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Marcelo de Souza Picanço
Compósitos cimentícios reforçados com fibras de curauá
'LVVHUWDomR�GH�0HVWUDGR�
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil da PUC-Rio como requisito parcial para obtenção do título de Mestre em Engenharia Civil. Área de concentração: Estruturas.
Orientador: Khosrow Ghavami
Rio de Janeiro, abril de 2005
Marcelo de Souza Picanço
Compósitos cimentícios reforçados com fibras de curauá
Dissertação apresentada como requisito parcial para obtenção do grau de Mestre pelo Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil do Departamento de Engenharia Civil do Centro Técnico Científico da PUC-Rio em Engenharia Civil. Aprovada pela Comissão Examinadora abaixo assinada.
3URI��.KRVURZ�*KDYDPL�Presidente Orientador
Departamento de Engenharia Civil - PUC-Rio
&RQUDGR�GH�6RX]D�5RGULJXHV�Universidade Federal de Viçosa
3URI���'MHQDQH�&RUGHLUR�3DPSORQD�Departamento de Engenharia Civil - PUC-Rio
)HOLSH�-RVp�GD�6LOYD�Instituto Militar de Engenharia
3URI��-RmR�/XtV�3DVFDO�5RHKO�Departamento de Engenharia Civil - PUC-Rio
3URI��-RVp�(XJrQLR�/HDO�Coordenador Setorial
do Centro Técnico Científico - PUC-Rio Rio de Janeiro, 04 de abril de 2005
Todos os direitos reservados. É proibida a reprodução total ou parcial do trabalho sem autorização da universidade, autora e do orientador.
0DUFHOR�GH�6RX]D�3LFDQoR������
Graduou-se em Engenharia Civil na Universidade Federal do Pará (UFPa), em novembro de 2002 .
Ficha Catalográfica
CDD: 624
Picanço, Marcelo de Souza Compósitos cimentícios reforçados com fibras de curauá / Marcelo de Souza Picanço ; orientador: Khosrow Ghavami. – Rio de Janeiro : PUC-Rio, Departamento de Engenharia Civil, 2005. 101 f. ; 30 cm Dissertação (mestrado) – Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro, Departamento de Engenharia Civil. Inclui bibliografia 1. Engenharia Civil – Teses. 2. Fibra de curauá. 3. Fibra de juta. 4. Fibra de sisal. 5. Compósitos cimentícios. 6. Materiais convencionais. I. Ghavami, Khosrow. II. Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro. Departamento de Engenharia Civil . III. Título.
A minha avó Iracema Rabelo Flexa de Souza, com carinho e dedicação.
$JUDGHFLPHQWRV� Agradeço primeiramente a Deus, e a todas as pessoas que me ajudaram diretamente e
indiretamente, pois um trabalho experimental depende da vontade e competência de
um grupo de pessoas, a elas minha eterna gratidão.
Ao Departamento de Engenharia Civil da PUC-Rio pela oportunidade.
Ao Professor Khosrow Ghavami, pela orientação, confiança, estímulo e dedicação no
desenvolvimento desta dissertação.
A Angela Teresa Costa Sales pela ajuda.
A minha mãe, Zelea Flexa de Souza e aos meus irmãos Mauro e Junior.
Ao meu Tio Vespasiano e a toda minha família.
Ao meu amor Luciana Fonseca Damaso de Andrade.
Aos meus amigos Carol, Jair e Leandro (Bob).
Aos funcionários do laboratório onde foram realizados os ensaios desse trabalho.
LEM: Euclídes, José Nilson e equipe, e ao IME.
A CAPES pelo apoio financeiro.
5HVXPR� Picanço, Marcelo de Souza; Ghavami, Khosrow. &RPSyVLWRV� FLPHQWtFLRV�UHIRUoDGRV� FRP� ILEUDV�GH� FXUDXi� Rio de Janeiro, 2005. 101p. Dissertação de Mestrado – Departamento de Engenharia Civil, Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro. A busca por materiais alternativos que possam substituir as fibras de amianto,
compondo o fibro-cimento, tem-se tornado objeto de estudos recorrentes. As fibras
vegetais surgem como opção econômica, salubre e ecologicamente adequada. O
objetivo deste trabalho foi estudar o comportamento da adição da fibra de curauá em
compósitos cimentícios, visando substituir o amianto. Essa fibra mineral é bastante
conhecida pelos danos que provoca à saúde humana, já tendo sido banida em muitos
países industrializados. Desde 1979, o Grupo de Pesquisas em Materiais não
Convencionais da PUC-Rio tem desenvolvido trabalhos sobre a aplicação das fibras
vegetais, disponíveis em abundância no Brasil, na fabricação de componentes para a
construção civil, visando, principalmente, a produção de habitação popular. A fibra
de curauá é de uso popular, na região conhecida como Baixo-Amazonas, oeste do
Estado do Pará, na manufatura de cordas, cestas e tapetes, já existindo os primeiros
plantios em escala comercial. Pouco conhecida nas demais regiões do país, a fibra de
curauá ainda carece de estudos específicos sobre suas propriedades físicas, químicas e
mecânicas, que possibilitem sua aplicação segura em compósitos para a construção
civil. Nesse trabalho, foram estudadas as propriedades físicas, mecânicas e micro-
estruturas das fibras de curauá, bem como de compósitos cimentícios que as tiveram
como reforço. Buscou-se comparar o desempenho das fibras de curauá e de seus
compósitos, com as fibras e compósitos de amianto e de outras fibras vegetais, tais
como sisal, coco e juta. Os dados das fibras de sisal e coco, tomados para efeito de
comparação, foram oriundos de trabalhos anteriores do mesmo grupo de pesquisas da
PUC-Rio. Para as fibras de juta e compósitos cimentícios com reforço de juta e de
sisal, foram obtidos dados através de ensaios realizados no escopo desse trabalho. Os
resultados mostraram que a fibra de curauá possui características físicas e mecânicas
que as habilitam à aplicação como reforço de matrizes cimentícias, principalmente
quando for almejada uma maior ductilidade e capacidade de resistência após a
fissuração da matriz.
3DODYUDV�FKDYH�
Fibra de curauá, fibra de juta, fibra de sisal, compósitos cimentícios, materiais
não convencionais.
�
$EVWUDFW��
Picanço, Marcelo de Souza; Ghavami, Khosrow (Advisor). &LPHQWLFLRXV�FRPSRVLWHV� UHLQIRUFHG� ZLWK� FXUDXi� ILEHU� Rio de Janeiro, 2005. 101p. MSc. Dissertation – Departamento de Engenharia Civil, Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro.
�In recent years, there has been an intense search worldwide for an alternative
material, which can substitute the asbestos fibre, a component of the asbestos cement,
which has been found to be hazardous to human and animal health and has been
banned already in many countries. Since 1979 the Non-conventional Materials
Research Group of PUC-Rio has carried out works on the application of vegetable
fibres, available in abundance in Brazil, for the fabrication of construction
components, aiming mainly at the fabrication of popular housing. The curaúa fibre
has been studied as it is already of popular use in the manufacturing of ropes, baskets
and carpets in the region, known as Baixo Amazonas, in the state of Para, where the
first plantations have been organized on a commercial scale. In this work, the
physical, mechanical and micro-structural properties of the curauá fibres, as well as
their application as a cimenticious matrix reinforcement, have been studied. The
performance of curauá fibres and its composites was compared with other vegetable
fibres, such as sisal, coconut and jute, as a substitute for asbestos fibres and its
composites. The data on sisal and coconut fibres from previous works by the same
research group at PUC-Rio was considered for comparison. The behaviour of jute
fibres, as well as cimenticious composites, reinforced with jute and sisal fibres, have
also been studied in this work. The results have shown that the curauá fibre has good
physical and mechanical characteristics that make it suitable to be used as
reinforcement of cimenticious matrices, with a high ductility and post-cracking
resistance capacity.
.H\ZRUGV� Curauá fibre, jute fibre, sisal fibre, cimenticious composites, non-conventional
materials.
�
6XPiULR���1.0 - Introdução 17
2.0 - Revisão Bibliográfica 20
2.1 Conceituação 20
2.2 Compósitos reforçados por fibras vegetais 20
2.2.1 Fibras vegetais 23
2.2.1.1 Microestrutura das fibras vegetais 25
2.2.1.2 Propriedades físicas e mecânicas das fibras vegetais 27
2.2.1.3 Fibras de curauá 28
2.2.1.4 Fibras de sisal 30
2.2.1.5 Fibras de juta 31
2.2.2 Matrizes cimentícias 33
2.2.3 Propriedades dos compósitos cimentícios com fibras vegetais 34
2.2.3.1 Propriedades mecânicas 34
2.2.3.1.1 Comportamento sob compressão 34
2.2.3.1.2 Comportamento sob flexão 36
2.2.3.2.1 Análise da Tenacidade 38
2.2.3.1.3 Comportamento sob tração 41
2.2.3.2 Durabilidade 42
2.3 Cimento Amianto 43
3.0 Procedimento Experimental 45
3.1 Materiais utilizados 45
3.1.1 Determinação das propriedades físicas das fibras 46
3.1.2 Determinação da resistência à tração das fibras de curauá e de
juta
50
3.2 Produção dos corpos-de-prova 51
3.3 Propriedades mecânicas do compósito 56
3.3.1 Ensaios de compressão 56
3.3.2 Ensaios de tração por compressão diametral 58
3.3.3 Ensaios à Flexão 59
3.4 Microscopia das fibras e dos compósitos com fibras de curauá 61
4.0 Apresentação e análise dos resultados 62
4.1 Propriedades físicas e mecânicas das fibras vegetais 62
4.2 Propriedades mecânicas do compósito 67
4.2.1 Resistência à compressão 67
4.2.2 Resistência à tração por compressão diametral 71
4.2.3 Resistência à Flexão 73
4.2.3.1 Análise da tenacidade 76
4.3 Análise da microestrutura das fibras de curauá e do compósito
com fibras de curauá
81
5.0 Conclusão 83
6.0 Referências Bibliográficas 87
Anexo A 91
Anexo B 92
Anexo C 99
����������
/LVWD�GH�)LJXUDV���Figura 2.1 Esquema da Constituição dos Compostos Fibrosos. 21
Figura 2.2 Classificação das Fibras Vegetais. 24
Figura 2.3 Esquema de uma fibro-célula de uma fibra vegetal com
dimensões aproximadas.
26
Figura 2.4 Planta Curauá com seu plantio adensado (a) e
comprimento aproximado (b).
29
Figura 2.5 Foto planta de sisal. 31
Figura 2.6 Arbustos de Juta. 32
Figura 2.7 Esquema de matrizes para compósitos. 33
Figura 2.8 Comportamento à flexão de uma material elástico
perfeito e elasto-plástico perfeito, fonte Bentur e Mindess
(1990).
38
Figura 2.9 Definição dos pontos para cálculo dos índices de
tenacidade segundo a ASTM C1018 (1992).
40
Figura 2.10 Definição do índice de tenacidade segundo a NBN B15-
238 (1992).
41
Figura 3.1 Curva Granulométrica da Areia. 46
Figura 3.2 (a) Projetor de Perfil da marca Deltronic usado para
medir diâmetro da fibra, (b) esquema explicativo do
processo de funcionamento.
47
Figura 3.3 Fibras de Curauá (a) e Frasco de Chapman (b). 49
Figura 3.4 (a) Corpo de prova com uma única fibra de curauá, (b)
Ensaio de tração na fibra.
51
Figura 3.5 (a) Vista frontal do molde cilíndrico com ø = 50 mm e L =
100 mm, (b) Vista superior do molde cilíndrico.
53
Figura 3.6 Molde de madeira para 6 vigas, com L= 300 mm e área
de seção transversal 50 mm x 50 mm.
53
Figura 3.7 Corpos-de-prova cilíndricos em processo de cura por
imersão em água.
55
Figura 3.8 Esquema do ensaio de compressão simples. 57
Figura 3.9 Esquema para calculo do módulo de elasticidade. 58
Figura 3.10 Esquema do ensaio de tração por compressão
diametral.
59
Figura 3.11 Esquema do ensaio à flexão em quatro pontos. 60
Figura 4.1 Absorção de água das Fibras vegetais. 64
Figura 4.2 Absorção de água da fibra de curauá e juta até a
primeira hora.
65
Figura 4.3 Diagrama tensão-deformação da fibra de curauá. 67
Figura 4.4 Tensão-deformação na compressão de compósitos com
fibra de curauá.
70
Figura 4.5 Tensão-deformação na compressão de compósitos com
fibras variadas.
70
Figura 4.6 Relação tensão-deformação na compressão para a
mistura CPC25-3%.
71
Figura 4.7 Corpos-de-prova rompidos após ensaios de
compressão.
71
Figura 4.8 Resistência à tração por compressão diametral. 72
Figura 4.9 Corpos-de-prova rompidos após ensaios de tração por
compressão diametral.
73
Figura 4.10 Curva carga-deslocamento sob flexão em 4 pontos.
CPN00-0% (a) e CPC25-3% (b)
74
Figura 4.11 Curva carga-deslocamento sob flexão em 4 pontos.
CPC25-2% (a) e CPC45-3% (b).
74
Figura 4.12 Curva carga-deslocamento sob flexão em 4 pontos.
CPC45-2%(a) comparação entre misturas(b).
74
Figura 4.13 Corpo-de-prova durante ensaio à flexão. 76
Figura 4.14 Índices de tenacidade de ASTM C1018 para compósitos
com fibras de curauá.
77
Figura 4.15 Índices de tenacidade propostos pela norma japonesa
JCI-JCSE-SF4 (1983).
78
Figura 4.16 Índice de resistência adimensional P*n para compósitos
reforçados com fibras curtas de curauá.
79
Figura 4.17 Índice de Tenacidade FT, calculado de acordo com a
NBN B15-238 (1992), para compósitos reforçados com
fibras curtas de curauá.
80
Figura 4.18 a-d– Microscopia da fibra de Curauá. 81
Figura 4.19 a-b - Microscopia no compósito com fibras de curauá
após ensaio à flexão.
82
������������������������������
/LVWD�GH�7DEHODV� Tabela 2.1 Propriedades físicas das fibras naturais vegetais. 27
Tabela 2.2 Propriedades mecânicas das fibras naturais vegetais. 28
Tabela 2.3 Valores de ensaios de compressão de autores diferentes. 35
Tabela 2.4 Valores de ensaios de flexão. 36
Tabela 2.5 Comportamento de compósitos reforçados com fibras
vegetais à tração direta.
42
Tabela 2.6 Propriedades mecânicas do cimento amianto. 44
Tabela 3.1 Programa experimental das misturas. 56
Tabela 4.1 Diâmetro, teor de umidade e peso específico das fibras. 63
Tabela 4.2 Absorção de água das fibras no tempo. 63
Tabela 4.3 Propriedades mecânicas das fibras de curauá e juta. 67
Tabela 4.4 Resultados dos ensaios à compressão. 68
Tabela 4.5 Resultados dos ensaios à flexão. 73
Tabela 4.6 Índices de tenacidade dos compósitos sob flexão,
segundo as Normas ASTM (1992) e JCI-JCSE-SF4
(1983).
76
Tabela 4.7 Índices de tenacidade definidos pela NBN B15-238
(1992).
78
�������������
/LVWD�GH�6tPERORV��ø Diâmetro da fibra vegetal em mm
Vf Fração volumétrica das fibras
H Teor de umidade natural da fibra vegetal
Peso específico de fibra vegetal
A Absorção de água da fibra vegetal em porcentagem
CV Coeficiente de variação
E Módulo de elasticidade
axial Deformação axial no compósito
v Deformação volumétrica
l Deformação longitudinal
t Deformação transversal
σf Tensão de compressão final
σi Tensão de compressão inicial
lf Deformação longitudinal final
li Deformação longitudinal inicial do compósito
ν Coeficiente de Poisson
máx Resistência máxima
f't Resistência à tração por compressão diametral
LOP Tensão de flexão correspondente ao limite de proporcionalidade
Pmáx. Carregamento máximo à flexão
LOP. Deslocamento no limite de proporcionalidade à flexão
CPN Argamassa plena com traço em peso 1:1:0,45
CPF25 Compósito com fibras de sisal com comprimento de fibra de 25 mm
CPF45 Compósito com fibras de sisal com comprimento de fibra de 45 mm
M1 Argamassa plena com traço em peso 1:1:0,40
M1S325 Compósito com fibra de sisal com variação volumétrica de 3% com 25 mm
de comprimento de fibra
M1S315 Compósito com fibra de sisal com variação volumétrica de 3% com 15 mm
de comprimento de fibra
M1S225 Compósito com fibra de sisal com variação volumétrica de 2% com 25 mm
de comprimento de fibra
M1C325 Compósito com fibra de coco com variação volumétrica de 3% com 25 mm
de comprimento de fibra
M1C225 Compósito com fibra de coco com variação volumétrica de 2% com 25 mm
de comprimento de fibra
CPN00-0%* Argamassa plena com traço em peso 1:1:0,40
CPN00-0% Argamassa plena com traço em peso 1:1:0,59
CPC15-3% Compósito com fibra de curauá com variação volumétrica de 3% e com 15
mm de comprimento de fibra
CPC25-2% Compósito com fibra de curauá com variação volumétrica de 2% e com 25
mm de comprimento de fibra
CPC25-3% Compósito com fibra de curauá com variação volumétrica de 3% e com 25
mm de comprimento de fibra
CPC45-2% Compósito com fibra de curauá com variação volumétrica de 2% com 45
mm de comprimento de fibra.
