UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMIÁRIDO
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS AMBIENTAIS E TECNOLÓGICAS
CURSO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA
FRANCISCO SOLANO DE LIMA NETO
O USO DE FIBRAS VEGETAIS PARA O REFORÇO DE MATRIZES CIMENTÍCIAS
– REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
MOSSORÓ – RN
2011
FRANCISCO SOLANO DE LIMA NETO
O USO DE FIBRAS VEGETAIS PARA O REFORÇO DE MATRIZES CIMENTÍCIAS
– REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Monografia apresentada à Universidade
Federal Rural do Semiárido – UFERSA,
Departamento de Ciências Ambientais e
Tecnológicas para a obtenção do título de
Bacharel em Ciência e Tecnologia.
Orientadora: Profª. Dra. Sc. Marilia Pereira
de Oliveira – UFERSA.
MOSSORÓ – RN
2011
FRANCISCO SOLANO DE LIMA NETO
O USO DE FIBRAS VEGETAIS PARA O REFORÇO DE MATRIZES CIMENTÍCIAS
– REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
DATA DA DEFESA: ____/____/____
BANCA EXAMINADORA
__________________________________________
Profª. Dra. Sc. Marilia Pereira de Oliveira – UFERSA
Orientadora
__________________________________________
Profª. Dra. Sc. Marineide Jussara Diniz – UFERSA
Primeiro Membro
__________________________________________
Prof. Me. Sc. Francisco Alves da Silva Júnior – UFERSA
Segundo Membro
DEDICATÓRIA
A todos da minha família, em especial aos meus
pais José Duarte e Zuleide e aos meus irmãos que
me deram força nessa batalha.
AGRADECIMENTOS
A Deus por ter me abençoado a cada dia através do seu imenso amor, mesmo nos momentos
em que eu não merecia todo esse amor.
Aos meus pais, de onde retiro forças para continuar e pelos quais luto para chegar aos meus
objetivos.
A toda a minha família, em especial aos meus irmãos, Josileide, George, Georgiana, pelo
incentivo e apoio.
A minha orientadora Marilia Pereira de Oliveira, pela ótima orientação, e pelas horas
dedicadas para a conclusão desse trabalho.
A Heloyza pelo amor, enorme paciência, e pelo apoio nos momentos mais difíceis.
A todos os meus colegas de faculdade, pela grande amizade.
Aos professores da banca Marineide Jussara Diniz e Francisco Alves da Silva Júnior pelas
sugestões para a melhoria desse trabalho.
E aos amigos que torceram, ajudaram e mim colocaram em suas orações.
RESUMO
A pouca resistência das matrizes de cimento para alguns esforços, como os de tração e flexão,
vem despertando a procura de algo que venha a melhorar essa característica. Este trabalho
teve como objetivo revisar as propriedades e características de alguns tipos de fibras vegetais,
analisando as de uso viável para o reforço de matrizes cimentícias de modo a solucionar a
fragilidade de algumas matrizes. Os compósitos resultam da ligação de pelo menos dois
materiais diferentes, mas com propriedades melhoradas em relação a cada um
individualmente. Para o conhecimento das propriedades dos compósitos de matrizes
cimentícias reforçados com fibras vegetais (Polpa celulósica de bambu, sisal e coco) foram
estudados três trabalhos, cada um utilizando uma determinada fibra. Para os compósitos
reforçados com polpa celulósica de bambu foram analisados os ensaios de laboratório
realizados por Anjos et al (2003) tais como, ensaios de flexão, ensaios de tração por
compressão diametral e ensaios de compressão simples. Os compósitos reforçados com fibras
de sisal realizados por Lobo et al (2006) foram caracterizados quanto a flexão, analisando
corpos-de-prova com e sem entalhe pré-definido. E os compósitos reforçados com fibras de
coco feitos por Escariz (2008) foram estudados quanta as suas características a compressão.
Através dos estudos dos resultados obtidos nos referidos ensaios verificou-se que os corposde-prova de matrizes reforçadas com fibras vegetais apresentaram melhorias significativas
quanto as propriedades mecânicas referentes à flexão e à tração e uma pequena queda em
relação a resistência a compressão com determinados teores de fibra.
Palavras-chave: Fibras vegetais. Matrizes Cimentícias. Resistência Mecânica. Compósitos
reforçados por fibras.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Macroestrutura do concreto .................................................................................... 18
Figura 2 – Esquema da estrutura da fibra vegetal .................................................................... 21
Figura 3 – (a) a agave sisaliana; (b) a fibra de sisal um de seus produtos (corda). .................. 25
Figura 4 – (a) Palmeira piaçava; (b) a fibra de piaçava ............................................................ 26
Figura 5 – Fibra de coco após o processo de desfibramento .................................................... 27
Figura 6 – Lavoura de Rami (Boehmeria nivea) .................................................................... 28
Figura 7 – Colheita e Feixes de fibras de malva para a comercialização ................................. 29
Figura 8 – Curvas de Saturação das polpas .............................................................................. 33
Figura 9 – Dispersão das polpas aglutinadas. (a) Equipamento adaptado ao processo; (b)
Polpa antes da dispersão; (c) polpa após a dispersão ............................................................... 34
Figura 10 – Equipamento e sequência de moldagem. (a) Equipamento de moldagem; (b)
mistura moldagem e desforma .................................................................................................. 34
Figura 11 – Câmara de moldagem. (a) detalhe do material de filtragem; (b) câmara de
moldagem. ............................................................................................................................... 35
Figura 12 – Moldagem de corpos-de-prova cilíndricos de 5 x 10 cm. (a) Desforma das placas;
(b) corpo-de-prova antes e após os golpes; (c) prensagem do material.................................... 36
Figura 13 – Esquema que detalha o ensaio de flexão realizado ............................................... 37
Figura 14 – Tensão de flexão versus deflexão para diferentes teores de polpa........................ 39
Figura 15 – Imagem do compósito com 4% de polpa refinada, com aumento de 200 vezes ... 40
Figura 16 – Imagem do compósito com 6% de polpa sem refino, com aumento de 500 vezes ...
.................................................................................................................................................. 40
Figura 17 – Tensão-deformação vertical, lateral e volumétrica no ensaio de compressão. .........
.................................................................................................................................................. 41
Figura 18 – Tensão-Deformação lateral e vertical no ensaio de tração por compressão
diametral ................................................................................................................................... 42
Figura 19 – Layout do molde para a fabricação dos corpos-de-prova ..................................... 43
Figura 20 – Dimensões dos corpos-de-prova, (a) dimensionamento do entalhe, (b) corpo-deprova de seção transversal retangular ....................................................................................... 44
Figura 21 – (a) Mistura da argamassa, (b) Corpo-de-prova fabricado ..................................... 44
Figura 22 – (a) Corpo-de-prova sem entalhe, (b) Corpo-de-prova com entalhe ...................... 45
Figura 23 – (a) Corpo-de-prova sendo submetido a uma carga de flexão, (b) Corpo-de-prova
fissurado após o esforço ........................................................................................................... 46
Figura 24 – Diagrama de carga x deslocamento típico do ensaio de flexão para matriz
cimentícia reforçada com fibra de sisal curta ........................................................................... 47
Figura 25 – Diagrama de carga x deslocamento típico do ensaio de flexão para matriz
cimentícia reforçada com fibra sisal curta com entalhe ........................................................... 48
Figura 26 – (a) Corpo de prova com entalhe após o ensaio de flexão; (b) Ampliação da fissura
.................................................................................................................................................. 58
Figura 27 – Sistema de bomba a vácuo e picnômetro .............................................................. 50
Figura 28 – Molde de papel auxiliar no ensaio de tração das fibras de coco ........................... 51
Figura 29 – (a) argamassadeira; (b) mesa vibratória ................................................................ 52
Figura 30 – Extensômetros elétricos ........................................................................................ 53
Figura 31 – Diagrama Tensão-Deformação para compósitos de traço 1:1 .............................. 54
Figura 32 – Diagrama Tensão-Deformação para os compósitos de traço 1:2. ......................... 54
