ANÁLISE DA RESISTÊNCIA MECÂNICA DE TELHAS DE FIBROCIMENTO...
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA CENTRO DE TECNOLOGIA CURSO DE ENGENHARIA CIVIL ANÁLISE DA RESISTÊNCIA MECÂNICA DE TELHAS DE FIBROCIMENTO FRENTE A TEMPESTADES DE GRANIZO TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO Arthur Piccolo Werlang Santa Maria, RS, Brasil 2015
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA CENTRO DE TECNOLOGIA
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
ANÁLISE DA RESISTÊNCIA MECÂNICA DE
TELHAS DE FIBROCIMENTO FRENTE A
TEMPESTADES DE GRANIZO
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO
Arthur Piccolo Werlang
Santa Maria, RS, Brasil
2015
ANÁLISE DA RESISTÊNCIA MECÂNICA DE
TELHAS DE FIBROCIMENTO FRENTE A
TEMPESTADES DE GRANIZO
Arthur Piccolo Werlang
Trabalho de conclusão de curso apresentado ao Curso de Engenharia Civil da Universidade Federal de Santa Maria
(UFSM, RS), como requisito parcial para obtenção do grau de Engenheiro Civil.
Orientador: Profª Drª. Bernardete Trindade
Santa Maria, RS, Brasil
2015
Universidade Federal de Santa Maria Centro de Tecnologia
Curso de Engenharia Civil
A Comissão Examinadora, abaixo assinada, aprova o Trabalho de Conclusão de Curso
ANÁLISE DA RESISTÊNCIA MECÂNICA DE TELHAS DE
FIBROCIMENTO FRENTE A TEMPESTADES DE GRANIZO
elaborado por Arthur Piccolo Werlang
como requisito parcial para a obtenção do grau de Engenheiro Civil
COMISSÃO EXAMINADORA:
_______________________________________________ Profª. Drª. Bernardete Trindade - UFSM
(Presidente/Orientador)
_______________________________________________ Prof. Dr. Carlos José Antônio Kümmel Félix - UFSM
_______________________________________________ Prof. Ma. Ana Laura Felkl Cassiminho - UFSM
Santa Maria, 9 de Julho de 2015
RESUMO
Trabalho de Conclusão de Curso Curso de Engenharia Civil
Universidade Federal de Santa Maria
ANÁLISE DA RESISTÊNCIA MECÂNICA DE TELHAS DE
FIBROCIMENTO FRENTE A TEMPESTADES DE GRANIZO
AUTOR: ARTHUR PICCOLO WERLANG
ORIENTADOR: PROFª. DRª. BERNARDETE TRINDADE
Data e local da defesa: Santa Maria, 9 de Julho de 2015.
A localização geográfica do sul do Brasil perante o globo terrestre, juntamente
com o deslocamento das massas de ar características da região, favorecem a
ocorrência de fortes tempestades, frequentemente associadas com granizo. Tal
conjuntura climática, ao ser associada com o subdimensionamento ou ao
desgaste natural de telhados de fibrocimento, provocam danos materiais e
perdas humanas que são regularmente noticiados nos veículos de comunicação
das regiões sul e sudeste do Brasil. Tendo tais fatores como motivação, o
presente trabalho trata-se de uma revisão bibliográfica, onde abordou a
resistência de telhados de fibrocimento frente à ocorrência de granizo propondo
medidas que possam minimizar os danos causados pelas tempestades à
sociedade. Os resultados mostramram que esferas de granizo com diâmetro
superior a 45mm são capazes de perfurar telhados que estejam de acordo com
as normas técnicas brasileiras, justificando assim a necessidade de uma revisão
de tais critérios técnicos.
Palavras-chave: granizo; fibrocimento; resistência
ABSTRACT
ANALYSIS OF MECHANICAL RESISTANCE OF FIBRE CEMENT
ROOF TILES FRONT OF HAIL STORMS
Author: Arthur Piccolo Werlang
Advisor: Prof. Dr. Bernardete Trindade
Date and place of presentation: Santa Maria, July, 9th, 2015
The geographical location of southern Brazil in the globe, along with the
characteristic movement of air masses in the region, favors the occurence of
severe storms, often associated with hail. This climate scenario, associated with
undersizing or natural attrition of fiber cement roofs, causes material and human
losses that are regularly reported in the media in the southern and southeastern
regions of Brazil. Having such factors as motivation, the present paper is a
literature review, which will approach the resistance of fiber cement roof tiles
against the occurance of hail, proposing then ways to minimize damages from
storm to society. The results enphasizes that hail spheres with diameter equal or
superior to 45mm are harmful to roof tiles which are correctly dimensioned in
accordance to the brazilian technical rules, justifying, then, the need of an review
in such technical criteria.
