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ASSOCIAÇÃO DE ENSINO E CULTURA PIO DÉCIMO FACULDADE PIO DÉCIMO ENGENHARIA CIVIL JOAN DE CARVALHO LUZ ANÁLISE DA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO DE COMPÓSITO CIMENTÍCIO REFORÇADO COM FIBRAS DO MESOCARPO DO DENDÊ Aracaju – SE / Brasil 2013 JOAN DE CARVALHO LUZ ANÁLISE DA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO DE COMPÓSITO CIMENTÍCIO REFORÇADO COM FIBRAS DO MESOCARPO DO DENDÊ Trabalho de Conclusão de curso apresentado como requisito parcial para obtenção do grau de Engenheiro Civil pela Faculdade Pio Décimo. Orientador: M.Sc. Daniel Felix Dias dos Santos Aracaju – SE / Brasil 2013 Ficha elaborada na Biblioteca Central L979a Luz, Joan de Carvalho Análise da resistência à compressão de compósito cimentício reforçado com fibras do mesocarpo do dendê/ Joan de Carvalho Luz ; orientação [de] M.Sc. Daniel Felix Dias dos Santos. – Aracaju, 2013. 50f. : il. Inclui bibliografias Monografia apresentada como requisito para obtenção do grau de Bacharel em Engenharia Civil Faculdade Pio Décimo. 1. Engenharia civil. 2. Argamassa reforçada 3. Fibra de dendê I- Santos, Daniel Felix Dias dos (orient.) II- Título. CDU: 624(043.2) Dedico este trabalho a meus avôs Jonas (i. m.) e José Claudio (i. m.) que me ensinaram o valor do estudo, sábios conselhos! Agradecimentos À Deus grande inventor, criador de todas as coisas. Razão do meu existir e amigo fiel em todos os momentos, a Ti todo louvor, honra e glória para sempre; À Faculdade Pio Décimo, em especial à Coordenação de Engenharia Civil pela oportunidade de realização deste trabalho e estudos no decorrer deste curso; Ao Prof. Msc. Daniel Félix, pela orientação e apoio ao longo de todo o trabalho, inclusive pelos ensinamentos na área prática, acadêmica e de pesquisa; Ao Prof. Msc. Rogério Santos, meu amigo, pela orientação, apoio e cuidado dedicados ao meu trabalho; A todos os professores que de algum modo me ensinaram ou me auxiliaram durante os anos de trabalho; Em especial aos meus queridos Pais, Jonilson Luz e Tania Luz, pela benção, carinho e compreensão, também a Mônica Dórea cujo apoio sempre me motivou a alcançar mais este objetivo. Aos amigos Thiago Henrique (Codorna), Filipe Moura, André Francisco (Gordinho), pela ajuda, atenção e colaboração durante diversas partes deste trabalho; A todos funcionários do LATEC que sem exceção colaboraram para que este trabalho se tornasse um aprendizado ainda maior, especialmente Viviane e ‘Formiga’ que sempre estavam dispostos a abrir o Laboratório às tardes e noites; “Na natureza nada se cria, nada se perde tudo se transforma.” Antoine Lavoisier Resumo A busca de novos materiais oriundos de matrizes renováveis e sustentáveis tem se tornado um objetivo da ciência, nesse contexto a engenharia vem buscando substituir alguns de seus materiais que impactam o meio ambiente. Neste aspectos direcionam-se esforços a fim de encontrar materiais que substituam as fibras amianto na composição de materiais fibrocimento devido aos inúmeros problemas de saúde ocasionados por esta fibra, tanto na fabricação quanto em sua aplicação. Como alternativa ecológica, renovável, sustentável e de baixo custo aparecem as fibras vegetais advindas de processos agroindustriais, resíduos este que por diversas vezes é descartado por seus geradores. Neste trabalho analisou-se a influência da fibra de dendê na resistência a compressão (propriedade mecânica primordial em compósitos cimentícios, de uma argamassa de cimento Portland) visando encontrar alterações tanto na sua resistência quanto no seu comportamento quanto às deformações e ruptura. Percebeu-se ao fim do trabalho que a inserção da fibra de dendê, assim como as demais fibras vegetais, acarretam ao compósito uma redução considerável em sua resistência a compressão se comparado com a matriz sem adição. No caso da fibra de dendê esta redução foi de 46,5% em relação a resistência da argamassa, além de redução no módulo de elasticidade. Como resultado também notou-se que adição desta fibra conferiu uma maior ductilidade ao compósito, fazendo com que o compósito resistisse mesmo após o início das fissuras e aumento de carga aplicada. Palavras-chave: Fibra de dendê, Argamassa reforçada, materiais compósitos, Resistência a compressão Abstract The search for new materials generated from renewable and sustainable sources has become a goal of science, in this context, engineering has been seeking replace traditional materials by others environmentally friendly and do not cause harm to health. One of these situations is to search materials to use in place of asbestos. Because their manufacturing process and application is very dangerous for health and environment. An ecological, sustainable, renewable and cheap alternative is the use of vegetable fibers derived from agro-industrial processes often lost as waste. In this work of course conclusion is analyzed the influence of dendê fiber on compressive strength (primary mechanical property in cementitious composites) in a Portland cement mortar in order to find changes in its strength and in their behavior as the deformation and rupture. It was noticed at the end of the work that the inclusion of dendê fiber, as well as other vegetable fibers, bring a considerable reduction in its compressive strength when compared to the array without addition. In the case of oil dendê fiber, this reduction was 46.5% relative to mortar strength, and reduced Young’s modulus. As a result also noted that the addition of this fiber gave a higher ductility to the composite, causing the composite to resist even after the initiation of cracks and increase of applied load. Key words: dendê fiber, reinforced mortar,composite materials, compressive strength LISTA DE ILUSTRAÇÕES Figura 1 – Constituição estrutural de uma fibra vegetal ............................................ 20 Figura 2 - Seção Transversal do fruto do coco.......................................................... 22 Figura 3 - Lavoura de sisal ........................................................................................ 24 Figura 4 - Frutos em cacho ....................................................................................... 28 Figura 5 - Estrutura do fruto do Elaeis Guineensis ....................................................28 Figura 6 - Modelo esquemático de modificação de fibras ......................................... 31 Figura 7 - Seção transversal das fibras de sisal mostrando detalhes das fibrocelulas .................................................................................................................................. 32 Figura 8 - Processo de molhagem e secagem das fibras de dendê .......................... 35 Figura 9 - Pesagem dos materiais e mistura em argamassadeira. ........................... 37 Figura 10 - Adensamento manual utilizando soquete e cura em tanque com água. . 37 Figura 11 - Prensa utilizada no ensaio de compressão ............................................. 38 Figura 12 - Medidas das deformações utilizando paquímetro ................................... 39 Figura 13 - Esquema para cálculo do módulo de elasticidade .................................. 40 Figura 14 – Comparativo entre as rupturas dos corpos de prova.............................. 44 Figura 15 - Fibras de dendê atuando na fissuração do corpo de prova .................... 45 LISTA DE TABELAS Tabela 1 – Propriedades mecânicas e características de fibras vegetais e fibras convencionais de reforçamento. ............................................................................... 