PRÓ-REITORIA DE GRADUAÇÃO CENTRO DE ENGENHARIAS CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
JOÃO BRENO DE OLIVEIRA DA SILVA
ANÁLISE DA PRODUÇÃO DE TELHAS DE FIBROCIMENTO COM PÓ DE PORCELANATO E ADIÇÃO DE FIBRAS DE SISAL
MOSSORÓ
2018
ANÁLISE DA PRODUÇÃO DE TELHAS DE FIBROCIMENTO COM PÓ DE PORCELANATO E ADIÇÃO DE FIBRAS DE SISAL
Monografia apresentada a Universidade Federal Rural do Semi-Árido como requisito para obtenção do título de Bacharel em Engenharia Civil.
Orientador: Prof.ª Dr.ª Marília Pereira de Oliveira.
MOSSORÓ
2018
sejam devidamente citados e mencionados os seus créditos bibliográficos.
O serviço de Geração Automática de Ficha Catalográfica para Trabalhos de Conclusão de Curso (TCC´s) foi desenvolvido pelo Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação da Universidade de São Paulo (USP) e gentilmente cedido para o Sistema de Bibliotecas da Universidade Federal Rural do Semi-Árido (SISBI-UFERSA), sendo customizado pela Superintendência de Tecnologia da Informação e Comunicação (SUTIC) sob orientação dos bibliotecários da instituição para ser adaptado às necessidades dos alunos dos Cursos de Graduação e Programas de Pós-Graduação da Universidade.
S586a Silva, João Breno de Oliveira da.
Análise da produção de telhas de fibrocimento com pó de porcelanato e adição de fibras de sisal / João Breno de Oliveira da Silva. - 2018.
66 f. : il.
Orientadora: Marília Pereira de Oliveira.
Monografia (graduação) - Universidade Federal Rural do Semi-árido, Curso de Engenharia Civil, 2018.
1. Sisal. 2. Pó de porcelanato. 3. Compósitos cimentícios. 4. Resistência. 5. Análise. I.
Oliveira, Marília Pereira de, orient. II. Título.
ANÁLISE DA PRODUÇÃO DE TELHAS DE FIBROCIMENTO COM PÓ DE PORCELANATO E ADIÇÃO DE FIBRAS DE SISAL
Monografia apresentada a Universidade Federal Rural do Semi-Árido como requisito para obtenção do título de Bacharel em Engenharia Civil.
Defendida em: 16 / 04 / 2018.
BANCA EXAMINADORA
Orientador: Prof.ª Dr.ª Marília Pereira de Oliveira (UFERSA) Presidente
Prof. Francisco Jordão Nunes de Lima (UFERSA) Membro Examinador
Eng.ª Cristiane do Nascimento Fernandes
Membro Examinador
Aos meus pais, Raimundo Mariano e Carmem Sílvia, que fizeram de tudo para que eu tivesse a melhor educação possível e uma vida digna de ser vivida.
Aos meus irmãos, Félix e Débora, que estiveram presentes em momentos importantes na minha vida.
Às minhas avós, Alaíde e Raimunda, que
continuaram com suas fés inabaláveis no meu
sucesso.
A Deus, em primeiro lugar, que por sua grande misericórdia e graça me concedeu saúde e força para continuar lutando sempre em busca dos meus objetivos, por ter me dado a graça de uma família maravilhosa que esteve presente em todos os momentos que precisei, seja me consolando ou me parabenizando.
Aos meus pais, Raimundo Mariano da Silva e Carmem Sílvia de Oliveira, que com todo seu amor por mim, me apoiaram, me aconselharam, me advertiram, me ensinaram, me protegeram durante todos esses anos, pois mesmo eu não sendo o melhor filho do mundo, tento ser sempre o melhor que eles esperam que eu seja.
A esta universidade, os meus professores e todo o corpo docente da instituição que certamente contribuíram grandemente para minha formação tanto profissional quanto cidadã, me ensinando que se deve merecer o mérito, valorizar a oportunidade, e se regozijar dos frutos do sucesso, além de mostrar toda o significado de ética profissional.
À minha orientadora, Professora Marília Pereira de Oliveira, por ter me aceitado como orientando, por todo o suporte, por todo o tempo que esteve disposta a ceder pelas minhas várias idas em sua sala em virtude das dúvidas surgidas, pelos seus valiosos conselhos e suas meticulosas correções, além do incentivo constante durante a realização desse trabalho.
Aos meus amigos do grupo de jovens da Igreja Assembleia de Deus de Tabuleiro do Norte, meus mais sinceros agradecimentos por suas orações, que mesmo eu não estando sempre presente, estou sempre com vocês.
Aos meus queridos amigos da Casa 09 da Vila Acadêmica Masculina Vingt-Un Rosado e seus devidos agregados, onde em todos esses anos como residente, conheci pessoas maravilhosas que me mostraram a verdadeira arte de fazer rir mesmo quando estamos enfrentando os piores problemas.
Aos meus queridíssimos amigos dos grupos de WhatsApp, que vêm me acompanhando desde
os primeiros semestres de faculdade e conseguem me aguentar mesmo quando faço as piores
A todos as outras pessoas importantes em minha vida e que de alguma maneira contribuíram
significativamente na minha formação profissional ou pessoal e na elaboração desse trabalho,
meus mais sinceros agradecimentos.
“Nós somos apenas uma espécie avançada de macacos em um planeta pequeno de uma estrela mediana. Mas nós conseguimos entender o Universo. Isso nos torna muito especiais.”
Stephen Hawking
Na área da construção civil a preocupação ambiental se torna mais evidente tendo em vista que grande parte das emissões de gás carbônico e da poluição por resíduos sólidos são provenientes do setor em questão, além do consumo acelerado de recursos naturais não renováveis. Em razão disso, o setor construtivo vem buscando medidas de reduzir emissões, a geração de resíduos sólidos ou na exploração de recursos. Como materiais alternativos e que apresentam possível uso no setor, temos as fibras vegetais e resíduo de polimento de porcelanato. Se viu necessário, então, um estudo que mostrasse a viabilidade da produção de telhas de fibrocimento com pó de porcelanato e adição de fibra de sisal, como um exemplo de aplicação desses materiais. Para o mesmo foram caracterizados o cimento, a areia, o pó de porcelanato e a fibra de sisal, com base em suas respectivas NBR’s. Os ensaios de caracterização usados nesses materiais definiram características físicas e mecânicas dos mesmos, como massa específica real, massa unitária, módulo de finura, granulometria e atividade pozolânica, além dos ensaios de tração e compressão realizados nos corpos de prova dos compósitos. Em relação ao estudo da dosagem verificou-se que a mistura com fração volumétrica de 1% e comprimento de 10 mm da fibra, com substituição na ordem de 15% do cimento por pó de porcelanato, apresentou melhor trabalhabilidade e por isso foi escolhida para moldar as telhas de fibrocimento. Em relação às propriedades mecânicas dos corpos de prova prismáticas ensaiados, verificou-se que os compósitos com adição de fibras de sisal e pó de porcelanato aumentam a resistência à tração na flexão em 23,09%, enquanto que na compressão o mesmo apresenta uma leve diminuição de 2,21 % em relação ao corpo de prova de referência.
Nos ensaios de resistência à tração na flexão das telhas onduladas de fibrocimento, foi possível perceber que as telhas de 4 mm de espessura produzidas com o traço CPP15-S10/1 apresentam quase o dobro da resistência (99,41% maior) que uma telha de 5 mm encontrada no mercado, sendo, inclusive, mais resistente que telhas de 8 mm de espessura. Dessa forma, comprovou-se a interferência positiva das fibras e do pó de porcelanato nesse compósito cimentício, contribuindo não só para a resistência do material como melhorando suas qualidades de deformabilidade.
Palavras-chave: Sisal, Pó de Porcelanato, Compósitos cimentícios, Resistência, Análise.