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Composição de algumas fibras vegetais. ................................................................ 21
Tabela 2 – Características físicas e mecânicas das fibras vegetais, de celulose,
amianto e polipropileno ............................................................................................................ 31
Tabela 3 – Características do cimento – CP II E 32 ................................................................. 32
Tabela 4 – Propriedades mecânicas dos compósitos aos 28 dias ............................................. 38
Tabela 5 – Nomenclatura referente a cada mistura .................................................................. 51
Tabela 6 – Parâmetros do ensaio de compressão ..................................................................... 55
LISTA DE QUADROS
Quadro 1 – Resíduos do processamento de fibras vegetais. ..................................................... 23
LISTA DE ABREVIATURAS
Å – Angstron
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas
Ceped – Centro de Pesquisa e Desenvolvimento
CP I – Cimento Portland tipo I
CP II E 32 – Cimento Portland tipo II com adição de escória granulada de alto forno
CP II Z 32 – Cimento Portland tipo II com adição de pozolana
C-S-H – Silicato de cálcio hidratado
– Coeficiente de variação
– Módulo de elasticidade na flexão
E – Energia estática absorvida na flexão, determinada de acordo com o RILEM-1984
– Energia específica
L – Vão entre os cutelos inferiores
– Resistência à flexão
rpm – Rotações por minuto
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................. 13
2 OBJETIVOS ....................................................................................................................... 15
2.1 OBJETIVOS GERAIS ....................................................................................................... 15
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ............................................................................................. 15
3 METODOLOGIA ............................................................................................................... 16
4 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ........................................................................................... 17
4.1 COMPÓSITOS ................................................................................................................... 17
4.2 MATRIZES À BASE DE CIMENTO .............................................................................. 18
4.3 FIBRAS VEGETAIS ........................................................................................................ 20
4.3.1 Composição e Microestrutura das fibras ................................................................... 20
4.3.2 Disponibilidade das fibras ........................................................................................... 22
4.3.3 Fibras com uso viável para o reforço de matrizes ..................................................... 24
4.3.3.1 Sisal ............................................................................................................................ 24
4.3.3.2 Piaçava........................................................................................................................ 25
4.3.3.3 Coco............................................................................................................................ 26
4.3.3.4 Algodão e Polpa celulósica de Eucalipto ................................................................... 28
4.3.3.5 Rami ........................................................................................................................... 28
4.3.3.6 Banana ........................................................................................................................ 29
4.3.3.7 Malva .......................................................................................................................... 29
4.3.3.8 Polpa celulósica de bambu ......................................................................................... 30
4.3.4 Emprego de fibras vegetais na Construção Civil ...................................................... 30
4.4 TRABALHOS DESENVOLVIDOS COM A UTILIZAÇÃO DE FIBRAS .................... 32
4.4.1 Compósitos à base de cimento reforçados com polpa celulósica de bambu,
produzidos por Anjos et al (2003) ........................................................................................ 32
4.4.1.1 Materiais e Métodos ................................................................................................... 32
4.4.1.2 Discussões .................................................................................................................. 37
4.4.2 Caracterização de falha do material compósito de argamassa de cimento
reforçado por fibras naturais com pré-trinca definida, por Lobo et al (2006) ................ 42
4.4.2.1 Materiais e Métodos ................................................................................................... 43
4.4.2.2 Discussões .................................................................................................................. 46
4.4.3 Desempenho à compressão de compósitos reforçados por fibras de coco, por
Escariz (2008) ......................................................................................................................... 49
4.4.3.1 Materiais e Métodos .................................................................................................... 49
4.4.3.2 Discussões.................................................................................................................... 53
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS ............................................................................................. 56
6 REFERÊNCIAS .................................................................................................................. 57
13
1 INTRODUÇÃO
No mundo atual as buscas por matérias-primas alternativas e de baixo custo são cada
vez maiores. O grande avanço da tecnologia no estudo dos materiais de construção tem o
intuito de cada vez mais adequar o material a diversas situações de uso. Sendo os compósitos
à base de cimento, materiais que fazendo parte de uma grande parcela do estudo desses
materiais.
O concreto tem grande importância na construção civil por apresentar boa
trabalhabilidade quando fresco, e uma das suas melhores características é a de resistência à
compressão quando se encontra no estado endurecido. Segundo Caetano et al. (2004) o
mesmo pode ser considerado como um material frágil, com baixa capacidade de suporte das
cargas de tração e pouca capacidade de deformação. Portanto tem se realizado estudos com
objetivo a melhorar essas propriedades através de reforço dessas matrizes cimentícias.
O cimento-amianto foi o primeiro material de construção civil reforçado com fibras
naturais produzido em escala industrial (ANJOS et al, 2003), tal cimento é composto por mais
de 90% de cimento e menos de 10% de fibras de amianto crisotila e foi desenvolvido no final
do século IXX pelo industrial austríaco Ludwig Hatschek. Desde seu desenvolvimento, esse
material tem sido largamente utilizado na fabricação de telhas, caixas-d'água e peças
acessórias para telhados. Mas nas últimas décadas ele vem passando por sanções devido a
constatações de enfermidades provocadas pelas fibras de amianto.
As fibras de origem vegetal vêm se destacando como um material de grande potencial
para reforço de matrizes cimentícias. Entre elas destacam-se as fibras de sisal, coco, piaçava,
algodão, banana, entre outras.
De acordo com Savastano Jr. (2000), fibras naturais como reforço de matrizes frágeis
à base de materiais cimentícios, tem despertado grande interesse nos países em
desenvolvimento, por causa do seu baixo custo, disponibilidade, economia de energia, e
também no que se refere às questões ambientais.
A adição de fibras promove uma melhoria da ductilidade e da tenacidade do concreto,
através de um processo de controle da propagação das fissuras, com consequente aumento da
resistência à tração e à flexão (CAETANO et al, 2004).
Existem no Brasil, diversas experiências do uso de matrizes á base de cimento
reforçada com fibras vegetais, na produção de elementos construtivos, entre elas podemos
destacar a produção de telhas.
14
Savastano e Pimentel (2000) estudaram a produção de componentes de cobertura de
baixo custo produzidos com uma matriz cimentícia reforçada com fibras vegetais, destacando
a elevada absorção de energia na condição pós-fissurada.
15
2 OBJETIVOS
2.1 OBJETIVO GERAL
Este trabalho tem como objetivo geral o estudo de fibras vegetais para o reforço de
matrizes cimentícias, analisado a sua disponibilidade, classificação e contribuição na melhoria
de algumas propriedades mecânicas como, a resistência à tração e flexão.
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Foram assim definidos os objetivos específicos com base em pesquisas publicadas:

