Marcelo de Souza Picanço Compósitos cimentícios reforçados ... 81 5.0 Conclusão 83 6.0 Referências Bibliográficas 87 Anexo A 91 ... Figura 2.7 Esquema de matrizes para compósitos

��

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

DBD

PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0310971/CA

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

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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.

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A minha avó Iracema Rabelo Flexa de Souza, com carinho e dedicação.

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$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.

DBD


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

DBD


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.

�

DBD


$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.

�

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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

DBD


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

��

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/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

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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


CPC25-2% (a) e CPC45-3% (b).

74


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

DBD


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

��

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/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

��

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/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





M1C325 Compósito com fibra de coco com variação volumétrica de 3% com 25 mm


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M1C225 Compósito com fibra de coco com variação volumétrica de 2% com 25 mm


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





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


CPJ45-3% Compósito com fibra de juta com variação volumétrica de 3% com 45 mm


CPF25-3% Compósito com fibra de fique com variação volumétrica de 3% com 25 mm


�

DBD


�� ,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

DBD


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;

DBD


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.�

DBD


��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.

DBD


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;

DBD



• 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,

DBD



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.

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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).

DBD



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.

DBD



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,

DBD



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

DBD



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

DBD



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).

DBD



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

DBD



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).

DBD



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.

DBD



��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.

DBD



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

DBD



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)

DBD



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

DBD



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.

DBD



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

DBD



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

DBD



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.

DBD



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.

DBD



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.

DBD



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

DBD



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

DBD


��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.

DBD


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

DBD



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

DBD



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)

DBD



(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

DBD



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

DBD



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

DBD



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.

DBD



(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,

DBD



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.

DBD



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

DBD



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.

DBD



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

DBD



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%).

DBD



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.

DBD



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)

DBD



��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.

DBD


��$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.

DBD


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

DBD



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

DBD



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.

DBD



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.

DBD



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.

DBD



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

DBD



(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.

DBD



-30

-25

-20

-15

-10

-5

0-8000-30002000700012000


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.-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.-CPJ25-3%

Def. Trans.-CPS25-3%

Figura 4.5 – Tensão-deformação na compressão de compósitos com fibras variadas.

DBD



-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.

DBD



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

DBD



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

DBD



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

DBD



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.

DBD



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

DBD



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

DBD



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.

DBD



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.

DBD



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.

�

DBD



��$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.

DBD



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.

DBD


��&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

DBD


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).

DBD


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;

DBD


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).

DBD


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DBD


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DBD


Anexo A 91

$QH[R�$�

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000


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


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.

DBD


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


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


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


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


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.

DBD


Anexo B 93

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0-3000200070001200017000


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


Ten

são

(MP

a) Def. Long. 04

Def. Trans. 04

Def. Long. 05

Def. Trans. 05

Def. Long. 06

Def. Trans. 06


-25

-20

-15

-10

-5

0-10000-50000500010000


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


Tens

ão (M

Pa)

Def. Long.04

Def. Trans.04

Def. Long.05

Def. Trans. 05

Def. Long. 06

Def. Trans. 06


-25

-20

-15

-10

-5

0-500005000100001500020000


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


Tens

ão (M

Pa) Def. Long.04

Def. Trans.04

Def. Long.05

Def. Trans.05

Def. Long.06

Def. Trans.06


DBD


Anexo B 94

-25

-20

-15

-10

-5

0

-20000200040006000


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


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


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


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


Ten

são

(MP

a) Def. Long.

Def. Trans.

Def. Vol.

Figura 9 – Tensão vs. Deformação na compressão – CPC15-3%.

DBD


Anexo B 95

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0-30000-20000-10000010000


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.


DBD


Anexo B 96

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0-30000-20000-10000010000


Tens

ão (M

Pa)

Def. Long.

Def. Trans.

Def. Vol.


-30

-25

-20

-15

-10

-5

0-30000-20000-10000010000200003000040000


Ten

são(

MP

a)

Def. Long.Def. Trans.Def. Vol.

Figura 13 – Tensão vs. Deformação na compressão – CPJ25-3%

DBD


Anexo B 97

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

-1000-50005001000


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%

DBD


Anexo B 98

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0-3000-2000-1000010002000


Ten

são(

Mpa

)

Def. Long.Def. Trans.Def. Vol

Figura 16 – Tensão vs. Deformação na compressão – CPN00-0%*

DBD


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%.

DBD


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


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


DBD


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


DBD


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Marcelo de Souza Picanço Compósitos cimentícios reforçados ... 81 5.0 Conclusão 83 6.0 Referências Bibliográficas 87 Anexo A 91 ... Figura 2.7 Esquema de matrizes para compósitos