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II AProEng APRESENTAÇÃO DE TRABALHOS DA DISCIPLINA DE PROJETO DE ENGENHARIA 17 a 18 DE AGOSTO DE 2017 – LAVRAS www.ufla.br ESTUDO DE VIABILIDADE DA REUTILIZAÇÃO DE LATAS DE ALUMÍNIO COMO REFORÇO PARA O SOLO-CIMENTO Joyce Resende Carrilho[1][A], Juliana Souza Neder[1][A], Millena Cristina Barros[1][A], Nathalia Cardoso Alvim[1][A], Saulo Rocha Ferreira[2]. [1] Bacharelando em Engenharia Civil, Universidade Federal de Lavras, Lavras, Minas Gerais, Brasil. [2] D.Sc., Prof. Associado, Universidade Federal de Lavras, Lavras, Minas Gerais, Brasil. Endereço para correspondência: barrosm@engenharia.ufla.br; [A] apresentador Resumo A construção civil consome grande parte dos recursos naturais, que apresentam certa escassez, e é de grande importância procurar reduzir esse consumo com o intuito de minimizar os impactos gerados. Nesse aspecto, o tijolo de solo-cimento, que é produzido a partir de solo, água e cimento em proporções adequadas, surge como uma alternativa já que não passa por um processo de queima em fornos, evitando desmatamentos e a poluição do ar. Os fatores determinantes para a qualidade dos tijolos são: o tipo de solo, umidade de moldagem, tipo de prensa, proporção de solo/cimento, tipo de estabilizante e o processo de cura. O solo deve ser caracterizado e preparado de acordo com as normas NBR 6457, NBR 6459, NBR 7180 e NBR 7181. O alumínio é o metal não ferroso mais utilizado pela humanidade por ser leve, resistente mecanicamente, maleável e resistente à corrosão. As latas de alumínio utilizadas como embalagens de bebidas demoram de 200 a 500 anos para serem decompostas, fazendo com que sua reutilização seja uma forma de evitar a degradação ambiental e, nesse sentido, as fibras obtidas por meio do corte manual nos formatos estendidos ou moídos dessas latas podem reforçar o solo-cimento, com o propósito de possíveis melhoramentos no comportamento mecânico do mesmo. Neste trabalho será apresentado um estudo sobre o comportamento mecânico do solo-cimento reforçado com fibras de alumínio reciclado em formatos diferentes, a fim de avaliar a viabilidade desse compósito. Palavras-chave: Tijolo de solo-cimento, Fibras metálicas, Alumínio. Abstract Civil construction consumes a large part of the natural resources, which present a certain scarcity, and it is of great importance to seek to reduce this consumption in order to minimize the impacts generated. In this respect, soil-cement brick, which is produced from soil, water and cement in adequate proportions, appears as an alternative since it does not undergo a burning process in ovens, avoiding deforestation and air pollution. The determining factors for the quality of the bricks are: soil type, molding humidity, press type, soil / cement ratio, type of stabilizer and the curing process. The soil must be characterized and prepared according to the norms NBR 6457, NBR 6459, NBR 7180 and NBR 7181. Aluminum is the non-ferrous metal most used by humanity because it is light, mechanically resistant, malleable and resistant to corrosion. Aluminum cans used as beverage containers take from 200 to 500 years to be decomposed, making reuse a way to avoid environmental degradation and, in this sense, the fibers obtained by manual cutting in the extended or milled formats of these cans can reinforce the soil-cement, with the purpose of possible improvements in the mechanical behavior of the same. In this work, a study will be presented on the mechanical behavior of soil-cement reinforced with recycled aluminum fibers in different formats, in order to evaluate the feasibility of this composite. Keywords: Soil-cement brick, metal fibers, aluminum. II AProEng APRESENTAÇÃO DE TRABALHOS DA DISCIPLINA DE PROJETO DE ENGENHARIA 17 a 18 DE AGOSTO DE 2017 – LAVRAS www.ufla.br 1. INTRODUÇÃO O tijolo de solo-cimento é um material alternativo que apresenta melhores propriedades em relação aos tijolos de alvenaria convencionais quando se trata de custo, sustentabilidade, produção, resistência, impermeabilidade e durabilidade. Possui comportamento mecânico e outras características bem definidas após a compactação e cura úmida. Segundo Sala (2006), pode-se definir tijolo ecológico ou de solo-cimento como uma mistura de solo e cimento e água em proporções adequadas, que depois são prensados; seu processo de fabricação não exige queima em forno à lenha, o que evita desmatamentos e não polui o ar, pois não lança resíduos no meio ambiente. Para o assentamento, no lugar de argamassa comum é utilizada uma cola especial. A principal aplicação desses tijolos é na construção casas populares, mas também pode ser empregado na construção de fundações, pisos, passeios, muros de contenções, barragens e blocos prensados. Seu uso é vantajoso no processo de fabricação, visto que utiliza um dos materiais mais abundantes (o solo), pode ser feito todo manualmente e não é necessária a queima em fornos à lenha, não havendo emissão de gases poluentes. Também possui isolamento acústico e térmico, possibilitando tanto o aquecimento quanto o resfriamento do