ANÁLISE DA VIABILIDADE DE USO DE COMPÓSITOS DE MATRIZ POLIMÉRICA REFORÇADOS COM FIBRA DE VIDRO NA CONSTRUÇÃO CIVIL

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BLU2704 MATERIAIS COMPÓSITOS, 2020.2
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ANÁLISE DA VIABILIDADE DE USO DE COMPÓSITOS DE MATRIZ
POLIMÉRICA REFORÇADOS COM FIBRA DE VIDRO NA
CONSTRUÇÃO CIVIL
Felipe Augusto da Silva
Letícia Mayelin Ostrowski de Oliveira
Departamento de Engenharia, Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), Campus Blumenau, 89036-002 Blumenau, SC, Brasil
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1. RESUMO
Motivados pelo crescente déficit
habitacional e necessidade de adotar
práticas de construção civil sustentável, no
presente trabalho, os discentes avaliam a
viabilidade da substituição dos painéis
Wood Frame por painéis constituídos por
compósitos de matriz polimérica reforçados
com fibra de vidro. Para isso, foram
referenciadas as propriedades mecânicas
dos componentes envolvidos, além de
preços e requisitos de projeto.
Além disso, foram descritos os
processamentos necessários para a
fabricação deste novo painel, bem como
estão expostos os meios de obtenção de
insumos e detalhes estruturais deste
projeto.
2. INTRODUÇÃO
Com a crescente demanda
habitacional, há urgência em buscar
soluções de base tecnológica que atendam
aos requisitos necessários de maneira
satisfatória. Aliado a isso, surge um grande
apelo sustentável no setor, uma vez que a
construção civil é responsável pela geração
de uma grande quantidade de resíduos da
construção e demolição, também chamados
de RCDs, que, na maioria das vezes, não
possuem destinação correta e impactam
negativamente o meio ambiente. Por conta
disso, muito tem-se falado na
industrialização da arquitetura, que, como
explica Walter Gropius em seu livro “Scope
of Total Architecture", publicado em 1995,
agora, a tendência é que as casas sejam
produzidas em fábricas, não mais no
canteiro de obras. Com isso, as moradias
tornam-se passíveis de montagem, o que
reduz geração de resíduos, facilita a
construção a seco e torna a construção
mais rápida.
Bastante popular na Europa, este tipo
de habitação chegou ao Brasil
principalmente a partir dos projetos de
construção de moradias de interesse social,
devido ao baixo custo e agilidade de
processo. Entretanto, a matéria-prima mais
utilizada é a madeira, que deixa a desejar
no que se refere ao apelo ambiental. Neste
sentido, há margem para buscar materiais
substitutos que diminuam os impactos
ambientais gerados em todo processo.
Pensando nisso, os discentes Felipe
Augusto e Letícia Ostrowski projetaram
painéis produzidos a partir de um compósito
de matriz polimérica reforçado com fibra de
vidro para utilização na construção das
moradias emergenciais de baixo custo.
Aqui, as propriedades deste componente
serão exploradas e comparadas com as
propriedades dos materiais utilizados para
este fim nos dias de hoje.
1
3. OBJETIVOS
Objetivo geral: Avaliar a viabilidade
da reciclagem de cones de linha produzidos
a partir do polipropileno para utilização em
compósitos reforçados com fibra de vidro
para aplicação na construção civil
emergencial de baixo custo.
Objetivos específicos:
i) Viabilizar um projeto de moradia
emergencial com custo inferior a
R$8.000,00 e área de 18m²;
ii) Desenvolver um material reutilizável,
impermeável, isolante, resistente,
encaixável e de fácil manutenção;
iii) Promover uma solução de impacto
conivente com os Objetivos de
Desenvolvimento Sustentável da ONU;
iv) Analisar a viabilidade de compósitos
estruturais constituídos por matriz polimérica
termoplástica reforçados com fibra de vidro
baseando-se em custos e propriedades
necessárias.
