UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMI-ÁRIDO

DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS AMBIENTAIS E TECNOLÓGICAS

CURSO DE BACHARELADO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA

ANA CRISTINA FERNANDES ABREU

AVALIAÇÃO MECÂNICA EM FLEXÃO DE COMPÓSITOS DE CIMENTO COM

REFORÇO DE FIBRAS DE COCO

MOSSORÓ - RN

2012

ANA CRISTINA FERNANDES ABREU

AVALIAÇÃO MECÂNICA EM FLEXÃO DE COMPÓSITOS DE CIMENTO COM

REFORÇO DE FIBRAS DE COCO

Monografia apresentada a Universidade

Federal Rural do Semi-Árido – UFERSA,

Departamento de Ciências Ambientais e

Tecnológicas para a obtenção do título de

Bacharel em Ciência e Tecnologia.

Orientador: Prof. Dr. Rodrigo Nogueira de

Codes – UFERSA.

MOSSORÓ - RN

2012

Ficha catalográfica preparada pelo setor de classificação e

catalogação da Biblioteca “Orlando Teixeira” da UFERSA

Bibliotecária:

Vanessa de

Oliveira

Pessoa

CRB15/453

A162a Abreu, Ana Cristina Fernandes. Avaliação mecânica em flexão de compósitos de cimento com

reforço de fibras de coco . / Ana Cristina Fernandes Abreu. --

Mossoró, 2012.

60 f.: il.

Monografia (Graduação em Ciência e tecnologia) –

Universidade Federal Rural do Semi-Árido.

Orientadora: Dr. Rodrigo Nogueira de Codes.

1. Material compósito. 2. Fibras de coco. 3. Ensaio de flexão. 4.

Propriedades mecânicas. I. Título.

CDD:620.112 3

AGRADECIMENTOS

À Deus;

À minha família, em especial aos meus pais, José Abreu Filho e Ilana Maria Fernandes

Abreu, e a minha irmã Josilana Patrícia Fernandes Abreu por todo amor, incentivo, confiança,

apoio, e todo o auxilio durante esse trabalho, sem vocês eu não teria conseguido;

Agradeço ao meu orientador, Prof. Rodrigo Nogueira de Codes, pelo apoio, paciência,

disponibilidade, dedicação e todos os ensinamentos durante a realização desse trabalho;

Agradeço a Professora Marília Pereira de Oliveira por disponibilizar o Laboratório de

Materiais da UFERSA;

Ao Técnico do Laboratório de Ensaios Mecânicos da UFERSA, Euclides;

À todos os meus Professores do curso de Ciência e Tecnologia da UFERSA, pela dedicação

em passar o conhecimento;

Aos meus amigos por estarem sempre ao meu lado;

Por fim, a todos os que, direta ou indiretamente, colaboraram para a realização desse trabalho.

RESUMO

Diversas fibras vegetais têm sido empregadas como reforço em materiais compósitos

de cimento devido as suas vantagens. Esse trabalho aborda a questão de materiais compósitos

reforçados com fibras vegetais, destacando as fibras de coco. As vantagens da utilização das

fibras de coco como reforço de matrizes de compósito cimentício estão vinculadas às suas

propriedades, como a baixa densidade e o grande percentual de alongamento. O objetivo

fundamental desse trabalho é estudar a utilização de fibras de coco como reforço de material

compósito de cimento, através da avaliação das propriedades mecânicas por meio do ensaio

de flexão em três pontos no 28° dia da cura, calculando o módulo de ruptura e de elasticidade,

e traçando curvas tensão x deslocamento. O material compósito de cimento utilizado foi a

argamassa. Neste trabalho, fabricou-se argamassa convencional e reforçada com as fibras de

coco na dosagem de 1:2 com a relação água/cimento de 0,52 em massa e a adição de 0,56%

de fibras de coco. O benefício básico observado na adição das fibras de coco como material

de reforço da argamassa foi em evitar a ruptura severa dos corpos de prova.

Palavras-chave: Material compósito. Fibras de coco. Ensaio de flexão. Propriedades

mecânicas.

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 − Conceito de material compósito. ......................................................................................... 14

Figura 2 – Classificação geral dos aglomerantes. ................................................................................. 15

Figura 3 – Constituintes do Cimento Portland. ..................................................................................... 16

Figura 4 – Amostra de Areia Fina, Média e Grossa. ............................................................................. 21

Figura 5 −Ruptura de material compósito cimentício sem fibra e com fibra. ....................................... 23

Figura 6– Fibras de amianto ao microscópio eletrônico. ...................................................................... 24

Figura 7– Fibras de amianto no estado natural...................................................................................... 24

Figura 8 – O fruto coco verde. .............................................................................................................. 26

Figura 9 – Fibras de coco. ..................................................................................................................... 27

Figura 10 – Metodologia de dosagem racional. .................................................................................... 29

Figura 11− Cutelo e roletes para ensaio de flexão. ............................................................................... 30

Figura 12 – Fibras de coco. ................................................................................................................... 33

Figura 13 – Caixote dos moldes de corpos de prova. ............................................................................ 34

Figura 14 – Cimento com massa total de 1,25 kg. ................................................................................ 35

Figura 15 – Areia com massa de 2,5 kg. ............................................................................................... 35

Figura 16 – Água com massa de 0,65 kg. ............................................................................................. 36

Figura 17 – Argamassa convencional homogeneizada. ........................................................................ 36

Figura 18 – Cimento com massa de 2 kg. ............................................................................................. 37

Figura 19 – Areia com massa de 4 kg. .................................................................................................. 37

Figura 20 – Fibras com massa de 33,7 g. .............................................................................................. 38

Figura 21 – Água com massa de 1,04 kg. ............................................................................................. 38

Figura 22 - Argamassa parcialmente homogeneizada. .......................................................................... 39

Figura 23 – Argamassa totalmente homogeneizada. ............................................................................. 39

Figura 24 – Máquina Universal de Ensaios EMIC. ............................................................................... 41

Figura 25 – Ensaio de flexão da argamassa convencional. ................................................................... 42

Figura 26 – Ensaio de flexão da argamassa com reforço de fibras de coco. ......................................... 42

Figura 27 – Corpo de prova sem fibras durante ensaio. ........................................................................ 43

Figura 28 – Curva Tensão versus Deslocamento dos três corpos de prova sem fibras. ........................ 44

Figura 29 – Curva média Tensão versus Deslocamento do corpo de prova sem fibras. ....................... 44

Figura 30 – Corpo de prova com fibras durante o ensaio de flexão. ..................................................... 45

Figura 31 – Corpo de prova com fibras após o ensaio de flexão. ......................................................... 46

Figura 32– Curva Tensão versus Deslocamento dos três corpos de prova com fibras de coco. ........... 46

Figura 33 – Curva média Tensão versus Deslocamento do corpo de prova com fibras de coco. ......... 47

Figura 34– Curva Carga versus Deslocamento obtida por Ventura et al (2006). ................................. 48

Figura 35 – Curva Carga versus Deslocamento com o reforço obtida por Ventura et al (2006). ......... 48

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 − Composição dos cimentos Portland. ...................................................................... 18

Tabela 2 − Nomenclatura dos Cimentos Portland. ................................................................... 19

Tabela 3 − Classificação do agregado miúdo quanto à dimensão. ........................................... 22

Tabela 4 − Produção e área colhida dos principais países produtores de coco do mundo. ...... 25

Tabela 5 − Produção, área plantada e produtividade dos principais estados brasileiros

produtores de coco. ................................................................................................................... 26

Tabela 6 − Aspectos considerados na dosagem da argamassa. ................................................ 28

Tabela 7 - Propriedades Mecânicas. ......................................................................................... 50

LISTA DE SIGLAS E SÍMBOLOS

ABCP – ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE CIMENTO PORTLAND

ABNT – ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS

CP – CIMENTO PORTLAND

EMBRAPA − EMPRESA BRASILEIRA DE PESQUISA AGROPECUÁRIA

NBR – NORMA BRASILEIRA

UFERSA – UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMI-ÁRIDO

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO .......................................................................................................... 12

