View
2
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
Luciana Manuela Castro Carvalho Silva
Material Compósito àBase de Gesso Reforçado com fibras
Lucia
na M
anue
la Ca
stro
Carv
alho
Silva
novembro de 2013UMin
ho |
201
3M
ater
ial C
ompó
sito
à B
ase
de G
esso
Ref
orça
do c
om fi
bras
Universidade do MinhoEscola de Engenharia
novembro de 2013
Tese de MestradoCiclo de Estudos Integrados Conducentes aoGrau de Mestre em Engenharia Civil
Trabalho efetuado sob a orientação doProfessor Doutor Aires Fernando Fernandes LeiteCamões de Azevedo
e co-orientação daProfessora Doutora Graça de F.M. de Vasconcelos
Luciana Manuela Castro Carvalho Silva
Material Compósito àBase de Gesso Reforçado com fibras
Universidade do MinhoEscola de Engenharia
Agradecimentos
Luciana Silva I
AGRADECIMENTOS
A todos os que me ajudaram na realização desta dissertação, o meu obrigado, pois sem eles não
era possível!
O meu primeiro agradecimento e o mais especial é para a minha família, em especial aos meus
pais porque sem eles este sonho não era realizável. Obrigado pelo tempo que disponibilizaram
para ajudar a executar esta tese e por me terem dado esta oportunidade de me formar no
Mestrado Integrado de Engenharia Civil na Universidade do Minho.
Obrigado, também, ao meu namorado Fábio Costa por todo carinho e compreensão ao longo de
todos estes anos e por toda a ajuda prestada na elaboração desta dissertação.
A todos os meus amigos que, sempre que necessário, me prestaram ajuda e deram apoio nos
momentos mais difíceis. Em especial à minha amiga Vera Barros por toda a ajuda que me deu na
elaboração do trabalho laboratorial.
A todos os meus amigos de curso que me acompanharam ao longo destes anos, uns desde o
início e outros mais recentes. Não cito nomes mas eles sabem quem são. A eles muito obrigado
por me acompanharem e ajudarem ao longo destes anos e por me fazerem sorrir mesmo nos
momentos de maior aperto.
A todos os técnicos do Laboratório de Engenharia Civil da Universidade do Minho,
nomeadamente aos técnicos do laboratório de materiais, em muito especial ao Carlos Jesus; aos
técnicos do laboratório de materiais de estruturas, nomeadamente ao António Matos, obrigado
pela disponibilidade e ajuda prestada na preparação e realização dos ensaios.
Aos técnicos do Laboratório de Engenharia Têxtil da Universidade do Minho, Joaquim Peixoto e
Fernando Cunha, pelo apoio prestado na preparação e realização dos ensaios às fibras têxteis. Ao
professor Raúl Fangueiro pela disponibilização das fibras.
Ao meu orientador, Professor Doutor Aires Azevedo gostaria de agradecer pela disponibilidade
e apoio prestado durante este trabalho.
À minha co-orientadora, Professora Doutora Graça de Vasconcelos, o meu agradecimento muito
especial, pela paciência, motivação e toda a ajuda prestada.
Resumo
Luciana Silva III
RESUMO
Nos nossos dias, devido à cada vez maior escassez de recursos e cada vez mais caros e
poluentes, surge a necessidade de encontrar novos materiais de construção, que para além de ser
menos agressivos e mais económicos, também aumentem o nível de produtividade da construção
e as condições sociais dos ocupantes sem gastos excessivos.
Neste contexto, entra a incorporação de fibras para obtenção de uma argamassa inovadora, com
melhor desempenho que as argamassas tradicionais.
Assim, foi realizado um trabalho com forte cariz experimental com o objetivo de desenvolver
um material compósito à base de gesso, com incorporação de fibras e uma pequena percentagem
de regranulado de cortiça, que tenha uma trabalhabilidade adequada para fins de construção
civil.
Foram selecionadas fibras têxteis, acrílicas, vidro, basalto, banana e sisal e estudou-se o seu
efeito em oito composições diferentes à base de gesso: a incorporação de fibras têxteis, acrílicas,
vidro, banana, basalto, sisal, polipropileno e por fim uma comparação com a mistura sem fibras.
Serão elaborados diversos ensaios por forma a caracterizar esta nova argamassa.
Com a introdução das fibras nos diferentes compósitos obteve-se uma maior ductilidade em
todos os compósitos e, para além disso, as fibras de vidro e basalto concederam-lhes uma maior
capacidade de reforço.
Palavras-chave: material compósito, gesso, cortiça, fibras, trabalhabilidade adequada,
caracterização do material.
Abstract
Luciana Silva V
ABSTRACT
Nowadays, due to the increasing scarcity of resources and ever more expensive and polluting,
the need arises to find new building materials, which in addition to being less aggressive and
more economical also increase the level of productivity of the construction and social conditions
of the occupants without overspending.
In this context, enters the incorporation of fibers to achieve an innovative mortar with better
performance than traditional mortars.
Thus, it was made a study with strong experimental nature with the goal of developing a
composite material based on plaster, incorporating fiber and a small percentage of regranulated
cork, which has adequate workability for the purpose of construction, was carried out.
Have been selected some textile fibers, as acrylic, glass, basalt, banana and sisal and it was
studied its effect in eight different compositions based on plaster: the incorporation of fibers,
acrylic, glass, banana, basalt, sisal, polypropylene and finally a comparison with the mixture
without fibers. Various tests will be developed in order to characterize this new mortar.
With the introduction of the fibers in different composites obtained a higher ductility in all
composites and, in addition, glass fibers and basalt fibers gave them a greater capacity of
reinforcement.
Keywords: composite material, plaster, cork, fiber, suitable workability, characterization of the
material.
Índice
Luciana Silva VII
ÍNDICE
1. Introdução 1
1.1. Enquadramento .................................................................................................................. 1
1.2. Objetivos e metodologias ................................................................................................... 2
1.3. Organização da dissertação ................................................................................................ 2
2. Revisão bibliográfica 5
2.1. Introdução .......................................................................................................................... 5
2.2. Gesso .................................................................................................................................. 6
2.2.1. Generalidades sobre o gesso 6
2.2.2. Processo de fabrico 6
2.2.3. Gesso FGD 7
2.2.4. Reaproveitamento de resíduos de gesso 7
2.2.5. Produtos de gesso com incorporação de resíduos 7
2.2.6. Propriedades 8
2.2.7. Retardadores 10
2.3. Utilização de fibras em materiais compósitos .................................................................. 11
2.3.1. Fibras Vegetais: Fibras de Sisal e Fibras de Banana 12
2.3.2. Fibras Minerais: Fibras de Vidro e Fibras de Basalto 14
2.3.3. Fibras de Polipropileno e Fibras Acrílicas 16
2.3.4. Fibras Sintéticas em argamassas de cal 18
2.3.5. Fibras têxteis de pneus 18
2.3.6. Fibras de Vidro vs Fibras de polipropileno 19
2.3.7. Fibras Têxteis vs Fibras Minerais 19
2.3.8. Fibras Minerais Vs Fibras Vegetais 19
2.4. Regranulado de cortiça ..................................................................................................... 20
2.5. Influência da Humidade ................................................................................................... 21
3. Materiais constituintes do compósito 23
3.1. Introdução ........................................................................................................................ 23
3.2. Caracterização das fibras de reforço ................................................................................ 23
3.2.1. Descrição das fibras 24
3.2.2. Caracterização da resistência à tração 28
3.3. Otimização da mistura...................................................................................................... 31
3.3.1. Introdução 31
3.3.2. Procedimento do ensaio de espalhamento 32
Índice
VIII Luciana Silva
3.3.3. Resultados experimentais 33
3.3.4. Análise de resultados 34
4. Caracterização do material compósito 35
4.1. Introdução ........................................................................................................................ 35
4.2. Programa experimental .................................................................................................... 35
4.2.1. Geometria de provetes 37
4.2.2. Processo da amassadura 38
4.2.3. Cura, desmoldagem e conservação dos provetes 40
4.3. Controlo da temperatura da mistura ................................................................................. 41
4.3.1. Procedimento de ensaio 41
4.3.2. Resultados experimentais 41
4.3.3. Análise de resultados 43
4.4. Controlo de massa, de temperatura do ambiente e humidade do ambiente ..................... 45
4.4.1. Procedimento de ensaio 45
4.4.2. Resultados experimentais 46
4.4.3. Análise de resultados 50
4.5. Velocidade de propagação de ultra-sons .......................................................................... 51
4.5.1. Procedimento de ensaio 53
4.5.2. Resultados experimentais 54
4.5.3. Análise de resultados 55
4.6. Comportamento à flexão e compressão ........................................................................... 57
4.6.1. Procedimento de ensaio 57
4.6.2. Resultados experimentais 58
4.6.3. Análise de resultados 60
4.7. Comportamento global à compressão .............................................................................. 62
4.7.1. Procedimento de ensaio 62
4.7.2. Módulo de elasticidade 64
4.7.3. Diagramas tensão-extensão 67
4.7.4. Avaliação do modo de rotura 72
4.8. Energia de fratura ............................................................................................................. 73
4.8.1. Procedimento de ensaio 73
4.8.2. Resultados experimentais 75
4.8.3. Análise de resultados 76