ambiente. Entretanto, seu uso também apresenta desvantagens, já que o uso indiscriminado do solo pode favorecer processos erosivos ao meio ambiente. Além disso, se houverem erros de dosagem podem causar patologias na construção; requer mão de obra mais qualificada, visto que é preciso entender as técnicas de aplicação desse tipo de material; e também não é muito recomendado para regiões muito úmidas. O tijolo solo-cimento gera uma menor quantidade de resíduos e pode ser usado na fabricação os resíduos de outras construções. Além disso, pode ser montado por encaixe, colocando-se um sobre o outro, facilitando o assentamento e o tempo de execução e diminuindo a quantidade de argamassa ou cola empregada. Ocorre que o peso das alvenarias fica menor, o que diminui o dimensionamento das fundações e outras estruturas. O alumínio em temperatura ambiente apresenta-se no estado sólido, é o metal com maior incidência na superfície terrestre. Suas propriedades despertam interesse em vários setores, tem baixa densidade, boa condutividade elétrica, resistente à corrosão e tem baixo ponto de fusão, o que lhe conferem uma multiplicidade de aplicações. O metal possui baixo custo de reciclagem possibilitando um maior tempo de uso, e mantém o valor de mercado estável, contudo envolve amplos problemas ambientes e ecológicos quando rejeitado de maneira errônea. Com a grande capacidade de produção e reciclagem, o alumínio se torna um material bastante viável para o aproveitamento em outras áreas como exemplo a construção civil, já sendo utilizada em esquadrias de janelas, componentes automotivos, eletrodomésticos, latas de bebidas, entre outros. O seu valor de mercado permite a geração de renda para milhares de famílias envolvidas em coletas de latas de alumínio (RECICLA BRASIL, 2011). A utilização de fibras descontínuas com função de reforço, em alguns casos é melhor que a armadura convencional com barras e fios. Como no caso de chapas delgadas que não comportam armaduras na forma de barras, as fibras atuam como armadura principal, sendo que a taxa excede a 5% do volume. Outro caso é o de controle da fissuração devido à umidade e variações de temperatura, onde as fibras atuam como armadura secundária. (BENTUR E MINDESS, 1990). Embora o solo-cimento venha a ganhar resistência com a adição de fibras, é importantesalientar que esse ganho não é específico variando de acordo com a aproximação das fibras em relação ao sentido da tensão principal de tração, portanto a sua função primária é de conter ou evitar o surgimento das fissuras que comprometem a estrutura do tijolo, sendo que o seu uso proporciona o aumento da tenacidade ou capacidade de absorção de energia, onde o decréscimo da tensão é acompanhado por uma grande deformação. (FIGUEIREDO, 2000). II AProEng APRESENTAÇÃO DE TRABALHOS DA DISCIPLINA DE PROJETO DE ENGENHARIA 17 a 18 DE AGOSTO DE 2017 – LAVRAS www.ufla.br Os cortes em formato de lâminas finas das latas de alumínio tendem a ser semelhantes as fibras e, nesse sentido, espera-se uma melhoria mecânica similar nas propriedades do solo-cimento. A laminação de um material metálico pode ser realizada de diferentes maneiras, as quais interferem diretamente nas propriedades do produto final. As lâminas de alumínio podem oferecer uma melhor resistência, não contribuindo significantemente em peso e em volume para o tijolo de solo-cimento. Quando adicionado ao concreto, espera-se que apresentem menor número de trincas e possibilite a melhor moldagem para as características mecânicas pretendidas. 2. OBJETIVO O trabalho objetivou mostrar um estudo sobre o comportamento mecânico do tijolo de solo- cimento reforçado com fibras de alumínio reciclado em formatos diferentes e em quantidades variáveis, a fim de avaliar a viabilidade desse compósito. Analisou-se as características do solo utilizado na fabricação e também as características dos tijolos produzidos. Avaliou-se a resistência à compressão e à absorção, para os tijolos solo-cimento na presença do alumínio em diferentes formatos, e sem o alumínio, para fins de comparação seguidas de uma conclusão do estudo. 3. ESTADO DA ARTE 3.1. Tijolo de Solo-Cimento 3.1.1. Definição de Tijolo de Solo-Cimento Segundo Faria et al. (2016) alguns materiais de construção causam maiores impactos ambientais do que outros, consumindo mais energia e gerando mais resíduos. Já a Terra vem sendo muito utilizada juntamente com novas tecnologias e produtos modernos que melhoram sua qualidade e durabilidade, contribuindo assim, para o desenvolvimento sustentável. O tijolo solo-cimento, além de ser um material de baixo custo, seu processo de fabricação elimina a queima em fornos. O tijolo é uma mistura homogênea de solo, cimento Portland e água em suas devidas proporções, se tornando ao final um material endurecido formado a partir da prensagem e cura necessárias (SIQUEIRA; HOLANDA, 2015). 