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AVALIAÇÃO EXPERIMENTAL DO DESEMPENHO MECÂNICO DE MATERIAIS COMPÓSITOS PARTICULADOS DE MATRIZ POLIMÉRICA REFORÇADOS COM SERRAGEM

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A Engenharia transformando ideias em soluções inteligentes 
Anais do 2° COEN – Congresso de Engenharias – Universidade Federal de São João del-Rei – MG 
Anais do 12° CONEMI – Congresso Nacional de Engenharia Mecânica e Industrial 
AVALIAÇÃO EXPERIMENTAL DO DESEMPENHO MECÂNICO DE MATERIAIS 
COMPÓSITOS PARTICULADOS DE MATRIZ POLIMÉRICA REFORÇADOS 
COM SERRAGEM 
 
Zélia Maria Velloso Missagia 
(1) 
(zmissagia@hotmail.com), Júlio César dos Santos 
(2) 
( 
sanjulio2000@yahoo.com.br), Sérgio Luiz Moni Ribeiro Filho
(3)
 (sergiolmrf@gmail.com), André 
Luis Christoforo 
(4) 
( alchristoforo@yahoo.com.br), Túlio Hallak Panzera 
(5)
 
(tuliopanzera@hotmail.com) 
 
Universidade Federal de São João del-Rei (UFSJ); Departamento de Engenharia Mecânica 
 
RESUMO: Resíduos ou serragem advindos do processamento da madeira constituem-se como forma 
agravante na geração de impactos ambientais, motivando o estudo de pesquisas que visem soluções a 
esta problemática. O uso de compósitos particulados com resina epóxi e serragem se apresenta como 
solução alternativa a estes rejeitos, permitindo a obtenção de novos materiais com boas relações 
entre resistência mecânica à compressão e densidade, propícios de serem utilizados, além de outras, 
como forma de reparo em vigas de madeira danificadas. Este trabalho objetivou avaliar o 
desempenho mecânico à compressão em materiais compósitos particulados em matriz epóxi 
reforçados com serragem de madeiras das espécies Eucalyptus e Ipê. Foram consideradas duas 
faixas granulométricas distintas, 4-10 e 50-80 US-Tyler, com frações volumétricas de 30 e 50% em 
relação à fase dispersa, originando quatro condições experimentais por tipo de reforço. Ensaios 
mecânicos de compressão foram realizados nos corpos-de-prova para ambas as condições 
experimentais, objetivando-se determinar o módulo de elasticidade e resistência mecânica. Os 
resultados comprovam a superioridade do desempenho mecânico dos compósitos fabricados com 
resíduos de Eucalyptus sobre os de Ipê, propícios para o emprego como forma de reparo em 
estruturas e objetos de madeira. 
PALAVRAS-CHAVE: Compósitos particulados, serragem, reparo, reforço. 
 
EXPERIMENTAL EVALUATION OF THE MECHANICAL PERFORMANCE OF A 
PARTICULATE COMPOSITE WITH POLYMER MATRIX REINFORCED WITH 
SAWDUST 
ABSTRACT: The sawdust waste arising from wood processing are as aggravating as the generation 
of environmental impacts, motivating the study of research aimed at solutions to this problem. The 
use of particulate composites with epoxy resin and sawdust is presented as an alternative to these 
wastes, allowing the development of new materials with good relations between the compressive 
strength and density, likely to be used, among others, as a way to repair damaged in wooden beams. 
This study aimed to evaluate the mechanical compressive particulate composites in epoxy matrix 
reinforced with sawdust of Eucalyptus and Ipê wooden species. Was considered two different particle 
sizes, 40-10 and 50-80 US-Tyler, with volume fractions of 30 and 50% compared to the dispersed 
phase, resulting in four experimental conditions by type of reinforcement. Compression mechanical 
tests were performed on the specimens for both experimental conditions, aiming to determine the 
elastic modulus and mechanical strength. The results prove the superiority of the mechanical 
performance of composites made from residues of Eucalyptus on Ipê, suitable for employment as a 
way to repair wooden structures and objects. 
 