Key-words: hail; fiber cement; resistance.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Gráfico do crescimento exponencial da força de impacto das esferas de
granizo conforme seus diferentes diâmetros ................................................................10
Figura 2: Tempestade de granizo em Curitibanos (PR) ..............................................12
Figura 3: Gráfico da distrubuição macrorregional dos desastres vinculados à
ocorrência de granizo no Brasil em 2012 .....................................................................13
Figura 4: Índice de ocorrência de granizo no Brasil em 2012 .....................................13
Figura 5: Distribuição espacial dos danos humanos relacionados à ocorrência de
granizo ..........................................................................................................................15
Figura 6: Representação esquemática do processo Hatschek. Fonte: Tonoli, 2009 ..16
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO .................................................................................... 1
1.1 Justificativa ......................................................................................... 2
1.2 Objetivos ............................................................................................. 2
1.2.1 Objetivo Geral ..................................................................................... 2
1.2.2 Objetivos Específicos .......................................................................... 2
1.3 Metodologia ........................................................................................ 3
1.4 Estrutura do Trabalho ......................................................................... 3
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA.......................................................... 4
2.1 Força e conservação de energia – aplicações para o granizo ........... 4
2.1.1 Força de arrasto e velocidade terminal .............................................. 4
2.1.2 A velocidade terminal para uma esfera de granizo ............................ 6
2.1.3 Colisões e conservação de energia – aplicações para uma interface
granizo-telha .......................................................................................
8
2.1.4 Considerações sobre os resultados ................................................... 9
2.2 O granizo como desastre natural – causas e consequências no
Brasil ...................................................................................................
11
2.2.1 Desastres naturais .............................................................................. 11
2.2.2 O granizo como desastre natural no Brasil ......................................... 12
2.3 O fibrocimento como material de cobertura ........................................ 15
2.3.1 Fibrocimento – descoberta e aspectos construtivos ........................... 15
2.3.2 O uso do fibrocimento como material de construção e os impactos
na sociedade .......................................................................................
17
2.3.3 O fibrocimento e os efeitos do envelhecimento .................................. 17
3 CONCLUSAO ..................................................................................... 20
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................. 22
INTRODUÇÃO
Em paralelo com os avanços das ciências dos materiais e das exigências
do mercado, o adequado desempenho dos materiais de construção civil vem se
tornando tão importante quanto o seu custo. É incessante a busca por materiais
mais leves, duráveis e que tenham valor de mercado adequado para a realidade
do público-alvo a que se destina.
A fim de garantir que o produto da construção civil atenda aos propósitos
para o qual foi elaborado, normas técnicas, como a NBR15575:2013, e a
implementação de controle de qualidade nas indústrias, como o ISO9001, vem
deixando de se tornar diferenciais de mercado para figurar como exigências e
direitos básicos do consumidor.
Entretanto, por mais restritas que sejam as exigências técnicas e por
melhor que seja a qualidade final do produto, os materiais de construção civil
possuem um ciclo de vida útil que pode ser prolongado ou reduzido conforme
sua aplicação, manutenção e condições de exposição às intempéries. Neste
sentido, é importante que tal material satisfaça, simultaneamente, a todas as
condições de durabilidade, segurança e conforto para o qual se destina.
Logo, analisar individualmente e com empenho cada um dos aspectos
citados é fundamental para o avanço da ciência dos materiais e para o aumento
da segurança das edificações. O conhecimento e aprimoramento da boa-técnica,
quando acompanhado de fundamentadas pesquisas na área, é o que garante o
sucesso do produto final que, no caso particular da engenharia, significa o elo
entre exigências técnicas, satisfação do consumidor e custo de mercado
razoável.
2
1.1 Justificativa
Na indústria da construção civil é exigido que o produto final ofereça
condições de utilização que satisfaçam a segurança e o bem estar do usuário.
Neste sentido, o desempenho estrutural de coberturas é fundamental para que
uma edificação cumpra tais funções.
Entretanto, são recorrentes os casos em que tempestades
comprometem estrutural ou funcionalmente edificações no sul do Brasil,
principalmente em construções simples onde vive a população de baixa renda.
