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DIOGO CAVALCANTI BEZERRA DE MEDEIROS
ANÁLISE DE PROPRIEDADES TÉRMICAS E MECÂNICAS
DE COMPÓSITO DE GESSO, SISAL E PAPEL
NATAL-RN
2017
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
CENTRO DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL
Diogo Cavalcanti Bezerra de Medeiros
Análise de propriedades térmicas e mecânicas de compósito de gesso, sisal e papel
Trabalho de Conclusão de Curso na
modalidade Artigo Científico, submetido ao
Departamento de Engenharia Civil da
Universidade Federal do Rio Grande do Norte
como parte dos requisitos necessários para
obtenção do Título de Bacharel em Engenharia
Civil.
Orientador: Prof. Dr. Fagner Alexandre Nunes
de França
Natal-RN
2017
Universidade Federal do Rio Grande do Norte – UFRN Sistema de Bibliotecas – SISBI
Catalogação da Publicação na Fonte - Biblioteca Central Zila Mamede
Medeiros, Diogo Cavalcanti Bezerra de.
Análise de propriedades térmicas e mecânicas de compósito de gesso, sisal e papel / Diogo Cavalcanti Bezerra de Medeiros. - 2017.
19 f. : il.
Artigo científico (graduação) - Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Centro de Tecnologia, Curso de Engenharia Civil. Natal, RN, 2017.
Orientador: Prof. Dr. Fagner Alexandre Nunes de França.
1. Compósitos – Artigo. 2. Compressão – Artigo. 3. Dureza – Artigo. I. França, Fagner Alexandre Nunes de. II. Título.
RN/UF/BCZM CDU 620.1 Mariz Medeiros.
CDU 626.21
Diogo Cavalcanti Bezerra de Medeiros
Análise de propriedades térmicas e mecânicas de compósito de gesso, sisal e papel
Trabalho de conclusão de curso na modalidade
Artigo Científico, submetido ao Departamento
de Engenharia Civil da Universidade Federal
do Rio Grande do Norte como parte dos
requisitos necessários para obtenção do título
de Bacharel em Engenharia Civil.
Aprovado em 24 de novembro de 2017:
___________________________________________________
Prof. Dr. Fagner Alexandre Nunes de França – Orientador
___________________________________________________
Eng . Eduardo Eiler Batista de Araújo – Examinador externo
___________________________________________________
Prof(a). Dr(a). Viviane Muniz Fonseca – Examinador externo
Natal-RN
2017
RESUMO
A indústria da Construção Civil é vista como um dos mais importantes áreas
estratégicas para a economia brasileira. O conceito de paredes no processo da construção civil
tem ganhado novo formato através da implementação do sistema Drywall, uma vez que o
gesso é um material aplicado na construção civil com um vasto campo de aplicação. No
Brasil, as ações relacionadas à sustentabilidade na construção civil iniciaram-se com foco na
redução da geração de resíduos sólidos nas obras. Diversos pesquisadores têm abordado em
seus trabalhos temas relacionados à gestão de residuos sólidos, conforto ambiental, térmico e
acústico. Neste trabalho tem como objetivo desenvolver um compósito base gesso para
aplicação como drywall utilizando resíduos de sisal e de papel visando a sustentabilidade e
conforto térmico na construção civil. O estudo baseou-se em coleta de informações através de
revisão da literatura que possui relação direta com a construção civil, a sustentabilidade e o
conforto térmico, bem como o aprofundamento a respeito das propriedades dos materiais
utilizados. Para tanto foram desenvolvidos compósitos utilizando gesso como elemento
matricial, e fibras de sisal e resíduos de papel como elemento de reforço. Os compósitos
foram avaliados mecanicamente sob esforço de compressão e em ensaios de dureza. Também
foi avaliada a condutibilidade térmica das amostras desenvolvidas. Observou-se que os
compósitos contendo gesso/sisal apresentaram uma menor perda de propriedades quando
comparado ao gesso/papel e gesso/papel/sisal. De uma forma geral foi observado nos
resultados que apesar dos compósitos apresentarem uma perda no conjunto de propriedades
quando comparado ao gesso puro, a utilização aplicação de material de descarte incorporado
ao gesso alem a reduzir custos e contribuir com o meio ambiente torna viável para a utilização
em Drywall em áreas internas.
Palavras-chave: compressão, dureza, condutibilidade térmica, compósito, drywall.
ABSTRACT
The Civil Construction industry is seen as one of the most important strategic areas for the
Brazilian economy. The concept of walls in the civil construction process has gained new
shape through the implementation of the Drywall system, since gypsum is a material applied
in construction with a wide field of application. In Brazil, actions related to sustainability in
construction began with a focus on reducing the generation of solid waste in the works.