4.9. Absorção por imersão ...................................................................................................... 78
Índice
Luciana Silva IX
4.9.1. Procedimento de ensaio 78
4.9.2. Resultados experimentais 79
4.9.3. Análise de resultados 79
4.10. Absorção por capilaridade ................................................................................................ 80
4.10.1. Procedimento de ensaio 80
4.10.2. Resultados experimentais 81
4.10.3. Análise de resultados 82
5. Conclusões e desenvolvimentos futuros 83
5.1. Conclusões ....................................................................................................................... 83
5.2. Desenvolvimentos futuros ................................................................................................ 85
Bibliografia 87
Índice de figuras
Luciana Silva XI
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1 – Comparação das resistências mecânicas de várias composições (Vila-Chã, 2012) ........ 9
Figura 2 – Demonstração de como a abertura de fendas está restringida num material dúctil
devido à incorporação de fibras (Kelly, Mortensen, 2001) ............................................................ 12
Figura 3 – Descrição da variação do módulo de elasticidade nos diferentes tipos de fibras inserido
num compósito poliéster/resina mediante o volume utilizado (Vila-Chã, 2012 citando Rao et al.,
2009) ............................................................................................................................................... 13
Figura 4 – Fibras têxteis de pneu (escala 20x3.3) (Cunha, 2010) .................................................. 24
Figura 5 – Fibras têxteis de pneu (escala 2x1,67) (Cunha, 2010) .................................................. 24
Figura 6 – Aspeto da fibra acrílica: ampliação de 400X ................................................................ 25
Figura 7 – Aspeto da fibra de banana: ampliação de 400X ............................................................ 25
Figura 8 – Aspeto da fibra de sisal: ampliação de 400X ................................................................ 26
Figura 9 – Aspeto das fibras: a) acrílica, b) têxtil; c) sisal; d) banana; e) basalto; f) vidro ............ 27
Figura 10 - Dinamómetro Hounsfield H 10H-S ............................................................................. 29
Figura 11 – Mesa para ensaio de espalhamento e uma das misturas ensaiadas ............................. 33
Figura 12 – Misturadora utilizada .................................................................................................. 38
Figura 13 – Moldes utilizados para fabrico dos provetes: a) dimensões 100x100x100 (mm3); b)
dimensões 40x40x160 (mm3); c) dimensões 100x100x850 (mm3); d) dimensões h200/ϕ100 (mm)
........................................................................................................................................................ 39
Figura 14 – Aspeto da mistura........................................................................................................ 39
Figura 15 – Vibradora utilizada ...................................................................................................... 39
Figura 16 – Armazenamento dos provetes em estufa a 40ºC ......................................................... 40
Figura 17 – Ensaio de controlo da temperatura da mistura com detalhe do Picolog ..................... 41
Figura 18 – Representação gráfica da temperatura da mistura com fibras de vidro e da temperatura
ambiente ao longo das primeiras 48h ............................................................................................. 42
Figura 19 – Representação gráfica da temperatura da mistura com fibras de banana e da
temperatura ambiente ao longo das primeiras 48h ......................................................................... 42
Figura 20 – Representação gráfica da temperatura da mistura com fibras de basalto e da
temperatura ambiente ao longo das primeiras 48h ......................................................................... 43
Figura 21 – Representação gráfica da temperatura da mistura com fibras de sisal e da temperatura
ambiente ao longo das primeiras 48h ............................................................................................. 43
Figura 22 – Representação gráfica da temperatura das misturas ao longo das primeiras 10h ....... 44
Figura 23 – EasyLog ...................................................................................................................... 45
Figura 24 – Esquema de ensaio de controlo de massa ................................................................... 46
Índice de figuras
XII Luciana Silva
Figura 25 – Representação gráfica da perda de massa da mistura padrão ao longo de 200 horas,
relacionando a temperatura e humidade do ambiente .................................................................... 46
Figura 26 – Representação gráfica da perda de massa da mistura com fibras têxteis ao longo de
200 horas, relacionando a temperatura e humidade do ambiente ................................................... 47
Figura 27 – Representação gráfica da perda de massa da mistura com fibras acrílicas ao longo de
200 horas, relacionando a temperatura e humidade do ambiente ................................................... 47
Figura 28 – Representação gráfica da perda de massa da mistura com fibras de vidro ao longo de
200 horas, relacionando a temperatura e humidade do ambiente ................................................... 48
Figura 29 – Representação gráfica da perda de massa da mistura com fibras de banana ao longo de
200 horas, relacionando a temperatura e humidade do ambiente ................................................... 48
Figura 30 – Representação gráfica da perda de massa da mistura com fibras de basalto ao longo de
250 horas, relacionando a temperatura e humidade do ambiente ................................................... 49
Figura 31 – Representação gráfica da perda de massa da mistura com fibras de sisal ao longo de
250 horas, relacionando a temperatura e humidade do ambiente ................................................... 49
Figura 32 – Perda de massa das misturas ao longo de 200 horas ................................................... 50
Figura 33 – Pormenor da perda de massa das misturas nas primeiras 5 horas ............................... 51
Figura 34 – Diferentes formas de medição de ultra-sons: (a) direta; (b) semidireta; (c) indireta (NP
EN 12504-4 2007) .......................................................................................................................... 52
Figura 35 – Aparelho de ensaio de ultra-sons ................................................................................ 53
Figura 36 – Esquema de ensaio de ultra-sons ................................................................................ 54
Figura 37 – Evolução da curva da velocidade das ondas de ultra-sons desde o instante zero até aos
240 minutos .................................................................................................................................... 54
Figura 38 – Evolução da curva da velocidade das ondas de ultra-sons durante as primeiras 24
horas ............................................................................................................................................... 55
Figura 39 – Evolução da curva da velocidade das ondas de ultra-sons durante as 200 horas ........ 55
Figura 40 – Esquema do ensaio à flexão ........................................................................................ 57
Figura 41 – Tensão de flexão para as diferentes misturas em provetes prismáticos ...................... 59
Figura 42 – Tensão de compressão para as diferentes misturas em provetes prismáticos ............. 60
Figura 43 – Relação entre a resistência à compressão nos provetes prismáticos e a razão A/L .... 61
Figura 44 – Relação entre a resistência à flexão nos provetes prismáticos e a razão (A/L) .......... 61
Figura 45 – Aspeto do provete da mistura de banana quando submetido a ensaio de flexão ........ 61
Figura 46 – Esquema de ensaio de compressão uniaxial: esquema de medição das deformações 62
Figura 47 – Pormenor das fibras de banana a) e sisal b) na rotura por compressão uniaxial ......... 63
Figura 48 – Ciclos de carga e descarga para determinação do módulo de elasticidade ................. 64
Figura 49 – Diagramas Tensão-Extensão: Módulo de elasticidade para os diferentes compósitos 65
Índice de figuras
Luciana Silva XIII
Figura 50 – Variação do módulo de elasticidade para os diferentes compósitos ........................... 66
Figura 51 – Relação entre o módulo de elasticidade e velocidade de propagação da onda de
ultrassons ........................................................................................................................................ 66
Figura 52 – Diagrama tensão-extensão em compressão uniaxial dos provetes da mistura padrão 68
Figura 53 – Diagrama tensão-extensão em compressão uniaxial dos provetes da mistura com
fibras têxteis ................................................................................................................................... 68
Figura 54 – Diagrama tensão-extensão em compressão uniaxial dos provetes da mistura com
fibras acrílicas ................................................................................................................................. 68
Figura 55 – Diagrama tensão-extensão em compressão uniaxial dos provetes da mistura com
fibras de vidro ................................................................................................................................. 69
Figura 56 – Diagrama tensão-extensão em compressão uniaxial dos provetes da mistura com
fibras de banana .............................................................................................................................. 69
Figura 57 – Diagrama tensão-extensão em compressão uniaxial dos provetes da mistura com