2 OBJETIVOS ............................................................................................................... 13

2.1. OBJETIVO GERAL .................................................................................................. 13

2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS .................................................................................... 13

3 REVISÃO DA LITERATURA ................................................................................. 14

3.1. ARGAMASSA .............................................................................................................. 14

3.1.1. Aglomerante .......................................................................................................... 15

3.1.1.1. Cimento Portland ................................................................................................ 15

3.1.2. Agregados .............................................................................................................. 20

3.1.2.1. Agregados miúdos .............................................................................................. 20

3.1.2.1.1. Areia ................................................................................................................... 20

3.1.3. Água de amassamento .......................................................................................... 22

3.2. MATERIAL DE REFORÇO ..................................................................................... 22

3.2.1. Fibras de coco ....................................................................................................... 25

3.3. DOSAGEM DA ARGAMASSA ............................................................................... 27

3.4. ENSAIO DE FLEXÃO .............................................................................................. 30

4 MATERIAIS E MÉTODOS ...................................................................................... 33

4.1. PREPARAÇÃO DAS FIBRAS DE COCO ............................................................... 33

4.2. A FABRICAÇÃO DOS MOLDES DE CORPOS DE PROVA ................................ 34

4.3. A PREPARAÇÃO DOS CORPOS DE PROVA ....................................................... 34

4.3.1. Procedimento experimental ................................................................................. 35

4.3.2. Cura de argamassa ............................................................................................... 39

4.4. O ENSAIO DE FLEXÃO .......................................................................................... 40

5 RESULTADOS E DISCUSSÕES ............................................................................. 43

5.1. ARGAMASSA CONVENCIONAL .......................................................................... 43

5.2. ARGAMASSA COM FIBRAS DE COCO ............................................................... 45

5.3. COMPARATIVO COM VENTURA et al (2006) .................................................... 47

5.4. PROPRIEDADES MECÂNICAS ............................................................................. 49

6 CONCLUSÕES ........................................................................................................... 52

7 SUGESTÕES DE TRABALHOS FUTUROS .......................................................... 53

REFERÊNCIAS ..................................................................................................................... 54

APÊNDICE ............................................................................................................................. 58

12

1 INTRODUÇÃO

O surgimento dos materiais de construções convencionais, se deu após a revolução

industrial no século XVII, até então as construções eram à base de materiais como,

principalmente, a terra. Dentre os materiais industrializados usados na construção civil está o

compósito de cimento com reforço a base de amianto crisotila.

Após a descoberta dos prejuízos causados a saúde humana devido à utilização do

mineral, como o câncer de pulmão, de ovário, entre outros, as fibras de amianto estão sendo

substituídas. De acordo com o Instituto Nacional de Câncer (2012), o uso do amianto foi

proibido em 52 países, e no Brasil vários municípios e estados já possuem legislação restritiva

ao uso do amianto crisotila e em quatro estados já há uma proibição formal de sua exploração,

utilização e comercialização, são eles São Paulo, Rio de Janeiro, Rio Grande do Sul e

Pernambuco.

Há estudos que visa a utilização de fibras vegetais como possíveis substitutos do

mineral amianto na construção civil. Como exemplo de fibras vegetais, tem-se a de sisal,

coco, juta e etc.. As fibras vegetais são escolhidas, principalmente, devido as suas vantagens,

como: o baixo custo, a boa resistência mecânica, o pouco consumo de energia na sua

obtenção, o fato de serem originadas de fontes renováveis, disponíveis muitas vezes como

resíduos e a ausência de qualquer risco à saúde humana.

Conforme Passos (2005), as cascas de coco verde (Cocos nuciferas), como toda

matéria orgânica, é potencial provocador da emissão de gás metano, um dos mais importantes

gases responsável pelo efeito estufa. Isto ocorre quando as cascas são expostas as condições

anaeróbicas, como as situações em aterros sanitários e vazadouros, como consequências da

sua não utilização. Apesar das cascas de coco verde produzirem resíduos de alto potencial de

aproveitamento, não é o que acontece no Brasil, devido à falta de ações implementadoras. As

vantagens da utilização das fibras de coco como material de reforço do compósito está

atrelado às suas propriedades, como a baixa densidade e o grande percentual de alongamento.

Diante da questão ambiental e da proibição do uso do amianto, sugere-se o

aproveitamento de fibras de coco como material de reforço de matrizes cimentícias, com

enfoque no uso de resíduos de materiais naturais, que sua não utilização oferece

consequências ambientais indesejáveis, não se tratando apenas da substituição de material.

13

2 OBJETIVOS

2.1. OBJETIVO GERAL

O trabalho tem como objetivo geral estudar a utilização de fibras de coco como material

de reforço de matrizes cimentícias, através da análise das propriedades mecânicas de materiais

compósitos, produzidos com argamassa reforçada com as fibras de coco.

2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Para atingir o objetivo geral do trabalho, tem-se como objetivos específicos:

1. Elaborar corpos de prova com argamassa simples convencional e argamassa

reforçada com as fibras de coco tratadas superficialmente;

2. Avaliar as propriedades mecânicas dos corpos de prova obtidas nos ensaios de

flexão em três pontos;

3. Efetuar a análise comparativa entre a argamassa convencional e a argamassa

adicionada as fibras de coco;

4. Efetuar a análise comparativa com os resultados de outras bibliografias.

14

3 REVISÃO DA LITERATURA

A indústria da construção utiliza diversos materiais de construção nas suas mais

diversas obras, esses materiais são todos os corpos, objetos ou substâncias que são usadas nos

canteiros para a edificação. A questão da preocupação ecológica atual desperta para o estudo e

o uso de materiais de construção não convencionais, como por exemplo, os materiais

compósitos com fibras vegetais. O compósito é multifásico, em que uma das fases é chamada

de matriz e a outra fase de reforço, como ilustrado na figura 1. O reforço é o principal

constituinte responsável pela resistência de uma parcela dos esforços, enquanto que a matriz é

responsável por transmitir esses esforços. As matrizes cimentícias são compostas por

aglomerantes minerais, podendo conter agregados, que dão origem a concretos, argamassas

ou pastas (Escariz, 2008).

Figura 1 − Conceito de material compósito.

(Fonte: Bernardi, 2003)

3.1. ARGAMASSA

A argamassa é a mistura de materiais aglutinantes e de materiais inertes, que dosados

de forma apropriada com água natural, ensejam uma massa muito empregada na construção

civil. Os materiais aglutinantes mais usados são o cimento e a cal. Enquanto que os materiais

inertes têm a areia (fina, média), saibro e outros especiais (Andrade Filho, 2012).

15

3.1.1. Aglomerante

Os aglomerantes são materiais ligantes, em geral pulverulentos, que proporcionam a

aderência dos grãos de material inerte. A classificação geral dos aglomerantes é entre

hidrófobos e hidrófilos, como ilustrado na figura 2. Os aglomerantes hidrófilos são divididos

entre aglomerante hidráulico e aéreo. O aglomerante hidráulico apresenta a propriedade de

endurecer apenas pela reação com a água e que, após seu endurecimento, resiste

satisfatoriamente quando submetida à ação da água. O aglomerante aéreo apresenta a

propriedade de endurecer por reações de hidratação ou pela ação química do anidrido

carbônico (CO2) presente na atmosfera e que, após seu endurecimento, não resiste

satisfatoriamente quando submetida à ação da água (Iervolino, 2012). Como ilustrado na

figura 2 o cimento é classificado como aglomerante hidráulico, no qual, quando endurecido

pode oferecer elevada resistência mecânica.

Figura 2 – Classificação geral dos aglomerantes.

