Entendendo as fissuras no concreto residencial; Controle e Prevenção

 Fissuras no concreto vêm em muitos tamanhos e formas: desde fissuras superficiais, mas esteticamente desagradáveis, até fissuras largas e de profundidade total. Este artigo é escrito para proprietários, construtores ou inspetores de edifícios para fornecer uma compreensão básica dos tipos mais comuns defissuras, seu controle e prevenção.

Fissuras no Concreto: Tipos e Causas Comuns

O concreto, em sua forma mais simples, é uma mistura de cimento hidráulico, agregados e água. A maioria do concreto produzido hoje também contém aditivos químicos como redutores de água, retardados e aceleradores. Como muitos outros materiais de construção, o concreto se expande e contrai com mudanças de temperatura e umidade. Também pode desviar dependendo das cargas aplicadas e condições de suporte.
Você já viu uma laje, calçada, varanda ou calçada e achou que estava lindo, exceto por aquela rachadura feia? Quando acontece algo que faz com que o concreto se expanda ou contraia, ou quando uma carga pesada é aplicada, ou quando uma mudança na  base ocorre, o concreto provavelmente irá fissurar.
Uma das formas mais comuns de fissuras são as chamadas fissuras por retração plástica, aparecem na superfície do concreto fresco logo após sua colocação e antes de endurecer. Eles são causados pela rápida perda de água da superfície do concreto antes que endureça. Essas fissuras são geralmente paralelas, rasas e não atingem a borda da laje. A adição de água ao concreto, altas temperaturas, baixa umidade e velocidade do vento são as principais causas de rachaduras plásticas. Por serem rasas, muitas vezes são invisíveis, mas raramente prejudicam a resistência ou durabilidade do concreto.
As fissuras por secagem são outra forma comum, e são provavelmente as fissuras mais incompreendidas e contenciosas no concreto residencial. Quando o concreto é colocado, ele está em seu maior volume. À medida que começa a endurecer, a água de dentro do concreto chega à superfície e evapora; esta água é chamada de água de sangramento. A perda de água sangrando causa uma redução no volume e o concreto começa a encolher. Uma vez que o concreto começa a endurecer (através da hidratação do cimento) a água é consumida no processo de reação enquanto continua a secar externamente. Essa perda total de água leva a uma contração do concreto, chamado de encolhimento de secagem, e é a principal causa das rachaduras maiores, invisíveis, muitas vezes de profundidade total conhecidas como fissuras de retração por secagem. Quando o concreto é impedido de encolher livremente, devido, por exemplo, a bordas espessadas ao longo do perímetro, vigas de grau interno para paredes de suporte de carga, brutos M-E-P, etc., a probabilidade e o tamanho das fissuras provenientes da retração por secagem aumentam. O encolhimento em função da secagem é o motivo pelo qual os aplicadores de concreto colocam juntas no concreto; articulações são simplesmente "rachaduras bonitas". Em média, o concreto encolhe 1/8 polegada em vinte pés, mas, em geral, a retração é proporcional à quantidade de água no concreto.
As fissuras também podem se formar devido à assentamento do concreto em torno do aço (que aumenta a probabilidade de ocorrência com a adição de água), movimento de trabalho de forma, mudanças no suporte subgrade (como em uma trincheira inadequadamente compactada) ou grandes mudanças de temperatura enquanto o concreto ainda está em estágios iniciais de endurecimento.
Como referenciado acima, a prática comum de adicionar água ao concreto para facilitar sua colocação e acabamento é frequentemente uma causa primária de muitas dessas rachaduras, e no mínimo contribui para torná-las piores. Portanto, a adição de uma água de médio ou alto alcance reduzindo a mistura para minimizar a quantidade de água no concreto ajudaria a resolver muitos desses problemas.

Reforço do fio soldado (WWR)

A maioria das lajes residenciais não tem reforço de aço primário, ou estrutural. Se o aço for usado, ele é usado como reforço secundário que é definido pelo American Concrete Institute (ACI) como "reforço não estrutural como (WWR), fibras ou barras para minimizar as larguras de fissuras causadas pela expansão térmica e contração, ou encolhimento".
O Instituto de Reforço de Fios (WRI) diz que o encolhimento por secagem é a maior preocupação no projeto e construção de lajes no solo. Eles definem três propósitos primários para o reforço das lajes no solo: controle de encolhimento (secagem), controle de temperatura e capacidade de momento. Para que o WWR realize, ele deve ser posicionado com precisão dentro do terço superior do concreto com suporte adequado. Uma das principais causas para lajes residenciais de baixo desempenho é o posicionamento inadequado ou a ausência completa de suportes. Estudos sugerem que, para o WWR de bitola leve comumente usado em lajes residenciais, o espaçamento de suportes não superior a 12 polegadas em cada direção deve ser fornecido. Além disso, a WWR não prevê a redução das rachaduras de encolhimento plástico. No entanto, há uma alternativa que fornece todos os três propósitos primários para o reforço de uma laje e controle de rachaduras de encolhimento plástico...