É preocupante o baixo período de retorno dos telhados de fibrocimento frente às
intempéries que ocorrem anualmente na região sul do Brasil.
Logo, ao compreender os fatores que levam a comprometer a eficiência
das coberturas de edificações e traçar um paralelo desta com as intempéries, tal
estudo permite que medidas sejam implementadas para evitar que recursos
financeiros e sociais sejam recorrentemente comprometidos.
1.2 Objetivos
1.2.1 Objetivo Geral
Analisar o desempenho das coberturas de granizo de edificações no
quesito “resistência mecânica” frente à ocorrência de granizo, propondo medidas
que melhorem o desempenho estrutural das telhas, minimizando danos e
impactos financeiros e sociais.
1.2.2 Objetivos específicos
- Compreender o granizo como fenômeno meteorológico e traçar os
locais com maior ocorrência no Brasil;
- Analisar os fatores que comprometem o desempenho de telhas de
fibrocimento;
3
- Determinar as dimensões físicas a partir da qual um granizo é capaz
de comprometer a estrutura de uma cobertura;
- Propor medidas que minimizem o impacto do granizo na cobertura de
edificações.
1.3 Metodologia
O estudo será baseado em revisão bibliográfica acerca da composição,
formação e ocorrência de granizo e de estudos prévios correlatos à análise
mecânica das telhas de fibrocimento.
Através dos dados coletados, serão determinadas matematicamente as
condicionantes para a ocorrência de ruptura das telhas de fibrocimento.
Por fim, serão propostas medidas que minimizem os impactos das
tempestades de granizo nas coberturas de edificações.
1.4 Estrutura do trabalho
Este trabalho está estruturado em três capítulos:
Capítulo 1: Introdução, justificativa e objetivos.
Capítulo 2: Revisão bibliográfica, resultados e comentários.
Capítulo 3: Conclusão.
4
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
2.1 Força e conservação de energia – aplicações para o granizo
2.1.1 Forças de arrasto e velocidade terminal
Segundo Halliday (1996), quando existe uma força relativa entre um
fluido e um corpo, este corpo é submetido a uma força de arrasto – que
chamaremos de D - que se opõe ao movimento relativo e aponta no sentido do
movimento do fluido em relação ao corpo.
Em uma tempestade de granizo, considera-se como fluido o ar
atmosférico, que gera a sua força de arrasto através dos gases que o formam e
das partículas suspensas.
Ainda conforme Halliday (1996), nesses casos, em que o fluido é o ar, o
corpo admite uma forma rombuda e o seu movimento relativo, devido a sua
velocidade, faz com que o movimento de fluido atrás do corpo adquira uma
característica turbulenta, fenômeno apresentado por Osborne Reynolds, em
1883.
Conforme os estudos de John William Strutt (1876), podde-se definir a
resistência do ar como
𝐷 =1
2. 𝐶. ρ. 𝐴. 𝑣2
Equação 1. Força de arrasto
Sendo D a força de arrasto, C o coeficiente de arrasto, ρ a massa
específica do ar, A a área de contato do corpo e v a velocidade deste corpo.
Halliday (1996) estabelece que, em se tratando de um corpo em queda
livre no ar, a força do arrasto se opõe ao movimento, ou seja, o módulo da força
de arrasto aponta para cima e aumenta proporcionalmente a medida que a
5
velocidade do corpo cresce. Aplicando-se então a segunda lei de Newton a um
eixo vertical, temos:
𝐷 − 𝐹𝑔 = 𝑚𝑎
Equação 2. Força de arrasto aplicada à segunda lei de Newton
Sendo Fg a força da gravidade, m a massa do corpo e a, a aceleração.
Se a força de arrasto se opõe ao deslocamento do corpo e aumenta
progressivamente com a velocidade deste, é de se esperar que exista uma
velocidade suficientemente grande na qual a força de arrasto terá módulo igual
ao da força da gravidade. Neste instante, o corpo cairá com velocidade
constante, ou seja, com aceleração zero. A essa velocidade trata-se velocidade
terminal. Logo, substituindo o valor de D na equação 2 e adotando a=0, tem-se
que
1
2. 𝐶. ρ. 𝐴. 𝑣2 − 𝐹𝑔 = 0
Equação 3. Força de arrasto aplicada à segunda lei de Newton
Reorganizando os valores da equação de forma a isolar v, chega-se à
conclusão de que a velocidade terminal é dada por
𝑉𝑡 = √2.𝐹𝑔
𝐶ρ𝐴
Equação 4. Velocidade terminal de um corpo em queda em meio a um fluido
2.1.2 A velocidade terminal para uma esfera de granizo
6
Admitindo-se que o granizo apresente uma forma esférica, pode-se
determinar sua velocidade terminal através do cálculo de sua massa para
diferentes diâmetros, aplicando-se a Equação 4.
