Influence of Recycled Waste Pet Fiber Geometry on the Destructive, Non-destructive, and Post-failure Characteristics of Structural Concrete

O concreto é o material mais onipresente no mundo construído, formando o esqueleto de nossas cidades e a fundação de nossas casas. É um composto de pedra britada e areia mantidos unidos por uma pasta de cimento e água. Embora esta mistura se destaque ao resistir a fortes forças de compressão, ela possui uma fraqueza notória: é quebradiça. Como um galho seco, o concreto puro resiste bem à compressão, mas estilhaça subitamente quando puxado ou dobrado, oferecendo pouco aviso antes de falhar. Para corrigir isso, engenheiros recorrem há muito tempo ao concreto reforçado com fibras, uma variação que incorpora minúsculos fios discretos por toda a mistura. Essas fibras atuam como redes de segurança internas, unindo as rachaduras conforme elas se formam e mantendo o material unido mesmo após ele ter começado a quebrar, transformando um estalo quebradiço em uma falha mais gradual e controlável.

Por décadas, a busca por esses fios de reforço concentrou-se no aço ou em polímeros sintéticos, mas um corpo crescente de pesquisas faz uma pergunta diferente: podemos transformar o lixo plástico do mundo em um ativo estrutural? O tereftalato de polietileno, ou PET, é o plástico transparente usado em inúmeras garrafas de bebidas. Embora existam programas de reciclagem, grande parte deste material ainda acaba em aterros sanitários. O desafio reside na forma do plástico; tiras de plástico padrão cortadas de garrafas são lisas e retas. No ambiente áspero e rochoso do concreto, essas fibras lisas tendem a deslizar para fora em vez de aderir, falhando em fornecer o reforço necessário. Este estudo, conduzido por pesquisadores da Lovely Professional University, na Índia, e da Universidade de Ciência e Tecnologia Hajee Mohammad Danesh, em Bangladesh, explora se o remodelamento dessas fibras de resíduos em uma forma corrugada e em zigue-zague pode resolver o problema de aderência, e como essa modificação afeta a resistência e os testes do concreto final.

Os pesquisadores começaram coletando garrafas de refrigerante e água usadas, removendo os gargalos e fundos, e fatiando os corpos cilíndricos em tiras uniformes. Eles criaram dois tipos distintos de fibras a partir deste resíduo: um conjunto permaneceu reto e liso, enquanto o outro passou por um dispositivo mecânico para pressionar um padrão de zigue-zague contínuo no plástico. Ambos os conjuntos foram cortados para um comprimento de 40 milímetros. Essas fibras foram então misturadas ao concreto padrão de grau M20, uma mistura estrutural comum, em uma taxa onde as fibras substituíram um por cento do volume do agregado de pedra grossa. A equipe moldou dezenas de amostras cilíndricas e as curou por 28 dias em um ambiente ao ar livre, expondo-as à luz solar natural, chuva e flutuações de temperatura para imitar as condições reais de construção, em vez do clima controlado de um laboratório.

Quando o concreto fresco foi testado quanto à trabalhabilidade, a adição das fibras plásticas mostrou imediatamente um custo físico. As fibras lisas e retas reduziram o fluxo da mistura em cerca de dez por cento, mas as fibras em zigue-zague causaram uma queda muito mais acentuada, reduzindo o fluxo em quase trinta e três por cento. A forma corrugada das fibras em zigue-zague criou um emaranhamento físico, fazendo com que as tiras de plástico se enganchassem umas nas outras e no areia e pedra circundantes, tornando a mistura mais rígida e difícil de verter. Apesar dessa perda na facilidade de manuseio, o concreto endurecido provou ser surpreendentemente resiliente. Quando esmagado em uma máquina de teste, a amostra de controle de concreto puro atingiu uma resistência de 20,20 megapascais. A mistura com fibras retas suportou 18,90 megapascais, uma diminuição menor, enquanto a mistura em zigue-zague alcançou 17,65 megapascais. Embora a resistência tenha caído ligeiramente, os pesquisadores confirmaram que o uso desta pequena quantidade de plástico reciclado não comprometeu a capacidade de carga estrutural do concreto.

Uma descoberta mais surpreendente surgiu quando a equipe testou o concreto usando um método não destrutivo conhecido como martelo de rebote Schmidt. Este dispositivo funciona disparando uma pequena massa montada em mola contra a superfície do concreto e medindo o quanto ela rebate; um rebote maior geralmente indica uma superfície mais dura e forte. No concreto padrão, este método fornece uma estimativa razoavelmente precisa da resistência. No entanto, nas amostras reforçadas com fibras, o martelo consistentemente subestimou a verdadeira resistência. As fibras plásticas lisas perto da superfície atuaram como um amortecedor, atenuando o impacto do martelo e fazendo com que o rebote fosse menor do que deveria. Para a mistura em zigue-zague, o martelo sugeriu que o concreto era apenas cerca de metade tão forte quanto realmente era. Para corrigir isso, os pesquisadores desenvolveram fatores de ajuste específicos, criando essencialmente um novo livro de regras sobre como interpretar as leituras do martelo quando fibras plásticas estão presentes, garantindo que inspetores não rejeitem erroneamente uma estrutura sólida.

A diferença mais dramática apareceu quando os cilindros foram finalmente esmagados até a falha. O concreto puro estilhaçou instantaneamente, quebrando-se em um monte de fragmentos com uma fratura de cisalhamento súbita e violenta. A mistura com fibras retas mostrou uma leve melhoria, rachando ao longo do comprimento do cilindro, mas as fibras lisas eventualmente foram arrancadas da pasta de cimento, deixando a camada externa desmoronar. A mistura de fibras em zigue-zague, porém, comportou-se de forma diferente. À medida que o cilindro rachava, as tiras de plástico corrugadas travavam firmemente no cimento circundante, muito parecido com as nervuras de uma barra de aço. Este intertravamento mecânico impediu que as fibras deslizassem, permitindo que o concreto se mantivesse unido mesmo após o pico de carga. O espécime não se desintegrou; em vez disso, manteve sua forma cilíndrica enquanto desenvolvia uma rede de finas rachaduras, demonstrando um modo de falha dúctil, ou flexível, que oferece muito mais segurança em um colapso real.

O estudo conclui que, embora transformar garrafas plásticas descartadas em reforço de concreto exija um manuseio cuidadoso para gerenciar a rigidez da mistura, os resultados são promissores. A geometria em zigue-zague é a chave, transformando uma tira de plástico escorregadia em uma âncora robusta que melhora significamente a capacidade do concreto de resistir ao fissuramento e manter-se unido após danos. Ao estabelecer novos métodos de calibração para testes não destrutivos, os pesquisadores também forneceram uma ferramenta prática para que engenheiros avaliem com precisão esses novos materiais em campo. O trabalho sugere que, com a forma certa, garrafas de plástico descartadas podem ser mais do que apenas lixo; elas podem se tornar um componente vital para tornar nossa infraestrutura mais forte e resiliente.