4. JUSTIFICATIVA
Segundo o site oficial da ONG
Habitat Natural, mais de 6,35 milhões de
famílias no Brasil não têm uma casa para
morar, ou seja, são mais de 30 milhões de
pessoas sem um teto para viver e abrigar
suas famílias. Além disso, mais de 50
milhões de brasileiras e brasileiros vivem
em situação de pobreza. Para se ter uma
ideia, segundo o IBGE (2010), só em
Blumenau, são mais de 23 mil pessoas
residindo em áreas insalubres de
concentração de pobreza. São pessoas que,
sem condições de pagar aluguel, se
instalam em ocupações e assentamentos
informais, o que tem se tornado ainda mais
recorrente devido à falta de empregos
ocasionada pela pandemia que o mundo
tem enfrentado.
A construção de moradia digna e
segura para estas pessoas resulta na
melhoria da qualidade de vida e torna suas
habitações humanas, inclusivas e seguras.
Para isso, hoje, existem organizações, como
a Teto, que constroem casas funcionais em
pouquíssimo tempo, de um a dois dias.
Entretanto, o material principal utilizado é a
madeira. Neste viés, buscando adaptar o
serviço a um produto que vá de encontro
com os objetivos de desenvolvimento
sustentável da ONU, há espaço para propor
uma alternativa mais sustentável e de custo
igual ou até inferior, a partir da reutilização
de resíduos industriais. Com isso, seria
possível firmar uma parceria com as
empresas a fim de explorar a
responsabilidade social destas.
Além de resolver o problema de
sustentabilidade, a alternativa colabora
também para a resolução do problema de
design do atual modelo de construção,
favorecendo o conforto dos moradores e
assegurando espaço para convívio familiar,
proteção, privacidade, segurança emocional
e depósito de pertences. Cabe ressaltar que
a instalação de habitações seguras contribui
também para o melhor acesso à água
potável, saneamento básico e energia
elétrica, além de contribuir para melhoria na
saúde dos moradores, especialmente em
relação às doenças respiratórias.
Outra problemática solucionada é a
da correta gestão de resíduos industriais,
visto que o descarte incorreto destes
materiais é considerado crime ambiental
pela Lei nº 12.305/2010, podendo acarretar
em uma pena de um a cinco anos, podendo
haver também a aplicação de penalidades
civis e administrativas. Além de
prejudicarem o meio ambiente contribuindo
com mudanças climáticas e extinção de
fauna e flora, apresentam-se como um
prejuízo para as indústrias devido aos
custos com tratamento e transporte.
Cabe ressaltar que o projeto visa a
utilização destes resíduos, ou seja, os
gastos com transporte e tratamento seriam
diminuídos consideravelmente, bem como
haveria otimização no processo de gestão,
uma vez que os resíduos seriam utilizados
na fabricação das placas. Este processo
também diminuiria riscos de acidentes e
contaminações dentro da indústria, e em
relação aos benefícios institucionais, a
empresa estaria contribuindo para as metas
de sustentabilidade corporativa, Aterro Zero
e Agenda 2030, resultando em premiações,
certificações e aumento no valor percebido
sobre a marca.
2
5. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
5.1 Compósitos de matriz polimérica
Classificados em termorrígidos e
termoplásticos, os compósitos de matriz
polimérica são comumente utilizados em
estruturas que demandam certa resistência
mecânica.
As matrizes termorrígidas são
divididas em diferentes tipos de resinas
(epóxi, fenólica, poliéster) com diferentes
tipos de processamentos e reações para a
obtenção do produto final. LEVY NETO e
PARDINI (2006) afirmam que essas
matrizes apresentam, em geral, ótimos
desempenhos em altas temperaturas (resina
epóxi), ótimo desempenho mecânico e
estrutural (resina de poliéster insaturada,
resina fenólica) e excelente resistência
química (resina de poliimida). Entretanto,
não possuem altas taxas de produção, uma
vez que necessitam de um grande tempo de
cura, para que a reação das ligações
cruzadas aconteça. Há também o fato
intrínseco aos termofixos, no que diz
respeito à reprocessabilidade. Isto é, uma
vez processado, o material não poderá
retornar a sua estrutura inicial e ser inserido
novamente nas linhas de produção a fim de
constituir um novo componente.
