medida que a resistência à tração Rm é a capacidade de carga máxima Fm dividida pela área da seção transversal original da fibra de aço. Para uma fibra de aço de acordo com a presente invenção, a resistência à tração da parte intermediária da fibra de aço é preferivelmente acima de 1000 MPa e mais particularmente acima de 1400 MPa, por exemplo, acima de 1500 MPa, por exemplo, acima de 1750 MPa, por exemplo, acima de 2000 MPa; por exemplo, acima de 2500 MPa. A alta resistência à tração das fibras de aço de acordo com a presente invenção permite que as fibras de aço aguentem altas cargas. Uma resistência à tração mais alta é, então, diretamente refletida em uma a dosagem inferior das fibras.

FORÇA DE ANCORAGEM

[0019] A força de ancoragem de uma fibra de aço fornecida com as extremidades de ancoragem embutidas em concreto é determinada por um teste de força de arranque. Mais particularmente, a força de ancoragem é correspondente à carga máxima que é alcançada durante um teste de força de arranque. O teste de força de arranque é mais explicado em mais detalhes. A fibra de aço de acordo com a presente invenção oferece uma ancoragem muito boa (quase perfeita) no concreto. De acordo com a presente invenção, a força de ancoragem de uma fibra de aço em concreto é pelo menos 90 % da capacidade de carga máxima Fm da parte intermediária da fibra de aço.

[0020] Em algumas modalidades, a força de ancoragem é maior do que 92%, 95%, 98% ou maior ainda do que 99% da capacidade de carga máxima Fm da parte intermediária da fibra de aço.

[0021] O alto grau de ancoragem no concreto dará à estrutura de concreto reforçado mais força residual à medida que 90% ou mais da força total do arame de aço pode ser usado. De fato, as fibras de aço serão prevenidas de sair do concreto.

[0022] O alto grau de ancoragem no concreto pode ser obtido de diferentes modos como, por exemplo, ao engrossar ou alargar as extremidades, por meio de conformação a frio, ao achatar as fibras de aço, ao fazer ganchos acentuados para as extremidades das fibras de aço, ao ondular as extremidades ou por meio de combinações disso. As extremidades de ancoragem são, por exemplo, extremidades de ancoragem engrossadas, extremidades de ancoragem alargadas, extremidades de ancoragem conformadas a frio, extremidades de ancoragem achatadas, extremidades de ancoragens flexionadas, extremidades de ancoragem onduladas ou qualquer combinação delas.

[0023] O mecanismo que é a razão pela qual algumas extremidades de ancoragem se desempenham melhor do que as outras extremidades de ancoragem não é completamente compreendido e o grau de ancoragem não pode ser predito, por exemplo, por meio de modelagem matemática. Portanto, de acordo com a presente invenção, propõe-se que se determine a força de ancoragem de uma fibra de aço ao embutir a fibra de aço fornecida com uma extremidade de ancoragem em concreto e ao submeter a fibra de aço a um teste de força de arranque (teste de deslocamento de carga). Se a força de ancoragem for pelo menos 90% da capacidade de carga máxima Fm, a fibra de aço cumpre com as exigências da presente invenção com relação à anco- ragem.

[0024] O teste de força de arranque compreende as seguintes etapas: - embutir uma fibra de aço de acordo com a presente invenção com uma de suas extremidades de ancoragem no dito concreto, preferivelmente, em um bloco de concreto. A parte da parte intermediária da fibra de aço é, desse modo, embutida no concreto (= parte embutida da parte intermediária da fibra de aço) e a parte da parte intermediária da fibra de aço está se projetando para fora do concreto (= parte protuberante da parte intermediária da fibra de aço). - fixar os grampos na dita parte protuberante da dita parte intermediária da dita fibra de aço; - exercitar um deslocamento nos ditos grampos.

[0025] Por este teste uma curva de alargamento de carga é registrada.

[0026] No teste de força de arranque uma das extremidades de ancoragem da fibra de aço é completamente embutida no concreto. A parte embutida da parte intermediária da fibra de aço tem um comprimento Lparte intermediária embutida ou Lmp emb. A parte protuberante da parte intermediária até os grampos tem um comprimento Lgrampos protuberantes da parte intermediária ou LMP pr grampos. A soma do comprimento Lmp emb e Lmp pr grampos é definida como o comprimento da parte intermediária até os grampos Lgrampos protuberantes da parte intermediária ou Lmp grampos.