CPC45-3% Compósito com fibra de curauá com variação volumétrica de 3% com 45
mm de comprimento de fibra.
CPS25-3% Compósito com fibra de sisal com variação volumétrica de 3% com 25 mm
de comprimento de fibra.
CPJ25-3% Compósito com fibra de juta com variação volumétrica de 3% com 25 mm
de comprimento de fibra.
CPJ45-3% Compósito com fibra de juta com variação volumétrica de 3% com 45 mm
de comprimento de fibra.
CPF25-3% Compósito com fibra de fique com variação volumétrica de 3% com 25 mm
de comprimento de fibra.
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���� �,QWURGXomR���
�O desenvolvimento e a aplicação de materiais para a construção civil, que
sejam provenientes de fontes renováveis, de baixo custo e que demandem
reduzido consumo de energia para sua produção, tornam-se exigências
básicas atualmente. Os materiais que necessitam de complexos processos
industriais para sua produção mobilizam vultuosos recursos financeiros,
consomem muita energia e requerem processos centralizados. Em
conseqüência, entre outros impactos, várias atividades são suprimidas em
áreas rurais ou mesmo em cidades de pequeno porte e materiais não
renováveis são irreversivelmente descartados, causando crescente poluição.
A variedade de materiais atualmente disponível para uso em Engenharia é
extraordinariamente grande e com materiais cada vez mais especializados
para aplicações específicas. Os materiais compósitos representam um caso
de particular relevância dentro dos materiais de Engenharia não tradicionais.
No presente, as cidades não podem cumprir suas funções como
faziam a 3000 ou mais anos atrás, quando existiam para o comércio, a
ciência, as artes, o desenvolvimento e a indústria. Grande parte das cidades,
atualmente, são muito amplas, superpovoadas e a vasta poluição, tanto no ar
quanto na superfície, torna a vida insalubre e desagradável. Em quase todas
as grandes cidades, ou em torno delas, especialmente em países
subdesenvolvidos e em vias de desenvolvimento, existem favelas, onde a
população vive em condições inferiores ao padrão. Suas casas (se elas
assim podem ser chamadas) são feitas de papelão, madeira podre, chapa de
aço corroído, etc. Os habitantes destas cidades-favela são geralmente a
mão-de-obra para as próprias indústrias dessas cidades.
Na construção civil, o cimento e o amianto são materiais cuja
produção é extremamente degradante do meio ambiente, sendo o segundo
deles maléfico a saúde humana, já tendo sido, inclusive, proibido em grande
parte dos países industrializados. Esses materiais podem ser substituídos
Introdução 18
por cimentos alternativos, que estão em fase de desenvolvimento. As fibras
de amianto, por sua vez, podem ser substituídas por outras fibras naturais,
menos insalubres e mais adequadas ecologicamente.
Até algum tempo atrás, não havia um engajamento mais intenso entre
a questão da produção de materiais de construção e as questões ambientais,
tal como surge agora. Com o advento do novo milênio, o homem passa a
refletir mais profundamente sobre a sua existência e a importância da
preservação de sua espécie. Nos países industrializados, há uma maior
mobilização em torno dessas questões. Aqui no Brasil, as iniciativas são
poucas, ainda embrionárias, e tendem a crescer. Isso porque, além da
questão da globalização, que ajuda a difundir essa idéia de ciências
alternativas, o Brasil é um país muito rico em recursos naturais propícios ao
desenvolvimento de projetos relacionados à utilização de materiais não
convencionais.
Alinhada com esses novos paradigmas, a linha de pesquisa sobre
materiais não convencionais da PUC-Rio vem desenvolvendo trabalhos
voltados à busca por materiais de construção inovadores e atrelados aos
preceitos de aproveitamento de recursos naturais abundantes localmente,
preservação do meio ambiente e soluções alternativas para construção de
habitações de baixo custo. Essa dissertação de mestrado vem imbuída
desses preceitos, visto que tem como objeto de estudo as fibras de curauá,
planta da Amazônia, de fácil renovação e que já começa a despertar o
interesse de grandes indústrias, a exemplo da indústria automobilística.
Os objetivos deste trabalho foram:
• Caracterizar física e mecanicamente as fibras de curauá,
visando sua aplicação como reforço de matrizes cimentícias;
• Avaliar a melhoria do desempenho mecânico, causada pela
inserção das fibras de curauá na argamassa de cimento,
através da comparação entre as características dos
compósitos com essas fibras e da argamassa sem reforço;
Introdução 19
• Estabelecer comparação entre o desempenho mecânico dos
compósitos com fibras de curauá e de compósitos com outras
fibras vegetais (sisal, juta), tendo em vista o potencial de uso
desses materiais na fabricação de componentes para a
construção civil.
Esse trabalho foi dividido em cinco capítulos: Introdução, Revisão
bibliográfica, Procedimento experimental, Análise e apresentação dos
resultados e Conclusão. Na Revisão bibliográfica estão descritos os
princípios básicos que nortearam esse estudo. É feita uma coletânea de
dados existentes na literatura científica, abordando as fibras vegetais e sua
aplicação na fabricação de compósitos cimentícios.
No Procedimento experimental estão descritos os materiais utilizados,
os ensaios de determinação das propriedades físicas e mecânicas das fibras,
método de moldagem dos corpos-de-prova e ensaios de determinação das
propriedades mecânicas nos compósitos (ensaio à compressão, tração por
compressão diametral e flexão), além do estudo através de microscopia
eletrônica de varredura (MEV) nas fibras de curauá e compósitos com fibras
de curauá.
Na Apresentação e análise dos resultados obtidos, os dados
alcançados para os materiais utilizados nesse trabalho são tratados e é feita
a comparação entre esses e os resultados de trabalhos anteriores. O que
pôde ser deduzido dessa análise foi compilado no capítulo Conclusão,
juntamente com as sugestões para trabalhos futuros.�
�����5(9,62�%,%/,2*5È),&$�
�����&RQFHLWXDomR��
O compósito é considerado um material multifásico que exibe uma
significante proporção das propriedades de ambas as fases constituintes,
tal que uma melhor combinação de propriedades seja obtida. Muitos
compósitos são formados por somente duas fases. Uma delas é chamada
de matriz, que é contínua e envolve a outra fase, geralmente chamada de
fase dispersiva. As propriedades dos compósitos estão relacionadas com
as propriedades das fases constituintes, suas quantidades relativas e
geometria da fase dispersiva, (forma e tamanho das partículas),
distribuição e orientação (Callister 1994).
�����&RPSyVLWRV�UHIRUoDGRV�SRU�ILEUDV�YHJHWDLV�� O interesse pelo uso das fibras naturais como reforço está
vinculado ao seu baixo custo, disponibilidade, por questões ambientais e
econômicas, já que os materiais tradicionais de construção apresentam
um custo bastante elevado, explicado pelo alto consumo de energia e
transporte. A Figura 2.1 apresenta um esquema da constituição dos
compósitos fibrosos.
Revisão Bibliográfica 21
Figura 2.1 – Esquema da constituição dos compósitos fibrosos.
Neste trabalho, utilizaram-se fibras adicionadas à argamassa de
cimento Portland, buscando determinar a influência desse reforço nas
características físicas e mecânicas do compósito produzido.
Dependendo das condições de serviço a que estiverem sujeitas, as
matrizes com características frágeis, tais como argamassas, podem
necessitar de melhorias de algumas de suas propriedades. A adição de
fibras nesse tipo de matriz tem trazido melhorias consideráveis nas
propriedades de tração e flexão, aliadas a uma alteração nas
propriedades reológicas da mistura fresca e controle da fissuração,
conferindo-lhe maior capacidade de carregamento após o aparecimento
das primeiras trincas (Hannant 1978). Além disso, tem sido observado o
aumento da ductilidade e da tenacidade do compósito com fibras em
relação à matriz sem reforço.
Geralmente as propriedades finais do compósito são influenciadas
pelas características individuais de seus constituintes e pelo método de
fabricação do compósito, conforme os fatores a seguir:
• Tipo, geometria, arranjo e distribuição, fração volumétrica, aspecto
superficial, tratamento prévio, propriedades físicas, mecânicas e
químicas das fibras;
Revisão Bibliográfica 22
• Grau de aderência entre fibra e matriz;
• Métodos de produção (mistura, adensamento e cura) do compósito.
Apesar das já citadas vantagens obtidas com a adição do reforço
fibroso, em termos de capacidade de deformação, observa-se que tais
benefícios vêm acompanhados por diminuição na resistência à
compressão. Contudo, em aplicações voltadas para a produção de
componentes construtivos, principalmente para habitação popular, os
elementos não são comumente solicitados por consideráveis cargas de
compressão, sendo tais desvantagens plenamente compensadas pelo
acréscimo da capacidade de absorção de energia do compósito, o que o
torna mais resistente a impactos.
Na avaliação das características do material compósito, objeto desse
trabalho, foram tomadas como base as propriedades individuais das fibras
e da matriz e suas respectivas frações volumétricas, podendo a avaliação
analítica ser feita através da regra das misturas.
Nos ensaios de trabalhabilidade realizados por Tolêdo Filho (1997),
com compósitos cimentícios com fração volumétrica de fibras vegetais
entre 2% e 3%, foi observada uma trabalhabilidade entre média e alta. No
entanto, foi mostrado que o aumento na fração volumétrica de 2% para
3% foi suficiente para reduzir a trabalhabilidade em 70%. Logo, frações
volumétricas maiores não são recomendadas quando se pretende fazer
compósitos com fibras vegetais em matriz cimentícia sem utilização de
plastificantes.
Estudos comparativos realizados com fibras de juta em compósitos à
base de cimento, com diferentes frações volumétricas, mostraram uma
melhora no comportamento do material à flexão com o aumento da fração
volumétrica de até 3%. A utilização de maior volume de fibras (4%)
provocou uma diminuição dessa resistência (Mansur e Aziz 1981 apud
Rodrigues 1999).
No presente trabalho, foi dada ênfase ao comprimento da fibra vegetal,
como variável de estudo, com vistas ao aprofundamento da avaliação de
sua importância no desempenho mecânico do compósito. Foram
utilizadas fibras curtas, cujos comprimentos variaram entre 15 e 45 mm,
Revisão Bibliográfica 23
orientadas aleatoriamente dentro da matriz cimentícia. Visando obter uma
primeira aproximação, para determinação dos níveis de resistência que
podem ser esperados, pode-se usar as equações semi-empíricas da regra
das misturas para fibras longas, adaptadas através dos fatores de
eficiência relativos a tamanho e orientação das fibras vegetais (Fujiyama
1997). Esses fatores de eficiência ( 1 H� 2) tornam-se necessários para
permitir ajuste das equações às situações em que são utilizadas fibras
curtas distribuídas aleatoriamente na matriz, já que tais formulações foram
desenvolvidas por Cox e Krenchel apud Jones (1975) para as condições
de utilização de fibras longas e continuas, alinhadas e igualmente
espaçadas no interior da matriz. Essas últimas condições, de fato,
promovem um melhor desempenho mecânico do compósito.
������)LEUDV�YHJHWDLV��
A aplicação de fibras vegetais na construção data dos primórdios de
nossa civilização. Milhares de anos atrás, os Persas já usavam as fibras
associadas ao solo para construções de habitações, resultando em
paredes com bom isolamento térmico e boa aparência estética (Ghavami
e Tolêdo Filho 1991).
Com base em sua morfologia, as fibras vegetais podem ser
classificadas em quatro classes (Cook 1980 apud Tolêdo Filho 1997). A
Figura 2.2 mostra, esquematicamente, as principais fibras de cada classe.
Revisão Bibliográfica 24
Figura 2.2-Classificação das fibras vegetais.
Fibras das folhas – Tendo sua origem nas plantas monocotiledôneas,
as fibras das folhas ocorrem em feixes com extremidades sobrepostas de
tal forma que produzem filamentos contínuos através do comprimento da
folha (Tolêdo Filho 1997), conferindo-lhe resistência e dando suporte aos
vasos de condução de água do vegetal.
Fibras de talo ou tronco – Tendo origem em plantas dicotiledôneas,
essas fibras ocorrem no floema, que fica na entrecasca do talo. Os feixes
de fibra são unidos entre si e mantidos no lugar pelo tecido celular do
floema e pelas substâncias gomosas e graxas. As fibras podem ser
obtidas colocando-se os talos em tanques de água quente ou deixando-os
espalhados no chão para permitir que a ação das bactérias dissolva o
material que envolve as fibras. O processo é seguido por secagem das
fibras.
Fibras do Caule (madeira) – são fibras curtas, grossas e rígidas.
Pedaços de madeira são processados em várias soluções e sujeitos a
tratamentos mecânicos para extrair fibras de celulose (wood fibres) de
boa qualidade na forma de polpa. Como exemplo, temos fibras de bambu
e de cana-de-açúcar (Tolêdo Filho 1997).
Fibras do Fruto – Essas fibras formam uma camada protetora de
caules, folhas, frutos e sementes das plantas. As fibras de coco e algodão
são incluídas neste grupo (Tolêdo Filho 1997).
Revisão Bibliográfica 25
As fibras oriundas das folhas são as de maior interesse para serem
utilizadas como reforço, embora fibras de talo, do caule e do fruto também
possam ser usadas. De uma maneira geral, as fibras das folhas são mais
grossas que as fibras dos talos e são referenciadas como fibras “duras”
enquanto as fibras do talo são chamadas de fibras “macias” e, portanto,
mais próprias para fins têxteis. Nesse trabalho foram utilizados, três tipos
de fibras vegetais, duas fibras das folhas, curauá e sisal e uma de talo
que é a fibra de juta (Tolêdo Filho 1997).
��������0LFURHVWUXWXUD�GDV�ILEUDV�YHJHWDLV��
As fibras vegetais são constituídas por células individuais (microfibras)
unidas umas às outras por meio da lamela intermediária, que é constituída
de hemicelulose e lignina.
Cada microfibra é formada por um número de camadas, contendo
fibrilas que são compostas por cadeias moleculares de celulose. Essas
fibrilas se apresentam, em cada camada sob a forma de espiral com
ângulos de inclinação variáveis, que têm influência sobre o desempenho
mecânico da fibra. A Figura 2.3 apresenta um esquema de uma
microfibra, onde podem ser vistas as camadas primária e secundária
(Gram 1983). A camada secundária é dividida em três subcamadas (S1,
S2 e S3).
A região central da fibra apresenta uma cavidade denominada lúmen,
que é grande responsável pela elevada absorção de água e baixa massa
específica aparente, características comuns às fibras vegetais. Além
disso, substâncias agressivas costumam penetrar no lúmen, a exemplo
dos compostos hidratados do cimento, em compósitos com matriz
cimentícia causando reações degradantes dos componentes da fibra.
Esses compostos podem, ainda, sofrer cristalização nessa cavidade
central, e demais vazios das fibras, causando enrijecimento desse reforço
e sua conseqüente fragilização.
Revisão Bibliográfica 26
Figura 2.3 – Esquema de uma fibro-célula de uma fibra vegetal com dimensões
aproximadas.
Para uma melhor compreensão das propriedades mecânicas e
durabilidade das fibras, seus principais componentes estruturais (celulose,
hemicelulose e lignina) são comentados.
Celulose – é um polímero derivado da glicose: � – D –
glicopiranose. Glicose é apenas um de um número de monossacarídeos
tendo a mesma composição química, C6 H12 O6.
Hemicelulose – é também um polímero de açúcares (tais como
galactose e manose) raramente, ou nunca, cristalino (Walker 1993), que
apresenta baixo grau de polimerização e é solúvel em álcalis. De acordo
com (Gram 1983) a hemicelulose está presente principalmente na parede
primária.