Já as matrizes termoplásticas, em
grande maioria produzidas a partir de
poli-éter-éter-cetona e poliimida, possuem
uma grande vantagem de processamento
como por exemplo na questão do tempo de
fabricação, sendo muito menor em relação
às matrizes termofixas. Porém, a maior
diferençaestá na possibilidade de
reprocessamento característico de
polímeros termoplásticos. De acordo com
SPINACÉ e PAULI (2005), a
reprocessabilidade é iniciada a partir da
reciclagem dos termoplásticos, que podem
ser por meios mecânicos, químicos ou
energéticos.
5.2 Processamento de matrizes
termoplásticas
Em um âmbito geral, descreve-se
como a formação de matrizes as quais
podem ser reprocessadas e recicladas, visto
que são constituídas de materiais que
suportam tal condição.
O polipropileno (PP) é um polímero
termoplástico formado na indústria
petroquímica de 2ª geração, passando pela
aplicação de temperatura e pressão, fusão e
solidificação, até a distribuição às indústrias.
Os compósitos formados a partir de
polímeros termoplásticos apresentam uma
ampla gama de cargas que podem ser
inseridas a fim de aumentar sua resistência
mecânica e afins. Fibras com diferentes
tamanhos e formas, como o caso da fibra de
vidro, são comumente utilizadas em
comunhão com as matrizes termoplásticas.
(ÅSTRÖM et al., 1997)
É sabido que as fibras de vidro
curtas, caracterizadas pelo menor
comprimento em relação às outras fibras
(longas), têm maior utilidade em um
processo de moldagem por injeção e
extrusão. Porém, faz-se necessária a
passagem por um processo anterior à
moldagem, chamado de solubilização, onde
se busca solubilizar as cargas na matriz
polimérica com a ajuda de solventes e de
agentes que facilitam a adesão na interface
carga/matriz. Como cita CANEVAROLO
(2013), somente os polímeros
termoplásticos podem ser submetidos a
essa mistura em solução, pelo formato
linear/ramificado de sua estrutura molecular
permitir tal reação. Segundo o estudo de
LOSS (2014), visando o bom
comportamento mecânico após o fim do
processo, é interessante que as fibras de
vidro curtas fiquem dispersas e distribuídas
ao longo da composição da matriz e, com o
auxílio de equipamentos que desempenham
tal função como os agitadores mecânicos,
magnéticos (cargas fibrosas) e ultrassônicos
(cargas nanométricas), é possível garantir
tal condição.
A parte mecânica do processamento
é caracterizada pela moldagem, que possui
diferentes processos com diferentes
empregabilidades, dependendo das formas
e dimensões das peças. Para matrizes
termoplásticas com cargas de fibras curtas,
os processos mais comuns são as
moldagens por casting, extrusão e por
injeção.
5.2 Fibras de vidro
3
As fibras são utilizadas como como
fase dispersa em compósitos, e sua
composição varia dadas as necessidades
da aplicação. Além dos requerimentos
mecânicos, como carregamento e
velocidade de impacto, de acordo com
NAKAMURA (2009), devem ser levados em
consideração fatores como características
do ambiente, durabilidade e tempo de
aplicação. Outro fator que influencia na
escolha da fibra é o custo, bem como a
compatibilidade entre fibra e matriz.
Dentre os diferentes tipos de fibras,
destaca-se a fibra de vidro, que, conforme
descrito por LEVY NETO e PARDINI (2006),
as fibras de vidro (FV), que são comumente
utilizadas em matrizes poliméricas, para fins
aeroespaciais, náuticos e automobilísticos,
possuem alta densidade e baixa tenacidade
à fratura, mas destacam-se por possuir alta
resistência à umidade, baixo custo, elevada
estabilidade dimensional, baixa
condutividade térmica e elétrica e altíssima
resistência térmica. Por serem isolantes, as
FV não transmitem correntes elétricas, o
que impede o processo de corrosão
eletroquímica.