(Fonte: Iervolino, 2012)

3.1.1.1. Cimento Portland

O cimento Portland é a denominação convencionada mundialmente para o material

usualmente conhecido na construção civil como cimento. Em 1824, o construtor inglês Joseph

Aspdin queimou pedras calcárias e argila, transformando-as num pó fino. Percebeu que

16

obteve uma mistura que, após secar, tornava-se tão dura quanto as pedras empregadas nas

construções e não se dissolvia em água. Foi patenteada pelo construtor no mesmo ano, com o

nome de cimento Portland, que recebeu esse nome por apresentar cor e propriedades de

durabilidade e solidez semelhantes às rochas da ilha britânica de Portland (Battagin, 2012).

O cimento Portland é o produto obtido pela pulverização do clínquer constituído

essencialmente de silicatos hidráulicos de cálcio, com certa proporção de sulfato de cálcio

natural, contendo, casualmente, adições de certas substâncias que alteram suas propriedades

ou facilitam seu emprego (Costa, 2012).

De acordo com boletim técnico da Associação Brasileira de Cimento Portland (2002),

o clínquer tem como matérias-primas o calcário e a argila, obtidos de jazidas em geral

situadas nas proximidades das fábricas de cimento. A rocha calcária é britada, depois moída e

em seguida misturada, em proporções adequadas, com a argila moída. A mistura formada

atravessa um forno giratório de grande diâmetro e comprimento, cuja temperatura interna

chega a alcançar 1450oC. O intenso calor transforma a mistura no clínquer, que se apresenta

sob a forma de pelotas. Na saída do forno o clínquer, ainda incandescente, é bruscamente

resfriado para em seguida ser finamente moído, transformando-se em pó.

O cimento cinza é obtido através da adição de minério de ferro na mistura de calcário

e argila para a obtenção do clínquer e com a adição do gesso na moagem do clínquer,

transformando-se num pó cinzento, conforme esquema ilustrado na figura 3.

Figura 3 – Constituintes do Cimento Portland.

(Fonte: Oliveira, 2012)

17

Os constituintes fundamentais do cimento Portland são a cal (CaO), a sílica (SiO2), a

alumina (Al2O3), o óxido de ferro (Fe2O3), certa proporção de magnésia (MgO) e é adicionado

após a calcinação uma pequena porcentagem de anidrido sulfúrico (SO3) para retardar o

tempo de pega do produto. Impurezas, óxido de sódio, óxido de potássio, óxido de titânio, e

outras substâncias de menor importância são os constituintes menores. Os óxidos de potássio

e de sódio constituem os denominados álcalis do cimento. Cal, sílica, alumina e óxido de ferro

são os componentes essenciais do cimento e constituem 95 a 96% do total na análise de

óxidos. A magnésia está usualmente na proporção de 2 a 3%, limitada, pelas especificações, a

um máximo permissível de 5%. No Brasil, esse limite é um pouco superior (6,4%). Os óxidos

menores comparecem em proporção inferior a 1%, excepcionalmente 2% (Costa, 2012).

As adições são outras matérias-primas que ao serem misturadas ao clínquer na fase de

moagem, permitem a produção dos diversos tipos de cimento Portland disponíveis no

mercado. Essas outras matérias-primas são o gesso, as escórias de alto-forno, os materiais

pozolânicos e os materiais carbonáticos (ABCP, 2002).

De acordo com Aguiar (2004), no mercado brasileiro existem diversos tipos de

cimento Portland que diferem entre si em função da sua composição e de suas características

químicas, físicas e mecânicas. A Tabela 2 apresenta as nomenclaturas de cimentos Portland

apresentados no mercado brasileiro. Os principais tipos de cimento oferecidos no mercado

são:

• Cimento Portland comum;

• Cimento Portland composto;

• Cimento Portland de alto-forno;

• Cimento Portland pozolânico.

A ABCP (2002) lista como os cimentos que em menor escala são consumidos, sejam

pelas características especiais de aplicação, seja pela menor oferta os seguintes tipos de

cimento:

• Cimento Portland de alta resistência inicial;

• Cimento Portland resistente aos sulfatos;

• Cimento Portland branco;

• Cimento Portland de baixo calor de hidratação;

• Cimento para poços petrolíferos.

18

Tabela 1 − Composição dos cimentos Portland.

Cimento

Portland

(ABNT)

Tipo Clínquer +

Gesso (%)

Escória

siderúrgica (%)

Material

Pozolânico (%)

Calcário (%)

CP I Comum 100 - - -

CP I - S Comum 95 - 99 1 - 5 1 - 5 1 - 5

CP II - E Composto 56 - 94 6 - 34 - 0 - 10

CP II - Z Composto 76 - 94 - 6 - 14 0 - 10

CP II - F Composto 90 - 94 - - 6 - 10

CP III Alto - forno 25 - 65 35 - 70 - 0 - 5

CP IV Pozolânico 45 - 85 - 15 - 50 0 - 5

CP V - ARI Alta resistência

inicial

95 - 100 - - 0 - 5

(Fonte: http://www.ecivilnet.com/artigos/cimento_portland_composicao.htm. Acesso em: 8 abril, 2012)

As normas citadas na Tabela 2 fazem certas exigências relativas à composição,

características químicas, físicas e mecânicas dos cimentos. O resumo das requisições quanto à

composição dos cimentos estão apresentadas na Tabela 1.

19

Tabela 2 − Nomenclatura dos Cimentos Portland.

Nome Técnico Sigla Classe Identificação do tipo

e classe

Cimento Portland

comum

(NBR 5732)

Cimento Portland

comum CP I

25

32

40

CP I – 25

CP I – 32

CP I – 40

Cimento Portland

comum com adição CP I – S

25

32

40

CP I – S – 25

CP I – S – 32

CP I – S – 40

Cimento Portland

composto

(NBR 11578)

Cimento Portland

composto com

escória

CP II – E 25

32

40

CP II – E – 25

CP II – E – 32

CP II – E – 40

Cimento Portland

composto com

pozolana

CP II – Z 25

32

40

CP II – Z – 25

CP II – Z – 32

CP II – Z – 40

Cimento Portland

composto com filer CP II – F

25

32

40

CP II – F – 25

CP II – F – 32

CP II – F – 40

Cimento Portland de alto – forno

(NBR 5735) CP III

25

32

40

CP III – 25

CP III – 32

CP III – 40

Cimento Portland pozolânico

(NBR 5736) CP IV

25

32

CP IV – 25

CP IV – 32

Cimento Portland de alta-resistência

inicial

(NBR 5733)

CP V – ARI - CP V – ARI

Cimento Portland resistente aos sulfatos

(NBR 5737) -

25

32

40

Sigla e classe dos

tipos originais

acrescidos do sufixo

RS. Exemplo: CP I –

32 RS.

Cimento Portland de baixo calor de

hidratação

(NBR 13116)

- 25

32

40

Sigla e classe dos

tipos originais

acrescidos do sufixo

BC. Exemplo: CP I –

32 BC

Cimento Portland Branco

(NBR 12989)

Cimento

Portland

branco

estrutural

CPB 25

32

40

CPB – 25

CPB – 32

CPB – 40

Cimento

Portland

branco não

estrutural

CPB - CPB

Cimento para poços petrolíferos

(NBR 9831) CPP G CPP – classe G

(Fonte: http://www.ecivilnet.com/artigos/cimento_portland_composicao.htm. Acesso em: 8 abril, 2012))

20

3.1.2. Agregados

Os agregados são matérias granulares, sem formas e volume definidos, de dimensões e

propriedades adequadas para uso em obras de engenharia civil. Para a indústria da construção

civil, os agregados são os insumos mais consumidos no mundo. Os agregados podem ser

classificados levando-se em conta a origem, a densidade e o tamanho dos fragmentos

(Iervolino, 2012).

Os agregados são classificados quanto à origem como natural ou artificial. O natural é

encontrado na natureza em estado de ser utilizado ou que necessita de pequeno

processamento. Como exemplos, pode-se citar a areia lavada e o seixo rolado extraído de rios,

etc. O agregado que após sua extração da natureza sofre um processo de industrialização com

objetivo de atingir propriedade específica são classificados como artificial. Pode-se citar

como agregados artificiais a pedra britada, pó de pedra (areia artificial), vermiculita, etc.

