Reforço de Rebocos com Fibras de Sisal Foto autor 1 Luis Dias UTAD Portugal luisdias16@gmail.com Anabela Paiva UTAD Portugal apaiva@utad.pt José Vieira UTAD Portugal jbvieira@utad.pt Resumo: Sendo a fendilhação de rebocos uma das patologias mais frequentes e gravosas que ocorrem nas paredes dos edifícios, é importante recorrer a novas soluções construtivas e novos materiais. As fibras de sisal podem ser uma solução para este problema. O objectivo principal deste trabalho consiste em efectuar um estudo sobre a utilização de fibras de Sisal, como reforço de rebocos de paredes interiores e exteriores. Para o efeito, serão propostas diferentes composições de argamassas contemplando fibras de sisal, que posteriormente serão submetidas a ensaios laboratoriais destrutivos com o intuito de obter rebocos com menor grau de fissuração e de maior durabilidade. Na presente comunicação são apresentados os resultados laboratoriais dos ensaios efectuados tendo como finalidade a determinação de um teor óptimo de fibra, para o qual a resistência do reboco é máxima. Palavras chave: Fibras Vegetais, Sisal, Rebocos, Argamassas. 1. INTRODUÇÃO O uso de fibras nas argamassas beneficia o comportamento pós-fissuração do reboco e funciona como ponte de transferência de tensões. As fibras quando adicionadas à argamassa, podem contribuir para o aumento da capacidade resistente, da capacidade de deformação e da tenacidade do reboco. Desta forma, a argamassa que apresentava uma fractura frágil pode apresentar uma fractura quase dúctil [1]. É ainda de notar, que os principais estudos sobre a aplicação de fibras de Sisal na construção civil, têm sido desenvolvidos pelo estado brasileiro, em parte devido à abundância de cultivo da planta de sisal nesse país, mas também pelo baixo custo que representa a sua utilização na construção.
2. MATERIAIS Para melhor previsão e interpretação dos resultados deste estudo procedeu-se à análise prévia das características das fibras de sisal. Através da análise da Tabela 1, baseada em Caetano et al [2], verifica-se que a Resistência à Tracção das fibras de sisal é de cerca de 1/10 das fibras de Vidro e de Carbono, e de cerca de 1/3 das de Aço. No que se refere à Deformação na Ruptura, as fibras de Sisal têm uma capacidade de extensão 10 vezes superiores às das fibras de Aço e o dobro da deformação suportada pelas de Carbono. Tabela 1 Propriedades das fibras de sisal e de algumas fibras minerais [2]. Tipo de Fibras Diâmetro (mm) Densidade (g/cm 3 ) Módulo de Elasticidade (GPa) Resistência à Tracção (MPa) Deformação na Ruptura (%) Sisal - - 13-26 0,28-0,57 3,00-5,00 Aço 5-50 7,84 190-210 0,50 2,00 0,50-3,50 Carbono 9 1,90 230 2,60 1,00 Vidro 9-15 2,60 70-80 2,00 4,00 2,00-3,50 3. MÉTODOS DE ENSAIO Para melhor avaliação do comportamento dos rebocos com diferentes composições de fibras, quando sujeitos a acções externas, foram realizados ensaios laboratoriais destrutivos e normalizados de compressão e flexão. Com base nos ensaios realizados pode determinar-se a resistência de cada composição, com diferente teor em fibra, e assim determinar a percentagem ideal. 