FRANCISCO SOLANO DE LIMA NETO O USO DE FIBRAS VEGETAIS PARA O REFORÇO DE MATRIZES CIMENTÍCIAS REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

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UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMIÁRIDO

DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS AMBIENTAIS E TECNOLÓGICAS CURSO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA

FRANCISCO SOLANO DE LIMA NETO

O USO DE FIBRAS VEGETAIS PARA O REFORÇO DE MATRIZES CIMENTÍCIAS – REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

MOSSORÓ – RN 2011

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Monografia apresentada à Universidade Federal Rural do Semiárido – UFERSA, Departamento de Ciências Ambientais e Tecnológicas para a obtenção do título de Bacharel em Ciência e Tecnologia.

Orientadora: Profª. Dra. Sc. Marilia Pereira de Oliveira – UFERSA.

MOSSORÓ – RN 2011

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DATA DA DEFESA: ____/____/____

BANCA EXAMINADORA

__________________________________________ Profª. Dra. Sc. Marilia Pereira de Oliveira – UFERSA

Orientadora

__________________________________________ Profª. Dra. Sc. Marineide Jussara Diniz – UFERSA

Primeiro Membro

__________________________________________ Prof. Me. Sc. Francisco Alves da Silva Júnior – UFERSA

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DEDICATÓRIA

A todos da minha família, em especial aos meus pais José Duarte e Zuleide e aos meus irmãos que me deram força nessa batalha.

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AGRADECIMENTOS

A Deus por ter me abençoado a cada dia através do seu imenso amor, mesmo nos momentos em que eu não merecia todo esse amor.

Aos meus pais, de onde retiro forças para continuar e pelos quais luto para chegar aos meus objetivos.

A toda a minha família, em especial aos meus irmãos, Josileide, George, Georgiana, pelo incentivo e apoio.

A minha orientadora Marilia Pereira de Oliveira, pela ótima orientação, e pelas horas dedicadas para a conclusão desse trabalho.

A Heloyza pelo amor, enorme paciência, e pelo apoio nos momentos mais difíceis. A todos os meus colegas de faculdade, pela grande amizade.

Aos professores da banca Marineide Jussara Diniz e Francisco Alves da Silva Júnior pelas sugestões para a melhoria desse trabalho.

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RESUMO

A pouca resistência das matrizes de cimento para alguns esforços, como os de tração e flexão, vem despertando a procura de algo que venha a melhorar essa característica. Este trabalho teve como objetivo revisar as propriedades e características de alguns tipos de fibras vegetais, analisando as de uso viável para o reforço de matrizes cimentícias de modo a solucionar a fragilidade de algumas matrizes. Os compósitos resultam da ligação de pelo menos dois materiais diferentes, mas com propriedades melhoradas em relação a cada um individualmente. Para o conhecimento das propriedades dos compósitos de matrizes cimentícias reforçados com fibras vegetais (Polpa celulósica de bambu, sisal e coco) foram estudados três trabalhos, cada um utilizando uma determinada fibra. Para os compósitos reforçados com polpa celulósica de bambu foram analisados os ensaios de laboratório realizados por Anjos et al (2003) tais como, ensaios de flexão, ensaios de tração por compressão diametral e ensaios de compressão simples. Os compósitos reforçados com fibras de sisal realizados por Lobo et al (2006) foram caracterizados quanto a flexão, analisando corpos-de-prova com e sem entalhe pré-definido. E os compósitos reforçados com fibras de coco feitos por Escariz (2008) foram estudados quanta as suas características a compressão. Através dos estudos dos resultados obtidos nos referidos ensaios verificou-se que os corpos-de-prova de matrizes reforçadas com fibras vegetais apresentaram melhorias significativas quanto as propriedades mecânicas referentes à flexão e à tração e uma pequena queda em relação a resistência a compressão com determinados teores de fibra.

Palavras-chave: Fibras vegetais. Matrizes Cimentícias. Resistência Mecânica. Compósitos reforçados por fibras.

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LISTA DE FIGURAS

Figura 1 – Macroestrutura do concreto ... 18

Figura 2 – Esquema da estrutura da fibra vegetal ... 21

Figura 3 – (a) a agave sisaliana; (b) a fibra de sisal um de seus produtos (corda). ... 25

Figura 4 – (a) Palmeira piaçava; (b) a fibra de piaçava ... 26

Figura 5 – Fibra de coco após o processo de desfibramento ... 27

Figura 6 – Lavoura de Rami (Boehmeria nivea) ... 28

Figura 7 – Colheita e Feixes de fibras de malva para a comercialização ... 29

Figura 8 – Curvas de Saturação das polpas ... 33

Figura 9 – Dispersão das polpas aglutinadas. (a) Equipamento adaptado ao processo; (b) Polpa antes da dispersão; (c) polpa após a dispersão ... 34

Figura 10 – Equipamento e sequência de moldagem. (a) Equipamento de moldagem; (b) mistura moldagem e desforma ... 34

Figura 11 – Câmara de moldagem. (a) detalhe do material de filtragem; (b) câmara de moldagem. ... 35

Figura 12 – Moldagem de corpos-de-prova cilíndricos de 5 x 10 cm. (a) Desforma das placas; (b) corpo-de-prova antes e após os golpes; (c) prensagem do material... 36

Figura 13 – Esquema que detalha o ensaio de flexão realizado ... 37

Figura 14 – Tensão de flexão versus deflexão para diferentes teores de polpa ... 39

Figura 15 – Imagem do compósito com 4% de polpa refinada, com aumento de 200 vezes ... 40

Figura 16 – Imagem do compósito com 6% de polpa sem refino, com aumento de 500 vezes ... ... 40

Figura 17 – Tensão-deformação vertical, lateral e volumétrica no ensaio de compressão. ... ... 41

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Figura 18 – Tensão-Deformação lateral e vertical no ensaio de tração por compressão

diametral ... 42

Figura 19 – Layout do molde para a fabricação dos corpos-de-prova ... 43

Figura 20 – Dimensões dos corpos-de-prova, (a) dimensionamento do entalhe, (b) corpo-de-prova de seção transversal retangular ... 44

Figura 21 – (a) Mistura da argamassa, (b) Corpo-de-prova fabricado ... 44

Figura 22 – (a) Corpo-de-prova sem entalhe, (b) Corpo-de-prova com entalhe ... 45

Figura 23 – (a) Corpo-de-prova sendo submetido a uma carga de flexão, (b) Corpo-de-prova fissurado após o esforço ... 46

Figura 24 – Diagrama de carga x deslocamento típico do ensaio de flexão para matriz cimentícia reforçada com fibra de sisal curta ... 47

Figura 25 – Diagrama de carga x deslocamento típico do ensaio de flexão para matriz cimentícia reforçada com fibra sisal curta com entalhe ... 48

Figura 26 – (a) Corpo de prova com entalhe após o ensaio de flexão; (b) Ampliação da fissura ... 58

Figura 27 – Sistema de bomba a vácuo e picnômetro ... 50

Figura 28 – Molde de papel auxiliar no ensaio de tração das fibras de coco ... 51

Figura 29 – (a) argamassadeira; (b) mesa vibratória ... 52

Figura 30 – Extensômetros elétricos ... 53

Figura 31 – Diagrama Tensão-Deformação para compósitos de traço 1:1 ... 54

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LISTA DE TABELAS

Tabela 1 – Composição de algumas fibras vegetais. ... 21

Tabela 2 – Características físicas e mecânicas das fibras vegetais, de celulose, amianto e polipropileno ... 31

Tabela 3 – Características do cimento – CP II E 32 ... 32

Tabela 4 – Propriedades mecânicas dos compósitos aos 28 dias ... 38

Tabela 5 – Nomenclatura referente a cada mistura ... 51

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LISTA DE QUADROS

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LISTA DE ABREVIATURAS

Å – Angstron

ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas

Ceped – Centro de Pesquisa e Desenvolvimento

CP I – Cimento Portland tipo I

CP II E 32 – Cimento Portland tipo II com adição de escória granulada de alto forno

