Estudo de Materiais Alternativos para Utilização como Novos Materiais Geotécnicos - Aplicabilidade de Fibras Naturais de Sisal como Reforço de Solos

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1 Estudo de Materiais Alternativos para Utilização como Novos Materiais Geotécnicos - Aplicabilidade de Fibras Naturais de Sisal como Reforço de Solos Aluna: Amanda Fernandes Nogueira Trindade Orientadora: Profª Michéle Dal Toé Casagrande, DEC/PUC-Rio 1. Introdução O estudo sistemático de fibras com finalidade de reforço de matrizes começou na Inglaterra em No Brasil, o trabalho pioneiro cabe ao Ceped (Centro de Pesquisa e Desenvolvimento), de Camaçari, Bahia, que iniciou seu trabalho em Agopyan (1991), em seu abrangente trabalho a respeito do emprego de fibras vegetais como reforço de matrizes frágeis, relacionou 19 fibras potencialmente úteis para a construção civil. A partir de propriedades mecânicas (resistência à tração, módulo de elasticidade e alongamento na ruptura), características físicas, relação entre comprimento e diâmetro, possibilidade de cultivo no Brasil, custo e durabilidade no ambiente natural, selecionou algumas fibras como as mais adequadas. Como um produto natural, as características das fibras apresentam grande variabilidade, com coeficientes de variação freqüentemente maiores que 40%. Embora apresentem elevada resistência à tração, o módulo de elasticidade das fibras é menor que o das matrizes à base de cimento (de 20 a 30 GPa) e equivalente ao das matrizes de gesso (de 2 a 4 GPa), o que limita sua eficiência como reforço. Assim, as pesquisas no Brasil e no exterior concentram-se nas fibras de coco e sisal (Agopyan, 1991), fartamente disponíveis a preço relativamente baixo. Para o reforço de materiais de construção civil podem ser empregadas fibras de menor comprimento, normalmente rejeitadas pelas indústrias de amarra, estofados e tecelagem, tradicionais consumidoras destas fibras. O sisal é a principal fibra dura produzida no mundo, correspondendo a aproximadamente 70% da produção comercial de todas as fibras desse tipo. No Brasil, o cultivo do sisal se concentra na região Nordeste, sendo os estados da Bahia, Paraíba e Rio Grande do Norte os principais produtores, com 93,5, 3,5 e 3,0%, respectivamente, da produção nacional. Como planta tropical, o sisal se desenvolve preferencialmente em localidades onde prevalecem temperaturas relativamente elevadas durante a maior parte do ano. Ademais, como é uma planta econômica, requer condições climáticas compatíveis com o bom desenvolvimento e uma alta produtividade. Além disso, a fibra de sisal apresenta um dos maiores valores de módulo de elasticidade e de resistência mecânica entre as fibras naturais. As fibras vegetais, comparadas às fibras sintéticas, são de baixo custo, de fácil obtenção, fartamente disponíveis, mais fáceis de manusear, têm boas propriedades mecânicas, não geram quantidades excessivas de resíduos, empregam tecnologias relativamente simples e requerem menos energia no processo de produção, além de serem de fontes renováveis. Como desvantagens apresentam grande variabilidade das propriedades físicas e mecânicas (cerca de 40%), susceptibilidade de degradação em ambientes naturais e variações dimensionais por mudanças de teor de umidade e/ou temperatura. O melhoramento ou alteração das propriedades mecânicas dos solos reforçados com fibras depende das características das mesmas (como resistência à tração, módulo de elasticidade, comprimento, teor e rugosidade), do solo (grau de cimentação, tamanho, forma e granulometria das partículas, índice de vazios, etc.), da tensão de confinamento e do modo de carregamento.