Estudar matrizes à base de cimento Portland;

Estudar e classificar os compósitos;

Estudar as características e disponibilidade das fibras vegetais;

Estudar as fibras vegetais utilizadas na construção civil;

Estudar as características mecânicas de compósitos cimentícios com o reforço
de fibras vegetais.
16
3 METODOLOGIA
Este trabalho será elaborado a partir de uma coleta de dados através de publicações de
artigos, livros, teses, dissertações e materiais disponibilizados que tratam da utilização de
fibras vegetais para reforço de matrizes cimentícias, visando à produção de elementos
construtivos.
17
4 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
4.1 COMPÓSITOS
Os materiais compósitos são materiais que surgem a partir da união de dois ou mais
materiais distintos, dando origem a um material com propriedades melhoradas em relação a
cada um dos componentes isolados. Essa definição de compósitos pode ser resumida na
ligação de uma matriz com um reforço. Com a formação desses materiais compósitos se tem
uma melhoria em vários aspectos. Segundo Ghavami (2000) estas podem ser a resistência à
tração ou à flexão, rigidez, resistência à fadiga, resistência à corrosão e condutibilidade
térmica.
Há 3 classes de compósitos, os que são reforçados com fibras, que se dá em função de
como as fibras se difundem dentro da matriz, seja de modo disperso ou alinhado, os
compósitos laminados que são reforçados por diferentes materiais dispostos em camadas na
matriz, e os compósitos particulados onde a matriz é reforçada com partículas de um
determinado material.
Segundo Lima (1987) um dos componentes constitui a matriz que é a fase continua,
sendo o outro os reforços que constituem a fase dispersa. Quanto à natureza dos reforços e a
forma como esses reforços se difundem na matriz, permite classificá-los de diversos modos.
Ainda de acordo com Lima (1987) os reforços podem ter forma de partículas ou serem
fibrosos, estes sob a forma continua ou descontinua, isto é, cortados curtos ou muito curtos.
Quando as partículas ou fibras são caracterizadas como curtas, elas se distribuem na
matriz de forma aleatória, onde elas não obedecem a uma sequência. Mas quando as
partículas ou fibras são mais longas tem uma distribuição na matriz que pode se dar de forma
aleatória ou não, onde a ordenação dos reforços se dá através de um empilhamento na forma
de lâminas.
As fibras atuam como elementos de reforço, com a finalidade de impor obstáculos à
propagação de fissuras, além de funcionar como ponte de transferência dos esforços,
garantindo, assim, uma capacidade resistente após a abertura da mesma. Em compósitos
reforçados com fibras, a fratura é retardada. A ruptura torna-se um processo progressivo, pois
as pontes de passagem formadas pelas fibras retêm parte das solicitações e originam uma
fissuração mais distribuída.
18
De acordo com Caetano et al (2004) com o aumento do numero de fibras, a abertura
das fissuras torna-se menor, reduzindo a área total de fissuração. Já em concretos simples a
abertura da fissura não encontra resistência e dá origem ao colapso da peça.
4.2 MATRIZES À BASE DE CIMENTO
Analisando a seção transversal de um concreto e considerado ele um compósito
formado a partir de uma matriz de cimento Portland (Figura 1), as fases que podem ser
distinguidas são as do reforço de tamanho e forma variados, e a do meio ligante. Logo a nível
macroscópico esse compósito pode ser classificado como um material bifásico, formado por
uma matriz, neste caso matriz cimentícia e por um reforço de partículas de agregados.
Figura 1 – Macroestrutura do concreto
Fonte: (METHA; MONTEIRO, 1994)
Já a nível microscópico se observa o quanto a estrutura é complexa. A estrutura é
formada por um meio ligante, a pasta de cimento hidratada, agregados, vazios e interfaces. As
duas fases da estrutura não estão distribuídas homogeneamente, um em relação à outra, nem
são em si mesmas homogêneas (MEHTA; MONTEIRO, 1994).
A estrutura da fase agregado tem responsabilidade sobre algumas características do
compósito como massa unitária e o módulo de elasticidade. Pois estas dependem da própria
densidade e resistência do agregado.
19
A estrutura da pasta endurecida que resulta das reações entre o cimento Portland e
água são divididas em:
I.
Sólidos na pasta de cimento hidratado
a. Silicato de cálcio hidratado (C-S-H) constitui de 50 a 60% do volume
de sólidos de uma pasta de cimento Portland.
b. Hidróxido de cálcio que forma 20 a 25% do volume de sólidos na pasta
de cimento hidratado.
c. Sulfoaluminatos de cálcio que constituem de 15 a 20% do volume de
sólidos na pasta.
d. Grãos de clínquer não hidratado: dependem da distribuição do tamanho
das partículas de cimento anidro e de seu grau de hidratação.
II.
Vazios na pasta endurecida
a. Espaço interlamelar no silicato de cálcio hidratado: a largura do espaço
interlamelar na estrutura do C-S-H é de 18 Å, e responsável por 28% da
porosidade capilar.
b. Vazios capilares: os vazios capilares representam o espaço não
preenchido
pelos
componentes
sólidos
da
pasta
(MEHTA;
MONTEIRO, 1994).
c. Ar incorporado, pode se dá durante a mistura da pasta fresca.
III.
A água na pasta endurecida
a. Água capilar é a água presente em vazios maiores do que 50Å.
b. Água absorvida é a água que está próxima a superfície da pasta. E a
partir de sua perda se dá a retração da pasta por secagem.
c. Água interlamelar é a água que está associada à estrutura do silicato de
cálcio hidratado. É perdida por secagem forte (MEHTA; MONTEIRO,
1994).
d. Água quimicamente combinada é a água que faz parte da estrutura de
uma variedade de produtos do cimento. Essa água não é perdida por
secagem, apenas liberada quando os produtos hidratados são
decompostos por aquecimento.
20
A zona de transição ou interface é uma camada delgada, que pode se dá ao redor dos
grãos de cimento não hidratados, das adições pozolânicas, das partículas de agregados e das
fibras que porventura estejam reforçando os compósitos. A diferença de concentração dos
produtos de hidratação do cimento e da distribuição dos vazios na matriz faz com que cada
uma das fases dos compósitos ou argamassas é de natureza multifásica (ANJOS, 2002).
4.3 FIBRAS VEGETAIS
4.3.1 Composição e Microestrutura das Fibras
As fibras são tipos de reforços constituintes dos compósitos, que proporciona as
matrizes cimentícias melhorias de resistência mecânica e rigidez. Para se conseguir essas
melhorias as fibras a serem utilizadas devem ter além de boa resistência mecânica qualidades
adequadas ao tipo de matriz que será reforçada, tais como: compatibilidade química com a
matriz, leveza, boa aderência a matriz e resistência ao calor.
Em uma visão microscópica as fibras vegetais são constituídas por células individuais,
por sua vez, compõem-se de microfibrilas dispostas em camadas de diferentes espessuras e
ângulos de orientação (Figura 2).
As células das fibras vegetais tem o diâmetro de
aproximadamente 10 a 25µm. As diversas células constituintes das fibras (macrofibras)
encontram-se acumuladas pela lamela intercelular. Segundo Savastano Jr. (2000) é composta
de hemicelulose, pectina e principalmente lignina (cerca de 70%), na parte central da célula
pode apresentar uma cavidade denominada de lúmem com seção elíptica de dimensões que
variam de 5 a 10µm.
A parte central das fibras pode apresentar uma cavidade denominada de lacuna. Os
lúmens e as lacunas são responsáveis pela formação dos poros permeáveis na fibra, o que leva
a uma elevada absorção de água e uma grande diferença entre a massa específica aparente da
massa especifica real.
21
Figura 2 – Esquema da estrutura da fibra vegetal.
(a) Célula individual
(b) Macrofibra: aglomerado de células
Fonte: (SAVASTANO Jr, 2000)
A tabela 1 mostra a composição de alguns tipos de fibras que foram estudadas por
Savastano Jr. (2000).
Tabela 1 – Composição de algumas fibras vegetais
Fibras
Malva
Sisal
Coco
Fonte: (SAVASTANO Jr., 2000)
Celulose
(% massa)
76,0
78,6
53,0
Lignina
(% massa)
10,0
9,9
40,8
Ângulos das
Microfibrilas
8
10 - 22
30 - 49
22
O conhecimento da estrutura interna das fibras ligno-celulósicas e da sua composição
química é importante para a compreensão de como ela pode influir nas características do
compósito onde forem empregadas (SILVA, 2002).
4.3.2 Disponibilidade das fibras vegetais
De acordo com Savastano Jr. (2000) a geração de resíduos de fibras por diversos
seguimentos da indústria, como a de tecelagem, a de estofados e da agroindústria está
relacionada aos seguintes fatores:

Características intrínsecas às plantas e os processos que as fibras vegetais são
obtidas.

O mercado extremamente seletivo e restrito com respectiva baixa produtividade de
itens comercializáveis.

