UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ PROGRAMA...

UNIVERSIDADE FEDERAL DO PAR

INSTITUTO DE TECNOLOGIA PROGRAMA DE PS-GRADUAO EM ENGENHARIA MECNICA

MARIA DAS NEVES PONTES BARATA PERES COMPSITO DE ARGAMASSA DE CIMENTO REFORADA POR FIBRA DE SISAL COM ENTALHE DEFINIDOS: CARACTERIZAO MECNICA E MECANISMO DE FALHA

Belm 2010

MARIA DAS NEVES PONTES BARATA PERES

COMPSITO DE ARGAMASSA DE CIMENTO REFORADA POR FIBRA DE SISAL COM ENTALHE DEFINIDOS: CARACTERIZAO MECNICA E MECANISMO DE FALHA

Dissertao apresentada para obteno do grau de Mestre em Engenharia Mecnica, Instituto de Tecnologia, Universidade Federal do Par. rea de Materiais e Processos de Fabricao. Orientador: Prof. Dr. Roberto Tetsuo Fujiyama

Belm 2010

Dados Internacionais de catalogao na publicao (CIP), Biblioteca do Mestrado em Engenharia Mecnica/ UFPA, Belm, PA. P434c Peres, Maria das Neves Pontes Barata

Compsito de argamassa de cimento reforada por fibra de sisal com entalhe definidos: caracterizao mecnica e mecanismo de falha/ Maria das Neves Pontes Barata Peres; Orientador: Prof. Dr. Roberto Tetsuo Fujiyama. Belm, 2011.

Dissertao (mestrado)-Universidade Federal do Par. Instituto de

Tecnologia. Programa de Ps-Graduao Strictu Sensu em Engenharia Mecnica, 2011.

1. Argamassa. 2. Compsito. 3. Sisal. I. Fujiyama, Roberto Tetsuo,

orientador. II. Ttulo.

CDD 19.ed. 669.94

MARIA DAS NEVES PONTES BARATA PERES

COMPSITO DE ARGAMASSA DE CIMENTO REFORADA POR FIBRA DE SISAL COM ENTALHE DEFINIDOS: CARACTERIZAO MECNICA E

MECANISMO DE FALHA

Dissertao apresentada para obteno do grau de Mestre em Engenharia Mecnica, Instituto de Tecnologia, Universidade Federal do Par. rea de Materiais e Processos de Fabricao. Orientador: Prof. Dr. Roberto Tetsuo Fujiyama

Data de aprovao: Banca examinadora: _______________________________________________ Orientador Prof. Dr. Roberto Tetsuo Fujiyama Universidade Federal do Par/PPGEM _______________________________________________Membro Externo Prof. Dr. Enrique Mariano Castrodeza Universidade Federal do Rio de Janeiro/COPPE _______________________________________________- Membro Interno Prof. Dr. Jos Maria do Vale Quaresma Universidade Federal do Par/PPGEM

Aos meus pais Maria Jos Pontes Barata e Mrio Luiz

Barata (in memorian) que merecem o meu respeito pelo

exemplo que me deram e a quem devo toda minha

educao e apoio na vida acadmica.

Aos meus amados filhos Natlia e Danilo, eterna fonte de

inspirao e aprendizado e ao pai deles Orlando Peres.

Aos meus irmos Bete, Eliana e Mrio

Aos meus sobrinhos

Ao sentimento que me impusionou para a realizao deste

projeto

E a todos que direta ou indiretamente me incentivaram

nesta caminhada.

AGRADECIMENTOS A Deus e Nossa Senhora , presena certa em todos os momentos;

Ao Prof. Dr. Roberto Tetsuo Fujiyama pela orientao, ateno, amizade,

direcionamento do trabalho e sobretudo pela confiana e credibilidade em mim

depositada;

Aos professores do Programa de Mestrado de engenharia Mecnica da UFPA: Prof.

Dr. Luciano Seabra, Prof. Dr. Roberto Fujiyama, Prof. Dr. Claudio Siqueira, Prof. Dr.

Fernando S e Prof. Dr. Carmem Gilda pelo saber transmitido;

Ao Prof. Dr Cludio Nery Lamaro do Centro de Geocincias e Prof. Dr. Hilton Tlio

do Museu Goeldi pelas anlises no Microscpio Eletrnico de Varredura ;

Aos meus colegas da Ps- Graduao, Ruth Carneiro, Rachel Margalho, Rosa

Laura, Junilce Lobato, Epifnio, pelo convvio e amizade e em especial ao Sandoval

Ferreira Martins Neto e Paulo Srgio Lopes Pinto companheiros de pesquisa dos

sbados, domingos e feriados interminveis confeccionando corpos de prova no

laboratrio;

Ao Michel Carvalho e Izael Pinho pela colaborao nos ensaios mecnicos;

Universidade Federal do Par, por proporcionar a busca do conhecimento;

Ao Orlando Peres e nossos filhos Natlia e Danilo, pelo apoio, e compreenso nas

horas em que me ausentei de seus convvios;

A minha me amada Maria Jos, pelas oraes, pela fora que me deu para realizar

meus projetos acolhendo meus sonhos, meu porto seguro incondicional;

A Mario Luiz Barata (in memorian) pela contribuio na minha formao pessoal e

profissional, que partiu, mas estar para sempre em meu corao;

Aos meus irmos Elisabete, Eliana pelo carinho e sustentao em todos os

momentos e Mrio pelo carinho, insistncia, persistncia e incentivo para

concretizao deste projeto;

Aos meus irmos de corao Srgio, Antonina, Raimunda, Domingos, Rosangela

Lameira, Joana e Francisco, minha tia Edith, amiga Le Pinheiro pelas preces e

torcida;

Ao Instintuto Federal do Par, e ao Magnfico Reitor do IFPa Prof. Edson Ari de

Oliveira Fontes pelo apoio tcnico e administrativo;

Prof MSc. Sabina da Memria, minha amiga e parceira de ideais pelo incentivo,

apoio generoso, inestimvel e incondicional nos momentos mais difceis;

Ao Prof. MSc. Jean da Silva Rodrigues pelo generoso auxlio na conduo final do

trabalho;

amiga Prof MSc. Vera Lcia Dias da Silva pela ajuda e colaborao ;

Aos meus amigos e colegas de trabalho do IFPA-PA, Professores da Coordenao

de Design Prof Rosngela Gouvea, Prof. MSc. Luiz Samico, Prof. Edilberto Lima,

Prof. Adolfo Maia, Prof. Jorge Berredo, Prof. Guilherme Alves e Prof. Pedro Ivanildo

(in memorian) pelo apoio e incentivo;

Professores da Coordenao de Construo Civil

Prof. MSc. Wandemir Mata dos Santos Filho, Prof. Sergo Ferreira, Prof. MSc.

Raimundo Expedito Vasconcelos, Prof. MSc. Jos Zacarias da Silva Jnior, pela

valiosa colaborao na realizao deste trabalho;

Professores da Coordenao de Metalurgia

Prof. Dr. Otvio Rocha, Prof. Dr. Joo Lobo Peralta, Prof. Dr. Oscar Jesus Choque

Fernandez, Prof Dr Celina Leal Mendes, Prof. MSc. Jos Nazareno Santos da

Silva, Prof. MSc. Daniel Joaquim da Conceio Moutinho, pelo apoio tecnolgico.

Professor da Coordenao de Informtica;

Prof. MSc. Ricardo Cabea de Sousa pelo apoio nos recursos da informtica;

A Marcela Soares Santos e MSc. Joo Bosco Andrade Lobo pelo apoio providencial;

Aos profissionais de sade, Dr Socorro Mouta, Dr Isaura Campos, Dr Denise Eir,

Dr Patrcia Porpino, Dr. Gilberto Erichsen, Dr.Carlos Alberto Galvo (in memorian),

Dr Snia Yara e Dr. Joaquim Joo pela pacincia e generosidade de tratar minhas

dores ;

Ao Herlander Noronha, Ktia Carreira, Lindanor Fonseca, D. Vanda, Charles

Moreira, Valrio Silveira, S. Euzebio Almeida pelo apoio tcnico.

A todos os meus alunos que me impulsionaram na busca de novos conhecimentos;

Aos meus familiares e amigos, pela torcida.

Meus sinceros agradecimentos a todos que pessoalmente ou em pensamento,

estiveram ao meu lado nesta jornada, contribuindo para a concretizao deste

trabalho e realizao de um sonho.

Muito Obrigada!

Aprender descobrir aquilo que voc j sabe. Fazer demonstrar que voc o sabe.

Ensinar lembrar aos outros que eles sabem tanto quanto voc.

Richard Bach

RESUMO Neste trabalho, foi desenvolvido um novo material compsito utilizando-se como

matriz a argamassa de cimento reforado com fibra de sisal a 1% em peso, que

foram cortadas manualmente nos comprimentos de 15 mm e 25 mm utilizadas sem

tratamento superficial utilizando-se o menor nvel possvel de processamento

tecnolgico nas etapas de fabricao. A pesquisa foi direcionada para estudar os

mecanismos de falha desse novo material. Os compsitos foram produzidos com

moldagem manual utilizando-se vibrador de imerso para melhor adensamento.

Foram confeccionados corpos de prova da matriz pura e do compsito com fibra de

sisal, com entalhes pr definidos, de 1,7 mm, 3,0 mm e 5,0 mm. As propriedades

mecnicas foram avaliadas por ensaio de flexo em trs pontos e correlacionadas

com o aspecto fractogrfico realizados no Microscpio Eletrnico de Varredura. Os

resultados mostraram que a presena das fibras de sisal, inseridas na pasta de

cimento, provocou restrio retrao plstica da mistura fresca, possivelmente pela

elevada capacidade de absoro de gua do reforo fibroso, um incremento na

resistncia mecnica e aumento da tenacidade do compsito em relao a matriz

entre as sries de entalhes, diminuindo a tendncia de fratura brusca.

Palavra- chave: Compsito. Sisal. Argamassa de Cimento. Ensaio de Flexo. Caracterizao.