[0027] Preferivelmente, a fibra de aço é embutida em um bloco de concreto de 50 x 50 x 50 mm, 60 x 60 x 50 mm ou 80 x 80 x 60 mm. [0028] O Lparte intermediária embutida é preferivelmente pelo menos 15 mm.

[0029] As fibras de aço de acordo com a presente invenção permitem, no teste de força de arranque na carga máxima que pode ser obtida durante este teste de força de arranque, um deslocamento absolu- to de x L grampos da parte intermediária/100, com x sendo pelo menos 2,5. Preferivelmente, x é pelo menos igual ao alargamento na carga máxima Ag+e.

[0030] Em uma modalidade preferida, as fibras de aço de acordo com a presente invenção permitem, na carga máxima no teste de força de arranque, um deslocamento absoluto de pelo menos 4*Lgrampos da parte intermediária/100, de pelo menos 5 Lgrampos da parte intermediária/100 ou de pelo menos 6 Lgrampos da parte intermediária/1 00.

[0031] Por causa da alta maleabilidade ou grande alargamento das fibras de aço de acordo com a presente invenção, as fibras não irão quebrar nos CMOD's acima de 1,5 mm, acima de 2,5 mm ou acima de 3,5 mm no teste de flexão de três pontos de acordo com o EN 14651.

[0032] Próximo do grande alargamento na carga máxima Ag+θ, as fibras de aço de acordo com a presente invenção também são caracterizadas por um alto grau de ancoragem. Conforme mencionado acima, o alto grau de ancoragem irá evitar a força de arranque das fibras. O alto grau de ancoragem combinado com o grande alargamento na força máxima irá evitar a força de arranque das fibras e irá evitar a falha da fibra.

[0033] A alta resistência à tração Rm das fibras de aço de acordo com a presente invenção permite que as fibras de aço aguentem altas cargas. O alto grau de ancoragem combinado com a alta resistência à tração permite que o melhor uso seja feito da resistência à tração depois da ocorrência de fissuras. Portanto, uma resistência à tração é diretamente refletida em uma a dosagem inferior das fibras, necessária no concreto convencional.

[0034] A força de arranque ou falha da fibra devido à baixa capacidade de filamento máximo da fibra de aço são fenômenos que dependem do tempo e regulam o comportamento de deformação de uma estrutura em tensão. O comportamento de deformação inferior do concreto reforçado com fibras de aço de acordo com a presente invenção é esperado à medida que essas fibras de aço não têm força de arranque ou não se quebram prematuramente.

[0035] As parte intermediária das fibras de aço tipicamente têm um diâmetro D que varia de 0,10 mm a 1,20 mm. No caso de a seção transversal da parte intermediária da fibra de aço não ser redonda, o diâmetro é igual ao diâmetro de um círculo com a mesma área de superfície que a seção transversal da parte intermediária da fibra de aço. As partes intermediária das fibras de aço tipicamente têm uma razão de comprimento para diâmetro L/D que varia de 40 a 100.

[0036] A parte intermediária da fibra de aço pode ser reta ou retilí-nea ou pode ser ondeada ou ondulada.

[0037] A estrutura de concreto tem uma força residual média pós-fissura em ULS que excede 3 MPa, por exemplo, mais do que 4 MPa, por exemplo, mais do que 5 MPa, 6 MPa, 7 MPa, 7,5 MPa. A dosagem das fibras de aço na estrutura de concreto é preferivelmente, mas não necessariamente, menor do que 80 kg/m3, preferivelmente, menor do que 60 kg/m3. A dosagem das fibras de aço no concreto pode variar tipicamente de 20 kg/m3 para 50 kg/m3, por exemplo, de 30 kg/m3 para 40 kg/m3. As estruturas de concreto preferidas têm uma força residual média pós-fissura em ULS que excede 5 MPA com uma dosagem das ditas fibras de aço menor do que 40 kg/m3.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS NOS DESENHOS

[0038] A invenção será descrita agora em mais detalhes com referência aos desenhos em anexo, nos quais [0039] a figura 1 ilustra um teste de tração (teste de filamento de carga) de uma fibra de aço;

[0040] a figura 2 ilustra um teste de força de arranque (teste de deslocamento de carga) de uma fibra de aço embutida em concreto;

[0041] a figura 3a e a figura 4a mostram curvas do filamento de carga de duas fibras de aço da técnica anterior e uma fibra de aço de acordo com a presente invenção;

[0042] a figura 3b e a figura 4b mostram curvas do deslocamento de carga de duas fibras de aço da técnica anterior e uma fibra de aço de acordo com a presente invenção;

[0043] a figura 5a, a figura 5b e a figura 5c são ilustrações das fibras de aço fornecidas com as extremidades de ancoragem de acordo com a presente invenção.

