TRABALHO MATECO - compósitos comentícios reforçados com fibras naturais

Prévia do material em texto

Centro Universitário São Camilo – Espírito Santo
Curso: Arquitetura e Urbanismo
Disciplina: Materiais de Construção Civil I
Professor: Eliezér Pedrosa
TRABALHO ACADÊMICO:
COMPÓSITOS CIMENTÍCIOS REFORÇADOS COM FIBRAS VEGETAIS E SUAS APLICAÇÕES
ESGR211651, Gabrielly Furtado
ESGR211251, Karolina Melo
ESGR211195, Nathalia Imperial
ESGR211062, Thais de Albuquerque d’Angelis
Cachoeiro de Itapemirim – ES
Dezembro / 2018
Gabrielly Furtado
Karolina Melo
Nathalia Imperial
Thais de Albuquerque d’Angelis
TRABALHO ACADÊMICO:
COMPÓSITOS CIMENTÍCIOS REFORÇADOS COM FIBRAS VEGETAIS E SUAS APLICAÇÕES
Trabalho apresentado para avaliação do rendimento escolar na disciplina Materiais de Construção Civil I, do Centro Universitário São Camilo Espírito Santo, ministrada pelo Prof. Eliézer Pedrosa.
Cachoeiro de Itapemirim – ES 
Dezembro / 2018
SUMÁRIO
	
	1
	INTRODUÇÃO ..........................................................................................
	4
	
	1.1 Histórico dos materiais fibrosos ...................................................... 
	5
	
	1.2 Tendências atuais .............................................................................
	5
	2
	FIBRAS VEGETAIS ..................................................................................
	5
	
	2.1 Disponibilidade de resíduos .............................................................
	7
	
	2.1.1 Sisal ................................................................................................
	7
	
	2.1.2 Piaçava ...........................................................................................
	8
	
	2.1.3 Coco ................................................................................................
	8
	
	2.1.4 Algodão e polpa de celulose de Eucalipto ..................................
	8
	
	2.1.5 Rami ................................................................................................
	8
	
	2.1.6 Banana.............................................................................................
	8
	
	2.1.7 Malva ...............................................................................................
	9
	3
	ANÁLISE MICROESTRURAL .................................................................
	9
	
	3.1 Zona de transição fibra-matriz ..........................................................
	10
	4
	DESEMPENHO MECANICO ...................................................................
	10
	5
	DURABILIDADE ......................................................................................
	11
	
	5.1 Ataque alcalino às fibras ................................................................... 
	12
	
	5.2 Incompatibilidade física ...................................................................
	12
	
	5.3 Avaliação de durabilidade ...............................................................
	12
	6
	PRODUÇÃO DE COMPONENTES E SISTEMAS CONSTRUTIVO .......
	13
	