fibras de basalto .............................................................................................................................. 69
Figura 58 – Diagrama tensão-extensão em compressão uniaxial dos provetes da mistura com
fibras de sisal .................................................................................................................................. 70
Figura 59 – Diagrama tensão-extensão em compressão uniaxial de todas as misturas .................. 70
Figura 60 – Relação entre tensão de compressão uniaxial e velocidade de propagação da onda de
ultra-sons nos respetivos cilindros.................................................................................................. 71
Figura 61 – Modo de rotura dos provetes de compósito: a) sem fibras; b) fibras acrílicas; c) fibras
têxteis; d) fibras de sisal; e) fibras de banana; f) fibras de basalto; g) fibras de vidro ................... 72
Figura 62 – Esquema de ensaio da energia de fratura: início e fim do ensaio ............................... 74
Figura 63 – Esquema demonstrativo da área W0 para o cálculo da energia de fratura .................. 74
Figura 64 – Pormenor da viga da mistura de sisal depois de ensaiada ........................................... 75
Figura 65 – Gráfico força-deslocamento para o cálculo da energia de fratura ............................... 75
Figura 66 – Valores médios da energia de fratura, Gf .................................................................... 77
Figura 67 – Percentagem de água absorvida por imersão .............................................................. 79
Figura 68 – Esquema do ensaio de absorção por capilaridade: a) estabilização do peso dos
provetes (10mm de água); b) repouso dos provetes antes da pesagem (30 segundo); c) pesagem
dos provetes .................................................................................................................................... 81
Figura 69 – Absorção de água por capilaridade ao longo da raiz quadrada das horas ................... 81
Figura 70 – Coeficiente de absorção por capilaridade ................................................................... 82
Índice de tabelas
Luciana Silva XV
ÍNDICE DE TABELAS
Tabela 1 – Composição química dos gessos FGD e estuque (Vila-Chã, 2012) ............................... 8
Tabela 2 – Granulometria do gesso FGD e gesso Estuque (Vila-Chã, 2012) .................................. 9
Tabela 3 – Fórmula, pH e solubilidade de vários retardadores (Cunha, 2010, citando Cincatto e
Heneo, 1997) .................................................................................................................................. 11
Tabela 4 – Propriedades das fibras vegetais de sisal e banana ....................................................... 12
Tabela 5 – Características dos vários tipos de fibras de vidro (Fangueiro e Pereira) ..................... 15
Tabela 6 – Comparação das fibras com materiais convencionais (Fangueiro e Pereira) ............... 16
Tabela 7 – Valores médios do diâmetro das fibras de banana e de sisal ........................................ 26
Tabela 8 – Características físicas das fibras de vidro e basalto (Vila-Chã, 2012) ......................... 26
Tabela 9 – Tabela resumo com comprimento e diâmetro médio das fibras ................................... 27
Tabela 10 – Características mecânicas das fibras de sisal e de banana .......................................... 30
Tabela 11 – Características mecânicas das fibras de vidro e de basalto......................................... 30
Tabela 12 – Resumo das propriedades mais importantes das fibras .............................................. 31
Tabela 13 – Percentagem de matérias em termos de peso ............................................................. 33
Tabela 14 – Razão água/ligante ...................................................................................................... 34
Tabela 15 – Composição final de cada mistura .............................................................................. 36
Tabela 16 – Definição, tipo, norma e propriedade a avaliar dos ensaios para caracterização do
material compósito ......................................................................................................................... 37
Tabela 17 – Descrição, tipo, dimensões dos diferentes provetes e respetivo nome e data do ensaio
a realizar para caracterização do material compósito ..................................................................... 38
Tabela 18 – Temperatura da mistura de pico e instante do acontecimento .................................... 45
Tabela 19 – Perda de massa estabilizado para todas as misturas ................................................... 50
Tabela 20 – Inicio de ganho de presa para as diferentes misturas e valor médio da velocidade de
onda de ultra-sons nas primeiras 24 horas ...................................................................................... 56
Tabela 21 – Força máxima de flexão e tensão de flexão para as diferentes misturas em provetes
prismáticos ...................................................................................................................................... 59
Tabela 22 – Força máxima de compressão e tensão de compressão para as diferentes misturas em
provetes prismáticos ....................................................................................................................... 59
Tabela 23 - Módulo de elasticidade dos compósitos ...................................................................... 65
Tabela 24 – Média das tensões máximas obtidas para cada uma das misturas .............................. 71
Tabela 25 – Valores médios da energia de fratura, Gf ................................................................... 76
Tabela 26 – Percentagem de água absorvida por imersão .............................................................. 79
Tabela 27 – Coeficiente de Absorção por Capilaridade ................................................................. 82
Capítulo 1 – Introdução
Luciana Silva 1
1. INTRODUÇÃO
1.1. Enquadramento
Hoje em dia, existe uma enorme necessidade de empenho na procura de materiais inovadores e
sustentáveis, provenientes, normalmente, de subprodutos de outras indústrias, bem como de
produtos reciclados. Estes novos produtos pretendem corresponder à necessidade de novos
projetos de engenharia. Assim, torna-se, nos dias de hoje, indispensável a aplicação de materiais
mais resistentes, duráveis e com propriedades de dissipação de energia aos esforços capazes de
evitar a ocorrência de rotura frágil. Além destas características, tornam-se materiais
consequentemente mais económicos. A ideia de utilizar materiais alternativos com a utilização de
resíduos ou subprodutos resulta na obtenção de materiais mais sustentáveis do ponto de vista
ambiental (Vila-Chã, 2012).
No seguimento de investigações interiores, nomeadamente das teses de mestrado em engenharia
civil “Desenvolvimento de uma solução de paredes divisórias com incorporação de resíduos”
(Cunha, 2010) e “Estudo de um material compósito à base de gesso e cortiça” (Vila-Chã, 2012),
enquadra-se a atual investigação onde se pretende a continuação do estudo de um material
compósito à base de gesso mas reforçado com diferentes fibras: fibras de sisal, fibras de banana,
fibras de vidro, fibras de basalto, fibras de polipropileno e fibras acrílicas. Pretende-se, ainda, o
estudo de uma composição sem incorporação de fibras.
De uma forma geral, os trabalhos anteriores permitiram detetar vários fatores que influenciam as
propriedades dos compósitos: tipo de fibra, orientação do material, características da interface, o
processo de fabrico e a fração volúmica de fibras no material.
Os resultados obtidos permitiram validar as composições à base de gesso, que se revelaram
promissoras, ficando em aberto algumas questões relacionadas com a possibilidade de
incorporação de outras fibras para, assim, melhorar o desempenho.
Esta investigação terá como objetivo tentar responder a algumas questões que ficaram por
esclarecer em investigações anteriores, tais como:
Estudar novas composições de argamassa de gesso utilizando o mesmo tipo de fibras
utilizadas em investigações anteriores mas variando a percentagens dos constituintes.
Monitorizar de forma mais eficiente o processo de cura das argamassas de gesso
reforçadas com fibras.
Material compósito à base de gesso reforçado com fibras
2 Luciana Silva
Estas foram algumas das questões elencadas em aberto por Vila-Chã, no final da sua dissertação
(Vila-Chã, 2012).
1.2. Objetivos e metodologias
O trabalho desenvolvido foi elaborado de forma a permitir avaliar o comportamento de um
compósito de gesso quando incorporadas fibras na sua amassadura.
Os objetivos principais serão estudar o material compósito à base de gesso reforçado com
diferentes fibras: têxteis, banana, sisal, vidro, basalto, polipropileno e fibras acrílicas para uma
adequada trabalhabilidade; determinar a dosagem correta de fibras a incorporar para reforçar a
argamassa de gesso e tentar validar um comprimento fixo para a fibra (1cm).
Para isso, foi, então, necessário recorrer aos Laboratório de Engenharia Civil e de Engenharia
Têxtil da Universidade do Minho para se proceder à investigação.
As tarefas a realizar abrangeram a definição e caracterização das fibras, definição das
composições do material compósito e fabrico das amassaduras. No final das amassaduras prontas,
foram realizados diversos ensaios para avaliar o seu comportamento.
1.3. Organização da dissertação
Como expresso no subcapítulo anterior, a dissertação foi organizada de forma a cumprir diferentes
tarefas.
No seguimento desta ideia, a primeira tarefa desenvolvida foi referente às fibras, nomeadamente:
Seleção do tipo de fibras: sisal, banana, vidro, basalto, polipropileno, acrílica e têxtil;
Caracterização das fibras: diâmetro, comprimento e resistência à tração.
