ANÁLISE DAS PROPRIEDADES FÍSICAS E MECÂNICAS DE TELHAS DE FIBROCIMENTO COM ADIÇÃO DE PÓ DE PORCELANATO E FIBRA DE SISAL

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1 ANÁLISE DAS PROPRIEDADES FÍSICAS E MECÂNICAS DE TELHAS DE FIBROCIMENTO COM ADIÇÃO DE PÓ DE PORCELANATO E FIBRA DE SISAL J. B. O. da Silva¹, M. P. de Oliveira², F. J. N. de Lima³, D. D. Pereira 4, S. V. A. Barros 5 ¹Centro de Engenharias, UFERSA Mossoró, RN ²Centro de Engenharias, UFERSA Mossoró, RN 3 Centro de C. Naturais, Matemática e Estatística, UFERSA, Av Francisco Mota, 572, Mossoró, RN, CEP , jordaonunes2@gmail.com 4 Centro de Engenharias, UFERSA Mossoró, RN 5 Centro Multidisciplinar de Angicos, UFERSA Angicos, RN RESUMO Na área da construção civil a preocupação ambiental se torna mais evidente tendo em vista que grande parte da geração de resíduos sólidos são provenientes desse setor, além do consumo acelerado de recursos naturais não renováveis. Em razão disso, o setor construtivo tem buscado medidas para reduzir a geração de resíduos sólidos ou a exploração acelerada dos recursos naturais, por meio de materiais alternativos, como por exemplo, as fibras vegetais e o resíduo de polimento do porcelanato. Neste trabalho será estudado a viabilidade das propriedades físicas e mecânicas da produção de telhas de fibrocimento com pó de porcelanato e adição de fibra de sisal. Os resultados obtidos serão comparados aos de telhas tradicionalmente comercializadas no mercado. Palavras chaves: sisal, pó de porcelanato, compósitos cimentícios, resistência. INTRODUÇÃO A história do mundo mostra que a construção civil sempre existiu com a finalidade de atender as necessidades básicas da humanidade sem a preocupação com os métodos construtivos em um primeiro momento. Para se ter uma ideia, segundo Fittipaldi (2008)¹, considerando apenas a área da construção civil, pode-se 3202

2 constatar que é o segmento que mais consome matéria prima e recursos naturais no planeta e é o terceiro maior responsável pela emissão de gases do efeito estufa. Em razão disso, o setor construtivo tem buscado métodos para reduzir suas emissões, seja na geração de resíduos ou na exploração de recursos, mas mantendo ou aumentando a qualidade de suas obras e edificações, a partir de soluções mais econômicas e sustentáveis. É grande o interesse por estudos cada vez mais ativos em relação aos materiais empregados na construção civil, destacando-se o uso de fibras naturais em detrimento das fibras sintéticas e o aproveitamento dos resíduos provenientes das indústrias cerâmica, como por exemplo o pó de porcelanato como material aglutinante. Há uma grande intenção de substituir às fibras sintéticas, utilizada em grande escala pela indústria como reforço de compósitos, por fibras vegetais devido ao grande potencial do Brasil como produtor destas, o baixo custo para sua obtenção produção, além de diminuir as emissões de CO2 na produção das fibras sintéticas, (SALES, 2015)². Dentre as diversas fibras vegetais existentes, a fibra de sisal possui elevado potencial de uso pela construção civil, por apresentar baixo custo de produção, proporcionar melhoria nas propriedades mecânicas ao material associado, aumentando sua resistência à tração e prevenindo deformações excessivas, excelente no isolamento acústico e térmico, biodegradável e um recurso renovável. Somado a tudo isso o Brasil é o maior produtor da fibra de sisal do mundo, o que por si só já garante grande volume de matéria prima (IZQUIERDO, 2011)³. O pó do porcelanato é um subproduto derivado dos processos de beneficiamento do material cerâmico e que não tem utilidade aparente ao mercado ceramista, mas que poderia se tornar um importante aditivo ao setor da construção civil atual, quase que totalmente dependente de recursos minerais não renováveis. Por essa razão industrias de cerâmica do Brasil e do mundo tem buscado soluções a curto prazo para o aproveitamento dos resíduos oriundos de seus produtos. Segundo Campos (2011) 4, uma solução seria utilizar o pó de porcelanato na criação de concretos e ou argamassas com menos teor de cimento. Se o pó de porcelanato possuir granulometria próxima à do cimento, garante ao concreto ou à argamassa características semelhantes à mistura convencional, sem comprometer suas características de resistência, além de estar ajudando no combate ao descarte inadequado desse pó mineral no meio ambiente. 3203