	6.1 Pesquisas desenvolvidas pela CEPED ..........................................
	14
	
	6.2.1 Produção ........................................................................................
	14
	
	6.2.2 Protótipo .........................................................................................
	14
	
	6.2.3 Analise de custo ............................................................................
	15
	7
	CONSIDERAÇÕES FINAIS .....................................................................
	15
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
1. INTRODUÇÃO
	A construção civil nasceu sobre a premissa de suprir as necessidades básicas e iminentes do homem sem o receio da técnica empenhada atribuir algum dano ao ser humano. O que distingue o homem dos outros seres vivos que foi primordial na construção cívil, foi a sua habilidade de transformação, sendo essa característica fundamental nas últimas décadas diante do novo conceito que surgiu, a construção sustentável através da responsabilidade social. É inadiável o emprego de novas técnicas que que viabilizem uma edificação ecologicamente correto e eficiente. 
	O termo Desenvolvimento Sustentável é usado pela primeira vez na década de 80, no Relatório Brundtland intitulado “Nosso futuro comum”, e a definição que usou para elucidar esse novo termo foi “aquele que atende às necessidades do presente sem comprometer a possibilidade de as gerações futuras atenderem as suas necessidades”.
	Foi semeada uma nova perspectiva da relação homem/meio ambiente em que o homem precisava respeitar o limite que a natureza impunha sobre a sociedade. Diante dessa nova perspectiva o Relatório Brundtland sugeriu medidas para promover o desenvolvimento sustentável, dentre as que se referem a construção civil podemos ressaltar: uso de novos materiais na construção e reciclagem de materiais reaproveitáveis. 
	Diante desse cenário uma nova técnica emergiu rapidamente, que foi a o uso de materiais de construção civil a base de cimento reforçado com fibras naturais. Essa técnica atualmente tem a produção anual girando em torno de 1,3 bilhões de metros quadrados e 28 milhões de toneladas. Os fatos que justificam esse lépido crescimento são a sua viabilidade econômica, leveza, desempenho mecânico e isolamento termo acústico. 
	Em países com escassez de edificações de todos os gêneros, o emprego desse material na construção civil é o ideal, pois as novas edificações já irão nascer com o novo ideal empregado na construção, a sustentabilidade. 
	As fibras vegetais surgem com a finalidade de reduzir o custo da matéria prima dos compósitos, entretanto surge a necessidade de solucionar o problema do uso desse material em contato com o meio alcalino, que ocasiona em uma baixa durabilidade do mesmo.
 HISTÓRICO DOS MATERIAIS FIBROSOS
	O primeiro relato do emprego de materiais fibrosos data-se da Antiguidade, no Egito antigo, onde os tijolos e adobes eram reforçados com raízes. Entretanto seu emprego em grande escala só ocorreu após o sec. XX, produzido graças ao método Hatschek, através do cimento amianto. Esse método funciona através de drenagem a vácuo de espessas camadas de fibrocimento, que vão sendo sobrepostas e prensadas , até atingir a a espessura entre 4 a 6 mm.
	Após 1960 iniciaram os estudos desses materiais pelos países desenvolvidos no emprego da construção civil. Destacam-se os estudos de Krenchel (1964), e os trabalhos de Majumdar e Ryder (1970), autores das fibras de vidro à base de zircônio, resistentes aos álcalis de cimento.
TENDENCIAS ATUAIS
	Atualmente no mercado nacional o compósito reforçado que encontramos em larga escala é o cimento amianto, entretanto esse compósito apresenta sérios problemas, como alto custo e possíveis contaminação pelas fibras. segundo estudiosos as fibras minerais apresentam grande probabilidade de graves riscos à saúde.
	Diante desses riscos à saúde humana, instituições como a FFP e CSIRO segue com pesquisas de materiais cimentícios reforçados com polpa de celulose após 1980, para aferir os danos que eles causam. As pesquisas atuais a respeito dos materiais fibrosos revelam 3 milhões de toneladas ao ano, com a maior parte da produção concentrada nos EUA, Europa, Ásia, África do Sul e Oceania. 
2. FIBRAS VEGETAIS 