A segunda tarefa foi referente às composições da amassadura:
Foram constituídas por gesso, cortiça (5%), água (com dosagem base de 80%, podendo variar
durante os ensaios), ácido cítrico (0,05%) e por fim as diferentes fibras (1%), sendo que uma das
amassaduras será sem fibras. Foram escolhidas estas percentagens de materiais com base nas
percentagens usadas em investigações anteriores. Relativamente à percentagem de fibras optou-se
Capítulo 2 – Revisão bibliográfica
Luciana Silva 3
por adotar 1% da percentagem total de ligante utilizado porque é um valor intermédio dos valores
adotados anteriormente. Todas estas relações foram decididas em função de percentagem de
massa do ligante.
No total foram estudadas 8 composições:
Material compósito à base de gesso reforçado com fibras de sisal;
Material compósito à base de gesso reforçado com fibras de banana;
Material compósito à base de gesso reforçado com fibras de vidro;
Material compósito à base de gesso reforçado com fibras de basalto;
Material compósito à base de gesso reforçado com fibras de polipropileno;
Material compósito à base de gesso reforçado com fibras acrílicas;
Material compósito à base de gesso reforçado com fibras têxteis;
Material compósito à base de gesso sem fibras.
A dosagem de água foi afinada por um processo de tentativas até se obter uma trabalhabilidade
adequada (espalhamento entre os 155 e os 165 milímetros); o espalhamento obtido variou com a
percentagem de água utilizada.
Adotou-se um comprimento fixo da fibra de 1cm. Este comprimento foi escolhido por se
considerar um bom tamanho para incorporar no compósito, sem ser demasiado curto nem
demasiado longo. Relativamente à escolha do tipo de fibras, estas foram assinaladas por razões
económicas, dado que não são dispendiosas e porque são as fibras que já foram utilizadas em
outras investigações em compósito à base de gesso.
A quarta tarefa é a caracterização do compósito. Será efetuada recorrendo a ensaios de ultrassons,
de controlo de temperatura e humidade ambiente, controlo de temperatura da mistura, de controlo
de perda de peso, de comportamento em compressão e flexão, de comportamento global em
compressão (determinação do módulo de elasticidade) e de energia de fratura.
No último capítulo será feita uma análise geral dos resultados obtidos e a consequente proposta de
novas investigações para que se possa entender e compreender melhor o comportamento do novo
compósito.
Capítulo 2 – Revisão bibliográfica
Luciana Silva 5
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1. Introdução
O estudo realizado por Vila-Chã (2012) “consistiu numa análise física e mecânica, através da
realização de uma campanha de ensaios experimentais. Os diversos ensaios realizados consistiram
na monitorização de provetes através de ultrassons, caracterização do comportamento à flexão e
compressão. Foram efetuados ensaios para avaliação do processo de fratura e obtenção da energia
de fratura.”
Segundo Vila-Chã (2012), o comportamento distinto entre as fibras de reforço em termos de
trabalhabilidade do material compósito deverá estar relacionado com as diferenças em termos de
superfície das fibras, bem como dos diâmetros. O envolvimento das fibras pelo material ligante
será influenciado pelo tipo de superfície das fibras.
Segundo Eires et al. (2007), o uso de “materiais verdes” será muito útil ao permitir a substituição
de outros materiais, considerados prejudiciais ao ambiente. O estudo realizado, mostrou que o
granulado de cortiça, um subproduto da indústria corticeira, a pasta de celulose ou papel, obtida
de desperdícios recicláveis e as fibras de cânhamo poderão ser incorporados com sucesso em
novos compósitos que poderão ser utilizados na construção como materiais não estruturais. De
acordo com os resultados obtidos, pode dizer-se que estes compósitos têm boas características
térmicas. Além disso, a recuperação destes materiais, considerados desperdícios ou subprodutos
de baixo custo, aliados ao facto de possuírem boas propriedades térmicas, poderá vir a
proporcionar melhores perspetivas tanto para a construção civil como para as empresas nacionais
e europeias que habitualmente produzem este tipo de resíduos. Esta alternativa visa, não só um
caminho para a sustentabilidade, pela valorização de resíduos, favorecendo uma poupança
energética e ambiental, mas é, também, um contributo para o crescimento e prestígio, já existente,
na indústria corticeira portuguesa.
Material compósito à base de gesso reforçado com fibras
6 Luciana Silva
2.2. Gesso
2.2.1. Generalidades sobre o gesso
O gesso é um material há muito utilizado, as primeiras utilizações remontam ao início da
civilização humana (Torgal, Jalali, 2008).
Este material caracteriza-se por ser fácil de utilizar, por ter baixo impacto ambiental e pode ser
reciclado, o que se traduz numa construção mais sustentável.
O gesso é um ligante hidrófilo aéreo que se obtém a partir da desidratação da pedra de gesso
(sulfato de cálcio di-hidratado), que após ser moído e misturado com água ganha presa e endurece
(Torgal, Jalali, 2008).
A pedra de gesso tem a composição química CaSO4,2H2O e é o material mais frequente do grupo
dos sulfatos. Contem aproximadamente 21% de água na sua composição, sendo que ¼ dessa água
(1/2 H2O) está fortemente combinada e os restantes ¾ tem ligações fracas (1+1/2 H20) (Torgal,
Jalali, 2008)
2.2.2. Processo de fabrico
O processo de fabrico do gesso compreende o cumprimento de 3 etapas, a seguir:
1º Extração (em profundidade ou a céu aberto);
2º Trituração e homogeneização;
3º Cozedura.
Após a extração, a pedra de gesso passa por várias fazes de preparação que antecedem a cozedura,
que se destina a promover a sua desidratação. A pedra de gesso encontra-se normalmente à
superfície ou em profundidade e extrai-se, geralmente, com a ajuda de explosivos em condições
propícias gerando uma variedade de tamanhos de pedra (Torgal, Jalali, 2008)
Capítulo 2 – Revisão bibliográfica
Luciana Silva 7
2.2.3. Gesso FGD
O gesso FGD é obtido através de um processo designado de dessulfurização. Neste processo há
remoção do dióxido de enxofre (SO2), proveniente da queima do carvão ou da queima de
combustíveis e presente nos gases de combustão das centrais termoelétricas, utilizando para o
efeito materiais absorventes à base de cálcio e gerando gesso como subproduto, também
designado gesso FGD (flue gas desulphurisation). Embora seja um subproduto de baixo custo e
produzido em quantidades substanciais, há, no entanto, algumas reticências à sua utilização,
devidas, por um lado, ao elevado grau de conservadorismo dos agentes ligados à indústria da
construção civil, mas, também, à ausência de estudos sobre as suas propriedades. Investigações
recentes, mostram, no entanto, que o gesso FGD, tem um desempenho mesmo superior ao dos
gessos extraídos por mineração. Este tipo de gesso apresenta-se com um elevado teor de água,
pelo que alguns autores recomendam que seja sujeito a um tratamento térmico prévio. No entanto,
outros autores alertam para o inconveniente da formação de anidrite solúvel provocada durante o
processo industrial (Torgal, Jalali, 2010).
2.2.4. Reaproveitamento de resíduos de gesso
As atividade da indústria de construção civil diretamente relacionadas com a utilização do
material gesso geram elevadas quantidades de resíduos, nomeadamente aquando da sua utilização
na forma de gesso cartonado. Para o conjunto das atividades ligadas à indústria de construção
civil, alguns autores estimam em quase 45% os desperdícios deste material. Só para o gesso
cartonado são apontados volumes de resíduos de 9% durante as atividades de corte de chapas. A
reciclagem de resíduos de gesso requer moagem, remoção de impurezas e uma calcinação a baixa
temperatura, sendo que o maior inconveniente se prende com a remoção de impurezas (Torgal,
Jalali, 2010).
2.2.5. Produtos de gesso com incorporação de resíduos
De acordo com alguns investigadores a forma mais eficiente da indústria da construção se tornar
uma atividade sustentável passa pela incorporação de resíduos de outras indústrias em materiais
de construção. De facto, as investigações no domínio dos produtos de gesso com incorporação de
resíduos tem vindo a merecer uma atenção especial por parte da comunidade científica. Na
vizinha Espanha, alguns investigadores tem estudado as propriedades de materiais compósitos
produzidos a partir da mistura de pastas de gesso e resíduos de cortiça. Este material é composto
Material compósito à base de gesso reforçado com fibras
8 Luciana Silva
por células cheias de ar, ligadas entre si por uma resina natural. No que se refere à resistência
mecânica, os resultados obtidos, foram da ordem dos 6 MPa em compressão e 3,5 MPa em flexão
para 20 % de adição de resíduos de cortiça e uma razão agua/gesso de 60%. Contudo, os
resultados relativos à condutibilidade térmica dos novos compósitos são similares aos de materiais
de construção tradicionalmente utilizados como isolantes térmicos. (Torgal, Jalali, 2010).