Several researchers in their work related to solid waste management, environmental, thermal
and acoustic comfort. In this work the objective is to develop composite based gypsum for
application as drywall using sisal and paper waste aiming sustainability and thermal comfort
in civil construction. The study was based on information collection through literature review,
which has direct relation with the civil construction, sustainability and thermal comfort, as
well the properties of the materials used. In this work, composites were developed using
gypsum as a matrix element, and sisal fibers and paper waste as a reinforcing element. The
composites was mechanically evaluated under compression stress and in hardness tests.
Thermal conductivity of the samples developed was also evaluated. It was observed that the
composites containing gypsum / sisal had a lower loss of properties when compared to
gypsum / paper and gypsum / paper / sisal. In general, it was observed in the results that
although the composites presented a loss in the set of properties when compared to the pure
gypsum. The results as indicate the use of the disposal material incorporated in the gypsum,
besides reducing costs and contribute with the environment, makes it feasible to use Drywall
in interior areas.
Key words: compression, hardness, thermal conductivity, composite, drywall.
5
Diogo Cavalcanti Bezerra de Medeiros, graduando em Engenharia Civil, UFRN
Fagner Alexandre Nunes de França, Prof. Dr., Departamento de Engenharia Civil da UFRN
1. INTRODUÇÃO
Atualmente, a indústria da Construção Civil é vista como um dos mais importantes
pontos estratégicos para a economia brasileira, visto que é responsável por uma significativa
parcela do Produto Interno Bruto (PIB) do país. De acordo com dados da Federação das
Indústrias do Distrito Federal (FIBRA, 2017), a construção civil responde por 6,2% do PIB
nacional. Além disso, conta com 176 mil estabelecimentos, representando 34% da indústria.
Segundo Teixeira e Carvalho (2005), a cadeia produtiva da construção civil apresenta mão de
obra intensiva, baixo índice de importação e elevados efeitos multiplicadores na economia, no
que diz respeito à renda, ao emprego e aos tributos arrecadados. Assim, a importância do setor
se traduz em um relevante consumo de materiais e insumos, em quantidade e diversidade que,
como consequência, geram um grande número de resíduos, oriundos de uma gestão
ineficiente dos processos produtivos.
Por isso, torna-se necessária uma maior atenção à destinação adequada dos materiais
remanescentes, bem como o aumento de esforços em medidas que diminuam essa geração
diretamente na fonte (SOUZA et al, 2004), buscando-se, assim, a utilização de novos
componentes que permitam à construção civil trabalhar de maneira sustentável.
Dentro da construção civil, tem-se o conforto ambiental como matéria cada vez mais
presente e debatida em estudos que relacionam o ambiente construído com o ser humano,
buscando a melhora da qualidade de vida para as pessoas. Dessa forma, o conforto ambiental
das edificações compreende a adequação ao uso do homem, em conformidade com as
condições térmicas, de insolação, de ventilação, de acústica e visual, com capacidade para
alterar o papel da edificação, além do seu contexto urbano (LAMBERTS; DUTRA;
PEREIRA, 2004).
Nos dias atuais, a maioria da humanidade reside em centros urbanos, passando uma
quantidade de tempo significativa dentro de edificações, seja estudando, trabalhando,
divertindo-se ou mesmo repousando em condições ambientais determinadas não apenas pelo
ambiente exterior ao edifício em que se encontra. Essas condições são proporcionadas graças
ao desenvolvimento tecnológico que trouxe informações e opções de construção que admitem
a criação de condições térmicas, acústicas, de salubridade e lumínicas no interior de
ambientes de modo a satisfazerem a maioria das pessoas. Graças a essas tecnologias é
possível a criação de projetos arquitetônicos inteligentes, bem como a utilização de sistemas
construtivos aprimorados e o uso de equipamentos para a climatização ambiental (Revista
Téchne, 2010). Nesse contexto, a utilização de resíduos celulósicos, caso das fibras como
elemento reforçante viabiliza a possibilidade de isolamento térmico e acústico, visto que as
fibras vegetais além de ambientalmente corretas naturalmente possuem estas características.
Além disso, a dinamização da economia de mercado e o crescimento da
competitividade do sistema da construção civil nacional estimularam a necessidade de
implantação de processos de inovações tecnológicas, buscando acelerar a produtividade,
aumentar a qualidade do produto final e diminuir os custos da obra. Assim, o conceito de
paredes no processo da construção civil tem ganhado novo formato através da implementação
do sistema Drywall, uma vez que o gesso é um material aplicado na construção civil com um
vasto campo de aplicação devido à leveza, facilidade de manuseio e ser naturalmente
antichama (SANTOS; RACHID, 2016 e OLIVEIRA et al.; 2012).