 A utilização de fibras vegetais como reforço de matrizes iniciou em 1970 na Inglaterra. Quem deu início a esse trabalho no Brasil foi o centro de pesquisa e desenvolvimento (CEPED) Camaçari Bahia em 1980. 
 Em 1991, em estudos feitos por a Agopyam, foram utilizados aproximadamente 20 tipos de fibras úteis para construção civil. As fibras mais utilizadas para o estudo eram coco e sisal, por serem de fácil acesso e barato custo. Percebe-se que as fibras rejeitadas pela indústria de amarra, estofados e tecelagem pode ser utilizada para o reforço de materiais de construçãocivil.
 Essas fibras vegetais contêm diversas características, porém as mais importantes que se relacionam com comportamento dos compositores resultantes, são:
	⁃	Dimensões: relação entre o comprimento e diâmetro;
	⁃	Volume de vazios e absorção da água, existe uma proporção direta entre eles;
	⁃	Resistência a tração que se aproxima as fibras de polipropileno;
	⁃	Baixo módulo de elasticidade.
A seguir algumas informações e características a respeito do material foram dispostas em tabelas
2.1 DISPONIBILIDADE DE RESÍDUOS 
2.1.1 SISAL
	É uma planta original do México, no Brasil os principais produtores são os estados da Paraíba e da Bahia. Do sisal, utilizam-se principalmente as fibras (são materiais muito fino e alongados) das folhas que após o beneficiamento, é destinada a indústria cordoarias (cordas, fios, tapetes). Os resíduos mais abundantes acontecem no desfibramento: cada tonelada de fibra verde (antes da secagem, que reduz a sua massa a menos da metade) a ser comercializada dá origem de 3 toneladas de bucha, considerada a fibra de menor comprimento, que se concentra na base da folha do sisal. A produção requer separação do bagaço (mucilagem: substância gelatinosa). Os resíduos que são considerados importante para a construção civil, denominados como refugo, bucha branca e fibras curtas, são resultantes de beneficiamento e da produção de fios e cordas, tratando de fibras de diversos comprimentos, quase isentas de pó, sem tratamento químico e consideradas subprodutos. Os aspectos importantes para ser utilizado o sisal em construções é fácil absorção de água pela fibra, sendo necessários alguns estudos para a aderência fibra-matriz, interferindo na hidratação de aglomerantes e combustibilidade.
Baler Twine é um fio de sisal ou sintético de pequeno diâmetro, utilizado para ligar uma quantidade de material fibroso em forma mais compacta e fácil de empilhar. Origina outro tipo de fibra e que são muito curtas (menos que 1cm de comprimento) ficam impregnadas pela emulsão à base de óleo mineral na proporção de 16% em massa de fibra.
 2.1.2 PIAÇAVA 
	Duas espécies (Attalea funifera e Leopoldinia Piassaba), de palmeira cujo as fibras são usadas na fabricação de vassouras, artesanatos e coberturas de cabanas. É um material considerado sustentabilidade econômica, a fase da limpeza e penteadura manual da fibra, cerca de 30% do refugo (resto), atualmente queimado ao ar livre, pode ser aproveitado, desde seja separado da palha.
2.1.3 COCO 
	A agroindústria brasileira de fibras, tem produção de têxteis superiores a 5,4 mil toneladas, podendo originar fibras de 1cm a 3cm (comprimento ideal para distribuição homogênea em matrizes cimentícias). Características micro estruturais comprovam a superioridade da fibra de coco no que se refere o meios alcalinos.
2.1.4 ALGODÃO E POLPA DE CELULOSE DE EUCALIPTO 
	São fibras resíduos bem curtas (comprimento inferior de 5mm), o que direciona para reforço de pastas. São acessíveis com o preço relativamente baixo no mercado. 
2.1.5 RAMI 
	É uma planta nativa Àsia Oriental, que cresce as alturas de até 1 a 2,5 metros, as folhas têm o formato de um coração Os resíduos de amaciamento são usados como adubos orgânico nas próprias lavouras de produção, sendo o aproveitamento acompanhado de reformulação das praticas de cultivo. A agroindústria do rami carece de utilizações alternativas para seus produtos e subprodutos. Com grande concorrência de fibras naturais importadas e sintéticas. 
2.1.6 BANANA
	O potencial produtivo de fibras de excelente qualidade e a regiões gerados ficam próximas de grandes centros populacionais, Sul e Sudeste. Atualmente a fibra não é extraída do pseudocaule, em escala comercial, o que indica que sua utilização para reforço de componentes construtivos , é viável apenas em médio prazo. 
 