ABSTRACT In this work, we developed a new composite material using as a matrix of cement

mortar reinforced with sisal fibers to 1% by weight, which were manually cut into

lengths of 15 mm and 25 mm used without surface treatment using the

lowest possible level of technological processes in manufacturing steps. The

research was conducted to study the mechanisms of failure of this new material. The

composites were produced with manual molding using immersion vibrator for better

densification. Specimens were fabricated of the pure base and with the composites

with sisal fiber, with pre-defined slots of 1.7 mm, 3,0 mm and 5,0 mm. The

mechanical properties were evaluated by a bending test at three points and

correlated with the fractographic appearance made in the Scanning Electron

Microscope. The results showed that the presence of sisal fibers, embedded in

cement paste,plastic shrinkage caused restriction of fresh mixture, possibly due to

high water absorption capacity of fibrous reinforcement, an increase in mechanical

strength and increased toughness of the composite over the base between the series

of notches, decreasing the tendency to sudden fracture.

Keywords: Composite. Sisal. Mortar Cement. Bending Testing. Characterization.

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 Classificao das Fibras ........................................................ 26

Figura 2 Esquema da estrutura da fibra de celulose e de uma

macrofibra(GRAM,1988; COUTTS,1992)...............................

28

Figura 3 Agave sisalana(Sisal) .......................................................... 31

Figura 4 Esquema de um corpo de prova para ensaio de fratura....... 41

Figura 5 Mecanismos de falhas em materiais compsitos (Anderson,

1995) ......................................................................................

43

Figura 6 Esquema de carregamento esttico....................................... 44

Figura 7 (a,b) Diagrama carga- flexo para dois tipos de materiais.............. 45

Figura 8 Curva carga deflexo esquemtico para compsitos

com fibras de baixo mdulo....................................................

47

Figura 9 Fibra de sisal in natura........................................................... 49

Figura 10(a,b) Fibra de sisal com 15,0 mm e Fibra de sisal com 25 mm....... 49

Figura 11 Cimento CPII-Z 32 51

Figura 12

(a, b)

Areia Normal Brasileira, areia embalada e Aspecto visual da

Areia Normal Brasileira...........................................................

52

Figura 13 A fibra no suporte de papel preparada para o ensaio de

trao......................................................................................

53

Figura 14 Fibra sendo tracionada........................................................... 53

Figura 15

(a,b,c)

Esquema dos entalhes.......................................................... 55

Figura 16 Molde do corpo de prova em madeira................................... 55

Figura 17 Ambiente predial.................................................................... 57

Figura 18 Vibrador de Imerso............................................................... 58

Figura 19 Corpo de prova durante a vibrao....................................... 58

Figura 20 Obteno dos corpos de prova matriz pura e compsito....... 60

Figura 21 Aplicao do desmoldante no molde ..................................... 61

Figura 22 A fibra sendo adicionada a mistura da argamassa de

cimento ...................................................................................

62

Figura 23 Cmara mida......................................................................... 62

Figura 24 Corpos de prova imersos na gua.......................................... 63

Figura 25 Regularizao das faces das amostras............................... 63

Figura 26 Mquina de ensaio universal............................................... 64

Figura 27

(a,b)

Imagem do MEV e Imagem das amostras analisadas ....... 64

Figura 28 Diagrama tpico tenso x deformao do Ensaio de

Trao da fibra de sisal........................................................

66

Figura 29 Seo longitudinal da fibra de sisal sem tratamento ......... 66

Figura 30 Balana e Picnmetro.......................................................... 67

Figura 31 Anlise no Raio X da amostra de argamassa,

mostrando as fases encontradas na argamassa.................

68

Figura 32 Matriz com trinca na regio mediana.................................. 69

Figura 33(a,

b, c)

Corpos de prova de matriz e compsito com entalhes de

1,7 mm,3,0 mm e 5,0 mm....................................................

70

Figura 34 Corpo de prova com entalhe de 3,0 mm no ensaio de

Flexo em Trs Pontos.......................................................

71

Figura 35 Diagrama carga x deslocamento do corpo de prova da

matriz pura...........................................................................

72

Figura 36 Matriz pura aps o ensaio de Flexo em Trs Pontos....... 72

Figura 37 Micrografia eletrnica de varredura da matriz pura............. 73

Figura 38 Curva da matriz pura com 3 mm de entalhe....................... 74

Figura 39 Imagem do corpo de prova da matriz pura aps ensaio de

flexo em trs pontos ..........................................................

74

Figura 40 Micro estrutura da matriz pura com entalhe de 3,0 mm

mostrando porosidade e defeitos.........................................

75

Figura 41 Diagrama carga x deslocamento da matriz pura com

entalhe 5,0 mm....................................................................

76

Figura 42 Matriz pura com entalhe de 5,0 mm aps a fratura ........... 76

Figura 43 Micro estrutura da matriz pura com entalhe de 5,0 mm

mostrando porosidade e fissuras.........................................

77

Figura 44 Diagrama comparativo da matriz pura e entalhes de

1,7mm, 3,0 mm e 5,0 mm....................................................

77

Figura 45 Diagrama carga x deslocamento do compsito com

entalhe de 1,7 mm e comprimento de fibra 15,0 mm..........

79

Figura 46 Compsito de 1,7 mm com comprimento de fibra 15,0 mm

aps o ensaio de Flexo em Trs Pontos...........................

79

Figura 47 Compsito de entalhe 1,7 mm e dimenso da fibra 15,0

mm mostrando as bolhas de conformao..........................

80

Figura 48 Diagrama carga x deslocamento do compsito com

entalhe de 3,0 mm e comprimento de fibra 15,0 mm..........

81

Figura 49 Compsito de cimento e sisal com entalhe de 3,0 mm e

comprimento da fibra 15,0 mm............................................

81

Figura 50 Imagem do compsito da argamassa de cimento e sisal

no MEV, mostrando fibra arrancadas e pull out...................

82

Figura 51 Diagrama curva carga x deslocamento do compsito

com entalhe 5 mm e comprimento de fibra 15 mm.............

82

Figura 52 Compsito com comprimento da fibra 15,0 mm e entalhe

de 5,0 mm aps o ensaio de Flexo em Trs Pontos.......

82

Figura 53

(a, b)

MEV do compsito onde observa-se a indicao de

pull-out e microfissuras prximo a fibra..............................

83

Figura 54 Microfissuras....................................................................... 84

Figura 55 Diagrama comparativo do compsito com comprimento da

fibra de 15,0 mm e entalhes de 1,7 mm, 3,0 mm e 5,0 mm

85

Figura 56 O diagrama carga x deslocamento do compsito com

entalhe 1,7 mm e comprimento da fibra 25,0 mm...............

86

Figura 57 Compsito de argamassa de cimento com reforo de sisal

de 25,0 mm de comprimento e entalhe de 1,7 mm.............

86

Figura 58 Compsito comprimento da fibra 25,0 mm e entalhe 1,7

mm ......................................................................................

87

Figura 59 A imagem mostra fissuras prximo fibra que podem

interferir na resistncia do material .....................................

87

Figura 60 O diagrama carga x deslocamento do compsito com

comprimento da fibra 25,0 mm e entalhe 3,0 mm ..............

88

Figura 61 Compsito com 25,0mm de comprimento da fibra e

entalhe de 3,0 mm ..............................................................

89

Figura 62 Fractografia do compsito de cimento e sisal com

comprimento da fibra 25,0 mm e entalhe 3 mm..................

89

Figura 63 Compsito mostrando o descolamento da fibra ................. 90

Figura 64 Diagrama carga x deslocamento do compsito 25,0 mm

de comprimento da fibra e entalhe de 5 mm......................

90

Figura 65 Compsito de argamassa de cimento com reforo de

sisal de 25,0 mm de comprimento da fibra e entalhe de

5,0 mm................................................................................

91

Figura 66 Fractografia mostrando a fibra partida, descolada e

micro-fissuras.....................................................................

91

Figura 67 Diagrama comparativo do compsito com comprimento

da fibra de 25,0 mm e entalhes de 1,7mm, 3mm e 5,0

mm......................................................................................

92

Figura 68 Diagrama comparativo matriz/compsito entalhe 1,7 mm 93

Figura 69 Diagrama comparativo matriz/compsito entalhe 3,0 mm 94

Figura 70 Diagrama comparativo matriz- compsito entalhe 5,0 mm 95

Figura 71 Resultado dos ensaios de tenso flexo da matriz pura

com entalhe de 1,7 mm, 3,0 mm e 5,0 mm........................

97

Figura 72 Resultado dos ensaios de tenso flexo do compsito

com comprimento de fibra de 15,0 mm e entalhe de 1,7

mm, 3,0 mm e 5,0 mm de espessura.................................

99

Figura 73 Resultado dos ensaios de tenso flexo do compsito

com comprimento de fibra de 25,0 mm e entalhe de 1,7

mm, 3,0 mm e 5,0 mm de espessura.................................

100

Figura 74 Resultado dos ensaios de tenso flexo com entalhe

de 1,7 mm,3,0 mm e 5,0 mm de matriz pura, compsitos

com comprimento de fibras de 15,0 mm e 25,0 mm..........

103

LISTA DE TABELAS

Tabela1 Vantagens e desvantagens da fibra vegetal em relao a

sinttica........................................................................................

27

Tabela 2 Propriedades mecnicas e fsicas da fibra de sisal..................... 32

Tabela 3 Tipos de cimento fabricados no Brasil ABCP .......................... 33

Tabela 4 Caracterizao do cimento fornecido pelo fabricante................. 50

Tabela 5 Relao cimento e areia.............................................................. 56

Tabela 6 Identificao e pesagem dos constituintes da argamassa com

os trs tipos de entalhe...............................................................

57

Tabela 7 Caracterizao das fibras de sisal no tratadas.......................... 65

Tabela 8 Resultados do ensaio de flexo da matriz pura com os trs

tipos de entalhe...........................................................................

97

Tabela 9 Resultados do ensaio de flexo com os trs tipos de entalhe

do compsito de argamassa de cimento com fibra de sisal de

15,0 mm de comprimento ...........................................................