Figura 1 - Esquema de classificação dos compósitos. ... 18
Figura 2 - Esquema de classificação das fibras. ... 21
Figura 3 - Sisal (Agave sisalana). ... 24
Figura 4 - Microestrutura do Sisal. ... 25
Figura 5 - Sisal após beneficiamento. ... 25
Figura 6 – Características físicas e mecânicas do sisal. ... 26
Figura 7 - Classificação das placas cerâmicas. ... 30
Figura 8 – Telha ondulada com fibras de amianto e espessura de 4 mm. ... 34
Figura 9 – Tamanho da fibra do sisal. ... 37
Figura 10 – Pó do porcelanato. ... 38
Figura 11 – Moldagem dos corpos de prova prismáticos. ... 41
Figura 12 – Ensaio de resistência nos corpos de prova prismáticos. ... 41
Figura 13 – Orientação das fibras dentro dos corpos de prova. ... 42
Figura 14 – Cobrimento da telha comum com plástico e aplicação de desmoldante. ... 43
Figura 15 – Moldagem e verificação da espessura da telha. ... 43
Figura 16 - Esquema de disposição da telha para rompimento à flexão. ... 44
Figura 17 – Telha após rompimento à flexão. ... 51
Gráfico 1 – Curva Granulométrica do agregado miúdo. ... 46
Gráfico 2 – Resistência à tração na flexão dos corpos de prova. ... 50
Gráfico 3 – Resistência à compressão dos corpos de prova. ... 50
Gráfico 4 – Resistência à compressão do CPR... 58
Gráfico 5 – Resistência à compressão do CPP15-S10/1. ... 58
Gráfico 6 – Resistência à compressão do CPP15-S10/3. ... 59
Gráfico 7 – Resistência à compressão do CPP15-S20/1. ... 59
Gráfico 8 – Resistência à compressão do CPP15-S20/3. ... 60
Gráfico 9 – Resistência à compressão do CPP25-S10/1. ... 60
Gráfico 10 – Resistência à compressão do CPP25-S10/3. ... 61
Gráfico 11 – Resistência à compressão do CPP25-S20/1. ... 61
Gráfico 12 – Resistência à compressão do CPP25-S20/3. ... 62
Gráfico 13 – Resistência à tração na flexão do CPR. ... 62
Gráfico 14 – Resistência à tração na flexão do CPRP15-S10/1. ... 63
Gráfico 15 – Resistência à tração na flexão do CPRP15-S10/3. ... 63
Gráfico 16 – Resistência à tração na flexão do CPRP15-S20/1. ... 64
Gráfico 17 – Resistência à tração na flexão do CPRP15-S20/3. ... 64
Gráfico 18 – Resistência à tração na flexão do CPRP25-S10/1. ... 65
Gráfico 19 – Resistência à tração na flexão do CPRP25-S10/3. ... 65
Gráfico 20 – Resistência à tração na flexão do CPRP25-S20/1. ... 66
Gráfico 21 – Resistência à tração na flexão do CPRP25-S20/3. ... 66
Tabela 1 – Designação dos corpos de prova. ... 40
Tabela 2 – Composição granulométrica do agregado miúdo. ... 45
Tabela 3 – Massa de fibras de sisal em cada corpo de prova. ... 46
Tabela 4 – Módulo de finura pelo método de Blaine. ... 47
Tabela 5 – Massa de pó de porcelanato em cada corpo de prova. ... 47
Tabela 6 – Resultados dos ensaios de resistência para 15% de substituição do cimento. ... 48
Tabela 7 – Resultados dos ensaios de resistência para 25% de substituição do cimento. ... 49
Tabela 8 – Resultados dos ensaios de resistência à tração na flexão das telhas onduladas. ... 51
ABCERAM Associação Brasileira de Cerâmica ARI Alta Resistência Inicial
CP Cimento Portland
CRF Concreto Reforçado por Fibras
ISO International Organization for Standadization (Organização Internacional de Normalização)
NBR Normas Brasileiras
NM Normas do Mercosul
RS Resistente à Sulfetos
Equação 1 – Massa específica da fibra de sisal. ... 37
Equação 2 – Massa de fibra 1%... 39
Equação 3 – Massa de fibra 3%... 39
Equação 4 – Resistência à tração na flexão da telha ondulada. ... 44
INTRODUÇÃO ... 15
OBJETIVOS ... 17
Objetivo Geral ... 17
Objetivos Específicos ... 17
REFERENCIAL TEÓRICO ... 18
Compósitos ... 18
3.1.1 Compósitos cimentícios ... 19
3.1.2 Interação matriz-reforço na zona de transição de compósitos cimentícios ... 20
As fibras utilizadas na construção ... 21
3.2.1 Classificação e características das fibras ... 21
3.2.2 Fibra de sisal ... 23
Materiais residuais da indústria ceramista na construção civil ... 27
3.3.1 Origem e características do material cerâmico ... 27
3.3.2 Classificação dos tipos de cerâmicas... 28
3.3.3 Processo de fabricação de placas cerâmicas ... 29
3.3.4 Porcelanato ... 30
3.3.5 Uso do resíduo de polimento do porcelanato ... 31
3.3.6 Atividade pozolânica ... 32
Telhas onduladas de fibrocimento ... 33
MATERIAIS E MÉTODOS ... 36
Caracterização dos materiais ... 36
4.1.1 Cimento ... 36
4.1.2 Areia ... 36
Determinação do traço ótimo ... 39
4.2.1 Determinação das massas de fibra de sisal ... 39
4.2.2 Preparação dos corpos de prova prismáticos ... 39
4.2.3 Determinação da resistência à tração na flexão e à compressão ... 41
Determinação das propriedades das telhas onduladas de fibrocimento ... 42
4.3.1 Moldagem das telhas onduladas de fibrocimento ... 42
4.3.2 Ensaio de resistência à tração na flexão em telhas onduladas de fibrocimento ... 44
RESULTADOS E DISCUSSÃO ... 45
Caracterizações ... 45
5.1.1 Caracterização do cimento e do agregado miúdo ... 45
5.1.2 Caracterização da fibra de sisal ... 46
5.1.3 Caracterização do pó de porcelanato ... 47
Ensaios de resistência ... 48
5.2.1 Ensaios de resistência à tração na flexão e à compressão dos corpos de prova prismáticos ... 48
5.2.2 Ensaio de resistência à tração na flexão nas telhas onduladas ... 51
CONSIDERAÇÕES FINAIS... 52
REFERÊNCIAS ... 53
APÊNDICE A – Gráficos gerados no rompimento dos corpos de prova
prismáticos ... 58
INTRODUÇÃO
Na área da construção civil a preocupação ambiental se torna mais evidente tendo em vista que grande parte das emissões de gás carbônico e da poluição por resíduos sólidos são provenientes do setor em questão, além do consumo acelerado de recursos naturais não renováveis.
Segundo Fittipaldi (2008), se levarmos em conta apenas a área da construção civil, pode- se constatar que é o segmento que mais consome matéria prima e recursos naturais no planeta e é o terceiro maior responsável pela emissão de gases do efeito estufa.
Em razão disso, o setor construtivo vem buscando medidas de reduzir suas emissões, seja na geração de resíduos ou na exploração de recursos, mas mantendo ou aumentando a qualidade de suas obras e edificações, a partir de soluções mais econômicas e sustentáveis (SCHUH, 2017).
Nos últimos anos houve estudos cada vez mais ativos em relação aos materiais empregados na construção civil, principalmente em relação às fibras sintéticas utilizadas comumente na indústria como reforço de compósitos. Há grande interesse em substituir parte dessas fibras por fibras vegetais como maneira de utilizar-se do grande potencial do Brasil como produtor destas, além de diminuir as emissões na produção das fibras sintéticas (SALES, 2015).
Ainda segundo o autor, o interesse aumenta ainda mais tendo em vista que sua obtenção e produção apresenta baixo custo em relação às industrializadas, podendo facilmente ser inseridas no mercado construtivo e atendendo às demandas exigentes do setor.