2 2. Objetivo O principal objetivo dessa pesquisa é verificar a possibilidade da utilização de fibras de sisal como elementos de reforço que venham a conferir ao solo melhorias em seus parâmetros de resistência, viabilizando sua utilização imediata. Levando em consideração o contexto atual em que se encontra o meio ambiente, devido aos impactos causados pelo homem e a partir da necessidade de alternativas sustentáveis, consiste o interesse no estudo das fibras de sisal, já que são fontes renováveis. Sendo assim, será feita a análise das respostas das misturas à tensão-deformação e através de ensaios de laboratório em triaxiais, buscando uma melhor interpretação do comportamento mecânico e da durabilidade do solo reforçado com fibras de sisal, podendo potencializar o uso de misturas solo-fibra em obras de terra. 3. Revisão Bibliográfica A areia apresenta partículas com diâmetro compreendido entre 0,06mm e 2,00mm ainda visíveis sem dificuldade. Quando se misturam com água não formam agregados contínuos e ao invés disso se separam com facilidade. Segundo a NBR 6502/1995 (item ), a areia é um solo não coesivo e não plástico formado por minerais ou partículas de rochas com diâmetros compreendidos entre 0,06 mm e 2,0 mm, podendo ser classificados em: areia fina (com grãos de diâmetros compreendidos entre 0,06 mm e 0,2 mm), areia média (com grãos de diâmetros compreendidos entre 0,20 mm e 0,60 mm) e areia grossa (com grãos de diâmetros compreendidos entre 0,60 mm e 2,0 mm). Em relação ao coeficiente de permeabilidade, sendo o índice de vazios (e) da amostra diretamente proporcional ao coeficiente de permeabilidade, ou seja, diminui à medida que o solo reduz sua granulometria, é possível encontrar na literatura valores típicos dos solos (Tabela 1). Tabela 1: Coeficiente de permeabilidade do solo. Através dos resultados obtidos do ensaio de SPT, ou seja, através do NSPT é possível obter alguns parâmetros importantes utilizados na engenharia geotécnica. Sendo um maior número de golpes indicando uma maior compacidade e, de uma forma geral, uma maior resistênicia (Tabela 2).

3 Tabela 2: Classificação de areias e argilas: NBR-7250 Desde 1980, o Ceped, localizado em Camaçari-BA, estuda os compósitos com fibras vegetais por meio do grupo de pesquisadores do Thaba (Programa de Tecnologias de Habitação). Foram produzidos corpos-de-prova prismáticos com 300 mm de comprimento e secção quadrada de 50 mm de lado. A matriz empregada foi de argamassa de cimento e areia, no traço de 1:1, em volume, e o fator água-cimento, de 0,43. Fibras de coco, sisal e piaçava, com volumes e comprimentos variáveis, foram adicionadas manualmente. Apenas os compósitos com fibras longas (270 mm) de sisal e piaçava apresentaram resistência mecânica superior à da matriz sem reforço. Por essa razão, para os compósitos com fibras de sisal, tentaram-se outras técnicas de moldagem, que foram: adensamento em duas camadas, compactação com pressão variando de 1,9MPa a 3,1MPa, e adensamento em mesa vibratória por até 3 minutos. Pelos ensaios mecânicos, a melhor técnica foi a de compactar com pressão de 2,2 MPa, com a qual se obteve resistência de tração na flexão de 6,2 MPa.. 4. Programa Experimental - Materiais utilizados 4.1. Areia Neste ensaio utilizou-se a areia (Figura 1) proveniente de uma jazida localizada no município de Itaboraí RJ, classificada como areia bem graduada (SW) segundo o Sistema Unificado de Classificação de Solos (SUCS). Figura 1 Areia estudada neste ensaio

4 Os índices físicos e ensaios de caracterização foram determinados e realizados no Laboratório de Geotecnia e Meio Ambiente da Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro (PUC-Rio), de forma a obter a curva granulométrica do solo utilizado (Figura 2 e Tabela 3). Figura 2 Curva granulométrica da areia Tabela 3 Índices físicos da areia Índices Físicos Densidade dos grãos (Gs) 2,58 Diâmetro efetivo D 10 0,23 mm Diâmetro médio D 50 0,60 mm Coeficiente de uniformidade (Cu) 3,04 Coeficiente de curvatura (Cc) 0,89 Índice de vazios máximo (e max ) 0,92 Índice de vazios mínimo (e min ) 0, Água Utilizou-se água destilada na operação do equipamento e preparação dos corpos-deprova de areia pura e misturas solo-fibra, exceto nos ensaios de durabilidade, onde será utilizada água proveniente da rede pública de abastecimento.