(Rodrigues, 2012).

Considerando a densidade, existem agregados pesados (barita, magnetita); agregados

normais (brita, areia, cascalho); agregados leves (pedra-pomes, vermiculita). Quanto ao

tamanho dos fragmentos têm-se os agregados miúdos, como por exemplo, as areias de origem

natural encontradas como fragmentos, ou resultante de britagem; e agregados graúdos, como

por exemplo, os cascalhos e as britas (Iervolino, 2012).

3.1.2.1. Agregados miúdos

Os agregados para serem classificados como miúdos devem possuir diâmetro máximo

de 4,75 mm até diâmetro mínimo de 150 μm, ou seja, devem passar pela peneira número 4, de

malha 4,75 milímetros e ficarem retidas na peneira de malha 150 μm, conforme a NBR-7211

(ABNT, 1982).

3.1.2.1.1. Areia

Areia é uma substância natural, derivada da desagregação de rochas. Todas as rochas,

praticamente, são passiveis de resultar em areias pela desagregação mecânica, sendo que são

mais favoráveis as rochas com altos teores de quartzo, uma vez que esse mineral restará como

21

resíduo, após a decomposição física e/ou química. As areias são constituídas principalmente

por quartzo, mineral de fórmula geral SiO2, amplamente distribuído na crosta terrestre,

constituindo aproximadamente 12% dela. Dependendo da granulometria e grau de pureza, as

areias têm empregos específicos, como exemplo as areias mais grosseiras e com maior

impureza se utilizam na construção civil (Iervolino, 2012). Na figura 4 ilustra amostras de

areias com granulometria fina, média e grossa.

Figura 4 – Amostra de Areia Fina, Média e Grossa.

(Fonte: http://www.jfpremoldados.com.br. Acesso em 8 de abril, 2012)

A areia, usada como agregado miúdo na confecção de argamassas e concretos é um

material de baixo custo, existente em grande quantidade na natureza. A Tabela 3 mostra a

classificação dos agregados miúdos conforme apresentado na NBR-7211 (ABNT, 1982).

22

Tabela 3 − Classificação do agregado miúdo quanto à dimensão.

Tipo de areia

Tamanho Nominal (mm)

Mínima Máxima

Muito Fina 0,15 0,6

Fina 0,6 1,2

Média 1,2 2,4

Grossa 2,4 4,8

(Fonte: Rodrigues, 2012)

3.1.3. Água de amassamento

A água utilizada para unir os aglomerantes deve atender a certas qualidades químicas,

não pode conter impurezas e ainda estar dentro dos parâmetros recomendados pelas normas

técnicas a fim de que garantam a homogeneidade da mistura. A água de amassamento possui

uma importante função no processo de fabricação da argamassa, sendo responsável por ativar

a reação química que transforma o cimento em uma pasta aglomerante. A relação entre a

massa da água e do cimento utilizados na dosagem é chamada de fator água/cimento (a/c). Se

a quantidade de água for muito pequena, a reação não ocorrerá por completo e se for superior

a ideal, a resistência diminuirá em função dos poros que ocorrerão quando este excesso

evaporar (Iervolino, 2012).

A água deve corresponder a critérios quantitativos e qualitativos, já que as impurezas

contidas na água de amassamento podem influenciar negativamente na durabilidade e na sua

capacidade de resistência mecânica. Além disso, algumas águas minerais contêm teores

indesejáveis de carbonatos alcalinos que podem contribuir para reações danosas na matriz das

argamassas (Senna et al, 2003).

3.2. MATERIAL DE REFORÇO

Fibras vêm sendo, cada vez mais, incorporadas em matrizes frágeis, na tentativa de

melhorar as propriedades do compósito, através da redução do número de fissuras, da abertura

das mesmas e da sua velocidade de propagação (Caetano et al, 2004).

23

Uma maneira eficiente de atribuir a argamassas maior resistência à tração, ao impacto

e à fadiga, além de tenacidade e ductilidade, é a adição de fibras curtas à mistura (Ventura et

al, 2006). A figura 5 ilustra a ruptura de um material compósito cimentício com fibra e sem a

fibra.

As fibras para reforço de matrizes cimentícias podem ser artificiais, como as de aço,

nylon, polipropileno e vidro, ou as naturais, como as de amianto e as vegetais. A desvantagem

das fibras artificiais é o seu alto custo de obtenção.

Figura 5 −Ruptura de material compósito cimentício sem fibra e com fibra.

(Fonte: Ventura et al, 2006)

Fibras naturais, como reforço de matrizes frágeis à base de materiais cimentícios, têm

despertado grande interesse nos países em desenvolvimento, por causa de seu baixo custo,

disponibilidade, economia de energia e também no que se refere às questões ambientais

(Savastano Júnior, 2000).

Os compósitos reforçados com fibras naturais possuem aplicações que abrangem

diversas áreas, desde a indústria automotiva até a construção civil. O amianto é extraído de

rochas compostas de silicatos de magnésio hidratados. As vantagens do amianto são diversas,

entre elas, temos: a alta resistência mecânica, a incombustibilidade, a boa qualidade isolante, a

durabilidade, a flexibilidade, a resistência a ataques químicos e biológicos, a abundância na

natureza e o baixo custo. Existe dois tipos de amianto, o crisotila e o anfibólio (Artigas,

2012). Na figura 6 ilustra as fibras de amianto vistas em um microscópio eletrônico.

24

Figura 6– Fibras de amianto ao microscópio eletrônico.

(Fonte: http://www.abrea.com.br/02amianto.htm. Acesso em: 8 abril, 2012)

O amianto anfibólio, também conhecido como “amianto azul ou marrom”, possui a

capacidade de penetração, concentração e durabilidade das fibras nos alvéolos pulmonares o

que causam danos aos pulmões, portanto, está proibido no Brasil desde 1995 por Lei Federal.

O amianto crisotila é também conhecido como “amianto branco”. Sua aspiração pode causar

danos maléficos à saúde humana, como o câncer de pulmão (Artigas, 2012). A figura 7 ilustra

as fibras de amianto em seu estado natural. Graças a esses prejuízos, muitos países já

proibiram a sua utilização na indústria e no Brasil iniciou-se o seu banimento. Esse fato

impulsionou pesquisas que visam à utilização de fibras vegetais para a substituição do

amianto.

Figura 7– Fibras de amianto no estado natural.

(Fonte:http://www.imbralit.com.br/site/blocos/galeria/iframes/slides.php?idg=6&idf=78. Acesso em: 8 abril,

2012)

25

3.2.1. Fibras de coco

A utilização de fibras vegetais na construção civil não é uma novidade, já que existem

construções no Iraque que datam de 1400 a.C. onde são utilizados tijolos crus reforçados por

fibras vegetais. A partir do conhecimento que o material cimento-amianto trouxe riscos à

saúde, a engenharia voltou a preocupar-se em estudar e desenvolver novos componentes para

a sua substituição, aumentando o emprego das fibras vegetais na construção civil. As fibras

vegetais, como sisal, coco, juta, e fibras de celulose, formam excelente alternativa para uso

como elemento de reforço de matrizes frágeis, devido a sua abundância, baixo custo e

consumo de energia para sua produção (Ventura et al, 2006).

O coqueiro é uma palmeira alta e reta com altura variando entre 10 e 20 metros, sendo

o seu fruto utilizado como fonte de alimentação, óleo, fibra, combustível, entre outros (Ferraz,

2011). O fruto coco, onde as fibras de coco se originam do mesocarpo desse fruto, possui fácil

cultivo, tendo uma cultura farta em muitos países de clima tropical, principalmente no litoral.