A alta disponibilidade, o baixo custo e seu reduzido consumo para produção, garantem à fibra de sisal um excelente material para utilização na construção civil. Também não se pode ignorar o fato de sua significativa melhora mecânica ao material, aumentando sua resistência à tração e consequente ductilidade, prevenindo deformações excessivas (IZQUIERDO, 2011).
Ainda segundo o autor, o Brasil é o maior produtor da fibra de sisal do mundo, o que por si só já garante grande volume de matéria prima, que tem utilização principal no artesanato, na fabricação de cordéis, tecidos, sacos, tapetes e etc. Caso esse material fosse usado na indústria da construção civil, resultaria uma diminuição nos custos com materiais industrializados, bem como na geração de resíduos nocivos ao efeito estufa do planeta. Entre outras vantagens pode-se citar o bom isolamento acústico e térmico, ser biodegradável e de fonte renovável, além de resistência à abrasão elevada.
As indústrias cerâmicas no mundo inteiro também têm se preocupado com a diminuição
das perdas e redução dos danos ao meio ambiente, principalmente no Brasil, onde as mesmas
representam cerca de 1% de todo o PIB (Produto Interno Bruto). As empresas procuram soluções à curto prazo para seus resíduos industriais, provenientes das várias etapas de fabricação do material cerâmico (ALBUQUERQUE, 2009).
Um desses resíduos seria o pó do porcelanato, resultante desses processos de beneficiamento do material cerâmico e que não tem utilidade aparente ao mercado ceramista, mas que poderia se tornar um importante aditivo ao setor da construção civil atual, quase que totalmente dependente de recursos minerais não renováveis.
Segundo Campos (2011), uma solução que poderia ser usada na criação de um novo tipo de produto com matriz cimentícia que utilizasse menos materiais não renováveis seria a substituição do cimento por pó resultante da moagem da cerâmica, mais conhecido como pó de porcelanato. De acordo com o autor, se o pó tiver a granulometria próxima à do cimento, garante ao concreto ou à argamassa características semelhantes à mistura convencional, sem comprometer suas características de resistência, além de estar ajudando no combate ao descarte inadequado desse pó mineral no meio ambiente.
De acordo com Albuquerque (2009), são necessários mais estudos relacionados a esses materiais para verificar as aplicações dos mesmos no setor construtivo brasileiro, tendo em vista que traria benefícios não somente às indústrias beneficiadoras e extratoras, mas também às empresas construtoras, que criariam novos produtos e materiais com maior preocupação ecológica e com características que suprem aos requisitos construtivos.
Por essas características é possível perceber que é necessário constante crescimento
tecnológico na área de materiais de construção. Visando sempre agregar as melhores qualidades
de componentes a um produto, além de diminuir seu índice de degradação ao meio ambiente,
se viu necessário um estudo que mostrasse a viabilidade da produção de telhas de fibrocimento
com pó de porcelanato e adição de fibra de sisal, como um exemplo de aplicação desses
materiais.
OBJETIVOS
Objetivo Geral
O presente trabalho possui como objetivo geral analisar a produção de telhas de fibrocimento com pó de porcelanato e adição de fibra de sisal.
Objetivos Específicos
Realizar caracterização dos materiais de acordo com suas respectivas normas;
Determinar a porcentagem ótima de substituição do cimento pelo pó de porcelanato e da adição de fibra de sisal, através de ensaios em corpos de prova prismáticos;
Produzir telhas de acordo com NBR 7581-1/2014;
Realizar ensaios de tração à flexão nas telhas, seguindo a norma NBR 7581-2/2014.
REFERENCIAL TEÓRICO
Compósitos
Pela definição apresentada por Sales (2015), os compósitos são materiais constituídos pela combinação entre outros dois ou mais materiais, que apresentam características juntas melhores que suas individuais, ainda podendo ser identificadas separadamente na mistura mediante análise macroscópica.
A proporção das fases dos materiais que constituem o compósito é chamada por Callister (2008) de princípio da ação combinada, onde a junção dessas propriedades cria uma melhor combinação de qualidades antes não existentes ou não potencializadas individualmente. Trata- se aqui por compósitos os materiais artificiais, diferente dos produzidos naturalmente como ossos e madeiras.
O conceito de compósito pode parecer novo, mas a utilização desses materiais já data de milênios, visto que os egípcios já se utilizavam da combinação de palha como reforço aos tijolos de barro no Antigo Egito (OLIVEIRA, 2017).
Ainda segundo Callister (2008), os materiais compósitos são constituídos de duas fases distintas: a primeira denominada matriz, que envolve diretamente a outra fase, chamada de dispersa. Basicamente as propriedades dos compósitos dependem das características geométricas e das quantidades envolvidas na constituição das fases, dando-se maior ênfase na geometria da fase dispersa. A Figura 1 mostra essa classificação.
Figura 1 - Esquema de classificação dos compósitos.
Fonte: Sales, 2015
Simplificando, a fase matricial serve como meio de transferência e homogeneização dos esforços suportados pela fase de reforço. Por outro lado, as fibras ou partículas, atuam como reforços, impondo obstáculos à propagação de fissuras, além de transferirem os esforços, absorverem parte das solicitações e garantirem, assim, uma capacidade resistente superior e, por consequência, tornando a ruptura um processo progressivo (IZQUIERDO, 2011).
3.1.1 Compósitos cimentícios
Dentre os vários tipos de compósitos que existem, estão aqueles reforçados com fibras sintéticas ou naturais, muito comuns na indústria construtiva, por melhorarem significantemente as propriedades do concreto ou da argamassa (SALES, 2015).
Para citar um exemplo de compósito extremamente comum e usado na construção civil, tem-se o concreto de cimento Portland, que seria classificado dentro da categoria de compósitos reforçados com partículas, pois o mesmo apresenta uma pasta de cimento e água que constitui a matriz, tendo como sua fase dispersa, ou de reforço, os agregados miúdo e graúdo (CALLISTER, 2008).
Também há no mercado, o Concreto Reforçado por Fibras (CRF), sejam elas sintéticas ou naturais, sendo este muito utilizado nos sistemas de pavimentação de aeroportos, rodovias, túneis, pontes e em fundações de máquinas (BERTIOLI, 2003).
Bertioli (2003) também afirma que os primeiros estudos científicos na área de compósitos cimentícios se deu na década de 50, quando se iniciou a utilização de fibras de vidro e de aço para o reforço das matrizes utilizadas na construção civil e em alguns outros setores.
Basicamente para a formação de um compósito cimentício, as matrizes são compostas de aglomerantes minerais e agregados miúdos ou graúdos, enquanto que outros materiais, como fibras ou partículas, atuam como reforço estrutural ou fase dispersa. Esses materiais dão origem a concretos, argamassas ou pastas, conforme a necessidade de uso (IZQUIERDO, 2011).
Entre os materiais cimentícios reforçados com fibras mais utilizados no mercado está o
fibrocimento, constituído basicamente de pasta de cimento, água e agregado miúdo com adição
de fibras vegetais ou sintéticas na sua constituição, gerando um dos materiais mais usados na
fabricação de telhas onduladas.
3.1.2 Interação matriz-reforço na zona de transição de compósitos cimentícios
Para entender o comportamento entre os materiais que compõe o compósito cimentício reforçado por fibras, tem-se que analisar a interação entre esses materiais na interface matriz- reforço.
O principal local onde acontecem as interações entre a matriz e a fibra é na chamada zona de transição, definida por Sales (2015) como sendo a região da pasta de aglomerante próximo a fibra, com espessura de 10 µm a 100 µm e que apresenta características diferenciadas do restante da matriz cimentícia.
Para Silva (2005), a zona de transição é uma região que apresenta maiores heterogeneidade e porosidade que o restante da pasta, sendo esta última oriunda do aumento da relação água/cimento, que cria um filme em torno do agregado e consequentemente forma maiores cristais de hidróxido de cálcio (Ca(OH)
2) nos espaços vazios, criando planos preferenciais de ruptura. Além disso há a diminuição da aderência entre a pasta e o agregado.