3 Nesse contexto, este trabalho tem por objetivo produzir telhas de fibrocimento com substituição parcial do cimento por pó de porcelanato e adição de fibra sisal. E em seguida investigar as propriedades físicas e mecânicas deste novo produto e compara-las aos de telhas tradicionalmente comercializadas no mercado brasileiro. MATERIAS E MÉTODOS Esta é uma pesquisa do tipo experimental e os matérias empregados nela foram o cimento CP V ARI RS da marca Apodi, areia natural da região de Mossoró RN, fibra de sisal e pó de porcelanato oriundo do processo de polimento de cerâmicas porcelanato da empresa Elizabeth Cerâmica. Em cada um desses materiais foi realizado ensaios de caracterização com a finalidade de definir algumas de suas propriedades físicas, tais como, massa específica real, massa unitária, módulo de finura, granulometria e atividade pozolânica de acordo com a NBR vigente, exceto o ensaio de massa específica da fibra de sisal que foi baseada na metodologia de Sales (2015) 2, conforme apresentado na Tabela 1. Tabela 1: Ensaios de caracterização dos materiais. MATERIAL ENSAIO NORMA CIMENTO Massa específica NBR NM 23/2001 Massa unitária NBR NM 45/2006 AREIA Massa específica NBR NM 52/2002 Curva granulometrica NBR NM 248/2003 FIBRA DE SISAL Massa específica Adaptado de Sales (2015) Determinação da finura pelo Método de Blaine NBR NM 76/1998 PÓ DE PORCELANATO Determinação da atividade pozolânica com cal NBR 5751/1992 Preparação dos corpos de prova Foi necessário produzir 54 corpos de prova prismáticos (CP) de dimensões 40x40x160, sendo 27 para os ensaios de tração à flexão e 27 para os ensaios de resistência a compressão. Desse total separou-se 6 cp s para serem utilizados como referência, ou seja, sem a substituição do cimento pelo pó de porcelanato e adição de fibra de sisal. Dos 48 cps restantes, 24 foram produzidos com adição de 15% de pó de porcelanato e mais 24 produzidos com adição de 25% de pó de porcelanato, e 3204

4 todos eles com adição de fibra de sisal. A adição de fibra de sisal varia em 1% e 3%, e sua massa a ser adicionada na mistura determinada por pelas equações (A) e (B). Para fração de 1% de adição das fibras de sisal em relação ao volume do traço: mm ff = 1 γγ ff 99 mm cc γγ cc + mm aa γγ aa + mm ágggggg γγ ágggggg (A) Para fração de 3% de adição das fibras de sisal em relação ao volume do traço: mm ff = 3 γγ ff 97 mm cc γγ cc + mm aa γγ aa + mm ágggggg γγ ágggggg (B) Onde: mm ff = mmmmmmmmmm dddd ffffffffff dddd ssssssssss, eeee gg; mm cc = mmmmmmmmmm dddd cccccccccccccc, eeee gg; mm aa = mmmmmmmmmm dddd aaaaaaaaaa, eeee gg; mm ágggggg = mmmmmmmmmm dddd ágggggg, eeee gg; γγ ff = mmmmmmmmmm eeeeeeeeeeíffffffff dddd ffffffffff dddd ssssssssss, gg/cccc³; γγ cc = mmmmmmmmmm eeeeeeeeeeíffffffff dddd cccccccccccccc, gg/cccc³; γγ ff = mmmmmmmmmm eeeeeeeeeeíffffffff dddd aaaaaaaaaa, gg/cccc³; γγ ff = mmmmmmmmmm eeeeeeeeeeíffffffff dddd ágggggg, gg/cccc³. Todos os corpos de prova foram nomeados conforme o esquema apresentado na Figura 1, e na Tabela 2 é apresentado detalhadamente a identificação, traço e quantidade de cada um dos corpos de prova. Figura 1: Nomenclatura dos corpos de prova. 3205

5 Tabela 2: Identificação, traço e quantidade dos corpos de prova. CORPO DE PROVA TRAÇO EM MASSA PÓ DE PORCELANATO (%) FIBRA DE SISAL (mm) FIBRA DE SISAL (%) FIBRA DE SIAL (g) QUANTIDADE DE CP's CPR CPP15-S10/ ,51 3 CPP15-S10/ ,87 3 CPP15-S20/ ,51 3 CPP15-S20/3 1:1,5:0, ,87 3 CPP25-S10/ ,85 3 CPP25-S10/ ,79 3 CPP25-S20/ ,85 3 CPP25-S20/ ,79 3 TOTAL 336,04 27 A preparação das misturas dos traços dos corpos de prova prismáticos foi manual e logo em seguida foram condicionadas nos moldes prismáticos com o auxílio de uma colher de pedreiro. Passado 28 dias, esses corpos de provas passaram por alguns ensaios mecânicos e aquele que apresentou melhor resultado foi utilizado para a moldagem de três telhas cerâmicas seguindo o processo descrito na Figura 2. Figura 2: Processo de moldagem das telhas cerâmicas. Determinação das propriedades mecânicas dos corpos de prova Para garantir uma boa qualidade mecânica dos corpos de prova prismáticos e das telhas de fibrocimento foi realizado o processo de cura úmida, ou seja, as peças ficaram submersas em água por 28 dias. Pós esse tempo, realizou-se a determinação das propriedades mecânicas das peças através dos ensaios descritos na Tabela 3. Tabela 3: Ensaios mecânicos. MATERIAL ENSAIO NORMA CORPO DE PROVA PRISMÁTICO Resistência à tração na flexão Resistência à compressão simples NBR 13279/2005 TELHA DE FIBROCIMENTO Resistência à tração na flexão NBR /