98

Tabela 10 Resultados do ensaio de flexo com os trs tipos de entalhe

do compsito de argamassa de cimento com fibra de sisal de

25,0 mm de comprimento............................................................

99

Tabela 11 Resultados do ensaio de flexo da matriz pura e compsito de

argamassa de cimento com fibra de sisal com entalhe de 1,7

mm...............................................................................................

101



mm...............................................................................................

101



mm...............................................................................................

102


argamassa de cimento e sisal com comprimento de fibra de

15,0 mm e 25,0 mm sem entalhe................................................

105

Tabela 15 Comparao dos resultados do ensaio Flexo em Trs

Pontos da matriz pura sem entalhe com a matriz com entalhe

de 1,7 mm, 3,0 mm e 5,0 mm....................................................

105

Tabela 16 Resultados comparativos do ensaio Flexo em Trs Pontos

do compsito de argamassa de cimento e fibra de sisal com

comprimento de 15,0 mm..........................................................

105

Tabela 17 Resultados comparativos do ensaio Flexo em Trs Pontos

do compsito de argamassa de cimento e fibra de sisal com

comprimento de 25,0 mm..........................................................

106

Tabela 18 Resultados da tenacidade fratura com entalhes de 1,7 mm,

3,0 mm e 5,0 mm da matriz pura e compsito s com

comprimento de fibra 15,0 mm e 25,0 mm................................

107

NOMENCLATURAS

IFPA Instituto Federal de Educao, Cincia e Tecnologia

IPT Instituto de Pesquisas Tecnolgicas

INMET Instituto Nacional de Metereologia

ITACIMPASA Itaituba Industria de Cimento do Par

MP Matriz Pura

CP Corpo de Prova

DP Desvio Padro

ASTM American Society for Testing and Material

ABCP Associao Brasileira de Cimento Portland

MEV Microscpio Eletrnico de Varredura

UFPa Universidade Federal do Par

ABNT Associao Brasileira de Norma Tcnicas

SUMRIO

1 INTRODUO........................................................................................................20 1.1 OBJETIVO GERAL E ESPECIFICO................................................................20

1.1.1 Objetivo geral ................................................................................................22 1.1.2 Objetivo especifico........................................................................................22

2 REVISO BIBLIOGRFICA................................................................................24

2.1 MATERIAIS COMPSITOS.................................................................................24

2.2 FIBRAS NATURAIS EM MATERIAIS COMPSITOS.........................................25

2.2.1 Principais tipos de fibras naturais com emprego na construo civil....28 2.2.1.1 Fibras de juta...................................................................................................28

2.2.1.2 Fibras de coco.................................................................................................29

2.2.1.3 Fibras de sisal ................................................................................................30

2.3 ARGAMASSA DE CIMENTO...............................................................................32

2.3.1 Cimento Portland...........................................................................................32

2.3.1.1 Hidratao do cimento...............................................................................34

2.3.2 Areia................................................................................................................35 2.3.3 gua...............................................................................................................35 2.4 COMPSITO DE MATRIZ DE ARGAMASSA DO CIMENTO REFORADA COM

FIBRAS NATURAIS...................................................................................................36

2.4.1 Emprego de fibras na construo civil........................................................37 2.5 DEFORMAES EM ARGAMASSAS DE CIMENTO.........................................38

2.5.1 Retratao......................................................................................................38 2.6 COMPORTAMENTO MECNICO DOS MATERIAIS..........................................40

2.6.1 Mecnica da fratura linear elstica .............................................................40 2.6.2 Comportamento fratura dos materiais compsitos................................42 2.6.3 Tenacidade fratura dos materiais compsitos trincados.......................43 2.7 ENSAIO DE FLEXO DE TRS PONTOS..........................................................44

2.8 ANLISE FRACTOGRFICA...............................................................................48

3 MATERIAIS E MTODOS...................................................................................49 3.1 MATERIAIS..........................................................................................................49

3.1.1 Fibra de sisal..................................................................................................49 3.1.2 Cimento...........................................................................................................50 3.1.3 Areia................................................................................................................51 3.1.4 gua................................................................................................................52 3.2 METODOLOGIA EXPERIMENTAL......................................................................52

3.2.1 Caracterizao de fibra de sisal...................................................................52 3.2.2 Caracterizao da argamassa de cimento..................................................54 3.2.2.1Cimento............................................................................................................54

3.2.2.2 Areia.................................................................................................................54

3.2.3 Fabricao dos moldes de corpo de prova com entalhe pr-definido.....54 3.2.4 Confeco dos corpos de prova....................................................................56 3.2.4.1Fabricao dos corpos de prova da matriz pura.............................................56

3.2.4.2Fabricao dos corpos de prova de matriais compsitos......................... ...60

3.2.4.3Procedimento de cura dos corpos de prova de matriz pura e materiais

compsitos.................................................................................................................62

3.2.5 Ensaio de flexo dos corpos de prova com entalhes pr-definido............63 3.2.6 Anlise da superficie de fratura.....................................................................64

4 RESULTADOS E DISCUSSES............................................................................65 4.1 CARACTERIZAO DA FIBRA DE SISAL.........................................................65

4.2 CARACTERIZAO DO CIMENTO....................................................................67

4.3 FABRICAO DOS CORPOS DE PROVA.........................................................68

4.4 ENSAIO DE FLEXO EM TRS PONTOS COM ENTALHE PR-DEFINIDO E

FRACTOGRFIAS DAS SUPERFICIES DE FRATURA...........................................70

4.4.1Corpo de prova da matriz pura.......................................................................71 4.4.1.1Corpo de prova da matriz pura com entalhe de 1,7 mm.................................71

4.4.1.2Corpo de prova da matriz pura com entalhe de 3 mm....................................73

4.4.1.3Corpo de prova da matriz pura com entalhe de 5 mm....................................75

4.4.1.4Resultado comparativo da matriz pura com entalhe de 1,7 mm, 3 mm e 5,0

mm de espessura.......................................................................................................77

4.4.2 Corpo de prova do compsito de argamassa de cimento e fibra de sisal com comprimento de fibra de 15,00 mm................................................................78 4.4.2.1 Corpo de prova com entalhe de 1,7 mm do compsito de argamassa de

cimento e fibra de sisal com comprimento de fibra de 15,0 mm................................78

4.4.2.2 Corpo de prova com entalhe de 3,0 mm do compsito de argamassa de

cimento e fibra de sisal com comprimento de fibra de 15,0 mm................................80


cimento e fibra de sisal com comprimento da fibra de 15,0 mm................................82

4.4.2.4 Resultado comparativo entre matriz pura e o compsito de argamassa de

cimento e fibra de sisal com 15,0 mm de comprimento com entalhes de 1,7 mm, 3,0

Mm e 5,0 mm de espessura......................................................................................84

4.4.3 Corpo de prova de compsito de argamassa de cimento e fibra de sisal com comprimento da fibra de 25,0 mm.................................................................85







4.4.3.4 Resultado comparativo entre a matriz pura e o compsito de argamassa de

cimento e fibra de sisal com 25,0 mm de comprimento com entalhes de 1,7 mm, 3,0

mm e 5,0 mm de espessura.......................................................................................92

4.4.4 Anlise comparativa dos resultados da matriz pura e compsito de argamassa de cimento e fibra de sisal com comprimento de 15,0 mm e 25,0 mm para cada tipo de entalhe........................................................................................93 4.4.4.1 Resultado comparativo entra a matriz pura e o compsito de argamassa de

cimento e fibra de sisal com 15,0 mm e 25,0 mm de comprimento com entalhe de 1,7

mm de espessura.......................................................................................................93


cimento e fibra de sisal com 15,0 mm e 25,0 mm de comprimento com entalhe de 3,0

mm de espessura.......................................................................................................94


cimento e fibra de sisal com 15,0 mm e 25,0 mm de comprimento com entalhe de

5,0 mm de espessura.................................................................................................95

4.4.5 Anlise do resultado do ensaio de flexo em trs pontos..........................96 4.4.5.1 Determinao de tenacidade a fratura nos corpos de provas entalhado....106

5 CONCLUSO.......................................................................................................108

REFERNCIAS.......................................................................................................110

21

1 INTRODUO

Nos ltimos anos, tem havido esforos considerveis para

desenvolver compsitos de cimento reforados com fibras naturais a preos

acessveis contribuindo para o crescimento da produo de infra-estrutura (H.

SAVASTANO JR. et al, 2009).

A habitao popular, em nosso pas e em outros com igual ou pior

ndice de desenvolvimento, ainda precria, sendo o dficit de moradias resultante

de dificuldades nas condies econmicas da populao, somando-se ainda a esta

situao o alto custo de alguns materiais de construo tradicionalmente

comercializados. A insero de novas tecnologias, com a utilizao de materiais

locais, apresenta-se como alternativa de reduo no custeio das habitaes e sua

aplicabilidade mostra-se possvel, na medida em que esses novos mtodos

construtivos tenham a confiabilidade de desempenho demonstrada por

investigaes cientficas.

A extrao, utilizao e degradao dos recursos naturais alteraram a

biosfera ao longo da evoluo humana. At a dcada de 50 o crescimento

econmico ocorreu sem cuidados ambientais com a emisso de poluentes para a

atmosfera, ou de resduos ao meio ambiente. A opinio pblica pouca influncia

exercia quanto a essas questes e a legislao existente era elementar. Entretanto,

na dcada de 60, houve um maior cuidado com a preservao ambiental. Porm a

partir dos anos 80 at os dias de hoje, fortaleceu-se a idia de preveno para evitar

a gerao de resduos, que vo da reciclagem at a reutilizao. Nos pases mais

desenvolvidos, em funo do nvel mais alto de degradao destes recursos, a

educao das polticas ambientais foi aperfeioada e amparada por uma legislao

bastante rigorosa.