CP II Z 32 – Cimento Portland tipo II com adição de pozolana

C-S-H – Silicato de cálcio hidratado

– Coeficiente de variação

– Módulo de elasticidade na flexão

E – Energia estática absorvida na flexão, determinada de acordo com o RILEM-1984

– Energia específica

L – Vão entre os cutelos inferiores

– Resistência à flexão

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SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ... 13 2 OBJETIVOS ... 15 2.1 OBJETIVOS GERAIS ... 15 2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ... 15 3 METODOLOGIA ... 16 4 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 17 4.1 COMPÓSITOS ... 17

4.2 MATRIZES À BASE DE CIMENTO ... 18

4.3 FIBRAS VEGETAIS ... 20

4.3.1 Composição e Microestrutura das fibras ... 20

4.3.2 Disponibilidade das fibras ... 22

4.3.3 Fibras com uso viável para o reforço de matrizes ... 24

4.3.3.1 Sisal ... 24

4.3.3.2 Piaçava... 25

4.3.3.3 Coco... 26

4.3.3.4 Algodão e Polpa celulósica de Eucalipto ... 28

4.3.3.5 Rami ... 28

4.3.3.6 Banana ... 29

4.3.3.7 Malva ... 29

4.3.3.8 Polpa celulósica de bambu ... 30

4.3.4 Emprego de fibras vegetais na Construção Civil ... 30

4.4 TRABALHOS DESENVOLVIDOS COM A UTILIZAÇÃO DE FIBRAS ... 32

4.4.1 Compósitos à base de cimento reforçados com polpa celulósica de bambu, produzidos por Anjos et al (2003) ... 32

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4.4.1.1 Materiais e Métodos ... 32

4.4.1.2 Discussões ... 37

4.4.2 Caracterização de falha do material compósito de argamassa de cimento reforçado por fibras naturais com pré-trinca definida, por Lobo et al (2006) ... 42

4.4.3 Desempenho à compressão de compósitos reforçados por fibras de coco, por Escariz (2008) ... 49

5 CONSIDERAÇÕES FINAIS ... 56

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1 INTRODUÇÃO

No mundo atual as buscas por matérias-primas alternativas e de baixo custo são cada vez maiores. O grande avanço da tecnologia no estudo dos materiais de construção tem o intuito de cada vez mais adequar o material a diversas situações de uso. Sendo os compósitos à base de cimento, materiais que fazendo parte de uma grande parcela do estudo desses materiais.

O concreto tem grande importância na construção civil por apresentar boa trabalhabilidade quando fresco, e uma das suas melhores características é a de resistência à compressão quando se encontra no estado endurecido. Segundo Caetano et al. (2004) o mesmo pode ser considerado como um material frágil, com baixa capacidade de suporte das cargas de tração e pouca capacidade de deformação. Portanto tem se realizado estudos com objetivo a melhorar essas propriedades através de reforço dessas matrizes cimentícias.

O cimento-amianto foi o primeiro material de construção civil reforçado com fibras naturais produzido em escala industrial (ANJOS et al, 2003), tal cimento é composto por mais de 90% de cimento e menos de 10% de fibras de amianto crisotila e foi desenvolvido no final do século IXX pelo industrial austríaco Ludwig Hatschek. Desde seu desenvolvimento, esse material tem sido largamente utilizado na fabricação de telhas, caixas-d'água e peças acessórias para telhados. Mas nas últimas décadas ele vem passando por sanções devido a constatações de enfermidades provocadas pelas fibras de amianto.

As fibras de origem vegetal vêm se destacando como um material de grande potencial para reforço de matrizes cimentícias. Entre elas destacam-se as fibras de sisal, coco, piaçava, algodão, banana, entre outras.

De acordo com Savastano Jr. (2000), fibras naturais como reforço de matrizes frágeis à base de materiais cimentícios, tem despertado grande interesse nos países em desenvolvimento, por causa do seu baixo custo, disponibilidade, economia de energia, e também no que se refere às questões ambientais.

A adição de fibras promove uma melhoria da ductilidade e da tenacidade do concreto, através de um processo de controle da propagação das fissuras, com consequente aumento da resistência à tração e à flexão (CAETANO et al, 2004).

Existem no Brasil, diversas experiências do uso de matrizes á base de cimento reforçada com fibras vegetais, na produção de elementos construtivos, entre elas podemos destacar a produção de telhas.

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Savastano e Pimentel (2000) estudaram a produção de componentes de cobertura de baixo custo produzidos com uma matriz cimentícia reforçada com fibras vegetais, destacando a elevada absorção de energia na condição pós-fissurada.

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2 OBJETIVOS

2.1 OBJETIVO GERAL

Este trabalho tem como objetivo geral o estudo de fibras vegetais para o reforço de matrizes cimentícias, analisado a sua disponibilidade, classificação e contribuição na melhoria de algumas propriedades mecânicas como, a resistência à tração e flexão.

2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Foram assim definidos os objetivos específicos com base em pesquisas publicadas:

 Estudar matrizes à base de cimento Portland;

 Estudar e classificar os compósitos;

 Estudar as características e disponibilidade das fibras vegetais;

 Estudar as fibras vegetais utilizadas na construção civil;

 Estudar as características mecânicas de compósitos cimentícios com o reforço de fibras vegetais.

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3 METODOLOGIA

Este trabalho será elaborado a partir de uma coleta de dados através de publicações de artigos, livros, teses, dissertações e materiais disponibilizados que tratam da utilização de fibras vegetais para reforço de matrizes cimentícias, visando à produção de elementos construtivos.

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4 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

4.1 COMPÓSITOS

Os materiais compósitos são materiais que surgem a partir da união de dois ou mais materiais distintos, dando origem a um material com propriedades melhoradas em relação a cada um dos componentes isolados. Essa definição de compósitos pode ser resumida na ligação de uma matriz com um reforço. Com a formação desses materiais compósitos se tem uma melhoria em vários aspectos. Segundo Ghavami (2000) estas podem ser a resistência à tração ou à flexão, rigidez, resistência à fadiga, resistência à corrosão e condutibilidade térmica.

Há 3 classes de compósitos, os que são reforçados com fibras, que se dá em função de como as fibras se difundem dentro da matriz, seja de modo disperso ou alinhado, os compósitos laminados que são reforçados por diferentes materiais dispostos em camadas na matriz, e os compósitos particulados onde a matriz é reforçada com partículas de um determinado material.

Segundo Lima (1987) um dos componentes constitui a matriz que é a fase continua, sendo o outro os reforços que constituem a fase dispersa. Quanto à natureza dos reforços e a forma como esses reforços se difundem na matriz, permite classificá-los de diversos modos. Ainda de acordo com Lima (1987) os reforços podem ter forma de partículas ou serem fibrosos, estes sob a forma continua ou descontinua, isto é, cortados curtos ou muito curtos.

Quando as partículas ou fibras são caracterizadas como curtas, elas se distribuem na matriz de forma aleatória, onde elas não obedecem a uma sequência. Mas quando as partículas ou fibras são mais longas tem uma distribuição na matriz que pode se dar de forma aleatória ou não, onde a ordenação dos reforços se dá através de um empilhamento na forma de lâminas.

As fibras atuam como elementos de reforço, com a finalidade de impor obstáculos à propagação de fissuras, além de funcionar como ponte de transferência dos esforços, garantindo, assim, uma capacidade resistente após a abertura da mesma. Em compósitos reforçados com fibras, a fratura é retardada. A ruptura torna-se um processo progressivo, pois as pontes de passagem formadas pelas fibras retêm parte das solicitações e originam uma fissuração mais distribuída.

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De acordo com Caetano et al (2004) com o aumento do numero de fibras, a abertura das fissuras torna-se menor, reduzindo a área total de fissuração. Já em concretos simples a abertura da fissura não encontra resistência e dá origem ao colapso da peça.

4.2 MATRIZES À BASE DE CIMENTO

Analisando a seção transversal de um concreto e considerado ele um compósito formado a partir de uma matriz de cimento Portland (Figura 1), as fases que podem ser distinguidas são as do reforço de tamanho e forma variados, e a do meio ligante. Logo a nível macroscópico esse compósito pode ser classificado como um material bifásico, formado por uma matriz, neste caso matriz cimentícia e por um reforço de partículas de agregados.