Dessa forma, segundo Santos e Rachid (2016), esse material é considerado uma opção
em sistema de divisórias comumente usadas, substituindo a alvenaria convencional e tornando
sua utilização como elemento vertical de vedação interna constante. No entanto, embora a
procura pela utilização do sistema Drywall esteja em constante crescimento, ainda existe
insuficiência de dados por parte dos engenheiros e técnicos no sentido de direcionar as
6
vantagens e desvantagens e verdadeira diminuição do tempo gasto com esse tipo de vedação
em relação à utilização da alvenaria convencional durante a construção de uma edificação.
O gesso é um dos materiais de construção mais antigos de que se tem conhecimento.
Algumas de suas propriedades lhes conferem vantagens, tais como resistência ao fogo e
isolamentos térmico e acústico (OLIVEIRA et al., 2012). De tal modo, entende-se a
importância de um estudo que busque aumentar a qualidade e economia nas construções
prediais, a fim de proporcionar uma maneira mais viável técnica e economicamente no que
diz respeito à utilização do Drywall. Assim, no que diz respeito aos pilares da sustentabilidade
– ambiental, social e econômico – empregados nas edificações, vê-se que os aspectos
referentes ao conforto ambiental se contemplam na dimensão social. Entretanto, é possível
relacionar estes aspectos diretamente com a dimensão econômica e ambiental, visto a energia
utilizada na climatização, ventilação artificial e iluminação apresenta seus custos, além dos
impactos consequentes do processo de geração dessa energia utilizada na climatização e
iluminação. Então, deve-se buscar a produção de uma edificação ambientalmente correta e
econômica, com a premissa de que ela seja, também, confortável (Revista Téchne, 2010).
No Brasil, as ações relacionadas à sustentabilidade iniciaram-se com foco na redução
da geração de resíduos sólidos que abrange, basicamente, a fase de obra. O enfoque mais
adequado é o de visão global e equilibrada dos variados aspectos da sustentabilidade durante
o ciclo de vida da edificação. Então, com base nos temas relacionados a sustentabilidade e
conforto térmico na construção civil, este trabalho apresenta o seguinte objetivo geral:
desenvolver um compósito base gesso para aplicação como drywall utilizando resíduos de
sisal e de papel. Além disso, apresenta os seguintes objetivos específicos:
- Avaliar a influência da composição nas propriedades mecânicas e térmicas dos
compósitos
- Realizar os ensaios de resistência à compressão, dureza e do coeficiente de
condutividade térmica;
- Avaliar os resultados coletados nos ensaios, comparando-os entre si de forma a
indicar a potencialidade do uso destes resíduos para utilização em painéis do tipo drywall.
2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
2.1. Drywall
Segundo Silva e Fortes (2009), o drywall trata-se de um sistema de montagem
construtiva de vedação vertical e tem seu significado originado das palavras dry (seco) e wall
(parede). São paredes internas, curtas ou retas, não expostas a intempéries e não estruturais de
edifícios (BARBOSA, 2015). Junqueira e Ribeiro (2016) afirmam que o drywall é um método
construtivo mais eficiente e limpo, já que não utiliza argamassa em sua execução, o que
diminui de modo significativo a quantidade de entulhos.
Existem mais de um tipo de drywall, entretanto, o sistema que ficou conhecido
popularmente no Brasil trata-se do sistema “composto por chapas de gesso acartonado, pré-
fabricadas a partir da gipsita natural, fixadas em uma estrutura metálica leve em perfis de aço
galvanizado, distanciados ao longo de um plano vertical conforme medida do painel. ”
(BARBOSA, 2015).
Os painéis de drywall podem, ainda, ser classificados em três tipos: standart, resistente
à umidade (RU) e resistente ao fogo (RF). Junqueira e Ribeiro (2016) afirmam que tipo
standart é o recomendado para ambientes secos, devido ao fato de ter placas de gesso
acartonado de uso geral e possuírem o objetivo de atuar como fechamento interno. Estas
placas são as mais usadas na construção civil. Ainda segundo os autores, o tipo RU, também
denominadas de placas verdes, são aquelas disponibilizadas para paredes que recebem
7
umidade, empregadas, geralmente, em áreas de serviço, cozinhas e banheiros. Entretanto, é
importante ressaltar que sua utilização exige a impermeabilização flexível na base das paredes
e os encontros com o piso. Por fim, o tipo RF visa atender as normativas específicas de
resistência ao fogo e são usadas geralmente em ambientes que buscam a proteção humana.