Sabendo-se que a densidade do gelo é aproximadamente 9,18g/cm³,
multiplica-se esta constante pelo volume de esferas com diferentes diâmetros.
Os resultados estão esquematizados na tabela 1.
Propriedades físicas de uma esfera de granizo
densidade diâmetro massa Área de contato
0,000918 g/mm³
4 mm 0,030756 g 1,26E-05 m²
8 mm 0,246046 g 5,03E-05 m²
12 mm 0,830406 g 0,000113 m²
16 mm 1,968369 g 0,000201 m²
20 mm 3,844472 g 0,000314 m²
24 mm 6,643247 g 0,000452 m²
28 mm 10,54923 g 0,000616 m²
32 mm 15,74696 g 0,000804 m²
36 mm 22,42096 g 0,001018 m²
40 mm 30,75577 g 0,001257 m²
44 mm 40,93593 g 0,001521 m²
48 mm 53,14598 g 0,00181 m²
52 mm 67,57043 g 0,002124 m²
56 mm 84,39384 g 0,002463 m²
60 mm 103,8007 g 0,002827 m²
64 mm 125,9756 g 0,003217 m²
68 mm 151,1031 g 0,003632 m²
72 mm 179,3677 g 0,004072 m²
76 mm 210,9538 g 0,004536 m²
80 mm 246,0462 g 0,005027 m²
84 mm 284,8292 g 0,005542 m²
88 mm 327,4875 g 0,006082 m²
92 mm 374,2055 g 0,006648 m²
96 mm 425,1678 g 0,007238 m²
100 mm 480,559 g 0,007854 m²
Tabela 1. Propriedades físicas de uma esfera de granizo. Fonte: do autor
7
Aplicando-se então a Equação 4. aos resultados obtidos na Tabela 1.,
obtemos os resultados esquematizados na Tabela 2.
Diâmetro Ar (25ºC e 1atm)
Aceleração da gravidade Velocidade
terminal ρ C g
4 mm
1200 g/m³ 0,41
9,80665 m/s² 9,877594 m/s
8 mm 9,80665 m/s² 13,96903 m/s
12 mm 9,80665 m/s² 17,10849 m/s
16 mm 9,80665 m/s² 19,75519 m/s
20 mm 9,80665 m/s² 22,08697 m/s
24 mm 9,80665 m/s² 24,19507 m/s
28 mm 9,80665 m/s² 26,13366 m/s
32 mm 9,80665 m/s² 27,93806 m/s
36 mm 9,80665 m/s² 29,63278 m/s
40 mm 9,80665 m/s² 31,2357 m/s
44 mm 9,80665 m/s² 32,76027 m/s
48 mm 9,80665 m/s² 34,21699 m/s
52 mm 9,80665 m/s² 35,61417 m/s
56 mm 9,80665 m/s² 36,95857 m/s
60 mm 9,80665 m/s² 38,25576 m/s
64 mm 9,80665 m/s² 39,51038 m/s
68 mm 9,80665 m/s² 40,72636 m/s
72 mm 9,80665 m/s² 41,90708 m/s
76 mm 9,80665 m/s² 43,05543 m/s
80 mm 9,80665 m/s² 44,17394 m/s
84 mm 9,80665 m/s² 45,26482 m/s
88 mm 9,80665 m/s² 46,33002 m/s
92 mm 9,80665 m/s² 47,37128 m/s
96 mm 9,80665 m/s² 48,39013 m/s
100 mm 9,80665 m/s² 49,38797 m/s
Tabela 2. Velocidade terminal das esferas de granizo para diferentes diâmetros.
Fonte: do autor
8
2.1.3 Colisões e conservação de energia – aplicações para uma interface
granizo-telha
No Sistema Internacional de Unidades, Joule é tido como a unidade para
medir energia, dentre elas a mecânica. Joule é tido como
1𝐽 = 1𝐾𝑔.𝑚²
𝑠²
Equação 5. Decomposição de Joule (J) no Sistema Internacional de Unidades (SI)
Logo, pode-se afirmar que
1𝐽 = 1𝐾𝑔. (𝑚
𝑠)
2
Equação 6. Variação adequada para o estudo em questão da decomposição de Joule (J)
Considerando-se ainda que
1𝑁 = 1𝐾𝑔.𝑚
𝑠²,
Equação 7. Decomposição da unidade Newton (N)
Podem-se afirmar que
1𝑁. 𝑚 = 1𝐾𝑔 .𝑚
𝑠². 𝑚 = 1𝐽 = 1𝐾𝑔.