O desenvolvimento tecnolgico depende em grande parte, dos

avanos na rea de materiais. Muitas das estruturas concebidas nos mais diversos

campos da engenharia foram possveis devido ao melhor aproveitamento das

propriedades de materiais tradicionais, tais como ao, alumnio, cermica e concreto

(LIMA, 2004). A Engenharia dos Materiais tem como um de seus objetivos a

inovao tecnolgica para produo de novos materiais atendendo o

desenvolvimento sustentvel. Os projetos de engenharia presentemente devem ter o

22

cuidado com os aspectos ambientais, visando reduo dos impactos ao meio

ambiente desde a extrao de recursos at a degradao do material final

processado quando de seu descarte. A aplicao de novos materiais provenientes

de fontes renovveis vem se tornando mais freqente e algumas iniciativas bem

sucedidas com relao qualidade do produto e responsabilidade social tem se

tornado referncia.

O homem utiliza elementos de reforo para materiais frgeis,

melhorando suas propriedades mecnicas desde os tempos remotos. O uso de

fibras naturais, tais como palha e crina de cavalo eram usadas como reforo de

matrizes de argila e gesso, na composio de materiais de construo, assim como

as de asbestos em argila, h 4500 anos. Segundo BRESCANSIN, 2003 a utilizao

de fibras vegetais no Brasil comeou na PUC - Rio em 1979, onde foram utilizados

estudos com fibra de coco reforando argamassa de cimento.

Uma grande variedade de fibras naturais, incluindo sisal, coco, juta,

bambu e fibras de celulose, tem sido usadas como reforo de matrizes de

argamassas de cimento em diferentes pases, (BRESCANSIN, 2003). As

publicaes cientficas sobre utilizao de fibras vegetais como material de

engenharia cresceram bastante.

Existem vrios tipos de reforos que podem ser usados em materiais

compsitos. H pesquisas sobre a utilizao de fibras de sementes como o algodo;

fibras de caule como a juta, o linho e o cnhamo; fibras de folhas como a bananeira,

o sisal, a piaava, o curau; fibras do fruto como o coco; e fibras de raiz como o

zacato e a mandioca, entre outras. As fibras vegetais passaram a ser tambm

estudadas para reforo de componentes destinado a construes rurais e/ou de

interesse social, pelo seu baixo custo e a abundncia. A elevada capacidade de

absoro de energia em decorrncia do baixo mdulo de elasticidade dessas fibras

naturais uma das principais vantagens.

A fibra de sisal se mostra promissora no desenvolvimento de materiais

compsitos devido ao seu baixo custo, boas propriedades mecnicas e

disponibilidade no mercado (SILVA, 2003). Para o caso das fibras de sisal (Agave

sisalana), as possibilidades para o Brasil, especialmente para o Norte e o Nordeste

do pas, so vrias devido extensa variedade de espcies de sua flora, resduos

de algumas indstrias.

23

A relevncia do tema em questo ressalta a possibilidade de se

pesquisar e caracterizar produtos de base tecnolgica para a minimizao de falhas

catastrficas em materiais de alta fragilidade, no caso da argamassa de cimento, em

associao com reforo de fibras naturais, as quais so biodegradveis e de grande

disponibilidade na regio Amaznica.

A utilizao de resduos vegetais na obteno de produtos para a

construo uma das ferramentas mais teis para controle e diminuio dos

problemas ambientais causados pelo descarte, lanamento em aterro ou queima

desses materiais.

A argamassa de cimento, por apresentar alta fragilidade, muito

sensvel a falhas por colapso brusco. Neste trabalho realizou-se estudos com o

objetivo de minimizar os casos de falhas repentinas na presena de fibras de sisal,

como reforo.

O presente trabalho poder contribuir para a rea de materiais

compsitos reforados com fibras, como material alternativo para o setor de

construo civil.

1.1 OBJETIVOS GERAL E ESPECFICO

1.1.1 Objetivo Geral

Esta pesquisa tem por objetivo estudar os mecanismos de falha e o

comportamento mecnico a flexo em trs pontos de materiais compsitos de

argamassa de cimento reforados com fibras de sisal, dispostas aleatoriamente com

pr-trincas definidas utilizando-se o menor nvel possvel de processamento

tecnolgico nas etapas produtivas.

1.1.2 Objetivos Especficos

- Estudar os mtodos de fabricao dos materiais compsitos com matriz de

argamassa de cimento reforados com fibra de sisal.

- Analisar a influncia dos entalhes de 1,7 mm; 3,0 mm e 5,0 mm nos corpos de

prova em ensaio de flexo de trs pontos.

24

- Analisar o comportamento mecnico do compsito de matriz cimentcia

reforados com fibras de sisal avaliando a influncia do comprimento da fibra nas

propriedades mecnicas do compsito na presena do entalhe em flexo em trs

pontos.

-Estudar, por fractografia, os mecanismos de falha dominantes para cada srie

de compsitos produzida

-Correlacionar as propriedades mecnicas dos compsitos com o aspecto

fractogrfico

25

2 REVISO BIBLIOGRFICA

2.1 MATERIAIS COMPSITOS

Para CALLISTER JR., 2002 compsito como qualquer material multifsico

que exiba uma proporo significativa das propriedades de ambas as fases que o

constituem, de tal modo que obtida uma melhor combinao de propriedades.

Os compsitos podem ser definidos como materiais constitudos por uma

mistura de fases macro componentes compostas por materiais que, geralmente, so

diferentes sob os pontos de vista de composio qumica e forma. O aglomerante do

material chamado de matriz, que tem por funo envolver os componentes, ou

seja, compe a forma do material. A matriz atua ainda como uma base que confere

ductilidade e mantm a estrutura coesa e que, em resumo, contribui para que o

conjunto se caracterize por boas condies de fabricao e a necessria

flexibilidade. Os componentes inseridos na matriz atuam geralmente como

substncias de reforo ou enchimento da matriz, sendo as propriedades dos

compsitos dependentes da natureza e das propriedades do reforo e da matriz

(RODRIGUES, 2008).

O preo de fabricao de determinados produtos em material compsito pode

ser tambm bem menor quando comparado com os materiais metlicos. A

performance est vinculada procura por uma melhor atuao de componentes

estruturais, principalmente quanto s caractersticas mecnicas (resistncia

ruptura, resistncia a ambientes agressivos, etc.). PEREIRA, 2000 afirma que o

carter anisotrpico dos materiais compsitos o fator primordial para a obteno

das propriedades mecnicas requeridas pelo componente. A leveza, juntamente com

as excelentes caractersticas mecnicas, faz com que os materiais compsitos

sejam cada vez mais utilizados dentro de atividades esportivas.

Os compsitos so materiais heterogneos e tem as propriedades de acordo

com a proporo e caracterstica de cada componente, motivo pelo qual

importante conhecer e estudar as caractersticas fsico-mecnicas para avaliar

corretamente o material.

Existem vrios mtodos para a previso terica das propriedades fsica e

mecnica dos materiais compsitos, sendo a regra das misturas a mais empregada.

26

Atravs desta regra pode-se prever as propriedades mecnicas dos materiais

compsitos conhecendo-se as propriedades mecnicas individuais de seus

componentes e suas respectivas fraes volumtricas.

Uma forma geral de apresentar a regra das misturas atravs da equao (1)

Pc = PfVf + PmVm (1)

Onde :

Pc a propriedade mecnica do material compsito

Pf a propriedade mecnica da fibra usada como reforo do material

compsito.

Pm a propriedade mecnica da matriz do material compsito.

Vf a frao volumtrica da fibra do material compsito.

Vm a frao volumtrica da matriz do material compsito

Entretanto, o valor das propriedades do material compsito Pc, calculado de

acordo com a equao 1 indicado para material compsito com reforo de fibra

contnuas e alinhadas no contorno da matriz e a tenso aplicada no sentido do

alinhamento da fibra.

2.2 FIBRAS NATURAIS EM MATERIAIS COMPSITOS

Os materiais compsitos reforados com fibras naturais tm motivado

atualmente discusso de temas relacionados preservao do meio ambiente e em

funo do desenvolvimento de novos mtodos e processos tecnolgicos (FRAGA, et

al., 2006; WANG; SAIN; COOPER, 2006).

As atuais preocupaes relacionadas preservao do meio ambiente tm

estimulado a busca e o desenvolvimento de novos materiais a serem utilizados na

indstria txtil, automobilstica, construo civil, mobilirio, dentre outras (KIM, et al.,

2006; DEMIR et al., 2006; KAVELINE; ERMOLAEVA; KANDACHAR, 2006). Este

estudo de grande importncia, pois assegura condies de sobrevivncia e

qualidade de vida para as prximas geraes, utilizando-se produtos naturais, que

esto, em grande quantidade, disponveis e que podem minimizar o uso de materiais

tradicionais.

27

As fibras naturais apresentam uma srie de vantagens sobre as sintticas

justificando assim sua utilizao como reforo de matrizes cimentcias. Para SEDAN

et al, 2007 as fibras so materiais de baixa densidade rendendo relativamente

compsitos leves, que podem exibir elevada resistncia trao, e so renovveis e

baratos comparados aos das fibras transformadas (artificial).

Segundo SILVA 2002, o que se chama de fibra , em verdade, um conjunto de filamentos individuais formados por fibrilas unidas por componentes qumicos

orgnicos no cristalinos (lignina e hemicelulose). Estas fibrilas so compostas por

molculas de celulose e esto orientadas em ngulos distintos, formando as

diversas camadas que compem a macro fibra. Esta composio qumica determina

a estabilidade aos efeitos da degradao, propriedade importante para o uso em

compsitos.

Segundo PERSSON e SKARENDAHL (1984, p.8) as fibras so classificadas

em fibras naturais e fibras feitas pelo homem, conforme se pode observar na

Figura1.

Figura 1 - Classificao das Fibras, PERSSON e SKARENDAHL, 1984

Fibras

Fibras Naturais

Fibras feitas pelo

homem

Vegetais

Mineral

Animais

Polmero artificial

Polmero sinttico

Amianto

(Wollastonita)

- plos - seda

- madeira e bambu - sementes - frutas - folhas

28

Algumas vantagens e desvantagens das fibras vegetais em relao s

sintticas podem ser observadas na Tabela 1.