3.1.2. Características do Solo-Cimento Os solos arenosos são os mais indicados para a mistura solo-cimento, pois os grãos de areia grosa e os pedregulhos são materiais inertes e possuem apenas a função de enchimento fazendo com que o cimento se aglomere aos grãos menores (SEGANTINI, 2000). Os solos devem ter, no entanto, um teor mínimo da fração fina, pois a resistência inicial do solo-cimento deve-se à coesão da fração fina compactada. A experiência tem demonstrado que quando os solos possuem um teor de silte mais argila inferior a 20%, não se consegue uma resistência inicial que propicie a sua compactação (SEGANTINI, 2000, p. 9) Caso a mistura entre o solo-cimento atinja as resistências exigidas, qualquer tipo de solo pode ser tratado com o cimento, exceto os solos com alto teor de matéria orgânica e sulfatos, visto que afetam tanto a resistência quanto a durabilidade (MINGUELA apud VITALI, 2008). Existem três tipos de estabilização do solo: a mecânica, a física e a química, na qual esta última ocorre quando outros materiais são adicionados ao solo, fazendo com que ocorra uma alteração nas suas propriedades por reação físico-química ou por uma matriz que aglutina e cobre os grãos (SILVA apud GRANDE, 2003). II AProEng APRESENTAÇÃO DE TRABALHOS DA DISCIPLINA DE PROJETO DE ENGENHARIA 17 a 18 DE AGOSTO DE 2017 – LAVRAS www.ufla.br Quando há a mistura de solo-cimento ocorrem reações de hidratação dos silicatos e aluminatos presentes no cimento, que faz com que forme um gel que preenche parte dos vazios da massa, unindo os grãos. Isso faz com que tenha uma certa resistência inicial. Em paralelo, também ocorrem reações iônicas, em que os cátions das estruturas argilominerais com os íons de cálcio advindos da hidratação do cimento que foi adicionado. Com isso o solo se torna mais granular e a sensibilidade à variação de volume e de umidade se reduz, assim como a adesividade (MIELI, 2009). 3.1.3. O Solo O solo deve respeitar às seguintes características: grãos com diâmetro máximo de 75 mm; 50% dos grãos passando na peneira n° 4 (4,8 mm); de 15 a 100% dos grãos passando na peneira n° 40 (0,42 mm); menos de 50% dos grãos passando na peneira n° 200 (0,075 mm); limite de liquidez – LL ≤ 40%; e índice de plasticidade – IP ≤ 18% (ABCP apud SOUZA et al., 2008). Ainda há a possibilidade de considerar que o solo não possua essas características, tendo então que efetuar correções em sua granulometria, através da composição de solos mais arenosos de modo que o resultado seja favorável e viável (FERRAZ apud SOUZA et al., 2008). 3.1.4. Processo de Fabricação Segundo Grande, F. M. (2003), para o preparo da mistura adiciona-se o cimento ao solo já preparado e uma mistura é feita com esses materiais secos. Em seguida adiciona-se a água e mistura-se novamente até que fique uniforme. Após, acontece a moldagem dos tijolos passando em seguida por cura e armazenamento que deve ser de após 6 horas de moldados e durante os 7 primeiros dias, em que devem ser mantidos úmidos por meio de sucessivas molhagens. Quanto à dosagem, recomenda-se que a moldagem dos tijolos seja feita com proporções de cimento e solo de 1:10, 1:12 e 1:14, e a escolha adequada do traço deve levar em consideração o que apresentar menor consumo de cimento e ao mesmo tempo atender aos requisitos necessários de resistência à compressão e absorção de água estabelecidos pela NBR 8491 (GRANDE apud ABCP, 2003). 3.1.5. Propriedades Físico-Mecânicas Conforme Motta et al. (2014) os ensaios físicos e mecânicos devem obedecer às prescrições da NBR 8492 e NBR 8491, em que a primeira trata do método de ensaio e a segunda das especificações dos tijolos. Ainda de acordo com a mesma autora o tijolo de solo-cimento apresentou uma economia de quase 21% em relação à alvenaria de tijolos convencionais. Com o ensaio de resistência, concluiu-se que o tijolo solo-cimento é mais resistente que a alvenaria convencional (cuja resistência é de 20kgf/cm²). Já o resultado do ensaio da absorção é 15,32%, menor que a de um tijolo convencional, que é de 45,388% (MOTTA, J. C. S. S et al., 2014, p. 24-25) 3.1.6 O Cimento Benefícios da adição do cimento foram mostrados por Bellezza e Pasqualini (1997), que estudaram a influência da adição de cimento e do tempo de cura na permeabilidade de solos. Mostraram que a adição de cimento pode diminuir a permeabilidade do material original após algum tempo de cura. II AProEng APRESENTAÇÃO DE TRABALHOS DA DISCIPLINA DE PROJETO DE ENGENHARIA 17 a 18 DE AGOSTO DE 2017 – LAVRAS www.ufla.br 3.2. Fibras 3.2.1. Fibras como Reforço O propósito do uso de fibras como reforço difere para cada uma das classes de materiais de matriz.Por exemplo, para polímeros, é para conferir rigidez e força; para os metais, é inibir a deformação plástica; e para a cerâmica, é para lhe conceder mais de rigidez. (ASHBEE, K. H. G., 1993) De acordo com Carvalho R. R.C, Cavallini Neto G. and Candido V. S.(2016), as fibras, quando incorporadas em uma matriz, podem contribuir para o aumento da resistência mecânica, pois atua como ponte de ligação entre as partículas evitando o colapso do sistema. 