20 Tabela 2 - Propriedades físicas e mecânicas da fibra de coco ................................. 23 Tabela 3 - Propriedades físicas e mecânicas da fibra de Sisal: ................................ 26 Tabela 4 - Caracterização Lignocelulósica da fibra bruta da prensagem do mesocarpo do dendê ................................................................................................................... 30 Tabela 5 - Resultados de ensaio para tração direta em fibras de sisal ..................... 32 Tabela 6 - Resultados dos ensaios à compressão dos corpos de prova de referência .................................................................................................................................. 41 Tabela 7 – Resultados dos ensaios à compressão dos corpos de prova reforçado com fibra de dendê ........................................................................................................... 41 LISTA DE GRÁFICOS Gráfico 1 - Comparativo entre valores médios de resistência à compressão ............ 42 Gráfico 2 - Diagrama Tensão x Deformação na compressão da argamassa de referência e reforçada com fibra de dendê ................................................................ 43 SUMÁRIO 1 - INTRODUÇÃO: ................................................................................................ 13 2 – REFERENCIAL TEÓRICO: ............................................................................. 15 2.1– HISTÓRICO: ........................................................................................... 15 2.2 – CAUSA DA UTILIZAÇÃO DAS FIBRAS VEGETAIS EM MATRIZES CIMENTÍCIAS: .......................................................................................................... 16 2.3 – FIBRAS VEGETAIS UTILIZADAS COMO REFORÇO EM COMPÓSITOS CIMENTÍCIOS: ................................................................................................... 19 2.3.1 – Definição e características: ................................................................. 19 2.3.2 – Fibra de Coco: ....................................................................................... 21 2.3.3 – Fibras de Sisal: ..................................................................................... 24 2.3.4 – Fibras de Dendê: ................................................................................... 27 2.3.5 – Tratamentos da superfície de fibras: .................................................. 30 2.4 – RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO EM COMPÓSITOS REFORÇADOS COM FIBRAS VEGETAIS: ............................................................................................. 33 3 – METODOLOGIA: ............................................................................................. 34 4 – RESULTADOS E DISCUSSÕES: ................................................................... 41 5 – CONCLUSÕES: ............................................................................................... 45 5.1 – SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS:....................................... 46 6 - REFERÊNCIAS ................................................................................................ 48 13 1 - INTRODUÇÃO: A necessidade de evoluir os processos construtivos tem aberto espaço para o desenvolvimento de novos materiais na construção civil. Dentre estes em desenvolvimento pode-se dar destaque aos materiais compósitos que por união de dois ou mais materiais obtêm-se propriedades que os mesmos materiais de forma individual não atingiriam. Matrizes oriundas do cimento Portland são largamente utilizadas na engenharia, por sua alta trabalhabilidade, e propriedades mecânicas satisfatórias, porém, sabe-se que essas matrizes possuem características frágeis, então, faz-se necessário utilização de outros materiais a este compósito como aliado para alterarmos os efeitos da fragilidade da matriz. Pode-se citar as fibras, materiais com propriedades mecânicas de bastante relevância como a alta resistência e rigidez, além de grande esbeltez e pequenas seções como características geométricas de relevância, por este motivo são ideais para adição nas matrizes cimentícias. O aumento da tenacidade é influenciado pela concentração de fibras e pela resistência das fibras ao arrancamento que por sua vez são governadas pela relação do aspecto (comprimento/diâmetro) da fibra e por outros fatores como forma ou a textura superficial. (METHA e MONTEIRO, 1994) As atividades da agroindústria geram grande quantidade de resíduos que estão sendo inseridos na indústria de materiais de construção intensamente, devido aos seguintes fatores: baixo custo (se comparado a adições já utilizadas), aspectos de preservação ambiental e ao desuso das fibras de asbesto/amianto na fabricação de fibrocimento gerando um amplo interesse por pesquisas na área, atualmente. A fibra de Elaeis guineensis ou dendê, oriunda do processo de prensagem do mesocarpo do dendê, sub-processo da cadeia produtiva da indústria dendezeira, aparece então como mais uma solução alternativa. A influência da adição das fibras vegetais na resistência a compressão das argamassas pode ser considerada uma incerteza, pois resultados de trabalhos nesta área mostram uma variação que motivam pesquisas em busca de descobertas conclusivas sobre este efeito, pesquisadores como PICANÇO e GHAVAMI, 2008 e TOLEDO FILHO et al, 1997 apontam em suas conclusões como causa possível dessas variações a forma e diâmetros destas fibras vegetais. 14 O objeto geral deste trabalho é analisar propriedades mecânicas através de ensaio de compressão, como por exemplo: resistência à compressão da argamassa de cimento Portland reforçada com fibra de Dendê (Elaeis guineensis) visando encontrar alterações nas propriedades mecânicas determinadas por este ensaio. Os objetivos específicos do trabalho foram propostos da seguinte forma: Desenvolver compósitos fibrosos compostos por argamassa e fibra de dendê; Caracterizar mecanicamente as argamassas cimentíciasreforçadas com fibra de dendê utilizando o ensaios de resistência à compressão trançando um comparativo entre os corpos de prova sem adição; 15 2 – REFERENCIAL TEÓRICO: 2.1– HISTÓRICO: Desde o início da civilização, fibras naturais foram utilizadas como reforço em matrizes, como relatado na bíblia no livro de êxodo capítulo 5 no versículo 7 onde os egípcios já utilizavam a palha, fibra vegetal, na confecção de seus tijolos. A utilização das fibras inorgânicas também para reforço vem desde os primórdios da evolução social, pesquisadores relatam algo em torno de 2500 a.C, quando os antepassados utilizaram uma fibra de origem mineral chamada amianto. (METHA e MONTEIRO, 1994) A partir das décadas de 50 e 60 passou-se a utilizar fibras como reforço de matrizes cimentícias frágeis, de modo mais sistemático, utilizando-se inicialmente fibras de aço. Os resultados iniciais mostraram resultados satisfatórios em relação ao comportamento do material após primeira fissura e aumento da tenacidade pós fissuração, porém nota-se também neste período a necessidade de se preocupar com a trabalhabilidade do material que com a adição das fibras ficou reduzida. (METHA e MONTEIRO, 1994) Porém antes de mesmo de ser utilizado como adições em matrizes cimentícias, a indústria automobilística já se utilizava do artificio de adicionar fibras a outras matrizes, como foi no caso da criação de compósitos de látex de borracha a fibras de coco nos estofados dos automóveis. Mas na década de 60 este compósito começou a ser substituído pelas espumas de poliuretano, basicamente por maior produtividade e