Conforme o apresentado por
SATHISHKUMAR, SATHEESHKUMAR e
NAVEEN (2014), a composição depende da
característica que se deseja obter, por isso,
a FV pode ser, ainda, dividida nas
categorias A (elevada resistência à álcalis),
E (baixa condutividade elétrica), S (elevada
resistência à tração), C (elevada resistência
química), M (elevada rigidez) e D (baixa
constante dielétrica).Todas elas possuem
entre 50 e 68% de sílica, podendo conter
diferentes combinações entre outros óxidos
de cálcio, boro, sódio, ferro, alumínio, etc.
De maneira quantitativa, CARVALHO
GAMA (2019) destaca que a resistência à
tração de uma fibra de vidro pode chegar à
1.520 MPa, com resistência à tração em
torno de 55% quando comparada à
resistência à tração; a densidade, porém, é
elevada, por volta de 2,5 g/cm³; a absorção
de água pode chegar a 5%; já o módulo de
elasticidade varia entre 100 e 300 GPa.
5.3 Materiais estruturais
Conforme destacam MENDES DE
SOUZA e RODRIGUES (2008), as
estruturas se caracterizam por serem as
partes mais resistentes de uma construção
e são as responsáveis por absorver e
transmitir os esforços, sendo essenciais
para a manutenção da segurança e da
solidez de uma edificação, e, por conta
disso, devem ser construídas com materiais
que não são perfeitamente rígidos,
chamados materiais estruturais.
Um dos materiais estruturais mais
abundantes é a madeira, explorada
principalmente pelo baixo custo, inerente a
ambientes químicos, estabilidade
dimensional e conforto acústico. Em
contrapartida, não é uma alternativa
ecologicamente correta, está suscetível aos
ataques de insetos e absorve umidade.
Segundo RIMI e MEIRELLES (2017),
nas moradias emergenciais, o sistema
utilizado é o Wood Frame, composto por
travessas e montantes de madeira maciça
(normalmente pinus) e chapas de
revestimento OSB (Oriented Strand Board),
que é formado por lascas de madeira
coladas em diferentes direções.
Estruturalmente, esta reorganização do
material permite amenizar os efeitos da
anisotropia original da madeira. O Wood
Frame têm sido largamente utilizado neste
nicho por apresentar agilidade para a
execução do projeto e baixa densidade, e o
esquema de construção necessário para
uma parede pode ser observado na imagem
1:
Imagem 1: entramado da parede
Fonte: ESPÍNDOLA (2017)
Antes de serem utilizados na
construção civil, estes estes painéis passam
por etapas de impermeabilização e também
por outros vernizes que aumentam a
resistência ao fogo. Estes cuidados,
entretanto, acabam encarecendo o projeto,
e, fazendo uma média orçamentária,
4
incluindo a mão de obra, a construção em
Wood Frame fica em torno de R$1.900 por
m². Teríamos, portanto, para uma moradia
emergencial de 18m², um valor aproximado
de R$34.200,00. Entretanto, as ONGs de
construção civil revelam que o valor médio
das construções é R$8.000,00 (LOBO,
2019), e isso se deve à mão de obra
voluntária e às doações de materiais que
recebem.
No que se refere às exigências de
projeto, para fins de comparação, aqui serão
expostas as propriedades dos compensados
de madeira dos Wood Frames, produzidos a
partir do eucalipto grandis, tratado
quimicamente e densidade 0,70 g/cm³. Os
resultados foram fornecidos por ROSA et al
(2017), distribuídos conforme ilustra a tabela
1, onde MOR é o módulo de ruptura e MOE
é o módulo de elasticidade:
Orientação MOR (MPa) MOE (MPa)
Paralelo 26,80 4920,96
Perpendicular 24,45 2823,78
Tabela 1: módulos de ruptura e elasticidade dos
compensados do tipo OSB produzidos a partir de eucalipto
grandis.
Além disso, a tração perpendicular
dada pelo mesmo autor é 0,52 MPa, o que
caracteriza o componente como um OSB do
tipo 3, com adsorção de água de até 9%, e
inchamento até 7%. A dureza Janka destas
peças pode chegar a 700 kgf (CABRAL et
al, 2006).