Segundo Martins e Jesus Júnior (2011) em 2008 o Brasil foi o quarto maior produtor

do mundo, conforme ilustrado na tabela 4, e o estado do Rio Grande do Norte, em 2009, o

nono maior produtor do Brasil, cenário ilustrado na tabela 5, com a notável quantificação de

disponibilidade torna viável a empregabilidade das fibras de coco na construção civil, no

Brasil e no Rio Grande do Norte.

Tabela 4 − Produção e área colhida dos principais países produtores de coco do mundo.

País Área Colhida

(ha)

Produção

(1000t)

Indonésia 2.950.000 19.500.000

Filipinas 3.379.740 15.319.500

Índia 1.940.000 10.894.000

Brasil 287.016 2.759.044

Sri Lanka 394.840 2.210.800

Tailândia 245.725 1.483.927

México 178.500 1.246.400

Vietnã 138.300 1.086.000

Papua Nova Guiné 203.000 677.000

Malásia 174.000 455.408

Outros 1.339.505 5.081.057

Mundo 11.230.626 60.713.136

(Fonte: Martins e Jesus Júnior, 2011)

26

Tabela 5 − Produção, área plantada e produtividade dos principais estados brasileiros

produtores de coco.

Estado Produção

(mil frutos)

Área plantada

(ha)

Produtividade

(mil

frutos/ha)

Bahia 467.080 79.596 5,81

Sergipe 279.203 42.000 6,64

Ceará 259.368 43.448 5,97

Pará 248.188 24.663 10,10

Espírito Santo 157.590 10.625 14,83

Pernambuco 129.822 14.237 9,11

Rio de Janeiro 78.419 4.843 16,19

Paraíba 63.765 11.556 5,52

Rio Grande do Norte 61.004 21.923 2,78

Alagoas 53.083 12.524 4,24

(Fonte: Martins e Jesus Júnior, 2011)

O coco é, botanicamente, uma drupa, formada pelo epicarpo, que envolve o mesocarpo

espesso e fibroso. O endocarpo é uma camada fina, muito dura, marrom, localizada no interior

do fruto. Abaixo do endocarpo, encontra-se uma membrana de coloração marrom, recobrindo

o albúmem sólido, chamada tegumento. O albúmem sólido é uma camada carnosa, branca,

muito oleosa, que forma uma grande cavidade onde se encontra o albúmem líquido, que é a

água de coco (Vale et al, 2004). A figura 8 ilustra o interior do fruto coco verde.

Figura 8 – O fruto coco verde.

(Fonte: Ferraz, 2011)

27

As fibras vegetais possuem os seguintes constituintes: celulose, lignina, hemicelulose,

pectina e minerais. Quanto à constituição das fibras de coco, ilustrada na figura 9, têm

percentual menor de celulose, esse responsável pela estabilidade e resistência da fibra, e

grande concentração de lignina, em que possui influência na qualidade e flexibilidade da

fibra. As fibras de coco possuem como propriedades intrínsecas a sua baixa densidade, o que

torna o material de construção de baixo peso, a grande capacidade de alongamento e uma boa

resistência mecânica, não quanto ao sisal, mas com relação entre o custo e a resistência

confrontável com a do mesmo. A sua utilização em um compósito tende a diminuir a

densidade do material com bom potencial de alongamento e capacidade de reforço mediano,

entretanto com possibilidades de aumento de desempenho da interação fibra-matriz devido à

ação aglutinante da lignina (Passos, 2005).

Figura 9 – Fibras de coco.

(Fonte: http://campinas.olx.com.br/fibra-de-coco-iid-106813433. Acesso em: 8, abril, 2012)

3.3. DOSAGEM DA ARGAMASSA

Segundo Andrade Filho (2012), o traço das argamassas refere-se à dosagem de seus

componentes na sua constituição, o que ocorre dentro de uma proporção. A identificação

escrita é baseada na seguinte convenção:

a) Argamassas simples: 1: 2

O 1º algarismo representa a quantidade do aglutinante e o 2º a do material inerte.

b) Argamassas mistas: 1: 2: 8

28

O 1º algarismo é o indicador do cimento, o 2º é o da cal e o 3º é do material inerte.

As argamassas simples, constituídas de cimento e areia, comparadas as argamassas

mistas, são indicadas para suportar maiores cargas, já que possuem maior resistência.

Diversas características influenciam na argamassa, entre elas temos finura do cimento, de

acordo com Nascimento (2008), em que essa é uma das características que tem importante

influência sobre as argamassas, pois quanto mais fino é o cimento, maior é a trabalhabilidade

da argamassa e mais rápida é a sua reação com a água. A tabela 6 apresenta um resumo dos

aspectos que devem ser considerados na composição e dosagem das argamassas.

Tabela 6 − Aspectos considerados na dosagem da argamassa.

MATERIAIS ASPECTOS A SEREM CONSIDERADOS NA COMPOSIÇÃO E DOSAGEM

Cimento

Tipo de cimento (características) e classe de resistência

Disponibilidade e custo

Comportamento da argamassa produzida com o cimento

Cal

Tipo de cal (características)

Forma de produção

Massa unitária

Disponibilidade e custo

Comportamento da argamassa produzida com a cal

Areia

Composição mineralógica e granulométrica

Dimensões do agregado

Forma e rugosidade superficial dos grãos

Massa unitária

Inchamento

Comportamento da argamassa produzida com a areia

Manutenção das características da areia

Água Características dos componentes da água, quando essa não for potável

Aditivos

Uso de aditivos acrescentados à argamassa no momento da mistura ou da

argamassa aditivada

Tipo de aditivo (características)

Finalidade

Disponibilidade e custo

Comportamento da argamassa produzida com o aditivo

Adições

Tipo de adição (características)

Finalidade

Comportamento da argamassa produzida com a adição

Disponibilidade, manutenção das características e custo

(Fonte: Maciel et al, 1998)

A argamassa ainda não dispõe de um método de dosagem consensualmente

reconhecido no meio técnico nacional, muito embora várias contribuições tenham sido

29

oferecidas neste sentido por diversos estudiosos, diferentemente do concreto, que conta com

diversos métodos racionais de dosagem (Gomes e Neves, 2011).

Maciel et al (1998) apresentam fatores que devem ser considerados na dosagem, além

das características dos materiais a serem empregados, existem tais como:

a) As condições de exposição do revestimento;

b) As características da base de aplicação;

c) As propriedades requeridas para a argamassa e para o revestimento;

d) As condições de produção e controle da argamassa e do revestimento;

e) O custo.

Segundo Maciel et al (1998), normalmente, não é dada a devida importância para

esses fatores, sendo adotados traços tradicionais, determinados baseado na experiência no

ambiente de obra. Essa atitude deve ser evitada, sendo preciso definir racionalmente o traço

das argamassas e testá-lo no canteiro antes do seu emprego. A figura 10 ilustra uma

metodologia de dosagem racional.

Figura 10 – Metodologia de dosagem racional.

(Fonte: Maciel et al, 1998)

30

3.4. ENSAIO DE FLEXÃO

O ensaio de flexão é realizado em materiais dúctil e em materiais frágeis, como o ferro

fundido, alguns aços, estruturas de concreto e outros materiais que em seu uso são submetidos

a situações onde o principal esforço é o de flexão. O ensaio de flexão fornece dados que

permitem avaliar diversas propriedades mecânicas dos materiais, entre essas propriedades

temos a tensão de flexão (Souza, 2012).

O ensaio de flexão utiliza a seguinte montagem adaptada à máquina universal de

ensaios, como ilustrado na figura 11:

• Dois roletes, com diâmetros determinados em função do corpo de prova, que

funcionam como apoios, afastados entre uma distância preestabelecida;

• Um cutelo semi-cilíndrico, ajustado à parte superior da máquina de ensaios.

Figura 11− Cutelo e roletes para ensaio de flexão.