Fibras sintéticas

As fibras sintéticas (fibra) são definidas pela ACI como "fibras picadas feitas de poliolefina, como materiais de polipropileno e polietileno, utilizadas como reforço no concreto". Nas últimas quatro décadas, o uso de fibras no concreto vem aumentando a uma taxa exponencial. Eles fornecem uma solução mais completa para fissuras devido à sua dispersão por todo o concreto. Considerando que pode haver ~150 pés de fio de aço localizados bidimensionalmente a apenas uma profundidade em um determinado volume de concreto, alternativamente há centenas de milhares de fibras nesse mesmo volume localizado tridimensionalmente ao longo da profundidade da laje. Isso significa que para uma laje de concreto reforçado com fibra adequada (FRC), todos os tipos de fissuras podem ser minimizadas ou eliminadas antes que possam se formar.
ASTM C1116/C1116M define o Concreto Reforçado com Fibra Sintética Tipo III como concreto que contém fibras sintéticas para as quais podem ser produzidas evidências documentais confirmando sua resistência à deterioração. Existem dois tipos distintos de fibras sintéticas que podem ser usadas para FRC, micro fibras sintéticas e macro fibras sintéticas

Micro fibras sintéticas

A ACI10 define microfibras como fibras com diâmetros inferiores a 0,012 (0,3 mm). Existem dois tipos de microfibras, monofilamento e fibrilado. Essas fibras são tipicamente de 0,5 a 1,5 polegadas de comprimento e adicionadas ao concreto a 0,5 a 1,5 libras por metro cúbico. Microfibras de monofilamento são como fios individuais de seda, enquanto microfibras fibriladas são como redes de seda. Essas fibras proporcionam resistência superior à formação de fissuras plásticas, especialmente quando comparadas com a WWR. Eles também ajudam a melhorar a durabilidade do congelamento e resistência a rachaduras e spalling. No entanto, uma vez que uma rachadura se forma, eles são incapazes de fornecer força residual pós-rompimento. Basta colocar, uma vez que uma fissura se forma, ao contrário do WWR, as microfibras não podem segurar a fissura firmemente juntas ou impedi-la de se espalhar.

Macro fibras sintéticas

ACI8, 10 define macrofibras como fibras com diâmetros superiores a 0,012 em (0,3 mm) e capacidade de melhorar as propriedades de engenharia do concreto; ou seja, fornecer desempenho que atenda ou exceda o da WWR . Essas fibras são tipicamente de 1,25 a 2 polegadas de comprimento e, para lajes residenciais, são tipicamente adicionadas ao concreto de 3 a 5 libras por metro cúbico. As macrofibras têm muitas formas, incluindo fita, palha ou fios torcidos. Eles fornecem todos os benefícios das microfibras, além de maior durabilidade e dureza, e controle igual ou melhor da propagação de fissura e abertura de largura de fissura em comparação com wwr. Simplificando, macro-fibras fazem tudo o que o WWR faz mais ajuda a minimizar as fissuras por retração plástica se a área de superfície de fibra das macrofibras utilizadas for grande o suficiente, uma vez que estão dispersas por todo o concreto.

Determinando desempenho equivalente

As macrofibras podem ser projetadas para fornecer desempenho igual ao da WWR. Para determinar a taxa de dosagem adequada, a comparação dos dados reais de desempenho pode ser avaliada. Diferentes testes podem ser usados para obter dados de desempenho, mas apenas o ASTM C1609/C1609M11 pode ser usado para testar fibras e WWR frente a frente. Os dois resultados primários de teste para revisão são a resistência residual flexural equivalente, fe3 ou f(e,150)150, e a razão de resistência residual flexural equivalente, Re3 ou R(T,150)150. Como o fe3 é influenciado pela força compressiva e força flexível máxima, a comparação dos valores fe3 entre os testes pode ser difícil. Portanto, uma comparação dos valores re3 é mais apropriada, pois relaciona fe3 como uma porcentagem do pico de estresse no concreto. Assim, para garantir que o desempenho da fibra sintética atenda ou exceda o da WWR, o valor re3 da fibra deve ser maior do que o da WWR quando testado usando ASTM C1609/C1609M. Os resultados dos testes abaixo, realizados por um laboratório independente, fornecem dados de comparação ASTM C1609/C1609M para microfibra, macrofibra e WWR.
Com base nestes dados, STRUX 90/40, uma macrofibra sintética adicionada ao concreto a uma taxa de 3,0 libras por metro cúbico excede o desempenho da WWR. 

A microfibra, embora exceda a capacidade do WWR de mitigar rachaduras plásticas, não pode atender ou exceder o desempenho do WWR uma vez que ocorra uma rachadura.

Testes conduzidos pela SGS TEC Services em Lawrenceville, GA sob contrato com a GCP Applied Technologies. Esses dados não podem ser usados ​​para nenhuma finalidade por ninguém que não compre fibras da GCP Applied Technologies

Referências:

1. Terminologia de concreto ACI 2018
2. NRMCA CIP 5 "Rachadura por retração de plástico"

3. ACI 224R-01 "Controle de Fissuras em Estruturas de Concreto"

4. Boletim Educacional ACI E2-00 "Reforço para Concreto - Materiais e Aplicações"

5. Fato técnico WRI TF-705-R-03 "Fórmulas para o sucesso: maneiras inovadoras de reforçar lajes no solo"

6. Fato técnico WRI TF 702-R-08 "Lajes de baixa manutenção: são necessários suportes para desempenho de longo prazo de reforço de arame soldado em lajes no nível"

7. “O Dilema de Reforço de Fio Soldado do Empreiteiro (WWR)”; Malisch, Ward e Suprenant, Bruce

8. ACI 544.4R-18 "Guia para Projeto com Concreto Reforçado com Fibra"
9. ASTM C1116 / C1116M "Especificação padrão para concreto reforçado com fibra"

10. ACI 544.3R-08 "Guia para Especificação, Proporção e Produção de Concreto Reforçado com Fibras"

11. ASTM C1609 / C1609M “Método de Teste Padrão para Desempenho Flexural de Reforçado com Fibra
Concreto (usando viga com carregamento de terceiro ponto)