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324 IBRACON Structures and Materials Journal • 2013 • vol. 6 • nº 2
Influence of steel fibers on the reinforcement bond of straight steel bars
1. Introdução
A aderência entre barras de aço e o concreto adjacente permite
que haja compatibilização entre os dois materiais, validando o uso
do concreto armado como material de construção. Quanto melhor
a aderência, menores são as aberturas individuais das fissuras e
mais protegida fica a armadura.
Costuma-se separar a aderência em três parcelas: adesão, atrito
e mecânica. Essa divisão se baseia em curvas tensão de cisalha-
mento versus deslocamento relativo (também chamado escorre-
gamento), como mostrado na Figura 1. Nessa figura, s1, s2 e s u
representam o deslocamento relativo às tensões resistentes devi-
das à adesão (t1), ao atrito (t2) e ao engrenamento mecânico (tu),
respectivamente.
A aderência por adesão, também chamada de aderência quími-
ca, corresponde ao trecho inicial (bastante inclinado) da curva e
consiste da resistência ao esforço cisalhante entre as partículas
de concreto e de aço. Ocorre devido às ligações físico-químicas
entre a barra e a pasta de cimento formadas durante a pega. Em
comparação às demais parcelas da aderência, a adesão tem valor
bastante pequeno, sendo destruída tão logo surjam os primeiros
deslocamentos relativos entre aço e concreto.
A aderência por atrito surge quando um material tende a se deslo-
car em relação ao outro. Portanto, depende do coeficiente de atrito
existente na interface aço-concreto e da rugosidade superficial da
barra de aço. Já a aderência mecânica (ou engrenamento mecâni-
co) é representada pelo último trecho ascendente inclinado da cur-
va mostrada na Figura 1. Essa parcela decorre da existência de
irregularidades na superfície da barra, as quais funcionam como
pontos de apoio. Isto significa que quanto mais irregular for a con-
formação superficial da barra, maior será a aderência mecânica,
pois ocorrerá o chamado “efeito de cunha” [1]. A parcela referente
à aderência mecânica é a principal responsável pela ancoragem
de barras nervuradas de aço no concreto, promovendo certa re-
sistência pós-pico, e varia em função da inclinação, da altura e da
distância entre as nervuras.
Há duas formas principais de ruptura da aderência: o arranca-
mento e o fendilhamento. A ruptura por arrancamento da barra de
aço ocorre quando a tensão cisalhante na interface aço-concreto
é maior que a resistência por aderência. Nesse caso, a barra es-
correga sem que haja a ruptura por fendilhamento do concreto
adjacente. Isso normalmente ocorre para pequenos comprimentos
de aderência com a presença de uma pressão externa de confina-
mento proporcionada, por exemplo, por uma alta relação entre o
cobrimento e o diâmetro da barra (c/f ).
Por outro lado, quando o cobrimento de concreto é pequeno ou
não há tensões de confinamento no trecho de ancoragem, pode
ocorrer a ruptura do concreto por fendilhamento devido às ten-
sões radiais de tração que surgem das nervuras das barras. Essa
ruptura é do tipo frágil e costuma ocorrer sem aviso prévio. Os
fatores de maior influência na resistência ao fendilhamento são
a geometria das nervuras, a resistência do concreto, a tensão de
confinamento do concreto e a relação entre o cobrimento do con-
creto e o diâmetro da barra [2].
Para elevados valores do comprimento aderente e suficiente co-
brimento de concreto, a tensão cisalhante na interface aço-con-
creto é menor que a resistência por aderência e a barra de aço
pode se romper sem que seja arrancada do concreto. Caso o ar-
rancamento da barra ocorra no instante em que ela atinge a sua
tensão de escoamento, este comprimento aderente é denominado
comprimento básico de ancoragem.
Existem, na literatura, diversos ensaios que permitem determinar
a curva tensão de aderência versus deslizamento da barra. Esses
ensaios podem ser divididos, basicamente, em ensaios de arran-
camento de barra [3-10], ensaios de flexão em vigas [6, 11-13] e
ensaio de tração direta em tirantes [14]. Este último ensaio con-
siste na concretagem de duas barras nas extremidades de um
prisma de concreto, sendo uma delas arrancada devido ao seu
menor comprimento de ancoragem. Tradicionalmente, a tensão
de aderência é determinada por meio do ensaio de arrancamen-
to padrão (pull-out test) devido à facilidade do processo de exe-
cução desse ensaio. Entretanto, ele fornece apenas a tensão de
aderência média ao longo do comprimento de ancoragem. Além
disso, nesse ensaio o concreto fica confinado na base de apoio
do prisma, não permitindo a sua fissuração nem a sua expansão.
Outro fator negativo desse ensaio é a dificuldade da garantia da
posição da barra durante a concretagem do corpo de prova, o que
exige um minucioso processo de fabricação dos corpos de prova
de modo a garantir a linearidade da barra.
Podem-se adicionar fibras ao concreto para melhorar seu compor-
tamento pós-fissuração, pois as mesmas atuam como ponte de
transferências de tensões, controlando a abertura da fissura ou
sua propagação [15]. Nesse sentido, diversas pesquisas abordam
a influência das fibras de aço na aderência aço-concreto [8, 9, 16-
18]. Em comum, elas concluem que as fibras de aço melhoram a
aderência do concreto com a armadura, quando corrugada, inibin-
do a fissuração na região de transferência de esforços entre a ar-
madura e o concreto. Entretanto, alguns pesquisadores observam
que as fibras contribuem de maneira positiva apenas em concreto
de resistência mais elevada (65 MPa) e barras de elevado diâme-
tro (20 mm), podendo inclusive, em alguns casos, proporcionar
redução de até 30% na resistência de aderência [8, 19].
Do ponto de vista da modelagem computacional de estruturas de
concreto armado, vários modelos constitutivos para representar
a tensão de aderência versus deslizamento de barras imersas
no concreto simples estão disponíveis na literatura e já incluídos
em códigos de projeto [20]. Esses códigos, entretanto, não consi-
deram a presença das fibras de aço e a sua influência na curva
Figura 1 – Curva tensão de cisalhamento
versus deslocamento relativo