Também na Universidade do Minho, se desenvolveram estudos tendo como objetivo incorporar
resíduos de cortiça, de papel e resíduos têxteis em placas de gesso prensado. Os resultados obtidos
concluem pela efetividade do novo compósito embora com resistências mecânicas relativamente
reduzidas (Torgal, Jalali, 2010).
2.2.6. Propriedades
As propriedades do gesso foram previamente estudadas e caracterizadas no projeto SipdECO e,
segundo o descrito por Vila-Chã (2012), foi estudada a composição química do gesso FGD e do
gesso comercial ou estuque (Tabela 1). Verificou-se que o gesso estuque apresenta maior
quantidade de Sulfato (SO3), bem como maior quantidade de Cálcio (CaO). Logo, a quantidade de
Sulfato de Cálcio (CaSO4) será maior, sendo portanto ligeiramente mais puro. Mesmo assim as
diferenças entre as suas composições são relativamente pequenas.
Tabela 1 – Composição química dos gessos FGD e estuque (Vila-Chã, 2012)
Substâncias Designação FGD Estuque CaO Cálcio 40.1 41.3
SO3 Sulfato 54.4 56.0
F Fluoretos 1.61 -
Fe2O3 Ferro Total 0.28 0.22
SiO2 Sílica 1.58 1.11
Al2O3 Alumina 1.11 0.395
MgO Magnésio 0.418 0.696
Na2O Sódio 0.261 -
K2O Potássio - 0.0567
TiO2 Titânio 0.0134 -
P2O5 Fósforo 0.106 -
SrO Estrôncio 0.001 0.183
ZrO2 Zircónio 0.001 0.024
Capítulo 2 – Revisão bibliográfica
Luciana Silva 9
Na análise granulométrica do gesso FGD e do gesso estuque (Tabela 2), verifica-se que o gesso
FGD possui maior finura, a percentagem de material retido no peneiro 100 µm é de cerca de 2%
para o gesso FGD enquanto o gesso estuque apresenta uma percentagem de cerca de 54%.
Tabela 2 – Granulometria do gesso FGD e gesso Estuque (Vila-Chã, 2012)
Tipo de gesso Dimensão Material Retido Resíduo Total % Material Retido
Gesso FGD 200 µm 0,18 49,55 49,73 0,36
100 µm 0,96 48,59 49,55 1,94
Gesso Estuque 200µm 43,13 6,77 49,90 86,26
100 µm 27,01 22,90 49,91 54,02
Os ensaios de compressão e flexão foram realizados em provetes de gesso com 4x4x16 cm3. Na
Figura 1 estão expostos resultados de diferentes misturas de gesso com diferentes percentagens
dos tipos diferentes de retardadores, ácido cítrico, bem como de bórax.
Figura 1 – Comparação das resistências mecânicas de várias composições (Vila-Chã, 2012)
Os resultados obtidos e expressos na Figura 1 permitiram verificar que, nas misturas sem
retardadores, o gesso FGD apresentou resultados bastante superiores ao gesso estuque. A análise
às misturas com retardadores permitem verificar que há uma diminuição das resistências
mecânicas comparativamente às misturas sem recurso a retardadores. Em relação aos dois tipos de
retardadores utilizados, verificou-se que as resistências mecânicas obtidas aquando da utilização
de ácido cítrico foram bastante superiores às obtidas nas misturas com o bórax.
Material compósito à base de gesso reforçado com fibras
10 Luciana Silva
Segundo Cunha (2010), relativamente à caracterização do gesso FGD pode concluir-se que este,
mesmo tratando-se de um subproduto industrial, apresenta uma composição química semelhante
em várias amostras retiradas de diferentes remessas de material, assim como as características
mecânicas. Por outro, lado verifica-se que um ligeiro aumento no seu teor de humidade exige um
tempo de secagem em estufa maior, de forma a transformar o sulfato de cálcio bihidratado em
sulfato de cálcio hemihidratado.
2.2.7. Retardadores
O uso de retardadores tem como objetivo atrasar o tempo de presa, de forma a permitir um tempo
de aplicação mais extenso. No caso de pastas de gesso podem utilizar-se retardadores, tais como:
ácido cítrico, bórax, etc.
De acordo com Cunha (2010), a rapidez da presa do gesso é uma das características que pode
condicionar a sua aplicação, mas empregando retardadores e aceleradores de presa permite regular
perfeitamente o seu início e fim. Assim, surgiu a necessidade de utilizar um retardador, sendo que
o escolhido foi o ácido cítrico (o mesmo que se prevê para a atual investigação).
O ácido cítrico tem aplicações não só na indústria da construção civil, mas também em inúmeras
outras, como por exemplo na indústria alimentar e químicas (Cunha, 2010, citando Alibaba,
2009).
São vários os estudos relativos a influência dos retardadores de tempo de presa nas propriedades
do gesso, visto que algumas das propriedades tanto no estado fresco como no estado endurecido
são alteradas. Em relação ao estado endurecido, verifica-se uma diminuição das propriedades
mecânicas. No que diz respeito ao estado fresco verificam-se algumas alterações quanto à fluidez
da pasta. Portanto, é importante que se perceba que se deve selecionar um retardador que ofereça
a garantia de um produto de boa qualidade. Para tal é preciso selecionar o adjuvante e a
quantidade exata a utilizar do mesmo. Os retardadores são, em geral, substâncias que se utilizam
para modificar certas características das argamassas. Atualmente estas são substâncias químicas,
que se adicionam em pequenas quantidades, normalmente inferiores a 10%. (Cunha 2010, citando
Cincatto e Heneo,1997).
Os ensaios realizados com dois retardadores permitiram concluir que, para obter um mesmo
tempo de presa, seria necessário utilizar uma quantidade superior de bórax, relativamente à
quantidade utilizada de ácido cítrico. Por outro lado, a incorporação de bórax na mistura conferia
Capítulo 2 – Revisão bibliográfica
Luciana Silva 11
uma tonalidade mais escura à mesma, o que impedia a utilização da coloração natural do gesso no
material desenvolvido (Cunha, 2010, citando Projeto SipdECO, Relatório 1, 2009).
Na Tabela 3 pode evidenciar-se o pH, as fórmulas químicas e a solubilidade de alguns
retardadores utilizados em outros trabalhos e compilados por Cunha (2010). Sendo que chegou a
conclusão que o acido cítrico é aquele cuja utilização e mais frequente
Tabela 3 – Fórmula, pH e solubilidade de vários retardadores (Cunha, 2010, citando Cincatto e Heneo, 1997)
Aditivo Fórmula pH Solubilidade
g/100ml de água
Ácido cítrico C6H8O7 5,0 133 Bórax Na2B4O710H2O 9,5 62
Ácido tartárico C4H6O6 2,2 139
2.3. Utilização de fibras em materiais compósitos
A utilização de novos matériais em argamassas tem como objetivo melhorar o seu comportamento
de modo a que estas sejam mais eficazes. Deste modo, a sua aplicação, nomeadamente as fibras,
pretendem preencher algumas falhas encontradas com a utilização dos materiais tradicionais.
De acordo com Vila-Chã (2012), a utilização de fibras de reforço em compósitos tem como
objetivo melhorar as suas propriedades mecânicas, tais como a tenacidade na fratura, resistência à
flexão, ao impacto, a choques térmicos e à desagregação. A aplicação de materiais compósitos
reforçados com fibras de origem natural na construção já não é recente. As fibras naturais já são
há algum tempo aplicadas na construção. De entre os mais utilizados destacam-se as fibras de
sisal, e outras (vidro, basalto, banana). Para além destas, existe ainda um conjunto de novos
materiais utilizados na construção que em alternativa às matrizes poliméricas, utilizam matrizes à
base de cimento, bem como as matrizes à base de gesso.
De acordo com o documento “Fibras Naturais” (2012), as fibras podem ser divididas em dois
grupos principais: as fibras naturais, que englobam as de origem vegetal, as de origem mineral e
as de origem animal, e as fibras feitas pelo homem, que englobam os polímeros naturais e os
polímeros sintéticos.
Material compósito à base de gesso reforçado com fibras
12 Luciana Silva
A utilização de fibras vegetais e minerais como reforço apresenta vantagens como a conservação
da energia, a grande abundância, o baixo custo, não serem prejudicial à saúde, a possibilidade do
aumento da produção e economia agrícola, a baixa densidade e por ser biodegradáveis. Como
desvantagens em relação às fibras sintéticas, pode enumerar-se que estas apresentam baixa
durabilidade quando usada como reforço em matriz cimentícia, apresentam variabilidade das suas
propriedades e tem, em geral, fraca adesão no seu estado natural a inúmeras matrizes. (“Fibras
Naturais”, 2012)
Figura 2 – Demonstração de como a abertura de fendas está restringida num material dúctil devido à
incorporação de fibras (Kelly, Mortensen, 2001)
2.3.1. Fibras Vegetais: Fibras de Sisal e Fibras de Banana
Segundo o documento “Fibras Naturais”, o sisal é uma das fibras vegetais que possui maior
resistência à tração e uma das mais indicadas para o uso como reforço em argamassas. Na tabela 4
encontram-se algumas das suas propriedades.