Perecimento dos produtos

Poucas informações disponíveis para a destinação dos resíduos a utilizações
alternativas.
Um material deixará de ser resíduo se a ele for dada uma valorização, ou seja, um
reaproveitamento, dando origem a um novo produto. Os resíduos de fibras gerados através de
processos industriais constituem uma matéria-prima com grande potencialidade para
componentes construtivos, o que irá depender das quantidades disponíveis, da localização
geográfica desses resíduos e além de todos os custos gerados no processo.
Essas fibras apresentam alta variabilidade, custo reduzido, grande disponibilidade e
características adequadas ao emprego como reforço. De acordo com Silva (2002) essa alta
variabilidade faz com que esses resíduos originários da indústria de fibras vegetais são vistos
como excelente opção para a produção de fibrocimentos alternativos em países em
desenvolvimento.
O quadro1 mostra um levantamento realizado sobre as fibras com potencialidade para
o reforço de matrizes cimentícias (SAVASTANO Jr., 2000).
23
Quadro 1 – Resíduos do processamento de fibras vegetais
Produto
Fibra
Principal
Denominação
Aproveitamento
para outros fins
Valor
(USS
)
Fibra verde
antes da
secagem
Fibra
beneficiada
Bucha verde
(já separada
do bagaço)
Refugo/bucha
Uso potencial
para produção de
celulose
Reforço de gesso
produção de fios
de celulose
Produção de
celulose (uso
total)
Combustível e
adubo (uso
desprezível)
Reprocessamento
(uso total)
Nulo
Fios de
corda
Sisal
Baler
Twine (fio
agrícola)
Tapetes
Piaçava
Fibra
limpa e
peteada
Fibra para
prodruto
(vassoura)
Fibras
longas e
médias
Fibras
longas
Coco
Fibras
longas e
curtas
Algodão
Resíduos
Produção
de papel
Bucha branca
(sem
tratamento)
Fibras curtas(
menos de
3cm)
Bucha tingida
c/ anilina e
misturado
com óleo
mineral
Fibras curtas
(impregnadas
c/ anilina e
óleo mineral)
Retalhos de
fio (tingim. a
quente)
Mistura de
fibras e palha
(refugo)
Fibras fora do
padrão
Fibras curtas
(1 – 3cm)
Pó residual
não peneirado
umidade
aprox.: 80%
em massa
Fibra curta
Refugo de
fibra longa
Pó misturado
com fibrinhas
– umidade
aprox..: 80%
em massa
Microfibra:
85% algodão e
15% poliéster
Quantida
de (t
)
30000 –
Apeab
90 – 125
10000 Brasil
180
25 –
Crispim
Nulo
25 –
Crispim
80
290 –
Brasil
Combustível
(uso total)
0,50
2900 –
Brasil
Uso potencial
para produção de
celulose
Nenhuma
Nulo
54 Cosibra
Nulo
1000 Valença
Reprocessamento
(parcial)
270
12 Valença
Parcial: filtros,
mantas, tapetes e
substratos
agrícolas
Desprezível
270
3000 –
Brasil
90 (máx)
4500 –
Confib
Parcial
900
Nulo
2170
Parcial: o pó
(50% em massa)
é utilizada como
substrato
agrícola
Enchimento para
almofadas e
colchões
90
36 –
Confib
31 –
Confib
3000 Diniz
90
270 –
Cirne
Relação%
(Resi/Prod)
24
Polpa de
eucalip.
Rami
Banana
Malva
Produção
de papel
Fibra curta
de 1ª para
tecelagem
Fibra curta
de 2ª para
tecelagem
Fruta de
mesa e
para
indústria
Fibra bruta
Rejeito –
umidade
aprox.: 60%
em massa
Resíduo do
amaciamento
Papel de
qualidade
inferior
15
17000 –
Aracruz
Substrato de uso
agropecuário
Nulo
250 –
Brasil
Resíduo do
amaciamento
Substrato de uso
agrícola
Nulo
140 –
Brasil
Fibra do
pseudocaule –
base seca
Substrato de uso
agrícola
Nulo
95000 –
Vale do
Ribeira
Fibra tipo 4
Tecelagem e
fiação
340
1180 –
Brasil
Fonte: (SAVASTANO Jr.; PIMENTEL, 2000)
4.3.3 Fibras vegetais com uso viável para o reforço de matrizes
4.3.3.1 Sisal
O sisal (Agave sisalana) é uma planta utilizada para fins comerciais. O Agave sisalana
é cultivado em regiões semiáridas. Do sisal é principalmente utilizada as fibras que são
encontradas em suas folhas.
A geração de resíduos se dá mais abundantemente no processo de desfibramento, onde
de acordo com Savastano Jr. e Pimentel (2000) cada tonelada de fibra verde (antes da
secagem), reduz a sua massa a menos da metade depois de seca, o que resulta em uma grande
quantidade de bucha, assim chamada a fibra de menor comprimento, que se concentra na base
da folha do sisal. Outros tipos de resíduos com potencial para serem utilizados na construção
civil como a bucha branca e as fibras curtas, são obtidas através da fabricação de fios e
cordas: são fibras de diversos comprimentos, material isento de pó, sem tratamento químico e
que são considerados subprodutos.
O processo de fabricação baler twine dá origem a fibras muito curtas, impregnadas
com emulsão á base de óleo mineral para o uso na construção civil, segundo Savastano Jr.
(2000) esse tipo de emulsão tem a característica de reduzir a absorção da água pela fibra mais
existe uma fraca aderência entre a fibra e a matriz de cimento. A fabricação de tapetes é outro
meio de obtenção de resíduos. São resíduos sem valor comercial com potencial para reforço,
25
estes se encontram sem pó e com permeabilidade reduzida. A Figura 3 mostra a Agave
Sisaliana, planta de onde se obtêm as fibras de sisal a e a própria fibra de sisal com o seu
principal produto, a corda.
Figura 3 – (a) a agave sisaliana; (b) a fibra de sisal e um de seus produtos, a corda.
(a)
Fonte: http://www.jm1.com.br/2011/02/conab-leiloa-milho-e-sisal/
(b)
Fonte: http://www.flickr.com/photos/eliseosolismora/2073667815
4.3.3.2 Piaçava
Piaçava é o nome comum de uma espécie de palmeira nativa dos estados brasileiros de
Alagoas, sul da Bahia, Espírito Santo e Sergipe. Seu nome tem origem na língua tupi,
significando "planta fibrosa", devido ao seu caule característico.
26
Os resíduos desse tipo de fibra são obtidos na fase de limpeza e penteadura, que gera
cerca de 30% de refugo, podem ser reaproveitados se separados da palha. Outro processo que
se obtêm resíduos é na fabricação de vassouras, em que se descartam fibras com menos de 50
cm de comprimento. Esses tipos de resíduos se caracterizam como um material com boas
características para o reforço de matrizes cimentícias. A Figura 4 mostra a palmeira que dá
origem a fibra de piaçava e a fibra de piaçava.
Figura 4 – (a) Palmeira piaçava; (b) a fibra de piaçava.
(a)
Fonte: http://globorural.globo.com
(b)
Fonte: http://www.piacavaecia.com.br/quiosque.php?categ=10&tipo=Pia%C3%A7ava%20Pente
4.3.3.3 Coco
A fibra de coco é obtida a partir do fruto do coqueiro. O coco é dividido em duas
partes: o mesocarpo (áspero e fibroso) de onde se retira as fibras e o endocarpo (duro) de onde
se retira a água de coco. O desfibramento do coco, em geral é feito de forma rústica, acontece
27
nos próprios coqueiros após a colheita, onde primeiramente é retirado dos frutos o mesocarpo
e enviados para o desfibramento.
A agroindústria brasileira dessa fibra com produção de artigos têxteis pode gerar fibras
de 1 a 3 cm, que de acordo com Savastano Jr. (2000) é um comprimento considerado ideal
para reforço de matrizes cimentícias. A Figura 5 mostra a fibra de coco após o processo de
desfibramento.
Figura 5 – Fibra de coco após o processo de desfibramento.
Fonte: http://orquidea.base33.net/duvidas/98-plantio-de-orquideas
As fibras de coco são classificas segundo o seu comprimento, cor e rigidez, sendo
classificadas em 3 tipos:

Fibras de fiação: que são as mais longas e mais finas, usadas para a manufatura
de fios.

Fibras de escova: são mais curtas e grosseiras, empregadas na manufatura de
escovas.