2.1.7 MALVA
	É uma planta herbácea da família Malvaceae, inclui aproximadamente 30 especies, são utilizadas como plantas ornamentais de jardins, enquanto outras são invasivas. A produção brasileira segunda estimativas, varia entre 6mil e 8mil t/ano. Denominação ténica: tipo 4, bucha, cutting e aparas.
3. ANÁLISE MICROESTRURAL
	As fibras vegetais são feixes constituídos por células individuais que, por sua vez, compõe de microfibrilas, sendo ricas em celulose, polímero vegetal. As células são compostas por quatro camadas de mocrofribilas e uma cavidade central, as duas camadas mais externas têm estrutura reticulada. A camada subseqüente apresenta microfribilas orientadas segundo o ângulo 0, com o eixo longitudinal da célula em espiral: é também a camada mais espessa e com maior teor de celulose. As células que compõe as fibras encontram-se aglomeradas pela lamela (membrana/placa) intercelular, composta de hemicelulose, pectina e lignina. A região central da fibra apresenta uma cavidade, chamada lacuna (espaço vazio) que é totalmente responsável pela sua capacidade de absorver água. 
-(FIGURA 47) A bucha de baler twine representa grande alteração superficial da fibra, e vista dos processos mecânicos e do tratamento com óleo mineral. 
-(FIGURA 48) A fibra de coco possui formato cilíndrico e com pontuações superficiais, que auxiliam na ancora (firmeza) da fibra nas matrizes reforçadas, constata-se a existência de estrutura fechada, de modo que as células fiquem protegidas internamente. 
-(FIGURA 49) O rejeito de celulose de eucalipto , apresenta morfologia diferenciada, com fibras semelhantes a fitas fibriladas e bastante alteradas pelos processos químicos e mecânico, associado a produção de polpa; 
3.1 ZONA DE TRANSIÇÃO FIBRA-MATRIZ 
	A microestrutura do compósito fibroso tem como objetivo auxiliar no esclarecimento de como funciona o microscópio, ajudando a direcionar ações para o desempenho no curto e longo prazo. As matrizes frágeis reforçadas com fibras de baixo módulo de elasticidade em que a extração da fibra predomina sobre a ruptura, tendo a aderência da fibra-matriz como principal valor da tenacidade do compósito. A formação de grandes cristais pode induzir a conseqüente perda da capacidade de reforços, o deslocamento das fibras são freqüentes e ocorrem em decorrência de sua variação dimensional ao perder a água absorvida, durante a mistura do compósito, esses deslocamentos , junto com a porosidade excessiva, prejudicando a aderência da fibra matriz. 
4. DESEMPENHO MECÂNICO
Em 1994 foi apresentado o resultado de um experimento feito com cimento portland, tendo reforço em fibras vegetais (coco, malva e sisal), polipropileno e amianto, tendo também variação na proporção água-cimento. 
No ensaio de tração na flexão puderam perceber que a partir do 180 dia de experimento, houve uma queda significativa de energia específica, devido a degradação da fibra vegetal em altas condições de exposição. O experimento com fibra de amianto e malva, são os que absorve menor quantidade de energia, pertinente ao pequeno comprimento de ancoragem das fibras. Em seguida vem as fibras de coco e sisal, porém o experimento com maior absorção de energia é do polipropileno.
Já no ensaio de tração direta a argamassa (ensaio ASTM C 190), a mesma sofreu uma perda com o aumento da relação água-cimento, com isso como o amianto contém melhor aderência a matriz de cimento o seu resultado foi o melhor.
5. DURABILIDADE 
Para construção civil a durabilidade do componente tem um grande peso. Por se tratar de uma habitação com um alto investimento feito por uma pessoa, a mesma deve ter uma longa vida útil, até mesmo em instalações rurais a questão continua, pois, a construção pode fazer parte de uma empresa de agronegócio a qual perpetua uma parcela fixa do investimento (depreciação).
Esses compósitos são definidos a partir de fatores como: ataque alcalino às fibras e incompatibilidade física entre fibras e matrizes, mas também tem os ataques biológicos sofridos (fungos xilófagos) em meios naturais.
5.1 ATAQUE ALCALINO ÀS FIBRAS 
Com o pouco sucesso das argamassas de cimento portland com fibras vegetais e a degradação rápidadas telhas de cimento-sisal, a razão disso era a alta concentração alcalina presente nos mesmos. oriundo da presença de grande quantidade de hidróxido de cálcio e água acumulado nos poros. 
	com isso foi apresentado diversas soluções capazes de resolver o problema, tais como: emprego de matrizes com baixa alcalinidade (gesso e cimentos especiais, como de escória e alto-forno); carbonatação acelerada da matriz; proteção das fibras por polímeros, hidro-repelentes e agentes anti decompositores; impermeabilização das matrizes e guarda dos compósitos em zonas secas.
 Porém, algumas apresentam desvantagens por conter um custo elevado, com isso, os cimentos com fibras vegetais podem ser empregados em peças que necessitam de pouco tempo de resistência a impacto e ductilidade.
5.2 INCOMPATIBILIDADE FÍSICA
Devido a mudanças de teor de umidade à variações no dimensionamento das fibras, com isso as repetições de molha e seca acrescenta tensão fazendo com que a ligação de fibra-matriz seja destruída e reduzindo assim sua ductilidade e vida útil.
5.3 AVALIAÇÃO DE DURABILIDADE 
Com o envelhecimento dos compósitos ocorre a degradação das fibras ao mesmo tempo que ocorre a reação de hidratação das matrizes. A resistência a tração não indica totalmente que está ocorrendo degradação no compósito, principalmente quando “nova”, porque a hidratação da matriz tende aumentar a resistência existente no mesmo, mas também pelas fibras não influenciar esse encargo.