2.2. Gesso
À medida que as aplicações dos diversos materiais existentes se tornam mais
sofisticadas, fica mais difícil um único material satisfazer a todas as expectativas. Este dilema
obriga o homem a conjugar diferentes materiais, através de suas propriedades individuais para
alcançar as características finais desejadas. Os compósitos atendem bem a esses requisitos de
forma que, nos últimos anos, vem ocorrendo uma gradativa substituição de materiais tidos
como convencionais (metais, cerâmicas, entre outros) nas mais variadas aplicações em
diversos setores, principalmente na construção civil. As fibras vegetais, por serem compostas
principalmente de celulose, são abundantes e disponíveis em praticamente todo mundo,
principalmente no NE do Brasil. No passado, as fibras duras (sisal, juta, coco) eram
empregadas exclusivamente na fabricação de produtos artesanais, entretanto estas fibras vêm
atraindo a atenção da construção civil devido a sua abundância, ser atóxico e oriundo de fonte
renovável de matéria prima e apresentar um bom conjunto de propriedades mecânicas.
Em geral, na construção civil as matrizes cerâmicas são as mais utilizadas, entre estas
destacam se o cimento e o gesso. Segundo Antunes (2017), o gesso é um aglomerante obtido
através da calcinação da gipsita. De acordo com Baltar, Bastos e Borges. (2004), a gipsita é
um sulfato de cálcio di-hidratado (CaSO4 2H2O) que possui a característica de ter a
possibilidade de perder e recuperar a água de cristalização. Ao submeter a gipsita a altas
temperaturas (entre 125°C e 180ºC), inicia-se o processo de calcinação, em que se perde parte
de sua água de cristalização, tomando, então, forma de hemidrato (gesso). Quando o gesso
retoma o contato com água, ocorre sua re-hidratação que o transforma novamente em di-
hidrato e lhe confere a resistência mecânica e estabilidade.
O Brasil, de acordo com Baltar, Bastos e Borges. (2004), é o maior produtor de gipsita
da América do Sul e tem, também, o material de melhor qualidade do mundo, apresentando
um teor de pureza que varia de 88% a 98%. Segundo DNPM (2015), a produção de gipsita no
Brasil ocupava o 13º lugar do mundo em 2014.
A produção de gesso para a construção civil, segundo Antunes (2017), destina-se, de
modo geral, a duas aplicações: gesso acartonado e revestimento. O primeiro trata-se de uma
placa pré-moldada de gesso, revestida de papel acartonado e fixada a uma estrutura metálica
não aparente e, após sua instalação, pode receber os demais acabamentos normalmente. Já o
revestimento em gesso consiste em uma pasta de gesso moldada in loco e lançada de forma
mecânica na alvenaria, resultando em uma superfície lisa e pronta para a aplicação dos demais
acabamentos. Este último método apresenta a vantagem de que, devido a mão de obra para a
execução não ser tão escassa e a economia com reboco e chapisco ser considerável, a
utilização de gesso mostra-se economicamente viável e agradável esteticamente.
É importante ressaltar que, para a produção do gesso de construção, qualquer forma de
impureza é indesejável, pois reduzem o teor de hemidratos e anidritas do material,
responsáveis pelas características aglomerantes do material (JOHN; CINCOTTO, 2007).
Assim, a presença de determinadas impurezas, dependendo de seus teores, pode alterar
algumas propriedades do gesso, tais como, por exemplo, a resistência mecânica, a
consistência, sua estabilidade e o seu tempo de pega.
2.3. Sisal
8
As fibras naturais como reforço em compósitos, têm ainda muitos desafios para
tornarem-se amplamente utilizadas no mercado, pois há uma série de desvantagens associadas
as fibras naturais, incluindo: baixa temperatura de utilização, baixa estabilidade dimensional,
alta sensibilidade a efeitos ambientais (variações de temperatura e umidade), acentuada
variabilidade nas propriedades mecânicas, seções transversais de geometria complexa e não
uniforme. Entretanto, o uso de recursos vegetais para a produção de materiais poliméricos é
uma alternativa de grande importância tecnológica, econômica e ambiental, por ser de uma
fonte renovável, reciclável, biodegradável, baixo custo, baixa densidade e baixa abrasividade,
contribuindo para produção de materiais com boas propriedades físicas e mecânicas
(FERREIRA et al., 2003 e MARTINS e MATTOSO, 2004).
A tabela a seguir explicita as propriedades físico-mecânicas do sisal determinadas em
diversos estudos.
Tabela 1 – Características físicas e mecânicas do Sisal.
Fonte: Brandão, 2015.
2.4. Papel reciclado
De acordo com IPT (1995), a reciclagem do papel é a maneira de fabricar o produto
usando como matéria-prima outros papéis, como, por exemplo, cartolinas, papelões e cartões,
oriundos de rebarbas produzidas durante os processos de produção destes materiais ou em
gráficas, e de artefatos destes materiais pré ou pós consumo. Segundo Lima e Romeiro Filho
(2001), o papel reciclado possui fibras celulósicas secundárias, que são fibras que já passaram
ao menos uma vez por uma máquina de fabricação de papel. A fibra celulósica não tem a
capacidade de ser reciclada infinitamente, visto que após um determinado número de
processos de reciclagem, perde progressivamente suas características de resistência. O papel
pode ser reciclado de sete a dez vezes, o que demonstra a capacidade do prolongamento do
ciclo de vida deste produto (IPT, 1995).