Lignina – a lignina é um adesivo natural cuja estrutura ainda não foi
completamente demonstrada (Walker 1993). Consiste de cerca de 65%
de carbono, 6% de hidrogênio e 29% de oxigênio, compondo um polímero
de cadeia muito complexa que, para ser dissolvido, necessita ser
primeiramente subdividido em substâncias mais simples (Coutts 1988). A
lignina pode ser dissolvida e lixiviada em meio alcalino e está presente,
Revisão Bibliográfica 27
em grande concentração na lamela intermediária (cerca de 70 %) (Tolêdo
Filho 1997).
��������3URSULHGDGHV�ItVLFDV�H�PHFkQLFDV�GDV�ILEUDV�YHJHWDLV��
Nas Tabelas 2.1 e 2.2 apresentam-se as propriedades físicas e
mecânicas, respectivamente, de algumas fibras vegetais comumente
utilizadas em compósitos encontráveis na literatura técnica. Esses dados
foram tomados como elementos de comparação com valores obtidos para
as fibras estudadas no presente trabalho. Pode ser observada uma
grande variabilidade entre os valores apresentados, que pode ser
creditada às condições ainda não padronizadas dos testes aplicados.
Além disso, essas propriedades dependem da idade da planta, do local
do cultivo, das condições climáticas e da microestrutura das fibras.
Tabela 2.1 – Propriedades físicas das fibras naturais vegetais.
Fibras Vegetais Autores ø (mm) Comp. (cm) H (%) (KN/m3)
Racines (1978) 0,20 - 0,40 5,00 - 30,00 - -Aziz et al. (1984) - - - 12,00 - 13,00
Jindal (1986) 0,35 22,00 - 27,00 - -Savastano Jr. e Agopyan (1998) - - - 11,80
Tolêdo Filho (1997) 0,18 - 0,32 - 13,70 6,70 - 10,00Aziz et al. (1987) 0,10 - 0,40 5,00 - 35,00 - -Azis et al. (1987) 0,10 - 0,20 18,00 - 80,00 - 10,20 - 10,40
Picanço e Ghavami (2004) 0,09 0,56 - 0,85 11,37 10,79Tolêdo Filho (1990) 0,10 - 0,90 6,00 - 23,00 - 8,00 - 11,00
CEPED (1982) � � � 10,50Ghavami et al.(1999) 0,15 38,20 - 94,00 � �
Tolêdo Filho (1990) 0,08 - 0,30 38,00 - 94,00 13,30 7,50 - 11,00
Juta
Curauá Picanço e Ghavami (2004)
Coco
Bambu
Bagaço-de-cana
0,12 99,75 - 127,00 11,47 13,47
Piaçava
Sisal
Revisão Bibliográfica 28
Tabela 2.2 – Propriedades mecânicas das fibras naturais vegetais.
Fibras Vegetais Autores Resistência à Tração (MPa) E (GPa) Def. na Ruptura (%)Curauá Esse Trabalho 195,00 - 832,50 12,45 3,02
Juta Picanço e Ghavami (2004) 137,78 - 533,24 - -Racines (1978) 170,00 - 290,00 15,00 - 19,00 -
Guimarães (1982) 177,00 4,90 5,11Guimarães (1982) 564,00 28,20 3,22Beaudoin (1990) 440,00 37,00 -Ghavami (1985) 105,00 - 198,00 2,00 - 6,00 16,00
Savastano Jr. e Agopyan (1998) 95,00 - 118,00 2,80 23,90 - 51,40Chand (1988) 240,00 17,40 1,20
Beaudoin (1990) 250,00 - 350,00 26,00 - 32,00 1,50 - 2,00Coutts (1983) 1000,00 100,00 1,80 - 2,20
Toledo Filho (1990) 50,00 - 90,00 - 4,00 - 6,00CEPED (1982) 143,00 5,60 6,00
Toledo Filho (1997) 577,50 11,00 - 27,00 2,10 - 4,20Ghavami et al. (1999) 580,00 18,00 6,00
Bagaço-de-cana
Bambu
Linho
Piaçava
Sisal
Coco
Juta
���������)LEUDV�GH�FXUDXi��
Curauá é uma planta nativa originária da Amazônia, cuja folha
produz uma fibra têxtil de natureza ligno-celulósica. Trata-se de uma
bromeliácea, do tipo ananás, especificamente ananás erectipholius.
Existem duas espécies de Curauá, uma de folha roxa-avermelhada, que
se desenvolve mais, e outra de folha verde-clara, chamada de Curauá
branco. As folhas medem cerca de 5 cm de largura por 5 mm de
espessura e o comprimento é de aproximadamente 1,5 m. O fruto é
semelhante, em aspecto e sabor, ao do abacaxi, sendo porém mais
fibroso, o que o torna impróprio para o consumo humano, além de
apresentar menor tamanho que o anterior (Lobato 2003).
O Lago Grande do Curuaí, em Santarém, estado do Pará, é a zona
de maior concentração de Curauá da região do Baixo Amazonas. Mais de
50 comunidades cultivam a planta em consórcio com diferentes culturas
como mandioca, urucu, cumaru e seringueira.
Utilizada, desde os primórdios, pelos índios habitantes da região
para a confecção de artefatos os mais diversos, a planta do curauá se
desenvolve facilmente e é bastante resistente. Quando da ocupação das
terras da região por agricultores e pecuaristas, a planta chegou a ser
considerada uma praga, por sua facilidade de renovação. Com a
transformação de grandes áreas de mata virgem em pastos para o gado
Revisão Bibliográfica 29
bovino, foi notável a redução da presença dessa planta em muitas áreas
da região.
O plantio adensado é feito no espaçamento de 50 cm por 2 m de
largura. A planta curauá produz entre 20 e 24 folhas por ano, podendo
proporcionar 2 kg de fibra cada uma, e aproximadamente 98 folhas, em
cinco anos, a média do seu cilclo de vida. A princípio, o maquinário usado
para beneficiamento do curauá era o mesmo utilizado no processamento
do sisal, planta cultivada do Nordeste brasileiro. Atualmente são utilizadas
máquinas mais modernas que a tradicional “periquita”, que ainda é
utilizada pelos pequenos produtores da região do Lago Grande. Esse
equipamento rudimentar proporciona um baixo rendimento e muito
desperdício. Introduziram-se máquinas mais modernas, com quatro
entradas de alimentação, sendo previsto o desenvolvimento de novos
equipamentos, como resultado de pesquisas que estão em curso em São
Paulo e na Alemanha. As novas máquinas deverão ter capacidade de
processar 800 kg por hora de manta de curauá.
O composto viscoso que sobra do processo de desfibramento, a
mucilagem, permite a fabricação de papel e o soro do curauá que contém
uma toxina utilizada para a produção de um anestésico (Gomes 2002).
(a)
(b)
Figura 2.4 – Planta Curauá com seu Plantio adensado (a) e comprimento aproximado (b).
Revisão Bibliográfica 30
As folhas são transportadas até as centrais de beneficiamento,
onde, após o desfibramento, procede-se à lavagem em tanques com água
corrente e a secagem em varais. Após isso, é feita a secagem em estufas,
que acelera o processo de perda de água, assegurando melhor qualidade
ao produto final. A folha seca é embalada em fardos de até 30 kg, que
são levadas às fábricas, onde são produzidas as mantas usados na
composição de artefatos da industria automobilística, tais como, tampa de
porta-malas, revestimento de teto, etc.
��������)LEUDV�GH�VLVDO�
O sisal apresenta várias mutações naturais geradas a partir da
agave fourcroydes. Na atualidade conhece-se cerca de 57 espécies e 300
variedades (Fujiyama 1997). Esta planta é resistente a clima seco e
cultivado em regiões tropicais e subtropicais, sendo plantio comum no
Nordeste brasileiro. Uma característica desta planta é que ela possui
folhas grandes, pontiagudas e dispostas em roseta, semelhante ao
abacaxi. Originou-se, segundo Ferri (1976), no México espalhando-se em
seguida para outras regiões do mundo, como África, Europa e Ásia.
Usam-se as fibras de sisal para confecção de cordéis, sacos,
alguns tipos de tecidos, barbantes para embalagem, reforço para cabo de
arame, canos, redes, passadeiras, tapetes e reforços em compósitos.
A colheita do sisal, normalmente, é feita após 5 ou 6 anos do
plantio, quando cortam-se as folhas de baixo para cima, de forma que
ainda reste entre 12 ou 18 folhas na planta. Essa colheita é executada
inúmeras vezes durante o ano. A vida útil dessa planta está estimada em
25 anos. As folhas apresentam coloração em tom cinza-esverdeado com
largura entre 8 e 10 cm e comprimento entre 150 e 250 cm. As fibras
encontram-se incrustadas no cerne das folhas. Após o corte das folhas,
essas devem ser trabalhadas o quanto antes, uma vez que seu
armazenamento causa rápida putrefação.
A retirada das fibras é feita com a descarnação, esmagamento e
raspagem do cerne das folhas em conjunto com um jato de água, seguida
Revisão Bibliográfica 31
de secagem ao ar. Estes processos podem ser efetuados usando-se
equipamentos mecânicos ou artesanalmente (manualmente). A Figura 2.5
apresenta uma foto da planta de sisal.
Figura 2.5 – Foto planta de sisal.
��������)LEUDV�GH�MXWD��
Com o nome científico &RUFKRUXV�FDSVXODULV, e originária da Índia, a
juta é uma fibra resistente e tem módulo de elasticidade relativamente
elevado, o que a torna conveniente para o uso como reforço de matriz
cimentícia. Do fio de juta são produzidos diversos tipos de telas usadas
em confecções, decorações, revestimentos de piso e parede, artesanato,
cortinas, sacolas, divisórias, base para gesso, sacarias (Tolêdo Filho
1997).
Revisão Bibliográfica 32
Após a colheita, os feixes com as hastes, ficam imersos em água
por 15 a 20 dias, depois de ser desfibrada e lavada, a juta fica é posta a
secar estendida em varais, por dois ou três dias. As fibras, após a
secagem, são armazenadas e, posteriormente, comercializadas em
fardos. O processo de fiação tem início no amaciador, uma máquina que
suaviza a fibra, e numa etapa seguinte, dá-se a cardagem que "penteia" e
desembaraça a juta, resultando em finos fios, esses fios, então, são
organizados em grandes rolos por uma máquina denominada passador.
Os rolos seguem para as fiadeiras, onde as fibras são torcidas e
trançadas, dando origem a fios, cordas e cabos de várias espessuras, de
acordo com sua utilização. As fibras de juta são classificadas como:
amaciadas, cardadas e urdidas transformando-se em fios.
A juta (FRUFKRUXV�FDSVXODULV) é um arbusto que alcança uma altura
de 3 a 4 metros. Seu florescimento acontece cerca de 4 a 5 meses após a
semeadura, iniciando-se imediatamente a colheita. A Figura 2.6 apresenta
arbustos de juta.
Figura 2.6 – Arbustos de Juta.
A juta foi introduzida no Brasil no início do século XX por Ryota
Oyama, passando por um processo de climatização. Iniciando sua cultura
com os Japoneses, posteriormente começou a ser cultivada pelas
populações ribeirinhas da região Norte do Brasil. De cultivo apropriado em
regiões de várzea, os nutrientes necessários para seu crescimento podem
vir próprio húmus do rio.
Revisão Bibliográfica 33
������0DWUL]HV�FLPHQWtFLDV��
Num compósito de baixo ou médio desempenho, a matriz, que é a
fase contínua, é quem exerce o principal papel de suporte de esforços.
Além disso, a matriz deve prover a proteção física e a ancoragem das
fibras, transferindo as tensões entre os elementos de reforço.
Freqüentemente, devido a interações físicas ou químicas, forma-se entre
as fibras e a matriz uma fase intermediária, chamada de interface ou zona
de transição que, embora de pequena espessura, pode interferir no
controle dos mecanismos de falha, na tenacidade na fratura e na relação
tensão-deformação do material (Daniel e Ishai 1994).
Na Figura 2.7, é apresentado um esquema dos tipos de matriz, de
acordo com sua natureza. As matrizes à base de cimento Portland podem
se constituir de pastas, argamassas e concretos. Os compósitos
estudados no presente trabalho utilizaram matriz de argamassa de
cimento.
Figura 2.7 - Esquema de matrizes para compósitos.
Revisão Bibliográfica 34
As proporções entre os valores de algumas propriedades das fibras
e da matriz são importantes fatores para a determinação do desempenho
teórico do compósito. Quando são utilizadas fibras, com alongamento na
ruptura superior ao da matriz, a mesma pode fissurar muito antes de ser
atingido o limite de resistência da fibra. Se o módulo de elasticidade a
tração da fibra é consideravelmente menor que o da matriz, como ocorre
geralmente em compósitos com matriz cimentícia e fibras de celulose,
somente após a fissuração da matriz é que as fibras passam a sofrer a
maior parte da solicitação mecânica.
No caso de matrizes cimentícias, o diâmetro máximo das partículas
dos agregados torna-se também importante, pois afeta a distribuição das
fibras e a quantidade de fibras que pode ser incluída no compósito. O
tamanho médio das partículas da pasta de cimento antes da hidratação
se encontra entre 10 a 30 µ, enquanto pode-se considerar que uma
argamassa contenha partículas de diâmetro máximo de até cerca de 5
mm. Em concretos nos quais se pretenda inserir fibras, não deveria haver
partículas maiores que 20 mm e, preferivelmente, não maiores que 10
mm, pois, do contrário, torna-se difícil obter uma distribuição uniforme das
fibras (Hannant 1978).
������3URSULHGDGHV�GRV�FRPSyVLWRV�FLPHQWtFLRV�FRP�ILEUDV�YHJHWDLV�
���������3URSULHGDGHV�PHFkQLFDV������������&RPSRUWDPHQWR�VRE�FRPSUHVVmR�
�Resultados de estudos experimentais anteriores demonstraram um
decréscimo na resistência à compressão com fibras vegetais de sisal,
acompanhado de ligeiro decréscimo do módulo de elasticidade (Tolêdo
Filho 1997, Fujiyama 1997, Rodrigues 1999), Nota-se que a resistência à
compressão do compósito é influenciada pelo tipo, comprimento e fração
Revisão Bibliográfica 35
volumétrica das fibras. A redução dessa resistência foi promovida para
frações volumétricas aumentadas, refletindo o fato de que, sob esforços
de compressão, as fibras não agem como reforço e podendo, na verdade,
aumentar o teor de falhas no material.
Na produção de argamassa de cimento reforçada por fibras naturais
vegetais, a cura do corpo de prova é geralmente feita por imersão em
água. Após a retirada depois de 28 dias, os mesmos são secos
naturalmente sob condições atmosféricas, ocorrendo assim a perda da
água anteriormente absorvida e conseqüentemente a retração de volume
das fibras. Essa retração provoca o deslocamento na interface fibra-
matriz, reduzindo a resistência de aderência. Tem-se tornado consenso,
entre os pesquisadores que lidam com compósitos cimentícios com fibras
vegetais, o fato de que esse método de cura pode ser inadequado, por
induzir esse tipo de falha no material, ainda em sua produção.
Observa-se, durante um ensaio de compressão desses compósitos,
que é comum que o corpo de prova, embora já rompido, mantenha suas
partes unidas pelas fibras, não perdendo, assim, sua continuidade e
evitando sua fratura catastrófica. Isso vem reafirmar o papel das fibras
como elementos capazes de ligar as faces das fissuras, conferindo ao
material uma certa capacidade, mesmo que mínima, de carregamento,
após a fissuração da matriz. A Tabela 2.3 apresenta resultados de
diferentes autores do grupo de pesquisa sobre materiais e tecnologia não
convencionais da PUC-Rio de ensaios à compressão.
Tabela 2.3 – Valores de ensaios de compressão de autores diferentes.
Autor Material axial (x 10-9) Coef. de Poisson Páx. (MPa) E (GPa)
CPN 3,62 0,17 42,15 23,14CPF25 1,63 0,23 23,37 17,04CPF45 1,34 0,18 18,41 18,40
M1 3,78 0,23 70,10 29,80M1S325 3,00 0,21 47,80 26,10M1S315 2,90 0,23 47,30 24,80M1S225 2,53 0,23 51,30 28,00M1C325 2,54 0,23 49,80 28,20
Arg. plena - - 27,80 -Arg. e fibra de 25 - - 25,10 -Arg. e fibra de 45 - - 21,96 -
Rodrigues (1999)
Tolêdo Filho (1997)
Fujiyama (1997)
Revisão Bibliográfica 36
No trabalho de Rodrigues (1999) foram utilizados compósitos com
matriz de argamassa (traço em massa 1:1:0,45 de cimento: areia: relação
água cimento) reforçada com fibras de sisal, com fração volumétrica de
2,21% e comprimento de 25 mm (CPF25) e 45 mm (CPF45). A mistura de
referência foi argamassa plena (CPN). Fujiyama (1997) utilizou misturas
semelhantes, as do trabalho anterior, com relação água/cimento de 0,40e
fração volumétrica de 3%.
