ESTUDODOCOMPORTAMENTOÀ TRAÇÃO INDIRETA DE COMPÓSITOS CIMENTÍCIOS REFORÇADOS COM FIBRAS DE JUTA

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(1)ESTUDODOCOMPORTAMENTOÀ TRAÇÃO INDIRETA DE COMPÓSITOS CIMENTÍCIOS REFORÇADOS COM FIBRAS DE JUTA. Nadine Machado Ficher 1 Emanuele Eichholz 2 Ederli Marangon 3. Resumo: O estudo do uso de fibras naturais como reforço de compósitos cimentícios têm grande importância na inovação tecnológica no ramo da ciência dos materiais, devido a grande aplicação dos compósitos cimentícios dentro da construção civil devido a boa resistência a compressão que esse material apresenta e na busca de melhorar o comportamento à tração e a cargas dinâmicas de elementos como préfabricados como telhas, placas e cascas é que se sugere o uso de fibras naturais vegetais, que já vem sendo bastante estudadas devido as suas propriedades como baixa densidade e boa resistência mecânica. Este trabalho tem como objetivo estudar o comportamento mecânico à tração indireta (flexão à três pontos de um compósito a base de cimento Portland, contendo como reforço o tecido de fibras de juta, além disso fazendo o uso do metacaulim como adição mineral, que tem como objetivo produzir uma matriz livre de hidróxido de cálcio, visando maior durabilidades dos compósitos. Os corpos de prova de 7x40x1,2cm (LxCxE) foram submetidos a flexão indireta na máquina Shimadzu AGS-X, e posteriormente foi realizada a análise dos dados, onde verificou-se que a maior quantidade de camadas de reforço (5 camadas) associada ou uso do metacaulim proporcionou uma maior tenacidade e capacidade de deformação.. Palavras-chave: Compósito cimentício, tração indireta, fibras de juta.. Modalidade de Participação: Iniciação Científica. ESTUDODOCOMPORTAMENTOÀ TRAÇÃO INDIRETA DE COMPÓSITOS CIMENTÍCIOS REFORÇADOS COM FIBRAS DE JUTA 1 Aluno de graduação. nf.nadine.nf@gmail.com. Autor principal 2 Aluno de graduação. emanueleeichholz@gmail.com. Co-autor 3 Docente. ederlimarangon@gmail.com. Orientador. Anais do 9º SALÃO INTERNACIONAL DE ENSINO, PESQUISA E EXTENSÃO - SIEPE Universidade Federal do Pampa | Santana do Livramento, 21 a 23 de novembro de 2017.

(2) ESTUDO DO COMPORTAMENTO À TRAÇÃO INDIRETA DE COMPÓSITOS CIMENTÍCIOS REFORÇADOS COM FIBRAS DE JUTA 1. INTRODUÇÃO A tecnologia dos materiais está em constante busca por materiais inovadores, que sejam capazes de proporcionar melhorias tanto nas propriedades dos elementos, como uma busca por desenvolvimento sustentável e econômico de elementos fundamentais da construção civil, como por exemplo o concreto armado, argamassas, placas para revestimento, entre outros. A ciência dos materiais, por exemplo, é um dos campos que tem apresentado grande evolução no decorrer dos anos, pois está em uma busca constante por maneiras de aprimorar cada vez mais as propriedades desses elementos, tornando-os mais eficientes e permitindo a execução dos mesmos mais esbeltos e arrojados. No atual contexto dessa constante inovação tecnológica dentro da ciência dos materiais, elementos como os compósitos cimentícios merecem atenção, pois tratam-se de elementos que já apresentam boa resistência à compressão e com isso têm uma vasta aplicabilidade na construção civil, como elementos de cobertura, revestimentos e divisórias internas, e, no entanto, quando são sujeitos a esforços de tração e a cargas dinâmicas, são frágeis e possuem baixa deformação. Assim, torna-se importante encontrar maneiras de melhorar o desempenho mecânico desse material, principalmente sob esforços de tração. Diversos estudos realizados por autores como Melo filho (2012), Fidelis (2013), Silva (2009), entre outros, mostram que o emprego de fibras naturais vegetais, tais como sisal, curauá, banana, cocô, juta, entre outras, vem sendo aplicadas nos compósitos cimentícios com o objetivo de trabalhar como reforço desses elementos, permitindo um comportamento à tração aprimorado. De origem natural, as fibras trazem vantagens econômicas quanto comparadas com as fibras metálicas ou sintéticas, pois apresentam-se em abundância na natureza e têm propriedades mecânicas satisfatórias, como a baixa densidade e a boa resistência mecânica. Inclusive as fibras vegetais tratam-se de um material renovável e que não produz substâncias tóxicas que possam ter efeitos colaterais a quem esteja exposto a essas substâncias como foi o caso das fibras de amianto, que apresentarem necessidade de substituição no mercado, após comprovar-se o seu efeito cancerígeno, dando assim ainda mais visibilidade para o uso das fibras vegetais. Uma questão importante no estudo das fibras frente a sua aplicação na construção civil, é a exposição das fibras ao meio alcalino das massas constituídas com cimento Portland, pois tratam-se de um material biodegradável e quando adicionadas aos compósitos, o processo de desgaste e/ou mineralização podem consequentemente sofrer uma aceleração indesejada, ocasionando assim perdas nas propriedades mecânicas das fibras. Para evitar que isso ocorra é necessário que se realize a proteção das fibras que serão introduzidas na matriz cimentícia. Uma forma de evitar a degradação é garantir que a matriz produzida seja livre de hidróxido de cálcio (CH), principal componente de degradação. Uma ótima opção para este fim é realizar a substituição parcial do cimento Portland por um o material pozolânico. Os materiais pozolânicos, como a cinza volante, sílica ativa, cinza de casca de arroz, metacaulim e resíduos cerâmicos moídos, fazem parte do grupo de.