9
No Brasil, são fabricados vários tipos de papéis, utilizando-se fibras provenientes de
aparas, como, por exemplo, papel de escrever, papéis de embrulho, embalagens leves e
pesadas, cartões, para fins sanitários, entre outros. Os artefatos de polpa moldada podem ser
utilizados para embalagens como bandejas para frutas e ovos (LIMA; ROMEIRO FILHO,
2001). Assim, de acordo com a Federação e Centro das Indústrias do Estado de São Paulo -
FIESP (2004), a utilização de papel reciclado acarreta numa melhora da relação da empresa
com o meio ambiente e é capaz de otimizar a produtividade dos recursos utilizados,
implicando em benefícios diretos para empresa, processo industrial e produto, como explicado
no Quadro 1.
Quadro 1 – Benefícios causados pela melhora da relação entre empresa e meio ambiente.
Fonte: FIESP, 2004.
A literatura ainda é muito pobre no que se refere à utilização de resíduos de papel no
desenvolvimento de novos materiais, entretanto é sabido que este tipo de reciclagem pode ser
uma opção viável no que se refere aos custos de aquisição. Apesar de não ter sido encontrado
utilização de resíduos de papel na engenharia civil, durante a execução deste projeto
observou-se a viabilidade do uso na fabricação de compósitos com gesso.
2.5. Propriedades dos materiais
2.5.1. Dureza
As principais propriedades dos materiais utilizados na área da construção civil são:
dureza, resistência à compressão, resistência à flexão e resistência ao impacto.
De acordo com Budynas e Nisbett (2011), a resistência de um material à penetração de
uma ferramenta pontiaguda é conhecida por dureza. Segundo Dias (2004), entre os variados
ensaios mecânicos que existem, as técnicas de identação vêm mostrando-se como uma das
melhores opções para determinar as propriedades mecânicas de materiais com características
peculiares.
10
Os ensaios de identação consistem na compressão lenta de um penetrador esférico ou
piramidal de um material rígido sobre uma superfície plana, quase sempre polida e limpa, de
uma amostra a ser analisada, através de determinada carga e durante um determinado
intervalo de tempo (DIAS, 2004). Essa compressão resultará numa impressão permanente na
superfície da amostra com o formato do identador.
2.5.2. Resistência à compressão
Segundo Hibbeler (2009), a resistência de um material depende de sua capacidade de
suportar uma carga sem que ocorra uma deformação excessiva ou ruptura. Tal propriedade é
inerente ao próprio material e deve ser determinada através de métodos experimentais. De
acordo com o autor, um dos testes mais importantes nesses casos é o ensaio de compressão.
Apesar de ser possível a determinação de muitas propriedades mecânicas importantes de um
material através desse teste, ele é utilizado primariamente a fim de determinar a relação entre
a tensão normal média e a deformação normal média em diversos materiais utilizados na
engenharia, como, por exemplo, metais, cerâmicas, polímeros e compósitos.
2.5.3. Condutividade térmica
Outra característica de suma importância na construção civil é o isolamento térmico e
acústico, visto que devido às características atuais das construções no pais o conforto
ambiental é um pre requisito nas certificações dos empreendimentos.
De acordo com Incropera et al. (2008), a condução se refere ao transporte de energia
em um meio devido a um gradiente de temperatura, sendo o mecanismo físico a atividade
atômica ou molecular aleatória. A propriedade classificada como propriedade de transporte
fornece uma indicação da taxa na qual a energia é transferida pelo processo de difusão,
dependendo da estrutura física da matéria, atômica e molecular, relacionada ao estado da
matéria.
Ainda, de acordo com Soares (2017), a condutividade térmica de um material é dada
pela soma das suas componentes oriundas do movimento das cargas elétricas e do movimento
de vibração da rede cristalina. Entretanto, em materiais isolantes e semicondutores, o
movimento dos fônons é que determina o comportamento térmico. Então, apesar da dinâmica
molecular considerar o átomo como uma esfera maciça, a condutividade térmica de materiais
não-metálicos pode ser determinada a partir dos seus dados.