3.1 Resistência à Compressão No que diz respeito à resistência à compressão, os estudos experimentais realizados no passado, demonstraram comportamentos dos rebocos tanto de aumento como de decréscimo, da sua resistência à compressão, com diferentes tipos de fibras. Para fibras de aço, por exemplo, Mangat & Azari (1984) e Fanella & Naana (1985), citados por Lima [3], indicam uma redução até 10% da resistência à compressão, quando adicionado um volume de fibra correspondente a 0,5% do volume da argamassa. Segundo Rodrigues (1999), citado por Lima [3], com a utilização de fibras de sisal, os rebocos apresentam uma redução na resistência à compressão de 45%, quando adicionado um volume de 3% de fibras. Segundo Brescansin [4], a resistência à compressão dos rebocos é influenciada pelo tipo e fracção volumétrica de fibras adicionadas, actuando directamente na trabalhabilidade da argamassa. Se a compactação for ineficiente, haverá aumento da porosidade da mistura, contribuindo assim para a redução da resistência. Com a utilização de fibras naturais, essa redução de trabalhabilidade é maior, porque estas apresentam características higroscópicas, o que não acontece com as fibras de aço, por exemplo. Segundo Lima [3], citando Toledo Filho, com a absorção de água as fibras de sisal expandem-se radialmente, cerca de 15% do seu diâmetro. Na produção de argamassas reforçadas com fibras naturais é importante ter em conta o tempo de cura das mesmas, no qual ocorre a perda da água absorvida anteriormente e a
consequente retracção de volume das fibras. Tal retracção aumentará ainda mais as descontinuidades no interior dos rebocos. Pode concluir-se, no que diz respeito à resistência à compressão, que as fibras reduzem a capacidade resistente do reboco. No entanto, é importante referir que estas evitam a fractura instantânea do corpo comprimido, dissipando e desviando os planos de ruptura. 3.2 Resistência à Flexão Para uma melhor análise do comportamento dos rebocos compostos por fibras de Sisal, quando sujeitos a esforços de flexão, pode recorrer-se à análise de vigas prismáticas de betão e a partir daí comparar os resultados. Mas segundo Bentur & Mindess, citado por Brescansin [4], a teoria convencional da flexão não é aplicável aos rebocos, sendo apenas aplicável até a tensão da primeira fissura, mas não pode ser considerada para o comportamento em flexão para além desse ponto. Segundo Toledo Filho, citado por Lima [3], pode ser esquematizada uma curva carga/flexão típica, figura 1, dividindo-se em diferentes regiões, com base no processo de ruptura, para argamassa reforçada com fibras de sisal. A curva carga/flexão pode ser dividida em duas regiões, sendo a região I a zona elástica antes da fissuração e a região II a zona não elástica até a ruptura. Na região I, a carga é suportada pela argamassa armada com as fibras, isto é, uma contribuição conjunta da argamassa e das fibras na resistência a diferentes solicitações. Na região II, apenas as fibras suportam tensões de tracção (como no betão armado convencional). Figura 1: Curva esquemática carga/deflexão (baseada em Kobayashi & Cho, 1981 e corrigido por Toledo Filho, 1999). Na sub-região (a), a carga é transmitida da argamassa para as fibras. Nesta região as forças elásticas suportadas pela argamassa são transmitidas para as fibras após a fissuração. Imediatamente após a fissuração, as fibras que virtualmente não suportavam nenhuma carga e possuem baixo módulo de elasticidade, não podem absorver a carga suportada pela argamassa antes da fissuração. Assim, a capacidade de suporte de carga diminui temporariamente. A magnitude da redução entre P cr e P o, pode ser afectada pelo comprimento, volume, arranjo das fibras, velocidade de carga e resistência da argamassa. Na sub-região (b), as fibras suportam todas as forças de tracção e a capacidade de carga é recuperada à medida que as fibras são traccionadas, com o aumento da flexão. Uma capacidade de carga máxima, (P max ), que excede a carga de fissuração, pode ser alcançada dependendo do comprimento, volume e orientação das fibras.