3.2.2. Fibras de Aço no Concreto De acordo com Souza, L. M. and Assis C. D. (2014), as fibras de aço vêm ganhando espaço no mundo da construção por serem uma solução viável - por diversos fatores, como o processo de obtenção relativamente barato, a boa aderência da fibra com a matriz e os consideráveis ganhos com o desempenho estrutural - para alguns casos que precisam de uma maior preocupação em relação a patologias do tipo fissuração. Mesmo essas fibras não sendo capazes de evitar a fissuração, elas garantem a redução das mesmas no concreto. As fibras inibem a propagação de fissuras no compósito cimentício, atuando como obstáculo ao interceptarem as microfissuras. Existem ainda outros ganhos como a ductilidade do concreto à tração, e uma significativa melhora em relação à compressão. Porém é importante saber que existe um volume crítico para adição das fibras de aço, sendo citados por Figueiredo, A. D. (2000). O ganho de resistência do concreto com a adição de fibras não é específico, variando de acordo com a aproximação das fibras em relação ao sentido da tensão principal de tração (FIGUEIREDO A. D., 2000). 3.2.3. Fibras no Tijolo de Solo-Cimento Segundo Valenciano, M. D. C. M. (1999), considerando solos argilosos e solos arenosos, ambos tratados com fibras de bagaço de cana-de-açúcar, separadamente, os tratamentos com solo argiloso apresentaram maiores valores de absorção de água do que os tratamentos com solo arenoso. O aumento do teor de fibras de bagaço de cana-de-açúcar nas misturas de solo-cimento- fibra aumentou proporcionalmente a porcentagem de absorção de água dos tijolos confeccionados com esses materiais, para ambos os solos estudados. Tijolos moldados com misturas de solo-cimento-fibra apresentaram, de um modo geral, baixos valores de resistência e altos valores de absorção de água, se comparados com tijolos cerâmicos ou mesmo tijolos de solo-cimento. (VALENCIANO M. D. C. M., 1999). 3.2.4. Fibras de Alumínio como Agregado Cimentício Segundo Souza, L. M. and Assis, C. D. (2014) em uma experiência com uso de fibras de alumínio no concreto, a utilização dessas fibras apresentou patologias na parte interna do concreto, devido à presença do cimento, pois, apesar de ser resistente à ferrugem, quando em contato com materiais alcalinos (cimento, cal e derivados) o alumínio torna-se frágil perdendo as suas características normais. Souza, L. M. and Assis, C. D. (2014) dizem ainda que o estudo intrínseco deste material poderá levar a dissoluções para o seu uso como componente do concreto, mas que é preciso descobrir uma solução onde o custo/benefício do uso do alumínio não seja elevado, como na ocorrência da utilização das latas de alumínio, trazendo uma alternativa para a construção civil. II AProEng APRESENTAÇÃO DE TRABALHOS DA DISCIPLINA DE PROJETO DE ENGENHARIA 17 a 18 DE AGOSTO DE 2017 – LAVRAS www.ufla.br 4. MATERIAIS E MÉTODOS O experimento foi conduzido no Laboratório de Geotecnia e no Laboratório de Construções do Departamento de Engenharia (DEG) da Universidade Federal de Lavras (UFLA). Para se alcançar os objetivos propostos, foram utilizados os materiais e os métodos descritos a seguir. 4.1 Materiais 4.1.1 Solo Foi utilizado um solo com granulometria conhecida, a partir de estudos realizados na região e pela análise táctil-visual do solo. Percebeu-se que se tratava de um solo predominantemente arenoso, que é mais indicado para a confecção de tijolos de solo-cimento, sem a necessidade de correção desse solo. Para a caracterização do solo, foram necessários ensaios, de acordo com a NBR 10832/1989, que trata da fabricação de tijolo maciço de solo-cimento com a utilização de prensa manual. As características que o solo deve ter para ser utilizado no tijolo estão sendo utilizadas como referência na Tabela 1. Para obter os valores determinados pela NBR 10832/1989 foram realizados ensaios para Determinação do Limite de Liquidez de Solos, para Determinação do Limite de Plasticidade de Solos e ensaio de Análise Granulométrica, de acordo com a NBR 6459, com a NBR 7180 e com a NBR-7181 (1984), respectivamente. Tabela 1. Características do solo utilizado na fabricação do tijolo obtidas pelos ensaios comparadas com os valores da Norma. Referência (NBR10832/1989) Características do Solo utilizado Quantidade do material que passa na peneira 4,8 mm (NBR 5734 ) 100% 100% Quantidade do material que passa na peneira 0,075 mm (NBR 5734) 10% a 50% 15% Limite de Liquidez (LL) ≤ 45% 43% Índice de Plasticidade (IP) ≤ 18% 7% II AProEng APRESENTAÇÃO DE TRABALHOS DA DISCIPLINA DE PROJETO DE ENGENHARIA 17 a 18 DE AGOSTO DE 2017 – LAVRAS www.ufla.br O solo em estudo foi coletado na UFLA – Universidade Federal de Lavras, em Lavras-MG, próximo ao CENAC do Departamento de Zootecnia (DZO) (coordenadas 21˚47’7”S/ 44˚58’04”W). (Figuras 1 e 2). Foi retirada uma massa orgânica superior de aproximadamente 20 cm de espessura. Figura 1: Mapa de parte da UFLA com marcação do local de retirada do solo. Fonte: Google Maps. Figura 2: Local de retirada do solo. 4.1.2 Água Em todo o processo foi utilizado água da torneira ao lado do Laboratório de Construções do Departamento de Engenharia da Universidade Federal de Lavras - UFLA. 4.1.3 Cimento Para a estabilização do solo foi utilizado o Cimento Portland de alta resistência inicial (CP V -ARI) da marca Campeão, encontrado