5 4.3. Fibras de Sisal Nessa pesquisa foram utilizada as fibras de sisal (Agave sisalana). Esta fibra é derivada da folha de uma planta que é considerada indígena na América Central e do Sul (Costa, 2013) e foram compradas da Associação de Desenvolvimento Sustentável e Solidário da Região Sisaleira (APAEB), do município de Valente, Bahia. As Figuras 3 e 4 apresentam o esquema das fibras de sisal. Figura 3 - Estrutura hierárquica de uma fibra de sisal (Melo Filho, 2012). Figura 4 Fibras de sisal utilizadas neste trabalho.

6 Foram adotados nesse trabalho os comprimentos de 25 e 50 milímetros no teor de 0.5% de fibras, em relação a massa de solo seco. Ambas as fibras foram compradas na forma de fardos e em comprimentos de aproximadamente de 1,2 m. Devido à presença de resíduos aderidos na superfície das fibras (graxas e resinas naturais), as fibras serão submetidas a um processo de beneficiamento que consistiu de uma lavagem em água quente (100 ) e secagem em estufa. 5. Programa Experimental Ensaios Realizados Para o ensaio triaxial, utiliza-se uma prensa da marca Wykeham-Ferrance de capacidade de 10 toneladas (Figura 5), cuja velocidade de deslocamento é controlada e o ajuste das velocidades de deslocamento do pistão é determinado através da seleção adequada de pares de engrenagens e a respectiva marcha. A câmara triaxial utilizada é própria para corpos-de-prova com diâmetro de 1,5 (in) e é feita de um material acrílico que suporta uma pressão confinante máxima de 1000KPa reforçada com uma malha metálica para oferecer maior segurança. A célula de carga utilizada tem capacidade máxima de 5000 kn e exatidão de 1 kn. Para obter os deslocamentos foram utilizados LVDT s com cursos de 25mm e resolução de precisão de 0,01 mm. As variações de volume são obtidas através de medidores de variação volumétrica (MVV), fabricados na PUC-Rio. Depois de obtidas todas as informações através dos transdutores, a gravação dos dados é feita utilizando o sistema de aquisição de dados. (Figuras 5 e 6). Figura 5: Equipamento de cisalhamento triaxial A descrição do ensaio triaxial é dada por: (a) Medidor de Variação de Volume (b) Reservatório de água no topo (c) Painel de controle das pressões (d) Caixa leitora de dados (e) Pressão confinante

7 (f) Cilíndrico acrílico reforçado (g) Controle para início do cisalhamento (h) Transdutor de pressão (i) Controle manual de movimento fino do pistão Figura 6: Software e sistema de aquisição de dados Os ensaios triaxiais realizados nessa pesquisa são do tipo Consolidados Isotropicamente Drenados (CID). Esses ensaios foram realizados no Laboratório de Geotecnia e Meio Ambiente da PUC-rio sob a saturação total e com tensões efetivas de 50, 100 e 150 (KPa), que são hipóteses realistas feitas em algumas aplicações de engenharia. O objetivo principal desse ensaio foi determinar os parâmetros de resistência do solo: coesão não drenada e ângulo de resistência ao corte. A fim de aplicar uma condição de tensão de simetria triaxial, foram utilizados para o teste triaxial corpos de prova cilíndricos de solo de altura nominal de H=91 mm e diâmetro de D=39 mm. A resposta do solo foi obtida através de três etapas em cada corpode-prova: de saturação, de adensamento e de cisalhamento. O programa experimental é o estudo da viabilidade do uso da fibra de sisal como um material alternativo de reforços nos solos arenosos utilizados na construção civil, de modo a aumentar a sua resistência. Sendo assim, as propriedades mecânicas de um solo arenoso foram analisadas com a inserção de fibras de sisal dividindo o projeto em etapas. Ensaios de caracterização física foram executados no Laboratório de Geotecnia e Meio Ambiente da PUC-rio visando determinar os índices e propriedades físicas do solo argiloso puro e das misturas solo-fibra utilizadas. Seguindo as normas técnicas brasileiras, o solo foi preparado e ensaiado através dos procedimentos descritos nas seguintes normas: NBR 6457/1986 Amostras de Solos Preparação para ensaios de Compactação e Caracterização; NBR 6508/1984 Solo Determinação da densidade real dos grãos; NBR 7181/1984 Solo Análise Granulométrica; NBR 12051/1991 Solo Determinação do índice de vazios mínimos de solos não coesivos; NBR 12004/1990 Solo Determinação do índice de vazios máximos de solos não coesivos.