(3) adições minerais, que quando usado como substituição parcial do cimento Portland permite produzir um material à base de cimento com um desempenho ainda melhor do que o seu traço original. As pozolânas reagem quimicamente com o CH produzido durante a hidratação do cimento, para formar suas propriedades cimentícias, permitindo assim redução substancial da quantidade de CH livre na mistura que poderiam migrar para o núcleo das fibras, culminando assim no ataque alcalino das mesmas. O uso da adição mineral permite ainda alcançar certos benefícios, como por exemplo, obter um produto mais econômico, devido ao custo reduzido, a produção tem menor consumo energético, além de reduzir as emissões de CO2, sendo assim um material mais sustentável. Segundo estudos realizados por LIMA (2004), SILVA (2009), Melo Filho et al. (2013) e Fidelis et al. (2016) um dos materiais que usados em substituição parcial em massa do cimento Portland que têm apresentado grande capacidade de mitigação do CH livre na matriz de cimento é o metacaulim, chegando a reduzir a zero o teor de CH, para substituições em 30% e 50%. Dessa maneira evidencia-se a importância do estudo mais aprofundado sobre o uso das fibras vegetais, como o tecido de fibra de juta, avaliando as propriedades mecânicas de tração indireta de um compósito cimentício com substituição parcial do cimento Portland por metacaulim, que assume o papel de material com capacidade de consumir o CH, proporcionando aos compósitos maior durabilidade ; reforçada com três e cinco camadas de tecido de fibras de juta com o objetivo de alterar as características do material compósitos, em busca de produzir um elemento com características mais dúcteis. 2. METODOLOGIA Os compósitos cimentícios foram produzidos com argamassa de traço 1:1 (cimento e areia) baseado no que foi utilizado por Melo Filho (2012), fator água/cimento de 0,4 e superplastificante Glenium 51. O cimento utilizado foi o CP VARI, enquanto a adição mineral empregada foi o metacaulim, a areia utilizada foi o material passante na peneira 1,18mm. O tecido de fibras de juta que foi utilizado como reforço apresenta malha com abertura de 5x5mm e encontra-se facilmente em lojas de artesanato. Para a realização do trabalho foram produzidas duas matrizes cimentícias, M1 e M2, onde M1 caracteriza-se pelo traço 1:1 (cimento areia) e a matriz M2 contento o mesmo traço porém constituída por uma substituição parcial de 50% em massa de cimento Portland por metacaulim. Para ambas as matrizes, foram moldados corpos de prova sem reforço de fibras, reforçadas com três e reforçadas com cinco camadas de fibras de juta. Os corpos de prova tratam-se de placas com dimensões de aproximadamente 40x5x1,2cm (CxLxEcm) e foram ensaiados à tração indireta à três pontos na máquina de ensaios mecânicos Shimadzu AGS-X, que tem capacidade máxima de 5 kN, à uma velocidade controlada de 0,2mm/min. A configuração do ensaio apresenta-se na Figura 1..