no comercio de Lavras em uma distribuidora desse segmento. A escolha desse tipo de cimento foi devido a sua rapidez de cura. II AProEng APRESENTAÇÃO DE TRABALHOS DA DISCIPLINA DE PROJETO DE ENGENHARIA 17 a 18 DE AGOSTO DE 2017 – LAVRAS www.ufla.br 4.1.4 Fibras As fibras que foram utilizadas para a confecção dos tijolos são provenientes de latas de alumínio de bebidas (Figura 3). As latas que foram cortadas tiveram origem de um estabelecimento comercial da cidade de Lavras, sendo cedidas para o estudo depois de esvaziadas e lavadas em água. Figura 3. Parte das latas utilizadas no tijolo. No processo de corte das latas de alumínio, primeiramente foram retiradas as extremidades e em seguida passaram para o corte somente a parte uniforme (Figura 4). Obteve-se dois tipos de fibras com formatos diferentes, uma em forma laminar (Figura 5) e a outra em forma de grumos (Figura 6). As fibras em formato de lâmina foram cortadas com dimensões aproximadas de três centímetros, e as com formato de grumos foram cortadas em quadrados com lados aproximados de dois centímetros. Para o talho das latas de alumínio foram feitos com o auxílio de tesouras comuns e estiletes, e durante o processo os indivíduos fizeram o uso adequado de luvas para a proteção. Figura 4: Corte das latas destinadas à moagem. Figura5: Fibras em formato de lâminas cortadas manualmente. Figura 6: Fibras moídas após o corte. II AProEng APRESENTAÇÃO DE TRABALHOS DA DISCIPLINA DE PROJETO DE ENGENHARIA 17 a 18 DE AGOSTO DE 2017 – LAVRAS www.ufla.br As fibras com formato quadrado foram levadas para a UEPAM no Departamento de Ciências Florestais (DCF), para que passasse pelo processo de moagem através de um moinho martelo, modelo DPM-4, marca Nogueira S/A – Máquinas Agrícolas (Figura 7). A mesma opera com rotações de 3300 rpm, e sua potência varia de acordo com a energia cedida ao motor. Figura 7: Moinho martelo utilizado na moagem das fibras. Foram necessárias em média cento e vinte (120) latas de alumínio para a execução de todo o estudo, em sua maioria foram latas de bebidas com o volume de trezentos e cinquenta mililitros (350 ml), em formato cilíndrico com dimensões aproximadas de cento e vinte e quatro milímetros (124 ml) de altura e raio de sessenta e cinco milímetros (65 ml). 4.2 Métodos 4.2.1 Fabricação dos Tijolos De acordo com a bibliografia consultada, escolheu-se um traço que se considera de boa resistência para fabricação dos tijolos de solo-cimento, sendo este 10:1, ou seja, dez partes de solo para uma parte de cimento. Realizou-se a coleta e transporte do solo a ser utilizado para o local da prensagem e, com o auxílio de uma peneira foi separado do solo mais fino os torrões e pedregulhos existentes (figura 8). Figura 8: Peneiramento Primeiramente, foram feitos 7 tijolos referência, assim como a NBR 10832/89 determina (Figura 9). Cada tijolo foi preparado individualmente e, para o preparo da mistura, pesou-se a massa seca de cimento e solo para aferir a quantidade certa do traço. Para cada tijolo, foram utilizados 2,25 kg de solo e 0,225 kg de cimento. II AProEng APRESENTAÇÃO DE TRABALHOS DA DISCIPLINA DE PROJETO DE ENGENHARIA 17 a 18 DE AGOSTO DE 2017 – LAVRAS www.ufla.br Figura 9: Tijolo referência após moldagem. Esse material foi adicionado a um balde para homogeneização, adicionando-se água até atingir a umidade ideal de compactação. (Figura 10). A quantidade de água utilizada em cada tijolo foi de 600 ml, o que equivale a 20% do volume total (água + solo + cimento). A mistura foi sendo revolvida até que ficasse homogênea (Figura 11). Figura 10: Mistura Figura 11: Homogeneizando a mistura Com a etapa anterior concluída, a mistura homogeneizada foi adicionada a uma prensa manual da marca Sitec, modelo MSC6 (Figura 12). Figura 12: Prensa manual. Figura 13: Mistura pronta para ser prensada II AProEng APRESENTAÇÃO DE TRABALHOS DA DISCIPLINA DE PROJETO DE ENGENHARIA 17 a 18 DE AGOSTO DE 2017 – LAVRAS www.ufla.br Após a prensagem, os tijolos retirados com cuidado e colocados em local sombreado (Figura 14). Cobriu-se os mesmos com sacos plásticos para que a umidade fosse mantida por mais tempo, além de identificar a pilha de tijolos produzidos com nome e data de fabricação. Figura 14: Tijolos em local seco Figura 15: Regando os tijolos Após seis horas de moldagem e durante os sete primeiros dias, uma vez por dia e com auxílio de um borrifador de água, molhou-se esses tijolos para que a cura necessária fosse atingida (Figura 15). Para a produção dos tijolos com as fibras de alumínio, repetiu-se o mesmo processo, porém no momento do preparo da mistura, as devidas fibras foram adicionadas (Figuras 16 e 17). Figura 16: Mistura com fibras em lâminas Figura 17: Mistura com fibras retorcidas. As porcentagens de fibras utilizadas foram de 0,25%, 0,50% e 0,75%, tanto para as fibras laminares quanto para as fibras retorcidas. Essa porcentagem está relacionada com o peso seco de solo e cimento juntos, ou seja, um tijolo possui 2,25 kg de solo e 0,225 kg de cimento, totalizando 2,475 kg, logo a quantidade de fibra é a porcentagem dessa massa total. As dimensões do molde