Na sub-região (c) a capacidade de suporte de carga decresce. Nesta região a argamassa reforçada com fibras perde gradualmente a capacidade de suporte de carga porque se verificou o arrancamento ou ruptura das fibras e, finalmente, a ruptura do reboco ocorre. Pode concluir-se, relativamente à resistência à flexão de um reboco, que a carga suportada pode ser consideravelmente aumentada pela inclusão de fibras. A presença das mesmas é marcante após ser atingida a carga correspondente ao início da fissuração do reboco. Assim, em vez de uma ruptura brusca apresentada nos rebocos ditos convencionais, este continua a suportar cargas, apresentando grandes deformações. 4. TRABALHO EXPERIMENTAL Tendo em vista a avaliação da capacidade de reforço das fibras de Sisal, o estudo experimental foi desenvolvido com uma argamassa típica de revestimento com traço 1:1:6 ou seja uma argamassa mista de cimento, cal apagada, areia e uma percentagem variável de sisal. Para efeitos de comparação das ordens de grandeza, foi tomada como referência uma argamassa com o mesmo traço mas desprovida de fibras de Sisal. A argamassa mista recebeu diferentes adições de fibras, a saber 0%, 1%, 2%, 3%, 4% e 5%. No que diz respeito à quantidade de água utilizada, esta foi determinada através de um estudo prévio baseado na trabalhabilidade da mistura. Para o efeito de aplicação em reboco foi aplicada a mesma quantidade de água, em peso, que a fracção de ligante (cimento e cal). Com base na norma EN 196-1 [5] após os 5 primeiros dias de cura em câmara húmida, os corpos-deprova foram colocados no ambiente do laboratório. Para o fabrico das argamassas utilizou-se um cimento Portland do tipo II classe 42,5, uma cal apagada adquirida no comércio local e areia britada tipo Brivel. As fibras foram obtidas no comércio local e submetidas ao corte com um comprimento aproximado de 20mm para melhorar a mistura e homogeneização das mesmas quando adicionada à argamassa. 4.1 Determinação das propriedades mecânicas Para cada argamassa foram moldados 3 corpos-de-prova prismáticos de 40 40 160 mm, para os quais foram determinadas as propriedades mecânicas através de ensaios de resistência à compressão e de resistência à flexão, segundo a norma EN 196-1 [5]. 4.1.1 Resistência à flexão Para este ensaio o prisma é colocado na máquina de flexão, com uma face lateral de moldagem sobre os cilindros de apoio, como ilustra a figura 3. A carga é aplicada verticalmente por meio do cilindro de carga sobre a face oposta do prisma. Esta é aumentada uniformemente à velocidade de 50 N/s até o provete atingir a rotura. O valor dado pela máquina, no momento da rotura, é registado para posteriormente se efectuar o cálculo da resistência atingida. 4.1.2 Resistência à compressão Os meios-prismas foram ensaiados à compressão sobre as faces laterais de moldagem. Para uma melhor aplicação da carga, o provete foi centrado lateralmente em relação aos pratos da máquina, como ilustram as figuras 4 e 5. A carga foi aplicada uniformemente a uma velocidade de 2400 N/s até o provete atingir a rotura. O valor dado pela máquina, no momento da rotura, foi registado para posteriormente se efectuar o cálculo da resistência atingida.
Figura 3: Ensaio de resistência à flexão Figura 4: Ensaio de resistência à compressão, e modo de rotura dum provete sem fibras. Figura 5: Ensaio de resistência à compressão, dum provete com fibras.
4.2 Análise dos resultados Após calcular as resistências obtidas pelas diferentes composições, apresentam-se os resultados nas tabelas resumo e os respectivos gráficos da resistência em função da composição ou teor de fibras de sisal. Para a representação gráfica, cada resultado de ensaio é definido como sendo a média aritmética de 3 determinações de resistência à flexão, efectuadas numa série de três prismas com a mesma composição. Da mesma forma, a determinação da resistência à compressão é definida pela média aritmética de 6 ensaios realizados nas duas metades dos três prismas da mesma composição, que foram ensaiados à flexão. Para uma melhor análise do comportamento das argamassas ao longo do tempo de cura, foram efectuados ensaios aos 14 e aos 28 dias. Para uma melhor análise dos resultados, foi calculada a média dos valores obtidos para cada composição, que se apresentam na Tabela 2. Tabela 2: Valores médios da resistência à flexão aos 14 e aos 28 dias de cura Composição (% de fibra) Valor Médio de resistência à flexão (MPa) Ensaios aos 14 dias de cura Ensaios aos 28 dias de cura Comp. 0 (0%) 0,945 1,016 Comp. 1 (1%) 1,043 1,261 Comp. 2 (2%) 1,208 1,479 Comp. 3 (3%) 1,333 1,745 Comp. 4 (4%) 1,581 2,010 Comp. 5 (5%) 1,698 2,174 Comp. 6 (6%) 1,610 2,535 Comp. 7 (7%) 1,529 2,271 O gráfico relativo aos valores da resistência à flexão em função do teor de fibras de sisal, ao longo do tempo de cura, está representado na figura 6. Nos ensaios laboratoriais realizados aos 14 dias de cura da argamassa, obteve-se um aumento gradual da resistência à flexão, com o aumento da percentagem de fibras de sisal, até atingir valores da ordem dos 80%, acima do valor da resistência da argamassa sem fibras. A máxima resistência registada notou-se para um teor de fibras de 5% em função do peso de ligante. Notou-se um decréscimo da resistência à flexão com o aumento do teor para além dos 5%. Para uma taxa de 6% de fibras obtiveram-se resultados ligeiramente superiores, quando comparados com os valores relativos a 4%, mas o mesmo não sucede para uma taxa de 7% de fibra de sisal para a qual a resistência atingida é inferior.