Diante de esforços dinâmicos, as fibras com baixo módulo de elasticidade servem para melhorar o desempenho no período pós-fissurado. Sendo assim, o modo mais preciso de apontar a degradação é na perda de energia sofrida no ensaio de flexão. Isso tudo por não ser tão afetado pelo crescimento da resistência mecânica da matriz e por conter a ligação fibra- matriz (resistência mecânica das fibras),
Já na observação direta a situação é mais delicada, pois as fibras extraídas iniciam a degradação mecânica quando extraídas de seu meio natural, complicando na avaliação de sua resistência à tração. Apesar disso, os poros que são cobertos por produto de hidratação precisam passar por um tratamento de dissolução sem que atinjam as fibras. No ensaio QCT (Quick Condensation Test) que correspondem ensaios de molhagem-secagem, ocorre uma reação química acelerada capaz de minimizar a degradação da relação fibra-matriz (isso em casos de hidratação mais intensa), pois modificam o formato e quantidade de produto de hidratação da matriz.
6. PRODUÇÃO DE COMPONENTES E SISTEMAS CONSTRUTIVO 
	No parâmetro brasileiro a CEPED é a pioneira nos estudos de fibras vegetais para reforço na construção civil. Hoje seu foco é nos estudos das fibras de sisal e de coco, a partir dos resultados foram desenvolvidos elementos da construção habitacional, com telhas, calhas, pias de cozinha. Nessa Instituição foi estudado também uma forma de melhorar o desempenho da durabilidade dos compósitos, por meio da impregnação de resina nas fibras.
	No Brasil alguns institutos se destacaram por estudos nessa área, como o Istituto tecnológico do Estado de Pernambuco (ITEP) que pesquisou matrizes de gesso reforçado com fibras de coco e sisal. Também podemos citar a Escola Politecnica da Universidade de São Paulo, onde foram estudados compósitos de pastas de cimento e gesso reforçados com jornal em desintegração e também pasta de gesso reforçada com sisal e argamassa de cimento reforçado com fibras de coco. Compósitos cimentícios reforçados com fibras de madeira, bambu, e bagaço de cana-de-açucar foram estudados pela Unicamp.
 6.1 PESQUISAS DESENVOLVIDAS PELA CEPED 
	O CEPED vem desenvolvendo pesquisas desde 1980 com o Programa de Tecnologia de Habitação de âmbito internacional. As pesquisas tratam matrizes de argamassa de cimento e areia, com o adicional manual de sisal, piaçava e fibras de coco.
	O maior sucesso desse programa foi a telha tipo canal, cuja matriz trata-se de argamassa de cimento e areia, com fibras de coco em pedaços, sendo o volume das fibras de 2%. Ao passar do tempo problemas foram detectados na telha, e foram decorrentes da distribuição das fibras entre camadas de argamassa. Para resolução desse problema, e diminuir os risco, a CEPED passou a recomendar a adição de fibras na própria argamassa, antes de moldar as telhas.
6.2.1 PRODUÇÃO
O IPT, desenvolveu um compósito de argamassa de cimento de escória de alto forno adicionada com fibras de coco, foi desenvolvido com a intenção de ser produzido em canteiros de obras, ou em qualquer indústria, de qualquer porte. 
Para a produção foi usado o traço: 0.88; 0.02; 0.10 (escória; cal hidratada; gipsita), sendo a proporção da argamassa 1:1.5 (aglomerante; areia).
Sendo esse compósito misturado em betoneira comum, colocadas na seguinte ordem: areia, escoria, cal + gipsita e agua . As fibras foram adicionadas lentamente depois que a formula fica homogêneas. O compósito é colocado ainda fresco sobre os moldes de forma manual, e compactados com vibradores.
6.2.2 PROTÓTIPO 
	Para avaliar o desempenho do material produzido, foi construído em 1989 pela COHAB e IPT, um protótipo na cidade de São Paulo, no conjunto habitacional de Vila Nova Cachoeirinha. Depois o material foi utilizado em diversas construções públicas, como centro comunitário e escolas.
	Esse tipo de construção segue o padrão de construções tradicionais com sapatas corridas e paredes montadas sobre escoras de madeira. As juntas sofreram grauteamento, ou seja, receberam uma camada de argamassa com um aditivo, sendo 1:3. O telhado foi confeccionado com telhas de amianto apoiados em treliças de madeira. O forro foi desenvolvido em gesso reforçado com papel imprensa desintegrado. Os oitões foram confeccionados com o cimento Portland reforçado com papel desintegrado. Para finalizar o protótipo, ele foi recebeu apenas uma pintura látex PVA.
6.2.3 ANALISE DE CUSTO 
	 Essa análise foi realizada baseando-se na hipótese de uma pequena empresa, com a produção de um embrião da casa por dia com sete funcionários . diante desse contexto o investimento para compra de equipamentos foi de U$84 mil, sendo que em um ano de funcionamento a despesa é de U$ 86 mil , com todos os custos agregados, o m2 da parede custou cerca de U$6,00 , sendo um valor inferior aos de outros tipos de materiais, inclusive a alvenaria convencional.
	Constata-se que a instalação desse tipo de material demanda menor custo de instalação, por precisar de menos mão de obra. Outra forma de reduzir esse montante mais ainda, é a produção no próprio canteiro de obra, o que diminuiria 12% do valor total. 
7. CONSIDERAÇÕES FINAIS
	Pelo nosso clima ser tropical, isso gera uma gama de fibras vegetais para se empregada nos compósitos em larga escala. 
	Diante dos resultados obtidos, conclui-se que os compósitos cimentícios com fibras vegetais são praticáveis graças ao clima do país, que nos permite abundancia dos materiais em determinadas regiões, que nos reduz custos e mão de obra comparados aos matérias similares e convencionais.