utilizado são de 23x11x9 cm, para a produção dos tijolos com dimensões 23x11x5 cm após a prensagem, como previsto na NBR 8491/84 (Figura 18). A reentrância possui dimensões: Base maior: 13x5 cm Base menor: 10x2,5 cm II AProEng APRESENTAÇÃO DE TRABALHOS DA DISCIPLINA DE PROJETO DE ENGENHARIA 17 a 18 DE AGOSTO DE 2017 – LAVRAS www.ufla.br Figura 18: Dimensões do tijolo fabricado. No total foram produzidos quarenta e nove tijolos (figura 19), sendo: 7 tijolos referência Com fibras retorcidas (figura 20): o 7 tijolos com 0,25% de fibras o 7 tijolos com 0,50% de fibras o 7 tijolos com 0,75% de fibras Com fibras em lâminas (figura 21): o 7 tijolos com 0,25% de fibras o 7 tijolos com 0,50% de fibras o 7 tijolos com 0,75% de fibras Figura 19: Quarente e nove tijolos prontos de solo-cimento Figura 20: Tijolo com fibras retorcidas Figura 21: Tijolo com fibras em lâminas II AProEng APRESENTAÇÃO DE TRABALHOS DA DISCIPLINA DE PROJETO DE ENGENHARIA 17 a 18 DE AGOSTO DE 2017 – LAVRAS www.ufla.br De todos os tijolos produzidos, apenas quarenta e dois foram utilizados, visto que foi feito um a mais de cada tipo caso algum sofresse danos significativos antes dos ensaios serem realizados (Figura 22). Figura 22: Tijolo danificado 4.2.2 Ensaios Para dar prosseguimento com os ensaios aguardou-se 14 dias a partir da data em que os tijolos foram fabricados, para que os mesmos secassem por completo, visto que durante os 7 primeiros dias foram mantidos úmidos. Ensaio de absorção de água A norma que determina tanto os ensaios de absorção de água e resistência à compressão simples é a NBR 8492/84. Para esse ensaio, foram separados 3 tijolos de cada tipo e colocados em estufa (105º a 110ºC) por um período de 24 horas (figura 23) ou até constância de massa. Após o prazo, os mesmos tijolos foram pesados a fim de se obter a massa seca de cada um deles para que, subsequentemente, fosse feita a média dessa absorção. Figura 23: Tijolos em estufa Posteriormente a pesagem dos tijolos secos, esses foram imersos em água por 24 horas (figura 24), para que, após esse tempo os tijolos fossem novamente pesados para a obtenção da massa saturada. II AProEng APRESENTAÇÃO DE TRABALHOS DA DISCIPLINA DE PROJETO DE ENGENHARIA 17 a 18 DE AGOSTO DE 2017 – LAVRAS www.ufla.br Figura 24: Imersão em água para ensaio de absorção Ensaio de resistência à compressão simples Para esse ensaio foram utilizados os outros 3 tijolos restantes de cada tipo, e esses foram cortados ao meio com auxílio de uma esmerilhadeira. Em seguida, as duas partes de cada tijolo foram unidas com uma pasta de cimento pré-contraída (figura 25), além de preencher as reentrâncias e regularizar ambas as faces com a mesma pasta, a fim de obter um corpo de prova ideal para o ensaio (figura 26).Figura 25: Aplicação da pasta de cimento Figura 26: Corpo de prova Feito isso, aguardou-se 24 horas para que os corpos de prova fossem imersos em água por 24 horas (figura 27), para então realizar o ensaio. Figura 27: Imersão em água para ensaio de resistência II AProEng APRESENTAÇÃO DE TRABALHOS DA DISCIPLINA DE PROJETO DE ENGENHARIA 17 a 18 DE AGOSTO DE 2017 – LAVRAS www.ufla.br A máquina utilizada foi manual da marca SoloTest (Ref.: 1504230 – Série: 8184) (figura 28). Figura 28: Máquina para ensaios mecânicos. Os tijolos foram ensaiados até a ruptura (figura 29), coletando-se as cargas máximas obtidas para que fossem realizados os cálculos de resistência. Figura 29: Ruptura do corpo de prova II AProEng APRESENTAÇÃO DE TRABALHOS DA DISCIPLINA DE PROJETO DE ENGENHARIA 17 a 18 DE AGOSTO DE 2017 – LAVRAS www.ufla.br 5. RESULTADOS Calculou-se os resultados de acordo com as especificações da NBR 8492, que trata da determinação da resistência à compressão e da absorção de água, após 14 dias de cura dos tijolos. 5.1 Absorção de Água De acordo com a NBR 8492, que trata das especificações dos tijolos de solo-cimento, os valores de absorção são obtidos pela Equação (1): (1) Onde: A = Absorção de água, em porcentagem 𝑀1 = Massa do tijolo seco em estufa 𝑀2 = Massa do tijolo saturado Conforme a NBR 8492, os valores médios de absorção devem ser menores que 20% e os valores individuais de absorção devem ser menores que 22%. Os valores de massas secas em estufa (M1) e saturadas após imersão em água (M2) obtidos no ensaio de absorção realizado para os tijolos de referência e para os tijolos com fibras retorcidas estão na Tabela 2 e para os tijolos com fibras laminares estão na Tabela 3 seguintes. Tabela 2: Massas obtidas após o ensaio de absorção para os tijolos de referência e com fibras retorcidas. N° Referência Fibra Retorcida (0,25 %) Fibra Retorcida (0,50 %) Fibra Retorcida (0,75 %) M1 (g) M2 (g) M1 (g) M2 (g) M1 (g) M2 (g) M1 (g) M2 (g) 1 2070,29 2474,67 2182,02 2601,19 2200,28 2665,43 2156,20 2608,86 2 2476,36 2886,46 2329,64 2708,90 2267,29 2711,38 2320,15 2787,83 3 2355,95 2806,79 2374,12 2857,71 2308,44 2752,60 2208,79 2638,28 Tabela 3: Massas obtidas após o ensaio de absorção para os tijolos com fibras laminares. N° Fibra Laminar (0,25 %) Fibra Laminar (0,50 %) Fibra Laminar (0,75 %) M1 (g) M2 (g) M1 (g) M2 (g) M1 (g) M2 (g) 1 2248,60 2698,20 2104,93 2531,44 2049,93 2481,32 2 2518,75 2989,23 2341,37 2769,38 2302,81 2757,73 3 2243,44 2652,15 2234,58 2651,89 2187,06 2614,98 II AProEng APRESENTAÇÃO DE TRABALHOS DA DISCIPLINA DE PROJETO DE ENGENHARIA 17 a 18 DE AGOSTO DE 2017 – LAVRAS www.ufla.br Com os valores de massas encontrados conforme as Tabelas 2 e 3 e com a utilização da Equação (1) demonstrada anteriormente, obteve-se os valores de absorção de acordo com a Tabela 4 seguinte. Tabela 4: Resultados para a Absorção de Água. N° Referência Fibra Retorcida (0,25 %) Fibra Laminar (0,25%) Fibra Retorcida (0,50 %) Fibra Laminar (0,50%) Fibra Retorcida (0,75 %) Fibra Laminar (0,75%) 1 19,53% 19,20% 19,99% 21,14% 20,26% 20,99% 21,04% 2 16,56% 16,30% 18,56% 19,59% 18,28% 20,16% 19,75% 3 19,14% 20,37% 18,22% 19,24% 18,68% 19,44% 19,57% Média 18,41% 18,62% 18,92% 19,99% 19,07% 20,20% 20,12% Com a análise da Tabela 4, é possível verificar que a maioria dos dados se encontram dentro dos parâmetros estabelecidos pela NBR 8491, entretanto a média dos valores de absorção dos tijolos com fibras em formatos de lâminas e retorcidas de 0,75% encontrados foram maiores que os valores estabelecidos. Observou-se que quanto maior a quantidade de fibras, maior a absorção. Isso se deve ao aumento da quantidade de vazios quando se tem mais fibras (Figura 30). Figura 30: Gráfico dos valores médios de absorção. Um fator observado que também pode ser associado com a alta absorção de água foi a perceptível liberação de hidróxido de cálcio após imersos, o que torna o tijolo mais poroso. Caso o tempo de cura do cimento esperado fosse maior, aumentaria a capacidade do mesmo em resistir à entrada de água em seus poros. A partir desses resultados pode-se inferir que o traço utilizado na confecção dos tijolos é adequado, mas pode ser alterado para se obter maior satisfação no resultado de absorção de água, já que os valores se aproximam do limite estabelecido pela NBR 8491. Porém, isso só deverá ser feito se for de interesse atingir níveis melhores na capacidade do tijolo em resistir à entrada excessiva de água. 5.2 Resistência à Compressão Os valores individuais de resistência à compressão são obtidos dividindo a carga máxima observada no ensaio pela área média das duas faces de cada corpo de prova. (MPa) II AProEng APRESENTAÇÃO DE TRABALHOS DA DISCIPLINA DE PROJETO DE ENGENHARIA 17 a 18 DE AGOSTO DE 2017 – LAVRAS www.ufla.br Conforme a NBR 8491, que trata das especificações dos tijolos de solo-cimento, os valores médios de resistência a compressão devem ser maiores que 2,0 MPa e os valores individuais de resistência devem ser maiores que 1,7 MPa. Os valores das áreas médias das duas faces de cada corpo de prova e da carga máxima utilizada no ensaio para os tijolos de referência e com fibras retorcidas estão na Tabela 5, e para os tijolos com fibras laminares estão na Tabela 6. Tabela 5: Área média e carga máxima após o ensaio de compressão para os tijolos de referência e com fibras retorcidas. N° Referência Fibra Retorcida (0,25 %) Fibra Retorcida (0,50 %) Fibra Retorcida (0,75 %) Área Média (cm2) Carga Máxima (kgf) Área Média (cm2) Carga Máxima (kgf) Área Média (cm2) Carga Máxima (kgf) Área Média (cm2) Carga Máxima (kgf) 1 120,09 790 123,77 420 124,88 420 128,24 620 2 123,77 1020 126,56 540 131,04 800 126,97 510 3 128,19 1040 128,19 800 126,54 560 131,10 670 Tabela 6: Área média e carga máxima após o ensaio de compressão para os tijolos com fibras laminares. N° Fibra Laminar (0,25 %) Fibra Laminar (0,50 %) Fibra Laminar (0,75 %) Área Média (cm2) Carga Máxima (kgf) Área Média (cm2) Carga Máxima (kgf) Área Média (cm2) Carga Máxima (kgf) 1 124,88 610 129,45 670 125,44 730 2 124,31 560 134,36 680 129,21 730 3 127,68 700 126,53 540 128,18 780 Com os valores das áreas médias das duas faces de cada corpo de prova e da carga máxima utilizada no ensaio descritos nas tabelas 5 e 6, os valores individuais de resistência à compressão podem ser obtidos dividindo a carga máxima pela área média, sendo estes representados na Tabela 7 seguinte. Tabela 7: Resultados para a Resistência à Compressão. N° Referência Fibra Retorcida (0,25 %) Fibra Laminar(0,25%) Fibra Retorcida (0,50 %) Fibra Laminar (0,50%) Fibra Retorcida (0,75 %) Fibra Laminar (0,75%) 1 0,658 0,339 0,488 0,336 0,518 0,483 0,582 2 0,824 0,427 0,450 0,611 0,506 0,402 0,565 3 0,811 0,624 0,548 0,443 0,427 0,511 0,609 Média 0,764 0,463 0,495 0,463 0,484 0,465 0,585 II AProEng APRESENTAÇÃO DE TRABALHOS DA DISCIPLINA DE PROJETO DE ENGENHARIA 17 a 18 DE AGOSTO DE 2017 – LAVRAS www.ufla.br Os gráficos comparativos com os valores de resistência à compressão para os tijolos sem fibras (referência, figura 31), com fibras laminares (Figura 32) e com fibras retorcidas (Figura 33) encontram-se em seguida. Figura 31: Gráfico dos valores individuais de resistência para os tijolos de referência (sem fibras). Figura 32: Gráfico dos valores médios de resistência para os tijolos com fibras laminares. II AProEng APRESENTAÇÃO DE TRABALHOS DA DISCIPLINA DE PROJETO DE ENGENHARIA 17 a 18 DE AGOSTO DE 2017 – LAVRAS www.ufla.br