Tabela 1- Vantagens e desvantagens da fibra vegetal em relao sinttica

VANTAGENS DESVANTAGENS Conservao de energia Baixa durabilidade quando usada como

reforo em matriz cimentcia Grande abundncia Variabilidade de propriedades Baixo custo Fraca adeso em seu estado natural a

inmeras matrizes No prejudicial sade Possibilidade de incremento na economia agrcola

Preveno de eroso Baixa densidade Biodegradveis

As fibras so constitudas por clulas individuais que, por sua vez, compe-se

de microfibrilas dispostas em camadas de diferentes espessuras e ngulos de

orientao. As microfibrilas so ricas em celulose, polmero vegetal de cadeias

longas(grau de polimerizao da ordem de 25 000), e esto aglomeradas por

hemicelulose amorfa(grau de polimerizao da ordem de 50 a 200) SAVASTANO,

2000. Segundo COUTTS (1992), as clulas da fibra so constitudas por quatro

camadas de microfibrilas e possuem dimenses de 10 m a 25 m de dimetro. A

seguir identifica-se as camadas:

1 - Camada primria - mais externa de estrutura reticulada;

2 - Camada secundria - S1, de estrutura tambm reticulada;

3 - Camada secundria - S2, onde as microfibrilas esto orientadas segundo um

ngulo com relao ao eixo longitudinal da clula espiral;

4 - Camada secundria - S3, mais interna, tambm com as microfibrilas em forma de

aspiral. A camada S2 a de maior espessura e, tambm, a de maior teor de

celulose. No interior da clula, h uma cavidade central de seo elptica, de

dimenses de 5 m a 10 m , denominada lmen. As diversas clulas que compem a

fibra, encontram-se aglomeradas pela lamela intercelular, composta de

hemicelulose, pectina e, principalmente, lignina (70% em mdia). A regio central da

fibra tambm pode apresentar uma cavidade que se chama lacuna.

29

Figura 2 - Esquema da estrutura da fibra de celulose e de uma macrofibra(GRAM,1988;

COUTTS,1992

Para SALES, 2006, alguns aspectos devem ser observados na escolha do

tipo de reforo usado. As fibras vegetais longas costumam ter orientao em uma

direo e espaamentos pr-determinados, dentro da matriz. J as fibras curtas,

freqentemente so menores que 50 mm e distribudas aleatoriamente. H uma

contradio entre a geometria que permite a facilidade de manuseio da mistura e

aquela requerida para otimizar a eficincia do compsito endurecido. Fibras longas

so mais eficientes no compsito endurecido, mas tornam a mistura pouco

trabalhvel.

Para fraes volumtricas muito altas, as fibras tendem a se agrupar dentro

da mistura, resultando em baixa aderncia, e a se enrolar. Com relao de aspecto

muito alta, as fibras tendem a se enrolar durante a mistura, resultando numa m

distribuio do reforo. Em ambos os casos, h propenso reduo da resistncia

mecnica do compsito. Compsitos com fibras curtas e descontnuas podem ser

obtidos com propriedades mais homogneas e isotrpicas, com orientao planar

bidimensional (chapas finas) ou aleatria tridimensional (SALES, 2006).

2.2.1 Principais tipos de fibras naturais com empregos na construo civil

2.2.1.1 Fibras de Juta

Com o nome cientfico Corchorus capsularis, e originria da ndia, a juta

uma fibra resistente e apresenta mdulo de elasticidade relativamente elevado, o

que a torna conveniente para uso como reforo de matriz cimentcia. Do fio de juta

30

so produzidos diversos tipos de telas usadas em confeces, decoraes,

revestimentos de piso e parede, artesanato, cortinas, sacolas, divisrias, base para

gesso e sacarias (TOLDO FILHO, 1997).

Para LIMA JR, 2007, a juta (Corchorus capsularis) uma herbcea da qual

se obtm outra qualidade de fibra txtil vegetal. Erva lenhosa que pode alcanar

uma altura de 3 a 4 metros com caule de aproximadamente 20 milmetros. Cresce,

em larga escala, principalmente na ndia e em Bangladesh (antigo Paquisto

Oriental), com safra de dois a trs meses onde se tem o crescimento de 3 a 5 metros

de caule a cada ciclo. Exige um solo frtil e bem drenado e um clima quente e

mido. As altas temperaturas das regies nas quais a juta cultivada favorecem a

fermentao e desta forma consegue-se a macerao em 8 a 10 dias, facilitando a

separao da fibra da parte lenhosa do caule. Introduzida no Brasil por Riyota

Oyama, a cultura foi difundida por imigrantes japoneses e hoje uma das principais

atividades econmicas das populaes ribeirinhas da regio amaznica.

A juta fornece valiosas fibras txteis, extradas da casca da planta

(Corchorus capsularis) que cresce at cerca de 2,5 m e tem dimetro em torno de

25,0 mm na base do caule (DALMEIDA, 1987).

SALES, 2006 afirma que testes mostraram aumento das resistncias dos

compsitos cimentcios com a incluso de fibras de juta. A fratura dos compsitos

sob trao direta e flexo se deu em parte por arrancamento e em parte por ruptura

das fibras.

Compsitos baseados nessas fibras exploram o seu longo comprimento.

Industrialmente, tanto fibras txteis tramadas como no-tramadas so impregnadas

com resinas ou epxi e moldadas com conformao complexa, e so usadas como

camadas superficiais para materiais, na indstria automotiva inclusive. Compsitos

com reforo hbrido de juta e coco provm alternativas econmicas para a indstria

de madeira compensada, envolvendo a produo painis sanduche de lminas de

fibras de juta orientadas, sobrepostas entre lminas de resduos da fibra de coco

com ltex.

2.2.1.2 Fibras de coco

Para PINO, 2005, a fibra de coco, tambm chamada COIR (coco em ingls),

uma massa fibrosa castanho -avermelhada contida entre a casca externa do coco

31

e o invlucro externo do ncleo. O coqueiro, palma de coco ou coconut palm talvez

a rvore mais conhecida dos trpicos e uma das mais importantes economicamente.

O coqueiro cresce nas costas arenosas atravs dos trpicos e na maioria das

regies subtropicais. Ele uma palma alta e reta, usualmente de 10 a 20 m de

altura, sendo o seu fruto utilizado como fonte de alimentao e bebida, leo, fibra,

combustvel, madeira e outros produtos. O coco cultivado e utilizado na ndia e na

sia Continental h pelo menos 3000 anos e chegou ao Brasil pela colonizao

portuguesa .

O Nordeste brasileiro a regio responsvel por cerca de 85% da produo

nacional e mais de 90% da rea plantada, ocupando principalmente os Estados de

Alagoas, Sergipe e Bahia. O coqueiro ano - introduzido no Brasil em 1925, vindo da

Malsia - no alcana mais do que 10 metros de altura, o que facilita bastante a

coleta dos frutos. mais precoce do que a variedade gigante, iniciando sua

frutificao no segundo ano aps o plantio, tambm apresentando maior

produtividade, cerca de 200 frutos por p ao ano. Em compensao, vive apenas 20

anos, ou seja, bem menos tempo do que o centenrio coqueiro comum (TASSARA,

1996 apud SANTOS, 2006, p. 27). As fibras de coco so constitudas de materiais

lignocelulsicos, obtidos do mesocarpo do coco ( Ccocus nucifera). Possuem grande

durabilidade, atribuda ao alto teor de lignina (41 a 45%) quando comparadas com

outras fibras naturais. As fibras normalmente devem ser adicionadas em materiais

cujo processamento seja inferior a 220, pois acima dessa temperatura, observa-se

a degradao das mesmas(SANTOS, 2006). Em 2000, a empresa Poematec,

situada no Distrito Industrial de Ananindeua/ PA, reabriu o mercado nacional ao

desenvolver um projeto de modernizao da produo que conseguiu reduzir

satisfatoriamente o custo da matria prima (SANTOS, 2006).

2.2.1.3 Fibra de sisal

O nome sisal oriundo de uma cidade costeira em Yucatan, Mxico. Tendo

como significado, gua fria (PERSSON et al, 1984). O sisal uma das fibras

vegetais que possui maior resitncia trao e uma das mais indicadas para

reforo de argamassas. No Brasil a espcie cultivada a Agave Sisalana ( Figura 3),

sendo que o Estado da Bahia contribui com 85% do total da produo da fibra

(SILVA, 2004).

32

Figura 3 Agave sisalana (Sisal)

Milhares de famlias residem em zonas semi rida do Mxico, vivem em

uma situao econmica precria. Este principalmente o resultado de investimento

agrrio deficiente atravs dos anos, o que motivou os agricultores a abandonar para

os seus campos e imigrar para grandes cidades procura de novas oportunidades,

na maioria dos casos sem sucesso. O restante da populao sofre por causa da

seca extrema e falta de apoio financeiro, tanto reduzindo a sua produo colheita e a

falta de habitao acessvel. Por isso so necessrias investigao de alternativas

tcnicas que visam melhorar a habitao rural e a utilizao de materiais locais

(JUREZ, 2005).

A fibra de sisal, conhecida por sua grande resistncia mecnica, est entre as

mais investigadas como reforo de materiais compsitos, sendo disponvel a um

custo razovel, pois a planta cresce em vrios ambientes tropicais e renova-se

rapidamente. As fibras so extradas das folhas, que tm dimenses entre 6 e 10 cm

de largura e entre 50 e 250 cm de comprimento. Cada fibra , na verdade, um feixe

de microfibras ocas, com comprimento entre 1,0 e 1,5 m e dimetro em torno de 0,1

e 0,3 mm (SALES 2006). TOLDO FILHO, 1997, observou aumento de cerca de

15% no dimetro dessas fibras aps oito dias de imerso em gua, podendo causar

perda da aderncia com a matriz. Segundo SALES, 2006 argamassas com fibras de

sisal apresentaram menor trabalhabilidade que as fibras de coco, pela maior

capacidade de absoro e maior relao de aspecto.