Figura 1 – Macroestrutura do concreto

Fonte: (METHA; MONTEIRO, 1994)

Já a nível microscópico se observa o quanto a estrutura é complexa. A estrutura é formada por um meio ligante, a pasta de cimento hidratada, agregados, vazios e interfaces. As duas fases da estrutura não estão distribuídas homogeneamente, um em relação à outra, nem são em si mesmas homogêneas (MEHTA; MONTEIRO, 1994).

A estrutura da fase agregado tem responsabilidade sobre algumas características do compósito como massa unitária e o módulo de elasticidade. Pois estas dependem da própria densidade e resistência do agregado.

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A estrutura da pasta endurecida que resulta das reações entre o cimento Portland e água são divididas em:

I. Sólidos na pasta de cimento hidratado

a. Silicato de cálcio hidratado (C-S-H) constitui de 50 a 60% do volume de sólidos de uma pasta de cimento Portland.

b. Hidróxido de cálcio que forma 20 a 25% do volume de sólidos na pasta de cimento hidratado.

c. Sulfoaluminatos de cálcio que constituem de 15 a 20% do volume de sólidos na pasta.

d. Grãos de clínquer não hidratado: dependem da distribuição do tamanho das partículas de cimento anidro e de seu grau de hidratação.

II. Vazios na pasta endurecida

a. Espaço interlamelar no silicato de cálcio hidratado: a largura do espaço interlamelar na estrutura do C-S-H é de 18 Å, e responsável por 28% da porosidade capilar.

b. Vazios capilares: os vazios capilares representam o espaço não preenchido pelos componentes sólidos da pasta (MEHTA; MONTEIRO, 1994).

c. Ar incorporado, pode se dá durante a mistura da pasta fresca.

III. A água na pasta endurecida

a. Água capilar é a água presente em vazios maiores do que 50Å.

b. Água absorvida é a água que está próxima a superfície da pasta. E a partir de sua perda se dá a retração da pasta por secagem.

c. Água interlamelar é a água que está associada à estrutura do silicato de cálcio hidratado. É perdida por secagem forte (MEHTA; MONTEIRO, 1994).

d. Água quimicamente combinada é a água que faz parte da estrutura de uma variedade de produtos do cimento. Essa água não é perdida por secagem, apenas liberada quando os produtos hidratados são decompostos por aquecimento.

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A zona de transição ou interface é uma camada delgada, que pode se dá ao redor dos grãos de cimento não hidratados, das adições pozolânicas, das partículas de agregados e das fibras que porventura estejam reforçando os compósitos. A diferença de concentração dos produtos de hidratação do cimento e da distribuição dos vazios na matriz faz com que cada uma das fases dos compósitos ou argamassas é de natureza multifásica (ANJOS, 2002).

4.3 FIBRAS VEGETAIS

4.3.1 Composição e Microestrutura das Fibras

As fibras são tipos de reforços constituintes dos compósitos, que proporciona as matrizes cimentícias melhorias de resistência mecânica e rigidez. Para se conseguir essas melhorias as fibras a serem utilizadas devem ter além de boa resistência mecânica qualidades adequadas ao tipo de matriz que será reforçada, tais como: compatibilidade química com a matriz, leveza, boa aderência a matriz e resistência ao calor.

Em uma visão microscópica as fibras vegetais são constituídas por células individuais, por sua vez, compõem-se de microfibrilas dispostas em camadas de diferentes espessuras e ângulos de orientação (Figura 2). As células das fibras vegetais tem o diâmetro de aproximadamente 10 a 25µm. As diversas células constituintes das fibras (macrofibras) encontram-se acumuladas pela lamela intercelular. Segundo Savastano Jr. (2000) é composta de hemicelulose, pectina e principalmente lignina (cerca de 70%), na parte central da célula pode apresentar uma cavidade denominada de lúmem com seção elíptica de dimensões que variam de 5 a 10µm.

A parte central das fibras pode apresentar uma cavidade denominada de lacuna. Os lúmens e as lacunas são responsáveis pela formação dos poros permeáveis na fibra, o que leva a uma elevada absorção de água e uma grande diferença entre a massa específica aparente da massa especifica real.

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Figura 2 – Esquema da estrutura da fibra vegetal.

(a) Célula individual

(b) Macrofibra: aglomerado de células

Fonte: (SAVASTANO Jr, 2000)

A tabela 1 mostra a composição de alguns tipos de fibras que foram estudadas por Savastano Jr. (2000).

Tabela 1 – Composição de algumas fibras vegetais

Fibras Celulose (% massa) Lignina (% massa) Ângulos das Microfibrilas Malva 76,0 10,0 8 Sisal 78,6 9,9 10 - 22 Coco 53,0 40,8 30 - 49 Fonte: (SAVASTANO Jr., 2000)

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O conhecimento da estrutura interna das fibras ligno-celulósicas e da sua composição química é importante para a compreensão de como ela pode influir nas características do compósito onde forem empregadas (SILVA, 2002).

4.3.2 Disponibilidade das fibras vegetais

De acordo com Savastano Jr. (2000) a geração de resíduos de fibras por diversos seguimentos da indústria, como a de tecelagem, a de estofados e da agroindústria está relacionada aos seguintes fatores:

 Características intrínsecas às plantas e os processos que as fibras vegetais são obtidas.

 O mercado extremamente seletivo e restrito com respectiva baixa produtividade de itens comercializáveis.

 Perecimento dos produtos

 Poucas informações disponíveis para a destinação dos resíduos a utilizações alternativas.

Um material deixará de ser resíduo se a ele for dada uma valorização, ou seja, um reaproveitamento, dando origem a um novo produto. Os resíduos de fibras gerados através de processos industriais constituem uma matéria-prima com grande potencialidade para componentes construtivos, o que irá depender das quantidades disponíveis, da localização geográfica desses resíduos e além de todos os custos gerados no processo.

Essas fibras apresentam alta variabilidade, custo reduzido, grande disponibilidade e características adequadas ao emprego como reforço. De acordo com Silva (2002) essa alta variabilidade faz com que esses resíduos originários da indústria de fibras vegetais são vistos como excelente opção para a produção de fibrocimentos alternativos em países em desenvolvimento.

O quadro1 mostra um levantamento realizado sobre as fibras com potencialidade para o reforço de matrizes cimentícias (SAVASTANO Jr., 2000).

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Quadro 1 – Resíduos do processamento de fibras vegetais Fibra Produto Principal Resíduos Denominação Aproveitamento

para outros fins

Valor (USS ) Quantida de (t ₎ Relação% (Resi/Prod) Sisal Fibra verde antes da secagem Bucha verde (já separada do bagaço) Uso potencial para produção de celulose Nulo 30000 – Apeab Fibra beneficiada

Refugo/bucha Reforço de gesso produção de fios de celulose 90 – 125 10000 - Brasil Fios de corda Bucha branca (sem tratamento) Produção de celulose (uso total) 180 25 – Crispim Fibras curtas( menos de 3cm) Combustível e adubo (uso desprezível) Nulo 25 – Crispim Baler Twine (fio agrícola) Bucha tingida c/ anilina e misturado com óleo mineral Reprocessamento (uso total) 80 290 – Brasil Fibras curtas (impregnadas c/ anilina e óleo mineral) Combustível (uso total) 0,50 2900 – Brasil Tapetes Retalhos de fio (tingim. a quente) Uso potencial para produção de celulose Nulo 54 - Cosibra Piaçava Fibra limpa e peteada Mistura de fibras e palha (refugo) Nenhuma Nulo 1000 - Valença Fibra para prodruto (vassoura) Fibras fora do padrão Reprocessamento (parcial) 270 12 - Valença Coco Fibras longas e médias Fibras curtas (1 – 3cm) Parcial: filtros, mantas, tapetes e substratos agrícolas 270 3000 – Brasil Fibras longas Pó residual não peneirado umidade aprox.: 80% em massa Desprezível 90 (máx) 4500 – Confib

Fibra curta Parcial 900 36 –

Confib Refugo de fibra longa Nulo 2170 31 – Confib Fibras longas e curtas Pó misturado com fibrinhas – umidade aprox..: 80% em massa Parcial: o pó (50% em massa) é utilizada como substrato agrícola 90 3000 - Diniz Algodão Produção de papel Microfibra: 85% algodão e 15% poliéster Enchimento para almofadas e colchões 90 270 – Cirne

