Por que os segmentos de túneis precisam de concreto armado com fibra
Os segmentos de túnel não são simples produtos de concreto. Eles devem suportar a pressão do solo, a pressão da água, a força de montagem, a pressão do escavador de escudo, as tensões de transporte e a carga de serviço a longo prazo. Além disso, exigem precisão dimensional estável, desempenho confiável nas juntas e boa durabilidade.
Concreto armado comum pode atender a muitas necessidades de revestimento de túneis. Mas, em muitos projetos modernos, os projetistas também precisam de melhor controle de fissuras, maior tenacidade, maior resistência à corrosão e maior resistência à fadiga. É por isso que segmentos de concreto armado com fibra estão se tornando cada vez mais importantes na construção de túneis.
A Shandong Jianbang descobre que O concreto reforçado com fibras pode melhorar o desempenho dos segmentos de túnel de várias maneiras. Pode aumentar a tenacidade. Pode reduzir o risco de fissuras. Pode melhorar a resistência à fadiga. Pode melhorar a resistência à corrosão. Também pode ajudar o segmento a manter uma melhor integridade sob cargas repetidas e condições de construção adversas.
Em Shandong Jianbang Chemical Fiber Co., Ltd., nossa marca de fibra de concreto Ecocretefiber™ fornece fibras de aço, fibras de polipropileno, fibras sintéticas macro e outras fibras de reforço para concreto destinadas ao revestimento de túneis, segmentos pré-moldados, concreto projetado, tabuleiros de pontes, pavimentação rodoviária e concreto para infraestrutura.
No caso de projetos de segmentos de túneis, a fibra não deve ser escolhida apenas com base no preço. A escolha deve levar em conta os objetivos de desempenho, a composição da mistura, as exigências estruturais, o método de produção e a precisão da instalação.
O que é um segmento de concreto reforçado com fibra?
A segmento de concreto armado com fibra é um segmento pré-moldado para revestimento de túneis fabricado com concreto e fibras curtas. As fibras são incorporadas ao concreto antes da moldagem. Após o endurecimento, as fibras passam a fazer parte da matriz do concreto.
A fibra de aço é frequentemente utilizada quando o segmento requer maior tenacidade, melhor capacidade de ponteamento de fissuras e melhor comportamento pós-fissuração. A fibra de polipropileno é frequentemente utilizada quando o segmento requer controle de microfissuras ou proteção contra a fragmentação em altas temperaturas. Um sistema de fibra híbrida também pode ser utilizado quando o projeto requer tanto reforço mecânico quanto controle de microfissuras.
O ponto principal é que as fibras estão distribuídas no interior do concreto. Elas não são dispostas como uma malha de vergalhões. Elas atuam ao longo de várias pequenas fissuras. Quando as fissuras começam a se abrir, as fibras podem preenchê-las e impedir que continuem a se alargar.
Isso é muito útil para segmentos de túneis. Durante a produção, o transporte, o içamento, a instalação e a manutenção, um segmento pode sofrer tensões locais e danos nas bordas. O reforço com fibra pode ajudar a reduzir o risco de ruptura por fragilidade.
Principais vantagens dos segmentos de concreto reforçado com fibra
A Shandong Jianbang descobre que concreto reforçado com fibra Esses segmentos oferecem várias vantagens importantes em relação aos segmentos de concreto comuns.
Maior resistência à fadiga
Os segmentos de túneis estão sujeitos a forças repetidas durante o serviço. Túneis ferroviários, de metrô, rodoviários e de serviços públicos podem todos estar sujeitos a vibrações e cargas repetidas. A resistência à fadiga é importante porque pequenas tensões repetidas podem causar danos ao longo do tempo.
Quando a dosagem de fibras é suficientemente elevada e a composição da mistura é estável, o concreto reforçado com fibras pode apresentar melhor desempenho à fadiga do que o concreto comum. Isso significa que o segmento pode resistir a cargas repetidas de forma mais eficaz.
Para os proprietários de projetos, uma maior resistência à fadiga significa maior vida útil e menor necessidade de manutenção.
Melhor resistência à corrosão
Os ambientes dos túneis podem ser úmidos, agressivos ou quimicamente ativos. Alguns túneis estão expostos à água subterrânea. Outros, à exposição a cloretos. Outros ainda, a ataques químicos. O concreto comum pode rachar, e substâncias nocivas podem penetrar pelas fissuras. Quando isso ocorre, o risco de corrosão da armadura de aço pode aumentar.