(Fonte: Souza, 2012)

Conforme Souza (1982), o ensaio de flexão consiste em apoiar o corpo de prova sob

dois apoios espaçados entre si em uma distância L, aplicando uma carga de flexão no centro

do corpo de prova. Essa carga deve ser lentamente elevada até o rompimento do corpo de

prova. A partir do ensaio de flexão diversas propriedades podem ser determinadas, como o

módulo de ruptura. O módulo de ruptura é o valor máximo da tensão de tração ou compressão

nas fibras extremas do corpo de prova durante o ensaio de flexão, calculado pela expressão a

seguir para uma seção retangular:

Mr = 3QmáxL (1)

2bh2

31

Onde:

Mr = Módulo de Ruptura, em MPa;

Qmáx = Carga Máxima, em N;

L = Distância entre os apoios, em mm;

b = Largura da seção transversal, em mm;

h = Altura da seção transversal, em mm.

Segundo Souza (1982) o módulo de elasticidade do material pode ser medido a partir

do ensaio de flexão, através da expressão a seguir para barras com seção retangular:

E = 0,25QL3

(2)

ybh3

Onde:

E = Módulo de Elasticidade, em MPa;

Q = Carga no limite de elasticidade, em N;

L = Distância entre os apoios, em mm;

b = Largura da seção transversal, em mm;

h = Altura da seção transversal, em mm;

y = Deflexão no limite de elasticidade, em mm.

Ainda Souza (1982) diz que a partir da deflexão pode-se traçar curvas tensão-

deslocamento, sendo o deslocamento dado pela deflexão e a tensão de dobramento, calculada

pela expressão dada para seção retangular:

σd= 3QL (3)

2bh2

Onde:

σd = Tensão de dobramento, em MPa;

Q = Cargas diversas, em N;

L = Distância entre os apoios, em mm;

b = Largura da seção transversal, em mm;

h = Altura da seção transversal, em mm.

A carga de flexão suportada por uma viga de concreto pode ser consideravelmente

aumentada pela inclusão de fibras. A presença das fibras é marcante depois de atingida a

32

carga de pico, que corresponde ao início da fissuração da matriz. Portanto, ao invés da ruptura

brusca apresentada pela matriz plena, o compósito continua a suportar carga, ainda que em

níveis inferiores à carga de pico, apresentando grande deformação (Picanço, 2005).

33

4 MATERIAIS E MÉTODOS

Os materiais utilizados nesta experiência laboratorial foram:

Água;

Areia;

Cimento Portland;

Fibras de Coco.

4.1. PREPARAÇÃO DAS FIBRAS DE COCO

As fibras de coco foram extraídas manualmente da casca de coco verde. Após a

extração, sofreram tratamento superficial, que consistiu em manter as fibras de coco em água

fervente, aproximadamente 80°C, por cerca de 1 hora. Após a fervura, as fibras de coco

permaneceram durante sete dias ao ar livre para secagem. De acordo com Santiago e Selvem

(2006), o tratamento das fibras de coco com água quente aumentou a área de contato

(aumento da rugosidade ou zonas de ancoragem), expondo as fibrilas e as marcas globulares,

que contribui para o aumento da adesão matriz/fibra. No entanto, deve-se observar que o

tratamento não extraiu componentes internos da fibra, o que implicaria em alterações nas

propriedades mecânicas. As fibras de coco secas foram cortadas manualmente com uma

tesoura sem ponta no tamanho aproximado de 45 mm, ilustrado na figura 12.

Figura 12 – Fibras de coco.

34

4.2. A FABRICAÇÃO DOS MOLDES DE CORPOS DE PROVA

Os corpos de prova foram confeccionados em moldes de madeirite, com seção

retangular de cada corpo de prova de 100 mm x 25 mm x 300 mm, sendo o molde um caixote

com a capacidade de um total de 15 corpos de prova, sendo assim, totalizando dimensões de

300 mm x 125 mm x 300 mm, ilustrado na figura 13.

Figura 13 – Caixote dos moldes de corpos de prova.

4.3. A PREPARAÇÃO DOS CORPOS DE PROVA

Para a composição dos corpos-de-prova foram utilizados padrões de traço, dimensões

e tipos de ensaios de acordo com Ventura et al (2006). O intuito de utilizar os mesmos

padrões adotados no referido trabalho foi o de possibilitar o estabelecimento de comparações

entre os resultados obtidos, entre a influência das fibras de sisal apresentadas por Ventura et

al (2006) e a adotada no presente trabalho, a fibra de coco.

A relação cimento:areia em massa usada foi 1:2 conforme Ventura et al (2006), a

relação água/cimento foi trabalhada em 0,52, baseado em Escariz (2008), e a porcentagem em

massa da fibra de coco em relação à mistura do compósito nos corpos de prova em que

adiciona as fibras foi de 0,56%, devido à quantidade de material disponível para a realização

da fabricação dos corpos de prova composto com fibras de coco.

35

4.3.1. Procedimento experimental

O procedimento experimental ocorreu no Laboratório de Materiais da Universidade

Federal Rural do Semiárido. Iniciou-se com a pesagem do cimento, areia e a água, para a

fabricação dos corpos de prova com argamassa convencional. Os cálculos foram baseados

com o peso da água e o volume dos corpos de prova. Como o objetivo era a composição de 5

corpos de prova tínhamos que o volume de cada corpo de prova era de 0,3 x 0,1 x 0,025 =

0,00075 m3, que resulta em 0,75 kg, e o total 3,75 kg para os 5 corpos de prova. Com o traço

igual 1:2, e a relação água/cimento de 0,52, tínhamos que a quantidade de cimento seria de

1,25 kg, a de areia 2,5 kg e a de água 0,65 kg, como ilustrado nas figuras 14, 15 e 16,

respectivamente.

Figura 14 – Cimento com massa total de 1,25 kg.

Figura 15 – Areia com massa de 2,5 kg.

36

Figura 16 – Água com massa de 0,65 kg.

Com os materiais já pesados foi feita a homogeneização do cimento e a areia, e depois

adicionou a água aos poucos, misturando até a sua homogeneização, como ilustrado na figura

17. Após a homogeneização da argamassa preenchemos os corpos de prova, produzindo um

pouco mais que 2 corpos de prova, ocorrendo esse erro devido que foi utilizado como base o

peso da água, sendo que a areia e o cimento possui uma massa específica maior, sendo assim,

foi repetido tal procedimento para a produção de mais dois corpos de prova, totalizando

quatro.

Figura 17 – Argamassa convencional homogeneizada.

O procedimento utilizado para a produção de corpos de prova de argamassa reforçados

com fibras de coco foi semelhante ao da argamassa utilizado. Foram utilizados 2 kg de

37

cimento, 4 kg de areia, 33,7 g de fibras e 1,04kg de água, como ilustrado nas figuras 18, 19,

20 e 21, respectivamente. A utilização da respectiva medida foi devido a quantidade de

material disponível para a fabricação.

Figura 18 – Cimento com massa de 2 kg.

Figura 19 – Areia com massa de 4 kg.

38

Figura 20 – Fibras com massa de 33,7 g.

Figura 21 – Água com massa de 1,04 kg.

A princípio o objetivo era a utilização de 1% em massa de fibras, entretanto ocorreu

um imprevisto o que limitou ao trabalho a porcentagem de 0,56%. Primeiramente foi

realizada a homogeneização entre o cimento, a areia e as fibras, e em seguida adicionado água

aos poucos, como ilustrado na figura 22 a seguir. A figura 23 ilustra a homogeneização total

da argamassa, após a adição total da água. Após esse processo foram preenchidos os corpos

de prova, totalizando quatro corpos de prova, observando que apesar das fibras possuírem a

massa de 33,7 g, as mesmas possuem um bom volume, isto ocorre devido a sua baixa

densidade.

39

Figura 22 - Argamassa parcialmente homogeneizada.

Figura 23 – Argamassa totalmente homogeneizada.

4.3.2. Cura de argamassa

O tempo de cura da argamassa iniciou 24 horas após a fabricação dos corpos de prova.