𝑚
𝑠²
Equação 8. Equivalência entre Newton (N) e Joule (J)
Logo, aplicando-se as devidas equivalências e considerando o diâmetro
do granizo como a medida correlativa entre Newton e Joule, tem-se o valor da
força de impacto para cada granizo organizados na tabela 3:
9
Diâmetro Energia Cinética Força de Impacto
4 mm 0,003001 J 0,00075 KN
8 mm 0,048012 J 0,006001 KN
12 mm 0,24306 J 0,020255 KN
16 mm 0,768191 J 0,048012 KN
20 mm 1,875465 J 0,093773 KN
24 mm 3,888965 J 0,16204 KN
28 mm 7,204787 J 0,257314 KN
32 mm 12,29105 J 0,384095 KN
36 mm 19,68788 J 0,546886 KN
40 mm 30,00744 J 0,750186 KN
44 mm 43,9339 J 0,998498 KN
48 mm 62,22344 J 1,296322 KN
52 mm 85,70426 J 1,648159 KN
56 mm 115,2766 J 2,058511 KN
60 mm 151,9127 J 2,531878 KN
64 mm 196,6568 J 3,072762 KN
68 mm 250,6252 J 3,685664 KN
72 mm 315,0061 J 4,375085 KN
76 mm 391,06 J 5,145526 KN
80 mm 480,1191 J 6,001489 KN
84 mm 583,5878 J 6,947473 KN
88 mm 702,9424 J 7,987982 KN
92 mm 839,7313 J 9,127514 KN
96 mm 995,575 J 10,37057 KN
100 mm 1172,166 J 11,72166 KN
Tabela 3. Força de Impacto das esferas de granizo para diferentes diâmetros. Fonte: do autor.
10
Figura 1. Gráfico do crescimento exponencial da força de impacto das esferas de granizo
conforme seus diferentes diâmetros. Fonte: do autor.
2.1.4 Considerações sobre os resultados
Conforme Halliday (1991), uma colisão elástica é uma colisão entre dois
ou mais corpos que não sofrem deformações permanentes durante o impacto,
ou seja, são conservados o momento linear e a energia cinética do sistema.
Matematicamente, tal valor é estabelecido pelo Coeficiente de Restituição, que
tem como conceito um valor fracionário, de valores entre zero e um, que
representa a relação entre as velocidades do corpo antes e depois do impacto.
Um objeto com Coeficiente de Restituição iaugal a um colide elasticamente,
enquanto uma colisão inelástica é caracterizada por um Coeficiente de
Restituição de valor igual a zero.
Foi verificado experimentalmente que, na natureza, não existem colisões
perfeitamente elásticas ou perfeitamente inelásticas. Desta forma, todo e
qualquer choque entre corpos terá como Coeficiente de Restituição um valor
intermediário. Entretanto tal valor só pode ser verificado experimentalmente
através de uma análise minuciosa caso a caso. A fim de tornar o presente
0
1
2
3
4
5
6
4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 60 64 68 72 76 80 84 88 92 96 100
Forç
a d
e Im
pac
to (
KN
)
Diâmetro do granizo (mm)
11
trabalho compacto e simplificar os cálculos, admite-se que o granizo não sofre
deformações, perfurando perfeitamente a telha de fibrocimento. Neste processo,
não há perda de massa ou de energia pela esfera de gelo. Apesar de este ser
um modelo inacurado fisicamente, são vistos na mídia casos semelhantes, em
que telhados ficam bastante danificados após uma tempestade de granizo.
Conforme a NBR 15575-5/2013, as estruturas principal e secundária de
um telhado devem suportar a ação de uma carga concentrada vertical de, no
mínimo, 1 KN, aplicada na seção mais desfavorável, impondo ainda níveis de
serviço em que devem contemplar as exigências técnicas em função da
deformação da telha como um todo.
2.2 O granizo como desastre natural – causas e consequências no Brasil
2.2.1 Desastres naturais
Segundo o Anuário de desastres naturais de 2013, desastre é o
resultado de eventos adversos, naturais ou provocados pelo homem, sobre um
cenário vulnerável, causando grave perturbação ao funcionamento de uma
comunidade ou sociedade, envolvendo extensivas perdas e danos humanos,
materiais econômicos ou ambientais.