No trabalho de Toledo Filho (1997) foram utilizados compósitos com
matriz de argamassa (traço em massa 1:1:0,40 de cimento: areia: relação
água/cimento) reforçada com fibras de sisal e coco, com frações
volumétricas de 2 e 3% e comprimento de 15 mm (M1S315) e 25 mm
(M1S325, M1S225, M1C325, M1C225). A mistura de referência foi
argamassa plena (M1).
����������&RPSRUWDPHQWR�VRE�IOH[mR��
A maioria das aplicações de materiais compósitos com matrizes à
base de cimento estão sujeitas a cargas de flexão. Portanto, é de grande
importância o conhecimento do comportamento do material quando
submetido a este tipo de carregamento (Tolêdo Filho 1997). A carga de
flexão suportada por uma viga de concreto pode ser aumentada pela
inclusão de fibras. A atuação das mesmas é marcante depois de atingida
a carga de pico, que corresponde ao inicio da fissuração da argamassa.
Assim, ao invés da ruptura brusca apresentada pela matriz plena, o
compósito continua a suportar carga, embora em níveis inferiores à carga
de pico, apresentando grande deformação. A Tabela 2.4 apresenta
resultados de ensaios à flexão feito por (Rodrigues 1999).
Tabela 2.4 - Valores de ensaios de flexão.
Autor Material Pmáx.(N) máx.(mm) E (GPa)
CPN 2647,85 0,45 4,20CPF25 2920,16 0,93 3,34CPF45 2477,79 0,80 3,41
Rodrigues 1999
Revisão Bibliográfica 37
Quando uma viga retangular de material elástico é carregada em
flexão, as tensões e deformações longitudinais em uma dada seção
transversal variam de forma linear da superfície em compressão, para
atingir um máximo de tração na superfície oposta. A tensão de ruptura,
calculada a partir do momento de flexão, assumindo-se um
comportamento elástico, é conhecida como módulo de ruptura e é uma
medida da resistência à tração do material. Na prática, mesmo para um
material elástico, o módulo de ruptura é geralmente maior que a
resistência à tração, pois um volume menor do corpo de prova é
tencionado e tensões de flexão, que podem surgir em um ensaio de
tração pelo desalinhamento das garras, são eliminadas. No entanto, a
teoria convencional das vigas é inadequada para compósitos reforçados
por fibras, pois a curva tensão – deformação pós-fissuração no lado
tracionado é diferente daquela observada em compressão (Brescansin
2003).
Mesmo se o compósito for considerado como um material idealmente
elástico, antes da fissuração da matriz, Bentur e Mindess (1990) advertem
que a teoria da flexão não pode ser considerada para o comportamento
em flexão além deste ponto. Quando o limite elástico na flexão, em um
material elástico perfeito, é alcançado, haverá ruptura. No entanto, o
elasto-plástico pode continuar suportando cargas adicionais. Tal fato é
acompanhado por modificações na distribuição das tensões, com a linha
neutra movendo-se para cima e a distribuição das tensões de tração se
tornando retangular. Como resultado, a curva carga-deflexão no material
elasto-plástico continuará a ascender além do limite elástico. Assim, a
ductilidade associada ao comportamento pseudo-plástico leva a um
aumento da capacidade de carga do material idealmente plástico, mesmo
que na resistência à tração não seja maior que aquela do material
idealmente elástico. A Figura 2.8 mostra o comportamento à flexão de
uma material elástico perfeito e elasto-plástico perfeito, mostrando a
distribuição de tensão e deformação à flexão em três diferentes estágios
(I, II, III) e a curva resultante da carga-deflexão resultante.
Revisão Bibliográfica 38
Figura 2.8 - Comportamento à flexão de um material elástico perfeito e elasto-plástico perfeito,
fonte Bentur e Mindess (1990).
������������$QiOLVH�GD�7HQDFLGDGH��
Além da determinação da resistência sob flexão, a partir do
diagrama carga-deflexão é possível determinar a tenacidade dos
compósitos. A tenacidade é uma importante característica para os
materiais compósitos constituídos de fibras vegetais, sendo geralmente
aceito que um dos principais papéis desempenhados pelas fibras é prover
tenacidade às matrizes frágeis (Tolêdo Filho et. al, 2002). Muitos ensaios
podem ser aplicados para caracterização da tenacidade dos compósitos
tais como tração, compressão, impacto e flexão. O ensaio de flexão é
mais utilizado, pois o mesmo apresenta mais verdadeiramente as
Revisão Bibliográfica 39
condições de muitas situações práticas e é mais fácil de ser realizado que
o ensaio de tração, por exemplo.
Os resultados dos ensaios de flexão permitem caracterizar a
tenacidade através de um ou mais dos seguintes parâmetros: capacidade
de absorção; índices dimensionais relacionados à capacidade de
absorção de energia ou resistência à flexão equivalente em limites de
deflexão pós-fissuração prescritos (Gopalaralnam Gettu, 1994). No
entanto, tem-se observado que a curva carga-deflexão completa do
ensaio de flexão depende de vários fatores como:
• Tamanho do corpo-de-prova
• Configuração da carga
• Tipo de controle (carga, deflexão no ponto de carga,
deslocamento do travessão, etc.).
• Taxa de carregamento do ensaio
• Instrumentos utilizados para medição da deflexão
Mesmo a direção de aplicação de carga, com relação à direção de
colocação das camadas de material na moldagem da viga compósita,
afeta significativamente os resultados do ensaio de flexão. Quando a
direção do ensaio é perpendicular à direção da moldagem, corpos-de-
prova reforçados com fibras de aço exibiram redução na resistência à
flexão e tenacidade quando comparados a corpos-de-prova cuja direção
do ensaio e da moldagem são paralelas. (Toutanji; Bayasi, 1998).
Para garantir a homogeneidade e permitir a comparação dos
resultados, a medida de tenacidade dos compósitos tem sido normalizada
em vários países. As normas mais utilizadas, para avaliação da
tenacidade são a ASTM C1018 (1992), NBN B15-238 (1992) e JCI-JCSE-
SF4 (1983). A norma ASTM C1018 (1992), define a tenacidade na flexão
em termos de relações entre as áreas sob a curva carga-deflexão em
múltiplos de deflexão de primeira fissura e a área sob a curva carga-
deflexão até primeira fissura. Essas várias relações (I5, I10, I20, I30) são
chamadas de índices de tenacidade e são calculados como relações das
áreas sob a curva-deflexão até deflexões 3; 5,5; 10,5; 15,5 vezes a
deflexão de primeira fissura, respectivamente, como está apresentado na
Revisão Bibliográfica 40
figura 2.9. os índices I5, I10, I20, I30 têm valores 5, 10, 20 e 30,
respectivamente, para comportamento elasto-plástico ideal.
Figura 2.9 – Definição dos pontos para cálculo dos índices de tenacidade segundo a
ASTM C1018 (1992).
A norma Belga NBN B15 – 238 (1992) utiliza índices de resistência
adimensionais (relações entre cargas , P*) para caracterizar a forma da
curva carga-deflexão no regime pós-fissuração, como definido na figura
2.10 e o índice de tenacidade, FT, definido a partir da energia absoluta, Tn,
calculada como a área sob a curva até uma deflexão n = L/n, onde L é o
vão livre e n são parâmetros limites (n = 600, 450, 300, 150), ou seja, FT é
calculado a partir de equação 2.1.
FT nTn
b d2⋅
⋅
(2.1)
A norma japonesa JCI-JCSE-SF4 (1983) usa a capacidade de
absorção de energia, Tn = TJCL, até uma deflexão limite, no meio do vão,
igual a L/150. Dessa forma o índice de tenacidade na flexão, FT, é
definido pela equação (2.1) com n = 150. As variáveis b e d representam
a base e a altura da viga, respectivamente.
Revisão Bibliográfica 41
Figura 2.10 – Definição do índice de tenacidade segundo a NBN B15-238 (1992).
����������&RPSRUWDPHQWR�VRE�WUDomR��Mansur e Aziz (1982) apud Toledo Filho (1997), observaram, para
pastas e argamassas reforçadas com fibras de juta, que a resistência à
tração primeiro aumenta com o tamanho da fibra e que, após atingir um
valor máximo, a mesma começa a decrescer devido o efeito adverso de
se aumentar o volume de vazios no compósito. A Tabela 2.5 apresenta o
comportamento de compósitos reforçados com fibras de bagaço de cana
e juta quando submetidos à tração direta pelos autores anteriormente
citados.
Revisão Bibliográfica 42
Tabela 2.5 – Comportamento de Compósitos reforçados com fibras vegetais à tração direta,
Fonte Tolêdo Filho (1997).
Traço da matriz Tipo de fibra Vol. de fibras (%) Comp. de fibra (mm) f't (MPa) Et (GPa)
10 25 3,87 12,4020 25 2,95 8,5430 25 2,43 6,400 - 1,20 9,501 25 1,36 9,922 25 1,96 11,603 25 2,08 11,204 25 1,68 11,400 - 2,04 15,402 12 2,51 18,002 18 2,18 13,432 25 2,16 14,472 38 2,12 17,700 - 2,09 17,772 12 2,33 22,862 18 2,48 22,562 25 2,03 16,002 38 1,63 16,66
1:0:0,25
1:0:0,33
1:1:0,33
1:2:0,33
Bagaço-de-cana
Juta
Juta
Juta
���������'XUDELOLGDGH��
A fibra vegetal sofre reações de degradação ao ser posta em contato
com a água alcalina do poro da matriz. A lignina e a hemicelulose são os
compostos da fibra mais facilmente atacáveis. A água do poro em contato
com a fibra, após a reação química, seria, então, neutralizada e o
processo de degradação não progrediria. Porém, devido a gradientes de
umidade do ambiente externo, essa água pode migrar, para outras áreas,
por difusão. Em sua antiga posição, surge outra porção de água, ainda
não neutralizada, e a fibra vegetal sofrerá nova reação química com os
compostos alcalinos nela presentes. Esse processo leva a uma
degradação progressiva da fibra, com a perda de material de sua
superfície (Gram 1983).
Além desse tipo de ataque, a fibra pode perder suas características
elásticas devido à migração dos compostos hidratados do cimento para
suas cavidades (lúmen e vazios das paredes), onde ocorre a
mineralização, tornando-a rígida e frágil. Esses processos levam a uma
perda das propriedades desejáveis do compósito, ao longo do tempo.
Revisão Bibliográfica 43
A queda da durabilidade se reflete no aumento da incidência de fratura
da fibra, no interior do compósito, e diminuição da incidência do
arrancamento da fibra, com redução da resistência mecânica e da
tenacidade do material.
As alternativas para amenizar os efeitos desses processos
degradantes, encontráveis na literatura técnica, constam de ações no
sentido de reduzir a alcalinidade da água do poro da matriz (por uso de
cimentos especiais, menos alcalinos, ou substituição da parte do cimento
por pozolanas), tratamentos prévios das fibras (impregnação com sílica),
redução de porosidade da matriz (fillers, compactação, processos de cura
especiais, vedação externa do componente). As pozolanas usadas, por
sua vez, podem vir de fontes economicamente viáveis, como é o caso do
reaproveitamento de resíduos, tais como a cinza de casca de arroz, de pó
de resíduo cerâmico. A escória de alto forno, subproduto da fabricação do
aço, tem-se mostrado uma alternativa viável.
�����&LPHQWR�$PLDQWR��
Dentre as fibras naturais minerais, a que mais se destaca é a fibra do
amianto. “$PLDQWR� p� GHVLJQDomR� JHQpULFD� GH�XPD�VpULH� GH� VLOLFDWRV�TXH�DSUHVHQWDP�QDWXUDOPHQWH�HVWUXWXUD�FULVWDOLQD�ILEURVD” (Agopyan 1983). As
fibras do amianto têm boa resistência a meios muito alcalinos e boas
propriedades mecânicas para o uso em Engenharia, porém suas fibras
provocam doenças, principalmente nas vias respiratórias dos
trabalhadores durante a sua produção. Aliada a isso, há uma grave
questão ambiental, pela formação de áreas degradadas após a extração
do minério. Como esse é um recurso não renovável, existe ainda a
tendência a um custo crescente desse produto, quanto as reservas forem
sendo esgotadas.
A produção da fibra de amianto foi proibida nos países
industrializados desde os anos 70. No Brasil com a crescente
conscientização de preservação do meio ambiente e a maior preocupação
com as condições de salubridade no ambiente de trabalho, refletida num
Revisão Bibliográfica 44
maior rigor da legislação desse setor, as fibras minerais de amianto estão
sendo substituídas aos pouco por fibras alternativas, como é o caso das
fibras vegetais. Algumas propriedades do cimento amianto estão descritas
na Tabela 2.6 (Petrucci 1978).
Tabela 2.6 – Propriedades Mecânicas do Cimento Amianto.
3URSULHGDGHV�0HFkQLFDV 9DORU�&DUDFWHUtVWLFRResistência à Compressão (MPa) 49,00 - 98,00Resistência à Tração (MPa) 29,00 - 49,00Módulo de Elasticidade (GPa) 21,60
3URSULHGDGHV�)tVLFDV 9DORU�&DUDFWHUtVWLFRMassa Específica Real (kg/m3) 2,60 . 103
Massa Específica aparente (kg/m3) 1,50 .103 - 2,00 .103
����3URFHGLPHQWR�([SHULPHQWDO������0DWHULDLV�XWLOL]DGRV�
Na produção dos compósitos foram utilizadas fibras vegetais de
curauá, juta e sisal, como elementos de reforço, e matriz de argamassa de
cimento Portland. Como mistura de referência foi tomada a argamassa plena,
com o intuito de evidenciar as diferenças de desempenho das misturas com
e sem reforço.
O cimento utilizado foi o Portland composto com filler (CPII-F-32), da
marca Mauá. A água utilizada foi obtida da rede de abastecimento da cidade
do Rio de Janeiro.
O agregado miúdo utilizado foi uma areia natural, oriunda da região
metropolitana do Rio de Janeiro. Para esse agregado, foi determinada a
massa unitária no estado seco de acordo com a NBR 7251- Agregado em
estado solto - Determinação da massa unitária (ABNT 1982), resultando em
1,47 g/cm3. A determinação da massa específica real foi feita de acordo com
a NBR 9776 – Agregados – Determinação da massa específica de
agregados miúdos por meio do frasco de Chapman (ABNT 1987), obtendo-
se o valor de 2,63 g/cm3. A composição granulométrica foi também
determinada, de acordo com a NBR 7217 – Agregados - Determinação da
composição granulométrica (ABNT 1987), estando a curva granulométrica
obtida representada na Figura 3.1. Os resultados do módulo de finura e de
diâmetro máximo da areia foram, respectivamente, 2,69 e 4,8 mm.
Essa areia foi considerada descontínua, pois apresentou grande
concentração de grãos numa determinada faixa de tamanho, entre 0,60 e
1,20 mm. Não houve necessidade de determinação dos teores de umidade
do agregado miúdo, pois, antes da medida da massa a ser misturada, era
procedida a secagem em estufa até a constância de peso.
Procedimento Experimental 46
2.40
1.20
0.60
0.300.15
4.800
20
40
60
80
100
0.10 1.00 10.00
Peneiras (mm)
% R
etid
a ac
umul
ada
Figura 3.1 – Curva Granulométrica da Areia.
�������'HWHUPLQDomR�GDV�SURSULHGDGHV�ItVLFDV�GDV�ILEUDV��� *HRPHWULD�GDV�ILEUDV�
Nesse trabalho, para determinar o diâmetro das fibras de curauá e
juta, foram utilizados dois métodos. Um deles foi através do uso do
paquímetro. Para se medir o diâmetro de uma fibra vegetal, pode-se utilizar
um paquímetro de 0,01 mm de precisão. Para cada fibra, calcula-se o
diâmetro médio a partir de três medidas em posições convenientemente
espaçadas (dois próximos de cada extremidade e um próximo do centro). No
entanto, esse método tem pouca precisão, considerando-se a grande
variação entre os diâmetros medidos ao longo do comprimento de uma fibra
vegetal, além do fato de que a fibra não tem a sua seção transversal
perfeitamente circular. Além disso, ao usar esse método, é preciso ter o
cuidado de não esmagar a fibra com o paquímetro.
Foi observada a existência, nas fibras de curauá e juta utilizadas, de
partes esmagadas em ambas as extremidades das fibras, esmagamento
esse supostamente causado por algum tipo de ação mecânica, durante o
Procedimento Experimental 47
processo de produção. Essas partes do comprimento total das fibras
apresentam, portanto, grandes diferenças de diâmetros em relação à porção
adjacente. Esses segmentos extremos foram desprezados, quando do corte
da fibra a ser inserida no compósito.