No caso de a fase de reforço ser composta por fibras, a aderência matriz-reforço afeta diretamente a resistência e as deformações sofridas por uma estrutura com matriz cimentícia.
Por conta disso é importante que os módulos de elasticidade entre os dois materiais sejam compatíveis entre si, visto que, por exemplo, em uma matriz de alto módulo seriam absorvidas todas as deformações sofridas na estrutura, não sendo necessário o emprego das fibras (CASAGRANDE, 2012).
Segundo Bertioli (2003), existem basicamente dois tipos de fibras, classificadas pelo módulo de elasticidade, comumente usadas para reforços em matrizes cimentícias: as fibras de alta resistência que têm elevado módulo de elasticidade, como aço, vidro, amianto e carbono; e as fibras de grande deformação que têm baixo módulo de elasticidade, como náilon, polipropileno, polietileno e poliéster.
Na matriz cimentícia, formada por cimento, agregado miúdo e água, ocorre no processo de hidratação, a alta produção de alcalinidade oriunda da portlandita [Ca(OH)
2] ou cristais de hidróxido de cálcio, havendo, ainda, a presença de óxido de potássio [Na
2O]. Essas reações acabam por prejudicar a resistência do material. Quando é adicionada fibra à essa matriz, percebe-se mudanças consideráveis nas suas propriedades, como aumento na resistência. O compósito, então, apresenta comportamento mais rígido à ruptura do que ocorreria sem a presença das fibras (OLIVEIRA, 2017).
A melhor aderência na interface matriz-reforço é conseguida quando as duas fases
trabalham em conjunto, de preferência quando há uma menor formação de cristais de hidróxidos
de cálcio nas proximidades das fibras e há uma diminuição da porosidade da matriz (SALES, 2015).
Ainda segundo Sales (2015), um dos fatores que mais interferem na qualidade e resistência do compósito cimentício com reforço de fibras vegetais é sua distribuição na matriz.
A interação matriz-reforço depende ainda de outras características que influenciam diretamente no desempenho do compósito, como quantidade de fibras, volume relativo das mesmas, além dos seus comprimentos e consequentes orientações dentro da mistura (IZQUIERDO, 2011).
As fibras utilizadas na construção
Em razão das questões ambientais, muito se tem investido em novas pesquisas na área dos compósitos de fibrocimento, principalmente nos que se utilizam de fibras naturais (SALES, 2015). Entre as muitas utilizadas atualmente, destaca-se as fibras de sisal.
3.2.1 Classificação e características das fibras
Existem basicamente dois tipos de fibras, quanto à sua origem, utilizadas para reforços em compósitos cimentícios: as naturais e as não naturais (OLIVEIRA, 2017). Na Figura 2 é apresentada a divisão dos tipos de fibras existentes.
Figura 2 - Esquema de classificação das fibras.
Fonte: Oliveira, 2017.
As fibras sintéticas constituem uma grande parte do reforço utilizado nas matrizes cimentícias do mercado construtivo, tendo em vista que apresentam custo relativamente baixo e alto módulo de elasticidade. Temos como exemplos desse tipo de fibra o aço, o náilon, as fibras de vidro, as fibras acrílicas, a poliamida e o carbono (BERTIOLI, 2003).
Oliveira (2017) também define as fibras sintéticas como aquelas originadas de pesquisas nas áreas de materiais, que tem como componentes principais o petróleo e seus derivados.
Já as fibras naturais ou vegetais vem sendo utilizadas há muito tempo, mas ultimamente vinham perdendo espaço para as sintéticas. Muitos estudos foram feitos a respeito de suas composições, propriedades e possíveis usos no mercado construtivo (SALES, 2015).
De acordo com Sales (2015), as fibras vegetais podem ser retiradas de diversas partes das plantas, como: caule (juta, linho, malva), folha (sisal, curauá) e fruta ou semente (algodão, coco, mamona). As fibras de folhas se tornam alvo de maior interesse de uso e estudo por conta da sua maior espessura, sendo chamadas de fibras “duras”. Neste trabalho foram utilizadas fibras de sisal no reforço da matriz.
Os principais componentes das fibras naturais são: lignina, com variação entre 20 e 28%
da constituição da fibra; hemicelulose, com variação entre 20 e 30%; e a celulose, com valores de constituição da fibra entre 40 e 50% (OLIVEIRA, 2017).
Ferreira et al. (2012) destaca que além das qualidades mecânicas que as fibras naturais proporcionam ao compósito, deve-se analisar a questão sustentável que sua utilização proporciona. As mesmas são biodegradáveis, demandam pouca energia para obtenção e têm grande disponibilidade em países tropicais como o Brasil. Essas características apresentam grandes vantagens sobre as fibras sintéticas ou poliméricas, além de apresentarem um baixo custo e serem renováveis.
Entre outras vantagens das fibras vegetais, podemos citar as socioeconômicas, pois não são prejudiciais à saúde e ainda promovem o envolvimento da economia agrícola local na produção das mesmas (OLIVEIRA, 2017).
Entre suas desvantagens, como também aponta Ferreira et al. (2012), está a sua baixa aderência à matriz cimentícia, o que poderia gerar arrancamento da fibra da mesma, e sua grande capacidade de absorção de água. Por conta disso, muitas vezes são necessários sistemas de tratamento para as fibras, para garantir a melhor aderência possível na interface fibra-matriz, como uso de soluções alcalinas ou utilização de água destilada para imersão e subsequente secagem das mesmas.
Segundo Bertioli (2003), a maior desvantagem das fibras sintéticas é que é muito difícil
aumentar o módulo de elasticidade para um valor equivalente ao das matrizes cimentícias,
sendo necessário desenvolvimento de novos materiais com alto módulo. As fibras de náilon e poliéster, por exemplo, não suportam carregamentos adicionais após a primeira fissura, justamente porquê apresentam módulos de elasticidade menores do que a matriz que os mesmos reforçariam. Mesmo com essa desvantagem, muitas fibras sintéticas de baixo módulo aumentam significativamente a capacidade de deformação e a tenacidade do compósito, melhorando o controle de fissuras e aumentando a resistência ao impacto.
Além dessas desvantagens, também pode-se citar o custo muito alto de reciclagem dessas fibras, bem como o comprometimento da saúde das pessoas envolvidas na sua produção ou manuseio (OLIVEIRA, 2017).
Mesmo sendo usadas desde a antiguidade para a construção, as fibras naturais precisam ser analisadas para avaliar se suas melhores qualidades mecânicas e estruturais são aceitáveis aos padrões do setor, tendo em vista que as mesmas são muito influenciadas pelo local de origem, pelo clima, pelos métodos de extração e pela idade das plantas (KABIR; LAU;
CARDONA, 2012).
A principal finalidade da adição de fibras vegetais ao concreto ou à argamassa é para melhorar as propriedades mecânicas desses materiais. Enquanto o cimento age como maior responsável pela resistência à compressão, as fibras teriam como função resistir a esforços de tração, também evitando fissuras na matriz cimentícia do material, desde que haja estabilidade entre esta e os elementos fibrosos (BETIOLI, 2003).
Uma das características que se deve mais levar em consideração é a quantidade de material fibroso de reforço será adicionado à composição. Uma maior quantidade de fibras no compósito resulta em um melhor desempenho de resistência e tenacidade de toda a estrutura, pois as fibras absorvem as tensões internas antes direcionadas somente à matriz, garantindo uma maior capacidade de retardo na fissuração. Por outro lado, quanto maior a quantidade de fibras também se diminui a trabalhabilidade do material, pois há a diminuição de absorção de água pela matriz em virtude do acréscimo na área de molhagem pela adição da fibra (IZQUIERDO, 2011).