3. MATERIAS E MÉTODOS – METODOLOGIA
Este trabalho baseou-se em duas fontes de coleta de informações. A primeira fonte foi
dada através de artigos, revistas acadêmicas, legislações vigentes, teses e dissertações que
possuem relação direta com a construção civil, a sustentabilidade e o conforto térmico, bem
como o aprofundamento a respeito das propriedades dos materiais utilizados. A segunda fonte
foi coletada através de uma pesquisa experimental realizada no Laboratório do Departamento
de Engenharia Têxtil (LabTex) da Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN),
com o objetivo de se analisar as propriedades do compósito de gesso, gesso/fibra de sisal,
gesso/papel reciclado e gesso/fibra de sisal/papel reciclado.
De acordo com Cervo, Bervian e Silva (2007, p. 61), a pesquisa experimental acontece
quando variáveis relacionadas com o objeto de estudo são manipuladas diretamente de modo
a proporcionar um estudo da relação entre as causas e os efeitos de determinado fenômeno.
Gil (2010, p. 73) considera o experimento o melhor exemplo de pesquisa científica.
Classifica-se o presente estudo como uma pesquisa quantitativa, centrada na objetividade.
11
Segundo Fonseca (2002), este tipo de pesquisa considera que a realidade só pode ser
compreendida baseando-se na análise de dados brutos, coletados com o auxílio de
instrumentos padronizados e neutros. Ainda segundo o autor, a pesquisa quantitativa utiliza a
linguagem matemática para descrever as causas de um fenômeno, bem como as relações entre
variáveis. Além disso, considera-se o trabalho uma pesquisa aplicada, visto que objetiva gerar
conhecimentos para aplicação prática, voltados para a solução de problemas específicos
(SILVEIRA e CÓRDOVA, 2009).
Como elemento matricial foi utilizado um gesso específico para revestimento de
paredes da marca Novo gesso fabricado por Gesso Timóteo LTDA. Como elemento de
reforço foi utilizado resíduo de desfibramento de Sisal, este material é composto por fibras
muito curtas de sisal e pó. Também foi utilizado resíduo de papel colhido no departamento
têxtil da UFRN, este resíduo foi acondicionado em um recipiente tipo gamela e imerso em
água durante 15 dias para dissolução e posterior secagem à temperatura ambiente.
Para a preparação da amostra, foi necessária a confecção dos moldes de inox para a
fabricação dos corpos de prova. De acordo com a NBR12129, os moldes devem ter três
compartimentos, permitindo a moldagem simultânea de três corpos de prova cúbicos de
50,0mm de aresta. No entanto, para o presente estudo, os moldes foram confeccionados com
seis compartimentos, respeitando-se as dimensões de arestas exigidas. Em seguida, foram
executados os corpos de prova. Para a produção desses itens, inicialmente, foi passada uma
cera de carnaúba para facilitar a desmoldagem. Então, foi feita a separação dos materiais
utilizados, de acordo com o tipo de corpo de prova (água e gesso; água, gesso e fibra de sisal;
água, gesso e papel reciclado; água, gesso, papel reciclado e fibra de sisal). A figura 1
representa os materiais utilizados.
Figura 1 – Materiais utilizados nos corpos de prova.
Fonte: Autor, 2017.
Após a separação, ocorreu a mistura dos materiais respeitando a seguinte ordem: água,
gesso, papel (quando houver) e fibra de sisal (quando houver). É importante ressaltar que a
ordem em que os materiais são misturados altera o produto final. A mistura foi realizada com
o auxílio de uma furadeira com misturador de tinta acoplado, de acordo com as quantidades
descritas na Tabela 2.
Tabela 2 – Quantidades de material utilizadas para cada composto.
Água (g) Gesso (g) Sisal (g) Papel (g)
Composto A 1000 3500
Composto B 1000 3500 20
Composto C 1000 3500 700
Composto D 1000 3500 20 700 Fonte: Autor, 2017.
O processo de mistura e moldagem está representado na Figura 2. Ao fim do processo,
a mistura foi depositada nos moldes de inox, de maneira que a face superior permanecesse no
nível do molde, a fim de garantir que todas as amostras possuíssem o mesmo tamanho.
Durante o processo de preenchimento dos corpos de prova, o material foi prensado nos
12
moldes com o objetivo de retirar, ao máximo, o ar presente dentro das peças, representadas na
Figura 2b. Após 24h, os corpos de prova foram desmoldados, com o auxílio de uma prensa
hidráulica com capacidade de 15 (quinze) toneladas e identificados para a seguinte etapa:
ensaios de dureza, resistência à compressão e condutividade térmica.
Figura 2 – (a) Processo de mistura dos materiais do compósito; (b) Moldagem dos corpos de prova.
(a) (b)
Fonte: Autor, 2017.
