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1 FORMULÁRIO PARA INSCRIÇÃO DE PROJETO DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA. Coordenação/Colegiado ao(s) qual(is) será vinculado: Engenharia Civil Curso (s) : Engenharia Civil de Joinville Nome do projeto: ESTUDO DA RESISTÊNCIA À TRAÇÃO NA FLEXÃO E À COMPRESSÃO EM ARGAMASSAS TRANSLÚCIDAS COM FIBRA ÓTICA Nome do professor orientador: HELENA RAVACHE SAMY PEREIRA Nome do professor co-orientador: Nome do coordenador(a) do Curso: Helena Ravache Samy Pereira Para a Fundação Educacional Regional Jaraguaense FERJ, mantenedora do Centro Universitário - Católica de Santa Catarina em Jaraguá do Sul e em Joinville, encaminhamos anexo, Projeto de Iniciação Científica a ser submetido ao Edital nº.../2015 Programa Institucional de Bolsas de Iniciação Científica PIBIC, do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico CNPQ, e declaramos nosso interesse e prioridade conferida ao desenvolvimento do projeto ora proposto, assim como nosso comprometimento de que serão oferecidas as garantias necessárias para sua adequada execução, incluindo o envolvimento de equipe, utilização criteriosa dos recursos previstos e outras condições específicas definidas no formulário anexo. Joinville, 18 de maio de Professor orientador Professor coorientador Coordenador do Curso 1

2 2 DESCRIÇÃO DO PROJETO Título do Projeto: Estudo da resistência à tração na flexão e à compressão em translúcidas com fibra ótica Resumo do Projeto Tipo de Projeto ( 12 meses ) (X) Apresentado pelo professor; Um dos conflitos atuais diz respeito aos materiais que devem proporcionar iluminação natural e ter alta resistência mecânica. Neste contexto surgem materiais inovadores entre eles os materiais cimentícios translúcidos com a incorporação de fibra ótica. Este projeto de pesquisa tem como objetivo analisar a resistência à tração na flexão e à compressão em com fibra ótica. Será adotado um planejamento de experimentos com dois fatores, o traço da argamassa e o teor de fibra ótica incorporada na mistura. A análise comparativa com os traços de sem adição de fibra ótica possibilita o conhecimento técnico científico sobre as propriedades de materiais cimentícios translúcidos. Palavras-chave: Argamassas translúcidas, fibra ótica, resistência Problematizacão Segundo Huber (2010) um dos grandes conflitos na atualidade se apresenta na hora de planejar uma estrutura é o tema da resistência versus iluminação. Diante desta problemática surgem propostas de criação de materiais inovadores como cimentícios translúcidos com a incorporação de fibras óticas. O acesso da luz natural em uma edificação pode acontecer através de vidros ou ainda através de outros materiais geralmente não resistentes aos esforços mecânicos. O uso de materiais cimentícios translúcidos permite certa privacidade e pode reduzir o consumo de energia elétrica minimizando a necessidade de lâmpadas acessas durante o dia. Justificativa O projeto de pesquisa visa a incorporação de fibras óticas para que haja a transmissão de luz pela argamassa mista de cimento e cal. As fibras óticas poliméricas são as mais adequadas para serem incorporadas aos materiais cimentícios segundo Huber (2010). Ao tornar as paredes de uma edificação translúcidas, com a fibra óptica, o aproveitamento da luz natural se dá de forma eficaz e ecológica, diminuindo assim a necessidade da luz elétrica. Deste modo, além de aproveitar o meio ambiente sem poluí-lo nem modificá-lo, o custo de energia elétrica anual diminui significativamente. Mas para isso, deve-se analisar as propriedades mecânicas da argamassa, de tal modo que garanta a resistência necessária para determinada utilização. Objetivo Geral: Analisar a resistência à tração na flexão e à compressão em com fibra ótica através do planejamento de experimentos possibilitando o conhecimento técnico científico sobre as propriedades de materiais cimentícios translúcidos. 2