menor custo, sem que fosse avaliado os aspectos ambientais e sociais, sabendo-se que as fibras vegetais produziam pelo menos quatro vezes mais mão de obra do que se feito em espuma, além de apresentar maior perspirabilidade (capacidade de absorver a umidade da transpiração humana) e a não toxidez da fibra, pois em combustão a espuma de poliuretano libera o gás cianídrico altamente tóxico. (MATTOSO, PEREIRA, et al., 1996) Na década de 70 o amianto, até então principal material utilizado na fabricação de placas finas para coberturas e vedações, tubos e artefatos, elemento dominante por seu preço acessível e excelentes propriedades, foi considerado como um produto prejudicial à saúde humana devido à asbestose e por conta disto, iniciaram-se intensas pesquisas pela procura de fibras que a substituíssem com propriedades 16 mecânicas e físicas semelhantes. Foram testados compósitos se utilizando de fibras sintéticas que costumam ter bons desempenhos, porém o custo torna-as pouco viáveis quando o que prevalece é o critério econômico, como o caso de habitações populares. Observando o histórico avançou-se as averiguações na inserção de fibras vegetais em compósitos cimentícios apesar de suas limitações no que tange ao desempenho estrutural. (SALES, 2006) Na década de 80 as pesquisas com inserção de fibras vegetais em matrizes à base de cimento Portland se iniciaram no Brasil, através do Centro de Pesquisa e Desenvolvimento na Bahia (CEPED) com a utilização de fibras como sisal, coco e juta, onde foram confeccionadas pias e telhas à base de cimento. No entanto, as fibras vegetais apresentaram problema de durabilidade devido a alcalinidade dos produtos da hidratação da matriz e fragilização por mineralização das mesmas devido a penetração da matriz em seus vazios. (SALES, 2006) 2.2 – CAUSA DA UTILIZAÇÃO DAS FIBRAS VEGETAIS EM MATRIZES CIMENTÍCIAS: O Cimento Portland como matriz em compósito é um material adequado provido de resistência à compressão e rigidez, no entanto, suas propriedades frágeis contribuem para uma ruptura frágil, baixa resistência à tração e pequena capacidade de deformação; fato este, que contribui para o desenvolvimento de novos métodos com finalidade de se reduzir estes resultados. Uma maneira de conferir maior resistência à tração e ao impacto, maior capacidade de absorção de energia e possibilidade de uso no estágio pós fissurado é a adição de fibras curtas à mistura. (SILVA, 2010) Nos últimos anos tem se observado um grande interesse no desenvolvimento e na utilização de materiais compósitos, com matrizes à base de cimento, reforçados com fibras vegetais. Essas fibras quando utilizadas como reforço em concreto consistem, na maioria dos casos, em fibras curtas dispersas aleatoriamente nas matrizes cimentícias auxiliando na pós fissuração dos materiais cimentícios. (MELO FILHO, 2012). A utilização destas fibras reduzem as propriedades frágeis da matriz, devido à alta resistência à tração e à flexão e baixo módulo de elasticidade, que propiciam o trabalho no pós pico do compósito cimentício. 17 Para Agopyan; Savastano Jr.1 citado por Silva, 2002, fibras vegetais são fibras de baixo módulo de elasticidade e alta resistência a tração. Proporcionando, quando empregadas como reforço em matrizes cimentícias, uma maior resistência ao impacto, gerada pela absorção de energia, possibilidade de trabalho nos estágio pós fissurado e aumento na capacidade de isolamento termo acústico Segundo (SALES, 2006) ainda é um desafio melhorar a durabilidade dos compósitos com fibras vegetais, haja vista que as substâncias presentes nas fibras, tais como os carboidratos lignina e a hemicelulose, interferem na pega do cimento. Somado a isso existem os ataques alcalinos as fibras, advindos dos produtos da hidratação do cimento e a fragilização por mineralização da fibra, resultado da migração destes produtos para os vazios presentes na mesma, vazios estes que proporcionam uma alta absorção de água, prejudicando a aderência fibra/matriz pois ao absorver água quando inseridas na mistura, estas se expandem e se retraem na secagem gerando o descolamento na interface. São propostos inúmeros métodos para atenuar-se os efeitos supra citados e alguns destes serão descritos detalhadamente no item 2.3.5. A maioria das culturas estudadas e utilizadas como reforço de matrizes frágeis, se adequam facilmente a terrenos pobres, portanto, são ideais para o incentivo da economia do sertão brasileiro assolado pela seca. Como ressalta SALES, 2006, os países tropicais possuem diversas culturas agrícolas fornecedoras de fibra. Para regiões que se encontra em estágio de subdesenvolvimento, um maior incremento do uso dessas fibras seria bastante proveitoso. A utilização destas fibras estimularia de forma significativa a economia das localidades criando novos campos de comercialização desses produtos. O crescimento em pesquisas voltadas a utilização de materiais alternativos, dentre eles as fibras vegetais, tem se intensificado com a necessidade de substituir o cimento amianto em materiais de construção civil. Impulsionado por descobertas que as fibras de amianto, ocasionam doenças em pessoas que estejam expostas a altas concentrações da poeira fibrosa que emana durante sua extração, produção e manuseio dos produtos acabados, embora tenham extraordinárias propriedades. 1 AGOPYAN, V.; SAVASTANO Jr., H. Uso de materiais alternativos a base de fibras vegetais na construção civil: experiência brasileira. In: Seminário Iberoamericano de materiales fibrorreforzados, 1., y reunión proyecto PIP VIII.5 Cyted, 3., Cali. Universidade del Valle, Cali, 1997. 18 Estudos realizados mostram que amiantos podem causar asbestose, câncer de pulmão e mesotelioma, podendo haver um período de latência de 10 a 40 anos dessas doenças. (SALES, 2006) Além da necessidade de substituição do amiantoa utilização de fibras vegetais vem com o aspecto de preservação ambiental, haja vista que com o crescimento acelerado da utilização de materiais o extrativismo tem se intensificado causando uma devastação desenfreada dos recursos naturais, sabendo-se que a grande parte das fibras vegetais utilizadas nos mais diversos trabalhos são objetos de descarte de suas respectivas agroindústria, que na maioria dos casos não destinarão estes resíduos de forma correta na natureza. (SAVASTANO JR., 2000) Para Valle 19952 citado por Jr., Savastano, 2000, um material não é considerado como resíduo pela valorização do mesmo enquanto matéria prima, para obtenção de novos produtos. Sendo assim, o resíduo passa a ser tratado como subproduto de um processo produtivo. John, 19973 citado por Jr., Savastano, 2000, complementa a ideia anterior ressaltando que em países tropicais, os resíduos gerados pela agroindústria da fibra vegetal podem ser importante fonte de matéria- prima para a produção de componentes construtivos, dependendo das quantidades disponíveis e da disposição geográfica, haja vista os custos de coleta e transporte. Adições de outros tipos de fibras, como o aço, em compósitos cimentícios são mais aceitas devido a facilidade de adequação do material a diversos tipos de problemas que se apresentam, por se tratarem de produtos industrializados, padronizando-se assim, forma, tamanho, diâmetro, contribuindo significativamente para o aumento de interação fibra-matriz que fundamenta a inserção das fibras a matrizes frágeis. (METHA e MONTEIRO, 1994) A dificuldade de se obter produtos padronizados nas fibras vegetais, assim como a dificuldade de se conseguir uma interação fibra-matriz e comprovações sobre a melhoria deste intercâmbio com os ensaios utilizados, tem impedido que a utilização das fibras vegetais seja em escala industrial, e por isso a necessidade de novas pesquisas, a fim de preencher as lacunas ainda existentes. 