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Polpa de eucalip. Produção de papel Rejeito – umidade aprox.: 60% em massa Papel de qualidade inferior 15 17000 – Aracruz Rami Fibra curta de 1ª para tecelagem Resíduo do amaciamento Substrato de uso agropecuário Nulo 250 – Brasil Fibra curta de 2ª para tecelagem Resíduo do amaciamento Substrato de uso agrícola Nulo 140 – Brasil Banana Fruta de mesa e para indústria Fibra do pseudocaule – base seca Substrato de uso agrícola Nulo 95000 – Vale do Ribeira

Malva Fibra bruta Fibra tipo 4 Tecelagem e fiação

340 1180 –

Brasil

Fonte: (SAVASTANO Jr.; PIMENTEL, 2000)

4.3.3 Fibras vegetais com uso viável para o reforço de matrizes

4.3.3.1 Sisal

O sisal (Agave sisalana) é uma planta utilizada para fins comerciais. O Agave sisalana é cultivado em regiões semiáridas. Do sisal é principalmente utilizada as fibras que são encontradas em suas folhas.

A geração de resíduos se dá mais abundantemente no processo de desfibramento, onde de acordo com Savastano Jr. e Pimentel (2000) cada tonelada de fibra verde (antes da secagem), reduz a sua massa a menos da metade depois de seca, o que resulta em uma grande quantidade de bucha, assim chamada a fibra de menor comprimento, que se concentra na base da folha do sisal. Outros tipos de resíduos com potencial para serem utilizados na construção civil como a bucha branca e as fibras curtas, são obtidas através da fabricação de fios e cordas: são fibras de diversos comprimentos, material isento de pó, sem tratamento químico e que são considerados subprodutos.

O processo de fabricação baler twine dá origem a fibras muito curtas, impregnadas com emulsão á base de óleo mineral para o uso na construção civil, segundo Savastano Jr. (2000) esse tipo de emulsão tem a característica de reduzir a absorção da água pela fibra mais existe uma fraca aderência entre a fibra e a matriz de cimento. A fabricação de tapetes é outro meio de obtenção de resíduos. São resíduos sem valor comercial com potencial para reforço,

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estes se encontram sem pó e com permeabilidade reduzida. A Figura 3 mostra a Agave Sisaliana, planta de onde se obtêm as fibras de sisal a e a própria fibra de sisal com o seu principal produto, a corda.

Figura 3 – (a) a agave sisaliana; (b) a fibra de sisal e um de seus produtos, a corda. (a)

Fonte: http://www.jm1.com.br/2011/02/conab-leiloa-milho-e-sisal/

(b)

Fonte: http://www.flickr.com/photos/eliseosolismora/2073667815

4.3.3.2 Piaçava

Piaçava é o nome comum de uma espécie de palmeira nativa dos estados brasileiros de Alagoas, sul da Bahia, Espírito Santo e Sergipe. Seu nome tem origem na língua tupi, significando "planta fibrosa", devido ao seu caule característico.

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Os resíduos desse tipo de fibra são obtidos na fase de limpeza e penteadura, que gera cerca de 30% de refugo, podem ser reaproveitados se separados da palha. Outro processo que se obtêm resíduos é na fabricação de vassouras, em que se descartam fibras com menos de 50 cm de comprimento. Esses tipos de resíduos se caracterizam como um material com boas características para o reforço de matrizes cimentícias. A Figura 4 mostra a palmeira que dá origem a fibra de piaçava e a fibra de piaçava.

Figura 4 – (a) Palmeira piaçava; (b) a fibra de piaçava. (a)

Fonte: http://globorural.globo.com

(b)

Fonte: http://www.piacavaecia.com.br/quiosque.php?categ=10&tipo=Pia%C3%A7ava%20Pente

4.3.3.3 Coco

A fibra de coco é obtida a partir do fruto do coqueiro. O coco é dividido em duas partes: o mesocarpo (áspero e fibroso) de onde se retira as fibras e o endocarpo (duro) de onde se retira a água de coco. O desfibramento do coco, em geral é feito de forma rústica, acontece

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nos próprios coqueiros após a colheita, onde primeiramente é retirado dos frutos o mesocarpo e enviados para o desfibramento.

A agroindústria brasileira dessa fibra com produção de artigos têxteis pode gerar fibras de 1 a 3 cm, que de acordo com Savastano Jr. (2000) é um comprimento considerado ideal para reforço de matrizes cimentícias. A Figura 5 mostra a fibra de coco após o processo de desfibramento.

Figura 5 – Fibra de coco após o processo de desfibramento.

Fonte: http://orquidea.base33.net/duvidas/98-plantio-de-orquideas

As fibras de coco são classificas segundo o seu comprimento, cor e rigidez, sendo classificadas em 3 tipos:

 Fibras de fiação: que são as mais longas e mais finas, usadas para a manufatura de fios.

 Fibras de escova: são mais curtas e grosseiras, empregadas na manufatura de escovas.

 Fibras de estofamento, bastante curta, utilizadas como enchimentos.

Quanto as fibras utilizáveis para a produção de compósitos com matrizes frágeis de cimento Savastano Jr. (1986) fala que a idéia principal deve ser a utilização de resíduos, uma vez que as fibras mais longas tem já seu mercado garantido para a produção de fios. Sendo os resíduos de menor custo, mas que necessitam de um estudo para viabilizarem a produção de compósitos fibrosos.

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4.3.3.4 Algodão e Polpa celulósica de Eucalipto

Os resíduos de fibras gerados por esses tipos de materiais são bastante curto (onde o comprimento das fibras é inferior a 5 mm). De acordo com Savastano Jr. (2000) esse tipo de resíduo é mais direcionado ao reforço de pastas, e são disponíveis a preços relativamente baixos e de forma concentrada nos centros geradores.

4.3.3.5 Rami

O rami (Boehmeria nívea, Figura 6) é uma planta da família Urticaceae, nativa da Ásia Oriental. A fibra do rami, pertencente à família das fibras longas, tem em média 150 a 200 milímetros de comprimento, a exemplo do linho, juta, sisal.

O rami pode ser utilizado em diversos segmentos: fabricação de tecidos, cordas e barbantes, como também pode gerar a celulose para a produção de papel moeda, devido à sua grande resistência.

Os resíduos desse tipo de fibra são gerados no processo de amaciamento das fibras, são sem valor comercial, mas apesar disso são utilizadas como adubo orgânico nas próprias lavouras de produção de rami. Dessa forma para a utilização desse resíduo para o reforço de matrizes cimentícias carece primeiramente de uma mudança na própria produção de rami.

Figura 6 – Lavoura de Rami (Boehmeria nivea)

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4.3.3.6 Banana

Fibras de excelente qualidade (SAVASTANO Jr.; PIMENTEL apud NOLASCO, 2000). As regiões geradoras são próximas aos centros mais populosos no sul e no sudeste. No entanto, a fibra não é extraída do pseudocaule, o que indica que sua utilização, para reforço de componentes construtivos ainda não é viável.

4.3.3.7 Malva

A produção brasileira dessa planta é quase exclusivamente dos estados do Pará e do Amazonas. A figura 7 mostra a colheita e os feixes prontos para a comercialização de fibras de malva.

Seus diversos produtos já enfrentam forte concorrência dos produtos sintéticos. Essas fibras residuais apresentam, como vantagem, presença de fibrilas (ramificações superficiais), que aumentam a ancoragem da fibra na matriz; já a presença de impurezas não fibrosas interfere negativamente, o que sugere sua limpeza prévia. No momento atual a sua utilização na construção civil não é viável devido ao relativo valor alto, mas devido a sua substituição por fibras sintéticas essa fibra ganha potencialidade para sua utilização na construção civil.

Figura 7 – Colheita e Feixes de fibras de malva para a comercialização

Fonte: http://revistagloborural.globo.com/Revista/Common/0,EMI146775-18078,00 e

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4.3.3.8 Polpa celulósica de bambu

A utilização de bambu como matéria-prima para a indústria de celulose é prática de bastante sucesso em países tropicais como a China, Índia, Japão, Filipinas e mesmo o Brasil (ANJOS, 2002).