6. MATERIAIS E MÉTODOS
6.1 Proposta
Para a escolha dos materiais, foram
analisados os principais setores industriais
da região de Blumenau (SC). Tem-se que
uma das principais vertentes é o setor têxtil,
e, dentre os resíduos gerados por estas
empresas, estão os cones de linhas,
fabricados, em sua maioria, por
polipropileno. Como o polipropileno é um
material termoplástico, que permite
reprocessamento, além de possuir baixa
densidade, e os cones possuem baixo
custo, optou-se por utilizá-lo como matriz do
compósito. O contraponto é que este
material não possui propriedades mecânicas
muito elevadas, necessárias para que seja
utilizado como material estrutural.
Por conta disso, a carga escolhida
deveria ser implementada com o objetivo de
aumentar estas propriedades, além de ser
isolante, inerte e resistente à umidade, por
tratar-se deaplicação em uma moradia, que
fica exposta às intempéries. Com isso,
chegou-se à conclusão de que a melhor
opção seria a fibra de vidro, que, além de
atender aos pré-requisitos, possui baixo
custo e não corre risco de fundir durante o
processamento (uma vez que possui
elevada resistência térmica).
Segundo OTA (2004), compósitos de
polipropileno carregados com fibra de vidro
estão sendo largamente utilizados na
indústria automobilística para peças nas
quais a resistência mecânica, resistência à
tração e resistência ao impacto são muito
importantes.
Como um dos principais pontos
levados em consideração estão sendo os
custos, optou-se por utilizar fibras
descontínuas (curtas), mais baratas para
fabricar e que também aumentam a
isotropia do componente.
Conforme aponta CHIU (1991), o uso
de fibras de vidro curtas em compósitos com
polipropileno acarreta o aumento de
resistência à tração, módulo de elasticidade
e resistência ao impacto. Em contrapartida,
diminui a capacidade de elongação. Além
disso, a fração de fibras presentes no
compósito também influencia nos valores
destas propriedades. Segundo Fu (2000), o
aumento do teor destas cargas aumenta o
módulo e tensão máxima do compósito,
devido ao aumento da contribuição de
resistência mecânica da fibra.
Micrograficamente, o aspecto do
compósito é o ilustrado na imagem 2:
Imagem 2: morfologia de um compósito de matriz PP reforçado
com fibra de vidro.
Fonte: FELIX (2002)
5
O uso de fibras de vidro curtas, com
comprimento crítico de cerca de 1mm,
acarreta em maior facilidade e versatilidade
de processamento a um menor custo, com a
possibilidade de serem conformados em
formas mais complexas e produzidos em
larga escala, utilizando-se processos
tradicionais de moldagem por extrusão e
injeção. Além disso, oferece a possibilidade
de produção de um compósito
quase-isotrópico.
Este comprimento crítico, citado
anteriormente, assim como a tensão de
cisalhamento, depende da adesão interfacial
entre as fases presentes, da estrutura e
propriedades das fibras e da matriz.
A adesão interfacial entre a matriz
polimérica e a fibra de vidro não é alta, pois
há pouca interação química e a superfície
da fibra praticamente não apresenta
rugosidade. Por isso, faz-se necessário um
tratamento superficial prévio nestas fibras,
geralmente empregado após o
fibrilamento/fiação.
Por outro lado, há boa molhabilidade,
uma vez que a tensão superficial da fibra é
maior que a tensão superficial. A
molhabilidade pode ser determinada
através da equação de Dupre representada
abaixo:
γsa representa a tensão superficial
γsl representa a interação sólido-líquido
γla representa a interação do líquido com o ar, sendo
Ө o ângulo de interação
Além disso, no que se refere às
modificações superficiais, segundo
MALLICK (1993) as FV podem receber
agentes de acoplamento do tipo
organosilanos, que servem como pontes
entre a fibra e a matriz, melhorando a
adesão e as propriedades mecânicas.
6.2 Propriedades
Para as análises, foram consideradas
as fibras de vidro moídas do tipo E, que,
além de mais baratas, possuem baixo teor
alcalino, são isolantes elétricas, possuem
boa resistência à tração e flexão, além de
ótimo custo-benefício (cerca de R$ 3/kg).