2 VALLE, C. E. Qualidade ambiental: o desafio de ser competitive protegendo o meio ambiente. São Paulo, Pioneira, 1995. 117 p. 3 JOHN, V. M.,Pesquisa e desenvolvimento de Mercado para resíduos. In: Workshop Reciclagem e Reutilização de resíduos como Materiais de Construção Civil, São Paulo, 1996. Anais. São Paulo, EP-USP/Antac. p. 21-30 19 2.3 – FIBRAS VEGETAIS UTILIZADAS COMO REFORÇO EM COMPÓSITOS CIMENTÍCIOS: 2.3.1 – Definição e características: Para Mano4 citado por BERNARDI, 2003, fibra é um termo que designa um corpo flexível, cilíndrico, pequeno, com seção transversal reduzida elevada relação de aspecto (comprimento/diâmetro). Complementando o raciocínio, Santos5 citado por (BERNARDI, 2003) afirma que para ser considerada uma fibra, o material necessita ser pelo menos 100 vezes maior que seu diâmetro médio. Segundo Silva, 2003, os componentes químicos relevantes à fibra são substâncias que possuem características polares, tais como, celulose e hemicelulose (ou polioses) e a lignina, com menores percentuais de pectina, cera e substâncias solúveis em água. Ainda, na opinião do autor, essa composição pode variar de acordo com a região cultivada, tipo de solo e o clima. A fibra vegetal é um material compósito complexo, constituída de várias fibras elementares, que são fortemente ligadas por uma lamela intermediária, composta principalmente por um composto orgânico complexo, a lignina, uma substância de cementação que exerce função de matriz natural. (SAVASTANO JR, et al., 2002 e SILVA, 2003) A constituição estrutural da fibra pode ser visto na figura 1. 4 MANO, E. B. e MENDES, L. C. Introdução a Poímeros. São Paulo: Edgar Blucher, 2 Ed., 1999. 5 SANTOS, L. A. desenvolvimento de cimento de fosfato de cálcio reforçado por fibras para uso na área medico-odontologica. 2002. 247f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) – Faculdade de Engenharia Mecânica. Universidade Estadual de Campinas – Campinas. 20 Figura 1 – Constituição estrutural de uma fibra vegetal Fonte: adaptado de Silva 2003 Observa-se também como comparativo a tabela 1, onde se pode avaliar os valores de propriedades mecânicas das diversas fibras, vegetais ou não, utilizadas como reforço de compósitos. Podendo assim notar que apesar serem usuais adições em matrizes cimentícias as fibras possuem características inferiores às fibras de carbono e vidro. Tabela 1 – Propriedades mecânicas e características de fibras vegetais e fibras convencionais de reforçamento. Fonte: adaptado de SILVA, 2003. 21 Fibras vegetais em sua generalidade possuem comportamento tensão deformação com duas regiões distintas deformação elástica (região linear) e deformação plástica com ruptura frágil. Como visto acima na literatura a um variedade de valores para as diversas propriedades mecânicas das fibras, nos quais apresentam enorme variação de módulos de elasticidade, resistência, deformações específicas a ruptura e todas com grandes desvios padrões. O desafio torna-se ainda mais complexo quando na definição do diâmetro das fibras ensaiadas pois estas possuem seções transversais não uniformes, podendo na mesma existir diâmetros variados, além de poder apresentar seções não circulares e defeitos. As rupturas sempre acontecem nas regiões de mais fraqueza e assim trona-se difícil prever o ponto de fratura (SYMINGTON6 et al. 2009 citado por THOMAS 2011) Estas complexidades para obter-se a área da seção transversal das fibras criam obstáculos para a determinação de valores conclusivos para resistência e módulo de elasticidade. (THOMAS, 2011) Em contrapartida as adversidades de determinação das áreas de seção transversal, a resistência especifica atrai os pesquisadores para sua utilização. A resistência especifica é uma relação atribuída pela alta resistência mecânica das fibras vegetais em relação ao seu peso específico. Esta relação é um importante aliado nas indústrias de aeronave, naval e automobilística onde o peso dos materiais é fator determinante na sua especificação. (THOMAS, 2011) 2.3.2 – Fibra de Coco: Cultivado em grande parte dos países tropicais, na maioria dos casos no litoral, o coqueiro, cresce até em areias salgadas de praias onde nenhuma outra cultura torna-se viável. Na atualidade os maiores produtores de coco são as Filipinas, Indonésia e a Índia, já no Brasil a área cultivada chega a ocupar cerca de 300.000 hectares sendo os principais estados produtores, Alagoas, Bahia e Sergipe. É uma cultura facilmente lavrado, por um longo período, seu fruto é constituído por casca lisa, exocarpo, pelo mesocarpo, parte espessa intermediaria e o endocarpo, casca duríssima e lenhosa, como se pode notar na representação da figura 2. (SILVA, 2003) 6 SYMINGTON, M.; BANKS, W.; WEST, O.; PETHRICK, R.; Tensile testing of celulose Based Natural fibers for Strucutural Composite Applications. Journal of composite materials; 43; 1083-1108, 2009. 22 Figura 2 - Seção Transversal do fruto do coco Fonte: adaptado de Silva, 2003 O mesocarpo fornece as fibras que, no fruto maduro, apresentam-se lenhosas e duras e, nos frutos verdosos, são moles, com alto teor de umidade e fornecem a melhor fibra celulósica. Como a colheita é feita, em maior escala, quando os cocos estão maduros, há uma maior disponibilidade de fibras grosseiras (CEPED 1982). O processo de desfibração do mesocarpo para a obtenção da fibra pode ser feita através da maceração em água ou por processos mecânicos e os comprimentosobtidos variam entre 10 e 200 mm, os comprimentos adequados para adições em matrizes cimentícias variam em torno de 10 a 50 mm. (SILVA, 2003) A utilização desta fibra é bastante diversificada, sendo utilizada na fabricação de papel, tapetes, escovas, cordas e como fertilizantes. (CEPED 1982). A tabela a seguir contém alguns valores de propriedades físicas e mecânicas da fibra. 23 Tabela 2 - Propriedades físicas e mecânicas da fibra de coco Fonte: adaptado de SALES, 2006 Como se pode notar há uma grande variação no intervalo de valores das propriedades nos trabalhos citados, denotando variação dos resultados experimentais. Os dados experimentais apontam para as limitações do uso da fibra do coco como reforço em compósitos, devido ao seu baixo módulo de elasticidade e alta absorção de água, sendo muito sensível à variação de umidade, outros dados que comprometem a utilização da fibra em matrizes cimentícias é devido as suas características sensíveis a alcalinidade (SALES, 2006). Segundo estudo de Toledo Filho, et al, 2000, com ensaios de imersão da fibra em soluções de hidróxido de cálcio por 300 dias, concluiu-se que as fibras perderam totalmente flexibilidade. Quando imersas em água perderam resistência, restando após 420 dias 77,2% da sua resistência original, possivelmente por ação microbiológica. 