O comprimento médio das fibras varia de 1,5 a 4,4 mm, com predominância média de 2,2 a 2,6mm. A largura da fibra varia de 7µm a 27µm com média de 14µm.

O bambu é uma matéria-prima que está disponível em grande parte do ano, possibilita uma exploração econômica e pode ser facilmente renovável. Esses fatores possibilitam ao bambu uma capacidade de produzir produtos de qualidade tanto para a fabricação de papel como para a aplicação na construção civil, qual seja a utilização das fibras de polpa celulósica como reforço de materiais cimentícios.

4.3.4 Emprego de fibras vegetais na Construção Civil

A utilização de fibras vegetais para o reforço de matrizes cimentícias destinadas à construção civil pode ser de grande interesse para os países que se encontram em desenvolvimento e seriam capazes de colaborar para o crescimento de suas infraestruturas.

O estudo realizado pelo Ceped (Centro de Pesquisa e Desenvolvimento) em 1982 destinou-se ao desenvolvimento da matriz de argamassa de cimento e areia reforçados com fibras de coco, sisal e piaçava, com volumes e comprimentos diferentes. Os melhores resultados foram obtidos com fibras longas (com comprimento aproximado de 270 mm), que é o caso das fibras de sisal e de piaçava. Os compósitos reforçados com essas últimas fibras apresentaram valores de propriedades mecânicas acima dos obtidos com a matriz sem reforço. Os pesquisadores da Ceped desenvolveram uma telha tipo canal, moldada em duas camadas de argamassa com fibras colocadas manualmente entre as camadas (SILVA, 2002), um dos problemas apresentados foi o da mal distribuição das fibras na matriz.

A Tabela 2 apresenta uma compilação realizada por Savastano Jr. (2000) das características físicas e mecânicas das fibras vegetais já utilizadas com reforço de matrizes à base de cimento, em comparação com os reforçados com fibras de amianto crisotila e polipropileno.

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Tabela 2 – Características físicas e mecânicas das fibras vegetais, de celulose, amianto e polipropileno. Fibras Propriedades Massa específica (Kg/m³) Absorção máxima (%) Alongamento na ruptura (%) Resistência à tração (MPa) Módulo de Elasticidade (GPa) Coco 1177 93,8 23,9 a 51,4 95 a 118 2,8 Sisal 1370 110,0 4,9 a 5,4 347 a 378 15,2 Malva 1409 182,2 5,2 160 17,4 Amianto 2200 a 2600 - 2 560 a 750 164 Polipropileno 913 - 22,3 a 26,0 250 2,0 Celulose 1609 643 - 700 10 a 40 Fonte: (SAVASTANO Jr., 2000)

Analisando a tabela acima se observa que as fibras vegetais são fibras de baixo módulo de elasticidade e tem uma elevada resistência à tração. O emprego dessas fibras como reforço proporciona uma maior resistência ao impacto, causada por uma maior absorção de energia, possibilidade de trabalho no estágio pós-fissurado e um aumento na capacidade de isolamento termo acústico (SILVA apud AGOPYAN; SAVASTANO Jr., 2002).

O emprego dessas fibras traz algumas dificuldades associadas ao uso em compósitos à base de cimento, dependendo de um aperfeiçoamento dessa tecnologia. Algumas dificuldades em seu uso estão relatadas:

 A presença de contaminantes que interferem, por exemplo, na hidratação dos aglomerantes.

 A adequação dos processos de produção dos compósitos. Os processos convencionais de mistura e modelagem, geralmente originam problemas de má distribuição das fibras na matriz (SILVA, 2002), onde ocorre uma incorporação de vazios em excesso causando um aumento na porosidade do compósito.

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4.4 TRABALHOS DESENVOLVIDOS COM A UTILIZAÇÃO DE FIBRAS

4.4.1 Compósitos à base de cimento reforçados com polpa celulósica de bambu, produzidos por Anjos et al (2003)

Neste trabalho Anjos et al (2003) apresentaram os resultados experimentais de um estudo em que se procurou desenvolver compósitos de matriz cimentícia reforçada com polpa de bambu. Utilizou dois tipos de polpas: uma refinada e outra sem ter sido refinada. No processo de moldagem dos corpos-de-prova variou o teor de fibra em relação à massa de cimento e desenvolveu um processo com sucção, modelagem e prensagem para a produção dos compósitos. As propriedades mecânicas foram determinadas a partir de ensaios de resistência à tração, à compressão.

4.4.1.1 Materiais e Métodos

Para o procedimento experimental Anjos et al (2003) utilizaram cimento Portland CP II E – 32. A tabela 3 mostra algumas das propriedades do cimento utilizado no ensaio. O CP II E já contém, em sua constituição, de 6 a 34% de escória de alto forno moída, proporcionando assim uma matriz com menor teor de hidróxido de cálcio, que proporciona uma diminuição do ataque alcalino à lignina das fibras.

Tabela 3 – Características do cimento – CP II E 32 Massa específica 3,09 kg/cm³ Tempo de inicio de pega 2 h 30 min

Tempo de fim de pega 4 h 30 min

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Na figura 8 Anjos et al (2003) apresentam resultados da absorção de água em função do tempo, pelas polpas refinadas e sem refino, determinada no Laboratório de Estruturas e Materiais da PUC-Rio (LEM-PUC). Nela, também está indicada a umidade natural, .

Figura 8 – Curvas de Saturação das polpas

Fonte: (ANJOS et al, 2003)

A absorção foi determinada pesando-se 10 gramas de polpa seca e colocando-a em 1 L de água. A pesagem da polpa úmida (após imersão em água) foi realizada aos 5, 20, 30 min e 1 h, depois com acréscimos de hora em hora, até completar 6 h, sendo pesada, após este tempo, de 24 em 24 h, até a saturação. Antes da pesagem da polpa úmida, esta era passada em uma peneira de 0,15 mm e espalhada em um papel absorvente para retirar a água que fica adsorvida entre as fibras. Para a determinação da absorção foram realizadas cinco repetições para cada tipo de polpa.

Para se utilizar a polpa na produção dos compósitos, primeiramente, Anjos et al (2003) realizaram um processo de dispersão da polpa em água, devido a aglutinação dos filamentos. O procedimento foi realizado em um equipamento adaptado com hélice tipo centrífuga e rotação de 2.000 rpm (Figura 9).

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Figura 9 – Dispersão das polpas aglutinadas. (a) Equipamento adaptado ao processo; (b) Polpa antes da dispersão; (c) polpa após a dispersão.

(a) (b) (c)

Iniciou a mistura dos materiais para a produção dos compósitos com a dispersão da polpa úmida em um dispersor de amostras com variador eletrônico de velocidade (500 rpm), com copo e hélice de aço, por um tempo aproximado de 5 minutos, em seguida adicionou-se o cimento CP II E – 32 de maneira que se obtivesse uma pasta fluida com teores de 25 a 30% de material sólido em massa. Após este processo a pasta é misturada por mais 5 minutos. Em seguida foi transferida rapidamente para a câmara de moldagem onde foi submetida a uma subpressão em sua face inferior feita por uma bomba a vácuo (Figura 10).

Figura 10 – Equipamento e sequência de moldagem. (a) Equipamento de moldagem; (b) mistura moldagem e desforma.

(a) (b)

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Para a moldagem colocaram uma manta de poliéster e um filtro de papel sobre a tela da câmara de modelagem (com dimensões de 120 mm x 120 mm e altura de 100 mm) para evitar a perda de material sólido e a retirada de água em excesso (Figura 11).

Figura 11 – Câmara de moldagem. (a) Detalhe do material de filtragem; (b) câmara de moldagem.

(a) (b)

Foram produzidas três placas para diferentes percentuais de polpa (4, 6, 8, 10, 12, 14 e 16%) em massa, as quais foram empilhadas e intercaladas com chapas de aço e toalhas de papel, onde foram submetidos à prensagem em uma prensa hidráulica, durante 5 min, a uma pressão constante de 3,2 MPa. Esse procedimento foi realizado para a retirada do restante de água deixada no processo de sucção e que a própria polpa tenha absorvido.