8 6. Programa Experimental - Preparação dos modelos para avaliação da durabilidade e das amostras para ensaios Triaxiais Para o solo arenoso estudado, misturas foram preparadas com um único teor (0,5%), calculado em relação à massa seca do solo puro e as fibras de sisal com comprimentos de 50 e 25 milímetros. Com o objetivo de perceber qual a influência que as condições inerentes à função de reforço de solo têm na degradação de fibras naturais, foram concebidos dois cenários de análise: solo reforçado com fibras no tempo zero sem exposição (de controle) e solo reforçado com fibras exposto a condições ambientais ao longo do tempo. Para isso, caixas de dimensão 35 x 35 x 35 cm foram construídas para conter o solo reforçado com as fibras (ao natural e tratadas superficialmente), e estas foram colocadas em ambiente exterior, sujeitas à ação de diversos agentes climáticos como variações de temperatura do solo, fruto não só da transição do dia para a noite, mas também de estações, variações de umidade do solo, resultantes da precipitação, e também da incidência de radiação solar, que influencia o processo de biodegradação das fibras (Figura 7). Figura 7 Caixa construída para ensaio de durabilidade A preparação dos corpos-de-prova das misturas solo-fibra e do solo arenoso puro foi feita por compactação diretamente em um molde cilíndrico tripartido, manualmente, em cinco camadas. Para a areia pura e para as misturas, a umidade adotada foi de 10% e o peso específico seco foi de 1,63 g/cm³ que correspondem a uma densidade relativa de 50% e índice de vazios de 0,65. Primeiramente, é colocada na base do triaxial uma pedra porosa e o papel filtro. A seguir, é colocada a membrana segurando-a com a base por meio dos o-rings. O molde tripartido

9 é colocado, unindo-se as três partes por uma abraçadeira metálica. As juntas são vedadas com uma fita e é vedado também dois dos três furos do tripartido. Os o-rings são colocados na parte superior do molde e a membrana é ajustada por cima. É instalada uma mangueira no furo aberto do tripartido visando succionar a membrana às paredes do tripartido. Após encher o tripartido com a mistura do solo arenoso, compactada em 5 camadas, na parte superior é colocado um segundo papel filtro e também a pedra porosa. Seguidamente é colocado o topo (cap) na parte superior, ajustando a membrana sobre o molde tripartido e fixando esta com os o-rings colocados anteriormente. Todos os elementos que foram utilizados para moldar o corpo-de-prova são desmontados e a membrana é acomodada cobrindo os o-rings da parte superior e inferior. A câmara triaxial é colocada e ocorre o enchimento completo da câmara com água destilada, testando a pressão confinante conectada à câmara. As etapas de montagem do corpo-de-prova descritas acima estão expostas na figura 8. Figura 8: Etapas de montagem do corpo-de-prova No teste drenado consolidado, a saturação da amostra é importante para assegurar que todos os espaços vazios no interior da amostra estejam preenchidos por água. As técnicas de saturação utilizadas para os corpos de prova de areia pura e misturas foram de saturação por percolação de água através das amostras e de saturação por contrapressão. No caso da saturação por percolação, é aplicada uma diferença de pressão entre o topo e a base. Então, aplicou-se uma diferença de pressão de 5 kpa entre o topo e a base e também uma diferença de pressão de 10 kpa entre a pressão confinante e o topo. Isso permite que a água flua da base para o topo do corpo de prova. Na saturação por contrapressão, a pressão confinante aplicada ao corpo-de-prova ultrapassava a contrapressão em 10 kpa (mesma pressão na base e no topo), onde o fluxo era permitido pela topo e base. Antes de se iniciar a etapa de adensamento, para verificar se o grau de saturação da amostra é suficientemente alto, realiza-se um teste para determinar o valor de B do Skempton. O valor de B aproximado para solos saturados é de 1, então, são considerados valores aceitáveis