Tabela 4 – Propriedades das fibras vegetais de sisal e banana
Propriedade Massa Volúmica
(Kg/m3)
Absorção de
água (%)
Resistência à
flexão (MPa)
Módulo de
elasticidade (GPa)
Sisal 1370 110 347-378 15,2 Banana 1031 407 384 20-51
De acordo com Carvalho (2012), as fibras de banana são brancas, finas, moles e lustrosas podendo
ser usadas como matéria-prima para produção de diversos produtos. As fibras de banana são
fibras lignocelulósicas, obtidas a partir do pseudocaule da bananeira. A composição química das
fibras de banana, tal como das fibras vegetais apresenta celulose, hemicelulose, pectina e lenhina.
O teor de celulose e o ângulo das microfibrilas são fatores de relevância para as propriedades
Capítulo 2 – Revisão bibliográfica
Luciana Silva 13
mecânicas das fibras, desta forma quanto maior for o teor e celulose mais resistente se tornam as
fibras. Relativamente ao ângulo da microfibrila, quanto menor maior resistência a fibra terá
(Carvalho, 2012).
Segundo Zhu e Tobias (1994), em materiais compósitos de origem cimentícia com incorporação
de fibras de banana, verificou-se que a incorporação de fibras de, numa dosagem de entre 8 e
16%, em massa, resultou em compósitos com resistência à flexão elevada, superior a 20 MPa.
Numa dosagem de fibra de 14%, em massa, a resistência à flexão foi de 24,92 MPa, sendo o valor
de energia de fratura 1,74 kJm−2, propriedades adequadas para a produção de materiais de
construção comercialmente viáveis.
De acordo com Vila-Chã (2012), este tipo de fibras de carácter natural, normalmente, apresentam
baixa densidade em relação às fibras de outra natureza. Entre estas duas fibras (de banana e
sisal),verifica-se o aumento do módulo de elasticidade. A fibra de banana apresenta melhor
desempenho que a de sisal, tendo em conta que ambas se encontram num compósito de
poliéster/resina (ver Figura 3)
Figura 3 – Descrição da variação do módulo de elasticidade nos diferentes tipos de fibras inserido num
compósito poliéster/resina mediante o volume utilizado (Vila-Chã, 2012 citando Rao et al., 2009)
Segundo Vila-Chã (2012), a utilização deste tipo de fibras apresenta, no entanto, algumas
desvantagens, nomeadamente a baixa durabilidade, quando usada como reforço de uma matriz
cimentícia. A durabilidade da utilização de fibras naturais introduzidas em matriz cimentícia
poderá ser melhorada através de: (1) modificação da matriz cimentícia através da substituição
parcial do cimento Portland por sílica de fumo ou escórias; (2) carbonatação da matriz comentícia;
(3) imersão das fibras numa mistura semilíquida de sílica de fumo antes de ser incorporada na
matriz cimentícia à base de cimento Portland.
Material compósito à base de gesso reforçado com fibras
14 Luciana Silva
Aly et al. (2011), citados por Vila-Chã (2012), estudaram o melhoramento da durabilidade de
argamassa reforçada com fibras naturais de linho. De facto, as fibras naturais adicionadas numa
matriz cimentícia, que constitui um ambiente com álcalis, degradam-se com o tempo, podendo
conduzir à diminuição das propriedades resistentes da argamassa. Neste trabalho estudaram-se a
introdução de materiais pozolânicos em substituição do cimento e por partículas ultrafinas de
vidro reciclado, que mostraram ter características pozolânicas. Adicionalmente, procedeu-se a um
tratamento alcalino das fibras de linho através da sua impregnação com hidróxido de sódios
(NaOH) com uma concentração de 5%. Verificou-se que com este procedimento a argamassa se
mostrou mais eficiente em termos de redução da resistência após a realização de ensaios de
envelhecimento.
2.3.2. Fibras Minerais: Fibras de Vidro e Fibras de Basalto
O basalto é um material emergente, cuja utilização das suas fibras está a aumentar em construções
e aplicações civis, como alternativa às fibras de vidro, carbono ou aramída.
De acordo com Schiavon et al. (2007), os basaltos são rochas vulcânicas abundantes provenientes
de extensos derrames de lava. A tecnologia de fiação contínua produz filamentos de basalto na
forma de fios micrométricos amorfos. Estas fibras apresentam excelente estabilidade térmica,
resultando em alterações de massa menor que 1% sob aquecimento até a temperatura de 1000 °C,
em atmosfera inerte ou oxidante.
Segundo Jaigobind et al. (2007), as fibras de vidro são obtidas através da fusão e fiberização de
diversos óxidos metálicos. E é a proporção e natureza deste que define o tipo de fibra de vidro
produzido. A diferenciação das fibras de vidro dá-se por uma letra, sendo as principais a fibra de
vidro E (composta a partir de alumínio, cálcio e silicatos de boro), destinada a produtos que
necessitem de alta resistência mecânica elétrica, e a fibra de vidro S (composta por magnésio e
silicatos de alumínio), empregadas quando se requer alta resistência mecânica. As fibras de vidro,
em geral, apresentam uma série de características favoráveis que fazem com que se opte por elas.
Tais propriedades são a alta resistência mecânica; a resistência à tração superior a quase todos os
metais; a boa resistência ao impacto; a baixa absorção de água; a resistência química à maioria
dos microrganismos; o baixo coeficiente de dilatação térmica; excelentes propriedades elétricas;
fácil moldagem das peças; baixo custo; incombustibilidade e permite a obtenção de materiais
translúcidos.
Capítulo 2 – Revisão bibliográfica
Luciana Silva 15
Na tabela 5 apresentam-se as principais características dos vários tipos de fibras de vidro.
Tabela 5 – Características dos vários tipos de fibras de vidro (Fangueiro e Pereira)
Tipo E Tipo S
Tensão de Rotura (GPa) 3,5 4,6
Módulo (GPa) 73,5 86,8
Alongamento (%) 4,8 5,4
Densidade (g/cm3) 2,57 2,46
Coeficiente de expansão térmica (107/ºC) 50-52,0 23-27,0
De acordo com Bin et al. (2010), a resistência aos ácidos é muito melhor do que a resistência a
álcalis para as fibras de basalto do que para as fibras de vidro. No entanto, para as fibras de vidro,
a situação é diferente: a resistência ao ácido é quase a mesma que a resistência a álcalis. Entre os
dois tipos de ambientes aquosos avaliados, a solução alcalina é mais agressiva para a superfície
das fibras. As fibras de vidro e basalto podem ser danificadas na presença de soluções de HCl e de
NaOH com concentrações de 2mol/l. A resistência à tração das fibras diminui com o aumento do
tempo de tratamento. Para o mesmo ambiente ácido, o efeito do tempo de tratamento na redução
da resistência existe nas duas fibras mas é mais óbvio nas fibras de basalto do que nas fibras de
vidro. Para as fibras de basalto a resistência aos ácidos é muito melhor do que a resistência a
álcalis, mas para as fibras de vidro, a resistência a ácidos, é semelhante à resistência a álcalis. A
morfologia da superfície das fibras de basalto e de vidro após o tratamento ácido não muda tanto
como nos tratamentos alcalinos. A deterioração, tanto das fibras de vidro como nas fibras de
basalto, ocorre quando entram em contacto com uma solução de NaOH. Globalmente, a
estabilidade química das fibras de basalto é melhor do que as fibras de vidro, especialmente num
ambiente ácido. A fibra de basalto pode ser um bom material alternativo em comparação com as
tradicionais fibras no fabrico dos compósitos reforçados com fibra. O compósito reforçado com a
fibra de basalto pode ser utilizado num produto de ambiente químico para mecanismos de longo
prazo.
Na tabela 6 é apresentada a comparação das fibras com materiais convencionais.