24 2.3.3 – Fibras de Sisal: As primeiras plantações de sisal, ver figura 2, classificado como Agave Sisalana Perrine, foram desenvolvidas pelos Maias, no México, estes povos confeccionavam com as fibras, extraídas destas plantas, diversos artigos domésticos, além de utilizá-las na fabricação de sabão com suas raízes e na produção de alimentos e sucos. Seu nome provém do antigo Porto de Sisal de onde foram feitas as primeiras exportações. (SILVA, 2003 e MAGALHÃES, 2009) Figura 3 - Lavoura de sisal Fonte: Fonte: htp://www.ateffaba.org.br, acessado em 09/10/2013. O cultivo do sisal, uma das fibras mais utilizadas no mundo, é de extrema importância socioeconômica para o Brasil, por ser uma cultura economicamente viável para a região do semiárido nordestino com cerca de um milhão de pessoas dependem dela para sua subsistência, trazendo assim a necessidade de utilização dos subprodutos desta cultura. (Mattoso et al. citado por Silva, 2003) No Brasil, segundo dados do CEPED,1982, o maior produtor de sisal é o estado da Bahia e sua produção é realizada por pequenos e médios produtores. Para a obtenção das fibras do sisal é preciso que suas folhas sejam golpeadas e lavadas repetidas vezes para a retirada da polpa e mucilagens ou através de raspadeiras ou desfibradeiras, em seguida as fibras são centrifugadas para a retirada 25 de excesso de água ou colocadas para secar ao sol, que possui ação branqueadora (Medina7 citado por MAGALHÃES, 2009). As fibras de sisal para (MAGALHÃES, 2009), classificam-se no grupo de fibras chamadas “estruturais” por conferir uma função de sustentação e rigidez as suas folhas. Para Mattoso et al8 citado por Silva, 2003 cada folha possui em média 4% em peso de fibras. Os outros 96% podem ser subdivididos em 81% líquido (suco) e 15% resíduos de desfibragem que podem ser utilizados como adubo orgânico e ração animal. (Mattoso et al. citado por Silva, 2003) A fibra de sisal está entre as mais investigadas como reforço em compósitos cimentícios, devido à sua grande resistência mecânica, com custo baixo por seu plantio se adaptar em vários ambientes tropicais onde outras culturas dificilmente subsistiriam e devido ao incentivo ao desenvolvimento sócio econômico das regiões onde os mesmos são cultivados, como citado nos parágrafos anteriores. LI, et al9 citado por MELO FILHO, 2012, faz comparação de preço da fibra de sisal com algumas outaras fibras não vegetais usuais em compósitos, constatando que a fibra citada possui valor comercial muito mais baixo equivalendo a 1/9 do valor da fibra de vidro e 1/500 do da fibra de carbono, podendo assim notar a potencialidade da utilização desta fibra na adição em compósitos. As fibras que são extraídas das folhas tem dimensões entre 6 e 10 cm de largura e entre 50 e 250 cm de comprimento, na verdade para LI, et al² citado por (SALES, 2006), cada fibra é na verdade um feixe de microfibras ocas, seus comprimentos estão entre 1,0 e 1,5m de diâmetro e diâmetro em torno de 0,1 e 0,3 mm complementa BISANDA e ANSELL10 citado por (SALES, 2006). As fibras vegetais possuem uma estrutura porosa e por isso essas fibras apresentam grandes valores de absorção de água, conseguintemente inchamento quando umedecidas e retração e quando submetidas a processos de secagem, esse 7 MEDINA, J. C. O Sisal. Secretaria da educação do Estado de São Paulo, São Paulo 1954. 8 MATTOSO, L.H.C.; FERREIRA, F.C.; CURVELO, A.A.S. (1997). Sisal Fiber: morphology and applications In polymer composites. In: INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON LIGNOCELLULOSICS-PLASTICS COMPOSITES, 1996, São Paulo Lignocellulosic – Plastics composites. São Paulo: USP; UNESP. P. 241-266. 9 LI, V. C. et al., “Interface Tailoring for Strain-Hardening Polyvinyl Alcohol-Engineered Cementitious Composite (PVA-ECC)” ACI Materials Journal, V. 99, No. 5, September-October 2000. 10 BISSANDA, E. T. N., ANSELL, M. P. The effect of silane treatment on the mechanical and physical properties of sisal-epoxy composites. Composites Science and Technology, 41, pp. 165-178, 1991. 26 comportamento reduz a interação fibra/matriz. (TOLÊDO FILHO, 199711 citado por MELO FILHO, 2012) Na tabela 3 observam-se comparativos das propriedades físicas e mecânicas da fibra de sisal. Tabela 3 - Propriedades físicas e mecânicas da fibra de Sisal: Fonte: adaptado de SALES, 2006 Nota-se que apesar de grandes diferenças nos valores de absorção de água das fibras de Sisal na literatura, a mesma possui valores ainda maiores se comparados à absorção das fibras de coco. Em algumas pesquisas observa-se uma aumento no diâmetro da fibra após imersão em água durante oito dias de cerca de 11 TOLÊDO FILHO, R. D. "Materiais Compósitos Reforçados com Fibras Naturais: Caracterização Experimental". Tese de Doutorado, DEC-PUC-Rio / DEC-Imperial College- Londres, Rio de Janeiro, 1997. 27 15%, possivelmente ocasionando perda de aderência na interface da fibra com a matriz. Com relação à durabilidade da fibra de sisal, GRAM12 citado por (SALES, 2006) e SAVASTANO JR et al., 2002 apresentam valores muito baixos, especialmente se submetida a meios alcalinos, Gram relata uma perda de resistência à tração de cerca de 80% do valor original, após mantê-las em solução saturada de cal por seis meses, para as fibras de coco a perda foi em torno de 35%. 2.3.4 – Fibras de Dendê: O dendezeiro é uma palmeira originária da Costa Ocidental da África sendo encontrada desde o Senegal até a Angola, foi trazida para o Brasil no século XVII pelos escravos e adaptou-se bem ao clima tropical úmido do litoral baiano. Para POKU, 2002, o dendê tem importância econômica como fonte de alto rendimento de óleos comestíveis e técnico, sendo o óleo de palma atualmente cultivado como plantação na maioria dos países com altos índices pluviométricos e em climas tropicais. A palma produz seus frutos em cachos variando em peso 10-40 quilogramas como pode ser visto abaixo na figura 4. 12 GRAM, H.-E. Durability of natural fibres in concrete. SARECReport. Natural fibre concrete. SAREC – Swedish Agency for Research Cooperation with Developing Countries, Stockolm, 1984. 28 Figura 4 - Frutos em cacho Fonte: Acervo do Autor Já o fruto individual que varia de 6 a 20 g, é formado por uma pele exterior (exocarpo), uma polpa (mesocarpo), contendo o óleo de palma numa matriz fibrosa, um anel central constituído por uma concha (endocarpo) e o anel, que por sua vez contém um óleo, bastante diferente para o óleo de palma, assemelhando-se o óleo de coco, para entender-se o descrito neste parágrafo segue figura 5 demonstrando a estrutura de um fruto de Elaeis Guineensis. (POKU, 2002) Figura 5 - Estrutura do fruto do Elaeis Guineensis Fonte: adaptado de: http://difacciollo.blogspot.com.br/ - acessado 24.10.2013. Endosperma Mesocarpo Endocarpo Exocarpo 29 Como ressalta SOUZA, 2000 o processo de beneficiamento deve ser executado logo após a colheita seguindo os seguintes procedimentos: “Esterilização – tem como finalidade inativar enzimas que provocam acidez, facilitar o desprendimento dos frutos dos cachos e provocar a ruptura das células que contém óleo; debulha - cuja finalidade é separar os frutos do cacho; digestão - quebra a estrutura das células da polpa, facilitando a liberação do óleo; prensagem - a massa saída do digestor é submetida à prensagem, separando óleo e uma mistura de fibras e sementes que, em seguida, passa pelo desfibrador, que por ventilação, separa as fibras das sementes. As fibras são utilizadas como combustíveis nas caldeiras; as sementes são transportadas para os secadores. Após a secagem são encaminhadas para os quebradores e, em seguida, são separadas as cascas e amêndoas que, após triturados, por prensagem ainda se extrai o óleo de palmiste; o resíduo restante representa a torta que contém 14% a 18% de proteína e pode ser utilizada para componente de ração animal.” Como pode ser notado, a geração atual das fibras é utilizada como combustível em caldeiras o que vem proporcionando a esta indústria ser uma fonte geradora de gases poluentes. FURLAN JÚNIOR, 2006, aponta que em sua totalidade as fibras do mesocarpo são utilizadas como combustível devido ao seu poder calorífico que está acima de 2600 kcal/kg ele destaca também que as fibras representam cerca de 12% do cacho de fruto fresco. Contudo nos últimos anos a fibra de dendê (elaeis guineensis) vem se destacando para outras finalidades, sendo beneficiada para utilização em materiais biodegradáveis e como meio adsorvente para retirada de materiais pesados, além de encontrar-se na literatura estudos no desenvolvimento de biocompósitos que utilizam- se de polímeros sintéticos e fibras extraídas do dendê, devido às inúmeras vantagens já citadas, dentre elas baixa densidade, baixo custo, além de serem materiais biodegradáveis. (SOUZA et al., 2010) Estas fibras apresentam algumas características químicas que diferem das demais fibras como o caso dos teores de lignina na fibra natural, sem tratamento. (SOUZA et al., 2012) Através da tabela 4, é possível observar os componentes presentes na fibra de dendê sem que haja qualquer tipo de tratamento. 