3.2.2 Fibra de sisal
O popular sisal (Agave sisalana, família Agavaceae) é uma planta originalmente
extraída do México, mais precisamente da região de Yucatan. A mesma chegou ao Brasil no
início do século XX, se instalando as primeiras plantações no estado da Bahia e depois se
espalhando para outros estados do país, principalmente na região nordeste (FARRAPO, 2015).
Sales (2015) afirma que o sisal se adaptou rápida e facilmente ao nordeste brasileiro, sendo que o estado da Bahia é responsável por 80% da produção da fibra de sisal no país. A causa provavelmente se dá pelo clima seco da região, o sol intenso e por ser localizado nos trópicos, características essas que não prejudicam o crescimento dessa planta (IZQUIERDO;
RAMALHO, 2014).
De acordo com Izquierdo e Ramalho (2014), cerca de 4,5 milhões de toneladas de fibra de sisal são produzidas anualmente em algumas regiões do planeta (África, Ásia, América), tendo o Brasil e a Tanzânia como os maiores produtores mundiais. A Figura 3 mostra a planta de sisal em uma plantação.
Figura 3 - Sisal (Agave sisalana).
Fonte: Farrapo (2006).
A planta apresenta como características: um bulbo central, rodeado por folhas rígidas, lisas e de cor verde, com ápice pontiagudos, medindo entre 10 cm a 1,5 m de comprimento. As fibras estão inseridas nas folhas da planta, onde a mesma pode dispor de 200 folhas, cada uma com 1000 feixes de fibras, essas com diâmetros entre 100 e 300 µm e comprimentos entre 40 cm e 2 m (FARRAPO, 2015).
Na sua microestrutura a fibra apresenta na sua constituição células individuais chamadas
de microfibras, que são unidas entre si por lamelas intercelulares, que por sua vez são
constituídas de hemicelulose e lignina (IZQUIERDO; RAMALHO, 2014). Através da Figura
4 pode-se ver a estrutura macroscópica da fibra de sisal.
Figura 4 - Microestrutura do Sisal.
Fonte: Izquierdo e Ramalho (2014).
O ciclo de transformação da planta em fibra de sisal tem início no 3º ano de idade da planta, onde as folhas da mesma atingem um comprimento de até 140 cm. Após isso as mesmas são desencarnadas, esmagadas e raspadas, para em seguida serem secadas ao ar livre, sendo esses processos manuais ou mecânicos (IZQUIERDO, 2011). A Figura 5 a seguir mostra um conjunto de fibras após o processo de beneficiamento das folhas.
Figura 5 - Sisal após beneficiamento.
Fonte: Melo Filho (2005).
Melo Filho (2005) afirma que a produção do sisal geralmente se dá em áreas de pequenos produtores agrícolas, que lutam com as condições do clima e do solo pouco favoráveis para exploração de outras culturas de plantio que ofereçam resultados econômicos satisfatórios.
Para se ter uma ideia, cerca de 1 milhão de pessoas têm renda baseada na exploração das fibras
de sisal nos estados do Pernambuco e Bahia. Mesmo que mais da metade da produção seja exportada em forma de fibras e produtos manufaturados, existem algumas iniciativas ao uso das mesmas em diversos setores industriais, principalmente na construção civil.
Entre os atrativos ao uso do sisal na construção temos: abundância, baixo custo, alta resistência mecânica e baixo módulo de elasticidade. Como desvantagens pode-se citar sua grande capacidade de absorção de água por conta dos poros permeáveis, a perda de ductilidade em meio úmido e alcalino e a heterogeneidade de suas características mecânicas. Outro fator importante que pode ser considerado ao se trabalhar com fibras de sisal seria sua durabilidade em meio alcalino, problema que pode ser resolvido com substituição parcial do cimento por materiais pozolânicos na matriz cimentícia (IZQUIERDO, 2011).
A Figura 6, mostra algumas características encontradas por autores em estudos sobre as fibras de sisal.
Figura 6 – Características físicas e mecânicas do sisal.
Fonte: Izquierdo (2011).
Também em estudos mostrados por Izquierdo e Ramalho (2014), compósitos
cimentícios com adição de fibra de sisal em sua composição apresentaram resistência a tração
em torno de 12 MPa.
Materiais residuais da indústria ceramista na construção civil
3.3.1 Origem e características do material cerâmico
O termo “cerâmica” vem do grego keramicos, que significa “matéria queimada”. Suas propriedades finais são alcançadas com base em um sistema de tratamento térmico à altas temperaturas, conhecido como cozimento e têm como matéria-prima principal a argila (CALLISTER, 2008).
Pode-se entender ainda como cerâmica o nome dado a diversos materiais inorgânicos não metálicos (vidros ou porcelanas), fabricados em altas temperaturas, com composição de silicatos ou óxidos de metais e estrutura complexa, possuindo composição variável (ALBUQUERQUE, 2009).
Segundo Cavalcante (2005), as cerâmicas estão presentes no meio humano há milhares de anos, remontando sua origem ao período Neolítico (entre 10 mil e 6 mil A.C.), onde o homem iniciou o desenvolvimento técnico e aproveitamento dos recursos disponíveis.
De acordo com Silva (2008), sua aplicabilidade é muito extensa na vida do homem moderno, indo desde aplicação na indústria petrolífera, passando por indústrias, químicas, eletrônicas e chegando até na área de agricultura. Basicamente o ser humano não consegue se desvincular do uso das cerâmicas no dia-a-dia.
As cerâmicas podem ser divididas em dois tipos, com base em sua matéria prima: as cerâmicas tradicionais, compostas basicamente por argila e materiais naturais, estando entre os produtos as porcelanas, louças, tijolos, telhas, etc.; e as cerâmicas avançadas, produzidas por óxidos, nitretos, carbonetos, entre outras combinações de materiais (CALLISTER, 2008;
ALBUQUERQUE, 2009).
Adicionando a isso, Cavalcante (2005) afirma que as cerâmicas podem ser produzidas a partir de três matérias-primas: as naturais, as beneficiadas e sintéticas de características controladas.
Entre as propriedades que mais se destacam nas cerâmicas, estão: resistência elétrica, fácil modelagem, alta porosidade, boa flexibilidade, elevada rigidez e dureza mecânica, alta temperatura de fusão, alta resistência à abrasão e ao calor (CAVALCANTE, 2005; SILVA, 2008).
As mais variadas composições químicas das cerâmicas são refletidas em sua estrutura
cristalina, gerando inúmeras formas e características específicas à cada tipo de cerâmica. Por
conta dessa grande mistura entre as fases dos materiais constituintes metálicos e não-metálicos
é que os materiais cerâmicos são capazes de se moldarem às necessidades modernas, por meio de processamentos adequados que alteram as propriedades físicas e químicas da sua estrutura cristalina (CAVALCANTE, 2005; ALBUQUERQUE, 2009).
3.3.2 Classificação dos tipos de cerâmicas
Segundo Silva (2008), os tipos mais comuns de materiais cerâmicos encontrados no Brasil são:
Cerâmica de revestimentos (placas cerâmicas): nessa categoria se encontram todas as cerâmicas em formas de placas usadas na construção civil para revestimentos em geral, tanto internos quanto externos, recebendo várias designações, como: azulejo, pastilha, porcelanato, lajota, piso, etc.;
Cerâmica vermelha: também compreende materiais muito usados na construção civil, como tijolos, telhas, cobogós, etc.;
Materiais refratários: são os materiais que tem como principal função suportar grandes temperaturas em condições específicas, como fornos de elevadas temperaturas;
Isolantes térmicos: materiais cerâmicos específicos para isolamentos de ambientes que não podem ter interferência de temperaturas externas, como vermiculita expandida, lã de vidro, ou materiais que tenham adições específicas para o ambiente em questão;
Cerâmica avançada: são cerâmicas produzidas com extremo controle de qualidade, utilizando-se de materiais sintéticos de ala pureza, tendo aplicações em setores tecnológicos importantes, como naves espaciais, satélites, usinas nucleares, sensores, etc.;
Cerâmica branca: produtos obtidos a partir de uma massa de coloração branca, possuindo uma grande versatilidade e podendo ser encontrado em objetos como louça de mesa, louça sanitária e isoladores elétricos.