MODO(S) PARA REALIZAR A INVENÇÃO

[0044] A presente invenção será descrita com relação às modalidades em particular e com referência aos determinados desenhos, mas a invenção não é limitada a eles, mas apenas pelas reivindicações. Os desenhos descritos são apenas esquemáticos e não são limi-tantes. Nos desenhos, o tamanho de alguns dos elementos pode ser exagerado e não desenhado em escala por fins ilustrativos. As dimensões e as dimensões relativas não correspondem às reduções reais para praticar a invenção.

[0045] Os termos a seguir são fornecidos somente para auxiliar na compreensão das invenções.

[0046] Capacidade de carga máxima (Fm): a maior carga que a fibra de aço aguenta durante um teste de tração; - Alargamento em carga máxima (%): aumento no comprimento de medida da fibra de aço na força máxima, expresso como uma porcentagem do comprimento de medida original; - Alargamento na fratura (%): aumento no comprimento de medida no momento da fratura expresso como uma porcentagem do comprimento de medida original; - Resistência à tração (Rm): tensão correspondente à carga máxima (Fm); - Tensão: força dividida pela área em seção transversal original da fibra de aço; - Dosagem: quantidade de fibras adicionadas a um volume de concreto (expressa em kg/m3).

[0047] Para ilustrar a invenção, inúmeras diferentes fibras de aço, fibras de aço da técnica anterior e fibras de aço de acordo com a presente invenção são submetidas a inúmeros testes diferentes: - um teste de tração (teste de filamento de carga); e - um teste de força de arranque (teste de deslocamento de carga). O teste de tração é aplicado na fibra de aço, mais particularmente, na parte intermediária da fibra de aço. Alternativamente, o teste de tração é aplicado no arame usado para fazer a fibra de aço. O teste de tração é usado para determinar a capacidade de carga máxima Fm da fibra de aço e para determinar o alargamento na carga máxima Ag+e. O teste de força de arranque é aplicado na fibra de aço embutida com uma extremidade de ancoragem no concreto. O teste de força de arranque é usado para medir a força de ancoragem de uma fibra de aço no concreto e para determinar o deslocamento absoluto da fibra de aço embutida no concreto. Os testes são ilustrados na figura 1 e figura 2, respectivamente.

[0048] A figura 1 mostra uma configuração de teste 60 para medir o alargamento das fibras de aço adaptadas para o reforço do concreto. As extremidades de ancoragem (por exemplo, as extremidades alargadas ou com formato de gancho) da fibra de aço a serem testadas são cortadas primeiro. A parte intermediária remanescente 14 da fibra de aço é fixada entre dois pares de grampos 62, 63. Através dos grampos 62, 63 uma força de tração F crescente é exercida na parte intermediária 14 da fibra de aço. O deslocamento ou alargamento como um resultado desta força de tração crescente F é medido ao medir o deslocamento das pegas 64, 65 do extensômetro. Li é o comprimen- to da parte do meio da fibra de aço e é, por exemplo, 50 mm, 60 mm ou 70 mm. L2 é a distância entre os grampos e é, por exemplo, 20 mm ou 25 mm. L3 é o comprimento de medida do extensômetro e é p mínimo de 10 mm, por exemplo, 12 mm, por exemplo, 15 mm. Para a pega melhorada do extensômetro à parte intermediária 14 da fibra de aço, a parte intermediária da fibra de aço pode ser revestida com uma fita fina para evitar que o extensômetro saia sobre a fibra de aço. Por este teste, uma curva de alargamento de carga é registrado. O alargamento total em porcentagem na carga máxima é calculado pela fórmula a seguir: [0049] Com a ajuda da configuração do teste 60, inúmeros arames diferentes foram testados quanto à capacidade de carga máxima Fm (quebra da carga), resistência à tração Rm e alargamento total na carga máxima Ag+e. No total, dez arames foram testados: nove arames da técnica anterior e um arame da invenção. Foram feitos cinco testes por espécime. A Tabela 1 resume os resultados. TABELA 1 [0050] Apenas o arame da invenção tem um alargamento na carga máxima que excede 4%.