6 RESULTADOS E DISCUSSÃO Resultados dos ensaios de caracterização dos materiais Os resultados das propriedades físicas dos materiais obtidas através dos ensaios de caracterização dos materiais são apresentados na Tabela 4. Observando a Tabela 4 a massa específica do cimento foi de 3,08 g/cm³. A areia teve massa específica de 2,63 g/cm³ e portanto, segundo Bauer (2001) 5, é classificada como um agregado de densidade média, dimensão máxima de 4,8 mm e módulo de finura 2,43 enquadrando-se dentro da zona ótima para utilização em concretos de acordo com as especificações da NBR 711/2005. Os materiais alternativos fibra de sisal teve massa específica de 1,32 g/cm³ e o pó de porcelanato apresentou módulo de finura pelo Método de Blaine, classificado como superfície específica, no valor de cm²/g. Tabela 4: Resultado das propriedades físicas dos materiais. MATERIAL ENSAIO RESULTADO CIMENTO Massa específica (g/cm³) 3,08 AREIA Massa específica (g/cm³) 2,63 Dimensão máxima (mm) 4,8 Modulo de Finura 2,43 FIBRA DE SISAL Massa específica (g/cm³) 1,32 PÓ DE PORCELANATO Módulo de fuinura - Método de Blaine (cm²/g) Resultado dos ensaios mecânicos A mistura dos traços de adições de fibra de sisal apresentou menor trabalhabilidade em relação a mistura de referência, pois as fibras de sisal têm elevada absorção de água, mas não impediu a moldagem dos corpos de provas prismáticos. E a adição do pó de porcelanato, em substituição do cimento, não provocou nenhuma alteração na trabalhabilidade. Aos 28 dias os corpos de prova prismáticos foram rompidos à tração na flexão e na compressão simples. As Tabelas 5 e 6 apresentam os resultados de resistência para cada um dos traços. 3207

7 Tabela 6: Resistência dos traços com 15% de pó de porcelanato. TRAÇO TRAÇÃO (MPa) COMPRESSÃO (MPa) CPR 6,42 44,63 CPP15-S10/1 7,91 43,66 CPP15-S10/3 6,53 22,83 CPP15-S20/1 6,65 31,60 CPP15-S20/3 7,47 26,60 Tabela 5: Resistência dos traços com 25% de pó de porcelanato. TRAÇO TRAÇÃO (MPa) COMPRESSÃO (MPa) CPR 6,42 44,63 CPP25-S10/1 5,27 25,59 CPP25-S10/3 6,53 20,23 CPP25-S20/1 4,12 27,32 CPP25-S20/3 4,06 21,26 Observando a Tabela 5, o corpo de prova prismático que apresentou melhor resultado de resistência a tração na flexão é o CPP15-S10/1, com substituição de 15% do cimento por pó de porcelanato e adição de fibra de sisal de 10 mm na ordem de 1% do volume do traço. Pela Tabela 6 o traço com melhor resistência à tração na flexão é o CPP15-S10/1, ou seja, com substituição de 25% do cimento pelo pó de porcelanato, com adição de fibras de sisal de 10 mm, na ordem de 3% do volume do traço. Os traços CPP15-S10/1 e CPP15-S10/1 apresentaram ganhos significativos na resistência a flexão comparado ao traço de referência CPR, em valor absoluto de 1,49 MPa e 0,11 MPa, e em termos percentual, 23,21% e 1,71%, respectivamente, contudo, em relação a resistência a compressão ambos os traços apresentaram diminuição comparado ao traço de referência. No gráfico da Figura 3 é apresentado os valores de resistência a flexão simples para todos os traços produzidos. Figura 3: Gráfico de resistência a flexão. 3208