Fibras de estofamento, bastante curta, utilizadas como enchimentos.
Quanto as fibras utilizáveis para a produção de compósitos com matrizes frágeis de
cimento Savastano Jr. (1986) fala que a idéia principal deve ser a utilização de resíduos, uma
vez que as fibras mais longas tem já seu mercado garantido para a produção de fios. Sendo os
resíduos de menor custo, mas que necessitam de um estudo para viabilizarem a produção de
compósitos fibrosos.
28
4.3.3.4 Algodão e Polpa celulósica de Eucalipto
Os resíduos de fibras gerados por esses tipos de materiais são bastante curto (onde o
comprimento das fibras é inferior a 5 mm). De acordo com Savastano Jr. (2000) esse tipo de
resíduo é mais direcionado ao reforço de pastas, e são disponíveis a preços relativamente
baixos e de forma concentrada nos centros geradores.
4.3.3.5 Rami
O rami (Boehmeria nívea, Figura 6) é uma planta da família Urticaceae, nativa da
Ásia Oriental. A fibra do rami, pertencente à família das fibras longas, tem em média 150 a
200 milímetros de comprimento, a exemplo do linho, juta, sisal.
O rami pode ser utilizado em diversos segmentos: fabricação de tecidos, cordas e
barbantes, como também pode gerar a celulose para a produção de papel moeda, devido à sua
grande resistência.
Os resíduos desse tipo de fibra são gerados no processo de amaciamento das fibras,
são sem valor comercial, mas apesar disso são utilizadas como adubo orgânico nas próprias
lavouras de produção de rami. Dessa forma para a utilização desse resíduo para o reforço de
matrizes cimentícias carece primeiramente de uma mudança na própria produção de rami.
Figura 6 – Lavoura de Rami (Boehmeria nivea)
Fonte: http://personaconsultoriademoda.blogspot.com/2009/05/fibras-naturais-rami.html
29
4.3.3.6 Banana
Fibras de excelente qualidade (SAVASTANO Jr.; PIMENTEL apud NOLASCO,
2000). As regiões geradoras são próximas aos centros mais populosos no sul e no sudeste. No
entanto, a fibra não é extraída do pseudocaule, o que indica que sua utilização, para reforço de
componentes construtivos ainda não é viável.
4.3.3.7 Malva
A produção brasileira dessa planta é quase exclusivamente dos estados do Pará e do
Amazonas. A figura 7 mostra a colheita e os feixes prontos para a comercialização de fibras
de malva.
Seus diversos produtos já enfrentam forte concorrência dos produtos sintéticos. Essas
fibras residuais apresentam, como vantagem, presença de fibrilas (ramificações superficiais),
que aumentam a ancoragem da fibra na matriz; já a presença de impurezas não fibrosas
interfere negativamente, o que sugere sua limpeza prévia. No momento atual a sua utilização
na construção civil não é viável devido ao relativo valor alto, mas devido a sua substituição
por fibras sintéticas essa fibra ganha potencialidade para sua utilização na construção civil.
Figura 7 – Colheita e Feixes de fibras de malva para a comercialização
Fonte: http://revistagloborural.globo.com/Revista/Common/0,EMI146775-18078,00 e
http://nusec.blogspot.com/2009_10_01_archive.html
30
4.3.3.8 Polpa celulósica de bambu
A utilização de bambu como matéria-prima para a indústria de celulose é prática de
bastante sucesso em países tropicais como a China, Índia, Japão, Filipinas e mesmo o Brasil
(ANJOS, 2002).
O comprimento médio das fibras varia de 1,5 a 4,4 mm, com predominância média de
2,2 a 2,6mm. A largura da fibra varia de 7µm a 27µm com média de 14µm.
O bambu é uma matéria-prima que está disponível em grande parte do ano, possibilita
uma exploração econômica e pode ser facilmente renovável. Esses fatores possibilitam ao
bambu uma capacidade de produzir produtos de qualidade tanto para a fabricação de papel
como para a aplicação na construção civil, qual seja a utilização das fibras de polpa celulósica
como reforço de materiais cimentícios.
4.3.4 Emprego de fibras vegetais na Construção Civil
A utilização de fibras vegetais para o reforço de matrizes cimentícias destinadas à
construção civil pode ser de grande interesse para os países que se encontram em
desenvolvimento e seriam capazes de colaborar para o crescimento de suas infraestruturas.
O estudo realizado pelo Ceped (Centro de Pesquisa e Desenvolvimento) em 1982
destinou-se ao desenvolvimento da matriz de argamassa de cimento e areia reforçados com
fibras de coco, sisal e piaçava, com volumes e comprimentos diferentes. Os melhores
resultados foram obtidos com fibras longas (com comprimento aproximado de 270 mm), que
é o caso das fibras de sisal e de piaçava. Os compósitos reforçados com essas últimas fibras
apresentaram valores de propriedades mecânicas acima dos obtidos com a matriz sem reforço.
Os pesquisadores da Ceped desenvolveram uma telha tipo canal, moldada em duas camadas
de argamassa com fibras colocadas manualmente entre as camadas (SILVA, 2002), um dos
problemas apresentados foi o da mal distribuição das fibras na matriz.
A Tabela 2 apresenta uma compilação realizada por Savastano Jr. (2000) das
características físicas e mecânicas das fibras vegetais já utilizadas com reforço de matrizes à
base de cimento, em comparação com os reforçados com fibras de amianto crisotila e
polipropileno.
31
Tabela 2 – Características físicas e mecânicas das fibras vegetais, de celulose,
amianto e polipropileno.
Propriedades
Massa
Absorção
Alongamento
Resistência
Módulo de
específica
máxima
na ruptura
à tração
Elasticidade
(Kg/m³)
(%)
(%)
(MPa)
(GPa)
Coco
1177
93,8
23,9 a 51,4
95 a 118
2,8
Sisal
1370
110,0
4,9 a 5,4
347 a 378
15,2
Malva
1409
182,2
5,2
160
17,4
Amianto
2200 a 2600
-
2
560 a 750
164
Polipropileno
913
-
22,3 a 26,0
250
2,0
Celulose
1609
643
-
700
10 a 40
Fibras
Fonte: (SAVASTANO Jr., 2000)
Analisando a tabela acima se observa que as fibras vegetais são fibras de baixo
módulo de elasticidade e tem uma elevada resistência à tração. O emprego dessas fibras como
reforço proporciona uma maior resistência ao impacto, causada por uma maior absorção de
energia, possibilidade de trabalho no estágio pós-fissurado e um aumento na capacidade de
isolamento termo acústico (SILVA apud AGOPYAN; SAVASTANO Jr., 2002).
O emprego dessas fibras traz algumas dificuldades associadas ao uso em compósitos à
base de cimento, dependendo de um aperfeiçoamento dessa tecnologia. Algumas dificuldades
em seu uso estão relatadas:

A presença de contaminantes que interferem, por exemplo, na hidratação dos
aglomerantes.

A adequação dos processos de produção dos compósitos. Os processos
convencionais de mistura e modelagem, geralmente originam problemas de má
distribuição das fibras na matriz (SILVA, 2002), onde ocorre uma incorporação de
vazios em excesso causando um aumento na porosidade do compósito.
32
4.4 TRABALHOS DESENVOLVIDOS COM A UTILIZAÇÃO DE FIBRAS
4.4.1 Compósitos à base de cimento reforçados com polpa celulósica de bambu,
produzidos por Anjos et al (2003)
Neste trabalho Anjos et al (2003) apresentaram os resultados experimentais de um
estudo em que se procurou desenvolver compósitos de matriz cimentícia reforçada com polpa
de bambu. Utilizou dois tipos de polpas: uma refinada e outra sem ter sido refinada. No
processo de moldagem dos corpos-de-prova variou o teor de fibra em relação à massa de
cimento e desenvolveu um processo com sucção, modelagem e prensagem para a produção
dos compósitos. As propriedades mecânicas foram determinadas a partir de ensaios de
resistência à tração, à compressão.
4.4.1.1 Materiais e Métodos
Para o procedimento experimental Anjos et al (2003) utilizaram cimento Portland CP
II E – 32. A tabela 3 mostra algumas das propriedades do cimento utilizado no ensaio. O CP
II E já contém, em sua constituição, de 6 a 34% de escória de alto forno moída,
proporcionando assim uma matriz com menor teor de hidróxido de cálcio, que proporciona
uma diminuição do ataque alcalino à lignina das fibras.
Tabela 3 – Características do cimento – CP II E 32
Massa específica
3,09 kg/cm³
Tempo de inicio de pega
2 h 30 min
Tempo de fim de pega
4 h 30 min
Fonte: (ANJOS, 2002)
33
Na figura 8 Anjos et al (2003) apresentam resultados da absorção de água em função
do tempo, pelas polpas refinadas e sem refino, determinada no Laboratório de Estruturas e
Materiais da PUC-Rio (LEM-PUC). Nela, também está indicada a umidade natural,
.
Figura 8 – Curvas de Saturação das polpas
Fonte: (ANJOS et al, 2003)
A absorção foi determinada pesando-se 10 gramas de polpa seca e colocando-a em 1 L
de água. A pesagem da polpa úmida (após imersão em água) foi realizada aos 5, 20, 30 min e
1 h, depois com acréscimos de hora em hora, até completar 6 h, sendo pesada, após este
tempo, de 24 em 24 h, até a saturação. Antes da pesagem da polpa úmida, esta era passada em
uma peneira de 0,15 mm e espalhada em um papel absorvente para retirar a água que fica
adsorvida entre as fibras. Para a determinação da absorção foram realizadas cinco repetições
para cada tipo de polpa.
Para se utilizar a polpa na produção dos compósitos, primeiramente, Anjos et al
(2003) realizaram um processo de dispersão da polpa em água, devido a aglutinação dos
filamentos. O procedimento foi realizado em um equipamento adaptado com hélice tipo
centrífuga e rotação de 2.000 rpm (Figura 9).
34
Figura 9 – Dispersão das polpas aglutinadas. (a) Equipamento adaptado ao processo; (b)
Polpa antes da dispersão; (c) polpa após a dispersão.
(a)
(b)
(c)
Fonte: (ANJOS et al, 2003)
Iniciou a mistura dos materiais para a produção dos compósitos com a dispersão da
polpa úmida em um dispersor de amostras com variador eletrônico de velocidade (500 rpm),
com copo e hélice de aço, por um tempo aproximado de 5 minutos, em seguida adicionou-se o
cimento CP II E – 32 de maneira que se obtivesse uma pasta fluida com teores de 25 a 30% de
material sólido em massa. Após este processo a pasta é misturada por mais 5 minutos. Em
seguida foi transferida rapidamente para a câmara de moldagem onde foi submetida a uma
subpressão em sua face inferior feita por uma bomba a vácuo (Figura 10).
Figura 10 – Equipamento e sequência de moldagem. (a) Equipamento de moldagem; (b)
mistura moldagem e desforma.
(a)
Fonte: (ANJOS et al, 2003)
(b)
35
Para a moldagem colocaram uma manta de poliéster e um filtro de papel sobre a tela
da câmara de modelagem (com dimensões de 120 mm x 120 mm e altura de 100 mm) para
evitar a perda de material sólido e a retirada de água em excesso (Figura 11).
Figura 11 – Câmara de moldagem. (a) Detalhe do material de filtragem; (b) câmara de
moldagem.
(a)
(b)
Fonte: (ANJOS et al, 2003)
Foram produzidas três placas para diferentes percentuais de polpa (4, 6, 8, 10, 12, 14 e
16%) em massa, as quais foram empilhadas e intercaladas com chapas de aço e toalhas de
papel, onde foram submetidos à prensagem em uma prensa hidráulica, durante 5 min, a uma
pressão constante de 3,2 MPa. Esse procedimento foi realizado para a retirada do restante de
água deixada no processo de sucção e que a própria polpa tenha absorvido.
Após a prensagem as placas foram acondicionadas em sacos plásticos durante 24
horas, para que a umidade se mantivesse constante em torno de 90-95% a fim de evitar a
perda de água para o meio ambiente. Depois do período de 24 horas as placas foram curadas
por imersão durante 6 dias. Terminado esse período as placas foram cortados nas dimensões
finais 36,5 x 120 mm, através de uma serra circular com disco diamantado. Estes corpos-deprova foram mantidos a uma temperatura de 23 ± 2 °C e umidade entre 45 e 55% até o dia dos
ensaios.
Os espécimes cilíndricos de 5 x 10 cm foram moldados de acordo com o processo de
Hatschek, com o intuito de se fazer a caracterização de todo o comportamento mecânico do
compósito, tais como resistência a compressão e à tração direta ou por compressão diametral.
36
O processo de moldagem dos corpos cilindros se deu da seguinte forma: o
procedimento de moldagem das placas foi repetido até o ponto de desforma, estas foram
quebradas em pedaços e colocadas dentro de um molde cilíndrico de 5 cm de diâmetro por 10
cm de altura, em aproximadamente quatro camadas as quais foram adensadas com 60 golpes
para homogeneizar e dar forma cilíndrica ao material, após a moldagem os cilindros foram
levados para a máquina de prensagem, onde com o auxilio de um cilindro de aço é aplicada
uma pressão de 3,2 MPa no período de cinco minutos, ver Figura 12. E os demais
procedimentos como os de cura e armazenamento foram semelhantes ao das placas.
Figura 12 – Moldagem de corpos-de-prova cilíndricos de 5 x 10 cm. (a) Desforma das placas;
(b) corpo-de-prova antes e após os golpes; (c) prensagem do material.
(a)
(b)
(c)
Fonte: (ANJOS et al, 2003)
Terminado os processos de produção dos corpos-de-prova, passou para os ensaios de
flexão, de tração por compressão diametral e compressão.