3 Objetivos específicos As etapas que devem ser cumpridas para se atingir o objetivo geral são: Caracterizar o agregado miúdo utilizado na produção das ; definir tipos de traço para argamassa para o planejamento de experimentos; determinar a consistência e plasticidade das ; determinar a resistência à tração na flexão das ; determinar a resistência à compressão das ; analisar a adequação ao uso da incorporação da fibra ótica em mistas de cimento e cal. Metodologia A metodologia do projeto de pesquisa pode ser resumido em quatro etapas (ver Quadro 01) e deverá ser acompanhado de revisão bibliográfica. Quadro 01 Etapas da pesquisa Etapa Descrição 1 Caracterização do agregado miúdo 2 Definição do planejamento de experimentos 3 Preparo da mistura e determinação da consistência das 4 Moldagem, adensamento e cura dos corpos-de-prova prismáticos 5 Determinação da resistência à tração na flexão e à compressão das 6 Produção de texto científico 1. Caracterização do agregado miúdo Para caracterizar o agregado miúdo serão realizados alguns ensaios normalizados conforme quadro 02. Quadro 02 Ensaios com o agregado miúdo Ensaio \Norma Determinação da distribuição granulométrica NBR NM 248:2003 Determinação da massa específica e massa específica aparente NBR NM 52:2009 Determinação das impurezas orgânicas NBR NM 49: 2001 Determinação do material fino que passa através da peneira NBR NM 46: µm por lavagem 3

4 2. Definição do planejamento de experimentos CENTRO UNIVERSITÁRIO CATÓLICA DE SANTA CATARINA Para analisar a influência das variáveis nas propriedades mecânicas das será utilizado um planejamento de experimentos com dois fatores, neste caso o traço e o teor de fibra ótica, cada um com dois níveis. Os experimentos planejados permitem eficiência e economia no processo experimental. Este planejamento experimental tem quatro combinações possíveis descritos na tabela 01. Tabela 01 - Combinações possíveis no planejamento de experimentos utilizado Experimento Traço utilizado Teor de fibra ótica (%) 1 A 3,0 2 A 4,0 3 B 3,0 4 B 4,0 A definição do traço será baseado em traços pré-fixados utilizados na construção civil e dependerá de um estudo experimental inicial. Será também produzido duas misturas sem fibra ótica utilizando o traço A e o traço B para referência de comparação. 3. Preparo da mistura e determinação da consistência das O preparo da mistura e a determinação do índice de consistência está descrito da norma brasileira NBR (ABNT, 2005). Cada mistura, de acordo com o planejamento de experimentos, deve ser preparada no misturador mecânico (argamassadeira). As de cal hidratada devem ser preparadas com antecedência de 24 horas. A quantidade de água de amassamento será fixada com o objetivo de gerar plásticas. A argamassa deverá ser pesada para acréscimo de água correspondente a perda por evaporação. Após este intervalo fixado pela norma, o cimento deverá ser acrescentado na mistura que deverá ser novamente homogeneizada. Após a preparação da argamassa será realizado o ensaio para a determinação do índice de consistência através da mesa de consistência com acionamento elétrico. 4. Moldagem, adensamento e cura dos corpos-de-prova prismáticos Após o preparo da mistura de cada argamassa, com o molde prismático fixo à mesa de adensamento, deve ser aplicada uma fina camada de óleo mineral nas faces internas do molde e posteriormente introduzido uma porção de argamassa em cada compartimento conforme orientações da NBR (2005). O espalhamento da argamassa no molde deve ser feito com o auxílio do nivelador de camadas foi feito o espalhamento da argamassa no molde. Todos os corpos-de-prova devem ser moldados em formas prismáticas metálicas 4cmx4cmx16cm. Após a moldagem das, ainda em estado fresco, as fibras devem ser introduzidas manualmente. A distribuição das fibras deverá ser transversal à base do molde como mostra a figura 01. Os corpos-de-prova devem ser desmoldados (48 ± 24) horas após a moldagem e a cura acontecerá ao ar livre. 4

5 Figura 01 Moldagem dos corpos-de-prova com fibra ótica Fonte: Uribe, Determinação da resistência à tração na flexão e à compressão A norma brasileira NBR (ABNT, 2005) indica o procedimento experimental para determinação da resistência à tração na flexão e à compressão. Devem ser preparados três corpos-deprova para cada uma das quatro misturas de argamassa com fibra ótica e mais três corpos-de-prova padrão sem fibra ótica para cada traço para verificação da resistência à tração na flexão e à compressão com 28 dias de idade. Para a determinação da resistência à tração na flexão, o corpo-de-prova deve ser posicionado no dispositivo de apoio (ver Figura 02a) e posteriormente deve ser aplicada uma carga de (50±10)N/s até a ruptura na máquina universal do Laboratório de Ensaios Mecânicos da Católica de Joinville/SC. A resistência à tração na flexão é calculada segundo a equação 01: R f = 1,5 F L 40 f 3 (01) Onde: Rf: resistência à tração na flexão (MPa) Ff: carga aplicada verticalmente no centro do prisma (N) L: distância entre os suportes (mm) Para a determinação da resistência à compressão devem ser utilizadas as metades dos corpos-de prova do ensaio de flexão (ver Figura 02b) e a carga aplicada deve ser de (500±50)N/s até a ruptura na máquina universal do Laboratório de Ensaios Mecânicos da Católica de Joinville/SC 5