2° COEN – UFSJ 
12° CONEMI 
São João del-Rei, Minas Gerais, 02 a 05 de Outubro de 2012 
 
 
A Engenharia transformando ideias em soluções inteligentes 
Anais do 2° COEN – Congresso de Engenharias – Universidade Federal de São João del-Rei – MG 
Anais do 12° CONEMI – Congresso Nacional de Engenharia Mecânica e Industrial | 2 
KEYWORDS: Composite particles, sawdust, repair, reinforcement. 
 
1 INTRODUÇÃO 
Os resíduos oriundos do processamento da madeira tem se apresentado como 
agravante contribuição a geração de impactos ambientais, motivando pesquisas que visem 
soluções a este problemática. 
A indústria madeireira no Brasil tem aumentado significativamente o volume de 
resíduos ao longo dos últimos anos, visto o aproveitamento das árvores processadas ser de 
30% a 60% do volume total da tora cortada (FREITAS, 2000). 
O pó de lixa e a serragem são resíduos que merecem grande atenção por serem 
inflamáveis, requerendo maior espaço para estocagem (YAMAJI e BONDUELLE, 2004). Ao 
invés da queima, como ocorre atualmente com os 15% a 30% que a madeira sólida produz, os 
resíduos podem ser utilizados para fabricação de painéis reconstituídos (PASSEROTTI et al., 
2008). 
Dentre as formas de reaproveitamento dos resíduos de madeira destaca-se o seu 
emprego na elaboração de compósitos particulados e laminados, objetivando-se o 
desenvolvimento de novos materiais que apresentem boa relação entre resistência mecânica 
aliada a baixa densidade. Para tanto, o estudo das proporções ideais entre matriz e reforço, 
dimensões, adesão entre as fases, empacotamento das partículas entre outras, são variáveis a 
serem avaliadas em um composto, permitindo, através da caracterização física, química e 
mecânica, o emprego do material de forma mais adequada e racional. 
A produção de compósitos tem como objetivo principal combinar diferentes materiais, 
obtendo um único material com propriedades superiores (CALLISTER, 1999; FIORELLI, 
2002). 
A partir da década e 1960 os compósitos tiveram um grande impulso no seu 
desenvolvimento, em razão a grande diversificação dos materiais poliméricos, do inicio da 
produção em larga escala de fibras sintéticas tais como vidro, carbono, aramida e da 
necessidade de novos materiais para estruturas de alto desempenho a serem utilizados na 
corrida espacial e armamentista originada pela guerra fria (ORÉFICE et al., 2001). 
Ao final da década de 80 houve redução na pesquisa, pois o interesse militar diminuiu 
e os esforços foram deslocados para o setor civil. Atualmente o setor aeronáutico, desportivo 
e da área de estruturas da engenharia civil estão em franco desenvolvimento e 
aperfeiçoamento, exigindo cada vez mais a criação e o consumo de novos materiais 
compósitos (CALLISTER, 1999). 
Sanadi et al. (1999) concluíram que os efeitos dos tamanhos e a distancia entre as 
partículas podem influenciar a morfologia e, por conseqüência, as respostas mecânicas do 
material. 
 
2° COEN – UFSJ 
12° CONEMI 
São João del-Rei, Minas Gerais, 02 a 05 de Outubro de 2012 
 