Material compósito à base de gesso reforçado com fibras
16 Luciana Silva
Tabela 6 – Comparação das fibras com materiais convencionais (Fangueiro e Pereira)
Materiais
Resistência
à tração
(GPa)
Módulo
(GPa)
Alongamento
na rotura
(%)
Coeficiente
de Poisson
Densidade
(g/cm3)
Limite de
temperatura de
utilização (ºC)
Vidro E 2,5 74 4,5 0,25 2,6 700
Vidro S 3,2 86 5 0,2 2,5 700
Kevlar 49 2,9 130 2,6 0,4 1,45 350
Carbono HR 3,2 230 1,3 0,3 1,75 > 3000
Carbono HM 2,5 390 0,6 0,35 1,8 > 3000
Aços de 0,4 a 1,6 205 de 1,8 a 10 0,3 7,8 800
Cobre de0,2 a 0,5 125 - 0,3 8,8 650
Alumínio 1,4 380 0,4 0,4 3,7 > 1000
Liga de
alumínio 0,45 75 0,3 10 2,8 350
2.3.3. Fibras de Polipropileno e Fibras Acrílicas
As fibras de polipropileno são fibras cortadas em polipropileno para misturar em matrizes
cimentícias de forma a aumentar a resistência ao choque e reduzir a fissuração na fase de
secagem, ou fase de deformação plástica. (Sotecnisol, 2012)
Este tipo de fibras tem diferentes campos de aplicação: pavimentos industriais, betões e
betonilhas, betão projetado, estruturas de betão, argamassas, pré-fabricação, degraus, parapeitos,
paliçadas, pavimentação de passeios, esculturas, tubos e fachadas. (Sotecnisol, 2012)
Segundo a ficha técnica do fornecedor Sotecnisol, as fibras de polipropileno têm boa resistência
química (elevada resistência alcalina), boa maleabilidade (fáceis de dispersar com o betão e
separam-se facilmente em filamentos individuais sem formar ninhos), boa adesão à mistura, boa
resistência mecânica (resistência à tração de 240 N/mm2), não acarreta riscos para a saúde e são
de baixo custo.
Segundo Gomes (2010), atualmente as fibras de polipropileno são as mais utilizadas no mercado.
São incorporadas nos materiais aquando o seu fabrico convencional. A percentagem de fibras
deve ser mantida relativamente baixa para se manter a trabalhabilidade dos materiais.
Capítulo 2 – Revisão bibliográfica
Luciana Silva 17
A fibra de polipropileno tem a capacidade de reduzir e aliviar as forças internas obstruindo
fissuras microscópicas que se possam desenvolver na matriz ligante. Têm um ponto de fusão
bastante elevado (rondando os 165ºC) e são quimicamente inertes. São fibras hidrofóbicas, isto é,
não absorvem água. Não são polares, o que quer dizer que possuem uma boa resistência aos
ataques químicos. O facto de serem inertes torna estas fibras imunes ao ataque de produtos
químicos. Devido ao facto de serem hidrofóbicas, não alteram a composição das misturas pré-
definidas das argamassas, isto é, não exigem água de amassadura adicional nem absorvem a água
da mistura. São leves e possuem um grande volume. As quantidades recomendadas pelos
fabricantes rondam as 600g/m3 de argamassa (Gomes, 2010).
Em relação às fibras utilizadas no seu estudo, Gomes (2010) chegou à conclusão que as melhores
fibras em termos de resistência à flexão são as fibras acrílicas tridimensionais, embora em termos
de capilaridade tivesse sido aquela que obteve piores resultados dentro das composições com
fibras. Existiu um aumento de absorção de água de 10% se comparadas com as fibras de
polipropileno normais. Em termos de resistência á compressão, as fibras que obtiveram melhores
resultados foram as de polipropileno.
Segundo Gomes (2010), uma das características mais importantes das fibras acrílicas é a forma da
sua secção transversal: possuem um aspeto muito semelhante ao osso de um cão. São tão
resistentes como as fibras de poliamida ou polipropileno. Possuem uma excelente resistência aos
diversos agentes químicos e físicos, proporcionando uma solução de reforço muito durável. São
resistentes à exposição exterior aos raios UV, o que as torna ótimas para utilização em argamassas
de revestimento. Devido a possuírem uma secção transversal semelhante a um osso de cão,
possuem um elevado grau de coesão entre os ligantes e agregados das argamassas.
De acordo com Oliveira et al. (n.d.), para uma argamassa utilizando cimento Portland do tipo II
classe 32,5 e areia do Tejo, foram obtidos valores mais altos de resistência à flexão aos 28 dias
para argamassas com fibras acrílicas, quando comparadas com argamassas com fibra de vidro e de
polipropileno de igual comprimento e volume de fibras (0,5%). As fibras acrílicas que melhor
contribuíram para a resistência à flexão da argamassa foram as de comprimento de 12mm. Da
observação direta das lajetas resultantes dos ensaios de retração foi possível concluir que as fibras
acrílicas apresentam bom desempenho. Portanto, concluiu-se que uma das possíveis aplicações
destas fibras é no controle de fissuração nas primeiras idades, em painéis e revestimento de
fachadas e de muros.
Material compósito à base de gesso reforçado com fibras
18 Luciana Silva
2.3.4. Fibras Sintéticas em argamassas de cal
As fibras sintéticas são produzidas a partir de resinas derivadas do petróleo.
Segundo Gomes (2010), após a investigação que efetuou, concluiu que a adição de fibras
sintéticas nas argamassas de cal contribui para um aumento significativo da sua resistência à
flexão, melhorando o seu comportamento à fissuração. Em relação à compressão os resultados
foram satisfatórios resultando num acréscimo da sua resistência. Excedendo a quantidade de
fibras recomendada pelos fabricantes obtêm-se o efeito contrário, isto é, quanto maior o índice de
fibras utilizado menor será a sua resistência à compressão. Em relação ao efeito sobre a absorção
de água, verificou-se que a adição de fibras, diminui substancialmente a absorção capilar se forem
aplicadas na proporção adequada. Foi notável que as fibras com maior comprimento contribuem
para uma diminuição de absorção de água. No que se refere ao aspeto estético, as argamassas nada
mudaram relativamente à incorporação de fibras. Mantêm a sua trabalhabilidade e, também, o seu
aspeto estético final.
2.3.5. Fibras têxteis de pneus
Segundo Cunha (2010), fibras têxteis são a matéria-prima fibrosa a partir da qual os tecidos
têxteis são fabricados. As fibras são transformadas em fios pelo processo de fiação. Estes diferem
entre si, e dependem do comprimento das fibras, que podem ser longas ou curtas. A autora
concluiu que a utilização de uma mistura que incorpore gesso FGD, granulado de cortiça e fibras
têxteis de pneus é viável para varias aplicações no âmbito da indústria da construção, desde que
encarada como material constituinte de um produto com funções não estruturais. As fibras
utilizadas para este projeto foram um subproduto proveniente da reciclagem de pneus. Neste tipo
evidencia-se a forma embricada como se encontram armazenadas. Para além das fibras é possível
encontrar grânulos de borracha e algumas fibras metálicas (Projeto SipdECO, Relatório 1, 2009).
Capítulo 2 – Revisão bibliográfica
Luciana Silva 19
2.3.6. Fibras de Vidro vs Fibras de polipropileno
Segundo Thomason e Schoolenberg (1994), a estrutura e a propriedade da região de interface
fibra/matriz desempenham um papel importante na determinação do desempenho dos compósitos
estruturais. Um dos principais fatores que influencia a região de interface é o revestimento da
superfície da fibra aplicado pelo fabricante. A influência destes revestimentos na resistência
interfacial de compósitos de fibra de vidro e polipropileno foi avaliada usando o ensaio de
arrancamento para uma única fibra. Os resultados indicam que o agente de acoplamento silano por
si só tem pouco efeito sobre a resistência interfacial. No entanto, na combinação com outros
componentes do revestimento, foram encontrados efeitos significativos. O nível de força
interfacial na fibra de vidro e de polipropileno varia em ordem da magnitude, dependendo da
natureza do revestimento da fibra. Além disso, a resistência à flexão de um polipropileno
unidirecional reforçado com vidro laminado varia por um fator de dois, dependendo do tipo de
revestimento da fibra de vidro. Os resultados da resistência à flexão correlacionaram com o nível
de força de corte interfacial, medida pelo ensaio de arrancamento de uma única fibra.
2.3.7. Fibras Têxteis vs Fibras Minerais
Segundo Vila-Chã (2012), para uma amassadura de gesso FGD e cortiça reforçada com fibras, os
ensaios permitiram concluir que, apesar dos compósitos com fibras minerais revelarem um melhor
comportamento mecânico, os compósitos com fibras vegetais provaram ser também uma boa
alternativa de utilização em materiais compósitos para fins não estruturais.