O outro método usado para medir o diâmetro das fibras foi baseado na
projeção de luz. O equipamento consta de um projetor de perfil da marca
DELTRONIC, com magnificação de até 100 vezes. As Figuras 3.2 (a e b)
apresentam uma vista do aparelho, juntamente com um esquema explicativo
de seu processo de funcionamento. Nesse método, foram usadas fibras de
curauá e de juta secas ao ar, de comprimentos de 50 mm e 100 mm, para as
primeiras, e de 50 mm para as últimas. Foram realizadas três medidas ao
longo do comprimento de cada exemplar e determinada à média aritmética
para cada tipo de fibra, tendo sido utilizados 30 exemplares.
(a)
(b)
Figura 3.2 – (a) Projetor de Perfil da marca Deltronic usado para medir diâmetro da fibra, (b)
Esquema explicativo do processo de funcionamento.
Os comprimentos das fibras de curauá e de juta foram medidos,
através de uma fita métrica, com precisão de 1mm. Para cada tipo de fibra,
foram colhidos 100 exemplares das remessas recebidas no laboratório,
sendo determinadas às faixas de variação dessa dimensão. Foram medidos
os comprimentos com os quais as fibras são entregues pelas fábricas para o
Procedimento Experimental 48
mercado, podendo-se supor ser esse o máximo comprimento possível de se
obter, após o processamento industrial.
No caso da fibra de curauá, a remessa entregue no laboratório estava
constituída por uma mistura das duas espécies (roxa-avermelhada e branca),
havendo diferenças significativas entre seus comprimentos, o que influenciou
na média final.
�0DVVD�HVSHFtILFD�
As massas especificas das fibras de curauá e juta foram medidas
através do frasco de Chapman (Figura 3.3 b). As fibras foram cortadas com
comprimentos médios de 30 mm (Figura 3.3 a), e secas em estufas até
constância de massa, ou seja, até que duas pesagens consecutivas,
espaçadas de 2 horas, não apresentassem variação de massa de mais de
0,1%. Esse comprimento foi o escolhido para facilitar a introdução das fibras
através do gargalo do frasco. Foram introduzidos 50 g de fibras secas. As
fibras foram deixadas imersas por 24 horas antes de ser efetuada a leitura do
nível da água no gargalo do frasco, permitindo, dessa forma, que os vazios
das fibras pudessem ser ocupados pela água. Pela equação 3.1, obtém-se a
massa específica da fibra, sendo mfi a massa das fibras secas e L a leitura
no gargalo do frasco de Chapman.
µmfi
L 200−
(3.1)
Procedimento Experimental 49
(a)
(b)
Figura 3.3 – (a) Fibras de Curauá, (b) Frasco de Chapman.
7HRU�GH�XPLGDGH�
Foi determinado o teor de umidade que as fibras de curauá e de juta
apresentaram, quando expostas ao ar, no ambiente do laboratório, foram
deixadas expostas ao ar por 24 horas, obtendo-se a massa seca ao ar (Pa),
as fibras foram secas em estufas a 100 Cº até constância de massa, depois
foram cortadas em um comprimento de cerca de 30 mm e, após isso, foram
determinadas suas massas secas (Pe). A seguir, as amostras tiveram suas
massas determinadas em balança eletrônica, com precisão de 0,01 g. O teor
de umidade das fibras secas ao ar foi calculado pela equação 3.2.
HPa Pe−
Pe100 %( )⋅
(3.2)
$EVRUomR�GH�iJXD�
Para determinar a absorção de água das fibras de curauá e juta,
amostras foram secas em estufa até constância de massa e, em seguida,
foram colocadas em imersão em água e tiveram suas massas determinadas,
para esta determinação foi utilizado papel absorvente para retirar o excesso
de água das amostras. Procedeu-se, então, às determinações de massa em
Procedimento Experimental 50
intervalos de 5 minutos, 30 minutos, 1 hora e 2 horas. A partir daí, as
determinações foram feitas em intervalos de 24 horas até o sexto dia. Em
seguida, em intervalos de 48 horas, até atingir o ponto de saturação. Utilizou-
se a equação 3.3 para calcular a absorção de água, onde Pht é o peso úmido
da fibra em g no tempo t e Pe é o peso seco em estufa da fibra em g.
APht Pe−
Pe100 %( )⋅
(3.3)
������'HWHUPLQDomR�GD�UHVLVWrQFLD�j�WUDomR�GDV�ILEUDV�GH�FXUDXi�H�GH�MXWD��
Nesse trabalho, determinou-se a resistência à tração na fibra única,
segundo a recomendação da indústria HYSOL GRAFIL (de fibras de
carbono) (HYSOL GRAFIL 1977). Como o ensaio à tração em fibras vegetais
não é, ainda, normalizado, a influência do comprimento da fibra deve ser
levada em consideração. Há também a grande variabilidade de diâmetro ao
longo da fibra, o que traz maior imprecisão ao resultado do teste.
Nesse método, a fibra única é colocada a uma moldura confeccionada
com uma folha de papel (Figura 3.4a), onde existem dois orifícios. O orifício
circular, a princípio, serviria para conter um trecho da fibra para determinação
do diâmetro. O outro orifício, alongado, conteria o comprimento da fibra a ser
tracionado. Porém, pelos resultados já obtidos dos ensaios de determinação
do diâmetro da fibra, através do projetor de perfil, já havia sido observada a
grande variação de diâmetro ao longo do seu comprimento. Assim, foi
estabelecido que as medidas dos diâmetros seriam tomadas diretamente no
segmento da fibra a ser submetida à tração (orifício alongado), buscando,
com isso, uma maior precisão para o valor da tensão de ruptura da fibra.
A fibra foi colada à moldura, tomando-se o cuidado de utilizar um
comprimento aderido que promovesse uma ancoragem suficiente,
assegurando que somente seriam transmitidos, ao segmento livre, esforços
Procedimento Experimental 51
de tração. Providências também foram tomadas para evitar o dilaceramento
de fibra pela pressão exercida pelas garras da máquina de tração (Figura
3.4b). Assim, foram colocadas fitas de neoprene entre as garras e a moldura
contendo a fibra.
A fibra fixada à moldura possuía uma base de medida pré-
estabelecida. Após a fixação da fibra, o conjunto foi fixado às garras da
máquina e, em seguida, cortou-se lateralmente a moldura para que a carga
de tração aplicada atuasse somente na fibra. A máquina utilizada para esse
ensaio foi uma EMIC DL 10000, com célula de carga com capacidade
máxima de 2 kgf ou 0,02 kN.
(a)
(b)
Figura 3.4 – (a) Corpo de prova com uma única fibra de curauá, (b) Ensaio de tração na fibra.
����3URGXomR�GRV�FRUSRV�GH�SURYD�GH�FRPSyVLWRV��
Buscou-se adotar, para os corpos-de-prova utilizados nesse estudo,
padrões de traço, dimensões de espécimes e tipos de ensaios já adotados,
em trabalhos anteriores com compósitos de argamassa e fibra vegetal. Esses
Procedimento Experimental 52
trabalhos (Tolêdo Filho 1997, Fujiyama 1997, Rodrigues 1999),
desenvolvidos no Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil da PUC-
Rio, adotaram metodologias de produção e testes dos compósitos bastante
semelhantes. O intuito foi possibilitar o estabelecimento de comparações
entre os resultados obtidos, principalmente entre a influência das fibras já
utilizadas anteriormente (sisal e coco) e as adotadas nesse estudo (curauá,
juta, além de sisal).
Com relação ao traço da mistura, os trabalhos anteriormente citados
utilizaram a proporção em massa 1:1:0,40 (cimento: areia: relação
água/cimento). Nesse trabalho, foi tentada, inicialmente, uma mistura com
essa proporção. Observou-se, porém, que, ao tentar inserir o reforço com
fibras de curauá, com fração volumétrica de 3%, a mistura tornou-se muito
pouco trabalhável, dificultando a homogeneização do compósito. A mistura
tomou-se aspecto de aspereza, como se água adicionada tivesse sido
absorvida pela fibra e a massa tivesse se tornado instantaneamente seca.
Assim, outra alternativa não restou, a não ser a adoção de um fator
água/cimento mais alto. Para se chegar ao valor finalmente adotado, de 0,59,
várias tentativas foram feitas, com valores crescentes dessa relação, até
alcançar uma mistura com um mínimo de trabalhabilidade.
Desse modo, os compósitos estudados foram confeccionados com
argamassa de traço em massa 1:1:0,59, com frações volumétricas das fibras
de curauá, juta e sisal de 2% e 3% e comprimentos de fibras de 15, 25 e 45
mm. Para os ensaios de compressão simples e tração por compressão
diametral, foram moldados 6 corpos-de-prova cilíndricos, com 50 mm de
diâmetro e 100 mm de altura, para cada mistura. Foram utilizadas formas
metálicas (casca cilíndrica, haste e base metálica) como mostra a Figura 3.5.
Procedimento Experimental 53
(a)
(b)
Figura 3.5 – (a) Vista frontal do molde cilíndrico com ø = 50 mm e L = 100 mm, (b) Vista
superior do molde cilíndrico.
Para os ensaios de flexão em quatro pontos (WKLUG�SRLQW�ORDGLQJ�WHVW), foram moldados 6 corpos-de-prova prismáticos, de seção transversal
quadrada (50 mm x 50 mm) e 300 mm de comprimento. Foram
confeccionadas formas de madeira com capacidade de moldar 6 corpos-de-
prova simultaneamente, como mostra a Figura 3.6.
Figura 3.6 – Molde de madeira para 6 vigas, com L= 300 mm e de seção transversal 50 mm
x 50 mm.
Antes da pesagem, os materiais constituintes da mistura passaram por
alguns processos. A areia foi seca em estufa até constância de massa,
depois peneirada com peneira de abertura de 4,8 mm. As fibras vegetais
(curauá, sisal, juta) também foram secas em estufa até constância de massa,
Procedimento Experimental 54
e cortadas em comprimentos iguais a 15, 25 ou 45 mm para cada tipo de
ensaio e mistura.
Os materiais constituintes assim preparados foram levados a uma
argamassadeira, com capacidade da cuba de 5 O, para proceder à mistura.
Primeiramente, foram misturados o cimento e a areia seca, seguindo-se da
adição da água, aos poucos, até a obtenção de uma certa plasticidade para
a argamassa. Logo após, foram adicionadas as fibras, também aos poucos,
até que a mistura atingisse a homogeneização total.
Para os corpos-de-prova cilíndricos, a argamassa foi colocada dentro
dos moldes em 4 camadas, adensadas com 30 golpes do soquete padrão.
Após preenchido o molde, o material foi levado a uma mesa vibratória e
submetido a vibração por 1 minuto. Para as vigas, o processo foi
semelhante, sendo preenchidos os moldes em 4 camadas, adensadas com
50 golpes do soquete padrão e, após o preenchimento, o conjunto também
foi levado a uma mesa vibratória e submetido a vibração por 1 minuto.
Os corpos-de-prova cilíndricos foram mantidos nos moldes por 2 dias
e, em seguida, foram imersos em água por 24 dias, sendo ensaiados aos 28
dias de idade. Apesar dos sabidos inconvenientes, adotou-se a cura por
imersão em água, já que os trabalhos anteriores, tomados para efeito de
comparação, assim procederam. Os corpos-de-prova foram retirados da
água dois dias antes do dia da realização do ensaio, para permitir que
fossem suficientemente secos ao ponto de possibilitar as operações de
capeamento das faces de trabalho, usando massa plástica, e colagem dos
extensômetros elétricos. A figura 3.7 mostra corpos-de-prova cilíndricos
depois de desformados, imersos na água em processo de cura. Para as
vigas, o método de cura adotado foi o mesmo.
Procedimento Experimental 55
Figura 3.7 – Corpos-de-prova cilíndricos em processo de cura por imersão em água.
A designação dos corpos-de-prova do programa experimental são
apresentadas na Tabela 3.1. As seguintes abreviações foram usadas para
representar o tipo, comprimento e a fração volumétrica das fibras na mistura:
• As duas letras iniciais: CP – corpo-de-prova
• A terceira letra – tipo de fibra:
N – nenhuma
C – curauá
J – juta
S – sisal
• Os dois algarismos seguintes – comprimento da fibra em mm
• A porcentagem após o hífen – fração volumétrica da fibra
Procedimento Experimental 56
Tabela 3.1 – Programa experimental das misturas.
Abreviação Traço(em peso) Tipo de Fibra Volume de Fibra (%) Comprimento (mm)CPN00-0%* 1:1:0,40 - - -CPN00-0% 1:1:0,59 - - -CPC15-3% 1:1:0,59 Curuá 3 15CPC25-2% 1:1:0,59 Curuá 2 25CPC25-3% 1:1:0,59 Curuá 3 45CPC45-2% 1:1:0,59 Curuá 2 45CPC45-3% 1:1:0,59 Curuá 3 25CPS25-3% 1:1:0,59 Sisal 3 25CPJ25-3% 1:1:0,59 Juta 3 25CPJ45-3% 1:1:0,59 Juta 3 45
* argamassa com fator água/cimento 0,40, que seria a mistura de referência, caso fosse
esse o fator adotado para os compósitos.
����3URSULHGDGHV�PHFkQLFDV�GR�FRPSyVLWR��������(QVDLRV�GH�FRPSUHVVmR��
Ensaios de compressão foram realizados em corpos de provas de
argamassa sem fibras (CPN00-0%* e CPN00-0%) e em compósitos de
argamassas com fibras (CPC15-3%, CPC25-3%, CPC25-2%, CPC45-3%,
CPJ25-3%, CPS25-3% e CPF25-3%). Pretendeu-se obter as relações
constitutivas desses materiais à compressão, determinando-se também os
valores de resistência à compressão, módulo de elasticidade e coeficiente de
Poisson das misturas estudadas.
Foram colocados extensômetros elétricos na metade da altura dos
corpos-de-prova, nas direções longitudinal e transversal, com o intuito de se
obter as deformações nessas duas direções.
Os corpos-de-prova cilíndricos de cada material foram ensaiados, em
uma máquina, marca CONTENCO, com aquisição automática dos dados de
cargas e deformações, usando uma célula de carga de capacidade de 250
kN. A figura 3.8 apresenta um esquema do ensaio.
Procedimento Experimental 57
Figura 3.8 – Esquema do ensaio de compressão simples.
A partir dos valores das deformações longitudinais e transversais, foi
calculado o coeficiente de Poisson e a deformação volumétrica para cada
corpo-de-prova, como mostram as equações 3.4 e 3.5 respectivamente. Foi
determinado o coeficiente de Poisson para cada mistura, como a média
aritmética dos seis corpos-de-prova. O módulo de elasticidade foi calculado
através dos gráficos de tensão-deformação, tomando-se a secante do trecho
considerado como o de maior linearidade na zona elástica do gráfico. A
Figura 3.9 mostra o esquema do processo usado para determinar o módulo
de elasticidade.
νεt
εl 3.4
εv εl 2 εt⋅− 3.5
Procedimento Experimental 58
Ε tan θ( ) σf σi−( )εlf εli−( )
Figura 3.9 – Esquema para calculo do módulo de elasticidade.
������(QVDLRV�GH�WUDomR�SRU�FRPSUHVVmR�GLDPHWUDO
Para medida da resistência à tração dos compósitos, foi adotado o
método proposto por Lobo Carneiro e normalizado pela ABNT sob o titulo
NBR 7222 Resistência à tração de argamassa e concreto por compressão
diametral de corpos-de-prova cilíndricos. O carregamento foi aplicado ao
longo da geratriz do corpo-de-prova cilíndrico, com 50 mm de diâmetro e 100
mm de comprimento, utilizando-se taliscas de madeira que foram interpostas
entre o cilindro e os pratos da máquina. Assim, pode ser demonstrado que,
sob essa carga, a seção vertical do cilindro fica sujeita a uma tensão de
tração horizontal, que é determinada pela equação 3.6:
ft2 P⋅( )
π φ⋅ L⋅ (3.6)
onde temos que P é a carga de ruptura, L é o compriPHQWR�H� �GLâmetro
do corpo-de-prova. A Figura 3.10 apresenta um esquema do ensaio de
tração por compressão diametral. Para esse ensaio também foram usados 6
corpos-de-prova de argamassa CPN00-0% com fator água/cimento de 0,59 e
6 corpos-de-prova de cada amostra de compósitos de argamassa com fibras,
(CPC25-2%, CPC25-3%, CPC45-3%, CPJ25-3%, CPJ45-3% e CPS25-3%).
Procedimento Experimental 59
Figura 3.10 – Esquema do ensaio de tração por compressão diametral.