10 valores maiores ou iguais a 0,95. A verificação da saturação é feita através da medição desse parâmetro, pois esse parâmetro é semelhante ao grau de saturação para valores superiores a 90%. De modo a facilitar o cálculo, o parâmetro B é medido através da medição de variação da pressão intersticial causada pela aplicação de uma pequena variação da pressão de confinamento (por exemplo, 50kPa). Para o solo estar completamente saturado, a variação da pressão intersticial medida deve ser igual à variação da pressão de confinamento. Além de medir o parâmetro B, a permeabilidade de alguns corpos de prova é controlada de forma a controlar a mudança e influência da adição de fibras nas misturas. Após obter um valor de B aceitável (maior ou igual a 0,95) e atingir a saturação do corpode-prova, iniciou-se a fase de adensamento isotrópico. O processo de adensamento começa quando a ligação para drenagem é aberta e a dissipação do excesso de poro pressão da água ocorre. Nessa fase, o objetivo foi definir, em termo de tensões efetivas, o estado de tensão inicial do solo. Quando o solo já está completamente saturado, pode-se assegurar que a tensão aplicada (tensão total) equivale a tensão efetiva, pois a drenagem de água é permitida, dissipando-se o excesso de pressão intersticial. Em solos saturados, a alteração no volume da amostra que ocorre pode ser obtido através do volume de água intersticial drenado que vai acumular no reservatório da base da prensa. Mantendo-se a pressão de confinamento constante, executa-se essa fase por compressão axial, aumentando a tensão vertical P(pressão)/A(área). Nessa fase são medidas duas deformações: deformações axiais, medidas com um deflectômetro instalado no topo da câmara e deformações volumétricas, medidas através da variação de volume de água na câmara durante a aplicação do corte. Tal medição é aceitável caso não haja fugas de água na câmara e após a calibração da câmara para saber quanto que aumenta de volume com o aumento da pressão de água no seu interior. Como alternativa, pode-se utilizar transdutor fixo na proveta para medição local das deformações radiais e verticais, de forma a obter leituras de deformações mais precisas. As pressões intersticiais são medidas com células de pressão colocadas numa das válvulas de drenagem. Como os dados coletados de variação de volume que foram utilizados para o traçado do gráfico variação volumétrica (ml) vs raiz do tempo (min 0,5 ), foi possível o cálculo da velocidade de cisalhamento. O objetivo de definir uma velocidade suficientemente lenta para a aplicação da compressão axial é permitir a total drenagem da água do corpo de prova sem que haja geração de excessos de poropressão. Feitos os ensaios triaxiais, a determinação dos parâmetros de resistência do solo foi feita a partir dos valores da envoltória de resistência (α ) e da coesão (a ) obtida no espaço p : q para calcular os parâmetros de resistência no espaço Mohr-Coulomb (ϕ c ). As Equações 3 a 6 apresentam as formulações de Lambe (1964) e os parâmetros que são apresentados nos gráficos dos resultados: q = (σ 1 σ 3 ) 2 p = (σ 1+σ 3) 2 Equação 1 Equação 2 tan(α ) = sen(φ ) Equação 3 a = c. cos (φ ) Equação 4