Figura 6: Ensaio à flexão aos 14 e aos 28 dias de cura. Da mesma forma, aos 28 dias obteve-se um aumento gradual da resistência à flexão, com o aumento do teor de fibra, até atingir um acréscimo da ordem dos 150% em comparação com valor da resistência da argamassa sem fibras. A máxima resistência registada verificou-se para um teor de fibras de 6% em função do peso de ligante. Como nos resultados anteriores, notou-se um decréscimo da resistência à flexão com o aumento do teor para 7%. No que diz respeito à resistência à compressão, notou-se um forte decréscimo com o aumento do teor de fibras. Embora essa diminuição seja mais acentuada para 1%, 2% e 3%, registou-se uma queda na resistência da ordem dos 50% para o teor máximo de 7% de fibras aos 14 dias de cura, e de 42% para o mesmo teor de fibra aos 28 dias de cura (Tabela3). Tabela 3: Valores médios da resistência à compressão aos 14 e aos 28 dias de cura Composição (% de fibra) Valor Médio de resistência à compressão (MPa) Ensaios aos 14 dias de cura Ensaios aos 28 dias de cura Comp. 0 (0%) 7,065 7,568 Comp. 1 (1%) 6,510 7,028 Comp. 2 (2%) 5,690 6,505 Comp. 3 (3%) 5,007 6,177 Comp. 4 (4%) 4,488 5,410 Comp. 5 (5%) 4,312 4,907 Comp. 6 (6%) 3,882 4,608 Comp. 7 (7%) 3,682 4,360
O gráfico relativo aos valores da resistência à compressão em função do teor de fibra de sisal, durante o período de cura, está representado na figura 7. Figura 7: Ensaio à compressão aos 14 e aos 28 dias de cura. Analisando em conjunto os resultados obtidos nos ensaios à flexão e à compressão, podese determinar o teor de fibra mais vantajoso para a integridade física do reboco, como demonstram as figuras 8 e 9, relativas aos 14 e aos 28 dias de cura, respectivamente. Nestes gráficos é analisado o ganho da resistência dos provetes no ensaio à flexão e respectiva perda quando sujeitos ao ensaio de compressão, à medida que se aumenta o teor de fibras nos mesmos. % de perda/ganho de Resistência Figura 8: Analise comparativa das perdas e ganhos de resistência à compressão e à flexão respectivamente, aos 14 dias de cura.
