Fibra de polipropileno para concreto projetado: aumentando a tenacidade e a resistência ao fogo do revestimento de túneis

Fibra de polipropileno (PP) tornou-se um aditivo indispensável no concreto projetado para túneis, resolvendo dois modos críticos de falha:

1. Fissuração por retração plástica nas primeiras 24 horas após a pulverização
2. Desagregação explosiva sob fogo — um modo de falha catastrófico que pode colocar vidas em risco e causar o colapso total do revestimento

Este guia técnico explica como a fibra de PP funciona no concreto projetado, compara as aplicações de microfibras e macrofibras e fornece dados de formulação para o revestimento de túneis em conformidade com as normas EN 14488, ACI 506 e as diretrizes da EFNARC.

1. Por que o concreto projetado em túneis requer reforço com fibras

1.1 Encolhimento do plástico no concreto projetado recém-aplicado

O concreto projetado aplicado sobre rocha ou concreto existente sofre perda imediata de umidade devido a:

• Alta relação área superficial/volume das camadas finas
• Vento e temperatura nas galerias do túnel
• Substratos rochosos absorventes

Sem fibras, surgem rachaduras por retração do plástico (normalmente com 0,1–0,5 mm de largura) em um período de 1 a 6 horas. Essas rachaduras:

• Permite a infiltração de água subterrânea e a corrosão das barras de reforço
• Reduzir a integridade do revestimento a longo prazo
• Exige um reparo dispendioso por injeção de massa de preenchimento

Microfibras de PP com densidade de 0,6–1,0 kg/m³ eliminar efetivamente as fissuras de retração do plástico, preenchendo as microfissuras na fase inicial.

1.2 Desprendimento explosivo sob fogo

Em túneis de transporte (rodoviários, ferroviários, de metrô), os cenários de incêndio provocam:

• Aumento da temperatura até 300 °C em 5 a 10 minutos (curva HC)
• Temperaturas no núcleo de 800 a 1.200 °C em incêndios prolongados

Por volta das 200–300 °C, a água livre no concreto se transforma em vapor mais rapidamente do que consegue escapar pela rede de poros. A pressão do vapor aumenta até que o concreto de cobertura se fragmenta de forma explosiva — uma fragmentação violenta que:

• Expone o vergalhão à chama direta
• Destrui a capacidade estrutural em questão de minutos
• Cria risco de detritos voadores durante a evacuação

As microfibras de PP derretem a 160–165 °C, criando uma rede de poros interconectados que permite a saída do vapor — eliminando completamente a fragmentação explosiva, mesmo em temperaturas sustentadas acima de 1.000 °C. Esse fenômeno, exclusivo da fibra de PP, é agora exigido na maioria dos códigos de segurança contra incêndios em túneis em todo o mundo.

2. Tipos de fibras de PP para aplicações em concreto projetado

Tipos de fibra TenaBrix PP para concreto projetado:

3. Dados de desempenho contra a fragmentação

Desempenho testado de acordo com EN 1363-2 (resistência ao fogo) e Protocolo de Teste de Descolamento da EFNARC:

Substrato: concreto projetado C35/45, relação água/cimento (w/c) = 0,42, cimento Portland comum (OPC) 52,5R, cura a 23 °C, 90 dias de idade.

Com 0,9 kg/m³ de TenaBrix PF-12M, a fragmentação explosiva é completamente eliminada de acordo com a norma ISO 834 e as curvas de incêndio da RABT.

4. Formulações de concreto projetado com fibra de PP

4.1 Concreto projetado padrão para revestimento de túneis NATM (C25/30)

w/c = 0,40–0,45 | Fluxo de assentamento: 200–250 mm (mistura úmida) | Resistência à compressão aos 1 dia: ≥ 12 MPa | aos 28 dias: ≥ 35 MPa

4.2 Concreto projetado resistente ao fogo para túneis de alto risco (metrô, ferrovia)

Projetado para atender à norma EN 1992-1-2, classe de exposição ao fogo EI120 | Classe de resistência residual: EN 14487-1, Classe B500

4.3 Sistema híbrido de fibra de PP + fibra de aço

Muitos projetos modernos de túneis utilizam um sistema híbrido de fibra óptica para reduzir o teor de fibras de aço, mantendo a tenacidade estrutural:

A abordagem híbrida reduz perdas decorrentes da recuperação (a fibra de aço apresenta recuperação elástica; a fibra de PP tem recuperação elástica quase nula) e reduz o custo total do material em 20–30%.

5. Considerações sobre a aplicação de concreto projetado

5.1 Mistura e bombeabilidade

• As microfibras de PP se dispersam facilmente na mistura úmida de concreto projetado; prolongam a rotação do tambor de mistura a seco em 90 segundos
• No caso dos tipos fibrilados, adicione-os primeiro à água de mistura para evitar a formação de grumos
• Monofilamento PF-12M: sem redução da bombeabilidade até 2,0 kg/m³

5.2 Rebote

Uma vantagem fundamental da fibra de PP em relação à fibra de aço:

• Taxa de recuperação da fibra de PP: 2–8% (semelhante à fração fina do agregado)
• Taxa de rebote da fibra de aço: 15–35% (desperdício significativo de recursos)

5.3 Distância do bico e pressão

• Processo úmido: distância do bico de 0,8 a 1,2 m do substrato; pressão do ar de 5 a 7 bar
• As fibras de PP não obstruem o bico se o comprimento for ≤ 19 mm e o tamanho máximo do agregado for ≤ 10 mm
• Para as macrofibras PF-48MC, utilize um bico com diâmetro ≥ 50 mm

5.4 Espessura da camada

• A distribuição das fibras de PP é uniforme em espessuras de camada que variam de 50 a 300 mm
• Para garantir a proteção contra a fragmentação, é necessária uma camada de cobertura mínima de 80 mm com PF-12M ≥ 0,9 kg/m³

6. Conformidade e normas

7. Aplicações no mercado: onde o concreto projetado com fibra de PP é utilizado

• Túneis de metrô (Índia, CCG): Fase IV do Metrô de Délhi, expansão do Metrô de Riade — o tratamento antiescalamento é obrigatório
• Túneis hidrelétricos (Brasil): Projetos hidrelétricos na Bacia do Amazonas; ambientes com águas subterrâneas agressivas
• Túneis rodoviários (Oriente Médio): Projeto NEOM da Arábia Saudita, túneis da rodovia costeira de Abu Dhabi
• Suporte para teto de mina (Índia): Minas de carvão e minas de minério de ferro que utilizam suporte de solo com concreto projetado
• Muros de contenção: Trechos em vala aberta, estacionamentos subterrâneos