������(QVDLRV�j�)OH[mR�
Ensaios de flexão em quatro pontos (cargas aplicadas nos terços
médios) foram realizados em corpos-de-prova prismáticos de argamassa
sem fibras, CPN00-0% com fator água/cimento 0,59, e em compósitos de
argamassas com fibras (CPC25-2%, CPC25-3%, CPC45-2% e CPC45-3%).
Os ensaios foram realizados em uma máquina INSTRON, modelo 5500R,
com célula de carga de 500 kgf. Não foi necessária a utilização de
extensômetros elétricos, sendo obtidos os deslocamentos do travessão da
máquina. A figura 3.9 apresenta o esquema do ensaio. Com base nos
valores de cargas e deslocamentos, o módulo de elasticidade foi obtido
através da equação da linha elástica. Resolvendo-se a equação diferencial
3.7 e considerando a geometria dos corpos-de-prova chegamos à equação
3.8.
Procedimento Experimental 60
Figura 3.11 – Esquema do ensaio à flexão em quatro pontos.
E I⋅ 2x
yd
d
2
⋅ M E I⋅ 2x
yd
d
2
⋅P L⋅( )
6
Sendo P a carga aplicada e L o comprimento entre os apoios.
(3.7)
E 6 99,( ) 105⋅
P
y
y – deslocamento dos pontos de aplicação da carga.
(3.8)
Foi calculada, então, a média entre os valores de E, de cada corpo-de-
prova, sendo encontrado o módulo de elasticidade médio para cada material.
Calculou-se também a tensão de flexão no limite de proporcionalidade�� �HP�MPa), como mostra a equação 3.9, a partir da carga P em (N), obtida do
diagrama carga-deslocamento,para cada corpo-de-prova, no ponto a partir
do qual o gráfico foge da linearidade. Obteve-se a média aritmética dos
valores do limite de proporcionalidade, tomada como característica de cada
material.
σ 2 16 103−⋅ P⋅, (3.9)
Procedimento Experimental 61
����0LFURVFRSLD�GDV�ILEUDV�H�GRV�FRPSyVLWRV�FRP�ILEUDV�GH�FXUDXi�
Foi realizada análise por microscopia eletrônica de varredura (MEV)
das fibras de curauá. Buscou-se observar suas características de forma,
dimensões e aspecto superficial. Superfícies de fraturas dos corpos-de-prova
prismáticos, ensaiados à flexão, foram também observadas, visando obter
informações qualitativas sobre o modo de ruptura desses materiais. Além
disso, procurou-se examinar o arranjo e a distribuição das fibras no interior
da matriz.
A preparação das amostras para observação por microscopia foi feita,
cortando-se o material em tamanhos convenientes e recobrindo suas
superfícies de fratura por deposição de carbono.
Esses ensaios foram realizados no Instituto Militar de Engenharia
(IME) em equipamento de marca JEOL, modelo JSM-5800LV, com
magnificação de 2200 vezes.
����$SUHVHQWDomR�H�DQiOLVH�GRV�UHVXOWDGRV� ����3URSULHGDGHV�ItVLFDV�H�PHFkQLFDV�GDV�ILEUDV�YHJHWDLV�
*HRPHWULD�GDV�ILEUDV�
Pode ser observado, na tabela 4.1, que as medidas do diâmetro da
fibra de curauá, realizadas através do projetor de perfil e através do uso do
paquímetro, resultaram em valores consideravelmente diferentes (com o
paquímetro, obteve-se um valor médio cerca de 28% inferior àquele obtido
com o projetor). Dos inconvenientes já descritos a respeito do método que
utiliza o paquímetro, pode-se concluir que o valor determinado pelo processo
óptico (projetor) corresponde a uma maior precisão, e isso pode ser notado
pelo maior valor do coeficiente de variação das medidas realizadas com o
paquímetro (42,35%) em relação àquelas feitas com o projetor (29,25%). As
medidas de diâmetro da fibra de juta, feitas através do método óptico,
resultou em um valor medido inferior ao de fibra de curauá (cerca de 28%).
Contudo, o processo do paquímetro é bem mais freqüentemente adotado
nos trabalhos de caracterização de fibras vegetais encontráveis na literatura
técnica. Tomando-se os valores constantes da tabela 2.1 e comparando-se
com os obtidos experimentalmente nesse trabalho, usando-se o mesmo
método de medida (paquímetro), percebe-se que a fibra de curauá
apresentou diâmetro (0,092 mm) inferior em 39% ao da fibra de sisal (0,15
mm), obtido por Ghavami et al (1999). Disso resulta que o reforço de curauá,
para um mesmo comprimento de fibra inserido, teria uma relação de aspecto
(comprimento/diâmetro) superior ao da fibra de sisal. Essa característica do
reforço torna-se importante como um dos fatores determinantes da
resistência do compósito a esforços de tração.
Apresentação e Análise dos Resultados 63
Tabela 4.1 – Diâmetro, teor de umidade e peso específico das fibras.
Característica
Tipo de fibra Diâmetro
(mm) (projetor de perfil)
Diâmetro (mm)
(paquímetro)
Compri_ mento (mm)
Teor de umidade
(%)
Peso específico
(kN/m3)
Valor médio 0,127 0,092 1134,00 11,47 13,47
Curauá Coef. de variação 29,25 42,35 16,99 3,20 2,93
Valor médio 0,091 - 705,00 11,37 10,79
Juta Coef. de variação 19,56 - 29,08 8,30 5,44
De modo geral, o peso específico das fibras de curauá revelou-se
superior aos obtidos para algumas das fibras mais comumente utilizadas em
compósitos, constantes da Tabela 2.1. Esse fato pode ser considerado como
indício de uma maior resistência mecânica à tração da fibra, pela ocupação
mais efetiva do seu volume por material sólido. Em relação às fibras de juta,
ensaiadas nesse trabalho experimental, as fibras de curauá mostraram-se
25% mais densas.
Em relação à umidade natural, apresentada pelas fibras de curauá e
juta ensaiadas, pode-se observar que ambas apresentaram valores muito
próximos, revelando comportamento semelhante em termos de capacidade
de absorção de umidade do entorno, dentro dos intervalos de umidade
ambiental presentes no laboratório. A Tabela 4.2 apresenta dados obtidos
dos ensaios de absorção de água das fibras de curauá e juta. A Figura 4.1
mostra esses resultados em conjunto com aqueles obtidos por Ghavami e
Tolêdo Filho (1992) para fibras de sisal e coco.
Tabela 4.2 – Absorção de água das fibras no tempo.
Tempo (horas) 24 48 72 96 120 144 192 240 288
Curauá 345,72 407,34 425,80 428,70 436,98 440,20 449,00 449,00 449,00 Absorção de água
(%) Juta 222,86 253,67 262,90 273,90 274,21 274,32 274,69 274,70 274,70
Apresentação e Análise dos Resultados 64
050
100150200250300350400450500
0 100 200 300 400
Tempo (h)
Abs
orçã
o de
águ
a (%
)Curauá
Sisal
Coco
Juta
Figura 4.1 - Absorção de água das fibras vegetais.
Pode-se notar que foi significativamente maior a capacidade de
absorção de água da fibra de curauá, em comparação com as demais fibras
vegetais. A primeira chega a absorver 94,37%, 63,45% e 358,16% de água a
mais que as fibras de sisal, juta e coco, respectivamente, após 288 horas de
imersão. A fibra de curauá absorveu 350% do seu peso seco em água após
24 horas de imersão, atingido a saturação com aproximadamente 450%, de
absorção.
Na produção de compósitos cimentícios, uma fibra que apresente alta
absorção, a exemplo do que foi observado para as fibras de curauá, traria
inconvenientes que poderiam comprometer o desempenho dos elementos
moldados. O primeiro deles seria a diminuição da trabalhabilidade da mistura
fresca, uma vez que a água adicionada seria, em boa parte, absorvida pelas
fibras, podendo trazer dificuldades nas operações de mistura, lançamento e
adensamento. Isso poderia causar a necessidade de maior quantidade de
água para garantir uma certa trabalhabilidade. Se isso ocorrer, esse excesso
de água, ao ser perdido por difusão e secagem, poderia resultar em maior
porosidade do material compósito, em detrimento da resistência mecânica.
O segundo problema seria o fato de que, ao absorvem a água da
mistura fresca, as fibras vegetais sofrem considerável expansão transversal
(Ghavami e Tolêdo Filho 1992) e, ao secarem, essas fibras sofrem retração
Apresentação e Análise dos Resultados 65
volumétrica no interior da matriz, o que pode causar descolamento entre as
duas fases, fibra e matriz. Desse modo, a aderência do reforço à matriz pode
tornar-se precária, levando ao rebaixamento dos índices de resistência
mecânica do compósito.
A Figura 4.2 mostra um detalhe da evolução da absorção de água
para as fibras de curauá e juta até a primeira hora de imersão. Nos 5 minutos
de imersão, as fibras de curauá alcançaram uma absorção de água de
298,84%, que corresponde à cerca de 66,5% da absorção total, no ponto de
saturação. Pode-se observar que, após a primeira hora de imersão, as fibras
atingiram uma absorção de água de cerca de 97% da absorção que
apresentam após 24 horas de imersão. Em relação ao estado completo de
saturação, essa absorção de água na primeira hora já corresponde a uma
parcela de consideráveis 74,4%. Isso significa que pode ser grande o
comprometimento da trabalhabilidade da mistura, pela imersão das fibras
absorventes, já que essas atingem quase que a totalidade de sua grande
capacidade de reter a água, justamente no período necessário ao manuseio
da mistura fresca.
050
100150200250300350400
0 10 20 30 40 50 60 70
Tempo inicial em minutos
Abs
orçã
o (%
)
Curauá
Juta
Figura 4.2 – Absorção de água da fibra de curauá e juta até a primeira hora.
Apresentação e Análise dos Resultados 66
5HVLVWrQFLD�j�WUDomR�GDV�ILEUDV�
Os ensaios de resistência à tração nas fibras de curauá mostraram
valores dessa propriedade muito variáveis, tendo a média se situado em
492,62 MPa. Esse valor é superior aos encontrados por Ghavami (1985)
para as fibras de coco (entre 150,00 e 198,00 MPa) e também superior à
média encontrada, nesse trabalho, para as fibras de juta (299,92 MPa).
A Figura 4.3 apresenta o diagrama tensão-deformação sob tração de
um exemplar da fibra de curauá (os diagramas tensão-deformação de todos
os corpos-de-prova estão no Anexo A). O valor máximo alcançado, em toda
a amostra, foi de 832,50 MPa, estando bastante acima da média calculada. A
Tabela 4.3 apresenta valores das propriedades mecânicas das fibras de
curauá e juta estudadas nesse trabalho. A grande variabilidade desses
valores medidos pode ser considerada como reflexo de algumas
características, também bastante variáveis, já detectadas para essas fibras,
como é o caso do diâmetro (largura) da seção transversal. Comparando-se o
valor médio da resistência à tração da fibra de curauá (492,62 MPa) com a
resistência da fibra de amianto (FKU\VRWLOH�DVEHVWRV), fornecida por Spence e
Cook (1983), de 3100 MPa, percebe-se a superioridade da fibra mineral, no
que tange à capacidade de reforço de compósitos, estando a resistência à
tração da fibra de curauá num patamar de cerca de 16% desse valor.
Apresentação e Análise dos Resultados 67
0
200
400
600
800
1000
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000
Deformação (micro-strain)
Tens
ão (M
Pa)
Figura 4.3 – Diagrama tensão-deformação da fibra de curauá.
Tabela 4.3 – Propriedades mecânicas das fibras de curauá e juta
Tipo de fibra Curauá Juta Propriedade
Média Valor máximo
Valor mínimo Média Valor
máximo Valor
mínimo Resistência à tração (MPa) 492,62 832,50 195,00 299,92 533,24 137,78
Módulo de elasticidade (GPa) 11,54 12,45 1021 - - - Deformação na ruptura (%) 3,02 3,81 2,52 - - -
����3URSULHGDGHV�PHFkQLFDV�GR�FRPSyVLWR
������5HVLVWrQFLD�j�FRPSUHVVmR
A tabela 4.4 apresenta resultados dos ensaios à compressão. Através
dos valores obtidos experimentalmente de carga e deformação, foram
traçados os gráficos tensão-deformação, possibilitando a obtenção da
relação constitutiva à compressão dos compósitos com fibras de curauá, juta
e sisal, bem como da mistura de referência. Os gráficos dos ensaios de cada
corpo-de-prova estão apresentados no Anexo B.
Apresentação e Análise dos Resultados 68
Tabela 4.4 – Propriedades mecânicas dos ensaios à compressão.
Material máx. (MPa) - CV(%) E (GPa) - CV(%) Coef. Poisson - CV(%)
CPN00-0%* 52,61 - 9,34 35,64 - 21,58 0,30 - 12,74CPN00-0% 23,84 - 25,90 38,51 - 25,91 0,22 - 17,78CPC25-2% 11,77 - 18,99 24,17 - 28,86 0,48 - 56,72CPC15-3% 10,64 - 3,02 19,11 - 65,54 0,16 - 1,34CPC25-3% 22,04 - 4,86 26,19 - 28,92 0,25 - 35,60CPC45-3% 16,83 - 23,48 22,57 - 34,49 0,22 - 35,91CPJ25-3% 18,15 - 13,52 18,24 - 31,29 0,19 - 53,24CPS25-3% 18,26 - 15,01 29,33 - 31,87 0,28 - 15,33
A figura 4.4 mostra curva tensão-deformação dos compósitos com
fibras de curauá, com variados comprimentos de fibra e fração volumétrica,
juntamente com a curva da mistura de referência. Percebe-se o ganho
considerável de capacidade de deformação da argamassa com a inserção da
fibra vegetal como reforço. Embora seja mostrada a redução da resistência à
compressão máxima, com o acréscimo do teor de fibra, o ganho de
desempenho, em termos de ductilidade e capacidade de resistência após a
fissuração da matriz, torna os compósitos com essas fibras vegetais
vantajosos, em relação à matriz sem reforço, em aplicações nas quais sejam
visadas uma maior tenacidade e uma maior resistência ao impacto. O
compósito com fibras de curauá, de comprimento igual a 25 mm e fração
volumétrica de 3%, foi o que apresentou melhor resistência média, chegando
a cerca de 90% da resistência à compressão da matriz sem reforço, de igual
relação água/cimento (0,59).
Houve sensível diminuição do módulo de elasticidade da matriz (38,51
GPa) com a inserção das fibras de curauá. Para o compósito de maior
resistência (CPC25-3%), o módulo de elasticidade (26,19 GPa) foi 32%
inferior ao da matriz.
Comparando-se os compósitos com fibras de curauá com compósitos
reforçados com outros tipos de fibras vegetais (Figuras 4.5), pode ser
observado que a resistência à compressão dos primeiros foi superior, em
aproximadamente de 22%, à resistência dos compósitos com fibras de sisal e
juta, de mesma matriz, comprimento de fibra (25mm) e fração volumétrica
Apresentação e Análise dos Resultados 69
(3%). Esses valores de resistência à compressão de compósitos com fibras
de sisal e juta, usadas nessa comparação, foram obtidos em ensaios
executados no programa experimental desse estudo.
Com relação aos compósitos produzidos e ensaiados em trabalhos
anteriores, Rodrigues (1999) obteve, para compósitos com argamassa (traço
em massa 1:1 e relação água/cimento 0,45) e fibras de sisal (l=25mm e
Vf=2,21%), uma resistência à compressão média de 23,37 MPa. Nesse
estudo, o compósito, com argamassa (traço em massa 1:1 e relação
água/cimento de 0,59) e fibras de sisal (l=25mm, Vf=3%) apresentou
resistência à compressão média de 18,26 MPa, valor esse inferior ao de
Rodrigues (1999), certamente, devido ao maior fator água/cimento do
segundo. Contudo, mesmo com fator água/cimento de 0,59, os compósitos
com fibras de curauá, de mesmo comprimento e fração volumétrica,
apresentaram resistência à compressão média de 22,04 MPa, valor esse
muito próximo ao obtido por Rodrigues (1999).
Petrucci (1978) forneceu um valor característico de 73,5 MPa para
resistência à compressão do cimento-amianto. Os valores obtidos, dessa
propriedade, para compósitos de argamassa e fibra vegetal ficam muito
aquém daquele do cimento-amianto.
A Figura 4.6 mostra a relação tensão-deformação (longitudinal,
transversal e volumétrica) do CPC25-3% (que apresentou melhor resultado
entre compósitos) e a Figura 4.7 mostra corpos-de-prova rompidos à
compressão.