Após a prensagem as placas foram acondicionadas em sacos plásticos durante 24 horas, para que a umidade se mantivesse constante em torno de 90-95% a fim de evitar a perda de água para o meio ambiente. Depois do período de 24 horas as placas foram curadas por imersão durante 6 dias. Terminado esse período as placas foram cortados nas dimensões finais 36,5 x 120 mm, através de uma serra circular com disco diamantado. Estes corpos-de-prova foram mantidos a uma temperatura de 23 ± 2 °C e umidade entre 45 e 55% até o dia dos ensaios.

Os espécimes cilíndricos de 5 x 10 cm foram moldados de acordo com o processo de Hatschek, com o intuito de se fazer a caracterização de todo o comportamento mecânico do compósito, tais como resistência a compressão e à tração direta ou por compressão diametral.

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O processo de moldagem dos corpos cilindros se deu da seguinte forma: o procedimento de moldagem das placas foi repetido até o ponto de desforma, estas foram quebradas em pedaços e colocadas dentro de um molde cilíndrico de 5 cm de diâmetro por 10 cm de altura, em aproximadamente quatro camadas as quais foram adensadas com 60 golpes para homogeneizar e dar forma cilíndrica ao material, após a moldagem os cilindros foram levados para a máquina de prensagem, onde com o auxilio de um cilindro de aço é aplicada uma pressão de 3,2 MPa no período de cinco minutos, ver Figura 12. E os demais procedimentos como os de cura e armazenamento foram semelhantes ao das placas.

Figura 12 – Moldagem de corpos-de-prova cilíndricos de 5 x 10 cm. (a) Desforma das placas; (b) corpo-de-prova antes e após os golpes; (c) prensagem do material.

(a) (b) (c)

Terminado os processos de produção dos corpos-de-prova, passou para os ensaios de flexão, de tração por compressão diametral e compressão.

 Ensaio de Flexão:

Em um equipamento de três cutelos, com um vão inferior de 100 mm onde a carga foi aplicada de forma distribuída com um carregamento de 0,5 mm/min, como mostra a figura 13, foram realizados os ensaios de flexão com corpos de prova de dimensões de 120 mm de comprimento, largura b = 36,5 mm e espessura e = 6 mm. Antes da realização dos ensaios foi respeitado o tempo de 28 dias contados a partir da moldagem dos corpos-de-prova.

(38)

Figura 13 – Esquema que detalha o ensaio de flexão realizado

Fonte: (ANJOS, 2002)

 Ensaios de compressão e de tração por compressão diametral:

Foram ensaiados cinco corpos de prova cilíndricos para cada propriedade, para os compósitos com teor de reforço considerado ideal. Os corpos-de-prova de compressão foram ensaiados de acordo com a NBR 5739 (ABNT, 1994) e instrumentados com strain gage tipo L colados a meia altura dos corpos-de-prova para a determinação das curvas tensão-deformação axial, lateral e volumétrica.

4.4.1.2 Discussões

Com a inclusão de fibras nos compósitos Anjos et al (2003) observaram que houve uma tendência de crescimento na resistência à flexão, até um teor ótimo, com posterior queda nesta propriedade. Ainda segundo Anjos et al (2003), após uma certa taxa de polpa, a concentração volumétrica de fibras acarretou uma dificuldade de mistura e dispersão.

Analisando os resultados da tabela 4, observa-se que as maiores resistências a flexão ocorreram nos teores de 6% para o compósito com polpa sem refino e de 8% para o compósito com polpa com refino.

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Tabela 4 – Propriedades mecânicas dos compósitos aos 28 dias. Teor de fibra (%) Resistência à flexão (MPa) (GPa) Energia específica (kJ/m³) Deflexão de ruptura (mm) Carga máxima (kN) 0 7,0 14,7 0,02 0,16 0,07 Fibra refinada 4 13,3 14,6 0,26 0,41 0,1 6 11,8 11,1 0,35 0,55 0,14 8 14,5 9,8 0,56 0,77 0,17 10 13,3 8,8 0,73 0,76 0,19 12 9,1 4,5 0,63 0,45 0,07 14 8,3 5,5 1,64 1,11 0,11 16 4,8 2,6 1,01 1,39 0,08

Fibra sem refino

4 8,5 11,6 0,21 0,41 0,20 6 10,9 11,5 0,34 0,54 0,11 8 9,9 7,6 0,53 0,69 0,14 10 8,7 6,8 0,48 0,68 0,13 12 6,7 5,3 0,60 0,87 0,09 14 6,2 3,5 0,77 1,06 0,11 16 4,8 3,2 0,59 0,98 0,08

A tenacidade foi a propriedade que mais sofreu variação, com a mudança nos teores de fibras. Quando o teor de polpa passou de 4 para 14%, esta propriedade apresentou um aumento de 6 vezes para a polpa refinada e de aproximadamente 2,5 vezes para a polpa sem refino. O acréscimo de 14% no teor de polpa, em relação à matriz sem reforço, aumentou a deflexão na ruptura em aproximadamente 7 vezes para ambos os tipos de polpa. Como estes resultados Anjos et al (2003) concluíram que os compósitos reforçados com polpa celulósica de bambu demostram bastante potencial para a fabricação de painéis que serão sujeitos a algum tipo de carga de flexão.

Como se observa na figura 14 os compósitos com percentagem de fibras de 14 e 16%, tem-se uma maior ductilidade tanta para a polpa com refino e para a sem refino, mas em contrapartida nesses teores houve uma perda na resistência a flexão máxima, Observa-se também que a resistência a flexão e a tenacidade nos compósitos com polpa refinada são maiores do que com a polpa sem refino, pois o processo de refino resulta num maior número de fibras que serão capazes de interceptar as fissuras.

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Figura 14 – Tensão de flexão versus deflexão para diferentes teores de polpa.

(41)

As falhas dos compósitos podem ter ocorrido devido a uma perda de aderência da fibra a matriz, ocasionando um deslizamento da mesma, ou mesmo pela ruptura da fibra (ANJOS et al, 2003) . Através de alguma imagens microscópicas observaram que nos compósitos com polpa com refino as falhas ocorreram devido ao arrancamento das fibras da matriz, que se observa nos vazios destacados na figura 15, o que leva a uma maior tenacidade. Já nos compósitos com polpa sem refino as falhas ocorreram devido às fraturas nas fibras (Figura 16) e que leva a uma menor tenacidade. Essa diferença pode ter ocorrido devido a superfície das fibras sem refino serem mais rugosas, assim aderindo melhor na matriz.

Figura 15 – Imagem do compósito com 4% de polpa refinada, com aumento de 200 vezes.

Figura 16 – Imagem do compósito com 6% de polpa sem refino, com aumento de 500 vezes.

(42)

A tensão correspondente ao início da propagação instável das fissuras, chamada tensão crítica, pode ser caracterizada como aquela equivalente ao valor máximo da deformação volumétrica que, no caso de concretos, ocorre a 75% da tensão máxima (MEHTA; MONTEIRO, 1994). Já para os compósitos reforçados com fibras de bambu com um teor de 8%, Anjos et al (2003) observaram que isso ocorreu a um nível de 90%, o que corresponde ao ponto A descrito na figura 17. O ponto C caracterizado pelo final da região elástica mostra o ponto em surge da primeira fissura no corpo-de-prova.

Figura 17 – Tensão-deformação vertical, lateral e volumétrica no ensaio de compressão.

Para o ensaio de tração por compressão diametral foram obtidos os seguintes resultados: de acordo com a figura 18, a deformação lateral foi 60% da deformação axial, para os compósitos reforçados com 8% de fibras a resistência a tração foi de 20% da resistência a compressão, pois se comparada a relação resistência a tração e compressão dos compósitos sem reforço esse valor de 20% foi bastante significativo.

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Figura 18 – Tensão-Deformação lateral e vertical no ensaio de tração por compressão diametral.