Ensaio de Flexão:
Em um equipamento de três cutelos, com um vão inferior de 100 mm onde a carga foi
aplicada de forma distribuída com um carregamento de 0,5 mm/min, como mostra a figura 13,
foram realizados os ensaios de flexão com corpos de prova de dimensões de 120 mm de
comprimento, largura b = 36,5 mm e espessura e = 6 mm. Antes da realização dos ensaios foi
respeitado o tempo de 28 dias contados a partir da moldagem dos corpos-de-prova.
37
Figura 13 – Esquema que detalha o ensaio de flexão realizado
Fonte: (ANJOS, 2002)

Ensaios de compressão e de tração por compressão diametral:
Foram ensaiados cinco corpos de prova cilíndricos para cada propriedade, para os
compósitos com teor de reforço considerado ideal. Os corpos-de-prova de compressão foram
ensaiados de acordo com a NBR 5739 (ABNT, 1994) e instrumentados com strain gage tipo L
colados a meia altura dos corpos-de-prova para a determinação das curvas tensão-deformação
axial, lateral e volumétrica.
4.4.1.2 Discussões
Com a inclusão de fibras nos compósitos Anjos et al (2003) observaram que houve
uma tendência de crescimento na resistência à flexão, até um teor ótimo, com posterior queda
nesta propriedade. Ainda segundo Anjos et al (2003), após uma certa taxa de polpa, a
concentração volumétrica de fibras acarretou uma dificuldade de mistura e dispersão.
Analisando os resultados da tabela 4, observa-se que as maiores resistências a flexão
ocorreram nos teores de 6% para o compósito com polpa sem refino e de 8% para o
compósito com polpa com refino.
38
Tabela 4 – Propriedades mecânicas dos compósitos aos 28 dias.
Teor de
fibra (%)
0
Resistência
à flexão
(MPa)
7,0
4
6
8
10
12
14
16
13,3
11,8
14,5
13,3
9,1
8,3
4,8
4
6
8
10
12
14
16
8,5
10,9
9,9
8,7
6,7
6,2
4,8
Energia
específica
(kJ/m³)
14,7
0,02
Fibra refinada
14,6
0,26
11,1
0,35
9,8
0,56
8,8
0,73
4,5
0,63
5,5
1,64
2,6
1,01
Fibra sem refino
11,6
0,21
11,5
0,34
7,6
0,53
6,8
0,48
5,3
0,60
3,5
0,77
3,2
0,59
(GPa)
Deflexão
de ruptura
(mm)
0,16
Carga
máxima
(kN)
0,07
0,41
0,55
0,77
0,76
0,45
1,11
1,39
0,1
0,14
0,17
0,19
0,07
0,11
0,08
0,41
0,54
0,69
0,68
0,87
1,06
0,98
0,20
0,11
0,14
0,13
0,09
0,11
0,08
Fonte: (ANJOS et al, 2003)
A tenacidade foi a propriedade que mais sofreu variação, com a mudança nos teores de
fibras. Quando o teor de polpa passou de 4 para 14%, esta propriedade apresentou um
aumento de 6 vezes para a polpa refinada e de aproximadamente 2,5 vezes para a polpa sem
refino. O acréscimo de 14% no teor de polpa, em relação à matriz sem reforço, aumentou a
deflexão na ruptura em aproximadamente 7 vezes para ambos os tipos de polpa. Como estes
resultados Anjos et al (2003) concluíram que os compósitos reforçados com polpa celulósica
de bambu demostram bastante potencial para a fabricação de painéis que serão sujeitos a
algum tipo de carga de flexão.
Como se observa na figura 14 os compósitos com percentagem de fibras de 14 e 16%,
tem-se uma maior ductilidade tanta para a polpa com refino e para a sem refino, mas em
contrapartida nesses teores houve uma perda na resistência a flexão máxima, Observa-se
também que a resistência a flexão e a tenacidade nos compósitos com polpa refinada são
maiores do que com a polpa sem refino, pois o processo de refino resulta num maior número
de fibras que serão capazes de interceptar as fissuras.
39
Figura 14 – Tensão de flexão versus deflexão para diferentes teores de polpa.
Fonte: (ANJOS et al, 2003)
40
As falhas dos compósitos podem ter ocorrido devido a uma perda de aderência da fibra
a matriz, ocasionando um deslizamento da mesma, ou mesmo pela ruptura da fibra (ANJOS et
al, 2003) . Através de alguma imagens microscópicas observaram que nos compósitos com
polpa com refino as falhas ocorreram devido ao arrancamento das fibras da matriz, que se
observa nos vazios destacados na figura 15, o que leva a uma maior tenacidade. Já nos
compósitos com polpa sem refino as falhas ocorreram devido às fraturas nas fibras (Figura
16) e que leva a uma menor tenacidade. Essa diferença pode ter ocorrido devido a superfície
das fibras sem refino serem mais rugosas, assim aderindo melhor na matriz.
Figura 15 – Imagem do compósito com 4% de polpa refinada, com aumento de 200 vezes.
Fonte: (ANJOS et al, 2003)
Figura 16 – Imagem do compósito com 6% de polpa sem refino, com aumento de 500 vezes.
Fonte: (ANJOS et al, 2003)
41
A tensão correspondente ao início da propagação instável das fissuras, chamada tensão
crítica, pode ser caracterizada como aquela equivalente ao valor máximo da deformação
volumétrica que, no caso de concretos, ocorre a 75% da tensão máxima (MEHTA;
MONTEIRO, 1994). Já para os compósitos reforçados com fibras de bambu com um teor de
8%, Anjos et al (2003) observaram que isso ocorreu a um nível de 90%, o que corresponde ao
ponto A descrito na figura 17. O ponto C caracterizado pelo final da região elástica mostra o
ponto em surge da primeira fissura no corpo-de-prova.
Figura 17 – Tensão-deformação vertical, lateral e volumétrica no ensaio de compressão.
Fonte: (ANJOS et al, 2003)
Para o ensaio de tração por compressão diametral foram obtidos os seguintes
resultados: de acordo com a figura 18, a deformação lateral foi 60% da deformação axial, para
os compósitos reforçados com 8% de fibras a resistência a tração foi de 20% da resistência a
compressão, pois se comparada a relação resistência a tração e compressão dos compósitos
sem reforço esse valor de 20% foi bastante significativo.
42
Figura 18 – Tensão-Deformação lateral e vertical no ensaio de tração por compressão
diametral.
Fonte: (ANJOS et al, 2003)
4.4.2 Caracterização de falha do material compósito de argamassa de cimento
reforçado por fibras naturais com pré-trinca definida, por Lobo et al (2006)
Neste trabalho Lobo et al (2006) estudaram os materiais em que as falhas ocorrem
repentinamente, em especial a argamassa de cimento que é um material de alta fragilidade e
que pode falhar por um colapso brusco. Mediante isso, se avaliou o comportamento desses
materiais com a presença de um reforço interno. Para isso Lobo et al (2006) utilizaram um
material compósito de matriz cimentícia reforçada com fibras curtas de sisal, onde se analisou
o seu comportamento em duas situações: corpo-de-prova com e sem entalhe.
43
4.4.2.1 Materiais e Métodos
Para a obtenção do compósito de matriz cimentícia reforçado com fibra de sisal, se
utilizou o cimento Portland CP-II Z 32 composto com pozolana (6 a 14%). A proporção
utilizada para todos os processos foi de 1:2 (cimento : areia). E as fibras de sisal tinham
comprimento de 45 mm onde se utilizou o percentual em peso de 1% do compósito.
Procurou-se obter experimentalmente a relação água/cimento de 0,7.
O molde para a produção dos corpos-de-prova foi feito em madeira com uma base sem
e com rasgo (serve de apoio para o entalhe), ver figura 19.
Figura 19 – Layout do molde para a fabricação dos corpos-de-prova.
Fonte: (LOBO et al, 2006)
Segundo Lobo et al (2006), o dimensionamento do entalhe (Figura 20a) obedecem
critérios utilizados, com espessura e raio de curvatura de 3 mm, possuindo comprimento total
de 100 mm e a figura 20b mostra os corpo-de-prova de seção transversal retangular (100 mm
e 25 mm) e 300 mm de comprimento, com e sem entalhe.
44
Figura 20 – Dimensões dos corpos-de-prova, (a) dimensionamento do entalhe, (b) corpo-deprova de seção transversal retangular.
(a)
(b)
Fonte: (LOBO et al, 2006)
Para os ensaios de flexão em três pontos foram moldados quatro corpos-de-prova sem
entralhe e quatro com entalhe.
Primeiramente foram misturados o cimento, a areia e a fibra seca, logo depois se
adicionou água aos poucos até a mistura do compósito ficasse totalmente homogeneizada,
como mostra a figura 21a. passou-se um produto nos moldes para facilitar a desmoldagem
dos corpos-de-prova, em seguida o compósito é inserido até atingir a borda (Figura 21b).
Figura 21 – (a) Mistura da argamassa, (b) Corpo-de-prova fabricado.
(a)
Fonte: (LOBO et al, 2006)
(b)
45
Depois de um período de 24 horas os corpos-de-prova foram desmontados e
mergulhados em água por sete dias, e após dispostos para cura ao ar livre até o dia para os
ensaios de flexão.
A figura 22 mostra o resultado dos corpos-de-prova, sem e com entalhe
respectivamente, após o período de cura. De acordo com Lobo et al (2006) os mesmos
apresentam visualmente satisfatória aparência para uma primeira análise.
Figura 22 – (a) Corpo-de-prova sem entalhe, (b) Corpo-de-prova com entalhe.
(a)
(b)
Fonte: (LOBO et al, 2006)
A figura 23a mostra a peça sendo submetida ao esforço e a figura 23b mostra a peça
fissurada após o esforço durante o ensaio de flexão.
46
Figura 23 – (a) Corpo-de-prova sendo submetido a uma carga de flexão, (b) Corpo-de-prova
fissurado após o esforço.
(a)
(b)
Fonte: (LOBO et al, 2006)
Os resultados fornecidos pelo equipamento através do sistema de aquisição de dados
foram carga aplicada no carregamento e o deslocamento sofrido pelo corpo de prova. Os
resultados são tratados e a partir destes serão obtidos os equivalentes em tensões e deflexão
sofrida pelo corpo de prova.
4.4.2.2 Discussões