Apresentação e Análise dos Resultados 70
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0-8000-30002000700012000
Deformação (micro-strain)
Ten
são
(MP
a)Def. Long.-CPC15-3%
Def. Long.-CPC25-2%
Def. Long.-CPC25-3%
Def. Long.-CPC45-3%
Def. Long.-CPN00-0%
Def. Trans.-CPC15-3%
Def. Trans.-CPC25-2%
Def. Trans.-CPC25-3%
Def. Trans.-CPC45-3%
Def. Trans.-CPN00-0%
Figura 4.4 – Tensão-deformação na compressão de compósitos com fibra de curauá.
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
-8000-30002000700012000
Deformação Long. (micro-strain)
Tens
ão (M
Pa)
Def. Long.-CPN00-0%
Def. Long.-CPC25-3%
Def. Long.CPJ25-3%
Def. Long.-CPS25-3%
Def. Trans.-CPN00-0%
Def. Trans.-CPC25-3%
Def. Trans.-CPJ25-3%
Def. Trans.-CPS25-3%
Figura 4.5 – Tensão-deformação na compressão de compósitos com fibras variadas.
Apresentação e Análise dos Resultados 71
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0-8000-30002000700012000
Deformações (micro-strain)
Tens
ão (M
Pa)
def. trans.
def. vol.
def. long.
Figura 4.6 – Relação tensão-deformação na compressão para a mistura CPC25-3%.
Figura 4.7 – Corpos-de-prova rompidos após ensaios de compressão.
������5HVLVWrQFLD�j�WUDomR�SRU�FRPSUHVVmR�GLDPHWUDO
Obtidas as cargas de ruptura sob tração indireta (por compressão
diametral), foram calculadas as resistências médias à tração dos materiais
ensaiados, que se encontram mostradas na figura 4.8.
Apresentação e Análise dos Resultados 72
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
CPN00-0% CPC25-3% CPS25-3% CPJ25-3% CPC25-2%Material
Res
istê
ncia
à T
raçã
o (M
Pa)
SD = 0,49
SD = 0,084 SD = 0,33 SD = 0,20SD = 0,38
Figura 4.8 – Resistência à tração por compressão diametral.
Observou-se que os compósitos com fibras tiveram melhor
desempenho sob tração que a mistura de referência (CPN00-0%). Sob esse
tipo de esforço, as fibras podem efetivamente contribuir para melhoria da
capacidade resistente do compósito, melhoria essa que depende do
comprimento, orientação, fração volumétrica, relação de aspecto e
resistência à tração, entre outros fatores inerentes à fibra.
Comparando-se os compósitos com tipos e frações volumétricas de
fibras diferentes, o que apresentou melhor resultado foi o CPC25-3%, sendo
sua resistência à tração superior à da matriz sem reforço em cerca de 27%.
Comparado ao compósito de mesma fibra, porém com fração volumétrica
menor (2%), o CPC25-3% apresentou superioridade semelhante, cerca de
26%. Em relação aos compósitos de juta e sisal, com mesma matriz,
comprimento de fibra (25mm) e fração volumétrica (3%), o CPC25-3% foi
superior em 11% e 9%, respectivamente.
Repetindo o desempenho já obtido sob compressão, também sob
tração as fibras de curauá mostraram-se mais eficientes como reforço da
matriz, para mesmos comprimentos e fração volumétrica, comparadas às de
sisal e juta.
A Figura 4.9 apresenta corpos-de-prova de compósitos e da mistura
de referência, rompidos após os ensaios de tração por compressão
diametral. Pode-se notar o grau diferenciado de deformação dos compósitos
Apresentação e Análise dos Resultados 73
ao romper-se, que é, visualmente maior nos compósitos que nos corpos-de-
prova de argamassa sem reforço.
Figura 4.9 – Corpos-de-prova rompidos após ensaios de tração por compressão diametral.
������5HVLVWrQFLD�j�)OH[mR
A Tabela 4.5 apresenta os resultados dos ensaios à flexão em 4
pontos, onde constam os valores médios de carga máxima, carga, tensão e
deslocamento no limite de proporcionalidade, além do módulo de
elasticidade à flexão para cada material estudado. As Figuras 4.10 a 4.12
mostram exemplos de curvas carga-deslocamento para cada mistura (as
curvas carga-deslocamento de todos os corpos-de-prova estão mostrados no
Anexo C).
Tabela 4.5 – Propriedades mecânicas dos ensaios à flexão.
Material Pmáx.(N) LOP.(mm) PLOP.(N) LOP (MPa) E (GPa)
CPN00-0% 2092,50 0,69 2092,50 4,52 2,12CPC25-2% 1965,89 0,94 1470,00 3,18 1,46CPC25-3% 2424,22 0,93 1830,00 3,95 1,37CPC45-2% 2212,84 0,62 1855,00 4,01 2,07CPC45-3% 1686,00 0,65 1387,00 3,00 1,48
Apresentação e Análise dos Resultados 74
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
0 2 4 6 8 10 12
Deslocamento (mm)
Car
ga (K
N)
CPN00-0%
(a)
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Deslocamento (mm)
Car
ga (
KN
)
CPC25-3%
(b)
Figura 4.10 – Curva carga-deslocamento sob flexão em 4 pontos. CPN00-0% (a) e CPC25-3% (b).
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Deslocamento (mm)
Car
ga (
KN
)
CPC25-2%
(a)
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Deslocamento (mm)
Car
ga (
KN
)CPC45-3%
(b)
Figura 4.11 – Curva carga-deslocamento sob flexão em 4 pontos. CPC25-2% (a) e CPC45-3% (b).
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Deslocamento (mm)
Car
ga (
KN
)
CPC45-2%
(a)
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Deslocamento (mm)
Car
ga (K
N)
CPN00CPC25-3%
CPC25-2%CPC45-3%
CPC45-2%
(b)
Figura 4.12 – Curva carga-deslocamento sob flexão em 4 pontos. CPC45-2%(a) comparação entre misturas(b).
O valor medido da carga máxima aumentou em 16% para o compósito
CPC25-3%, em relação à matriz sem reforço. Notou-se que a melhoria de
desempenho do compósito foi muito dependente da fração volumétrica das
Apresentação e Análise dos Resultados 75
fibras, pois, para uma fração de 2% (CPC25-2%) não houve ganho da
resistência máxima.
Os módulos de elasticidade foram calculados de acordo com a
equação da linha elástica, (equação 3.6), utilizando os valores médios
obtidos para a carga e o deslocamento no limite de proporcionalidade. A
adição de fibras fez diminuir o módulo de elasticidade, sendo que, para o
compósito de melhor desempenho em termos de resistência (CPC25-3%)
houve decréscimo de 35% dessa propriedade, em relação à matriz sem
reforço.
Do estudo de Rodrigues (1999), com corpos-de-prova de mesmo
tamanho e geometria que os utilizados no presente trabalho, o valor da carga
máxima sob flexão para o compósito com fibras de sisal (l=25mm e
Vf=2,21%) foi de 2.920,16 N. Esse valor foi pouco superior (cerca de 20%) ao
obtido, nesse trabalho, para compósitos com fibras de curauá (l=25mm e
Vf=3%), embora o fator água/cimento usado por Rodrigues fosse igual a
0,45, enquanto que o do compósito com curauá foi de 0,59. Deve ser
registrado que o compósito com maior comprimento e maior fração
volumétrica (CPC45-3%) mostrou grande dificuldade na moldagem, o que
influenciou em sua homogeneidade, tornando temerária a comparação com
os demais compósitos produzidos.
Foi marcante o papel das fibras adicionadas no desempenho do
material sob flexão, após a fissuração da matriz, pois, ao contrário da mistura
de referência, os compósitos não sofrem ruptura brusca e ainda continuam a
suportar carga até bem além do ponto de carga de pico, apresentando
grande deformação. A Figura 4.13 apresenta um exemplo de corpo-de-prova
a flexão sendo ensaiado.
Apresentação e Análise dos Resultados 76
Figura 4.13 – Corpo-de-prova durante ensaio à flexão.
��������$QiOLVH�GD�WHQDFLGDGH� Para caracterizar a tenacidade foram calculados os índices I5, I10, I20 e
I30, propostos pela ASTM C1018 (1992), e os valores de FT e TJCI, propostos
pela norma japonesa JCI-JCSE-SF4 (1983). Os valores estão apresentados
na Tabela 4.6. A Tabela 4.7 apresenta os índices adimensionais de
resistência e o fator de tenacidade calculado de acordo com a norma belga
NBN B15-238 (1992).
Tabela 4.6 – Índices de tenacidade dos compósitos sob flexão, segundo as Normas ASTM
(1992) e JCI-JCSE-SF4 (1983).
FT TJCL
Mpa - (%) KN.mm - (%)1 CPC25-2% 3,09 - (21,07) 10,33 - (22,32) 11,85 - (25,86) 12,95 - (16,74) 4,89 - (23,75) 4,32 - (32,28)2 CPC25-3% 7,21 - (20,76) 11,45 - (22,93) 14,06 - (21,84) 17,20 - (3,08) 7,62 - (24,14) 6,35 - (24,16)3 CPC45-2% 1,76 - (5,62) 4,33 - (11,24) 6,13 - (28,38) 8,33 - (9,34) 1,15 - (73,79) 0,94 - (78,23)4 CPC45-3% 1,27 - (10,17) 2,30 - (20,78) 4,60 - (35,75) 7,05 - (98,70) 3,07 - (48,22) 1,92 - (74,84)
Misturas I5 - (%) I10 - (%) I30 - (%)
Índices de Tenacidade (CV)
I20 - (%)
JCSE - SF4 (1983)ASTM C1018 (1992)
Pode-se observar que os valores dos índices de tenacidade tiveram
coeficientes de variação altos. Isto possivelmente ocorreu devido à influência
de determinados fatores, como por exemplo, as dificuldades de moldagem
Apresentação e Análise dos Resultados 77
dos compósitos com fibras de maior comprimento (45 mm), levando a valores
diferentes para um mesmo tipo de material.
Para os índices de tenacidade I5, I10, I20 e I30 os melhores resultados
foram obtidos para os compósitos CPC25-2% e CPC25-3%, sendo melhor
ainda para o segundo, enquanto que para os compósitos CPC45-2% e
CPC45-3%, os mesmos tiveram resultados muitos baixos em relação aos
primeiros, onde pode-se observar que para o comprimento de 45 mm de fibra
e maior fração volumétrica da mesma, foi obtido um valor menor para
tenacidade, como mostra a Figura 4.14.
3,09
10,33
11,85
7,21
14,06
6,13
4,6
12,95
17,2
11,45
8,33
4,33
1,76
7,05
2,301,27
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
I5 - (%) I10 - (%) I20 - (%) I30 - (%)
��
����
� �
� �����
� �� �
CPC25-2%
CPC25-3%
CPC45-2%
CPC45-3%
Figura 4.14 – Índices de tenacidade de ASTM C1018 para compósitos com fibras de curauá.
Para os índices propostos pela norma japonesa JCI-JCSE-SF4 (1983)
FT e TJCI, verifica-se o melhor resultado para o compósito com menor
comprimento de fibra e maior fração volumétrica, que no caso foi o CPC25-
3% conforme a Figura 4.15.
Pode-se verificar que com o aumento da deformação, o índice P*n
sofreu redução para a maioria dos compósitos, exceto para o compósito
Apresentação e Análise dos Resultados 78
CPC45-2%, para o qual foi sempre crescente. O compósito que apresentou
melhor resultado foi o CPC45-3%.
Tabela 4.7 – Índices de tenacidade definidos pela NBN B15-238 (1992).
P*150 P*300 P*450 P*600 FT150 FT300 FT450 FT600
1 CPC25-2% 1,28 (32,44) 0,64 (56,14) 0,25 (130,57) 0,16 (141,93) 4,89 (32,28) 3,72 (53,49) 2,75 (85,26) 0,70 (20,20)2 CPC25-3% 1,21 (13,45) 0,69 (22,29) 0,31 (47,29) 0,14 (61,74) 7,62 (24,14) 8,62 (24,09) 7,49 (30,72) 2,22 (35,54)3 CPC45-2% 0,93 (31,93) 1,01 (21,41) 1,04 (0,75) 1,04 (1,02) 1,76 (50,40) 4,22 (69,64) 2,39 (67,52) 2,29 (67,50)4 CPC45-3% 1,57 (13,85) 1,39 (14,90) 1,28 (4,24) 1,25 (1,70) 4,11 (62,04) 3,66 (70,59) 3,34 (68,41) 3,14 (70,48)
Índice de Resistência (CV) - (%) Tenacidade na Flexão (CV) Mpa (%)Misturas
4,89
7,62
1,15
3,07
4,32
6,35
0,94
1,92
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
CPC25-2% CPC25-3% CPC45-2% CPC45-3%
0DWHULDLV�&RPSyVLWRV
ËQGLFH
V�GH�7
HQDFLG
DGH
FT
TJCL
Figura 4.15 – Índices de tenacidade propostos pela norma japonesa JCI-JCSE-SF4 (1983).
A forma da curva carga-deflexão pode ser observada no índice
adimensional de resistência P*n definido pela norma NBN B15-238 (1992) e
calculado para as curvas experimentais, como mostram a tabela 4.7 e a
Figura 4.16.
Apresentação e Análise dos Resultados 79
1,21
0,931,04
1,57
1,391,28 1,25
0,64
0,25 0,16
1,28
0,69
0,310,14
1,01 1,04
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
0,5 - n=600 0,75 - n=450 1 - n=300 2 - n=150
'HIOH[mR��PP����YDORUHV�GH�Q
ËQGLFH
�GH�5H
VLVWrQ
FLD�3
Q
CPC25-2%
CPC25-3%
CPC45-2%
CPC45-3%
Figura 4.16 – Índice de resistência adimensional P*n para compósitos reforçados com fibras
curtas de curauá.
Foi calculado também o índice FT proposto pela norma NBN B15-238
(1992), que indica valor absoluto da área sob a curva e, dessa forma,
incorpora em sua definição também o aumento da resistência causado pela
fibra. Assim, de acordo com esse índice, se a fibra gera um incremento na
capacidade de suportar carregamento, conseqüentemente apresentará maior
tenacidade, conforme mostra a Figura 4.17.
Apresentação e Análise dos Resultados 80
7,62
8,62
7,49
2,22
4,22
2,39
4,113,66 3,34
4,89
3,72
2,75
0,7
2,291,76
3,14
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
150 300 450 600
Q
tQGLFH
�GH�7H
QDFLGD
GH�)7
CPC25-2%
CPC25-3%
CPC45-2%
CPC45-3%
Figura 4.17 - Índice de Tenacidade FT, calculado de acordo com a NBN B15-238 (1992),
para compósitos reforçados com fibras curtas de curauá.
Pode-se observar que o compósito CPC25-3% apresenta a menor
perda relativa de resistência, ou seja, maior amolecimento pós-fissuração,
em comparação aos outros, e os compósitos que apresentaram os melhores
resultados de tenacidade, são os que apresentam menor comprimento e
maior fração volumétrica de fibra, CPC25-3% e CPC25-2%, pois os mesmos
apresentaram maior capacidade de absorver energia.
Estudos anteriores têm demonstrado que a tenacidade, medida a
deflexões muito baixas, é insensível ao volume de fibras. Além disso, é
importante observar que os índices de tenacidade I5, I10, I20 e I30 são índices
de proporcionalidade, e, portanto, são afetados também pela forma da curva
carga-deflexão. Eles apresentam uma comparação entre energia absorvida
durante o processo de carregamento e aquela necessária para iniciar a
fissuração do corpo de prova. Por isso, o método da norma ASTM C1018
(1992) é difícil ser avaliado com precisão em comparação com os outros dois
métodos.
�
Apresentação e Análise dos Resultados 81
����$QiOLVH� GD� PLFURHVWUXWXUD� GDV� ILEUDV� GH� FXUDXi� H� GR� FRPSyVLWR� FRP�ILEUDV�GH�FXUDXi��
Amostras de fibras de curauá (após ensaios à tração em uma única
fibra) e de compósitos (após ensaios à flexão), foram observadas ao
microscópio eletrônico de varredura (MEV). A Figura 4.18 (a-d) apresenta
micrografias da fibra de curauá.
Observa-se uma estrutura envolvente (capa), em torno do feixe de
micro-fibras que formam a macro-fibra (Figura 4.18-a), que não aparece na
(a) Fibra de curauá com ponta rompida
(b) Fibra de curauá com ponta cortada
(c) Microfibras de curauá
(d) Microfibra de curauá
Figura 4.18 a-d– Microscopia da fibra de Curauá após ensaio de tração em uma única fibra.
Apresentação e Análise dos Resultados 82
extremidade oposta (Figura 4.18-b), podendo ter sido, nessa última, retirada
pela garra da máquina durante a realização do ensaio de tração.