6 Figura 02 Dispositivo de apoio para o ensaio de resistência à tração na flexão (a) e de resistência à compressão (b) (a) (b) DISPOSITIVO CORPO-DE-PROVA CORPO-DE-PROVA DISPOSITIVO Fonte: Pereira, 2014 A resistência à compressão é calculada segundo a equação 02: Fc R c = 1600 (02) Onde: Rc: resistência à compressão (MPa) Fc: carga máxima aplicada (N) A resistência média será calculada considerando três corpos-de-prova ensaiados à tração na flexão e seis corpos-de-prova ensaiados à compressão. 6. Produção de texto científico Para finalizar o projeto de pesquisa será produzido um texto científico com objetivo de publicação em congressos ou periódicos, onde será feita a descrição da etapa experimental e análise dos resultados referentes a caracterização da argamassa translúcida com fibra ótica. Texto limitado em 02 página 6

7 Fundamentação Teórica Desde a antiguidade o concreto e as vem sendo inovados através de tecnologias que criaram novos aditivos e adições. Argamassas com adição de fibra ótica, sem a utilização de agregados graúdos foram estudadas segundo Henriques, 2013 (ver Figura 03). Figura 03: Parede de tijolos de argamassa translúcida. Fonte: HENRIQUES, O Arquiteto húngaro, Áron Losonczi, foi pioneiro no desenvolvimento de forma viável e eficaz do concreto translúcido, conhecido inicialmente por LiTraCon ( Light Transmiting Concrete), como mostra a figura 04, material que tem resistência mecânica semelhante ao convencional. O concreto translúcido, nova tecnologia que tem fibra ótica em sua composição, e permite a utilização da luz natural dentro dos ambientes (ARAÚJO Apud LIMA et al, 2014). Figura 04: Laje com concreto translúcido. Fonte: Revista Lume,

8 De acordo com a Revista Lume (2011), pode-se utilizar o concreto translúcidos em paredes espessas, que luz continua sendo transmitida com total eficiência, deste modo é possível utilizar a luz pública para iluminar o interior das casas, ou até mesmo a luz das casas para garantir a segurança na rua. Para comercialização do concreto translúcido podem ser fabricados blocos ou painéis préfabricados de 30m x 60 cm, e espessura variável, contendo de 4% a 6% de fibra óptica. Deste modo, já conseguiu-se uma resistência a compressão de 70 MPa (LIMA et al, 2014). A quantidade de luz que passa pelo concreto ou argamassa, é diretamente proporcional a área total das fibras ópticas contidas, dependendo também da rugosidade da superfície nas seções (ZHOU ZHI et al, 2006). Kashiyani et al (2013) estudou o concreto translúcido como estética e analisou o consumo de energia elétrica, verificando suas propriedades físicas. O objetivo da utilização desse tipo de concreto é substituir parcialmente a energia elétrica pela luz solar, reduzindo assim, o consumo elétrico. Deste modo, pode-se concluir que o material não perde resistência se comparado ao concreto comum e garante com eficácia a energia verde. Já para Uribe (2010), o material perde significativamente as propriedades de resistência à tração e flexão, bem como o módulo de elasticidade com a adição de fibras óticas em de cimento e cal. 3. CRONOGRAMA DE EXECUÇÃO ETAPA OU FASE DO PROJETO Objetivo Específico Etapa/Fase (O que?) Especificação (Como?) Início Semanas e meses Término Semanas e meses Caracterizar o agregado miúdo utilizado na produção das Definir tipos de traços para o planejamento de experimentos Determinar a consistência e plasticidadedas Caracterização do agregado miúdo Definição do planejamento de experimentos Preparo da mistura e determinação da consistência das -Revisão bibliográfica -Realizar os ensaios propostos de granulometria, massa, material pulverulento e substâncias orgânicas -Revisão bibliográfica -Realizar testes experimentais com diversos traços préfixados -Revisão bibliográfica. -Produzir as misturas com os materiais constituintes disponíveis -Determinar a consistência das 01/08/ /10/ /10/ /11/ /11/ /05/2016 8