O concreto reforçado com fibras pode ajudar a reduzir o desenvolvimento de fissuras. Um melhor controle das fissuras pode diminuir a penetração de água e íons nocivos. Algumas fibras sintéticas, como fibra de polipropileno ou macrofibra sintética, além disso, possuem propriedades anticorrosivas.
A Shandong Jianbang constatou que o concreto reforçado com fibras oferece maior resistência à erosão hídrica, à erosão atmosférica, à corrosão química e a problemas de durabilidade associados.
Maior resistência e melhor tenacidade
A fibra de aço pode melhorar várias propriedades mecânicas do concreto. Quando a dosagem da fibra de aço é adequadamente calculada, o concreto pode apresentar maior resistência à tração, à flexão, ao cisalhamento e, em alguns casos, à compressão.
No caso dos segmentos de túnel, isso é importante porque o segmento deve resistir à flexão, à compressão, à pressão local dos macacos e às tensões decorrentes do manuseio.
Mas a resistência não é o único objetivo. A tenacidade também é importante. Um material tenaz não falha repentinamente após rachar. Ele pode continuar suportando a carga mesmo após o aparecimento da primeira rachadura. Isso comportamento pós-fissura é uma das principais razões para se utilizar concreto reforçado com fibras de aço.
Projeto de fibras de aço para segmentos de túneis
A seleção das fibras de aço é uma das etapas mais importantes no projeto de estruturas de concreto com fibras. A Shandong Jianbang constatou que fibra de aço cortada de alta resistência é uma orientação adequada para o concreto dos segmentos do túnel.
A fibra de aço pode ser fornecida em diferentes formatos. Algumas fibras de aço são fornecidas em feixes aglomerados em fileiras. Outras são fornecidas soltas. A forma das fibras influencia a mistura, a dispersão e o risco de aglomeração.
Se a fibra de aço for composta por fios de aço entrelaçados, a dosagem deve ser controlada para reduzir o risco de aglomeração das fibras. Se a fibra de aço for composta por fios de aço vagamente entrelaçados, a dosagem também deve ser controlada com cuidado.
No concreto de segmentos de túnel, uma dosagem excessiva pode causar a formação de aglomerados. A formação de aglomerados de fibras pode reduzir a uniformidade. Pode criar zonas de baixa resistência. Também pode dificultar a colocação do concreto na forma.
É por isso que uma dosagem adequada de fibras de aço deve equilibrar três fatores: desempenho mecânico, trabalhabilidade e estabilidade da produção.
Uma boa combinação de segmentos de túnel deve permitir que as fibras espalhar uniformemente. O concreto deve preencher bem a forma do segmento. Não deve ocorrer segregação. Deve atingir a qualidade de superfície e a precisão dimensional exigidas.
Projeto de fibras de polipropileno para segmentos de túneis
A fibra de polipropileno também pode ser utilizada no concreto de segmentos de túneis. Sua função é diferente da fibra de aço.
A Shandong Jianbang descobriu que a fibra de polipropileno pode ser usada para melhorar comportamento anti-fragmentação em altas temperaturas. Em situações de incêndio em túneis, o concreto pode sofrer um rápido aumento de temperatura. A pressão do vapor de água no interior do concreto pode aumentar. Isso pode causar fragmentação explosiva em alguns sistemas de concreto de alta densidade.
A fibra de polipropileno pode derreter em altas temperaturas. Isso pode criar pequenos canais no interior do concreto. Esses canais facilitam a saída do vapor. Isso pode reduzir o risco de fragmentação.
A fibra de polipropileno também pode ajudar a controle de microfissuras. É leve, resistente à corrosão e fácil de espalhar quando a composição da mistura é adequada.
No projeto de segmentos de túneis, a dosagem de fibra de PP deve ser selecionada com base nos requisitos de resistência à fragmentação e no tipo de concreto. A dosagem não deve ser aumentada de forma indiscriminada. Uma quantidade excessiva de fibra de PP pode afetar a trabalhabilidade e pode não melhorar a capacidade estrutural da mesma forma que a fibra de aço.
Uma abordagem prática comum consiste em usar fibra de aço para reforço mecânico e fibra de PP para proteção contra a fragmentação em caso de incêndio. Isso cria um sistema de fibras mais completo.
Relação água-cimento e cálculo da resistência
A relação água-ligante tem um forte impacto na resistência, durabilidade, retração e trabalhabilidade do concreto. Para o concreto de segmentos de túnel C50, a Shandong Jianbang concluiu que uma relação água-ligante entre 0,31 e 0,33 pode ser utilizada como referência prática.