Além dessa divisão, a Associação Brasileira de Cerâmica (ABCERAM) também adiciona à classificação os seguintes itens:
Fritas e Corantes: importantes matérias-primas para diversos segmentos
cerâmicos que requerem determinados acabamentos. Frita (ou vidrado fritado) é
um vidro moído, fabricado por indústrias especializadas a partir da fusão da
mistura de diferentes matérias-primas, sendo aplicado na superfície do corpo cerâmico que, após a queima, adquire aspecto vítreo. Já os Corantes constituem- se de óxidos puros ou pigmentos inorgânicos sintéticos obtidos a partir da mistura de óxidos ou de seus compostos. Os pigmentos são fabricados por empresas especializadas cuja obtenção envolve a mistura das matérias-primas, calcinação e moagem.
Abrasivos: parte da indústria de abrasivos, por utilizarem matérias-primas e processos semelhantes aos da cerâmica, constituem-se num segmento cerâmico.
Entre os produtos mais conhecidos podemos citar o óxido de alumínio eletrofundido e o carbeto de silício.
Vidro, Cimento e Cal: são três importantes segmentos cerâmicos e que, por suas particularidades, são muitas vezes considerados à parte da cerâmica.
3.3.3 Processo de fabricação de placas cerâmicas
Segundo Morais (2002), praticamente todos os tipos de placas cerâmicas tem o mesmo processo de fabricação, que consiste das cinco etapas fundamentais abaixo:
1 – Preparação da massa cerâmica (via úmida ou seca), formada por argilominerais naturais ou após tratamento prévio, podendo ser plásticas ou não plásticas;
2 – Conformação da placa, majoritariamente por prensagem ou extrusão, podendo ser prensagem a seco ou úmida, dependendo da quantidade de umidade do material;
3 – Secagem controlada, é um processo muito delicado, pois ao evaporar-se a água a matéria-prima tende a ocupar os espaços vazios, gerando retração no material, podendo provocar fraturas na estrutura final;
4 – Esmaltação, é a penúltima etapa e consiste na aplicação de uma ou mais camadas na superfície da cerâmica de vidrado, de modo que ao final da queima a placa tenha um revestimento vítreo sobre sua superfície;
5 – Queima, podendo ser necessária uma ou mais queimas e dependo das características desejadas para a cerâmica.
Mesmo seguindo essas etapas, o processamento dos materiais cerâmicos é ainda muito
complexo, pois, segundo Albuquerque (2009), existem muitas variáveis que podem interferir
na qualidade do produto final. É necessário que se tenha muito conhecimento acerca da matéria-
prima utilizada, bem como o processo adequado à mesma para que as características desejadas
sejam atendidas.
3.3.4 Porcelanato
Originalmente o porcelanato surgiu na Itália, mais precisamente na região de Sassuolo, no final da década de 70, em resposta à procura por peças cerâmicas de alta qualidade e que possuíssem uma maior velocidade de produção, sem necessidade de grandes tempos de queima (PURIFICAÇÃO, 2009).
Dentre os tipos de revestimentos ou placas cerâmicas que mais cresce em utilização no Brasil está justamente o porcelanato, que tem como principais características sua capacidade de absorção de água inferior a 0,5% e elevada resistência mecânica, apresentando uma microestrutura densa formada por fases cristalinas, mulita e quartzo, imersos em uma fase vítrea majoritária (MARQUES et al., 2007).
A Figura 7 mostra os tipos de placas cerâmicas com base em sua absorção de água e módulo de resistência. Pode-se observar claramente que o porcelanato apresenta as melhores características.
Figura 7 - Classificação das placas cerâmicas.
Fonte: Morais, 2002.
De acordo com Caetano et al. (2016), o porcelanato polido é o mais produzido comercialmente, requerendo por conta disso uma etapa adicional de polimento para nivelar sua superfície, corrigindo imperfeições e dando brilho ao produto final.
O processo de polimento consiste na peça cerâmica ser exposta à várias cabeças polidoras em alta rotação, compostas por materiais abrasivos e com velocidade controlada de água, até que a granulometria dos abrasivos fique mais fina e apareça o brilho desejado na peça (SOUZA, 2007).
De acordo com Souza (2007), o processo utiliza aproximadamente 4 mil litros de água
para polir cada peça de porcelanato, o que requer um sistema de reaproveitamento através de
tratamentos físico-químicos. Quando a água é reciclada, o resíduo contido na mesma é coagulado e floculado, até ser seco completamente de maneira natural.
Esse resíduo é composto de uma mistura de material cerâmico desprendido durante o processo de polimento e partes de material abrasivo desprendido das cabeças polidoras. Após a secagem desse material, o mesmo é moído e peneirado e encaminhado à aterros próximos para descarte, mesmo apresentando características cerâmicas evidentes (CAETANO et al., 2016).
3.3.5 Uso do resíduo de polimento do porcelanato
Como pode-se perceber, o processo de polimento das peças cerâmicas de porcelanato apresenta grandes problemas com geração de resíduos. Segundo Purificação (2009), em algumas industrias ceramistas no sul do país geram aproximadamente 600 toneladas de resíduo úmido mensalmente.
Como afirma Marques et al. (2007), a deposição desses resíduos industriais em aterros sanitários traz elevados custos para as empresas, bem como pode ser fonte de poluição para lençóis freáticos, solo e agressão vegetal e animal da região. A reutilização desses materiais seria uma das sugestões do autor para o manejo desses resíduos.
Há grande preocupação ambiental com o grande consumo de matérias-primas utilizadas na indústria da construção civil, pois a produção dos materiais usados nesse segmento consome recursos limitados, envolvendo grandes volumes de extração mineral e poluição por resíduos das suas produções. É importante se criar, então, um sistema de utilização ou reutilização desses resíduos (PURIFICAÇÃO, 2009).
Segundo ambientalistas e estudiosos do assunto, o reuso ou recuperação dos resíduos industriais ajudam nas questões sanitárias, preservam as matérias-primas naturais, eliminam custos com armazenamento e proporciona economia para as empresas produtoras. Essa questão econômica também se aplica a empresas construtoras, que buscam novos produtos com qualidade igual ou superior, mas que sejam mais financeiramente viáveis (ARRUDA FILHO et al., 2012).
Essa proposição também é afirmada por Lucas e Benatti (2008), que defendem a
incorporação de resíduos industriais, principalmente de indústrias ceramistas, em matrizes
cimentícias para produção de artefatos na construção civil, que findam por permitir um
adequado destino ambiental para os resíduos, se feito de maneira criteriosa.
Ainda hoje, muito pouco se é usado ou aproveitado do resíduo de polimento de porcelanato, seja em escalas menores ou industriais, mas existem muitos estudos que comprovam a evidência e veracidade na utilização do mesmo. Na própria construção civil, os estudos já mostram que há a possibilidade de utilização como substituição ou mesmo como agregado, mas ainda não há registros na produção de insumos. Vale ressaltar que para a adequada reutilização do resíduo é importante e fundamental sua caracterização, só após isso é possível averiguar sua valorização (STEINER, 2011).
Ainda segundo Steiner (2011), o rejeito do polimento do porcelanato tem papel ativo na mistura com o cimento, tendo efeitos de atividade pozolânica na mistura, podendo contribuir para o aumento da resistência mecânica e reduzindo a porosidade do material produzido.
Existem muitos trabalhos na literatura que mostram a possibilidade de uso de materiais reciclados oriundos da indústria ceramista na construção civil, desde sua utilização para massa de revestimentos cerâmicos até a análise da incorporação do resíduo do polimento do porcelanato em massa cerâmica comercial (ALBUQUERQUE, 2009).