[0051] A figura 2 ilustra uma configuração do teste 200 para medir a ancoragem de uma fibra de aço 202 no concreto. A fibra de aço 202 tem uma parte intermediária 204 e as extremidades de ancoragem 206. A fibra de aço 202 é ancorada com uma de suas extremidades de ancoragem 206 em um cubo de concreto 208. O cubo de concreto 208 é, por exemplo, um cubo de 50 x 50 x 50 mm. Alternativamente, o cubo 208 é um cubo de 60 x 60 x 50 mm ou um cubo de 80 x 80 x 60 mm. O cubo 208 é, por exemplo, feito de concreto convencional. A fibra de aço 202 é embutida no centro de uma face 210 do cubo 208 perpendicular àquela face 210. A extremidade de ancoragem 206 é, desse modo, completamente embutida no cubo de concreto. O comprimento da parte intermediária da fibra de aço que é embutida no concreto ou argamassa é definido como Lparte intermediária embutida ou Lmp emb e é representado por 222. O comprimento da parte intermediária da fibra de aço que não é embutida no concreto ou na argamassa até os grampos é definido como Lgrampos protuberantes da parte do meio ou Lmp pr grampos θ é representado por 224. A soma do comprimento Lmp emb e Lmp pr grampos é definida como o comprimento da parte intermediária até os grampos Lgrampos protuberantes da parte intermediária ou Lmp grampos e é representada por 226. [0052] O Lparte intermediária embutida é preferivelmente pelo menos 15 mm.

[0053] O cubo 208 é então apoiado em uma plataforma 214 com uma abertura central 216 através da qual a fibra de aço 202 se esten- de. A plataforma 214 é retida por barras 218 que constroem uma gaiola ao redor do cubo 208. A outra extremidade da fibra de aço 202 é cortada e é fixada em grampos 220. Um deslocamento é preparado na fibra de aço 202 até que a fibra de aço 202 se quebre, ou seja, puxada para fora do cubo 208. Um diagrama de deslocamento de força ou de deslocamento de carga é registrado.

[0054] A figura 3a mostra uma curva do filamento de carga de três fibras de aço diferentes dotadas de um diâmetro de 0,90 mm: - A curva do filamento de carga 32 é a curva do filamento de carga de um arame da técnica anterior, mais particularmente, do arame da técnica anterior 1 da tabela 1; - A curva do filamento de carga 33 é a curva do filamento de carga de um segundo arame da técnica anterior, mais particularmente do arame da técnica anterior 8 da tabela 1; - A curva do filamento de carga 34 é a curva do filamento de carga de um arame usado para uma fibra de aço de acordo com a presente invenção, mais particularmente o arame da invenção da tabela 1.

[0055] As curvas do filamento de carga são obtidas ao submeter as fibras de aço a um teste conforme descrito na figura 1. A curva do filamento de carga 32 e a curva do filamento de carga 33 são semelhantes. A curva do filamento de carga 32 mostra uma capacidade de carga máxima Fm de 879 N. Esta capacidade de carga máxima Fm é equivalente a uma resistência à tração máxima Rm de cerca de 1382 MPa. A curva do filamento de carga 32 mostra, ademais, um alargamento na carga máxima Ag+θ de 1,37 %. A curva do filamento de carga 33 mostra uma capacidade de carga máxima Fm de 751 N. Esta capacidade de carga máxima Fm é equivalente a uma resistência à tração máxima Rm de cerca de 1181 MPa. A curva do filamento de carga 33 mostra um alargamento na carga máxima Ag+e de 2,16 %. Quando a curva do filamento de carga 34 de uma fibra de aço de acordo com a presente invenção é comparada com as curvas do filamento de carga 32 e 33 das fibras de aço da técnica anterior duas diferenças devem ser notadas: Primeiro de tudo, a capacidade de carga máxima Fm é maior do que 1400 Newton, isto é, muito maior do que a capacidade de carga máxima Fm da fibra da técnica anterior da curva 32 e da curva 33. Em segundo lugar, o alargamento na carga máxima Ag+e também é muito maior do que o alargamento na carga máxima Ag+θ da fibra da técnica anterior da curva 32 e da fibra da técnica anterior da curva 33. O alargamento em carga máxima Ag+e da fibra de aço de acordo com a presente invenção é maior do que 4,0%, mais particularmente 5%.