A cura consistiu em colocar os corpos de prova totalmente submersos em água durante 28

dias evitando a retração por secagem. De acordo com Ungericht e Piovesan (2011), a cura

úmida tem como finalidade manter a argamassa saturada, evitando a evaporação da água, até

que os espaços preenchidos pela água sejam ocupados pelos produtos de hidratação do

cimento.

40

4.4. O ENSAIO DE FLEXÃO

O ensaio de flexão em três pontos ocorreu no Laboratório de Ensaios Mecânicos da

UFERSA, após o fim do tempo de cura dos corpos de prova. Os ensaios foram realizados na

Máquina Universal de Ensaios da marca EMIC, ilustrada na figura 24. A máquina tem as

seguintes características técnicas principais:

Marca: EMIC;

Modelo: DL10.000, eletromecânica, microprocessada;

Capacidade: 10.000 kgf (100 kN);

Tipo: Bifuso de Bancada, com duas colunas guias cilíndricas paralelas;

Acionamento: Fusos de Esferas Recirculantes;

Faixa de Velocidades: 0,01 a 500 mm/min;

Medição de Força: Através de células de carga intercambiáveis;

Classe de Medição de Força: Classe 1 segundo a Norma NM ISO7500-1 (Classe 0,5

sob consulta), fornecida com Certificado de Calibração RBC (Rede Brasileira de

Calibração);

Compatibilidade Eletromagnética: Máquina de linha certificada segundo Norma IEC

61000 contra Interferência Eletromagnética por membro da RBLE (Rede Brasileira de

Laboratórios de Ensaios);

Medição do Deslocamento: Sensor Óptico (encoder), com resolução de 0,01 mm;

Indicação de Força e Deslocamento: Através de Software (Janela tipo display para

acompanhamento dos valores em tempo real);

Extensometria: 2 (dois) Canais;

Saída de Dados: Digital através de Porta Serial RS232;

Análise de Dados e Controle de Ensaio: Através de Software;

Console (Teclado ou Joystick): Com funções básicas de movimentação para ajustes

de acessórios;

Curso Útil: 1200 mm;

Distância entre Colunas: 400 mm;

41

Altura: 1920 mm;

Largura: 920 mm;

Profundidade: 500 mm;

Peso Aproximado: 420 kgf;

Alimentação: 220 V AC 50/60 Hz;

Consumo Máximo: 704 VA.

Os corpos de prova foram posicionados de forma que a carga foi aplicada no centro

dos corpos de prova, com a distância entre os apoios de 100 milímetros. Foi aplicado uma

velocidade de 4 mm/min, conforme Ventura et al (2006). Anteriormente ao ensaio de flexão,

realizaram-se as medições da seção transversal de todos os corpos de prova e os mesmos

foram nomeados. Utilizamos 6 corpos de prova, sendo 3 com argamassa convencional,

nomeados em A1-1, A2-1 e A2-2; e 3 de argamassa com reforço de fibras de coco, nomeados

em A1, A2 e A3. A figura 25 ilustra o ensaio de flexão realizado na argamassa convencional

Figura 24 – Máquina Universal de Ensaios EMIC.

42

Figura 25 – Ensaio de flexão da argamassa convencional.

Os corpos de provas de argamassa com fibras de coco precisaram ser serrados em

aproximadamente 150 mm, para que fosse utilizada uma amostra de argamassa aparentemente

homogênea. A figura 26 mostra o ensaio realizado nos corpos de provas com reforço de fibras

de coco.

Figura 26 – Ensaio de flexão da argamassa com reforço de fibras de coco.

43

5 RESULTADOS E DISCUSSÕES

5.1. ARGAMASSA CONVENCIONAL

Os corpos de provas com argamassa convencional comportaram-se de maneira típica a

amostras frágeis, a figura 27 ilustra o corpo de prova sem reforço durante o ensaio de flexão.

Figura 27 – Corpo de prova sem fibras durante ensaio.

Podemos observar as três curvas de tensão versus deslocamento dos três corpos de

prova no gráfico da figura 28, no qual a tensão de dobramento foi calculada conforme Souza

(1982). No apêndice encontram-se todas as curvas e os módulos de ruptura e elasticidade para

cada corpo de prova. O corpo de prova A1-1 foi fabricado em um preparo de argamassa

diferente dos corpos de provas A2-1 e A2-2. A velocidade utilizada para o ensaio de flexão

foi de 4 mm/min para os três ensaios de flexão. A distância entre apoios utilizada no ensaio de

flexão foi de 100 mm para os três corpos de provas.

44

Figura 28 – Curva Tensão versus Deslocamento dos três corpos de prova sem fibras.

O gráfico da figura 29 mostra a média das curvas tensão versus deslocamento das três

amostras sem reforço.

Figura 29 – Curva média Tensão versus Deslocamento do corpo de prova sem fibras.

Ao analisar o comportamento da amostra de argamassa convencional em resposta às

tensões aplicadas pudemos notar que a tensão iniciou, em seguida cresceu de maneira

instável, apresentou o início de uma fissuração, e logo após a fissura obteve uma ruptura

45

severa, conseguindo assim, comportamento característico do material utilizado, a argamassa,

que é um material frágil.

5.2. ARGAMASSA COM FIBRAS DE COCO

Os corpos de prova de argamassa com reforço de fibras de coco tiveram

comportamento inicial semelhante aos corpos de prova sem reforço, concordando do início da

aplicação da tensão, na sequência o crescimento da tensão se deu de maneira instável até a

fissuração. A figura 30 ilustra o corpo de prova durante o ensaio de flexão.

Figura 30 – Corpo de prova com fibras durante o ensaio de flexão.

A amostra de argamassa com fibras de coco após a fissura continuou a suportar tensão

e sofrer deformações até um valor de tensão aparentemente estável. A figura 31 ilustra o

corpo de prova com fibras após o ensaio e a figura 32 apresenta o gráfico das três curvas

tensão versus deslocamento dos três corpos de prova com fibras de coco, no qual a tensão de

dobramento foi calculada conforme Souza (1982). Os três corpos de prova foram fabricados

utilizando a argamassa de um só preparo. A velocidade utilizada para o ensaio de flexão foi de

4 mm/min para os três ensaios de flexão. A distância entre os apoios utilizados no ensaio de

flexão foi de 100 mm para os três corpos de provas.

46

Figura 31 – Corpo de prova com fibras após o ensaio de flexão.

Figura 32– Curva Tensão versus Deslocamento dos três corpos de prova com fibras de coco.

O gráfico da figura 33 apresenta a média das curvas de tensão versus deslocamento

das três amostras com reforço das fibras de coco.

47

Figura 33 – Curva média Tensão versus Deslocamento do corpo de prova com fibras de coco.

Observando o comportamento das curvas, notamos que na presença das fibras de coco,

os corpos de prova sustentaram a tensão até mesmo após a fratura, evitando que o corpo de

prova apresentasse uma ruptura severa, mantendo a tensão até mesmo de forma levemente

estável, diferentemente das curvas sem o reforço, no qual possui uma ruptura severa após a

fissura, em que a tensão sustentada tende à zero.

5.3. COMPARATIVO COM VENTURA et al (2006)

Ventura et al (2006) utilizando amostra sem reforço obteve uma curva carga versus

deslocamento ilustrada no gráfico da figura 34.

48

Figura 34– Curva Carga versus Deslocamento obtida por Ventura et al (2006).

(Fonte: Ventura et al, 2006)

A curva carga versus deslocamento obtida por Ventura et al (2006) com o reforço das

fibras de sisal está ilustrada no gráfico da figura 35.

Figura 35 – Curva Carga versus Deslocamento com o reforço obtida por Ventura et al (2006).

(Fonte: Ventura et al, 2006)

O comportamento da curva obtida a partir do ensaio com os corpos de provas com

fibras de coco apresentou comportamento semelhante ao ensaio de corpos de provas com sisal

obtido por Ventura et al (2006). Observando que o percentual de fibras de coco adicionado à

49

argamassa ter sido aproximadamente a metade do percentual de fibras de sisal adicionado por

Ventura et al (2006), notou-se que o comportamento foi semelhante, não tendo influência

aparentemente significativa nos resultados, alcançando o benefício de sustentar a tensão,

mesmo após a fissuração, evitando que a argamassa tenha uma ruptura severa.