4.4.2 Caracterização de falha do material compósito de argamassa de cimento reforçado por fibras naturais com pré-trinca definida, por Lobo et al (2006)

Neste trabalho Lobo et al (2006) estudaram os materiais em que as falhas ocorrem repentinamente, em especial a argamassa de cimento que é um material de alta fragilidade e que pode falhar por um colapso brusco. Mediante isso, se avaliou o comportamento desses materiais com a presença de um reforço interno. Para isso Lobo et al (2006) utilizaram um material compósito de matriz cimentícia reforçada com fibras curtas de sisal, onde se analisou o seu comportamento em duas situações: corpo-de-prova com e sem entalhe.

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Para a obtenção do compósito de matriz cimentícia reforçado com fibra de sisal, se utilizou o cimento Portland CP-II Z 32 composto com pozolana (6 a 14%). A proporção utilizada para todos os processos foi de 1:2 (cimento : areia). E as fibras de sisal tinham comprimento de 45 mm onde se utilizou o percentual em peso de 1% do compósito. Procurou-se obter experimentalmente a relação água/cimento de 0,7.

O molde para a produção dos corpos-de-prova foi feito em madeira com uma base sem e com rasgo (serve de apoio para o entalhe), ver figura 19.

Figura 19 – Layout do molde para a fabricação dos corpos-de-prova.

Fonte: (LOBO et al, 2006)

Segundo Lobo et al (2006), o dimensionamento do entalhe (Figura 20a) obedecem critérios utilizados, com espessura e raio de curvatura de 3 mm, possuindo comprimento total de 100 mm e a figura 20b mostra os corpo-de-prova de seção transversal retangular (100 mm e 25 mm) e 300 mm de comprimento, com e sem entalhe.

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Figura 20 – Dimensões dos corpos-de-prova, (a) dimensionamento do entalhe, (b) corpo-de-prova de seção transversal retangular.

(a) (b)

Para os ensaios de flexão em três pontos foram moldados quatro corpos-de-prova sem entralhe e quatro com entalhe.

Primeiramente foram misturados o cimento, a areia e a fibra seca, logo depois se adicionou água aos poucos até a mistura do compósito ficasse totalmente homogeneizada, como mostra a figura 21a. passou-se um produto nos moldes para facilitar a desmoldagem dos corpos-de-prova, em seguida o compósito é inserido até atingir a borda (Figura 21b).

Figura 21 – (a) Mistura da argamassa, (b) Corpo-de-prova fabricado. (a) (b)

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Depois de um período de 24 horas os corpos-de-prova foram desmontados e mergulhados em água por sete dias, e após dispostos para cura ao ar livre até o dia para os ensaios de flexão.

A figura 22 mostra o resultado dos corpos-de-prova, sem e com entalhe respectivamente, após o período de cura. De acordo com Lobo et al (2006) os mesmos apresentam visualmente satisfatória aparência para uma primeira análise.

Figura 22 – (a) Corpo-de-prova sem entalhe, (b) Corpo-de-prova com entalhe.

(a)

(b)

A figura 23a mostra a peça sendo submetida ao esforço e a figura 23b mostra a peça fissurada após o esforço durante o ensaio de flexão.

(47)

Figura 23 – (a) Corpo-de-prova sendo submetido a uma carga de flexão, (b) Corpo-de-prova fissurado após o esforço.

(a)

(b)

Os resultados fornecidos pelo equipamento através do sistema de aquisição de dados foram carga aplicada no carregamento e o deslocamento sofrido pelo corpo de prova. Os resultados são tratados e a partir destes serão obtidos os equivalentes em tensões e deflexão sofrida pelo corpo de prova.

4.4.2.2 Discussões

 Avaliação dos resultados obtidos dos ensaios de flexão sem entalhe pré-definido. As fissuras nos corpos-de-prova durante os ensaios de flexão, como relatam Lobo et al (2006) progrediram de forma controlada, não ocorrendo fratura catastrófica e também pode ser analisada na curva da figura 24 que relaciona carga versus deslocamento. As fibras nesse

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caso serviram como ponte de transferência de tensões através das fissuras que apareceram com aumento dos esforços no ensaio de flexão, o que proporcionou uma maior capacidade de deformação, diante disso acarretará uma maior capacidade de absorver energia.

Figura 24 – Diagrama de carga x deslocamento típico do ensaio de flexão para matriz cimentícia reforçada com fibra de sisal curta.

Outra característica a ser observada por Lobo et al (2006) foi que a carga máxima atingida pós-pico não supera a carga de pico, esta ocorrência se apresentou com maior frequência nas curvas analisadas.

 Avaliação dos resultados obtidos dos ensaios de flexão com entalhe pré-definido. Os prova com entalhe se comportaram de forma semelhante aos corpos-de-prova sem entalhe no que diz respeito ao fissuramento de forma controlada e não ocorrendo fratura de forma catastrófica, como pode ser analisado na figura 25. Onde também se pode observar que a carga máxima atingida pós-pico supera a carga de pico, fato que Lobo et al (2006) relatam que ocorreu em 3/4 dos corpos-de-prova, podendo-se concluir que as fibras de sisal tiveram a capacidade de absorver energia do que a matriz de cimento.

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Figura 25 – Diagrama de carga x deslocamento típico do ensaio de flexão para matriz cimentícia reforçada com fibra sisal curta com entalhe.

A figura 26a mostra um dos corpos-de-prova com entalhe após o ensaio de flexão, onde se observa que as fissuras se deram ao longo do entalhe pré-definido. A figura 26b mostra uma ampliação da área de fissuração, onde se observa que houve o rompimento de algumas fibras.

Figura 26 – (a) Corpo de prova com entalhe após o ensaio de flexão; (b) Ampliação da fissura com entalhe.

(a) (b)

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 Comparação entre os desempenhos dos corpos-de-prova com e sem entalhe.

As curvas das figuras 23 e 24, que estão relacionadas aos corpos-de-prova sem e com entalhe, mostra que com a presença de entalhe o valor da carga máxima reduz bastante comparada ao sem entalhe, isso se deve ao efeito concentrador de tensões no entalhe. Os desempenhos mecânicos matriz/fibra foram satisfatórios para as duas situações com e sem entalhe.

4.4.3 Desempenho à compressão de compósitos reforçados por fibras de coco, por Escariz (2008)

Neste trabalho Escariz (2008) buscou analisar o uso de fibras de coco como reforço de matrizes cimentícias, em substituição ao amianto, onde se fez a análise das suas principais características físicas, químicas e mecânicas, e as propriedades mecânicas dos compósitos produzidos com a mesma. Com relação às propriedades mecânicas, foram feitos ensaios de resistência à compressão, em compósitos produzidos com matrizes de diferentes traços e diferentes frações volumétricas e comprimentos das fibras.

Para a produção dos compósitos para a fabricação dos corpos-de-prova Escariz (2008) utilizou fibras de coco e cimento Portland (CP- I). Determinou a finura por meio da peneira 75μm (nº 200) - Método de ensaio (ABNT, 1991), a determinação dos tempos de pega foi feita, de acordo com a NBR 11581 – Cimento Portland - Determinação dos tempos de pega - Método de ensaio (ABNT, 2003). Foi admitida como resistência do cimento aquela relacionada à sua categoria de fabricação, ou seja, 32 MPa aos 28 dias de idade.

 Determinação das propriedades físicas e mecânicas das fibras de coco.

Para se determinar a geometria das fibras de coco se utilizou um microscópio com magnificação de 200 vezes, onde foram analisadas 30 exemplares de fibras com 50 mm de

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comprimento, nos quais Escariz (2008) relata que foram realizadas três medidas ao longo do comprimento de cada exemplar, determinando-se a média aritmética. Onde o comprimento destas foi determinado através de uma trena metálica de precisão de 1 mm.

A massa real das fibras foi determinada através do método do picnômetro. Foi utilizado dois picnômetros e uma bomba a vácuo para a retirada do ar (Figura 27). Primeiramente 4g de fibras foram colocadas dentro de um picnômetro, e logo após foram preenchidos com água até cobrir as fibras, deixando as fibras por 24 horas submersas para a saída dor ar espontaneamente. Depois desse período o ar que por ventura ainda estivesse entre os vazios foi retirado por meio da bomba a vácuo. Em seguida o picnômetro foi preenchido totalmente com água e pesado.