[0056] A figura 3b mostra as curvas de deslocamento de carga das fibras testadas no teste de filamento de carga da figura 3a: - A curva de deslocamento de carga 42 é a curva de deslocamento de carga de uma primeira fibra de aço da técnica anterior, mais particularmente de uma fibra de aço feita de arame da técnica anterior 1 da tabela 1, a fibra de aço é fornecida com cabeças de pregos como as extremidades de ancoragem em ambas as extremidades. - A curva de deslocamento de carga 43 é a curva de deslocamento de carga de uma segunda fibra de aço da técnica anterior, mais particularmente de uma fibra de aço feita de arame da técnica anterior 8 da tabela 1, a fibra de aço é fornecida com extremidades com formato de gancho em ambas as extremidades. - A curva de deslocamento de carga 44 corresponde à curva do filamento de carga de uma fibra de acordo com a presente invenção, mais particularmente de uma fibra de aço feita de arame da técnica anterior da tabela 1, a fibra de aço é fornecida com cabeças de pregos como as extremidades de ancoragem em ambas as extremidades.

[0057] Durante o teste de força de arranque, a primeira fibra de aço da técnica anterior (curva 42) mostra uma carga máxima (= força de ancoragem) que é aproximadamente a mesma que a capacidade de carga máxima Fm do arame correspondente conforme determinado na figura 3a (curva 32). Isso é uma indicação de uma boa ancoragem da fibra no concreto. A capacidade de carga máxima Fm da fibra no concreto é alcançada em deslocamentos relativamente pequenos. No entanto, a primeira fibra da técnica anterior cai em baixo CMOD, muito inferior do que o CMOD exigido para o ULS por causa da fratura da fibra.

[0058] A segunda fibra da técnica anterior (curva 43) mostra um comportamento completamente diferente. A curva 43 refere-se ao comportamento da força de arranque de uma fibra da técnica anterior com extremidades com formato de gancho. As extremidades com formato de gancho são projetadas para serem puxadas para fora do concreto. Durante o teste de força de arranque, a segunda fibra de aço da técnica anterior (curva 43) mostra uma carga máxima que é muito abaixo da capacidade de carga máxima Fm do arame correspondente conforme determinado na figura 3a (curva 33). Quando a fibra de aço é adicionalmente carregada no teste de força de arranque, os ganchos começam a se deformar para permitir que a fibra de aço saia do concreto. Isso resulta em deslocamentos maiores, mas em cargas decrescentes. Consequentemente, a segunda fibra de aço da técnica anterior com as extremidades com formato de gancho não faz uso de toda a resistência à tração do aço. As fibras são puxadas sem a fratura da fibra.

[0059] Olhando a curva 44, a carga máxima obtida durante um teste de força de arranque é aproximadamente a mesma que a capacidade de carga máxima Fm do arame correspondente conforme determinado na figura 3a (curva 44). Isso é uma indicação de uma boa anco- ragem da fibra de acordo com a presente invenção no concreto. A fibra de aço da curva 44 permite, no teste de força de arranque na carga máxima obtida no teste de força de arranque, um deslocamento absoluto de X L grampos da parte intermediária/100, com X sendo pelo menos 2,5. Preferivelmente, x é pelo menos igual ao alargamento na carga máxima Ag+e. Em uma modalidade preferida, as fibras de aço de acordo com a presente invenção permitem, na carga máxima no teste de força de arranque, um deslocamento absoluto de pelo menos 4*Lgrampos da parte intermediária/100, de pelo menos 5* Lgrampos da parte intermediária/100 ou de pelo menos 6 Lgrampos da parte intermediária/100.

[0060] A fibra de aço de acordo com a presente invenção não irá se quebrar nos CMOD's acima de 1,5 mm, acima de 2,5 mm ou acima de 3,5 mm no teste de flexão de três pontos de acordo com o EN 14651. Devido à alta resistência à tração, o grande alargamento e a boa ancoragem da fibra de aço a fibra de aço uma vez carregada fará uso de quase sua resistência à tração total sem ser quebrada ou sem ser arrancada. Consequentemente, as dosagens menores podem ser usadas. Ademais, o concreto reforçado com este tipo de fibras de aço mostrará menor deformação.

[0061] A figura 4a mostra uma curva do filamento de carga de três fibras de aço diferentes dotadas de um diâmetro de respectivamente 0,75 mm, 0,77 mm e 0,70 mm: - A curva do filamento de carga 35 é a curva do filamento de carga de um arame da técnica anterior, mais particularmente, do arame da técnica anterior 7 da tabela 1; - A curva do filamento de carga 36 é a curva do filamento de carga de um segundo arame da técnica anterior, mais particularmente do arame da técnica anterior 9 da tabela 1; - A curva do filamento de carga 37 é a curva do filamento de carga de um arame usado para uma fibra de aço de acordo com a presente invenção.