11 onde: p : centro do círculo de Mohr; q : raio do círculo de Mohr; α : inclinação da envoltória de resistência no espaço p :q. a : intercepto com o eixo q da envoltória de resistência no espaço p :q. φ : inclinação da envoltória de resistência do espaço σ:τ (Mohr-Coulomb). c : intercepto da envoltória de resistência do espaço σ:τ (Mohr-Coulomb). 7. Resultados e Análises A figura 9 apresenta as curvas tensão desviadora e variação volumétrica vs deformação axial, correspondentes aos ensaios do tipo CID, com tensão confinante de 50, 100 e 150kPa, relativos ao solo arenoso e ao solo reforçado com fibras de sisal de 25 e 50mm de comprimento no teor de 0.5%. Para os três materiais ensaiados, observa-se, que a resistência aumenta com o aumento da tensão confinante efetiva e não apresenta picos. Nas curvas de variação volumétrica, nota-se uma tendência de contração para todas as tensões confinantes empregadas, sendo esta contração tanto maior quanto maior for o valor da tensão confinante. É possível observar o nítido acréscimo de resistência ao cisalhamento, sem formação de pico, em função da adição das fibras em relação ao material não reforçado, sendo este acréscimo tanto maior quanto maior o comprimento da fibra para o teor avaliado (0,5%). A inclusão de fibras na matriz arenosa resultou em um crescimento constante de resistência com o aumento da deformação axial, caracterizando um comportamento elasto-plástico de enrijecimento. Nota-se também que as fibras passam a contribuir no acréscimo de resistência do material logo no início do ensaio, quando a deformação axial é em torno de 2,5%. A partir desta deformação torna-se evidente a diferença de comportamento entre as curvas tensão vs deformação axial do solo reforçado, e que a contribuição da adição fibras permanece visível até a deformação axial limite avaliada de 20%. A tensão desvio medida a 20% de deformação axial para as tensões confinantes estudadas para o solo e para o solo-fibra é apresentada na4. Esta tabela permite avaliar a influência do comprimento de fibra quando empregadas no mesmo teor de 0.5%. Ao se comparar as resistências obtidas com a variação da tensão confinante, observa-se o aumento da resistência com a inclusão de fibras no solo arenoso. Outro ponto observado foi a diminuição progressiva da contribuição da fibra na resistência do compósito com o aumento das tensões efetivas médias inicias, ou seja, as fibras têm um desempenho muito maior na resistência do compósito quando solicitadas a baixas tensões efetivas médias iniciais. Casagrande (2001) justifica que isso se deve provavelmente ao fato de que a baixas tensões confinantes as fibras atuam individualmente, ou seja, quanto maior for o comprimento da fibra, mais resistência esta irá mobilizar, porém, quando as fibras são submetidas a altas tensões de confinamento elas atuam como um reforço único, onde o comprimento da fibra não influencia o comportamento resistente do solo reforçado. A deformação volumétrica medida a 20% de deformação axial para as tensões confinantes estudadas para o solo e para o solo-fibra é apresentada na5. Esta tabela permite avaliar a influência do comprimento de fibra quando empregadas no mesmo teor de 0.5%.

12 Figura 9. Curvas tensão desviadora e deformação volumétrica vs deformação axial para o solo arenoso e solo arenoso reforçado com fibras de sisal nos comprimentos de 25 e 50mm em ensaios de compressão triaxial convencional. Tabela 4 Tensão desvio e sua variação para o solo arenoso e para o solo reforçado com fibras. Areia Areia Sisal 25mm Areia Sisal 50mm σ c ' σ d20% σ d20% Variação σ d20% Variação Variação (kpa) (kpa) (%)* (kpa) (%)* (%)** 50 63,85 254,67 298,86 438,18 586,26 72, ,86 513,41 119,54 868,38 271,32 69, ,36 789,39 131, ,27 239,31 46,73 * Variação do σd em relação a areia ** Variação do σd em relação a areia sisal 25mm