(4) Figura 1. Ensaio de tração indireta à três pontos no compósito cimentício reforçado com fibras de juta na Shimadzu AGS-X. 3. RESULTADOS e DISCUSSÃO Na Figura 1 e na Figura 2 é possível analisar o comportamento mecânico dos compósitos que foram fabricados a partir da matriz cimentícia M1 e M2 respectivamente. O comportamento mecânico pode ser analisado através das três curvas típicas apresentadas por cada uma das matrizes, sendo que cada uma das curvas representa o comportamento do compósito sem reforço, com três camadas e com cinco camadas de reforço.. Figura 1. Curvas típicas Força x Deslocamento dos compósitos cimentícios contendo a matriz M1. Elaboração própria..

(5) Figura 1. Curvas típicas Força x Deslocamento dos compósitos cimentícios contendo a matriz M2. Elaboração própria. Analisando os compósitos da matriz M1, é possível ver que quando o compósito não é reforçado com o tecido de juta a sua ruptura é brusca, o corpo de prova rompe imediatamente no momento em que atinge a força máxima, caracterizando assim um material de comportamento frágil, e além disso é possível ver que o compósito que não contêm reforço também é o que apresenta maior valor de força máxima. Para os compósitos que continham três e cinco camadas de reforço é possível ver que após atingir a força máxima, a capacidade de resistência dos compósitos cai consideravelmente, porém não há o mesmo rompimento brusco do compósito sem reforço, significando assim que esses compósitos apresentaram um comportamento ³strain softening´. Além disso não é possível ver muitas diferenças no comportamento pós pico dos compósitos reforçados, ambos apresentam um comportamento muito semelhante com exceção da força máxima que para o compósito reforçado com 3 camadas de fibras é muito maior que a força máxima dos compósitos reforçados com 5 camadas de fibras de juta. Já os compósitos produzidos a partir da matriz M2 o mesmo comportamento acontece para a curva que representa o compósito sem reforço de tecido de juta, tendo o maior valor de força máxima e apresentando um comportamento frágil após atingir a sua força de pico. Enquanto que os compósitos com reforço de juta chegam a sua força máxima e apresentam um comportamento ³strain softening´. A força máxima assim como nos compósitos que não contêm adição mineral, é maior para o compósito contento 3 camadas de reforço, contudo o comportamento do gráfico já não é mais semelhante como antes, é possível analisar que o compósito com 5 camadas de reforço proporcionou um aumento maior na tenacidade do que o compósito contendo apenas 3 camadas de reforço..

(6) 4. CONSIDERAÇÕES FINAIS Com base na análise das curvas é possível ver que as forças máximas para os compósitos da matriz M1 foram significativamente menores que as forças máximas para os compósitos contendo adição mineral, evidenciando assim que o uso do metacaulim como substituição parcial do cimento Portland proporcionou uma melhoria significativa no compósito cimentício, e comprovando assim a capacidade de redução do teor de CH da matriz, pois a queda na resistência dos compósitos sem adição está ligada a degradação que foi possível detectar a olho nu nas fibras Ainda em relação a força máxima é possível concluir que o acréscimo de camadas de reforço no compósito cimentício colabora para a redução no valor de força máxima, ou seja, quanto maior o volume de fibras inserido na matriz cimentícia há uma maior redução na capacidade de carga de pico, ou de primeira fissura, contudo é possível afirmar também que a maior quantidade de camadas de reforço (5 camadas) associada ou uso do metacaulim proporcionou uma maior tenacidade e capacidade de deformação. 5. REFERÊNCIAS FIDELIS, M. E. A. et al. The effect of fiber morphology on the tensile strength of natural fibers. Journal of Materials Research and Technology, v. 2, p. 149±157, 2013. FIDELIS, M. E. A. et al. The effect of accelerated aging on the interface of jute textile reinforced concrete. Cement and Concrete Composites, v. 74, p. 7±15, 2016. LIMA, P. R. L. Análise teórica e experimental de compósitos reforçados com fibras de sisal. 2004. 262 f. Tese (Doutorado em Ciências em Engenharia Civil) ± Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro. MELO FILHO, J. A. Durabilidade química e térmica e comportamento mecânico de compósitos de alto desempenho reforçados com fibra de sisal. 2012. 184 f. Tese (Doutorado em Engenharia Civil) ± Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2012. MELO FILHO, J. A. et al. Degradation kinetics and aging mechanisms on sisal fiber cement composite systems. Cement & Concrete Composites, v. 40 p. 30±39, 2013. SILVA, F. A. Durabilidade e propriedades mecânicas de compósitos cimentícios reforçados por fibras de sisal. 2009. 243 p. Tese (Doutorado em Engenharia Civil) ± Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2009..

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