Uma menor proporção de água em relação ao cimento pode melhorar a resistência e a durabilidade. No entanto, também pode reduzir a trabalhabilidade. Como as fibras aumentam o atrito interno, a mistura deve utilizar um sistema de aditivos adequado.
O concreto com fibras de aço geralmente requer uma dosagem do aditivo do que o concreto comum. O objetivo é manter a trabalhabilidade estável sem adicionar muita água.
A mistura não deve apenas atender aos requisitos de resistência. Ela também deve ser adequada para uso em uma fábrica de pré-moldados. Deve ser fácil de despejar no molde. Deve compactar-se bem. Deve manter as fibras distribuídas uniformemente. Não deve apresentar alveolação, defeitos nas bordas ou segregação.
É por isso que o concreto com fibra para segmentos de túnel deve ser testado antes da produção em massa.
Controle da proporção de areia e da segregação
O concreto reforçado com fibras pode apresentar um risco de segregação ligeiramente maior do que o concreto comum. Quando se adicionam fibras, a estrutura interna do concreto se altera. A mistura pode tornar-se mais difícil de fluir. A areia e os agregados podem se comportar de maneira diferente. As fibras também podem se acumular em algumas zonas se a mistura não for estável.
A Shandong Jianbang constatou que a proporção de areia deve ser aumentada adequadamente para melhorar a estabilidade da mistura. Para o concreto C50, uma proporção de areia entre 40% e 42% pode ser usada como referência prática.
Uma maior proporção de areia pode ajudar a melhorar a coesão. Também pode facilitar a dispersão das fibras. No entanto, uma quantidade excessiva de areia pode aumentar o consumo de pasta e reduzir a eficiência da resistência. A proporção correta de areia deve ser verificada por meio de ensaios de mistura.
O controle da segregação é muito importante para segmentos pré-moldados de túneis. Um segmento é um componente estrutural. O concreto irregular pode criar pontos fracos. A distribuição irregular das fibras pode reduzir o desempenho no controle de fissuras. Uma boa mistura deve manter o estável em relação a fibras, agregados e pastas desde a mistura até a fundição.
Seleção de aditivos para segmentos de concreto fibroso
A seleção da mistura deve levar em consideração compatibilidade de materiais, custo, comportamento de retração, trabalhabilidade e desempenho final.
Os segmentos de túnel são geralmente componentes pré-moldados. Eles exigem dimensões precisas e baixo risco de retração inicial. Se a retração inicial for muito elevada, podem surgir fissuras antes mesmo de o segmento entrar em serviço.
A Shandong Jianbang constata que os aditivos devem ajudar a reduzir o encolhimento inicial e a manter a trabalhabilidade. Redutores de água à base de melamina modificada, redutores de água à base de policarboxilato e redutores de água à base de naftaleno de alta eficiência podem ser considerados, dependendo do projeto e das matérias-primas.
A melhor mistura de aditivos deve ser selecionada por meio de ensaios de mistura. O tipo de cimento, o aditivo mineral, a areia, o agregado, o tipo de fibra e a relação água-ligante são fatores que afetam o desempenho da mistura de aditivos.
Um redutor de água que funciona bem no concreto comum pode não ter o mesmo desempenho no concreto com fibras de aço. As fibras alteram o comportamento do fluxo. A mistura pode exigir uma dosagem diferente ou um sistema de aditivos diferente.
Projeto mecânico de segmentos de concreto reforçado com fibra
O projeto mecânico deve levar em conta a posição e o estado de tensão do segmento. A Shandong Jianbang constatou que condições de tensão diferentes exigem lógicas de projeto distintas.
Pequenos segmentos de compressão excêntrica
Para pequenos componentes de compressão excêntrica, concreto reforçado com fibra pode apresentar uma melhoria limitada, mas útil, na capacidade de suporte. Uma referência prática é que a relação de capacidade de suporte entre o concreto reforçado com fibras e o concreto comum pode ser de cerca de 1,019.
Isso significa que os projetistas podem considerar um pequeno ajuste no parâmetro de capacidade de suporte, desde que a norma do projeto o permita.
Segmentos de compressão axial
No caso de componentes sujeitos a compressão axial, a vantagem proporcionada pelas fibras de aço e de polipropileno pode não ser muito evidente. Nesse caso, o segmento pode ser projetado seguindo, em grande parte, as regras habituais de projeto estrutural de concreto.
É bom lembrar que a fibra não é mágica. Ela não melhora todas as propriedades da mesma forma. Seu valor é maior quando o controle de trincas, o comportamento à tração, o comportamento à flexão e a tenacidade pós-trincas são fatores importantes.