Em ensaios de arrancamento com corpos-de-prova de argamassa de cimento

com uma fibra de sisal, com comprimento inserido entre 7,5 e 50 mm, a resistncia

de aderncia ficou entre 0,32 e 0,76 MPa. Foi observada a ocorrncia de

33

arrancamento da fibra para pequenos comprimentos inseridos, e ruptura para

comprimentos maiores. Como em muitos sistemas as fibras maiores que 25,0 mm

falharam por ruptura, esse valor foi sugerido como comprimento crtico para a fibra

de sisal (SALES 2006).

A Tabela 2 mostra as propriedades fsicas do sisal apresentando grande

variabilidade, assim como ocorre para outras fibras vegetais. Isto pode ser explicado

pela espcie de planta, local de plantio e metodologia de ensaio

Tabela 2 - Propriedades mecnicas e fsicas da fibra de sisal Referncia Mdulo de

Elasticidade

(GPa)

Resistnci

a trao

(MPa)

Deforma

o na

ruptura

Alongamento

(%)

Massa

Especfica

(Kg/m)

Dime

tro

( m )

Guimares

(1987)

14,9 176 - 29,2 - -

Chand et al

(1988)

9,4-22 530-640 - 3-7 1450 50-300

Toledo Filho

(1997)

10,94-26,70 227,8-230 - 2,08-4,18 750-1070 80-300

Savastano e

Agopyan (1998)

15,2 347-378 4,9-5,4 - 1370 -

Aziz et al (1984) 13-26 280-568 3-5 - - -

Joseph et al 9-20 400-700 5-14 - - -

Segundo LEVY NETO; PARDINI, 2006 apud RODRIGUES 2008, p.29 a fibra

de sisal possui seo transversal arredondada, porm irregular e varivel,

decrescendo em relao as extremidades livres das folhas. Alm disso, a resistncia

trao das fibras de sisal no uniforme ao longo das mesmas. Todos esses

fatores contribuem para elevar a variao das propriedades mecnicas das fibras,

influenciando, conseqentemente na qualidade do compsito.

2.3 ARGAMASSA DE CIMENTO

2.3.1 Cimento Portland

O cimento Portland constitudo principalmente de material calcreo, como

rocha calcrea ou gesso, alumina e slica, encontrados em argilas e xisto. As argilas

34

tambm contm alumina (Al2O3, Fe2O3, MgO) e lcalis na mistura de matrias

primas tem efeito mineralizante na formao de silicatos de clcio. Quando no

esto presentes quantidades suficientes de Al2O3 e Fe2O3 nas matrias primas

principais, estes so propositadamente incorporados mistura por adio de

materiais secundrios, como a bauxita e o minrio de ferro (METHA & MONTEIRO,

1994). No Brasil a classificao do cimento Portland, segundo a Associao

Brasileira de Normas Tcnicas-ABNT, regulada pelo Comit Brasileiro-18 (Cimento,

Concreto e Agregados) tem critrios prprios onde so definidos os tipos pelas

siglas CPI, CPII, CPIII, CPIV E CPV. A norma designa os cimentos portland pela

sigla e classe de resistncia. A sigla corresponde ao prefixo CP acrescido do

algarismo romano I ou II, sendo a classes de resistncias indicadas pelos nmeros

25, 32 e 40. As classes de resistncia apontam os valores mnimos de resistncia

compresso. A Tabela 3 mostra os tipos de cimento fabricados no Brasil pela

Associao Brasileira de Cimento Portland (ABCP).

Tabela 3- Tipos de cimento fabricados no Brasil - ABCP

Sigla Designao do cimento

Portland

Classes(*) Normas

Regulamentadoras

CPI Comum 25-32 e 40 EB-1/NBR5732

CPS Comum com adio 25-32 e 40 EB-1/NBR5732

CPII-E Composto com escria 25-32 e 40 EB-2138/NBR11578

CPII-Z Composto com pozolana 25-32 e 40 EB-2138/NBR11578

CPII-F Compostocom filler 25-32 e 40 EB-2138/NBR11578

CPIII Compostode alto forno 25 e 32 EB-208/ NBR5735

CPIV Compostocom pozonnico 25 e 32 EB-758/NBR5736

CPV-ARI Comp. com alta resistncia

inicial

34(aos 7 dias) EB-2/NBR5733

(*)- Expressa em termos de resitncia mnima compresso aos 28 dias de idade

em MPa.

O cimento Portland comum (CPI), sem adies, constitudo pela mistura de

silicato de tricllcico ou alita(C3S), silicato diclcico ou belita(C2S), Ele possui ainda

constituintes menores como xido de clcio, xido de magnsio, alm de lcalis,

fosfatos, fluoretos e sulfatos, que normalmente formamsolues slidas com silicatos

35

e aluminatos de clcio. As adies de material carbontico, escria de alto forno e

material pozolnico so comuns, porm so limitados ao total de 5% ( ABNT).

Como constituintes menores, podem estar presentes xido de clcio, xido de

magnsio, alm de lcalis, fosfatos, fluorestos e sulfatos, que normalmente formam

solues slidas com silicatos e aluminatos de clcio.

O constituinte mais importante do cimento Portland o C3S, por ser o de

maior quantidade e tambm contribuir significativamente para a resistncia mecnica

do cimento hidratado.

2.3.1.1 Hidratao do Cimento

O estudo da gua dos poros da argamassa de grande importncia para a

durabilidade dos compsitos de cimento reforados com a fibra de sisal.

Chama-se hidratao a reao qumica do cimento com a gua, a qual gera

produtos com caractersticas de pega e endurecimento transformando compostos

anidros mais solveis em compostos hidratados menos solveis MEHTA e

MONTEIRO, 1994; PETRUCCI, 1975. Os compostos presentes no cimento Portland,

como visto anteriormente, foram obtidos atravs de reaes a altas temperaturas

(clinquerizao) e por isso esto em um estado de energia elevada. Quando estes

compostos reagem com a gua (hidratao), os mesmos tendem a atingir estados

de baixa energia, e este processo acompanhado pela liberao de energia na

forma de calor (reaes exotrmicas) (MEHTA e MONTEIRO, 1994).

Para LOURENCI, 2003, sendo o cimento formado por vrios compostos,

estes no se hidratam mesma velocidade, como por exemplo, os aluminatos se

hidratam muito mais rapidamente que os silicatos. Desta forma, as reaes de

hidratao dos aluminatos nos permitem analisar a perda de consistncia

(enrijecimento) e a solidificao (pega), visto que os aluminatos so os primeiros a

se hidratar. Na fase do enrijecimento a pasta ainda trabalhvel com as mos, mas

aps o incio da pega a pasta no se torna mais trabalhvel. Os silicatos, em maioria

na pasta (presentes em 75% do cimento), so responsveis pelo aumento de

resistncia (endurecimento).

36

2.3.2 Areia

Segundo PETRUCCI, 1975, os agregados so materiais granulares, sem

forma e volume definidos, geralmente inertes e de dimenses e propriedades

adequadas para uso em obras de engenharia. Uma de suas maiores aplicaes est

na confeco de argamassas e concretos. So materiais relativamente baratos e

tm sido atualmente tratados como material de enchimento inerte. A utilizao de

agregados de minerais naturais compreende mais de 90% do total de agregados

utilizados e devido ao grande potencial de uso, tambm tm-se os agregados dos

rejeitos industriais, tais como escria de alto forno, cinza volante, concreto reciclado

e resduos selecionados de rejeitos urbanos (MEHTA e MONTEIRO, 1994). O

agregado utilizado na confeco das argamassas a areia quartzosa com dimetro

entre 0,06 e 2,0 mm. Podem-se citar ainda os agregados existentes e classificados

como filler, pedrisco, seixo rolado e pedra britada. Esses agregados so extrados

diretamente do leito dos rios, por meio de equipamentos para essa finalidade, ou

extrados de minas, onde posteriormente sofrem um beneficiamento consistindo de

lavagem e classificao.

2.3.3 gua

A gua deve ser colocada na quantidade certa, sem excessos nem em pouca

quantidade, pois prejudicar a trabalhabilidade e a cura da pasta e,

conseqentemente, a resistncia mecnica da pasta. A quantidade e a qualidade da

gua a ser utilizada tambm muito importante, pois a relao gua/aglomerante

influencia diretamente na resistncia, alm do que o uso de muita gua ainda pode

influenciar na porosidade da argamassa. O trao de uma argamassa pode ser

apresentado em volume ou em peso, sendo o primeiro mais prtico e o segundo

mais preciso (VEROZA1984 apud, LOURENCI, 2003 p. 31).

37

2.4 COMPSITO DE MATRIZ DE ARGAMASSA DE CIMENTO REFORADA COM

FIBRAS NATURAIS

A maior parte das pesquisas nos ltimos anos sobre o uso de fibras naturais

como reforo em matrizes cimentcias foi motivada pela grande quantidade de fibras

disponveis e pelo fato de elas possurem alta resistncia mecnica(BENTUR, 1990).

Compsitos reforados por fibras longas, contnuas, so muito mais rgidos e

resistentes. Entretanto algumas vantagens importantes podem ser observadas nos

compsitos reforados por fibras curtas e aleatoriamente distribudas. Por exemplo,

o processo de fabricao se torna muito mais rpido e fcil resultando em baixo

custo. (SILVA,2002).

H. SAVASTANO JR. ,2009 afirma que para as fibras curtas

aleatoriamente distribudos na matriz, a eficincia dos elementos de transio tende

a ser relativamente baixo em comparao com aquele em compsitos com reforos

contnuos e alinhados.

Segundo BERALDO et al, 1996, tanto a biomassa vegetal como o cimento

tem caractersticas e propriedades que influenciam o comportamento do compsito

criando incompatibilidades que devem ser consideradas e estudadas. A presena de

substncias qumicas, como acar, pode retardar ou mesmo inibir a pega do

cimento.

SAVASTANO et al, 1994, pesquisaram a importncia do estudo da zona de

interface da biomassa vegetal e o cimento, onde pode ocorrer eventuais

descontinuidades, dentro de uma fase ou entre as fases, tais como poros ou

fissuras, as quais interferem tanto no comportamento mecnico quanto na

durabilidade do material.