30 Tabela 4 - Caracterização Lignocelulósica da fibra bruta da prensagem do mesocarpo do dendê Componentes Fibra Natural Cinza 4,4% Lignina Insolúvel 49% Holocelulose 38,3% Alfa-Celulose 20,5% Hemicelulose 17,8% Fonte: adaptado de (SOUZA et al., 2012) SOUZA et al., 2012 ressalta ainda que tais valores de lignina são relativamente altos se comparados a outras fibras como coco que possuem valores em torno de 37% a 43%. 2.3.5 – Tratamentos da superfície de fibras: Em decorrência de problemas relacionados à interação interface fibra/matriz, fazem-se necessários tratamentos superficiais que visem melhorar a interação da fibra a matriz cimentícia, levando a melhores propriedades mecânicas do compósito, principalmente pelo fato das fibras geralmente possuir, em sua camada superficial, ceras e graxas, advindas dos processos de manuseio e manufatura das fibras. Devido a diversidade nas características e na composição química das fibra, os efeitos de cada tratamento no resultado do compósito também apresenta grande variação. Diversos autores tem estudado os efeitos de tratamentos superficiais em fibras e em seus produtos finais. Para THOMAS, 2011 os tratamentos superficiais podem ser divididos em dois agrupamentos: métodos químicos e métodos físicos. Os métodos físicos provocam mudanças estruturais físicas e na morfologia estrutural sem que haja alterações nas composições químicas da fibra. Os tratamentos físicos podem retirar a camada cerosa tornando a mesma uma superfície mais rugosa, tendo assim aumento na área superficial e consequentemente na relação de aspecto, na absorção de água, na densidade, entre outras resultando em ligações mecânicas e físicas superiores. Por sua vez os métodos químicos trabalham de forma a alterar as relações químicas ativando grupos de hidroxilas advindas da celulose e hemicelulose os sítios de 31 instauração da lignina, ou podem introduzir novos meios que podem ancorar efetivamente a fibra com a matriz, e como resultado disto reações locais na superfície. Para compreensão do supra citado figura 6 traz os efeitos ocasionados pelas modificações físicas e químicas. Figura 6 - Modelo esquemático de modificação de fibras Fonte: adaptado de Thomas, 2011 Dentre os métodos mais utilizados, podem-se destacar os tratamentos alcalinos que visam limpar a superfície da fibra, com a utilização deste tratamento aumenta-se a rugosidade da fibra melhorando assim a sua aderência mecânica da fibra à matriz. Este tratamento consiste em imersão das fibras em solução de hidróxido de sódio (NaOH). A efetividade deste tratamento varia de acordo com os fatores tempo, concentração e sistema fibra/matriz, nas condições ideais do tratamento é viável adquirir melhores propriedades de composição dos compósitos. (Li et al. 200013 citado por THOMAS, 2011) Outro processo bastante usual é a utilização de processos de molhagem e secagem visando a estabilização dimensional do reforço, reduzindo a absorção de água por parte da fibra, os ciclos de saturação da fibra proporcionam também aumento da resistência à tração da fibra, conforme dados de Ferreira et. al. dispostos na tabela 13 LI, Y.; MAI, Y.; YE, L.; Sisal fiber and its composites: a review of recent developments. Composites Science and Technology 60. 2037±2055;2000. 32 3 com desvio padrão entre parênteses, onde pôde-se notar aumentos na ordem de 5%, este aumento é ocasionado principalmente pela redução dos lumens da fibra. Tabela 5 - Resultados de ensaio para tração direta em fibras de sisal Resultado dos ensaios de tração direta. TRATAMENTO TENSÃO DE RUPTURA (MPa) DEFORMAÇÃO DE RUPTURA (mm/mm) MÓDULO DE ELASTICIDADE (GPa) Sem tratamentos 447,20 (23,90) 0,0303 (0,0058) 19.279,88 (1.361,14) Tratada 470,25 (16,56) 0,0431 (0,0061) 17.602,69 (1.225,25) Fonte: adaptado de Ferreira et. al. Ensaios microscópicos para avaliar os impactos destes tratamentos foram feitos por diversos autores, notando-se assim os resultados obtidos após os ciclos de molhagem e secagem nas diversas fibras vegetais, para ilustrar pode-se visualizar a figura 7. Figura 7 - Seção transversal das fibras de sisal mostrando detalhes das fibrocelulas (a-b) fibrocelulas sem tratamento e (c-d) fibrocelulas tratadas. Fonte: adaptado de FERREIRA, et al. 33Pode-se observar claramente a redução dos lumens devido aos ciclos de molhagem e secagem proporcionados pelo tratamento, o que ocasiona a redução da absorção de água e o enrijecimento da fibra, comprovando-se a efetividade do processo. Procedimentos para melhoria da interface utilizando-se métodos de compatibilização química podem ser destacados, dentre eles evidenciam-se a grafitização e o tratamento com compostos compatibilizantes, deve-se ressaltar que para estes métodos não somente a sua efetividade, devido a especificidade para cada sistema fibra/matriz, também seu custo e facilidade de aplicação. A escolha de um tratamento deve abranger diversos fatores, dentre eles a toxidade do reagente, facilidade de remoção do reagente em excesso, custo, disponibilidade de recursos, tempo de aplicação, quantidade de resíduos gerado, todos estes fatores devem ser levados em consideração na seleção do tratamento a ser adotado. (THOMAS, 2011) 2.4 – RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO EM COMPÓSITOS REFORÇADOS COM FIBRAS VEGETAIS: A resistência de um determinado material depende da propriedade de cada material de resistir a cargas sem deformação excessiva ou ruptura e deve ser determinada através de experimentos. Um dos testes mais utilizados é o ensaio a compressão, pois através dele podem ser obtidos diversas propriedades mecânicas importantes de um material. (HIBBELER, 2008) Das propriedades mecânicas mais vantajosas presentes nos compósitos a base de cimento Portland, a resistência a compressão é sem dúvida o diferencial para a escolha da utilização deste material em determinados locais. Esta resistência é determinada através de ensaios padronizados, aos quais se submetem corpos de prova a carregamentos e que são medidos, em detrimento destes testes pode-se obter dados como as tensões de ruptura, diagramas de tensão x deformação, módulo de elasticidade, além de, em conjunto com outros equipamentos verificar com precisão deformações longitudinais e transversais e obter coeficientes como Poisson. A adição das fibras em matrizes cimentícias tem como função primordial a alteração no modo de ruptura dos compósitos de ruptura frágil, conferindo aos 34 mesmos uma maior ductilidade, porém a inserção das mesmas tem efeitos negativos na resistência a compressão conforme afirma TOLEDO FILHO et al, 1997 que a adição de fibras de sisal e coco reduzem a resistência a compressão das argamassas entre 18,4% a 32,0%. Para PICANÇO e GHAVAMI, 2008 a grandes variações nos resultados de resistência a compressão deve-se ao fato das fibras naturais não passarem por processos industriais para padronização. 