Segmentos de compressão excêntricos de grande porte
No caso de grandes componentes sujeitos a compressão excêntrica, o concreto reforçado com fibras pode apresentar vantagens mais evidentes. Isso ocorre porque a tensão de tração passa a ter maior importância. As fibras podem melhorar o comportamento à tração e o controle de fissuras.
Nessa situação, os projetistas não devem limitar-se a seguir os parâmetros habituais de dimensionamento do concreto. Devem também levar em conta a maior resistência à tração do concreto com fibras.
Isso é importante para segmentos de túnel sob flexão e compressão excêntrica. Um melhor desempenho à tração pode contribuir para o controle de fissuras e a segurança estrutural.
Aplicação em engenharia de segmentos de concreto armado com fibra
A Shandong Jianbang constata que os segmentos de concreto armado com fibra apresentam um bom desempenho em condições desafiadoras de construção de túneis.
Em um Caso do projeto do metrô, o túnel escavado por escudo passou próximo aos pilares da ponte. A distância mínima até o pilar da ponte era de cerca de 3,62 m, e o comprimento da seção afetada era de cerca de 20 m. Isso criou uma condição desafiadora para o projeto dos segmentos.
Foram utilizados dois tipos de segmentos de concreto armado com fibra no projeto. Um dos tipos utilizava Concreto G56 com dosagem de fibra de aço de aproximadamente 36 kg/m³. Outro tipo utilizou concreto G80 com uma dosagem de fibra de aço de cerca de 30 kg/m³.
O efeito da aplicação foi avaliado sob três aspectos: tensão no segmento, força nos parafusos da junta e deslocamento circunferencial.
A tensão nos segmentos foi verificada em diferentes fases da construção. Essas fases incluíram a condição do anel montado, a condição de trabalho do escudo de empurramento e a condição após o segmento ter saído da cauda do escudo.
A força dos parafusos foi verificada através da colocação de pontos de medição ao redor deles. Foram registradas as deformações circunferencial e longitudinal dos parafusos.
O deslocamento circunferencial foi verificado através da medição da variação da articulação entre segmentos adjacentes no mesmo anel.
A Shandong Jianbang constatou que, sob a pressão dos macacos locais, a tensão interna e a deformação dos segmentos permaneceram em um nível baixo. Isso significa que os segmentos de concreto reforçado com fibras podem atender aos requisitos de tensão nesse tipo de condição de engenharia.
Por que a precisão da instalação ainda é importante
O concreto reforçado com fibras pode melhorar o desempenho dos segmentos, mas não resolve todos os problemas de construção. A qualidade da instalação dos segmentos continua sendo muito importante.
A Shandong Jianbang descobriu que, se qualidade da conexão do segmento Se a qualidade for ruim, podem ocorrer danos nas juntas sob tensão. Isso significa que a equipe do projeto deve controlar a precisão da montagem.
Os segmentos do túnel funcionam como um anel. Todo o anel deve distribuir a carga corretamente. Se um segmento estiver desalinhado, a junta pode sofrer concentração de tensão localizada. Se a força dos parafusos não for bem controlada, o anel pode não funcionar conforme projetado.
É por isso que a construção com segmentos de concreto armado com fibra deve dar ênfase tanto à qualidade do material quanto à precisão da instalação.
Um bom material com uma instalação mal feita ainda pode causar problemas. Uma boa instalação com uma mistura de baixa qualidade também pode causar problemas. O melhor resultado é obtido quando ambos os fatores atuam em conjunto.
Lista de verificação prática para o projeto de misturas
Antes de produzir segmentos de túnel de concreto armado com fibra, os compradores e as fábricas de pré-moldados devem confirmar os seguintes detalhes.
| Item de design | Verificação prática |
|---|---|
| Tipo de fibra | Fibra de aço, fibra de PP, fibra sintética macro ou sistema híbrido |
| Dosagem de fibras de aço | É preciso equilibrar resistência, maleabilidade e risco de formação de grumos |
| Dosagem da fibra de PP | Deve atender às necessidades de prevenção de fragmentação e controle de microfissuras |
| Proporção água-ligante | Deve cumprir as metas de resistência e durabilidade |
| Proporção de areia | Deve favorecer a coesão e a dispersão das fibras |
| Tipo de mistura | Deve facilitar o trabalho e reduzir o risco de encolhimento |
| Processo de mistura | É preciso evitar a aglomeração das fibras |
| Enchimento do molde | É necessário garantir uma fundição com alta densidade |
| Projeto mecânico | Deve corresponder às condições de compressão, flexão e carga excêntrica |
| Precisão de montagem | É preciso reduzir o risco de lesões nas articulações |
Esta lista de verificação ajuda a reduzir os riscos técnicos antes da produção.