Figura 27 – Sistema de bomba a vácuo e picnômetro.

Fonte: (ESCARIZ, 2008)

No procedimento para se determinar a resistência das fibras, Escariz (2008) adaptou um método utilizado para se determinar a resistência das fibras de carbono, no qual cada fibra foi colocada numa moldura confeccionada com uma folha de papel, com um orifício, ver figura 28, onde se tomou o cuidado de não transmitir nenhum esforço de tração no processo de colagem e logo após foram feitos os ensaios de tração por meio de um equipamento composto de duas roldanas e uma haste metálica, por onde passava um fio de nylon que estava preso ao dinamômetro com capacidade máxima de 10 N, onde ao se puxar o fio foi exercida uma tensão de tração sobre a fibra.

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Figura 28 – Molde de papel auxiliar no ensaio de tração das fibras de coco.

 Produção dos compósitos e ensaio de compressão

Para a produção dos compósitos Escariz (2008) utilizou dois traços para a argamassa de cimento: o traço de 1:1 (cimento : areia), com relação água/cimento de 0,40 e o tração 1:2 (cimento : areia), com relação água/cimento de 0,52. Em relação aos teores de fibras (frações volumétricas), foram utilizadas as percentagens de 2% e 3%, com comprimentos de 15 e 25 mm. Assim foram produzidos oito tipos de misturas de compósitos de fibra de coco. A tabela 5 apresenta a nomenclatura usada por Escariz (2008) para designar cada mistura.

Tabela 5 – Nomenclatura referente a cada mistura.

Sigla Carac. C1 C2 C1225 C2225 C1325 C2325 C1215 C2215 C1315 C2315 Traço 1:1 1:2 1:1 1:2 1:1 1:2 1:1 1:2 1:1 1:2 Fração vol. (%) 0 0 2 2 3 3 2 2 3 3 Comprim. (mm) 0 0 25 25 25 25 15 15 15 15 Fonte: (ESCARIZ, 2008)

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Para cada mistura, foram produzidos em argamassadeira (Figura 29a), seis corpos-de-prova cilíndricos, com 50 mm de diâmetro e 100 mm de altura. Cada argamassa foi misturada e, em seguida, adicionou-se as fibras e procedeu-se à homogeneização da mistura, na própria argamassadeira. O adensamento foi feito em mesa vibratória, em duas camadas, por 10 segundos cada (Figura 29b). Os corpos-de-prova moldados foram deixados nos moldes, cobertos com placa de vidro, por 48 horas, e em seguida foi feita a desmoldagem. A cura dos mesmos foi realizada por 28 dias dentro de sacos plásticos.

Figura 29 – (a) argamassadeira; (b) mesa vibratória.

(a) (b)

Após o período de cura os topos dos corpos-de-prova foram regularizados com massa plástica e foram colocados extensômetros elétricos (Figura 30), e depois foram submetidos a ensaios de ruptura por compressão. Para obtenção da curva tensão-deformação desses materiais, usando aparelho de aquisição automática de dados marca HBM, modelo Spider 8.

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Figura 31 – Extensômetros elétricos.

4.4.3.2 Discussões

Os resultados obtidos por Escariz (2008) foram comparados com os resultados de outros trabalhos desenvolvidos na área.

Com relação à geometria das fibras, obteve-se uma medida média dos diâmetros da fibra de 0,317 mm, com coeficiente de variação de 0,30, esses valores foram aceitáveis se comparados aos de Savastano Jr. (1992) e Toledo Filho (1997) que giraram em torno de 0,25 mm. A média dos comprimentos das fibras foi de 22,34 com coeficiente de variação de 0,20.

A massa específica real das fibras foi de 1453,6 kg/m³, que quando comparados aos valores obtidos por Savastano Jr. (1992) de 1177 kg/m³, observa-se que é um valor superior. Isso se deve segundo Escariz (2008) ao método de retirada do ar por meio de uma bomba a vácuo, assim permitindo o total preenchimento dos vazios por água.

O valor médio obtido para a resistência a tração da fibra foi de 87,25 MPa. Comparando-se esse valor com os de Savastano Jr. (1992) de 95 a 118 MPa e de Toledo Filho (1997) de 174 MPa, observa-se uma discrepância bastante alta, isso pode ter ocorrido devido a falta de normalização desse processo.

Quanto ao desempenho dos compósitos com fibras de coco, obteve-se os diagramas Tensão-Deformação para os traços de 1:1 e 1:2. Os diagramas dos traços 1:1 e 1:2 estão representados respectivamente nas figuras 31 e 32. Onde podemos observar uma semelhança entre as curvas dos compósitos sem e com fibras.

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Figura 31 – Diagrama Tensão-Deformação para compósitos de traço 1:1.

Figura 32 – Diagrama Tensão-Deformação para os compósitos de traço 1:2.

Calculou-se a média das tensões de ruptura obtidas do ensaio à compressão, para cada mistura, calculando-se, também, o coeficiente de variação ( ) das amostras. A partir das curvas tensão-deformação, foram determinados os módulos de elasticidade das misturas, obtendo-se os resultados mostrados na tabela 6 (ESCARIZ, 2008).

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Tabela 6 – Parâmetros do ensaio de compressão. Traço em massa da matriz 1:1 1:2 Comprimento (mm) – Fração vol. Das fibras (%)

0 15-2 15-3 25-2 25-3 0 15-2 15-3 25-2 25-3 Res. à compressão (MPa) – coef. de variação ( 41,55 - 0,13 35,49 - 0,18 22,56 - 0,17 28,70 - 0,23 26,95 - 0,12 13,48 - 0,16 23,02 - 0,09 18,35 - 0,09 19,74 - 0,24 21,65 - 0,18 Módulo de elasticidade (GPa) 25,27 24,23 22,22 21,50 23,86 20,63 17,79 18,91 17,91 16,67 Fonte: (ESCARIZ, 2008)

De acordo com a tabela 7, observa-se que para o traço 1:1 o acréscimo de fibras de coco à matriz trouxe uma redução nos valores referentes à resistência a compressão. Nesse tipo de matriz mais resistente as fibras atuaram como falhas tendo em vista que as fibras não atuam como reforço, sob esforço de compressão, mas como agente retardador de rompimentos bruscos.

Para o compósito com matriz de traço 1:2, a adição de fibras trouxe aumento da resistência à compressão. Essa matriz apresentou baixa resistência, devido à alta relação água/cimento, de 0,52. Pode-se supor que a fibra, com alta absorção de água, reteve a água da mistura, não deixando tanta água disponível para ser perdida para o meio, por secagem, aumentando assim a resistência. A água retida pelas fibras pode promover uma espécie de cura interna da pasta de cimento, favorecendo o ganho de resistência.

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5 CONSIDERAÇÕES FINAIS

 Neste trabalho pode-se constatar a importância das fibras vegetais para o reforço de matrizes frágeis de cimento, tendo em vista a procura de materiais sustentáveis, visando à preservação do meio-ambiente, a redução do impacto gerado pelo setor da construção civil na geração de resíduos, além de reduzir custos na fabricação de elementos construtivos favorecendo assim a população mais precária.

 No compósito produzido por Anjos et al (2003) verificou-se que as matrizes cimentícias reforçadas com polpa celulósica de bambu constituem um grande potencial para a fabricação de elementos construtivos com a necessidade de uma maior resistência, tendo-se que fazer um estudo para tendo-se garantir a durabilidade do compósito.

 No compósito produzido por Lobo et al (2003) observou-se uma tendência ao aumento da resistência à flexão, onde as fissuras ocorreram de forma controlada não havendo colapso brusco do material compósito. E que se pode concluir que esse compósito constitui-se de um bom elemento construtivo para resistir a esforços de flexão.

 No compósito produzido por Escariz (2003) através dos ensaios de resistência à compressão, foi possível concluir que, para misturas com matriz de argamassa de traço 1:1, a adição de fibras trouxe redução da resistência à compressão. Já para o compósito com matriz de traço 1:2, a adição de fibras trouxe aumento da resistência à compressão. E observou-se também que as matrizes reforçadas com fibras de coco evitou o rompimento brusco dos corpos-de-prova.