É importante salientar que, aos 14 dias de cura, a resistência máxima à flexão foi atingida para um teor de fibras de 5%, com o respectivo aumento de resistência em 80%. Para esse mesmo teor de fibra, a diminuição da capacidade resistente à compressão registada, foi apenas de 40%. Com o cruzamento dos valores, pode concluir-se que o teor óptimo de fibra, para o qual o reboco adquire uma maior resistência global, vai ser de 3,9%, para a qual o reboco vai atingir um ganho de resistência à flexão de 65% e uma perda da resistência à compressão de 35%. % de perda/ganho de Resistência Figura 9: Análise comparativa das perdas e ganhos de resistência à compressão e à flexão respectivamente, aos 28 dias de cura. Da mesma forma, aos 28 dias de cura, a resistência máxima à flexão foi atingida para um teor de fibras de 6%, com o respectivo aumento de resistência em 150%. Para esse mesmo teor de fibras, a diminuição da capacidade resistente à compressão registada, foi apenas de 40%. Com o cruzamento dos valores, pode concluir-se que o teor óptimo de fibras, para o qual o reboco adquire uma maior resistência global, vai ser de 3,3% de fibras de sisal, para a qual o reboco vai atingir um ganho de resistência à flexão de 80% e uma perda da resistência à compressão de apenas 20%. 5. CONCLUSÕES Foi feito um estudo sobre a diminuição da fissuração através da introdução de fibras de sisal na composição dos rebocos. Numa primeira parte deste estudo, foi feita uma análise com base na bibliografia do comportamento das fibras quando adicionadas à argamassa dos rebocos. Numa segunda parte do estudo, foi proposto um traço de argamassa de reboco ao qual foram adicionados diferentes teores de fibra. Com base nos ensaios realizados, determinou-se qual o teor de fibras de sisal mais vantajoso para as capacidades resistentes do reboco.
Os principais trabalhos analisados revelam essencialmente uma melhoria do comportamento dos rebocos sujeitos a acções de flexão, sendo que, quando sujeitos a esforços de compressão, os rebocos demonstraram menor resistência que as argamassas sem adição de fibras. Nos estudos laboratoriais desenvolvidos aos 14 e aos 28 dias de cura da argamassa, obtiveram-se aumentos da resistência à flexão da ordem de 80% e 150% respectivamente, para um teor de fibras de 5% e 6% em função do peso de ligante. A diminuição da resistência à compressão, registada para esse teor, foi de 35% aos 14 dias e apenas 40% aos 28 dias. No entanto, neste tipo de argamassas, a importância da resistência à flexão é superior à da resistência à compressão, e daí concluir-se que a adição de fibras de sisal é altamente benéfica no que se refere às características dos rebocos, conduzindo à diminuição e dissipação da sua fissuração bem como a um melhor comportamento na sua rotura quando sujeitos a esforços excessivos provenientes da alvenaria. Dado o comportamento dos rebocos, quando sujeitos a esforços de flexão e compressão, pode concluir-se que a adição de fibras, com um teor de 5%, vai ser a mais vantajosa para a capacidade resistente do mesmo. Podendo considerar-se esse teor como sendo o óptimo, e para o qual o reboco adquire um acréscimo da resistência à flexão de 120% relativamente ao reboco sem fibras. Para esse teor registam-se reduções da resistência à compressão de menos de 40%, com um valor de 4,9 MPa. No entanto, este último fica acima do valor mínimo exigido pela norma EN 988-1, aplicável às argamassas de rebocos de paredes, e na qual a resistência mínima à compressão está fixada em 3,5 MPa. Tendo em vista a rotura das argamassas quando adicionadas fibras de sisal, pode concluirse que estas são ligeiramente reforçadas e adquirem uma fractura mais dúctil no momento do colapso. A utilização das fibras em rebocos mostra-se como uma alternativa bastante interessante, por permitir a alteração das propriedades do reboco, resultando numa significativa melhoria de desempenho dos rebocos em situações específicas de uso. 6. REFERÊNCIAS BIBLOGRÁFICAS [1] Veiga, Maria do Rosário, Comportamento de argamassas de revestimento de paredes. Estudo da sua resistência à fendilhação, 1998 [2] Caetano, L.; Graeff, A.; Garcez, E.; Bernardi, S.; Silva Filho, L. Compósito de Matriz Cimentícia Reforçada com Fibras, II Seminário de Patologias das Edificações, Porto Alegre, Novembro de 2004 [3] Lima, Paulo Roberto Lopes, Análise Teórica e Experimental de Compósitos Reforçados com Fibras de Sisal, Lisboa, 2004 [4] Brescansin, Janaína, Comportamento à Fratura de Compósitos de Matriz Cimentícia Reforçada com Polpa de Bambu, Rio de Janeiro, 2003. [5] Normas Portuguesas EN 196-1 - Métodos de ensaios de cimentos, Parte 1: Determinação das resistências mecânicas, 1996