Energia de fratura

Para complementar a caracterização mecânica avaliou-se o comportamento do compósito de gesso relativamente à flexão e determinou-se a respetiva energia de fratura (Gf).

Como referido no início do capítulo, a determinação da energia de fratura foi realizada segundo RILEM FMC1 (1985). Foram utilizados três provetes para cada tipo de mistura com 850x100x100mm3_{,que foram armazenadas durante sete dias em estufa a uma temperatura de}

40ºC. Após a sua desmoldagem até à data de realização dos ensaios.

Antes do ensaio procedeu-se à realização do entalhe na zona inferior da viga, a meio vão, com uma profundidade de 3 cm e espessura de 3 mm, de modo a garantir que a fratura se localize a meio vão, no local do entalhe, permitindo uma monitorização mais precisa, quer da flecha, quer do deslocamento horizontal.

4.8.1. Procedimento de ensaio

O ensaio foi realizado com controlo de deslocamento de modo a obter-se o comportamento até à rotura do material. O esquema utilizado para a aplicação de carga foi o de flexão em 3 pontos. Nos ensaios foram utilizados três LVDT’s, um fixo a meio vão do provete com alinhamento vertical, de forma a medir os deslocamentos verticais, outro, fixo em alinhamento horizontal medindo a abertura da fenda, o terceiro, fixo no atuador vertical para efetuar o controlo do ensaio com uma velocidade de 0,002 mm/s.

74 Luciana Silva

A carga vertical é aplicada através de uma peça metálica rígida que transmite a carga ao provete. Na Figura 62 pode-se observar o esquema de ensaio adotado.

Figura 62 – Esquema de ensaio da energia de fratura: início e fim do ensaio

O comportamento típico do comportamento de materiais frágeis indica-se na figura 63, a partir do qual é possível calcular a energia de fratura com base na área sob o diagrama força-deslocamento.

Figura 63 – Esquema demonstrativo da área W0 para o cálculo da energia de fratura

A energia de fratura é calculada de acordo com a norma RILEM FMC1 (1985) através da seguinte equação (6):

Onde:

W0 – Área de acordo com a figura 63 (kN/mm);

m = m1+2xm2 (g), m1 é o peso da viga multiplicado pela distância entre apoios (800mm) e

dividido pelo comprimento da viga (850mm) e m2 é o peso da peça metálica rígida para suporte

de carga;

Luciana Silva 75

ɷ0– Deslocamento final.

Alig– Área de ligação ((100-30)x(100) mm2).

Figura 64 – Pormenor da viga da mistura de sisal depois de ensaiada

4.8.2. Resultados experimentais

Na figura 65 apresentam-se os resultados obtidos no ensaio e na tabela 25 os valores médios da energia de fratura.

Figura 65 – Gráfico força-deslocamento para o cálculo da energia de fratura 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Fo rça (k N) Deslocamento vertical (mm) R1 - Padrão R2 - Têxtil R3 - Acrílica R4 - Vidro R5 - Banana R6 - Basalto R7 - Sisal

76 Luciana Silva Tabela 25 – Valores médios da energia de fratura, Gf

Mistura GF [N/m (J/m2)] C.V. (%) R1 - Padrão 76,03 3,02 R2 - Têxtil 208,30 4,43 R3 - Acrílica 239,07 2,71 R4 - Vidro 428,14 11,36 R5 - Banana 178,97 14,35 R6 - Basalto 394,58 3,80 R7 - Sisal 230,36 4,66 4.8.3. Análise de resultados

A análise dos diagramas força-deslocamento permite observar que existem diferenças de comportamento para as diferentes argamassas reforçadas com fibras. Verifica-se que o comportamento na fase inicial é muito semelhante não se detetando diferenças significativas ao nível da rigidez. Note-se que a mistura com fibras acrílicas é a única mistura com comportamento inicial que não segue a tendência das restantes.

As diferenças verificadas são ao nível da força máxima atingida e do regime pós-pico. As misturas de vidro e basalto são a misturas que apresentam maior força máxima e um comportamento bastante dúctil, indicando o bom comportamento das respetivas fibras.

O comportamento pós-pico, caracterizado por uma diminuição acentuada da resistência para valores de deslocamento crescentes, é diferente apesar de alguns grupos seguirem uma tendência.

Estes comportamentos permitem antecipar que a área sob os diagramas força-deslocamento é consideravelmente superior no caso dos compósitos reforçados com fibras e consequentemente dos valores da energia de fratura. Note-se que no caso da misturas sem fibras é possível atingir os pontos correspondentes ao anulamento da força e nos restantes casos a cauda dos diagramas é muito mais alongada. Estes resultados são confirmados pelos valores mais elevados da energia de fratura apresentados na Tabela 25.

Ao analisar a figura 65 e a tabela 25, pode-se chegar à divisão dos compósitos em 3 grupos.

A mistura padrão traduziu uma mistura que não apresentou ductilidade quando comparada com as restantes, é, assim, a mistura que possui a menor energia de fratura como se esperava.