Permanecendo essa espécie de capa em torno da fibra, enquanto a mesma
estiver inserida na matriz, pode-se supor que traga rebaixamento da
resistência de aderência entre fibra e matriz. Seu aspecto liso e polido
parece pouco promotor do intrincamento necessário a uma boa aderência
entre as duas fases, podendo causar diminuição da resistência à tração do
compósito.
A Figura 4.19 (a-b) apresenta a microestrutura da superfície de fratura
do compósito após ensaios de flexão.
(a) Ponte de trinca
(b) Ruptura da macrofibra e exposição das fibrilas
Figura 4.19 a-b – Microscopia no compósito com fibras de curauá após ensaio à flexão.
Observa-se que a estrutura envolvente da fibra (capa) não mais
aparece, podendo ter ficado dentro da matriz após o arrancamento. Estudos
posteriores deverão ser realizados para identificar essa estrutura envolvente
da fibra de curauá e sua provável influência na resistência do compósito.
Torna-se necessária a comprovação de sua permanência no compósito,
após a moldagem dos corpos-de-prova, já que o atrito entre os materiais no
processo de mistura ou reações químicas (compostos alcalinos da matriz
cimentícia) poderiam eliminá-la.
����&RQFOXVmR�� Dos resultados obtidos, nas medidas de propriedades físicas e
mecânicas, tanto para as fibras vegetais estudadas, quanto para os
compósitos que as tiveram como reforço, foi possível observar que tais
medidas são bastante passíveis de sofrer grandes variações em seus
valores. Presume-se que tal ocorrência se deva do fato de serem essas
fibras materiais naturais, que não passam por processos industriais
sofisticados que os padronize, e que provêm de seres vivos,
conseqüentemente sujeitos às variações e heterogeneidade inerentes à sua
própria natureza.
Na caracterização física das fibras de curauá e juta, a medida do
diâmetro mostrou grande variação entre os valores obtidos pelos dois
métodos utilizados (projetor de perfil e paquímetro). Pelo método do projetor
de perfil, a fibra de juta apresentou diâmetro menor, em cerca de 28%, do
que a fibra de curauá. O diâmetro da fibra de curauá medido pelo projetor de
perfil foi cerca de 38% superior ao diâmetro, dessa mesma fibra, medido pelo
paquímetro. Por esse método óptico, pode ser vista a grande variação do
diâmetro, em uma mesma fibra, ao longo de seu comprimento.
Medidas feitas com paquímetro, nesse trabalho, mostraram que a fibra
de curauá possui um valor médio de diâmetro (0,092 mm) inferior em cerca
de 39% ao diâmetro da fibra de sisal (0,15 mm) obtido por Ghavami et al.
(1999), usando o mesmo processo.
As fibras de curauá apresentaram peso específico cerca de 25% maior
que o medido para as fibras de juta. As primeiras também tiveram peso
específico superior aos das fibras que foram estudadas em trabalhos
anteriores (bagaço-de-cana, bambu, coco, juta, piaçava e sisal).
A capacidade de absorção de água das fibras de curauá foi
notadamente superior, comparada à das demais fibras estudadas, chegando
a absorver mais que 350% de massa de água que as fibras de coco, cujos
Conclusões 84
dados foram obtidos de Ghavami e Tolêdo Filho (1992). Foi percebido que a
absorção de água das fibras de curauá ocorre muito intensamente já nas
primeiras horas de imersão.
As fibras de curauá tiveram valor médio de resistência à tração em
torno de 492 MPa, superior às de coco e de juta, tendo sido alcançado, na
amostra estudada, um valor máximo de cerca de 832 MPa, com grande
coeficiente de variação dos resultados (46%). É provável que essa dispersão
dos resultados tenha como um dos fatores causadores a grande variação da
seção transversal da fibra, ao longo de seu comprimento, levando a que não
seja possível obter um valor exato do diâmetro para o cálculo da área da
seção transversal.
A inserção de fibras de curauá foi responsável por conferir maior
ductilidade ao compósito após a fissuração da matriz. Assim, ao invés da
fratura catastrófica apresentada pela matriz no inicio da fissuração, o
compósito continua a absorver energia, apresentando grandes deformações.
Embora seja mostrado nos ensaios de compressão o decréscimo da
resistência com a inserção de fibras, percebe-se o ganho considerável da
energia de deformação. Para os ensaios de tração por compressão diametral
e flexão, foi observado que, com a inserção de fibras vegetais, foram obtidos
melhores resultados do que os da mistura de referência e, para um mesmo
comprimento e fração volumétrica de fibras, o compósito que apresentou o
melhor resultado foi o reforçado com fibras de curauá. Comparando-se os
diferentes compósitos com fibras de curauá, o melhor desempenho foi obtido
para um comprimento e uma fração volumétrica de fibra de 25 mm e 3%,
respectivamente (mistura CPC25-3%).
Também foi observado que o compósito com fibra de curauá
apresentou maior tenacidade em relação à mistura de referência, Utilizando-
se as recomendações da norma ASTM C1018 (1992), verificou-se que o
compósito CPC25-3% apresentou os melhores resultados. Sendo também
confirmado pelas especificações das normas JCI-JCSE-SF4 (1983) e NBN
B15-238 (1992).
Conclusões 85
Em relação à microestrutura da fibra de curauá, foi notada, na
observação pelo MEV, a presença de uma espécie de capa envolvente sobre
as microfibras, cujo efeito danoso poderia ser o de trazer um rebaixamento
da resistência de aderência entre fibra e matriz. No entanto, essa capa não
foi observada no compósito (corpos-de-prova rompidos à flexão), podendo a
mesma ter ficado dentro da matriz, ou ter sido eliminada pelo atrito com
materiais no momento da moldagem. Pode, ainda, ter acontecido da mesma
ter sido eliminada por ataque químico dos compostos alcalinos da matriz
cimentícia.
����6XJHVW}HV�SDUD�WUDEDOKRV�IXWXURV��
Em se tratando da grande diversidade, em nosso país, de fibras
vegetais com potencial de aplicação como matéria-prima para componentes,
é sempre presente a sugestão de desenvolvimento de pesquisas com outros
tipos de fibras, algumas ainda não pesquisadas, visando seu aproveitamento
na construção civil, a exemplo das fibras de tupari e tucum.
Quanto à fibra de curauá, objeto desse trabalho, muito ainda há para
ser estudado, de modo a conhecê-la suficientemente para viabilizar sua
aplicação como reforço de matrizes cimentícias. Alguns tópicos a serem
pesquisados poderiam ser:
• Estudo da durabilidade da fibra de curauá em matriz cimentícia;
• Estudo detalhado da microestrutura e composição química da
fibra de curauá, correlacionadas ao desempenho do compósito;
• Análise minuciosa do efeito da variação da fração volumétrica
das fibras sobre o desempenho do compósito (fração
volumétrica crítica);
• Determinação precisa do comprimento ótimo da fibra como
reforço;
Conclusões 86
• Estudo da retração volumétrica dos compósitos com fibras de
curauá para comprimentos específicos, em argamassa de
cimento, bem como o comportamento mecânico associado a
esta variação;
• Estudos envolvendo compósitos híbridos, com reforço de
curauá e outros tipos de fibra (inclusive fibras sintéticas de
menor custo);
• Estudos envolvendo compósitos com fibras de curauá e
matrizes não cimentícias diversas.
• Incorporação de redutores de água para melhoria do
comportamento mecânico (aderência) e durabilidade (melhor
porosidade e permeabilidade).
����5HIHUrQFLDV�%LEOLRJUiILFDV�����AGOPYAN, V., 0DWHULDLV� FRP� )LEUDV� SDUD� FRQVWUXomR� &LYLO. Revista Politécnica nº 182. São Paulo, 1983. AZIZ, M. A., PARAMASIVAM, P., Lee, S. L., &RQFUHWH� UHLQIRUFHG� ZLWK�QDWXUDO� ILEUHV, In: 1HZ� UHLQIRUFHG� FRQFUHWHV� ±� &RQFUHWH� WHFKQRORJ\� DQG�GHVLJQ� Vol. 2, Blackie & Son, London-U.K.,p.106-140, 1984.
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Anexo A 91
$QH[R�$�
0
50
100
150
200
250
300
350
400
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000
Deformação (micro-strain)
Ten
são
(MP
a)
CP1
CP2
CP3
CP4
CP5
Figura 1 – Diagrama tensão-deformação das fibras de curauá com espécimes de 50 mm de
comprimento de fibra de 1 a 5.
0
200
400
600
800
1000
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000
Deformação (micro-strain)
Tens
ão (M
Pa)
CP6
CP7
CP8
CP9
CP10
Figura 2 – Diagrama tensão-deformação das fibras de curauá com espécimes de 50 mm de
comprimento de fibra de 6 a 10.
Anexo B 92
$QH[R�%�
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0-5000-3000-100010003000
Deformação(micro-strain)
Tens
ão(M
pa)
Def. Long. 01
Def. Trans. 01
Def. Long. 02
Def. Trans. 02
Def. Long.03
Def. Trans. 03
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0-5000-3000-100010003000
Deformação(micro-strain)
Tens
ão(M
Pa)
Def. Long. 04
Def. Trans. 04
Def. Long. 05
Def. Trans. 05
Def. Long. 06
Def. Trans. 06
Figura 1 – Tensão vs. Deformação na compressão – CPN00-0,40 - 1 a 6.
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0-3000-2000-100001000
Deformação (micro-strain)
Ten
são
(MP
a)
Def. Long. 01
Def. Trans. 01
Def. Long. 02
Def. Trans. 02
Def. Long. 03
Def. Trans. 03
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0-2000-1500-1000-50005001000
Deformção (micro-strain)
Tens
ão (M
Pa)
Def. Long. 04
Def. Trans. 04
Def. Long. 05
Def. Trans. 05
Def. Long. 06
Def. Trans. 06
Figura 2 – Tensão vs. Deformação na compressão – CPN00-0,59 – 1 a 6.
-14
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0-20000-15000-10000-50000500010000
Deformação (micro-strain)
Ten
são
(MP
a)
Def. Long.01
Def. Trans.01
Def. Long.02
Def. Trans.02
Def. Long.03
Def. Trans.03
-14
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0-4000-200002000400060008000
Deformação (micro-strain)
Tens
ão (M
Pa) Def. Long.04
Def. Trans.04
Def. Long.05
Def. Trans.05
Def. Long.06
Def. Trans.06
Figura 3 – Tensão vs. Deformação na compressão – CPC15-3% - 1 a 6.
Anexo B 93
-16
-14
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0-3000200070001200017000
Deformação (micro-strain)
Ten
são
(MP
a) Def. Long.01
Def. Trans.01
Def. Long. 02
Def. Trans. 02
Def. Long. 03
Def. Trans. 03
-14-12-10-8-6-4-20
-15000-10000-50000500010000
Deformação (micro-strain)
Ten
são
(MP
a) Def. Long. 04
Def. Trans. 04
Def. Long. 05
Def. Trans. 05
Def. Long. 06
Def. Trans. 06
Figura 4 – Tensão vs. Deformação na compressão – CPC25-2% - 1 a 6.
-25
-20
-15
-10
-5
0-10000-50000500010000
Deformação (micro-strain)
Tens
ão (M
Pa)
Def. Long.01
Def. Trans.01
Def. Long.02
Def. Trans.02
Def. Long.03
Def. Trans.03
-25
-20
-15
-10
-5
0-200002000400060008000
Deformação (micro-strain)
Tens
ão (M
Pa)
Def. Long.04
Def. Trans.04
Def. Long.05
Def. Trans. 05
Def. Long. 06
Def. Trans. 06
Figura 5 – Tensão vs. Deformação na compressão – CPC25-3% - 1 a 6.
-25
-20
-15
-10
-5
0-500005000100001500020000
Deformação (micro-strain)
Tens
ão (M
Pa)
Def. Long.01
Def. Trans.01
Def. Long.02
Def. Trans.02
Def. Long.03
Def. Trans.03
-25
-20
-15
-10
-5
0-5000050001000015000
Deformação (micro-strain)
Tens
ão (M
Pa) Def. Long.04
Def. Trans.04
Def. Long.05
Def. Trans.05
Def. Long.06
Def. Trans.06
Figura 6 – Tensão vs. Deformação na compressão – CPC45-3% - 1 a 6.
Anexo B 94
-25
-20
-15
-10
-5
0
-20000200040006000
Deformação (micro-strain)
Tens
ão (M
Pa) Def. Long. 01
Def. Trans. 01
Def. Long. 02
Def. Trans. 02
Def. Long. 03
Def. Trans. 03
-25
-20
-15
-10
-5
0
-1500-1000-500050010001500
Deformação(micro-strain)
Tens
ão(M
Pa) Def. Long. 04
Def. Trans. 04
Def. Long. 05
Def. Trasn. 05
Def. Long. 06
Def. Trans. 06
Figura 7 – Tensão vs. Deformação na compressão – CPS25-3% - 1 a 6.
-25
-20
-15
-10
-5
0-10000-5000050001000015000
Deformação(micro-strain)
Ten
são(
MP
a) Def. Long. 01
Def. Trans. 01
Def. Long. 02
Def. Trans. 02
Def. Long. 03
Def. Trans. 03
-25
-20
-15
-10
-5
0
-100000100002000030000
Deformação(micro-strain)
Tens
ão(M
Pa)
Def. Long. 04
Def. Trans. 04
Def. Long. 05
Def. Trans. 05
Def. Long. 06
Def. Trans. 06
Figura 8 – Tensão vs. Deformação na compressão – CPJ25-3% - 1 a 6.
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0-30000-20000-10000010000
Deformação (micro-strain)
Ten
são
(MP
a) Def. Long.
Def. Trans.
Def. Vol.
Figura 9 – Tensão vs. Deformação na compressão – CPC15-3%.
Anexo B 95
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0-30000-20000-10000010000
Deformação (micro-strain)
Tens
ão (M
Pa)
Def. Long.
Def. Trans.
Def. Vol.
Figura 10 – Tensão vs. Deformação na compressão – CPC25-2%
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0-30000-25000-20000-15000-10000-5000050001000015000
Deformações (micro-strain)
Tens
ão (
MP
a)
def. trans.
def. vol.
def. long.
Figura 11 – Tensão vs. Deformação na compressão – CPC25-3%
Anexo B 96
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0-30000-20000-10000010000
Deformação (micro-strain)
Tens
ão (M
Pa)
Def. Long.
Def. Trans.
Def. Vol.
Figura 12 – Tensão vs. Deformação na compressão – CPC45-3%
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0-30000-20000-10000010000200003000040000
Deformação(micro-strain)
Ten
são(
MP
a)
Def. Long.Def. Trans.Def. Vol.
Figura 13 – Tensão vs. Deformação na compressão – CPJ25-3%
Anexo B 97
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
-1000-50005001000
Deformação(micro-strain)
Tens
ão(M
Pa)
Def. Long.
Def. Trans.
Def. Vol.
Figura 14 – Tensão vs. Deformação na compressão – CPS25-3%
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0-3000-2000-1000010002000
Deformação Long. (micro-strain)
Tens
ão (M
Pa)
Def. Long
Def. Trans.
Def. Vol.
Figura 15 – Tensão vs. Deformação na compressão – CPN00-0%
Anexo B 98
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0-3000-2000-1000010002000
Deformação(micro-strain)
Ten
são(
Mpa
)
Def. Long.Def. Trans.Def. Vol
Figura 16 – Tensão vs. Deformação na compressão – CPN00-0%*
Anexo C 99
$QH[R�&�
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
0 2 4 6 8 10 12
Deslocamento (mm)
Car
ga (
KN
)
Desl. 1
Desl. 3
Desl. 2
Figura 1 – Carga-deslocamento de aplicação de carga na flexão em 4 pontos – CPN00-0%.
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
0 5 10 15
Deflexão (mm)
Car
ga (K
N)
Desl. 1
Desl. 2
Desl. 3
Figura 2 – Carga-deslocamento de aplicação de carga na flexão em 4 pontos – CPC25-2%.
Anexo C 100
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
0 5 10 15
Deslocamento (mm)
Car
ga (K
N) Desl. 1
Desl. 2
Desl. 3
Figura 3 – Carga-deslocamento de aplicação de carga na flexão em 4 pontos – CPC25-3%.
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
0 2 4 6 8 10
Deslocamento (mm)
Car
ga (
KN
)
Desl. 01
Desl. 02
Desl. 03
Figura 4 – Carga-deslocamento de aplicação de carga na flexão em 4 pontos – CPC45-2%.
Anexo C 101
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
0 2 4 6 8
Deslocamento (mm)
Car
ga (
kN)
Desl. 01
Desl. 02
Figura 5 – Carga-deslocamento de aplicação de carga na flexão em 4 pontos – CPC45-3%.