Os ensaios mecânicos de compressão foram realizados em uma máquina universal
shimatzu com célula de carga de 300 KN a uma velocidade de 500 N/seg (Figura 3), segundo
a norma NBR 12129 (ABNT, 2017). O ensaio de dureza também foi realizado na máquina
universal, sendo desenvolvido um aparato utilizando um identador esférico de 10 mm de
diâmetro (Figura 4), sendo aplicada uma pré carga de 50 N e aumentada para 500 N em 2
segundo e sendo esta carga mantida por 15 segundos. O cálculo da dureza foi realizado
conforme a formula contida na norma NBR 12129 (ABNT, 2017). Os ensaios de dureza e
compressão estão representados na Figura 5 e na Figura 6, respectivamente.
Figura 3 – Máquina de ensaio universal.
Fonte: Autor, 2017.
Figura 5 – Aparato com Identador esférico.
Fonte: Autor, 2017.
Figura 4 – Ensaio de dureza.
Fonte: Autor, 2017.
Figura 6 – Ensaio de resistência à compressão.
Fonte: Autor, 2017.
13
Para a avaliação da condutividade térmica foi utilizado um condutivímetro (Figura 7),
modelo KD2 Pro, fabricado pela DECAGON DEVICES INC. Este procedimento não foi
normatizado, porém, para a realização do ensaio, foram realizadas 3 medidas em cada
amostra, onde foram feitas 2 perfurações na superfície de cada amostra utilizando uma broca
1/16”, por onde foi inserido os sensores para a medição da condutividade.
Figura 8 – Condutivímetro e sensor para a medição da condutividade térmica.
Fonte: Autor, 2017.
4. RESULTADOS
Em ensaio de compressão, foram obtidos os resultados de acordo com gráficos tensão
x deformação representados na Figura 9. Os resultados obtidos no ensaio de dureza são
apresentados nas tabelas 3 a 6, onde são indicados a profundidade de identação “t” e a dureza
média de cada material calculadas pela equação 1:
Equação 1 – Cálculo de Dureza
𝐷 =𝐹
𝜋 ∗ ∅ ∗ 𝑡
Fonte: ABNT, 2017.
Onde,
F é a carga, expressa em Newton (N);
∅ é o diâmetro da esfera, expresso em milímetros (mm); t é a média da profundidade, expressa em milímetros (mm).
Figura 9 - (a) gesso puro, (b) compósito de gesso/fibra de sisal, (c) gesso/papel e (d) gesso/papel/sisal.
(a) (b)
14
(c) (d)
Fonte: Autor, 2017.
Tabela 3 - Ensaio de dureza em corpos de prova de gesso.
Corpo de prova t (mm) Média Dureza
B1 0,2 0,5 0,3 0,3 55,1
B6 0,15 0,25 0,2 0,2
B2 0,35 0,4 0,25 0,3
Geral 0,3
Fonte: Autor, 2017.
Tabela 4 - Ensaio de dureza em corpos de prova de gesso com sisal.
Corpo de prova t (mm) Média Dureza
C6 0,4 0,6 0,55 0,5 27,8
C4 0,55 0,8 0,65 0,7
C1 0,55 0,5 0,55 0,5
Geral 0,6
Fonte: Autor, 2017.
Tabela 5 - Ensaio de dureza em corpos de prova de gesso com papel.
Corpo de prova t (mm) Média Dureza
D3 0,8 1,5 0,95 1,1 14,9
D6 0,8 1,1 0,6 0,8
D2 1 1,5 1,35 1,3
Geral 1,1
Fonte: Autor, 2017.
Tabela 6 - Ensaio de dureza em corpos de prova de gesso com sisal e papel.
Corpo de prova t (mm) Média Dureza
E5 1,5 1,25 2,1 1,6 10,0
E4 1,85 1,7 1,5 1,7
E6 1,8 1,25 1,45 1,5
Geral 1,6 Fonte: Autor, 2017.
A partir do ensaio térmico, foi possivel obter os dados contidos na Tabela 6, sendo a
condutividade térmica o parâmetro comparativo analisado neste trabalho.
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Tabela 7 - Propriedades térmicas dos materiais.
Propriedades térmicas
Material K (w/mK) CP (Mj/m³k) R (°Ccm/w) T (°C) e (%)
Gesso 0,48 1,872 208,2 30,36 0,0039
Gesso/sisal 0,487 1,499 205,5 28,9 0,0057
Gesso/papel 0,383 1,196 261,2 28,26 0,0045
Gesso/sisal/papel 0,515 1,845 194 25,78 0,0033
K – Condutividade térmica; CP – Calor específico; R – Resistividade térmica; T –
Temperatura de medição; e – Erro de ensaio. Fonte: Autor, 2017.
5. DISCUSSÃO
Segundo a NBR 13207 (ABNT, 1994), gesso para construção civil deve atender as
exigências mecânicas de resistência a compressão mínima e dureza mínima representadas na
Tabela 8. Estes valores mínimos foram encontrados apenas nas amostras de gesso puro.