Tendo tal conceito como base, pode-se afirmar então que os fenômenos
climáticos que venham a causar desordem ou perturbações em uma localidade
devem ser analisados como um desastre natural. Por conseguinte, o estudo e a
compreensão de tais eventos são capazes de permitir a previsão de tais
acontecimentos e a mitigação de seus efeitos.
12
2.2.2 O granizo como desastre natural no Brasil
De acordo com o Manual de Desastres Naturais de 2003, o granizo pode
ser compreendido como a precipitação sólida de grânulos de gelo, transparentes
ou translúcidos, de forma esférica ou irregular, raramente cônica, de diâmetro
igual ou superior a 5mm, embora usualmente compreendida entre 5 e 15mm. A
mesma fonte considera ainda que unidades maiores que 20 mm são
consideradas grandes o suficiente para causarem danos materiais.
Figura 2: Tempestade de granizo em Curitibanos (PR). Fonte: Polícia Militar de
Curitibanos
Analisando-se a climatologia brasileira no que tange ao regime
pluviométrico local, o período de dezembro a março é o mais crítico, pois o
aumento das temperaturas sobre o continente gera maior possibilidade de
chuvas fortes, rajadas de vento e granizo (Anuário de Desastres Naturais de
2013).
Através das figuras 3 e 4, percebe-se que a maioria da ocorrência de
tempestades de granizo situa-se nas regiões austrais do Brasil, sendo que a
grande maioria destes eventos situam-se na região sul.
13
Figura 3: Gráfico da distrubuição macrorregional dos desastres vinculados à
ocorrência de granizo no Brasil em 2012. Fonte: Anuário de Desastres Naturais (2013)
Figura 4: Índice de ocorrência de granizo no Brasil em 2012. Fonte: Anuário de
Desastres Naturais (2013)
As estatísticas mostram que 47,5% do total de registros de granizo no
Brasil ocorrem no bimestre setembro e outubro (Anuário de Desastres Naturais
14
de 2013). De acordo com o Anuário de Desastres naturais de 2011, em 2010
80,7% dos eventos de granizo no Brasil ocorreram entre agosto e dezembro.
Isso pode ser explicado pela ocorrência frequente de sistemas frontais
que avançam sobre a região Sul do país nesta época. Tais sistemas, segundo o
Anuário de Desastres Naturais de 2013, são possíveis deflagradores de
sistemas de tempo severo que podem ocasionar temporais e queda de granizo.
Em 2012, foram 13 sistemas frontais nos meses citados.
É também importante analisar dados estatísticos referentes aos danos à
população. A Figura 5 mostra que, em 2012, houve mais de 100 mil pessoas
afetadas por eventos de granizo no Brasil. Interessante notar também que,
apesar da maioria dos eventos de granizo ocorrer na região Sul, a diferença de
afetados entre as regiões é significativamente menor, e o número de desalojados
maior na região sudeste. Tal fenômeno pode ser explicado pela grande
concentração populacional no sudeste, onde os eventos de granizo, apesar de
menos frequentes e intensos quando comparados à região sul, atingem um
número maior de pessoas. Tal conclusão evidencia a relevância dos estudos
climatológicos e de tecnologia dos materiais a fim de diminuir a sinistralidade de
eventos como o granizo.
15
Figura 5: Distribuição espacial dos danos humanos relacionados à ocorrência de
granizo em 2012. Fonte: Anuário de Desastres Naturais (2013)
2.3 O fibrocimento como material de cobertura
2.3.1. Fibrocimento – descoberta e aspectos construtivos
A produção de fibrocimento foi descoberto por Ludwig Hatschek ainda
no século XIX; de forma análoga à produção de papel. Com o desenvolvimento
da tecnologia e de aperfeiçoamentos visando um melhor desempenho, o
fibrocimento foi ganhando destaque e mercado. (Tonoli, 2009).
Conforme Tonoli, 2009, o processo se trata da produção de placas de
fibrocimento através da superposição de finas lâminas formadas por uma
suspensão de cimento, fibras, aditivos minerais e água. As lâminas de
fibrocimento obtidas pela retenção dos sólidos durante a filtragem são
acumuladas em uma prensa cilíndrica e tomam então a espessura desejada.