[0062] As curvas do filamento de carga são obtidas ao submeter as fibras de aço a um teste conforme descrito na figura 1. A curva do filamento de carga 35 mostra uma capacidade de carga máxima Fm de 533 N. Esta capacidade de carga máxima Fm é equivalente a uma resistência à tração máxima Rm de cerca de 1206 MPa. A curva do filamento de carga 35, ademais, mostra um alargamento na carga máxima Ag+e de 2,20%. A curva do filamento de carga 36 mostra uma capacidade de carga máxima Fm de 1051 N. Esta capacidade de carga máxima Fm é equivalente a uma resistência à tração máxima Rm de cerca de 2562 MPa. O arame é feito de aço dotado de um alto conteúdo de carbono. Isso explica a alta capacidade de carga máxima Fm. A curva do filamento de carga 36 mostra um alargamento na carga máxima Ag+θ de 1,88 %. A curva do filamento de carga 37 mostra uma capacidade de carga máxima Fm de 890 N. Esta capacidade de carga máxima Fm é equivalente a uma resistência à tração máxima Rm de cerca de 2313 MPa. A curva do filamento de carga 35, ademais, mostra um alargamento na carga máxima Ag+e de mais do que 4%, por exemplo, 5%. Quando a curva do filamento de carga 37 do arame da invenção é comparada com as curvas do filamento de carga 35 e 36 do arames da técnica anterior, uma pessoa observa que: - a capacidade de carga máxima Fm do arame da invenção é entre a capacidade de carga máxima Fm dos dois arames da técnica anterior; - o alargamento em carga máxima Ag+e do arame da invenção é muito maior do que o alargamento em carga máxima Ag+e dos dois arames da técnica anterior.

[0063] A figura 4b mostra as curvas de deslocamento de carga das fibras testadas no teste de filamento de carga da figura 4a: - A curva de deslocamento de carga 45 é a curva de deslo- camento de carga de uma fibra de aço da técnica anterior, mais particularmente de uma fibra de aço feita de arame da técnica anterior 7 da tabela 1, a fibra de aço é fornecida com extremidades com formato de gancho. - A curva de deslocamento de carga 46 é a curva de deslocamento de carga de uma outra fibra de aço da técnica anterior, mais particularmente de uma fibra de aço feita de arame da técnica anterior 9 da tabela 1, a fibra de aço é fornecida com extremidades com formato de gancho; - A curva de deslocamento de carga 44 corresponde à curva do filamento de carga de uma fibra de acordo com a presente invenção , mais particularmente de uma fibra de aço feita de arame da invenção da tabela 1, a fibra de aço é fornecida com cabeças de pregos como as extremidades de ancoragem.

[0064] Durante o teste de força de arranque, a primeira fibra de aço da técnica anterior (curva 45) mostra uma carga máxima que é substancialmente inferior à capacidade de carga máxima Fm do arame correspondente conforme determinado na figura 4a (curva 35). A curva 45 mostra o comportamento da força de arranque de uma fibra da técnica anterior com extremidades com formato de gancho. Quando a fibra de aço é carregada no teste de força de arranque, os ganchos começam a se deformar para permitir que a fibra de aço saia do concreto. Isso resulta em deslocamentos maiores em cargas decrescentes. Consequentemente, a fibra da técnica anterior com as extremidades com formato de gancho não fazem uso de toda a resistência à tração do aço. As fibras são puxadas sem a fratura das fibras.

[0065] A curva 46 é muito semelhante à curva 44. A carga máxima obtida no teste de força de arranque da curva 46 é um tanto maior do que a carga máxima da curva 45. Semelhante à curva 45, a carga máxima obtida no teste de força de arranque da curva 46 é muito menor do que a capacidade de carga máxima Fm do arame correspondente conforme determinado na figura 4a (curva 36). Quando a fibra de aço é adicionalmente carregada no teste de força de arranque, os ganchos começam a se deformar para permitir que a fibra de aço saia do concreto. Isso resulta em deslocamentos maiores, mas em cargas decrescentes. Consequentemente, a fibra de aço da técnica anterior com as extremidades com formato de gancho não fazem uso de toda a resistência à tração do aço. As fibras são puxadas sem a fratura da fibra. [0066] Olhando a curva 47, a carga máxima obtida durante um teste de força de arranque é aproximadamente a mesma que a capacidade de carga máxima Fm do arame correspondente conforme determinado na figura 4a (curva 37). Isso é uma indicação de uma boa força de ancoragem da fibra de aço de acordo com a presente invenção no concreto. Apesar de a parte intermediária da fibra de aço da curva 46 ter uma capacidade de carga Fm maior do que a parte intermediária da fibra de aço da curva 47, a carga máxima obtida durante um teste de força de arranque da fibra de aço da curva 47 é maior do que a carga máxima obtida durante um teste de força de arranque da fibra de aço da curva 46.