 
A Engenharia transformando ideias em soluções inteligentes 
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Anais do 12° CONEMI – Congresso Nacional de Engenharia Mecânica e Industrial | 3 
English et al. (1997) compararam a aplicação da fibra de madeira versus fibra mineral 
em compósitos destinados a fabricação de embalagens. As performances para resistência a 
flexão e módulo de elasticidade foram similares. 
Woodhams et al. (1984) verificaram que as fibras de madeira não são tão abrasivas 
como as de vidro na confecção de compósitos. Constataram ainda que o aumento da 
porcentagem de fibras de madeira melhorou a resistência a tração, e que o percentual de 50% 
ou mais de reforço mostrou problemas na injeção da matriz. Com relação ao desenvolvimento 
de materiais compósitos reforçados por fibras naturais outros trabalhos de relevância 
científica podem ser citados, tais como Mukhopadhyay (2009), Maldas (1990), Lyons (2005) 
entre outros. 
O estudo e desenvolvimento de soluções alternativas como reparo e reforço em 
estruturas tem sido o foco de pesquisas recentes (BALSEIRO, 2007).As estruturas de 
madeira quando projetadas e não tratadas corretamente podem apresentar problemas que 
venham a comprometer a integridade do conjunto (CAMPILHO e BENEA, 2010; MIOTTO e 
DIAS, 2006; METTEN, 1991). Erros de projeto e/ou construção, redução da resistência 
(degradação), envelhecimento dos materiais, alterações nos códigos de dimensionamento são 
outros fatores que tem motivado o desenvolvimento de pesquisas para esta problemática, 
destacando-se o emprego de compósitos, por apresentarem elevados módulos de resistência 
mecânica, com técnica de fácil execução (a arquitetura original é pouco afetada) e por serem 
geralmente imunes à corrosão (RANGEL, 2010). 
Como forma de solução em termos de reparo em estruturas ou objetos diversos de 
madeira danificados, este trabalho tem por finalidade o desenvolvimento de um material 
compósito particulado, fabricado com resina epóxi e reforçado com serragem de madeira das 
espécies Eucalyptus e Ipê, objetivando verificar as diferenças existentes entre os módulos de 
elasticidade, resistência a compressão e densidade aparente para ambos os reforços, 
permitindo identificar por classe de resistência as possibilidades de emprego destes materiais 
por parte dos profissionais que lidam com a recuperação, reparo e reforço em estruturas e 
objetos de madeira danificados. 
 
2 MATERIAIS E MÉTODOS 
As madeiras das espécies Eucalyptus e Ipê foram escolhidas para a elaboração dos 
compósitos particulados pela versatilidade do seu emprego, sendo o Ipê uma madeira mais 
nobre, de maior densidade, destinada além de outras, à fabricação de móveis, e o Eucalyptus 
por se tratar de uma madeira de reflorestamento, tendo diversos fins na construção civil. 
Os compósitos são elaborados visando a sua produção na forma mais artesanal 
possível, situação condizente com o ambiente e condições de trabalhos dos profissionais que 
 
2° COEN – UFSJ 
12° CONEMI 
São João del-Rei, Minas Gerais, 02 a 05 de Outubro de 2012 
 
 
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lidam com recuperação e reparo em peças de madeira. Para tanto, fatores de investigação 
como compactação e níveis de compactação e tratamento das partículas não foram 
investigados. 
A matriz polimérica (resina epóxi) foi fornecida pela empresa Resiqualy® (São 
Paulo), enquanto que as serragens foram doadas por empresas do ramo madeireiro da cidade 
de São João del-Rei, Brasil. As partículas foram secas em estufa para um teor de umidade de 
12%, assim como recomenda a norma Brasileira NBR 7190:1997 (Projeto de Estruturas de 
Madeira), e posteriormente classificadas por peneiramento nas faixas granulométricas 4-10 
US-TYLER e 50-80 US-TYLER, segundo os procedimentos descritos na norma ASTM D 
1921/2001, com frações volumétricas de 30 e 50% em relação à fase matriz, originando 
quatro condições experimentais por tipo de reforço. Ressalta-se que vários testes iniciais 
foram desenvolvidos para se definir as frações volumétricas aqui investigadas. A Tabela 1 
apresenta os fatores experimentais e os níveis estabelecidos para o presente estudo. 
 