Estas fibras são compostas basicamente
por sílica, óxido de alumínio, óxido de boro,
óxido de magnésio e óxido de cálcio. Além
disso, segundo LEVY NETO E PARDINI
(2006), as fibras do tipo E possuem
resistência à tração de 2,40 GPa. Segundo
SOARES et al (2007), este tipo de material
é composto por filamentos muito finos de
vidro, que se agregam por meio de
aplicações de resinas, silicones, fenóis e
outros compostos solúveis em solventes
orgânicos.
Conforme destaca CALLISTER
(2013), as fibras de vidro do tipo E
apresentam densidade ρ 2,5 g/cm³, módulo
elástico de 70 GPa e tensão na ruptura
variando entre 2000 e 3500 MPa.
O polipropileno, por sua vez,
apresenta densidade 0,91 g/cm³, resistência
à tração de 30,1 MPa, módulo de tração na
ruptura 2980 MPa, módulo de flexão 42,2
MPa e módulo de elasticidade 1,55 GPa.
(OLIVEIRA et al, 2019). No que tange aos
custos, estima-se que o valor por
quilograma do polipropileno esteja em
R$3,55. Entretanto, como este projeto visa
reutilizar os cones de linha, estima-se que
este preço de compra caia para R$2,00/kg
ou até mesmo valores inferiores. Se
idealizado um projeto de negócio, é possível
também obter estes cones como doações
de empresas, a fim de explorar a
responsabilidade social das mesmas.
Não foi possível que os autores
realizassem ensaios mecânicos no
compósito projetado, e, por conta disso, as
propriedades relacionadas ao compósito
idealizado em questão serão apresentadas
conforme obtido por FREIRE et al (1994)
nos gráficos das imagens 3, 4 e 5 abaixo:
Imagem 3: Módulo de elasticidade dos compósitos de
polipropileno/fibra de vidro em função do teor de fibra, para
comprimento de fibra de 0,1 mm, onde as equações 1 e 2
correspondem aos limites superior e inferior,
6
respectivamente, do modelo da regra das misturas, a Eq. 5
corresponde ao modelo de Rayleigh-Maxwell, a Eq. 3 ao
de Cox, ea Eq. 6 ao de Berthelot.
Imagem 4: Resistência à flexão do compósito em função
da fração volumétrica de fibras.
Imagem 5: Resistência à tração dos compósitos, em
função. do teor de fibra, para comprimento de fibra de 0,1
mm, onde a Eq. 8 corresponde ao modelo da regra das
misturas, a Eq. 11 corresponde ao modelo de Cox, a Eq. 15
ao de Kelly-Tyson, e a Eq. 17 ao de Riley.
Para que os requisitos de estrutura
sejam atendidos (baseando-se nas
propriedades mecânicas do Wood Frame,
no que se refere ao módulo de elasticidade)
estimou-se que o ideal seria utilizar uma
fração volumétrica V de cerca de 7% de
fibra de vidro, de forma que o módulo de
elasticidade está entre 2500 e 5000 MPa, o
que corresponde ao apontado nas
propriedades do OSB anteriormente citadas.
Com isso pode-se calcular a
densidade do compósito:
Utilizando os valores citados
anteriormente, tem-se:
Outros cálculos também podem ser
feitos, um deles se refere à fração mássica
M de cada componente, calculado da
seguinte maneira para a fibra:
Substituindo os valores citados
anteriormente na equação, tem-se:
Analogamente, para a matriz:
Substituindo os valores citados
anteriormente na equação, tem-se:
Segundo WAMBUA (2003), a
resistência à tração e o módulo dos
compósitos PP/FV aumentam com o
aumento do volume de fibras. Neste sentido,
além do valor experimental obtido pelo autor
citado anteriormente, podemos realizar
cálculos teóricos utilizando a regra das
misturas, que propõe uma equação
matemática que utiliza das propriedades e
fração volumétrica dos materiais
constituintes de um compósito para prever a
magnitude das propriedades finais deste
compósito.
Ela descreve que uma propriedade
específica Pc do compósito pode ser
descrita pelo produto da multiplicação entre
o valor da propriedade Pn de cada
constituinte n pela sua fração volumétrica
Vn.