Avaliação dos resultados obtidos dos ensaios de flexão sem entalhe pré-definido.
As fissuras nos corpos-de-prova durante os ensaios de flexão, como relatam Lobo et al
(2006) progrediram de forma controlada, não ocorrendo fratura catastrófica e também pode
ser analisada na curva da figura 24 que relaciona carga versus deslocamento. As fibras nesse
47
caso serviram como ponte de transferência de tensões através das fissuras que apareceram
com aumento dos esforços no ensaio de flexão, o que proporcionou uma maior capacidade de
deformação, diante disso acarretará uma maior capacidade de absorver energia.
Figura 24 – Diagrama de carga x deslocamento típico do ensaio de flexão para matriz
cimentícia reforçada com fibra de sisal curta.
Fonte: (LOBO et al, 2006)
Outra característica a ser observada por Lobo et al (2006) foi que a carga máxima
atingida pós-pico não supera a carga de pico, esta ocorrência se apresentou com maior
frequência nas curvas analisadas.

Avaliação dos resultados obtidos dos ensaios de flexão com entalhe pré-definido.
Os corpos-de-prova com entalhe se comportaram de forma semelhante aos corpos-deprova sem entalhe no que diz respeito ao fissuramento de forma controlada e não ocorrendo
fratura de forma catastrófica, como pode ser analisado na figura 25. Onde também se pode
observar que a carga máxima atingida pós-pico supera a carga de pico, fato que Lobo et al
(2006) relatam que ocorreu em 3/4 dos corpos-de-prova, podendo-se concluir que as fibras de
sisal tiveram a capacidade de absorver energia do que a matriz de cimento.
48
Figura 25 – Diagrama de carga x deslocamento típico do ensaio de flexão para matriz
cimentícia reforçada com fibra sisal curta com entalhe.
Fonte: (LOBO et al, 2006)
A figura 26a mostra um dos corpos-de-prova com entalhe após o ensaio de flexão,
onde se observa que as fissuras se deram ao longo do entalhe pré-definido. A figura 26b
mostra uma ampliação da área de fissuração, onde se observa que houve o rompimento de
algumas fibras.
Figura 26 – (a) Corpo de prova com entalhe após o ensaio de flexão; (b) Ampliação da fissura
com entalhe.
(a)
Fonte: (LOBO et al, 2006)
(b)
49

Comparação entre os desempenhos dos corpos-de-prova com e sem entalhe.
As curvas das figuras 23 e 24, que estão relacionadas aos corpos-de-prova sem e com
entalhe, mostra que com a presença de entalhe o valor da carga máxima reduz bastante
comparada ao sem entalhe, isso se deve ao efeito concentrador de tensões no entalhe. Os
desempenhos mecânicos matriz/fibra foram satisfatórios para as duas situações com e sem
entalhe.
4.4.3 Desempenho à compressão de compósitos reforçados por fibras de coco, por
Escariz (2008)
Neste trabalho Escariz (2008) buscou analisar o uso de fibras de coco como reforço de
matrizes cimentícias, em substituição ao amianto, onde se fez a análise das suas principais
características físicas, químicas e mecânicas, e as propriedades mecânicas dos compósitos
produzidos com a mesma. Com relação às propriedades mecânicas, foram feitos ensaios de
resistência à compressão, em compósitos produzidos com matrizes de diferentes traços e
diferentes frações volumétricas e comprimentos das fibras.
4.4.3.1 Materiais e Métodos
Para a produção dos compósitos para a fabricação dos corpos-de-prova Escariz (2008)
utilizou fibras de coco e cimento Portland (CP- I). Determinou a finura por meio da peneira
75μm (nº 200) - Método de ensaio (ABNT, 1991), a determinação dos tempos de pega foi
feita, de acordo com a NBR 11581 – Cimento Portland - Determinação dos tempos de pega Método de ensaio (ABNT, 2003). Foi admitida como resistência do cimento aquela
relacionada à sua categoria de fabricação, ou seja, 32 MPa aos 28 dias de idade.