Em estudo realizado por Cunha et al. (2010), foi possível perceber, que em pastas de cimento com substituições entre 25 e 50% do aglomerante por resíduo do polimento do porcelanato, obtêm-se resultados de compressão axial iguais ou maiores à pasta de cimento composta na sua totalidade de material cimentício, atingindo quase os 45 MPa aos 28 dias de cura, utilizando-se um cimento Portland CPII – 32F.
3.3.6 Atividade pozolânica
Entre as inúmeras maneiras de se reutilizar resíduos de beneficiamento cerâmicos, pode- se citar a substituição do cimento no compósito cimentício. Como principal medida para garantir a substituição adequada aos materiais, deve-se avaliar a pozolanicidade do material substituto (GEMELI et al., 2015).
Segundo Leite e Molin (2002), as pozolanas são caracterizadas pela reação que provocam ao entrar em contato com a água e com o hidróxido de cálcio, componentes básicos de argamassas ou concretos em geral. Elas formam compósitos aglomerantes estáveis quando se combinam com diferentes componentes do cimento.
A NBR 12653:1992 estabelece alguns requisitos para materiais pozolânicos. Entre eles
está a sua classificação entre uma das três classes (N, C ou E), com base em exigências químicas
e físicas. No caso das exigências químicas, é considerado um material pozolânico pertencente
as classes N e C, se a quantidade de SiO
2+ Al
2O
3+ Fe
2O
3representar no mínimo 70% da sua constituição e, pelo menos, 50% da mesma para pertencer à Classe E.
Segundo Fidelis (2014), atualmente a substituição parcial do cimento por pozolanas na matriz cimentícia reforçada por fibras é praticamente um requisito, visto que as reações pozolânicas evitam a mineralização das fibras.
De acordo com Oliveira (2017), muitos trabalhos com substituição parcial do cimento por materiais pozolânicos têm sido realizados ao longo dos últimos anos. O principal objetivo é desenvolver compósitos onde as reações de hidróxido de cálcio sejam menores ou inexistentes, o que pode se conseguir com ajuda das reações pozolânicas que consomem o hidróxido presente na matriz. Em presença de água e à temperatura ambiente, os óxidos pozolânicos reagem com o hidróxido de cálcio formando compostos que possuem propriedades aglomerantes.
As reações pozolânicas provocam densificação da matriz através do refinamento dos poros, levando à melhoria da resistência e menor susceptibilidade à degradação das fibras (OLIVEIRA, 2017).
Segundo Melo Filho (2005), têm-se percebido os benefícios da substituição de parte do cimento por aditivos minerais, como resíduo cerâmico ou cinza volante, que realizem atividade pozolânica, pois apresentam uma estrutura menos porosa e, como consequência, aumentam a resistência à compressão e a impermeabilidade nos componentes à base de cimento.
O fator ideal de substituição do cimento, segundo Gestaldini et al. (2009), é em torno de 20%, apresentando ganhos de até 30% na resistência em relação aos compósitos normais.
Telhas onduladas de fibrocimento
Entre os materiais mais comuns na construção civil encontra-se o fibrocimento que, segundo Araújo (2000), é um compósito formado por amianto misturado com cimento Portland.
Entre as grandes vantagens desse compósito é sua grande resistência à tração e abrasão, característica bastante comum entre as fibras em geral, sendo principalmente utilizado para fabricação de coberturas ou telhas.
As telhas de fibrocimento possuem basicamente duas classificações: telhas onduladas e
telhas estruturais, apresentando diferenças pelo perfil e a capacidade de carga de cada uma. As
suas dimensões variam entre 0,45 m a 2,00 m de largura e entre 1,20 m e 3,60 m de
comprimento, apresentando ainda em sua composição (dependendo de sua dosagem) matriz
cimentícia, adições minerais e fibras sintéticas ou naturais (COELHO, 2017).
Segundo Coelho (2017), o amianto refere-se as fibras minerais que apresentam elevadas resistências térmica e à tração, além de ótimo isolamento acústico, incombustibilidade, não sofre decomposição química, não oxida, grande durabilidade e boa interação na matriz cimentícia. As mesmas se classificam em dois tipos: a crisotila e os anfibólicos.
A descoberta do fibrocimento ocorreu pelas mãos do austríaco Ludwuig Hastscheck em 1895, quando o mesmo misturou água e cimento ao amianto. O inventor patenteou a mistura em 1901, dando o nome de ETERNIT à mesma, marca essa que seria usada em todo o mundo, chegando finalmente ao Brasil no início da década de 40 (OLIVEIRA, 2017).
O tipo de fibra largamente utilizado para dar as características ao fibrocimento é o amianto, que tem como grande desvantagem graves danos à saúde que pode ocorrer do uso frequente desse material, sendo constantemente impulsionada ao mercado sua substituição em favor de materiais poliméricos, agregados minerais ou vegetais (HENRIQUES et al., 2014).
No Brasil o amianto está presente em telhas e caixas d’água, movimentando anualmente cerca de R$ 2,6 bilhões e consumindo cerca de 162 mil toneladas da fibra (OLIVEIRA, 2017).
O mercado de telhas onduladas de fibrocimento possui importante participação nas coberturas de edificações pelo país, visto que possuem baixo custo, são leves e são mais acessíveis à população de baixa renda (COELHO, 2017). A Figura 8 abaixo mostra uma típica telha de fibrocimento utilizada no mercado brasileiro.
Figura 8 – Telha ondulada com fibras de amianto e espessura de 4 mm.
Fonte: Oliveira (2017).
De acordo com Oliveira (2017), o Brasil ainda é um dos maiores produtores de fibras
de amianto do mundo. Mesmo já havendo muitos casos comprovados da mortalidade que a
exposição à esse tipo de fibra produz ao corpo humano, como câncer de pulmão e asbestose,
ainda não há proibição total da sua comercialização, como ocorre em outros 50 países no planeta.
O mercado de fibrocimento é o maior usuário de amianto nessa área da construção civil, sendo necessário encontrar um melhor substituto à essa fibra nociva ao ser humano. Essa procura tem se intensificado nas últimas três décadas, em busca de encontrar o melhor substituto que consiga manter ou melhorar as qualidades do fibrocimento brasileiro (TONOLI, 2006).
Em 29 de novembro de 2017, uma decisão dos ministros do Supremo Tribunal Federal (STF) proibiu a produção, comercialização e uso do amianto do tipo crisotila em todo o país.
Foram 7 votos a favor da proibição e 2 contra. Mesmo que vários estados tenham proibido
anteriormente sua utilização, alguns estados ainda continuavam com a produção e venda de
telhas e caixas d’água produzidas com o material. Por conta de um entendimento do artigo
federal que permite a utilização do amianto como inconstitucional, a votação pode acontecer,
ou seja, o Supremo entende que o amianto deve ser vedado porque fere o direito à saúde e ao
meio ambiente (DAGOSTINO, 2017).
MATERIAIS E MÉTODOS
A pesquisa realizada foi do tipo experimental, tendo como base a metodologia adotada por Sales (2015), fazendo o uso de dados provenientes de ensaios realizados em corpos de prova prismáticos e em telhas onduladas de fibrocimento (feitas com o traço ótimo encontrado nos ensaios dos corpos de prova).
A análise dos dados foi realizada comparando-se os valores com o encontrado no mercado ou em material bibliográfico.
Caracterização dos materiais
Os materiais usados para a realização do presente trabalho foram caracterizados conforme o proposto em suas respectivas NBRs regulamentadoras. Para o mesmo foram caracterizados o cimento, a areia, o pó de porcelanato e a fibra de sisal. Os ensaios de caracterização usados nesses materiais definiram características físicas dos mesmos, como massa específica real, massa unitária, módulo de finura, granulometria e atividade pozolânica, além dos ensaios mecânicos de tração e compressão realizados nos corpos de prova dos compósitos.