13 Tabela 5 Variação volumétrica e sua variação para o solo arenoso e para o solo reforçado com fibras. σ c ' Areia ɛ v20% (%) Areia Sisal 25mm ɛ v20% (%) Variação (%)* ɛ v20% (%) Areia Sisal 50mm Variação (%)* Variação (%)** 50 2,71 2,84 4,80 2,52-7,01-11, ,90 4,91 25,90 3,28-15,90-33, ,61 11,60 52,43 4,30-43,50-62,93 * Variação do σd em relação a areia ** Variação do σd em relação a areia sisal 25mm Ao se comparar os valores das deformações volumétricas obtidas com a variação da tensão confinante, observa-se que a inclusão de fibras afetou o comportamento de contração da areia. Enquanto que a adição de fibras de 25mm aumentou o comportamento de contração, a adição de fibras de 50mm diminuiu este comportamento. É possível observar também o aumento progressivo da contribuição da fibra na variação volumétrica do compósito com o aumento das tensões efetivas médias inicias. A diferença de comportamento de contração do compósito entre a adição de fibras de 25mm e de 50mm, indica que a fibra de maior comprimento costura a matriz arenosa dificultando sua deformação. A figura 10 apresenta as envoltórias de resistência bem como os valores do intercepto coesivo e do ângulo de atrito interno obtidos para o solo e o solo-fibra a 20% de deformação axial. Figura 10 - Envoltória de tensões para o solo arenoso e o solo reforçado com fibras a 20% de deformação axial.

14 A adição de fibras provocou um aumento tanto na coesão do material como no ângulo de atrito. No processo de mistura do solo com a fibra notava-se claramente que as fibras proporcionavam um emaranhado que envolvia e, de certa forma vinculava os grãos do solo, promovendo um efeito de ancoragem. Esta observação foi traduzida no aumento do intercepto coesivo e do ângulo de atrito e comprovada pelos valores obtidos. As características almejadas com a inclusão de fibras nem sempre dizem respeito ao aumento da capacidade de suporte do material. Vários outros aspectos, como maior capacidade de absorção de energia (maior resistência ao impacto), queda na redução de resistência póspico (para o caso de materiais mais frágeis), maior capacidade de absorver deformações até atingir a resistência última, entre outros, são exemplos disso (Heineck, 2002) A tenacidade é a propriedade do material que expressa a energia absorvida pelo mesmo ao deformar-se. A variável de resposta adotada para avaliar a tenacidade dos materiais compósitos fibrosos foi a capacidade de absorção de energia de deformação (Edef). A capacidade de absorção de energia de deformação (Edef) é definida pelo produto entre a tensão desvio e a variação da deformação axial correspondente, que neste caso foi avaliada até uma deformação axial de 20%. Utilizou-se a simbologia Edef20% para expressar esta condição. A figura 11 mostra a variação das energias de deformação absorvidas para o solo arenoso e para o solo-fibra, com a variação das tensões confinantes estudadas, medidas a 20% de deformação axial, também apresentada na tabela 6. Tabela 6 Energia de deformação absorvida e sua variação para o solo arenoso e para o solo reforçado com fibras. σ c ' Areia E def20% (kj/m³) Areia Sisal 25mm E def20% (kj/m³) Variação (%)* E def20% (kj/m³) Areia Sisal 50mm Variação (%)* Variação (%)** 50 12,77 50, ,81 87,63 586,22 72, ,77 102,68 119,54 173,67 271,33 69, ,27 157, ,26 231,65 239,31 46,73 * Variação do Edef em relação a areia ** Variação do Edef em relação a areia sisal 25mm Ao se comparar as energias de deformação absorvida obtidas com a variação da tensão confinante, observa-se o aumento da energia de deformação com a inclusão de fibras no solo arenoso. Outro ponto observado foi a diminuição progressiva da contribuição da fibra na energia de deformação do compósito com o aumento das tensões efetivas médias inicias, ou seja, as fibras tem um desempenho muito maior na tenacidade do compósito quando solicitadas a baixas tensões efetivas médias iniciais.