35 3 – METODOLOGIA: Para análise da resistência à compressão da argamassa reforçada com fibras de dendê foram fabricados corpos de prova cilíndricos com dimensões de 10 x 20 cm compostos por: areia fina de diâmetro máximo de 1,2 mm (peneira nº 16), fornecidos pela Faculdade Pio Décimo, cimento Portland e fibras de dendê provenientes da indústria de Óleos Vegetais e derivados Continental situada no munícipio de Valença, Bahia. A fabricação dos corpos de prova foi realizada em duas etapas: I – Tratamento das fibras: I.I - Inicialmente estas fibras foram inseridas com água e à temperatura ambiente e aquecidas até atingir a temperatura de 60º C, para remoção de resíduos superficiais oriundos do processo de extração do óleo de dendê. Posteriormente foi utilizado o processo de tratamento das fibras, baseado no procedimento desenvolvido por Claramunt et al., constituído num processo de imergir as fibras em água e retirada para secagem após saturação. As fibras foram colocadas num recipiente com água durante 3 horas (figura 8a). Segundo FERREIRA, et al., 2012, esse é o tempo suficiente para atingir saturação das fibras. I.II - Em seguida, iniciou-se a secagem em estufa a uma temperatura de 60°C durante 24 horas, após este período a estufa é desligada para resfriamento até atingir a temperatura ambiente a fim de se evitar um possível choque térmico nas fibras (figura 8b). Todo este processo consiste em um ciclo, que foi repetido 6 vezes. Figura 8 - Processo de molhagem e secagem das fibras de dendê Fonte: Acervo do autor a) b) 36 A metodologia de tratamento das fibras foi adotada, por se tratar de um método simples, com baixa demanda de material e equipamentos de alta tecnologia, além do seu baixo custo e nenhuma geração de resíduos tóxicos. Também devido ao fato da mesma ser amplamente utilizada em tratamentos de fibras vegetais, entretanto não há relatos da utilização deste método em fibras de dendê que posteriormente foram inseridas numa matriz cimentícia. II – Moldagem dos corpos de prova: Após o tratamento das fibras foram moldados corpos de prova de argamassa com traço 1:1:0,6 (aglomerante: areia: fator água/cimento) com 2% de fibra em relação ao peso total. Como aglomerante foi utilizado o Cimento Portland CP II – Z 32 (cimento composto com adição de pozolanas) e como agregado miúdo foi utilizada areia fina diâmetro máximo de 1,2 mm (peneira nº 16). Este traço foi adotado devido a problemas relatados por diversos autores com relação a trabalhabilidade de compósitos reforçados com fibras vegetais, utilizou-se como alternativa para o aumento da trabalhabilidade o aumento do fator água/cimento. As misturas foram confeccionadas em sala climatizada a temperatura de 20° C, utilizando-se uma argamassadeira eletro mecânica CONTENCO com capacidade para 5l. Segundo as seguintes etapas: a) pesagem dos materiais em balança da MARTE AS5500C com precisão de 0,01/0,1g; b) Mistura de cimento e água durante 30 s em velocidade baixa; c) adicionou-se areia de granulometria fina e misturou-se durante 30 s; d) durante 15 s fez-se a limpeza das pás do misturador; e) deixou-se descansar a mistura, coberta com pano úmido por 1 min e 15 s; f) tornou-se a misturar a massa em velocidade alta durante 1 min; g) adicionou-se a fibra de forma aleatória e igual por toda a superfície da mistura durante 30 s em velocidade alta. A figura 9 ilustra algumas das etapas do procedimento descrito acima: 37 Figura 9 - Pesagem dos materiais e mistura em argamassadeira. Fonte: Acervo do autor Para moldagem dos corpos de prova reforçados com fibra de dendê foram utilizados moldes de 10 x 20 cm, segundo NBR 5738/2003, com adensamento manual e cura úmida em tanque com água, conforme mostra figura 10. Figura 10 - Adensamento manual utilizando soquete e cura em tanque com água. Fonte: Acervo do autor Para avaliar a influência da adição das fibras de dendê na argamassa, foram confeccionados corpos de prova para testemunho, traço de 1:1:0,6 (aglomerante: areia: fator água/cimento) em massa, com aglomerante e agregado miúdo idênticos aos utilizados para fabricação dos corpos de prova reforçado com fibra de dendê. As misturas de argamassa para testemunho foram produzidas em sala climatizada a temperatura de 23°C, utilizando uma betoneira CSM com capacidade 145 l. O processo de produção seguiu as seguintes etapas: 38 a) pesagem dos materiais agregados, aglomerantes e água; b) Mistura do material seco durante 2 minutos; c) Mistura de todo material durante 3 minutos com velocidade constante; d) parada de 1 minuto para retirada de material retido nas pás da betoneira; e) mistura da argamassa por mais 3 minutos. Para moldagem dos corpos de prova de testemunho foram utilizados, moldesde 10 x 20 cm, segundo NBR 5738/2003, com adensamento manual e cura úmida em tanque com água. Foram realizados ensaios de compressão em prensa elétrica com 2 manômetros para leitura das cargas aplicadas, da marca CONTENCO conforme mostrado na figura 11. Figura 11 - Prensa utilizada no ensaio de compressão Fonte: Acervo do autor Através da mesma determinou-se os valores de resistência a compressão, adotando-se o seguinte procedimento: aplicou-se um carregamento de 10 tf/s e acompanhou-se o manômetro da prensa até o ponto de ruptura do material, utilizando- se os resultados obtidos nos manômetros da prensa de carga máxima e a área da 39 seção transversal do corpo de prova, calculou-se os valores de tensão de ruptura do material de acordo com (HIBBELER, 2008): 𝜎 = 𝑃 𝐴𝑜 (1) Onde: σ = tensão nominal P = carga aplicada A0 = Área da seção transversal inicial do corpo de prova Para determinar-se as deformações longitudinais e transversais utilizou-se um paquímetro Digimess com precisão de 0,05 mm. Mediu-se as deformações na longitudinal e transversal conforme figura 12. E para o cálculo adotou-se a equação geral abaixo, segundo HIBBELER, 2008. Figura 12 - Medidas das deformações utilizando paquímetro Fonte: Acervo do autor 𝜖 = (𝑙𝑓−𝑙𝑜) 𝑙𝑜 (2) Onde: ϵ = deformação longitudinal e transversal lf = comprimento final (para longitudinal); diâmetro final (para transversal) lo = comprimento inicial (para longitudinal); diâmetro inicial (para transversal) 40 O módulo de elasticidade foi definido por método gráfico, onde pode-se admitir que o módulo de elasticidade é a tangente da função tensão x deformação, conforme mostra a figura 13. Figura 13 - Esquema para cálculo do módulo de elasticidade Fonte: Adaptado de PICANÇO e GHAVAMI, 2008 Haja vista que os valores de deformação obtidos foram apenas das deformações iniciais finais, devido a utilização do paquímetro, e não de métodos mais precisos como por exemplo extênsometros elétricos, obteve-se uma imprecisão quanto ao valor do módulo de elasticidade calculado. 