4.1.1 Cimento
O cimento usado foi o CP V – ARI RS da marca Apodi. Para a caracterização do cimento Portland utilizado nos corpos de prova e nas telhas onduladas de fibrocimento, foi necessário realizar apenas o ensaio da massa específica, pois a mesma é necessária para encontrar a quantidade utilizada em gramas de substituição do cimento pelo pó de porcelanato. O ensaio de massa específica é descrito pela NBR NM 23 (ABNT, 2001).
4.1.2 Areia
A areia (agregado miúdo) natural utilizada foi proveniente da região de Mossoró. Para
sua caracterização foi determinada a massa unitária no estado solto de acordo com a NBR NM
45:2006, a composição granulométrica pela NBR NM 248:2003 e massa específica seguindo a
NBR 9776:1988.
4.1.3 Fibra de sisal
Para a caracterização da fibra de sisal foram seguidas as orientações presentes no trabalho de Sales (2015). Para os propósitos do presente trabalho bastou-se identificar a massa específica da fibra para calcular a quantidade de material que seria utilizada para cada fração no traço. A dimensão da fibra utilizada para o ensaio foi de 20 mm, conforme é mostrado na Figura 9.
Figura 9 – Tamanho da fibra do sisal.
Fonte: Autor (2018).
Para determinar a massa específica as fibras foram colocadas em estufa à 105º C durante 24 h, até atingirem constância de massa. Após isso uma quantidade de 50 g das mesmas foi colocada dentro de uma proveta milimetricamente graduada com 700 ml de água. As fibras foram afundadas nessa água e deixadas imersas por um período de 24 h.
Por último, anotou-se o volume de água deslocada, passada as 24 h de imersão. Com a diferença de volumes inicial e final e a massa de fibras de sisal utilizada no ensaio, foi possível descobrir a massa específica da mesma. De acordo com Sales (2015), esse processo e tempo são necessários para que a água ocupe todo o espaço vazio das fibras.
Pela Equação 1 é possível calcular a massa específica da fibra de sisal utilizada nos ensaios, em gramas por centímetro cúbico (g/cm³):
𝜌
𝑓𝑖𝑏𝑟𝑎= 𝑚 𝑉
𝑓− 𝑉
𝑖Onde:
m = massa da fibra de sisal, em g;
(1)
𝜌
fibra= massa específica da fibra de sisal, em g/cm³;
V
f= volume final após 24 h de imersão das fibras, em cm³;
V
i= volume inicial da água na proveta sem adição das fibras, em cm³.
4.1.4 Pó de porcelanato
O pó de porcelanato originado do processo de polimento de cerâmicas porcelanato da empresa Elizabeth Cerâmica. Para isso foi utilizado o moinho de jarros modelo SL-34 da marca Solab, que se encontra no Laboratório de Construção Civil do Instituto Federal do Rio Grande de Norte, na cidade Mossoró. A Figura 10 mostra a diferença entre o pó antes e depois da moagem e peneiramento.
Figura 10 – Pó do porcelanato.
a) Antes da moagem e peneiramento. b) Depois da moagem e peneiramento.
Fonte: Autor (2018).
Após a moagem, o material resultante foi passado manualmente em peneiras com abertura de 75 µm, recolhendo-se o material passante como sendo o pó de porcelanato propriamente dito e o material usado em todos os ensaios subsequentes.
A granulometria do pó foi escolhida em função de sua substituição no traço dos corpos de prova, sendo a mais semelhante possível ao do cimento. Também é importante ressaltar que o mesmo apresente atividade pozolânica compatível com cimento Portland utilizado.
Assim, para o pó de porcelanato foram necessários dois ensaios: determinação da finura
pelo método de permeabilidade ao ar (método de Blaine) descrito pela NBR NM 76 (ABNT,
1998) e a determinação de atividade pozolânica com cal, descrito na NBR 5751 (ABNT, 1992).
Determinação do traço ótimo
4.2.1 Determinação das massas de fibra de sisal
Adaptando-se a equação que Sales (2015) propôs para determinar a massa de fibras que seria colocado no traço, calculados pelas Equações 2 e 3:
Para fração de 1% de adição das fibras de sisal em relação ao volume do traço:
𝑚
𝑓𝑖𝑏𝑟𝑎= 1 × 𝜌
𝑓𝑖𝑏𝑟𝑎99 × ( 𝑚
𝑐𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜𝜌
𝑐𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜+ 𝑚
𝑎𝑟𝑒𝑖𝑎𝜌
𝑎𝑟𝑒𝑖𝑎+ 𝑚
á𝑔𝑢𝑎𝜌
á𝑔𝑢𝑎)
Para fração de 3% de adição das fibras de sisal em relação ao volume do traço:
𝑚
𝑓𝑖𝑏𝑟𝑎= 3 × 𝜌
𝑓𝑖𝑏𝑟𝑎97 × ( 𝑚
𝑐𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜𝜌
𝑐𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜+ 𝑚
𝑎𝑟𝑒𝑖𝑎𝜌
𝑎𝑟𝑒𝑖𝑎+ 𝑚
á𝑔𝑢𝑎𝜌
á𝑔𝑢𝑎) Onde:
m
fibra= massa da fibra de sisal no traço, em g;
𝜌
fibra= massa específica da fibra de sisal, em g/cm³;
m
cimento= massa de cimento no traço, em g;
m
areia= massa de areia no traço, em g;
m
água= massa de água no traço, em g;
𝜌
areia= massa específica da areia, em g/cm³;
𝜌
cimento= massa específica do cimento, em g/cm³;
𝜌
água= massa específica da água, em g/cm³.
Após encontrar as massas de fibra utilizadas no traço, bastou-se preparar os corpos de prova, conforme se vê adiante.
4.2.2 Preparação dos corpos de prova prismáticos
Foram necessários 27 corpos de prova (CP) prismáticos de dimensões 40x40x160 mm, sendo 3 CPs para referência (sem adições ou substituições), 12 CPs para porcentagem de 15%
de substituição do cimento por pó de porcelanato e 12 CPs para 25% dessa mesma substituição.
O traço adotado foi 1:1,5:0,40 (cimento:areia:água/cimento), em virtude de vários testes para encontrar a argamassa com melhor trabalhabilidade. Os corpos de prova foram analisados aos 28 dias de cura.
(2)
(3)
Dentro desses 24 CPs das duas substituições, foram adicionadas frações de fibra de sisal, variando entre 1% e 3% do volume do traço, com dimensões de 10 mm e 20 mm para os comprimentos da fibra.
A Tabela 1 mostra a designação dos corpos de prova utilizados no ensaio de flexão. As seguintes siglas foram utilizadas para representar a composição dos corpos de prova:
As duas primeiras letras: CP – Corpo de Prova;
A terceira letra:
o R – Referência;
o P – Pó de Porcelanato;
A primeira letra após o hífen: S – Fibra de Sisal;
Os dois algarismos após as duas primeiras letras representam a fração de substituição do cimento pelo pó de porcelanato;
Os dois primeiros algarismos após a letra que vem depois do hífen representam o tamanho da fibra de sisal utilizada na adição do traço;
O último algarismo após a barra inclinada é a porcentagem da fração de fibra adicionada em relação ao traço.
Tabela 1 – Designação dos corpos de prova.
CORPO DE PROVA
TRAÇO (EM MASSA) cimento:areia:água/cimento
FRAÇÃO DO PÓ DE PORCELANATO
(%)
TAM.
DA FIBRA
(mm)
FRAÇÃO DA FIBRA
(%)
CPR 1:1,5:0,40 - - -
CPP15-S10/1 1:1,5:0,40 15 10 1
CPP15-S10/3 1:1,5:0,40 15 10 3
CPP15-S20/1 1:1,5:0,40 15 20 1
CPP15-S20/3 1:1,5:0,40 15 20 3
CPP25-S10/1 1:1,5:0,40 25 10 1
CPP25-S10/3 1:1,5:0,40 25 10 3
CPP25-S20/1 1:1,5:0,40 25 20 1
CPP25-S20/3 1:1,5:0,40 25 20 3
TOTAL DE CORPOS DE PROVA 27