8 Pela Figura 3, ao comparar os corpos prismáticos com 15% e 25% de adição de pó de porcelanato em substituição de cimento, mantendo-se igual o tamanho e percentual da fibra de sisal, em todos os casos a resistência a flexão à tração e compressão dos traços CPP15 é maior. Por exemplo, o traço CPP15-S10/1 teve resistência a flexão de 7,91 MPa e resistência a compressão 43,66 MPa, enquanto o traço CPP25-S10/1 apresentou resistência a flexão de 5,27 MPa e resistência a compressão 25,59 MPa, valor menor em 33,4% para resistência a flexão e 40,5% para a resistência a compressão. Dessa forma, valores de até 15% de substituição de cimento por pó de porcelanato contribui significativamente na melhoria da flexão a tração. Quando se compara os corpos com mesmo teor de pó de porcelanato e fibra de sisal diferindo apenas no tamanho da fibra, em todos os casos a resistência a flexão à tração dos corpos de provas com fibras de sisal de tamanho 10 mm foi superior aos que possuem fibra de sisal com tamanho de 20 mm. Para exemplificar, o traço CPP25- S10/3 apresentou resistência a flexão de 6,53 MPa, enquanto que p traço CPP25- S20/3 apresentou resistência a flexão de 4,06 MPa, ou seja, um valor menor em 37,8%. Esse resultado pode estar relacionado ao fato de que as fibras de menor dimensão se acomodam e se distribuem mais uniformemente pelo corpo de prova, o que não ocorreu com as fibras de maior dimensão. Com isso, concluímos que o traço ideal que proporcione boa qualidade mecânicas as telhas de fibrocimento serão aquelas com 15% de adição de pó de porcelanato, tamanho das fibras de sisal em 10 mm e que apresente os melhores valores de resistência a flexão e compressão comparado ao traço de referência, logo será o traço CPP15-S10/1. O resultado do ensaio de resistência a flexão das telhas de fibrocimento produzidas com traço CPP-S10/1 é apresentado na Tabela 7, juntamente com valores de resistência a flexão de duas marcas consagradas no mercado brasileiro. Tabela 7: Resistência a flexão da telha de fibrocimento CPP15-S10/1. TELHA ONDULADA LARGURA (m) COMPRIMENTO (m) ESPESSURA (mm) CARGA DE RUPTURA (KN) CPP15-S10/1 0,50 0,25 4,00 4,32 ETERNIT 1,10 1,22-3,66 BRASILIT 0,92-1,10 1,22-3,66 6,00 3,30 8,00 4,25 5,00 2,50 6,00 3,30 8,00 4,

9 Pela Tabela 7 a resistência a flexão da telha de fibrocimento produzida com o traço CPP15-S10/1, ou seja, substituição do cimento por 15% de pó de porcelanato e adição em 1% de fibra de sisal com tamanho de 10 mm e espessura de 4 mm foi de 4,32 KN. Esse valor foi superior em 1,62% comparado ao maior valor de carga de ruptura de telhas de fibrocimento das marcas Eternit e Brasilit de espessura 8 mm. CONCLUSÕES As principais conclusões que podem ser feitas a respeito desta pesquisa são: A substituição do cimento em 15% por pó de porcelanato na produção de telha de fibrocimento favorece a resistência a flexão, enquanto que valores maior provoca redução; A incorporação de fibra de sisal com tamanho de 10 mm também contribuiu para a melhoria da resistência a flexão das telhas; E por fim, a telha de fibrocimento confeccionada com o traço CPP15-S10/1 apresentou resistência a flexão de 4,32 KN mesmo com espessura de 4mm. Esse valor foi maior que a resistência de duas marcas brasileiras de telhas de fibrocimento em 1,62%. REFERÊNCIAS [1]. FITTIPALDI, M. Habitação Social e Arquitetura Sustentável em Ilhéus/BA. 2008, 136p. Dissertação (Mestrado em Desenvolvimento Regional e Meio Ambiente) Universidade Estadual de Santa Cruz, Ilhéus. [2]. SALES, C. G. Fibra de curauá como reforço em matriz cimentícia para fabricação de telhas e placas de fibrocimento. 2015, 87p. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) - Instituto de Tecnologia da Universidade Federal do Pará, Belém. [3]. IZQUIERDO, I. S. Uso de fibra natural de sisal em blocos de concreto para alvenaria estrutural. 2011, 146p. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Estruturas) - Universidade de São Paulo, São Carlos. 3210

10 [4]. CAMPOS, M. A. Análise microestrutural e das propriedades mecânicas e de durabilidade de argamassas e concretos com isoladores elétricos de porcelana. 2011, 216p. Tese (Doutorado em Engenharia Civil) Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo, Universidade Estadual de Campinas, Campinas. [5]. BAUER, L.A.F. Materiais de Construção. Rio de Janeiro,