TABELA 1. Fatores e níveis experimentais. 
Fatores experimentais Nível experimental 
Tipo de serragem Eucalyptus 
Ipê 
Granulometria da serragem [4-10 US-TYLER] 
[50-80 US-TYLER] 
Fração volumétrica da serragem 30% 
50% 
 
Um planejamento fatorial do tipo 23 foi estabelecido, gerando oito combinações 
distintas. A Tabela 2 explicita as condições experimentais do planejamento fatorial. 
TABELA 2. Condições experimentais do planejamento fatorial completo. 
Condições 
Tipo de 
serragem 
Granulometria 
(US-TYLER) 
Fração de 
serragem 
(%) 
Fração de 
resina (%) 
C1 Eucalyptus 4-10 30 70 
C2 Eucalyptus 4-10 50 50 
C3 Eucalyptus 50-80 30 70 
C4 Eucalyptus 50-80 50 50 
 
2° COEN – UFSJ 
12° CONEMI 
São João del-Rei, Minas Gerais, 02 a 05 de Outubro de 2012 
 
 
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C5 Ipê 4-10 30 70 
C6 Ipê 4-10 50 50 
C7 Ipê 50-80 30 70 
C8 Ipê 50-80 50 50 
 
As variáveis respostas investigadas foram à densidade aparente, módulo de 
elasticidade na compressão e resistência à compressão. Os ensaios mecânicos foram feitos de 
acordo com os procedimentos da norma ASTM 695:02A. Os corpos-de-prova cilíndricos 
possuem 20 mm de diâmetro de base e 40 mm de altura, respeitando a razão entre altura e 
diâmetro imposta por esta norma. 
Para cada uma das 8 condições experimentais estipuladas foram fabricados 8 corpos-
de-prova, sendo 6 destinados aos ensaios de compressão e os demais à determinação da 
densidade aparente. 
Visando melhorar a moldagem e posterior desmoldagem dos corpos de prova, foram 
desenvolvidos moldes com silicone industrial 920, assim como ilustrado na Figura 1. 
 
 
FIGURA 1. Moldes de silicone. 
 
A fabricação procedeu misturando-se manualmente a fase matriz, que compreende 
inicialmente a mistura da resina com seu respectivo endurecedor (catalizador). Após tempo de 
homogeneização da mistura, o resíduo de madeira foi adicionado mediante uma proporção 
volumétrica estabelecida para cada condição experimental. Após um período de cura de sete 
dias os compósitos foram então desmoldados e ensaiados (Figura 2). 
 
 
2° COEN – UFSJ 
12° CONEMI 
São João del-Rei, Minas Gerais, 02 a 05 de Outubro de 2012 
 
 
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FIGURA 2. Corpos-de-prova para ensaio de compressão. 
 
Cabe comentar que no processo de confecção dos corpos-de-prova houve grande 
dificuldade em se realizar uma boa mistura entre a resina e a serragem de madeira Ipê, 
diferentemente do Eucalyptus, que apresentou excelente afinidade com a matriz. 
 
3 RESULTADOS E DISCUSSÃO 
As densidades médias encontradas para cada condição experimental são apresentadas 
na Tabela 3. 
TABELA 3. Valores médios da densidade aparente para as condições experimentais. 
Condições Densidade (g/cm
3
) 
C1 7.67 
C2 6.88 
C3 7.67 
C4 6.89 
C5 8.66 
C6 8.54 
C7 8.66 
C8 8.54 
 
Os valores encontrados para os desvios-padrão das densidades aparentes para as 
condições experimentais investigadas estão compreendidos entre 0,44 e 0,62, referentes às 
condições C4 e C6 respectivamente. 
A Tabela 4 exibe os valores médios dos módulos de elasticidade (E) e resistência à 
compressão (fc) para cada condição experimental investigada. 
 
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TABELA 4. Valores médios dos módulos de elasticidade e resistência à compressão. 
C. Experimental E (MPa) fc (MPa) 
C1 54,16 11.79 
C2 4,32 1.38 
C3 62,20 14.19 
C4 37,04 7.57 
C5 57,06 8.89 
C6 1,34 0.29 
C7 42,94 9.75 
C8 22,55 6.47 
 
Os resultados apresentados na Tabela 4 indicam que os compósitos fabricados com a 
faixa granulométrica 4-10 US Tyler e fração volumétrica de 50% (C6) apresentaramos 
menores valores do módulo de elasticidade, em contrapartida, os elaborados com 70% de 
resina e mesma faixa granulométrica (C5) apresentaram-se mais satisfatórios. 
 