41 4 – RESULTADOS E DISCUSSÕES: A tabela 6 mostra os resultados dos ensaios à compressão. Através dos valores de carga obtidos experimentalmente foi possível determinar os valores de resistência à compressão, mediante aos mesmos traçaram-se os gráficos comparativos e de tensão-deformação. As seguintes abreviações foram utilizadas para representar o corpo de prova e o seu tipo. As duas letras iniciais: CP – corpo de prova; A terceira letra: R – referência e D – fibra de dendê Os dois algarismos indicam o número do corpo de prova. Tabela 6 - Resultados dos ensaios à compressão dos corpos de prova de referência Corpos de Prova Resistência à compressão corpo de referência (MPa) Resistência à compressão corpo de referência Média (MPa) Desvio Padrão 1 20,48 20,35 2,85 2 22,48 3 21,23 4 20,98 5 22,23 6 14,73 Fonte: Acervo do autor Tabela 7 – Resultados dos ensaios à compressão dos corpos de prova reforçado com fibra de dendê Corpos de Prova Resistência à compressão corpo com fibra de dendê (Mpa) Resistência à compressão corpo com fibra de dendê Média (Mpa) Desvio Padrão 1 9,99 10,89 1,44 2 10,04 3 9,86 4 12,49 5 9,99 6 12,99 Fonte: Acervo do Autor 42 Pode-se notar através dos dados das tabelas 6 e 7, uma redução na resistência a compressão da argamassa com fibra de cerca de 46,5% em relação a mistura de referência em valores médios. O gráfico 1 mostra um comparativo entre os valores médios da resistência à compressão das argamassas. Gráfico 1 - Comparativo entre valores médios de resistência à compressão Fonte: Acervo do Autor Atribui-se esta redução ao fato da fibra de dendê proporcionar ao compósito zonas de fragilidade devido aos espaços antes ocupados pela argamassa e que agora são preenchidos pelas fibras, além do fato de poder ocorrer em seu interior uma espécie de nicho devido a concentração de fibras em determinados locais do corpo de prova o que reduzira a sua resistência à compressão. No gráfico 2 pode-se ver os resultados de tensão x deformação dos materiais estudados, a partir dos ensaios de compressão e as medidas efetuadas nos corpos de prova após a sua ruptura obteve-se valores de deformações que foram esquematizados e detalhados em forma de diagrama para cálculo, por se utilizar de métodos forçados de baixa precisão não pode-se concluir com precisão os aspectos de influência da fibra na deformação do material. 20,35 10,89 0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 CPR-Média CPD-Média RESITÊNCIA À COMPRESSÃO EM MPA A M O ST R A S 43 Gráfico 2 - Diagrama Tensão x Deformação na compressão da argamassa de referência e reforçada com fibra de dendê Fonte: Acervo do autor O módulo de elasticidade foi calculado através do gráfico 2, onde obteve-se os valores de 407,00 Mpa para o CPR e 217,80 Mpa para o CPD que representa uma redução de 53,51% no módulo de elasticidade, que com relação à valores extraídos de PICANÇO e GHAVAMI, 2008 para a mesma proporção de fibras de curauá obteve- se módulo de elasticidade 19,11 GPa, apesar de muito inferior aos valores do citado autor, não pode-se concluir precisamente a influência da fibra na redução do módulo de elasticidade do material, muito devido aos aspectos de medição de deformação feitos de forma imprecisa e pouco conclusivo. Também pôde-se notar durante a execução dos ensaios de compressão um ganho na capacidade do material de sofrer deformações, isso acarreta numa maior tenacidade além de proporcionar ao material resistir a cargas mesmo após sua fissuração, pode-se visualizar um comparativo entre os corpos de prova de referência figura 14 (a) e com adição da fibra de dendê figura 14 (b). 44 Figura 14 – Comparativo entre as rupturas dos corpos de prova Corpo de prova de referência (a) e adicionado com fibra de dendê (b) Fonte: Acervo do autor Visualizando a figura anterior pode-se perceber que após a fissuração o corpo de prova de referência perde sua capacidade de resistir a carga que é aplicada sobre o mesmo, ao contrário do compósito com fibra de dendê que se mantém resistindo as cargas que continuam sendo aplicadas ao longo do tempo. É perceptível que o posicionamento aleatório das fibras dentro da argamassa constitui uma espécie de malha que retarda a propagação das fissuras até o ponto em que as mesmas não possuam mais interação com a matriz e se desprendam ou então que excedam o seu limite de resistência a tração e se rompam. A figura 15 mostra as fissuras de um corpo de prova sendo ‘costuradas’ pelas fibras. 45 Figura 15 - Fibras de dendê atuando na fissuração do corpo de prova Fonte: Acervo do autor Analisando o aspecto visual da fibra afirma-se que houve boa interação entre fibra e matriz, mostrando assim a compatibilidade da mesma ao compósito cimentício, levando-se em conta os aspectos de tratamento superficial utilizados para a melhoria deste intercâmbio. Pode-se notar que as fibras mantiveram-se em sua grande maioria atuando em conjunto com a matriz, não foi perceptível desprendimento das fibras após a ruptura dos corpos de prova. 46 5 – CONCLUSÕES:Ao fim deste trabalho nota-se que os resultados da inserção de fibras do mesocarpo do dendê nos compósitos cimentícios trouxeram uma redução na resistência a compressão da argamassa e conforme relatos na literatura científica a mesma comporta-se quanto à esforços normais de forma semelhante a outras fibras vegetais. Esta redução pode ser presumida pelo fato das fibras serem materiais sem padronização, sujeitos a variações e heterogeneidade oriundos da sua própria natureza, além do fato de que os espaços ocupados pelas fibras na argamassa constituírem-se em zonas de redução da resistência, pela formação de micro vazios que facilitam a propagação das fissuras, fragilizando o material. Os aspectos de cura em tanque com água também constituem-se em fatores que podem influenciar de forma negativa na resistência do compósito com adição da fibra de dendê, sabendo-se que as fibras vegetais sofrem decomposição por serem materiais orgânicos e quando submetidos a saturação durante um longo período, no caso deste trabalho 28 dias, podendo ter sofrido alterações influenciaram diretamente no resultado dos ensaios. Embora a inserção das fibras de dendê tenham acarretado num decréscimo da resistência à compressão da argamassa, percebe-se também um ganho visual na resistência pós fissuração. Assim, conclui-se que ao invés de uma fratura frágil como dantes apresentada pela matriz de referência, tem-se uma fratura dúctil mantendo a capacidade do compósito de absorver energia mesmo após o início do colapso. Devido a utilização de métodos e equipamentos de baixa precisão, como paquímetro para aferir as deformações do corpo de prova antes e depois do rompimento, não pode-se afirmar com precisão os efeitos da fibra na variação do módulo de elasticidade porém sabe-se que as fibras vegetais, em sua maioria, influenciam de forma negativa o módulo de elasticidade. 5.1 – SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS: Tendo em vista a obtenção de resultados sobre compósitos reforçados com fibras vegetais, especificamente a fibra de dendê visando a substituição do asbesto em fibrocimento, propõe-se alguns temas para novos estudos: 47 Há necessidade de obtenção de dados que caracterizem o comportamento mecânico da fibra de dendê. São características como módulo de elasticidade, resistência a tração e resistência de aderência interfacial entre a matriz cimentícia. Uma maior quantidade de dados de ensaios dessas características trariam maior confiabilidade nas aplicações da fibra; Avaliar a durabilidade do compósito produzido com esta fibra, aja vista que um dos maiores problemas com relação a adição de fibras vegetais em compósitos se concentra na sua durabilidade, pesquisas visando estabelecer metodologias de avaliação da durabilidade deste compósito seja por ensaios acelerados, em laboratório, como por exposição a ambientes naturais e assim estabelecer correlações entre as medidas a fim de tornar viável um processo de avaliação deste compósito; Seriam oportunos trabalhos que verificassem a influência da inserção de outros percentuais de fibras ao compósito, a fim de encontrar-se uma proporção ideal para resistências satisfatórias para a substituição do asbesto. 48 6 - REFERÊNCIAS ABNT – ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5738 – Concreto – Procedimento para moldagem e cura de corpos de prova. Rio de Janeiro, Dez. 2003. BERNARDI, S. 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