15 Figura 11 - Energias de deformação absorvidas para 20% de deformação axial, com variação da tensão confinante, para o solo arenoso e o solo reforçado. 8- Conclusões A partir do ensaio de compressão triaxial convencional em solo arenoso e misturas solo-fibra de sisal com 25 e 50mm de comprimento executados e das análises destes resultados, foram estabelecidas algumas conclusões relatadas a seguir. Nas amostras de solo com e sem reforço observa-se um aumento de resistência com o aumento da tensão confinante; Para o solo reforçado se observa um crescimento constante de resistência com o aumento da deformação axial, caracterizando um comportamento elasto-plástico de enrijecimento; As fibras passam a contribuir de forma mais significativa para o acréscimo de resistência do material em aproximadamente 2,5% de deformação axial. Este acréscimo corresponde ao instante no qual passam a predominar as deformações plásticas na matriz não reforçada; A adição de fibras provocou um aumento na coesão e no ângulo de atrito do material; O módulo secante cresce com o aumento das tensões confinantes tanto para o solo quanto para o solo-fibra. A adição de fibras de sisal com 50mm de comprimento provoca uma

16 alteração do módulo secante do solo arenoso, tal modificação não ocorreu com a inclusão de fibras de 25mm; A energia de deformação absorvida aumenta com a inclusão de fibras ao solo arenoso, majorando a tenacidade do mesmo, principalmente para baixas tensões de confinamento; Empregando fibras de sisal com teor de 0.5%, o comprimento ótimo adotado será o de 50mm. As fibras de sisal, quando utilizadas como reforço de solos, mostrou resultados positivos em termos de aumento de parâmetros de resistência das misturas, em comparação à areia pura, onde a areia-fibra de sisal pode ser aplicada em obras geotécnicas, como reforço de taludes, aterros sobre solos moles, camadas de aterros sanitários e bases de fundações superficiais. 9- Referências Associação Brasileira de Normas Técnicas ABNT NBR 6457/1986 Amostras de Solos Preparação para ensaios de compactação e caracterização. Associação Brasileira de Normas Técnicas ABNT NBR 7181/1984 Solo Análise Granulométrica. Associação Brasileira de Normas Técnicas ABNT NBR 6508/1984 Solo Determinação da densidade real dos grãos. Associação Brasileira de Normas Técnicas ABNT NBR 12004/1990 Solo Determinação do índice de vazios máximos de solos não coesivos. Associação Brasileira de Normas Técnicas ABNT NBR 12051/1990 Solo Determinação do índice de vazios mínimos de solos não coesivos. Associação Brasileira de Normas Técnicas ABNT NBR Resíduos Sólidos Classificação. Casagrande, M.D.T. (2005). Comportamento de solos reforçados com fibras submetidos a grandes deformações. Tese (Doutorado) - Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Escola de Engenharia. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil. Rio Grande do Sul. Das, Braja M. (2011) Fundamentos de Engenharia Geotécnica. São Paulo: Cengage Learning. Dittenber, D. B., GangaRao, H. V. S. (2012). Critical Review of Recent Publications on Use of Natural Composites in Infrastructure. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 43(8), Hannant, L. (1994). Polymers and polymers composities. In: J.M. ILLSTON. Construction materials: their nature and behavior. 2ed., London: J.M. Illston/E & FN Spon, pp Head, K. H. (1986). Manual of Soil Laboratory Testing: Effective Stress Test. Wiley, 2nd ed., v.3, West Sussex, Inglaterra, p.227. Louzada, N. S.L. (2015). Experimental Study of Soils Reinforced with Crushed Polyethylene Terephthalate (PET) Residue. 124p. Dissertação (Mestrado) Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro.

17 Mattoso, L. H. C.; Ferreira, F. C.; Curvelo, A.A.S. (1997). Sisal fiber: Mophology and applications in polymer composites. In: Leâo, A. L.; Carvalho, F. X.; Frollini, E. Lignocellulosic-plastics composites, São Paulo: USP/UNESP, p Tolêdo Filho, R.D. (1997). Materiais compósitos reforçados com fibras naturais: caracterização experimental. Tese (Doutorado) - Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro. Departamento de Engenharia Civil. Rio de Janeiro.