AGOPYAN, 1990, afirma que os efeitos das fibras na matriz esto

relacionados ao comportamento de ambas. O autor afirmou que, basicamente, se

tem trs conjuntos fibra-matriz na construo civil: matriz frgil como pastas,

argamassas, concretos e plsticos com estrutura cristalina ou ligaes cruzadas,

com reforo de fibras de vidro, ao, amianto e alguns tipos de plsticos; matriz frgil

reforada com fibras de mdulo de elasticidade similar ou at inferior ao da matriz,

como as fibras plsticas comuns e as fibras vegetais; matriz dctil como os plsticos

e os metais, com as fibras de mdulos de elasticidade similar ou at inferior ao da

matriz como as fibras plsticas comuns e as fibras vegetais; matriz dctil como os

38

plsticos e os metais, com fibras de mdulos de elasticidade geralmente superior ao

da matriz.

Segundo o mesmo autor quando as fibras apresentarem baixo mdulo de

elasticidade, como no segundo caso, acima descrito, no haver alterao das

propriedades da matriz, antes que ocorra sua ruptura; porm, aps isso, se houver

fibras em quantidade suficiente, elas podero suportar as cargas aplicadas,

conferindo ao compsito propriedades dcteis. Neste caso, no se deve melhorar as

resitncias estticas da matriz, mas apenas aumentar a sua ductibilidade e,

consequentemente, a sua tenacidade.

SARMIENTO E FREIRE,1996, relatam os diferentes tratamentos fsicos ou

qumicos para evitar a incompatibilidade qumica com o cimento. Estes tratamentos

podem ser lavagem, torrefao, pulverizao e impregnao. O objetivo dos

mtodos so proteger as fibras vegetais contra a agressividade do meio alcalino

promovido pelo cimento; imobilizar a matria orgnica constituinte reduzindo sua

capacidade de absoro de gua; reduzir ao mnimo a sua interferncia nas reaes

de pega e endurecimento do cimento e melhorar a qualidade do compsito em

relao a durabilidade, resistncia ao fogo e resistncia ao ataque de micro

organismos.

2.4.1 Emprego de fibras na construo civil

TOLEDO FILLHO et al 2002 relatam que o uso de fibras vegetais em concreto

proporciona um emocionante desafio indstria de construo de habitao,

particularmente em pases no-industrializados, pois elas so baratas e modelo de

reforo prontamente disponvel requerem apenas um baixo grau de industrializao

para o seu tratamento e, em comparao com um peso equivalente do mais comum

de fibras de reforo, a energia necessria para a sua produo pequena e,

conseqentemente, o custo de fabricar estes compsitos tambm baixa. Alm

disso, a utilizao de uma mistura aleatria de fibras vegetais na produo de

matrizes de cimento leva a uma tcnica que requer apenas um pequeno nmero de

pessoal treinado para a indstria de construo. Compsitos de fibrocimento

vegetal, assim, constituem o desafio e a soluo para a combinao pouco

convencional de materiais de construo com mtodos de construo convencional.

39

Pastas de cimento e argamassas podem ser reforadas com

fibras vegetais para a fabricao de componentes de construo de paredes finas

com formas variveis (TOLDO FILHO et al, 2002).

2.5 DEFORMAES EM ARGAMASSAS DE CIMENTO

2.5.1 Retrao

A definio superficial de retrao a contrao do compsito cimentcio

devida perda de gua. No obstante acontea nas trs dimenses do material, a

retrao freqentemente expressa como deformao linear, pois os efeitos da

retrao so maiores quanto maior a dimenso e comum que componentes

construtivos tenham uma dimenso que prepondera sobre as demais.

Sabe-se, no entanto, que a retrao em misturas base de cimento ,

principalmente, um conjunto de efeitos do complexo sistema de secagem, e pode se

dar tanto por perda de gua para o meio externo, podendo ser chamada de

secagem exgena, quanto por adsoro da gua para formao de produtos de

hidratao do cimento, a secagem endgena (SALES, 2006).

Para SALES et al.,2004 materiais cimentcios esto sujeitos a deformaes,

independentemente da ao de cargas externas, j nos primeiros minutos aps a

moldagem dos elementos, quando esto saturados de gua e so expostos a

ambientes com umidades relativas menores que 100%. Difcil de ser controlada, a

retrao que se processa durante as primeiras horas vem, algumas vezes,

acompanhada de formao de fissuras, geralmente de pequena profundidade

e,freqentemente, quase imperceptveis. A tendncia fissurao aumentada em

elementos com grande relao rea superficial/volume, como o caso de placas. A

retrao plstica pode ser creditada ao efeito combinado de alguns eventos que

ocorrem logo aps a moldagem do componente construtivo, com a mistura

cimentcia ainda no estado plstico. Inicialmente, d-se o assentamento de materiais

que compem a mistura, tais como o cimento, agregados e demais inseres

slidas. Por diferenas de peso especfico, a gua tende a ascender, podendo haver

exsudao seguida de evaporao. Adicionalmente, a retrao plstica pode ser

agravada por elevadas temperatura ou velocidade do vento.

40

comum associar-se o termo retrao simplesmente retrao que se d

por secagem da mistura cimentcia quando exposta a um ambiente cuja umidade

relativa tal que provoca a perda de gua do material para o estabelecimento do

equilbrio higromtrico. Mas, alm desse, existem vrios outros tipos de deformao

sob a forma de retrao, que no necessariamente podem ocorrer de forma

simultnea ou serem dependentes uns dos outros.

Quando o concreto est ainda no seu estado fresco, ocorre a perda da gua

exsudada para a superfcie, devido evaporao da mesma, ou perda de gua por

suco das formas, quando estas no esto impermeabilizadas, ou suco do

substrato. A remoo desta gua forma uma srie complexa de meniscos capilares

que criam presses capilares negativas que provocam contrao volumtrica da

pasta de cimento. Esta contrao, uma vez restringida, seja pela presena de

agregados de grandes dimenses ou pela armadura ou qualquer outro fator,

provocar tenses de trao e conseqentemente, fissurao. Tenses de trao

tambm surgem em decorrncia de variaes diferenciais de volume por toda a

massa de concreto pelo fato de que os efeitos da retrao no so uniformes por

toda esta massa (NUNES e FIGUEREDO, 2007).

A mudana dimensional dos materiais ocorre nas horas iniciais aps a

colocao da pasta de cimento no molde, havendo uma retrao plstica devido a

evaporao da gua. (TOLEDO FILHO et al., 2005).

A classificao de retraes em materiais cimentcios podem ser nos

seguintes tipos (POWERS, 1968, WITTMANN, 1982 apud MELO NETO, 2002, p.

24,25):

__ Retrao plstica: ocorre antes do fim de pega, ainda no estado fresco atravs da evaporao rpida inicial da gua de amassamento, pela superfcie exposta da

mistura cimentcia, resultando em fissurao superficial, facilmente observvel.

__ Retrao por secagem: acontece depois do fim da pega do cimento e ocorre devido reduo dimensional causada pela evaporao da gua de poro da mistura

cimentcia. Em um ambiente com umidade abaixo de 100%, na pasta de cimento d-

se a perda de gua e a conseqente retrao (POWERS, 1968).

__ Retrao qumica: diminuio dimensional em razo de volume de produtos hidratados ser inferior ao volume de produtos anidros. Tambm denominada de

contrao Le Chatelier, autor da descoberta do fenmeno.

41

__ Retrao autgena: definida como a mudana de volume sob temperatura constante, e sem perda de umidade da mistura cimentcia para o meio ambiente,

causada pela reduo da umidade relativa no interior dos poros em decorrncia da

evoluo da hidratao do cimento (POWERS, 1968). Neste tipo de retrao, ocorre

o consumo da gua dos capilares em razo das reaes de hidratao resultando

na retrao do material.

__ Retrao ou contrao trmica: Para WITTMANN, (1982) a reao entre o cimento e a gua exotrmica, gerando calor, liberado para o ambiente, sendo

parte deste calor liberado nas idades iniciais quando a mistura cimentcia ainda

suscetvel a deformaes; em grandes volumes parte deste calor acumulada

ocasionando uma expanso trmica. Quando a taxa de hidratao diminui, a

temperatura diminui e, como conseqncia, tem-se a retrao trmica ou contrao

trmica, que pode causar srios danos a determinadas estruturas.

2.6 COMPORTAMENTO MECNICO DOS MATERIAIS

2.6.1 Mecnica da Fratura Linear Elstica

O propsito da mecnica de fratura o de identificar critrios como a energia

de fratura, GIc, e a tenacidade fratura, KIc, os quais so independentes da

geometria do corpo de prova (KINLOCH, 1987). Os valores destes parmetros

ajudam a desenvolver um melhor entendimento do processo da fratura e so um

beneficio considervel nas reas de formulao e seleo de materiais e no projeto

de engenharia.

A determinao dos parmetros GIc e K Ic sero apresentadas a seguir

seguindo o esquema da Figura 4

42

Figura 4- Esquema de um corpo de prova para ensaio de fratura

A energia de fratura determinada pela Equao (2)

G Ic = BWUkUt

BWUc

= (2)

onde :

B= espessura

W=altura

= fator de forma o qual depende do comprimento da fissura

)/(/ WaCC

= (3)

C= flexibilidade do material= deslocamento/carga

a= comprimento da trinca

L= distncia entre os vos

Ut=energia total

Uk= energia cintica

Uc= energia elstica

A tenacidade a fratura calculada atravs da Equao (4).

k Ic = ac = y aBWFcL

23 (4)

onde:

Fc= carga de carregamento mxima

c = Tenso crtica

a

W

B

43

y = fator de forma, depende do comprimento da trinca e para um carregamento em

flexo de trs pontos dado por:

y = [ ]{

)/1)(/21(}))/(7,2/93,315,2)/1(/99,1(

WaWaWaWaWaWa

+

+ (5)

Os valores de G Ic, e K Ic, podem ser relacionados atravs do mdulo do

material para deformao plana:

KI = )1(

IEG (6) IG = '

EKI (7)

2.6.2 Comportamento Fratura dos Materiais Compsitos

Os mecanismos de falha local que podem ocorrer durante a fratura de um

compsito fibrado so: a ruptura das fibras, a deformao e o trincamento da matriz,

o descolamento das fibras, o deslizamento interfacial seguido da ruptura das fibras

(pull out) e ainda o efeito denominado ponte das fibras (fiberbridging), onde as

superfcies de uma trinca so interligadas por fibras. Estes mecanismos podem atuar

simultaneamente durante o processo de fratura de um compsito. A importncia de

cada mecanismo no processo de fratura depender do tipo de compsito estudado,

do carregamento aplicado e da orientao das fibras. Analisando o mecanismo de

fratura, verifica-se que a condio interfacial fator importante e governa o

comportamento tenso-deformao dos compsitos. O comportamento das

interfaces tem sido estudado por meio de ensaios de deslizamento de uma nica

fibra (HSUEH,1955). Estes ensaios avaliam o processo de transferncia de carga

entre a fibra e a matriz.