Luciana Silva 77

No segundo grupo destacaram-se as misturas com fibras de vidro e basalto, a diminuição é menos progressiva do que no caso da mistura reforçada com as restantes fibras, em que está presente uma diminuição brusca imediatamente após a força máxima. Neste grupo verifica-se que as forças máximas atingidas são relativamente próximas e substancialmente superiores às restantes. Foram para estas duas misturas que se verificou a maior energia de fratura.

No terceiro grupo incluem-se as restantes misturas. Neste grupo vê-se que todas as fibras conferem algum benefício quando comparadas com a mistura padrão pois as suas curvas são mais alongadas. Embora não apresentem tanta ductilidade como o segundo grupo, é bastante visível graficamente que tem melhor comportamento do que a mistura padrão.

Na Figura 66 estão representados, graficamente, os valores médios da energia de fratura, o que demostra claramente a variação da energia de fratura entre a mistura com fibras de vidro e com fibras de basalto e a mistura padrão. É, também, visível que as restantes misturas apresentam um comportamento aproximadamente semelhante que se encontra entre os outros dois grupos.

Os coeficientes de variação obtidos para a energia de fratura são moderados, o que permite validar a qualidade dos resultados experimentais.

Figura 66 – Valores médios da energia de fratura, Gf

Concluiu-se assim que todas as fibras, com maior ou menor diferença, conferem um melhor comportamento ao compósito. Os valores da energia de fratura são bastante superiores no caso dos compósitos reforçados com fibras de vidro e basalto.

0 100 200 300 400 500

R1 - Padrão R2 - Têxtil R3 - Acrílica R4 - Vidro R5 - Banana R6 - Basalto R7 - Sisal

GF [N/m ( J/m 2) ]

78 Luciana Silva

4.9. Absorção por imersão

O ensaio de absorção de água por imersão permite determinar a percentagem de água absorvida por um provete quando submerso em água e, assim, representar a porosidade da mistura.

4.9.1. Procedimento de ensaio

Este ensaio foi realizado de acordo com a norma E394-1993. Procede-se à secagem de 3 provetes cúbicos de 10 cm até estabilização de massa. Após a estabilização, introduziu-se o provete num recipiente com água de consumo público, à temperatura de 20 ± 3ºC, até massa contante.

Efetuou-se esta operação por etapas, de tal modo que o provete esteja submerso sucessivamente, em intervalos de 1h, a 1/3 da sua altura, 2/3 da sua altura e na totalidade da sua altura. Tendo em atenção que o nível final da água não deve ultrapassar 20mm da face superior do provete imerso.

A massa contante do provete saturado considera-se constante quando a diferença entre as massas obtidas em duas pesagens consecutivas, intervaladas de pelo menos 24 horas, for inferior a 0,1% da média das duas leituras.

Antes de cada pesagem, deve-se secar a superfície do provete com um pano absorvente húmido mas espremido de modo a remover toda a água superficial. Após alcançar a massa constante, pesar o provete dentro de água. Seja m2 a sua massa hidrostática, após saturação.

Retirar o provete de dentro de água e proceder à sua secagem até massa constante, numa estufa ventilada à temperatura de 105 ± 5ºC.

Considera-se a massa constante do provete seco m3 quando a diferença entre as massas obtidas em

duas pesagens consecutivas. Intervaladas de pelo menos 24 horas, for inferior a 0,1% da média das duas leituras.

Para o cálculo da absorção de água por imersão é usada equação (7):

Sendo:

m1– massa do provete saturado no ar, expressa em gramas

m2– massa hidrostática do provete saturado, expresso em gramas

Luciana Silva 79

4.9.2. Resultados experimentais

Na Tabela 26 pode-se verificar os resultados obtidos no ensaio de absorção por imersão e na Figura 67 estão, graficamente, representados esses valores.

Tabela 26 – Percentagem de água absorvida por imersão

Misturas

Absorção de água por imersão

(%) R1 - Padrão 6,00 R2 - Têxtil 7,62 R3 - Acrílica 8,22 R4 - Vidro 29,20 R5 - Banana 30,93 R6 - Basalto 30,19 R7 - Sisal 26,64

Figura 67 – Percentagem de água absorvida por imersão

4.9.3. Análise de resultados

Analisando a Figura 67, pode-se concluir que a mistura que incorpora a fibra de banana é a mistura que absorve maior quantidade de água. Será então de esperar que seja neste compósito que se verifique o maior índice de vazios e consequente o pior comportamento. Já a mistura padrão, que é a mistura que tem menor percentagem de água absorvida, esperar-se-ia assim que tenha menor índice de vazios.

0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00

R1 - Padrão R2 - Textil R3 - Acrílica R4 - Vidro R5 - Banana R6 - Basalto R7 - Sisal

A bs or çã o de ág ua po r im er são (%)

80 Luciana Silva

Destaca-se nesta a análise que os resultados para as misturas padrão, com fibras têxteis e com fibras acrílicas não terem o valor que se estaria à espera. Este comportamento poderá estar na consequência de nestas três misturas os provetes não estarem completamente secos antes de se proceder ao ensaio de absorção por imersão.