4 CONCLUSÕES 
Os resultados obtidos conduzem as seguintes conclusões: 
• As espécies, faixas granulométricas e frações volumétricas estipuladas 
afetaram significativamente os resultados em termos de rigidez, resistência e densidade dos 
compósitos fabricados; 
• Uma melhor adesão interfacial, principalmente para a serragem do Ipê requer o 
tratamento prévio das partículas, resultado interessante que indica a pequena afinidade entre a 
resina e o Ipê; 
• Pelos resultados encontrados dos ensaios de compressão, constata-se que a 
adesão entre as partículas de Eucalyptus foi superior à adesão das partículas de Ipê com a 
resina, visto que os resultados dos módulos de elasticidade dos compósitos fabricados com 
Eucalyptus foram superiores aos dos fabricados com serragem de Ipê, e apresentando o Ipê 
um módulo de elasticidade superior ao do Eucalyptus; 
• Os corpos-de-prova dos compósitos fabricados com a malha 4-10 US Tyler, 
independente da serragem utilizada, apresentaram visivelmente maior quantidade vazios, 
mostrando ser desinteressante o seu emprego tanto como reparo como na forma de reforço; 
 
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• Os resíduos de Eucalyptus apresentaram melhores resultados em termos de 
resistência mecânica e densidade, justificado pela melhor adesão entre matriz e fase dispersa, 
sendo estes mais propícios que os de Ipê para situações envolvendo reforço; 
• Em termos de eficiência mecânica, a condição C3 apresentou ser a melhor; 
• Pelos resultados encontrados em termos de resistência mecânica, constata-se 
que os compósitos fabricados com resíduos de Ipê apresentaram comportamento mais frágil 
quando comparado aos elaborados com Eucalyptus. 
Em linhas gerais, os resultados obtidos para cada uma das oito condições 
experimentais avaliadas permitem ao profissional da área de recuperação, reparo e reforço 
uma escolha mais racional do material a ser utilizado para certa finalidade. Dessa forma, 
ressalta-se que mesmo sendo a condição C3 a mais interessante em termos de desempenho 
mecânico, as outras condições também podem ser empregadas. 
 
5 AGRADECIMENTOS 
Os autores agradecem o apoio do programa de Mestrado em Materiais e Processos de 
Fabricação do Departamento de Engenharia Mecânica (DEMEC) da Universidade Federal de 
São João del-Rei (UFSJ) pela possibilidade e incentivo no desenvolvimento do presente 
trabalho, e as empresas Resiqualy e Serraria Agostini pelos fornecimentos da resina epóxi e 
dos resíduos de madeira respectivamente. 
 
6 REFERÊNCIAS 
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Methods for Particle Size (Sieve Analysis) of Plastic Materials, 2001. 
AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. ASTM D 695–02a. Standard 
Test Method for Compressive Properties of Rigid Plastics, 1998. 
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7190. Projeto de Estruturas 
de Madeira. Rio de Janeiro, 1997. 
BALSEIRO, A. M. R. Reforço e Reabilitação de Vigas de Madeira por Pré-reforço com 
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Porto. Porto - Portugal, 2007. 
CALLISTER JR., W. D. Materials Science and Engineering: An Introduction, 50 Ed. Ch. 17, 
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CAMPILHO, R. D. S. G; BENEA M. D.; PINTO, A. M. Reparação de Vigas de Madeira com 
Laminados de Compósitos de Carbono-Epóxido. Encontro Nacional de Materiais e Estruturas 
Compósitas (ENMEC), Porto-Portugal (PT). Anais em CD-ROM, 2010. 
 
2° COEN – UFSJ 
12° CONEMI 
São João del-Rei, Minas Gerais, 02 a 05 de Outubro de 2012 
 
 
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2° COEN – UFSJ 
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Anais do 12° CONEMI – Congresso Nacional de Engenharia Mecânica e Industrial | 10 
YAMAJI F. M.; BOUDELLE, A. A utilização da Serragem na produção de Painéis de 
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