[0067] A fibra de aço da curva 47 faz uso de quase toda a sua resistência à tração sem ser quebrada ou sem ser arrancada, enquanto a fibra de aço da curva 46 irá sair sem fazer uso de sua resistência. A fibra de aço da curva 44 permite, no teste de força de arranque na carga máxima no teste de força de arranque, um deslocamento absoluto de x L grampos da parte intermediária/100, com x sendo pelo menos 2,5. Preferivelmente, x é pelo menos igual ao alargamento na carga máxima Ag+e. Em uma modalidade preferida, as fibras de aço de acordo com a presente invenção permitem, na carga máxima no teste de força de arranque, um deslocamento absoluto de pelo menos 4*Lgrampos da parte intermediária/100, de pelo menos 5* Lgrampos da parte intermediária/100 ou de pelo menos 6 Lgrampos da parte intermediária/1 00.

[0068] A figura 5a, a figura 5b e a figura 5c mostram diferentes modalidades das fibras de aço de acordo com a presente invenção que fornecem uma boa força de ancoragem, uma vez que a fibra de aço é embutida no concreto.

[0069] Não é completamente compreendido porque algumas extremidades de ancoragem se desempenham melhor do que as outras extremidades de ancoragem. Portanto, de acordo com a presente invenção, propõe-se que se determine a força de ancoragem de uma fibra de aço ao embutir a fibra de aço fornecida com suas extremidades de ancoragem no concreto e ao submeter a fibra de aço a um teste de força de arranque (teste de deslocamento de carga). Se a força de ancoragem for pelo menos 90 % da capacidade de carga máxima Fm, a fibra de aço cumpre com as exigências da presente invenção. [0070] A figura 5a mostra uma fibra de aço 502 dotada de uma parte intermediária 503 fornecida com extremidades de ancoragens 504. As extremidades de ancoragem 504 são extremidades alargadas em ambos os lados da parte intermediária 503. Essas extremidades alargadas 504 são comparáveis a uma cabeça do prego. Na modalidade mostrada na figura 5a, a cabeça do prego é arredondada. Apesar de que isso não é uma limitação. As cabeças dos pregos que possuem um outro formato, tal como cabeças quadrada ou cabeças retangulares, também são adequadas.

[0071] A figura 5b mostra uma outra fibra de aço 506 dotada de uma parte intermediária 507 fornecida com as extremidades de ancoragem 508 em ambas as extremidades da parte intermediária 507. As extremidades de ancoragem 508 são ganchos.

[0072] A figura 5c mostra uma modalidade adicional de uma fibra de aço 510 de acordo com a presente invenção que fornece uma ancoragem acima de 90% uma vez que é embutida no concreto. A fibra de aço 510 tem uma parte intermediária 511 fornecida com as extremidades de ancoragem 512 em ambas as extremidades da parte intermediária 511. As extremidades de ancoragem 512 têm o formato de um gancho fechado ou substancialmente fechado.

[0073] Como uma questão exemplificativa, as fibras de aço de acordo com a invenção podem ser feitas conforme segue. O material de partida é um vergalhão para trefilação de arame com um diâmetro de, por exemplo, 5,5 mm ou 6,5 mm e uma composição de aço dotada de um conteúdo de carbono mínimo de 0,50 por cento em peso (% em peso), por exemplo, igual ou maior do que 0,60% em peso, um conteúdo de manganês na faixa de 0,20% em peso a 0,80% em peso, um conteúdo de silício na faixa de 0,10% em peso a 0,40% em peso. O conteúdo de enxofre é no máximo 0,04% em peso e o conteúdo de fósforo é no máximo 0,04% em peso. Uma típica composição de aço compreende 0,725% de carbono, 0,550% de manganês, 0,250% de silício, 0,015% de enxofre e 0,015% de fósforo. Uma composição de aço alternativa compreende 0,825% de carbono, 0,520% de manganês, 0,230% de silício, 0,008% de enxofre e 0,010% de fósforo. O ver-galhão para trefilação de arame é trefilado a frio em inúmeras etapas de trefilação até que seu diâmetro final varie de 0,20 mm a 1,20 mm. A fim de dar à fibra de aço seu maior alargamento na fratura e na carga máxima, o então arame trefilado pode ser submetido a um tratamento de liberação de tensão, por exemplo, ao passar o arame através de uma bobina de indução de alta frequência ou de frequência média de um comprimento que é adaptado à velocidade do arame passante. Observou-se que um tratamento térmico em uma temperatura de cerca de 300°C por um determinado período de tempo resulta em uma redução da resistência à tração de cerca de 10% sem aumentar o alargamento na fratura e o alargamento na carga máxima. Ao aumentar levemente a temperatura, no entanto, para mais do que 400°C, uma diminuição adicional da resistência à tração é observada e, ao mesmo tempo, um aumento no alargamento na fratura e um aumento no alargamento na carga máxima.