Dias, Savastano Junior e John (2010) enumeraram o processo de
produção Hatschek demonstrado na figura 6. O primeiro passo consiste na
16
preparação da suspensão, consistindo na mistura devidamente balanceada dos
materiais sólidos com água, com sólidos correspondendo entre 10 e 15% da
massa total (estágio 1). Em seguida, fibras celulósicas, calcário, aditivos e água
são adicionados nos estágios 2 a 5 a fim de se obter uma mistura sem amianto.
Em seguida, no estágio 6, a suspensão é transportada para os tanques com
cilindros rotativos, que já se encontram no estágio 7, onde são retidos materiais
sólidos. Em seguida, uma esteira de feltro remove o material do cilindro, no
estágio 8, formando então uma lâmina fresca de fibrocimento. No estágio 9,
vácuo é aplicado a fim de se remover a água da lâmina, para então ser
transferida para a prensa cilíndrica no estágio 10, onde a sobreposição das
lâminas é realizada. Por fim, no estágio 11, a placa é cortada, moldada e
submetida à cura para obtenção do produto final.
Figura 6: Representação esquemática do processo Hatschek. Fonte: Tonoli (2009).
Tonoli (2009) acrescenta ainda que cerca de 85% do produtos de
fibrocimento produzidos no mundo são obtidos através do processo Hatschek.
Entretanto, a composição do fibrocimento vem sofrendo aperfeiçoamentos pela
incorporação de novos aditivos químicos e minerais.
17
2.3.2. O uso do fibrocimento como material de construção e os impactos na
sociedade
Conforme Tonoli (2009), os produtos derivados do fibrocimento vem
sendo amplamente utilizados no mundo devido, principalmente, a sua
versatilidade na fabricação dos materiais de construção, como exemplo de
placas divisórias, telhados e reservatórios.
O autor acima cita ainda que o mercado brasileiro de fibrocimento
movimenta R$2 bilhões anuais, tendo como capacidade produtiva anual 2,5
milhões de toneladas de produtos derivados do fibrocimento.
Tal sucesso é defendido por Tonoli (2009) devido ao fato de que o
emprego de compósitos de fibrocimento pode representar uma significativa
redução no déficit habitacional e de infraestrutura de países em
desenvolvimento. na América do Norte, por exemplo, o fibrocimento
representava cerca de 10% do mercado de placas divisórias em habitações
ainda no final da década de 1990.
Outro fator que contribui para a popularidade do fibrocimento é o fato de
que as fibras celulósicas são disponíveis na maioria dos países em
desenvolvimento, pois tem como matéria prima árvores madeireiras. Como
vantagem, as fibras celulósicas apresentam baixa densidade, são renováveis,
biodegradáveis e possuem custo reduzido, além de serem extremamente
versáteis em termos de forma. (Tonoli, 2009)
2.3.3. O fibrocimento e os efeitos do envelhecimento
Conforme Dias (2007), as telhas onduladas de fibrocimento sofrem
deterioração frente a agentes químicos semelhante a outros produtos fabricados
com materiais à base de cimento Portland, como o concreto e a argamassa.
Além de tais fatores, são conhecidos também danos causados por tensão
mecânica devido ao empilhamento, transporte, instalação e uso, além de
exposição ao vento, umidade, variações térmicas e fatores climáticos variados.
18
A matriz cimentícia das telhas de fibrocimento sofre também os efeitos
da lixiviação, sendo comprovado que tal mecanismo de deterioração pode gerar
um enfraquecimento do material. Através da percolação ou do fluxo de água,
materiais como portlandita, etringita, gipso e C-S-H podem ser removidos da
matriz. (Dias, 2007).
Conforme Dias (2007), o efeito da lixiviação da chuva pode ser
desconsiderado no que tange ao desempenho mecânico das telhas de
fibrocimento. Quando da ocorrência de chuva ácida, entretanto, a deterioração
pode ser ainda mais intensa do que a lixiviação.
Conforme os estudos de Fornaro (2006), apesar de pouco se saber das
dimensões exatas da chuva ácida no Brasil, foram verificadas ocorrências de
chuva ácida em várias regiões metropolitanas brasileiras. O autor cita como
exemplos cidades do sul e sudeste brasileiros, como São Paulo (SP), Figueira
(PR) e Candiota (RS). Tais cidades encontram-se nas regiões compreendidas
por granizo, mostradas na Figura 3.
Dias (2007) relata que a deterioração por sulfato é bastante conhecida
em materiais com base de cimento. A deterioração tem início na superfície,
progredindo internamente para o núcleo do material, criando uma camada
deteriorada.