H. SAVASTANO JR., 2009 et al afirma que o comprimento de fibra um dos

principais fatores que influenciam no processo de transferncia de carga da matriz

44

para as fibras e interferem no efeito de transio das fibras atravs das fissuras

(matriz descolagem e pull-out), que ocorre em um estgio mais avanado

de carregamento observado no material base de cimento.

A Figura 5 mostra os vrios mecanismos de falha que podem ocorrer em

compsitos reforados por fibras. A fratura raramente acontece de modo

catastrfico, mas tende a ser progressiva com falhas subcrticas dispersas atravs

do material, o que pode ser considerado vantajoso.

Figura 5: Mecanismos de falhas em materiais compsitos (ANDERSON, 1995)

1- Arrancamento de fibras

2 - Ponte de fibras

3 - Descolamento fibra/matriz

4- Ruptura das fibras

5-Trincamento da matriz

2.6.3 Tenacidade Fratura dos Materiais Compsitos trincados

A avaliao de tenacidade fratura em compsitos KIC apresenta dificuldades

normalmente no encontradas nos materiais homogneos, isto ocorre porque esses

materiais apresentam propriedades mecnicas que variam com a orientao das

fibras. Os materiais com fibras curtas so considerados na prtica, como materiais

45

isotrpicos e desta forma seu comportamento similar ao de um material

homogneo. Neste caso as tcnicas desenvolvidas para materiais homogneos

podem ser aplicadas.

A tenacidade propriedade da matriz que mais freqentemente reforada

pela presena de fibras (H. SAVASTANO JR. et al, 2009).

Para os compsitos reforados com fibras curtas, a determinao da

tenacidade fratura mais simples e sendo assim mais comumente utilizada

(WONG;MAI, 1998), (ATODARIA et al, 1997). Comparando aos compsitos com

fibras longas, estes compsitos possuem menor tenacidade e resistncia fratura,

devido, entre outros motivos a concentrao de tenso no final das fibras (CHOI;

TAKAHASHI, 1996).

2.7 ENSAIO DE FLEXO DE TRS PONTOS

Neste tipo de ensaio, os corpos de prova pr-entalhados recebem uma carga.

A carga de flexo aplicada no centro de um corpo de prova especfico, apoiado em

dois pontos. O valor da carga aplicada versus o deslocamento do ponto central a

resposta do ensaio (GARCIA, SPIM, SANTOS, 2000). Durante este ensaio, os

resultados podem ser afetados por vrios fatores, como comprimento do vo entre

os apoios, velocidade de ensaio e dimenses da seo transversal do corpo de

prova. Em cargas simples, os melhores resultados so obtidos em relao ao

mdulo de ruptura com carga central (RILEM 49). A Figura 6 mostra um esquema de

carregamento esttico.

Figura 6 Esquema de carregamento esttico

L

(P) Carga Aplicada

46

O valor principal que se determina a resistncia ruptura transversal ou

mdulo de ruptura, calculado pela expreso:

Mr = J

Mc ( 8 )

Onde:

Mr = mdulo de ruptura

M = momento de resistncia, relativo a carga P em relao a distncia L/2

c = distncia do eixo neutro;

J = momento de inrcia da seo

Como:

M = 4.LP (9)

Para seo retangular de base B e altura W

J = 12

BW (10)

Deduz-se Mr para sees retangulares Equao (11)

Mr= 2BW3PL (11)

O ensaio permite, por intermdio da leitura da flecha, a obteno de um

diagrama de carga-flexo como a Figura 7 (a) e (b) mostra para dois tipos de

materiais.

Figura 7 - Diagrama carga- flexo para dois tipos de materiais

Carregamento

Fratura

Carregamento

Flecha

Fratura

(a) Material dctil

(b) Material Frgil

Flecha

47

A rigidez outro parmetro que se pode determinar no ensaio de flexo. A

equao (12) expressa este parmetro de:

E= JLM

3. (12)

E= rigidez na flexo

M= momento de dobramento

L= distncia entre apoios

J= momento de inrcia da seo

= deflexo angular

A forma da curva carga-deflexo definida pelo tipo de fibra, pelo volume e

orientao do reforo. Para fibras de sisal ela pode ser esquematizada teoricamente

como mostra a Figura 8.

A regio I a zona elstica antes da fissurao, o fim da regio I definido

quando acontece a fissurao e a curva desvia na linearidade, a regio II a zona

inelstica at a ruptura. As fibras nesta regio suportam quase toda a tenso de

trao contando com uma pequena contribuio da matriz durante a propagao

inicial da fissura, esta regio tpica para quando se trabalha com fibras curtas,

TOLEDO FILHO et al., 2002 obteve experimentalmente as curvas para compsitos

reforados com fibras de sisal.

48

Figura 8 Curva carga deflexo esquemtico para compsitos com fibras de baixo mdulo. TOLEDO FILHO et al 2002.

Onde :

Pcr = carga de fissurao

Pm = carga mxima

Pmo = carga mxima ps-pico

Observa-se que a carga mxima atingida ps-pico no supera a carga de

pico, ou seja Pmo < Pm. Para alguns compsitos o ganho de resistncia aps a

redistribuio de tenses mais significativo, e a carga mxima resistida pela viga

maior que a carga de pico. Este comportamento, com Pmo> Pm, comum para

compsitos reforados com grande quantidade de fibras, ou com fibras longas e

alinhadas, mesmo quando se utiliza fibra de baixo mdulo como o sisal (TOLEDO

FILHO et al, 2002).

Alm da determinao da resistncia flexo, a partir do diagrama carga-

deslocamento, outro fator importante tambm a tenacidade dos compsitos A

tenacidade importante caracterstica para os materiais de compsitos constitudos

de fibras naturais, onde um dos principais papis desempenhados pelas fibras

Pm

Pcr Pmo

Po

Regio I

Carga

Deflexo

Regio II

49

prover tenacidade s matrizes frgeis (TOLEDO FILHO et al., 2002 ). Contudo para

determinar a curva-deflexo completa do ensaio de flexo, algumas variveis devem

ser consideradas como: tamanho do corpo de prova; configurao da carga; tipo de

controle (carga, deflexo no ponto de carga, deslocamento do travesso, taxa de

carregamento do ensaio, instrumentos utilizados para medio da deflexo e outros).

A norma utilizada para a medida de tenacidade dos compsitos a ASTMC1018

(1992).

2.8 ANLISE FRACTOGRFICA

A fractografia uma das principais tcnicas utilizadas no processo de

anlise de materiais aps a falha. Consiste em identificar aspectos fractogrficos e

estabelecer as relaes entre a presena ou ausncia desses aspectos com a

seqncia de eventos da fratura podendo levar determinao do carregamento e

das condies dos esforos no momento da falha (SOHN; HU, 1995). A fractografia

a chave para se determinar a seqncia dos eventos ocorridos durante o processo

de fratura e identificar o estado de tenses atuantes no momento da falha. Outros

fatores como condies ambientais e defeitos do material podem contribuir para o

incio do crescimento da fratura e tambm podem ser avaliados por esta tcnica

(FRANCO, 2003).

O conhecimento da microestrutura, paralelamente ao do comportamento

mecnico, tem a finalidade de fornecer subsdios aos projetos de materiais

estruturais, para que eles atinjam o melhor desempenho possvel em suas diferentes

aplicaes. Obtendo, desse modo, a resposta para a influncia causada pelo tipo de

fibra, pelo contedo da mesma e pela adeso interfacial fibra/matriz e como esses

fatores devem ser corretamente definidos, para uma escolha racional do compsito a

ser empregado na prtica (ANDRADE, 2007).

A anlise micro estrutural empregada para interpretar propriedades dos

materiais polifsicos, a partir de sua estrutura.

50

3 MATERIAIS E MTODOS

3.1 MATERIAIS

3.1.1 Fibra de Sisal

Neste trabalho utilizou-se fibra de sisal (Agave sisalana), encontrada no

comrcio de Belm, oriunda da Bahia.

A pesquisa foi realizada com fibras de sisal secas e curtas, com

comprimentos de, 15,0 mm e 25,0 mm (TOLEDO FILHO et al,1997) e teor de fibra

1% em peso definidos com base em de G. RAMAKRISHNA et al, 2005 e 2,22% em frao volumtrica. O procedimento para a obteno do comprimento desejado

foi atravs do corte manual (com tesoura) a partir do feixe de fibras. A Figura 9

mostra a fibra in natura, a Figura 10 (a) mostra a fibra cortada com 15,0 mm de

comprimento e a Figura 10 (b) mostra a fibra cortada com 25,0 mm de comprimento.

Figura 9 - Fibra de sisal in natura

25,0 mm

Figura 10 (a) - Fibra de sisal com 15,0 mm de comprimento

Figura 10 (b) - Fibra de sisal com 25,0 mm

(a) (b)

25,0 mm

15,0 mm

51

3.1.2 Cimento

Para a obteno da argamassa foi utilizada uma mistura de cimento,

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