5.4. PROPRIEDADES MECÂNICAS

Os módulos de ruptura, elasticidade e a tensão de dobramento final sustentada com os

valores inseridos na tabela 7 foram calculados conforme Souza (1982), utilizando a curva do

gráfico da figura 29, para a média dos sem fibras, o gráfico da figura 33, para a média dos

com fibras, e os demais com os seus respectivos gráficos, os quais se encontram no apêndice.

Os resultados obtidos a partir dos gráficos apresentados por Ventura et al (2006) foram

representados na tabela 7 por Ventura sem fibra (V-S) para a amostra sem fibras, e Ventura

com fibra (V-C) para a amostra com fibra. Os corpos de prova A1-1, A2-1 e A2-2 são

compostos de argamassa convencional, enquanto o A1, A2 e A3 são argamassa reforçada com

fibras de coco.

Para calcular os módulos de ruptura, o de elasticidade e a tensão final sustentada pelo

ensaio desenvolvido por Ventura et al (2006), adotou-se os valores fixos das dimensões da

seção retangular dos moldes dos corpos de prova. O valor da carga máxima de ruptura para o

ensaio sem fibras é de 725 N. Para o ensaio com fibras, esse valor é de 735 N. A deflexão no

limite de elasticidade para a amostra sem fibras é de 2 mm e para o com fibras é de 2,86 mm.

O valor da carga sustentada no final do ensaio da amostra com fibras tem o valor de 75 N.

50

Tabela 7 - Propriedades Mecânicas.

Corpo de

Prova

Traço,

c:a:a/c

Teor de

Fibras,

%

Dimensões

(L x b x h),

mm

Módulo de

Ruptura,

MPa

Módulo de

Elasticidade,

MPa

Tensão final

sustentada,

MPa

A1-1 1:2:0,52 0 100 x 101,3 x

23 5,851903 1526,022 0

A2-1 1:2:0,52 0 100 x 101,3 x

23,7 4,42598 933,5934 0

A2-2 1:2:0,52 0 100 x 101 x

22,3 5,58084 1235,349 0

A1 1:2:0,52 0,56 100 x 99,3 x

23 5,024015 1231,927 0,4

A2 1:2:0,52 0,56 100 x 100,3 x

24,3 5,09926 925,5671 0,5

A3 1:2:0,52 0,56 100 x 98,3 x

23,3 5,406242 906,3081 0,4

V-S 1:2:0,5 a

0,7 * 0

300 x 100 x

25 ** 5,22 1566 0

V-C 1:2:0,5 a

0,7 * 1

300 x 100 x

25 ** 5,292 1110,21 0,54

Média

sem

Fibras

1:2:0,52 0 100 x 99,3 x

23,53 4,9926 1182,6537 0

Média

com

Fibras

1:2:0,52 0,56 100 x 101,2 x

23 4,3877 921,1552 0,5

*Relação água/cimento utilizada na faixa de 0,5 % a 0,7 %.

**Medidas dos corpos de provas utilizados por Ventura et al (2006)

51

As propriedades mecânicas, como o módulo de ruptura e o módulo de elasticidade,

foram obtidos valores reduzidos para as argamassas com reforço das fibras de coco. No

entanto, ocorreram diferenças das variáveis que influenciam diretamente nesses resultados,

como podemos ressaltar a variação dos valores das dimensões da seção transversal dos corpos

de provas.

Os valores obtidos pela medição da seção transversal dos corpos de prova foram feitos

através da média em três pontos de medições diferentes visto a não uniformidade da seção

transversal dos corpos de prova, influenciando dessa maneira nos resultados das propriedades

mecânicas obtidos na tabela 7. As dimensões da seção transversal diferenciaram em relação à

Ventura et al (2006), inclusive o comprimento L, enquanto foi utilizado o valor fixo de 100

mm, foi adotado para o cálculo do Ventura et al (2006) o valor de 300 milímetros.

O traço da argamassa também possui uma diferença. Apesar de ter sido adotado o

mesmo traço de 1:2, a relação de água/cimento modificou, em comparação com Ventura et al

(2006). Enquanto ele utilizou essa relação em uma faixa de valores que poderiam variar de 0,5

% a 0,7 %, utilizamos o valor fixo de 0,52 %, baseado nas literaturas que utilizaram as fibras

de coco em pesquisas. A diferença pode ser explicada pelo motivo de serem utilizadas fibras

vegetais diferentes, sendo assim, as fibras possuem propriedades mecânicas e constituição

química diferente.

A tensão de dobramento final sustentada pelas amostras com reforço de fibras,

variaram entre 0,4 MPa e 0,54 MPa. Diante das diferenças das variáveis utilizadas para esse

cálculo mencionadas acima, os valores obtidos foram semelhantes, mesmo que com um teor

de fibras diferente, demonstrando assim, que o percentual de fibras utilizado não afetou

significativamente nos resultados adquiridos, diante das diferenças das propriedades das fibras

utilizadas.

52

6 CONCLUSÕES

O presente trabalho de conclusão de curso estudou a utilização de fibras de coco como

material de reforço de matrizes cimentícias através da análise das propriedades mecânicas de

materiais compósitos, produzidos com argamassa reforçada com as fibras de coco.

A argamassa com fibras de coco, comparadas com a convencional, sustentou a tensão

até mesmo após a ruptura, podendo assim, ser benéfica em termos de segurança, evitando que

o material se rompa bruscamente. Além disso, ainda temos o benefício na questão ambiental,

no qual dar destino às fibras de coco que iriam ao aterro sanitário, diminuindo a emissão de

gás metano. Enquanto a argamassa com as fibras de coco possui tais benefícios diante da

convencional, para as propriedades mecânicas foram obtidos valores reduzidos comparada as

argamassa convencional e a argamassa com fibras de sisal.

A argamassa com fibras de coco, comparadas com a argamassa com fibras de sisal

obtidas por Ventura et al (2006), comportou-se de maneira semelhante, não obtendo

diferenças significativas, ou seja, a fibra de coco, por mais que com o percentual menor,

obteve resultado semelhante, sendo assim, não seria necessário a principio um maior

percentual de fibras para se obter o resultado almejado.

53

7 SUGESTÕES DE TRABALHOS FUTUROS

Como sugestões de trabalhos futuros, seria importante:

Realizar o ensaio de consistência da argamassa para obter uma relação

água/cimento otimizada para a consistência desejada;

Variar o tamanho da fibra para verificar as mudanças nos resultados;

Fazer um estudo detalhado das propriedades das fibras de coco;

Estudar as propriedades microestruturais da argamassa com a utilização de um

microscópio eletrônico de varredura, como exemplo a verificação dos poros da

argamassa.

54

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58

APÊNDICE

Curvas tensão versus deslocamento dos corpos de provas sem fibras.

Módulo de Ruptura do A1-1 = 5,851903 MPa.

Módulo de Elasticidade do A1-1 = 1526,021706 MPa.

59

Módulo de Ruptura do A2-1 = 4,425985 MPa.

Módulo de Elasticidade do A2-1 = 933,5934269 MPa

Módulo de Ruptura do A2-2 = 5,580842224 MPa.

Módulo de Elasticidade do A2-2 = 1235,349204MPa.

As curvas tensão versus deslocamento dos corpos de provas com fibras de coco.

60

Módulo de Ruptura de A1 = 5,024014986 MPa.

Módulo de Elasticidade de A1 = 1231,926966 MPa.

Módulo de Ruptura de A2 = 5,099268065 MPa.

Módulo de Elasticidade de A2 = 925,5670928 MPa.

Módulo de Ruptura de A3 = 5,406242358 MPa.

Módulo de Elasticidade de A3 = 906,3081277 MPa.