Tabela 8 - Exigências físicas e mecânicas do gesso para construção civil.
Determinações físicas e mecânicas Unidade Limites
Resistência à compressão (NBR 12129) Mpa > 8,40
Dureza (NBR 12129) N/mm³ > 30,00
Massa unitária (NBR 12127) Kg/m³ >700,00 Fonte: ABNT, 1994.
Apesar dos resultados obtidos para os compósitos serem inferiores à matriz de gesso,
observou-se que os compósitos contendo gesso/sisal apresentou uma menor perda de
propriedades quando comparado ao gesso/papel e gesso/papel/sisal. Este comportamento pode
ser atribuído ao fato da fibra de sisal ter interferido na cura dos corpos de prova, apesar de
terem sido reservados por 10 dias antes do ensaio, alterações no processo de hidratação do
gesso provocando uma cura incompleta ou retardo no processo de cura. Outra possibilidade a
ser considerada é a fraca interação entre a fibra e o gesso, tendo em vista que os corpos de
prova apresentaram delaminação durante o ensaio. A fibra de sisal por ser uma fibra vegetal
apresenta na sua estrutura um percentual natural de umidade de aproximadamente 15%, sendo
esta água retida no lumén da fibra por pontes de hidrogênio na estrutura química da celulose
que compõe esta fibra. Desta forma, a fibra saturou absorvendo a água da reação de cura do
gesso, ficando esta encapsulada no interior do compósito. Para o ensaio de dureza o
comportamento destes compósitos foi semelhante quando comparado com o gesso.
Conforme esperado, o compósito de gesso e papel apresentou uma redução na
resistência a compressão e dureza. Este fato pode ser explicado pela dificuldade de
incorporação durante a mistura dos componentes, devido ao papel aumentar a viscosidade do
sistema, bem como apresentar uma tendência a aglomeração não dispersando de forma
homogênea no compósito. Da mesma forma que o compósito gesso/sisal, o papel por ser de
origem celulósica interferiu na cura do gesso e criou pontos de baixa resistência.
Para os compósitos gesso/fibra /papel os resultados das propriedades mecânicas foram
muito inferiores ao esperado. Porém os corpos de prova apresentaram visualmente uma
umidade alta que deve ter interferido no seu comportamento mecânico.
A análise de propriedades térmicas não ocorreu seguindo procedimentos de norma,
sendo utilizado o método comparativo entre os materiais já citados anteriormente. A
condutividade térmica do gesso puro e do compósito gesso/sisal apresentaram propriedades
térmicas semelhantes, de forma a atender ao esperado, já que o sisal apresenta baixa
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proporção em volume se comparado ao gesso, sendo assim, não influencia significativamente
nos resultados. O compósito gesso/papel apresentou melhoria da condutividade térmica, tendo
uma redução se comparado aos outros materiais testados. Diferentemente do esperado, o
compósito de gesso/sisal/papel apresentou um aumento da condutividade térmica causado
provavelmente pelo excesso de umidade já citado.
Entretanto, se considerarmos que para a confecção destes materiais foram utilizados
resíduos fibrosos e papel reciclado, e que o custo de aquisição destes insumos é desprezível
quando comparado ao gesso, há viabilidade de uso destes componentes na confecção de
drywall, sendo que estes não devem ser aplicados como vedações internas, apenas como
divisórias.
Como sugestão para futuros estudos, pode-se considerar a possibilidade de análise das
propriedades mecânicas e térmicas em compósitos com diferentes proporções entre os
materiais bem como a possibilidade de aumento do tempo de cura em relação ao utilizado
neste trabalho.
6. CONCLUSÃO
Através da realização deste trabalho, foi possível concluir que o compósito proposto
obteve uma redução da resistência a compressão e dureza em relação ao gesso. Sendo assim, o
objetivo geral do estudo foi alcançado, pois o compósito base gesso utilizando resíduos de
sisal e de papel foi desenvolvido, embora não tenha atingido as expectativas de utilização
como drywall, embora possa ser utilizada como divisória.
Além disso, cumpriram-se os objetivos específicos, avaliando-se a influência da
composição nas propriedades mecânicas e térmicas do composto desenvolvido, bem como a
realização dos ensaios de resistência à compressão, dureza e do coeficiente de condutividade
térmica e conseguinte avaliação dos resultados coletados nos respectivos ensaios,
comparando-os entre si de modo a indicar a potencialidade do uso destes resíduos na
utilização do drywall.
Como ponto positivo deste trabalho, tem-se a aplicação de material de descarte
incorporado ao gesso de modo a reduzir custos e contribuir com o meio ambiente. Assim,
observa-se a importância da prática de pesquisas voltadas para a sustentabilidade objetivando
melhorias em aspectos de conforto ambiental nas edificações.
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