Figura 33: Gráfico dos valores médios de resistência para os tijolos com fibras retorcidas. Por fim, obteve-se um gráfico geral para possibilitar a melhor comparação de resistência entre os três tipos de tijolos e as diferentes porcentagens (Figura 34). Figura 34: Gráfico dos valores médios de resistência para os diferentes tipos de tijolos. Com o gráfico anterior é notório que a presença de fibras no tijolo de solo-cimento não influenciou positivamente na resistência à compressão, visto que os tijolos sem fibras apresentaram maior resistência que os demais. II AProEng APRESENTAÇÃO DE TRABALHOS DA DISCIPLINA DE PROJETO DE ENGENHARIA 17 a 18 DE AGOSTO DE 2017 – LAVRAS www.ufla.br Com os resultados obtidos, verifica-se que tanto os valores individuais quanto os valores médios de resistência à compressão encontram-se abaixo dos limites estabelecidos pela NBR 8492. Isto pode ter ocorrido devido ao fato de que, de acordo com a norma, os tijolos deveriam ser ensaiados após 24 horas de imersão e, como já mostrado anteriormente, os mesmos apresentaram uma absorção relativamente alta, influenciada pelos vazios provocados pelas fibras e pela liberação de hidróxido de cálcio no momento da imersão em água, que aumentou o número de poros. Como pode ser analisado nas figuras seguintes, embora tenham apesentado resistência abaixo do esperado, as fibras em formato laminar contiveram as fissuras após realizado o ensaio. Quando retirado da prensa os tijolos sem fibras (referência), os mesmos se despedaçavam. Já quando na presença das fibras, embora apresentassem fissuras, os mesmos mantinham o formato anterior. Figura 35: Tijolo sem fibras antes do ensaio. Figura 36: Tijolo sem fibras depois do ensaio. Figura 37: Tijolo com fibra laminar após o ensaio. Figura 38: Tijolo com fibras retorcidas após o ensaio. II AProEng APRESENTAÇÃO DE TRABALHOS DA DISCIPLINA DE PROJETO DE ENGENHARIA 17 a 18 DE AGOSTO DE 2017 – LAVRAS www.ufla.br A dispersão das fibras no tijolo não foi um fator influenciável na baixa resistência, visto que apresentaram distribuição uniforme no mesmo (Figura 39). Figura 39: Dispersão das fibras no tijolo. Um dos fatores determinantes em relação ao aumento da resistência mecânica de tijolos de solo-cimento é o teor de cimento. No caso deste experimento, esse fator não exerceu nenhuma influência, pois se utilizou apenas um traço para todos os tratamentos. Outro fator que determina a resistência à compressão é a umidade da mistura na hora da compactação do tijolo, devendo essa ser a ideal para que não haja prejuízos nos mesmos. 6. CONCLUSÕES A ideia principal deste estudo é interessante por visar principalmente a sustentabilidade, porém são necessárias algumas melhorias, visto que os valores de resistência à compressão não evidenciaram valores positivos e favoráveis com relação à NBR 8491. Apesar do ocorrido, as fibras tiveram certa relação entre si, quando comparados os tijolos com diferentes porcentagens dessas. É notório, pela Figura 34, que quanto maior o teor de fibras na mistura solo-cimento, maior a sua resistência, mesmo tendo apresentado valores desfavoráveis. Contudo, as fibras laminares de 0,75% ainda apresentaram maior desempenho na resistência do que as fibras retorcidas de mesma porcentagem. Para a continuidade deste estudo, seria interessante realizar outros tipos de testes mecânicos, inclusive de resistência à tração, para que o comportamento das fibras também fosse analisado. Também seria relevante testar diferentes traços para a mistura solo-cimento, assim como a quantidade de fibras que, como já analisado, apresenta valores maiores de resistência a compressão com o aumento dessas. A escolha de outro tipo de solo também se mostra pertinente, visto que um solo com maior teor de finos (silte e argila) indica que o mesmo possui maior plasticidade, sendo então mais favorável para a moldagem dos tijolos e ainda ocasionando a diminuição dos poros destes quando finalizados. II AProEng APRESENTAÇÃO DE TRABALHOS DA DISCIPLINA DE PROJETO DE ENGENHARIA 17 a 18 DE AGOSTO DE 2017 – LAVRAS www.ufla.br 7. AGRADECIMENTOS Gostaríamos de deixar nosso agradecimento ao professor Saulo Rocha Ferreira pela orientação, dedicação e paciência, que nos auxiliou durante todo esse estudo, e foi de extrema importância na produção dos tijolos e no ensaio de compressão simples, também a professora Cátia de Paula Martins pela colaboração para que fosse possível a realização dos ensaios de caracterização do solo, pela disponibilidade do uso da estufa e do laboratório de geotecnia, e ao técnico Arley que nos assessorou na moagem das latas de alumínio. 8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Ashbee (1993). Fundamental Principles of Fiber Reinforced Composites, Lancaster, Technomic Pub. Co. Inc. Carvalho, Cavallini e Candido (2016). Utilização de Fibra de Sisal como Agente de Reforço em Matriz Cimentícia para Fabricação de Blocos de Concreto. Cordeiro, Conceição e Lima (2006). A educação ambiental e o uso do solo-cimento. Arttigo, VÉRTICES, v. 8, n. 1/3. Faria et al (2016). 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