Para a tensão na ruptura, temos:
Substituindo as variáveis pelos
valores previamente descritos, tem-se:
Segundo FU (2000), o módulo do
compósito é mais influenciado pela
concentração de fibras. Pela regra das
misturas, temos:
7
Substituindo as variáveis pelos
valores previamente descritos, tem-se:
Para a resistência à tração:
Substituindo os valores:
Cabe ressaltar que, pela equação da
regra da mistura, a contribuição de cada
material na propriedade final do compósito
depende apenas da fração volumétrica
presente, excluindo fatores como condições
de processamento, adesão interfacial,
ambiente, qualidade das matérias-primas,
interações químicas e demais efeitos
sinérgicos, e, por conta disso, não é capaz
de descrever efetivamente a propriedade
final, apenas uma referência.
Na prática, estes valores podem ser
maiores ou menores, como pôde-se ver
comparando os valores obtidos
teoricamente. Pôde-se observar, por
exemplo, que o módulo elástico teórico é
quase três vezes maior que o obtido
experimentalmente.
No que se refere à resistência à
compressão do compósito, propriedade
importante,uma vez que, em cima da
estrutura, estará o telhado, que, nestas
moradias emergenciais, pode ser de telhas
de fibrocimento. Para uma moradia de 18m²,
seriam utilizadas cerca de 28 telhas de
largura 0,45cm, que acarretaria em um peso
total de cerca de 100kg. Dividindo por uma
área de contato com os painéis de 6968cm²,
tem-se 0,15kgf/cm², o equivalente a
1,4MPa. Apesar das fibras de vidro
apresentarem baixa resistência à
compressão, no polipropileno, esta
propriedade possui valores superiores a 50
MPa. Desta forma, sabendo que as fibras de
vidro influenciam pouco na propriedade, o
compósito projetado atende também esta
solicitação.
6.3 Métodos
Antes de decidir o processamento
mais adequado, precisa-se levar em
consideração que os cones de polipropileno
precisam ser triturados através da moagem
mecânica. Para este processo, existem
maquinários cujos preços variam de
R$1.300,00 a R$5.000,00. Esta etapa
garante que o reprocessamento do material
será realizado com sucesso, de forma que
as lascas de PP tenham tamanhos similares
aos pellets da matéria prima 100% virgem.
Sabendo que o PP é um material
termoplástico, que as fibras de vidro, além
de possuírem elevado ponto de fusão, serão
usadas de forma descontínua no projeto,
chegou-se à conclusão que a melhor
alternativa para o processamento é a
técnica de moldagem por compressão.
Antes de iniciar o processo deve ser
feita a pré-mistura do polímero com a carga
de reforço. Cabe ressaltar que a fibra deve
estar seca e devidamente limpa para que
ocorra melhor molhabilidade. Segundo
SPINACÉ (2011), esta pré-mistura deve ser
inserida no funil da injetora, onde será
homogeneizada por uma rosca e aquecida
em temperaturas de cerca de 185ºC e
195ºC. Essa temperatura se mantém até o
final do processo, quando a mistura é
injetada no molde, mantido a temperaturas
próximas do ambiente.
6.4 Projeto
Utilizando um compósito PP/FV
como o analisado anteriormente,
pretende-se fabricar uma moradia de 18m²,
com área 534cm x 337 cm. Para que os
painéis auxiliem também no isolamento
acústico e para que haja espaço suficiente
para adaptações hidráulicas e elétricas, foi
escolhida uma espessura de 4cm. No que
tange a altura, estipulou-se 2,5m.
Além dos painéis que formarão as
paredes externas, também haverão mais
dois que servirão como divisórias do
banheiro, de dimensão 164cm x 151cm. No
projeto, também considerou-se uma porta
de dimensão 210cm x 82 cm para entrada,
uma porta para banheiro de dimensões
210cm x 72cm, três janelas com dimensões
100cm x 100cm e basculante de dimensão
20cm x 15 cm. A planta baixa inicial do
projeto pode ser visualizado na figura 6
abaixo, bem como o modelo 3D na imagem
7:
8
Imagem 6: Planta baixa das moradias, idealizada pelos
autores.