Determinação das propriedades físicas e mecânicas das fibras de coco.
Para se determinar a geometria das fibras de coco se utilizou um microscópio com
magnificação de 200 vezes, onde foram analisadas 30 exemplares de fibras com 50 mm de
50
comprimento, nos quais Escariz (2008) relata que foram realizadas três medidas ao longo do
comprimento de cada exemplar, determinando-se a média aritmética. Onde o comprimento
destas foi determinado através de uma trena metálica de precisão de 1 mm.
A massa real das fibras foi determinada através do método do picnômetro. Foi
utilizado dois picnômetros e uma bomba a vácuo para a retirada do ar (Figura 27).
Primeiramente 4g de fibras foram colocadas dentro de um picnômetro, e logo após foram
preenchidos com água até cobrir as fibras, deixando as fibras por 24 horas submersas para a
saída dor ar espontaneamente. Depois desse período o ar que por ventura ainda estivesse entre
os vazios foi retirado por meio da bomba a vácuo. Em seguida o picnômetro foi preenchido
totalmente com água e pesado.
Figura 27 – Sistema de bomba a vácuo e picnômetro.
Fonte: (ESCARIZ, 2008)
No procedimento para se determinar a resistência das fibras, Escariz (2008) adaptou
um método utilizado para se determinar a resistência das fibras de carbono, no qual cada fibra
foi colocada numa moldura confeccionada com uma folha de papel, com um orifício, ver
figura 28, onde se tomou o cuidado de não transmitir nenhum esforço de tração no processo
de colagem e logo após foram feitos os ensaios de tração por meio de um equipamento
composto de duas roldanas e uma haste metálica, por onde passava um fio de nylon que
estava preso ao dinamômetro com capacidade máxima de 10 N, onde ao se puxar o fio foi
exercida uma tensão de tração sobre a fibra.
51
Figura 28 – Molde de papel auxiliar no ensaio de tração das fibras de coco.
Fonte: (ESCARIZ, 2008)

Produção dos compósitos e ensaio de compressão
Para a produção dos compósitos Escariz (2008) utilizou dois traços para a argamassa
de cimento: o traço de 1:1 (cimento : areia), com relação água/cimento de 0,40 e o tração 1:2
(cimento : areia), com relação água/cimento de 0,52. Em relação aos teores de fibras (frações
volumétricas), foram utilizadas as percentagens de 2% e 3%, com comprimentos de 15 e 25
mm. Assim foram produzidos oito tipos de misturas de compósitos de fibra de coco. A tabela
5 apresenta a nomenclatura usada por Escariz (2008) para designar cada mistura.
Tabela 5 – Nomenclatura referente a cada mistura.
Sigla
C1
C2
C1225 C2225
C1325 C2325 C1215
C2215 C1315
C2315
Traço
1:1
1:2
1:1
1:2
1:1
1:2
1:1
1:2
1:1
1:2
Fração
0
0
2
2
3
3
2
2
3
3
0
0
25
25
25
25
15
15
15
15
Carac.
vol. (%)
Comprim.
(mm)
Fonte: (ESCARIZ, 2008)
52
Para cada mistura, foram produzidos em argamassadeira (Figura 29a), seis corpos-deprova cilíndricos, com 50 mm de diâmetro e 100 mm de altura. Cada argamassa foi misturada
e, em seguida, adicionou-se as fibras e procedeu-se à homogeneização da mistura, na própria
argamassadeira. O adensamento foi feito em mesa vibratória, em duas camadas, por 10
segundos cada (Figura 29b). Os corpos-de-prova moldados foram deixados nos moldes,
cobertos com placa de vidro, por 48 horas, e em seguida foi feita a desmoldagem. A cura dos
mesmos foi realizada por 28 dias dentro de sacos plásticos.
Figura 29 – (a) argamassadeira; (b) mesa vibratória.
(a)
(b)
Fonte: (ESCARIZ, 2008)
Após o período de cura os topos dos corpos-de-prova foram regularizados com massa
plástica e foram colocados extensômetros elétricos (Figura 30), e depois foram submetidos a
ensaios de ruptura por compressão. Para obtenção da curva tensão-deformação desses
materiais, usando aparelho de aquisição automática de dados marca HBM, modelo Spider 8.
53
Figura 31 – Extensômetros elétricos.
Fonte: (ESCARIZ, 2008)
4.4.3.2 Discussões
Os resultados obtidos por Escariz (2008) foram comparados com os resultados de
outros trabalhos desenvolvidos na área.
Com relação à geometria das fibras, obteve-se uma medida média dos diâmetros da
fibra de 0,317 mm, com coeficiente de variação de 0,30, esses valores foram aceitáveis se
comparados aos de Savastano Jr. (1992) e Toledo Filho (1997) que giraram em torno de 0,25
mm. A média dos comprimentos das fibras foi de 22,34 com coeficiente de variação de 0,20.
A massa específica real das fibras foi de 1453,6 kg/m³, que quando comparados aos
valores obtidos por Savastano Jr. (1992) de 1177 kg/m³, observa-se que é um valor superior.
Isso se deve segundo Escariz (2008) ao método de retirada do ar por meio de uma bomba a
vácuo, assim permitindo o total preenchimento dos vazios por água.
O valor médio obtido para a resistência a tração da fibra foi de 87,25 MPa.
Comparando-se esse valor com os de Savastano Jr. (1992) de 95 a 118 MPa e de Toledo Filho
(1997) de 174 MPa, observa-se uma discrepância bastante alta, isso pode ter ocorrido devido
a falta de normalização desse processo.
Quanto ao desempenho dos compósitos com fibras de coco, obteve-se os diagramas
Tensão-Deformação para os traços de 1:1 e 1:2. Os diagramas dos traços 1:1 e 1:2 estão
representados respectivamente nas figuras 31 e 32. Onde podemos observar uma semelhança
entre as curvas dos compósitos sem e com fibras.
54
Figura 31 – Diagrama Tensão-Deformação para compósitos de traço 1:1.
Fonte: (ESCARIZ, 2008)
Figura 32 – Diagrama Tensão-Deformação para os compósitos de traço 1:2.
Fonte: (ESCARIZ, 2008)
Calculou-se a média das tensões de ruptura obtidas do ensaio à compressão, para cada
mistura, calculando-se, também, o coeficiente de variação (
) das amostras. A partir das
curvas tensão-deformação, foram determinados os módulos de elasticidade das misturas,
obtendo-se os resultados mostrados na tabela 6 (ESCARIZ, 2008).
55
Tabela 6 – Parâmetros do ensaio de compressão.
Traço em massa
da matriz
0
Comprimento
(mm) – Fração
vol. Das fibras (%)
Res. à compressão 41,55
(MPa) – coef. de
0,13
variação (
25,27
Módulo de
elasticidade (GPa)
Fonte: (ESCARIZ, 2008)
1:1
1:2
15-2
15-3
25-2
25-3
0
15-2
15-3
25-2
25-3
35,49
0,18
24,23
22,56
0,17
22,22
28,70
0,23
21,50
26,95
0,12
23,86
13,48
0,16
20,63
23,02
0,09
17,79
18,35
0,09
18,91
19,74
0,24
17,91
21,65
0,18
16,67
De acordo com a tabela 7, observa-se que para o traço 1:1 o acréscimo de fibras de
coco à matriz trouxe uma redução nos valores referentes à resistência a compressão. Nesse
tipo de matriz mais resistente as fibras atuaram como falhas tendo em vista que as fibras não
atuam como reforço, sob esforço de compressão, mas como agente retardador de
rompimentos bruscos.
Para o compósito com matriz de traço 1:2, a adição de fibras trouxe aumento da
resistência à compressão. Essa matriz apresentou baixa resistência, devido à alta relação
água/cimento, de 0,52. Pode-se supor que a fibra, com alta absorção de água, reteve a água da
mistura, não deixando tanta água disponível para ser perdida para o meio, por secagem,
aumentando assim a resistência. A água retida pelas fibras pode promover uma espécie de
cura interna da pasta de cimento, favorecendo o ganho de resistência.
56
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS

Neste trabalho pode-se constatar a importância das fibras vegetais para o reforço de
matrizes frágeis de cimento, tendo em vista a procura de materiais sustentáveis, visando à
preservação do meio-ambiente, a redução do impacto gerado pelo setor da construção civil
na geração de resíduos, além de reduzir custos na fabricação de elementos construtivos
favorecendo assim a população mais precária.

No compósito produzido por Anjos et al (2003) verificou-se que as matrizes cimentícias
reforçadas com polpa celulósica de bambu constituem um grande potencial para a
fabricação de elementos construtivos com a necessidade de uma maior resistência, tendose que fazer um estudo para se garantir a durabilidade do compósito.

No compósito produzido por Lobo et al (2003) observou-se uma tendência ao aumento da
resistência à flexão, onde as fissuras ocorreram de forma controlada não havendo colapso
brusco do material compósito. E que se pode concluir que esse compósito constitui-se de
um bom elemento construtivo para resistir a esforços de flexão.

No compósito produzido por Escariz (2003) através dos ensaios de resistência à
compressão, foi possível concluir que, para misturas com matriz de argamassa de traço
1:1, a adição de fibras trouxe redução da resistência à compressão. Já para o compósito
com matriz de traço 1:2, a adição de fibras trouxe aumento da resistência à compressão. E
observou-se também que as matrizes reforçadas com fibras de coco evitou o rompimento
brusco dos corpos-de-prova.
57
REFERÊNCIAS
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corpos-de-prova cilíndricos - NBR - 5739. Rio de Janeiro, 1994.
ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas. Argamassa e Concreto - Determinação
da resistência à tração por compressão diametral de corpos-de-prova cilíndricos - NBR 7222. Rio de Janeiro, 1994.
ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas. Cimento Portland - Determinação da
finura por meio da peneira 75μm (nº 200) – NBR - 11579. Rio de Janeiro, 1991.
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58
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