Por que escolher o Ecocretefiber™ para o concreto de segmentos de túneis
Ecocretefiber™ é a marca de fibra de concreto da Shandong Jianbang Chemical Fiber Co., Ltd. Nosso foco são soluções com fibras para concreto de infraestrutura.
Nossos produtos podem ser utilizados em revestimentos de túneis, segmentos pré-moldados, concreto projetado, pavimentação de estradas, reparos de tabuleiros de pontes, pisos industriais e outras aplicações de concreto.
Para projetos de segmentos de túneis, podemos oferecer suporte aos clientes com fibra de aço, fibra de polipropileno, fibra sintética macro, bem como a seleção de fibras com base em projetos. Também podemos oferecer suporte ao planejamento de embalagens para fabricantes de equipamentos originais (OEM) e ao planejamento de produtos para distribuidores.
Entendemos que um segmento de túnel não é apenas um bloco de concreto. Trata-se de um componente estrutural pré-moldado de precisão. Ele precisa de resistência, tenacidade, controle de fissuras, resistência à fadiga, durabilidade e qualidade de montagem.
O Ecocretefiber™ ajuda os clientes a escolher a fibra com base nas condições reais do projeto. Levamos em consideração o tipo de concreto, o método de produção, a faixa de dosagem, a dispersão da fibra, a trabalhabilidade, as exigências estruturais e a durabilidade a longo prazo.
Perguntas frequentes do comprador antes de encomendar fibra de concreto
Antes de encomendar fibra para o concreto de segmentos de túnel, os compradores devem preparar vários detalhes importantes.
| Pergunta | Por que é importante |
|---|---|
| Qual é o grau de resistência do concreto? | O grau de resistência afeta a relação água-ligante e o comportamento das fibras. |
| O segmento está sob compressão, flexão ou compressão excêntrica? | O estado de tensão altera o valor da fibra. |
| É necessária resistência à fragmentação por fogo? | A fibra de PP pode ser necessária para um projeto resistente à fragmentação. |
| Qual é a dosagem prevista de fibra de aço?? | A dosagem afeta o desempenho e a trabalhabilidade. |
| Qual equipamento de mistura é usado? | O tipo de misturador afeta a dispersão das fibras. |
| Qual é o ciclo de produção previsto? | A produção de pré-moldados requer resistência inicial estável e boa trabalhabilidade. |
| O controle do encolhimento é importante? | O sistema de aditivos e fibras deve ser escolhido com cuidado. |
| Qual é a tolerância de instalação necessária? | A precisão da montagem dos segmentos afeta o desempenho da junta. |
Essas perguntas ajudam os fornecedores a recomendar um sistema de fibra mais adequado.
Conclusão
Os segmentos de concreto reforçado com fibras podem melhorar o desempenho do revestimento de túneis de várias maneiras. Eles podem aumentar a tenacidade, a resistência à fadiga, a resistência à corrosão, o controle de fissuras e o comportamento de suporte. As fibras de aço podem melhorar o desempenho mecânico e o comportamento pós-fissuração. As fibras de polipropileno podem contribuir para o controle de microfissuras e para o desempenho antidesagregação em altas temperaturas. Um sistema híbrido de fibras pode oferecer uma solução mais completa para projetos de túneis exigentes.
A Shandong Jianbang constatou que o projeto de segmentos de concreto com fibras deve ser tratado como um sistema completo. O tipo de fibra, a dosagem, a relação água-ligante, a proporção de areia, os aditivos, o projeto mecânico, o processo de produção e a precisão da instalação são fatores determinantes.
Em casos de compressão excêntrica leve, o concreto fibroso pode proporcionar uma melhoria modesta na capacidade de suporte. Em casos de compressão axial, a melhoria pode ser limitada. Em casos de compressão excêntrica intensa, a vantagem torna-se mais significativa, uma vez que o comportamento à tração e o controle de fissuras passam a ser mais importantes.
Shandong Jianbang Chemical Fiber Co., Ltd. suprimentos Ecocretefiber™ soluções em concreto com fibra para segmentos de túnel, revestimento pré-moldado, concreto projetado, engenharia rodoviária e de pontes, e projetos de infraestrutura. Se o seu projeto precisa de um melhor controle de fissuras, maior resistência à ruptura ou um sistema de concreto para segmentos de túnel mais confiável, a Ecocretefiber™ pode ajudá-lo a escolher a solução de fibra certa.