Imagem 7: Projeto 3D das moradias, idealizado pelos
autores.
A partir disso, pode-se calcular o
custo com insumos, considerando o volume
total, as frações mássicas dos componentes
e excluindo as áreas de portas e janelas.
Para o volume total de paredes,
tem-se:
Entretanto, deve-se excluir o volume
de portas e janelas:
Portanto, como volume real, tem-se
1.806.440 cm³. Levando em consideração a
densidade do compósito, pode-se obter a
massa total, para, assim, calcular as
quantidades de insumo e seus custos:
Então, utilizando as frações mássicas
obtidas anteriormente, bem como os custos
estimados calcula-se:
Desta forma, o preço dos insumos
fica em torno de R$3997,70, menos que a
metade gasta na compra de material para o
Wood Frame. Cabe ressaltar que, nesta
comparação, não estão sendo analisados os
gastos com mão de obra, maquinário e
outros custos fixos de fabricação, pois, para
esta análise mais detalhada, seria
necessário também avaliar a escalabilidade
do projeto e uma análise mais profunda de
mercado.
Além disso, assim como no Wood
Frame, estes painéis serão industrializados,
padronizados e idealizados para construção
mesmo em terrenos topográficos de difícil
9
acesso, e, por conta disso também
necessitam da utilização de pilotis
(pequenos pilares no térreo, utilizados para
nivelamento do assoalho da casa), que
podem ser de eucalipto.
Outro ponto é que, para o projeto,
precisou ser considerado que é muito difícil
entrar com maquinário em meio aos
conglomerados habitacionais, por isso, as
peças precisam ser de fácil manuseio, leves
e não devem apresentar necessidade de
guindaste para a colocação.
Cabe ressaltar que o projeto tem
caráter emergencial, isto é, a intenção não é
que a família viva nesta habitação por
tempo indeterminado. Por conta disso, os
painéis precisam ser desmontáveis. Para
eliminar o uso de fitas, furos e conexões,
que dificultariam a reutilização das placas,
além de serem potenciais focos de falhas,
idealiza-se que elas sejam encaixáveis
como no projeto da imagem 8:
Imagem 8: esquema de encaixe entre os painéis,
idealizado e desenhado pelos autores.
Por este modelo, tem-se que as
placas seriam projetadas em formato de “L”,
com uma das extremidades oca e a outra de
menor espessura para encaixar-se no painel
subsequente. Para que o encaixe seja feito
com segurança, estima-se que esta
cavidade seja cerca de ⅓ do comprimento
total da placa.
7. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Analisou-se que ficou comprovada a
viabilidade do uso compósito estudado no
que se refere a propriedades mecânicas, em
especial o módulo de elasticidade. Apesar
dos valores teóricos serem
correspondentes, seria necessário realizar
ensaios mecânicos para melhor análise,
pois, assim, seriam obtidos os valores
considerando fatores como adesão
fibra/matriz e condições de processamento.
No âmbito de custos de insumo, o
compósito apresentou grande vantagem em
relação ao Wood Frame. O que encarece o
projeto é o maquinário utilizado para a
fabricação dos painéis, mais sofisticados
que os utilizados para o Wood Frame,
entretanto, para produção em larga escala,
estes custos acabam diluindo. O compósito
analisado também apresenta vantagens em
relação ao método convencional de
construção, por possuir menores limitações
no que se refere a design, além de ser
menos vulnerável ao ataque de insetos e
absorver menos umidade. Além disso, por
ser montável e possuir poucos
componentes, a ideia é que o projeto não
precise de mão de obra especializada para
a montagem, o que reduz ainda mais os
custos para os potenciais compradores.
Cabe ressaltar que, para comercializar a
solução, ficam pendentes ainda o projeto
elétrico e hidrossanitário das moradias, não
explorados neste trabalho por fugir do
escopo dos discentes. Além disso, um
próximo ponto de melhoria seria a
eliminação do uso de pilotis, o que exigiria
diferentes padrões de painéis, além do
projeto de telhas alternativas.
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