As seguintes equações simplificadas foram usadas por Zivica e Bajzab
apud Dias (2007) para explicar o ataque ácido aos materiais com base de
cimento:
𝐻2𝑆𝑂4 + 𝐶𝑎(𝑂𝐻)2 → 𝐶𝑎𝑆𝑂4 . 2𝐻2𝑂 + 3𝐶𝑎𝑆𝑂4 + 3𝐶𝑎𝑂 . 𝐴𝑙2𝑂3 . 6𝐻2𝑂 + 25𝐻2𝑂
→ 3𝐶𝑎𝑂 . 𝐴𝑙2𝑂3 . 3𝐶𝑎𝑆𝑂4 . (31 − 32)𝐻2𝑂
Equação 5. Processo de deterioração ácida em materiais com base de cimento
O prosseguimento da deterioração é através da carbonatação da
etringita, que forma gipso, carbonato de cálcio e hidróxido de alumínio, liberando
água, conforme a reação seguinte (Dias, 2007):
19
𝐶3𝐴 . 3𝐶𝑎𝑆𝑂4 . 32𝐻2𝑂 + 3𝐶𝑂2
→ 3𝐶𝑎𝐶𝑂3 + 3𝐶𝑎𝑆𝑂4 . 2𝐻2𝑂 + 𝐴𝑙2𝑂3 . 𝑥𝐻2𝑂 + (26 − 𝑥)𝐻2𝑂
Equação 6. Processo de carbonatação da etringita
Dias (2007) analisou amostras de telhas onduladas de fibrocimento
expostas às intempéries das cidades de São Paulo (SP) por 37 anos e de
Criciúma (SC) por 30 anos. Os resultados obtidos revelaram que, apesar de
significativa carbonatação, o desempenho mecânico das amostras de São Paulo
foram semelhantes aos de placas novas disponíveis no mercado. A amostra de
Criciúma, entretanto, mostrou sinais de deterioração por ataques de sulfato,
carbonatação e lixiviação.
Foi possível concluir, através dos estudos do autor citado, que a
lixiviação de superfície pode ter um impacto mecânico significativo nas telhas
finas de fibrocimento, limitando a vida útil do material. O autor recomenda que a
interpretação dos resultados dos testes de envelhecimento deve considerar as
condições climáticas e ambientais do local onde o produto será utilizado.
20
3 CONCLUSÃO
A bibliografia consultada evidencia que o fibrocimento possui papel
tecnológico e social importante no aprimoramento da infraestrutura urbana,
principalmente em países em desenvolvimento. O seu baixo custo, associado
com a versatilidade e matéria-prima abundante foram determinantes no sucesso
do processo Hatschek e da difusão do fibrocimento como material de construção
ao redor do globo.
Ao associarem-se as características comuns das coberturas das
residências brasileiras com os dados ressaltados pelas Figuras 3, 4 e 5, fica
evidente a necessidade de uma atenção maior no que tange ao
dimensionamento das estruturas de cobertura e do revestimento das moradias
das regiões austrais brasileiras. Muitas vezes uma mesma norma ou padrão de
qualidade não pode ser aplicado em uma região heterogênea no que tange às
variáveis consideradas para a elaboração de tais documentos, e as estatísticas
provam que tal situação se aplica às regras aplicadas nos materiais de cobertura
residenciais.
Os dados climatológicos brasileiras esclarecem que as regiões
meridionais do Brasil são atingidas frequentemente por tempestades de granizo,
de forma que as telhas de fibrocimento aqui utilizadas não possuem
propriedades mecânicas adequadas para resistirem a impactos de granizo com
diâmetros superiores a 45mm. A norma NBR 15575-5/2013 estabelece que as
coberturas devem suportar uma carga concentrada de 1KN aplicada na sua
seção mais desfavorável. Entretanto, os resultados obtidos por este estudo
mostram que tal valor é superado pelo impacto de um granizo com dimensões
maiores que 45mm, tempestades essas que possuem recorrência considerável
na região sul do Brasil. Se considerarmos ainda os efeitos do envelhecimento
através de exposição solar, chuva ácida e maresia, os efeitos podem ser ainda
mais negativos.
Desta forma, uma revisão na norma e na tecnologia construtiva dos
telhados de fibrocimento brasileiros faz-se necessária. Um pequeno incremento
21
de cimento na composição da mistura ou a revisão da espessura das placas dos
telhados poderia amenizar o problema.
22
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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