[0074] Os arames podem ou não ser revestidos com um revestimento resistente a corrosão, tal como um revestimento de zinco ou de liga de zinco, mais particularmente, um revestimento de alumínio e zinco ou um revestimento de magnésio, alumínio e zinco. Antes da tre-filação ou durante a trefilação, os arames também podem ser revestidos com um revestimento de cobre ou de liga de cobre a fim de facilitar a operação de trefilação.

[0075] Os arames com tensão liberada são então cortados em comprimentos apropriados das fibras de aço e às extremidades das fibras de aço são dados a ancoragem ou o espessamento apropriado. O corte e o dimensionamento do gancho podem ser feitos em uma etapa e na mesma etapa da operação por meio de rolos apropriados. [0076] As então obtidas fibras de aço podem ou não ser coladas juntas de acordo com o documento US-A-4284667.

[0077] Adicional ou alternativamente, as fibras de aço obtidas podem ser colocadas em um pacote de corrente de acordo com o documento EP-B1-1383634 ou em um pacote do tipo correia, tal como descrito no pedido de patente europeu com o número do pedido 09150267.4 do Depositante.

REIVINDICAÇÕES

Claims

1. Estrutura de concreto compreendendo concreto convencional e fibras de aço (502) para reforçar concreto, em que as ditas fibras de aço (502) possuem uma parte intermediária (503) e de extremidades de ancoragem (504) em uma ou ambas as extremidades da dita parte intermediária (503), a dita parte intermediária (503) tendo um diâmetro que varia de 0,10 mm a 1,20 mm, a dita parte intermediária (503) tendo uma relação de comprimento para diâmetro L/D que varia de 40 a 100; em que a dita parte intermediária (503) tem uma capacidade de carga máxima Fm e tem um alargamento na carga máxima Ag+θ, caracterizada pelo fato de que: o dito alargamento na carga máxima Ag+e é pelo menos 4%, em que a dita fibra de aço (502) possui uma força de ancoragem no dito concreto de pelo menos 90% da dita capacidade de carga máxima Fm, a dita força de ancoragem sendo a carga máxima obtida durante um teste de força de arranque de uma fibra de aço (502) embutida com uma das ditas extremidades de ancoragem (504) no dito concreto.

2. Estrutura de concreto, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a dita parte intermediária (503) das ditas fibras de aço tem uma resistência à tração Rm de pelo menos 1000 MPa.

3. Estrutura de concreto, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que a dita parte intermediária (503) tem uma resistência à tração Rm de pelo menos 1400 MPa.

4. Estrutura de concreto, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que a dita parte intermediária (503) das ditas fibras de aço tem um alargamento em carga máxima Ag+e de pelo menos 5%.

5. Estrutura de concreto, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que a dita parte intermediária (503) das ditas fibras de aço (502) tem um alargamento em carga máxima Ag+θ de pelo menos 6%.

6. Estrutura de concreto, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que as ditas extremidades de ancoragem (504) são extremidades de ancoragem engrossadas, extremidades de ancoragem alargadas, extremidades de ancoragem conformadas a frio, extremidades de ancoragem achatadas, extremidades de ancoragens flexionadas, extremidades de ancoragem onduladas ou qualquer combinação das mesmas.

7. Estrutura de concreto, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada pelo fato de que as ditas fibras de aço (502) estão em um estado de tensão liberada.

8. Estrutura de concreto, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que tem uma força residual média pós-fissura em ULS que excede 5 MPa com uma dosagem das ditas fibras de aço (502) menor do que 40 kg/m3.