9 Objetivo Específico Etapa/Fase (O que?) Especificação (Como?) Início Semanas e meses Término Semanas e meses Determinar a resistência Determinação da à tração na flexão das resistência à tração na flexão e à compressão das Determinar a resistência Determinação da à compressão das resistência à tração na flexão e à compressão das Analisar a adequação ao Produção de texto uso da incorporação da científico fibra ótica em mistas de cimento e cal -Revisão bibliográfica. - Realizar a determinação da resistência à tração na flexão através do ensaio proposto pela norma técnica - Revisão bibliográfica. - Realizar a determinação da resistência à compressão através do ensaio proposto pela norma técnica -Revisão bibliográfica. -Analisar os resultados da propriedade mecânica e a viabilidade do uso de fibra ótica em argamasas. -Produzir texto científico. 01/11/ /05/ /11/ /05/ /05/ /08/2016 9

10 4. REFERÊNCIAS ARAÚJO Apud LIMA et al. O concreto translúcido: Caracteristicas e aplicações. 14º Congreso Nacional de Iniciação Científica. CONIC- SMESP ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS - ABNT. NBR 13276: Argamassa para assentamento e revestimento de paredes e tetos Preparo da mistura e determinação de índice de consistência. Rio de Janeiro, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS - ABNT. NBR 13279: Argamassa para assentamento e revestimento de paredes e tetos Determinação da resistência à tração na flexão e à compressão. Rio de Janeiro, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS - ABNT. NBR NM 248:2003: Agregados Determinação da composição granulométrica. Rio de Janeiro, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS - ABNT. NBR NM 46: Agregados Determinação do material fino que passa através da peneira 75 µm, por lavagem. Rio de Janeiro, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS - ABNT. NBR NM 49: Agregado miúdo Determinação de impurezas orgânicas. Rio de Janeiro, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS - ABNT. NBR NM 52: Agregado miúdo Determinação da massa específica e massa específica aparente. Rio de Janeiro, HENRIQUES, T. S. Análise da influência da fibra óptica polimérica inserida em blocos de argamassa. Programa de pós-graduação da Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Porto Alegre, KASHIYANI et al. A study on transparent concrete: A novel architectural material to explore construction sector. International journal of engineering and innovative technology LIMA et al. O concreto translúcido: Caracteristicas e aplicações. 14º Congreso Nacional de Iniciação Científica. CONIC- SMESP PEREIRA, Helena Ravache Samy. Proposta de formulação de para assentamento e revestimento de paredes e tetos com incorporação de pó de exaustão de fundição Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia dos Materiais Área: Cerâmicas) Universidade do Estado de Santa Catarina. Programa de Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Joinville, REVISTA LUME. Concreto translúcido: Uma revolução na arquitetura e iluminação. Por Igor San Martin Isla. Disponível em: https://paulooliveira.files.wordpress.com/2011/09/ed_29-ar.pdf. Acessado em mai

11 URIBE, L. J. M. Desenvolvimento e avaliação de argamassa translúcida com fibra ótica polimérica. Programa de pós-graduação da Universidade Federal de Santa Catarina. Florianópolis, ZHOU, Z. Et al. Research and development of plastic optical fiber based smart transparent concrete. Proceedings of SPIE RESUMO DO ORÇAMENTO: FERJ Contrapartida (quando houver parcerias) Total R$ Elementos de Despesa Quantidade Preço Unitário R$ Quantidade Preço Unitário R$ Participação em eventos Ajuda de custo 650,00 650,00 Cópias monocromáticas, Impressão de 150,00 150,00 fotocópia colorida, fotos material e aéreas, mapas, plotagens, banner cópias em metro e banner para congresso. Material didático Fibras óticas 200,00 200,00 Total do Projeto 1000,00 6-CRONOGRAMA DE DESEMBOLSO (R$) Objetivo Específico Elementos de despesas Determinar a Material resistência à tração didático na flexão das Determinar a Material resistência à didático compressão das Analisar a Impressão de adequação ao uso material e da incorporação da banner fibra ótica em mistas Ajuda de custo de cimento e cal 09/ / /

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