2.3.8. Fibras Minerais Vs Fibras Vegetais
Segundo Vila-Chã (2012), os resultados obtidos nos ensaios realizados para a caracterização das
diferentes composições em investigação, permitiram verificar que, para as composições com
fibras de origem vegetal (banana e sisal), foi possível utilizar uma maior quantidade de material
para se obter o espalhamento adequado. A utilização de fibras de origem mineral traduziu-se em
menores percentagens de fibras para obter a adequada trabalhabilidade. Refira-se que em relação
às fibras de carbono foi difícil conseguir a sua adequada mistura e distribuição na argamassa de
gesso, pelo que não foi possível prosseguir com o estudo desta fibra de reforço.
Material compósito à base de gesso reforçado com fibras
20 Luciana Silva
Pode-se concluir que as fibras de origem mineral apresentam desempenho mecânico superior ao
das argamassas reforçadas com fibras naturais, principalmente se a diferente percentagem de
fibras utilizadas for tida em consideração. As propriedades mecânicas em termos de resistência à
compressão e flexão são claramente superiores no caso das fibras de origem mineral. O sisal
apresenta desempenho inferior às fibras de banana. Do mesmo modo, o módulo de elasticidade da
argamassa reforçada com fibras de vidro apresenta valores superiores aos restantes. O sisal
apresenta-se como o material que conduz ao menor módulo de elasticidade (Vila-Chã, 2010).
Nos ensaios de compressão uniaxial, Vila-Chã (2012) concluiu-se que as argamassas reforçadas
com fibras, quer de origem mineral (vidro e basalto), quer de origem vegetal (sisal e banana)
conduzem a um comportamento à compressão muito dúctil. A ductilidade é dada não só pela
introdução de regranulado de cortiça mas é, também, complementada com a introdução de fibras
de reforço. A ductilidade traduz-se em deformações consideráveis, o que deve estar associado, por
um lado, à formação de superfícies de deslizamento e, por outro lado, à grande capacidade de
compressibilidade do material. Verifica-se, também, que as argamassas de gesso reforçadas com
fibras de origem mineral têm uma maior capacidade de absorção de energia quando comparadas
com as fibras de origem vegetal, o que se traduz em valores consideravelmente mais elevados da
energia de fratura. De qualquer modo, a introdução de fibras, naturais ou de origem mineral,
traduz-se num material muito mais dúctil, quando comparado com a mesma argamassa mas sem a
adição de fibras (Vila-Chã, 2012).
2.4. Regranulado de cortiça
Este material é resultante da extração periódica da parte exterior, suberosa, da planta Quercus
suber, vulgo sobreiro cuja particularidade consiste na capacidade de regeneração das células
exteriores. A cortiça é conhecida desde a antiguidade como flutuante para artigos de pesca,
vedante e no fabrico de sapatos. Com maior aplicação no século XX, sobretudo em aglomerados,
atualmente é a Europa, sobretudo Portugal que possui a maior cota de produção de cortiça a nível
mundial. É um material leve, elástico, resistente à água, isolante térmico, elétrico, acústico e
vibrátil. Tem a particularidade de poder ser comprimido sem expansão lateral devido à sua
estrutura celular prismática que fica arredondada quando comprimida. Dotada de uma grande
estabilidade química, biológica e resistência ao fogo. (Eires, R. 2006)
De acordo com Vila-Chã (2012) citando Gil (2005), a cortiça é quimicamente constituída por
suberina (45%), responsável pela sua compressibilidade e elasticidade; lenhina (27%), estrutura
Capítulo 2 – Revisão bibliográfica
Luciana Silva 21
das paredes celulares; celulose e polissacáridos (12%), associados à estrutura da cortiça; ceróides
(6%), repelem a água e contribuem para a impermeabilidade; taminos (6%), cor e
proteção/conservação do material; cinzas (4%).
Segundo Cunha (2010), para uma amassadura composta por FGD, regranulado de cortiça e fibras
têxteis resultantes da reciclagem de pneus usados, os resultados obtidos nos ensaios realizados
para a caracterização das diferentes composições em estudo, permitiram verificar que, para
composições conformadas por moldagem, existe uma diminuição da resistência à compressão e
módulo de elasticidade com a incorporação de cortiça relativamente à composição prensada.
Além disso, verifica-se que existe uma relação linear entre o modulo de elasticidade e a
resistência à compressão com a variação da percentagem de cortiça, sendo que quanto maior a
percentagem de cortiça, menor é o modulo de elasticidade e a resistência à compressão verificada.
Relativamente ao módulo de elasticidade, verifica-se um decréscimo no seu valor superior a 30%,
provocado pelo aumento de 1% na percentagem de cortiça. Para a resistência a compressão
observa-se uma diminuição do seu valor superior a 35% com o aumento de 1% na quantidade de
cortiça incorporada na mistura.
2.5. Influência da Humidade
Para uma amassadura composta por FGD, regranulado de cortiça e fibras têxteis resultantes da
reciclagem de pneus usados, no que diz respeito à influência da humidade nas características
mecânicas, verifica-se que à medida que a humidade nos diferentes ambientes aumenta, as
características mecânicas do material compósito diminuem. Por outro lado, os elementos de
ensaio colocados imersos em água, a uma Hr=90% e Hr=56%, não apresentam diferenças
significativas entre si, mesmo apresentando diminuições das características de acordo com a
humidade presente. Concluiu-se que, quanto maior a percentagem de cortiça, maior foi a absorção
de água por imersão verificada. Este resultado, poderá também estar relacionado com a
quantidade de agua na amassadura, pois quanto maior a quantidade de cortiça, maior a quantidade
de água na amassadura o proporcionou uma maior evaporação da mesma e portanto, proporciona
a obtenção de um maior índice de vazios (Cunha, 2010).
Capítulo 3 – Materiais constituintes do compósito
Luciana Silva 23
3. MATERIAIS CONSTITUINTES DO COMPÓSITO
3.1. Introdução
O objetivo principal desta investigação é a avaliação do desempenho de um material compósito à
base de gesso com incorporação de regranulado de cortiça e reforçado com diferentes tipos de
fibras, e se possível, comparando-o com os resultados obtidos em anteriores investigações. As
investigações anteriores tinham por base um gesso FGD, enquanto a presente investigação terá
por base um gesso comercial, vulgarmente conhecido como estuque. A outra variação é a
quantidade de materiais, nomeadamente a quantidade de água e de fibras.
Os restantes materiais envolvidos são a água, o retardador (ácido cítrico), o regranulado de cortiça
e as fibras de banana, sisal, basalto, vidro, têxtil, acrílicas e polipropileno (as mesma utilizadas em
investigações anteriores com o acréscimo das fibras acrílicas e de polipropileno). Neste trabalho, a
utilização de fibras tem como propósito conferir uma maior ductilidade ao material compósito à
base de gesso e melhorar o seu comportamento em fase pós-pico.
Neste capítulo apresenta-se a caracterização das fibras de reforço no que diz respeito ao seu
diâmetro, comprimento e resistência à tração e o estudo e otimização das diferentes misturas para
este material compósito.
3.2. Caracterização das fibras de reforço
Neste subcapítulo são apresentadas as propriedades físicas e mecânicas das fibras utilizadas.
De acordo com as investigações anteriores, não foram calculadas a resistência à tração das fibras.
Portanto, um dos pontos essenciais deste subcapítulo é tentar encontrar esses valores para as
fibras. Assim sendo, no laboratório de Engenharia Têxtil realizaram-se ensaios, essencialmente às
fibras vegetais (banana e sisal), pois são as fibras que apresentam maior dispersão e as que
necessitam de melhor caracterização de resultados. A realização deste ensaio necessita de uma
fibra com um comprimento mínimo e como as fibras têxteis são uma espécie de granulado e as
fibras acrílicas já foram cedidas por um fornecedor cortadas com um comprimento de 6mm não
foi possível a realização do ensaio.
Material compósito à base de gesso reforçado com fibras
24 Luciana Silva
3.2.1. Descrição das fibras
Para este ponto da dissertação pretende-se a obtenção dos seguintes parâmetros relacionados com
as fibras: aspeto, comprimento e diâmetro.
Em relação às fibras têxteis, a sua caracterização foi feita em trabalhos anteriores, nomeadamente
no Projeto SipdECO, Relatório 1 (2009).
A determinação do diâmetro das fibras foi obtida com recurso a um microscópico ótico (Figura 4
e Figura 5).
Figura 4 – Fibras têxteis de pneu (escala 20x3.3) (Cunha, 2010)
Figura 5 – Fibras têxteis de pneu (escala 2x1,67) (Cunha, 2010)
Para caracterizar as fibras têxteis, foram realizados ensaios de microscopia para determinação
dimensional e identificação dos seus constituintes recorrendo a ensaios FTIR. Os ensaios foram
realizados nas instalações do Laboratório de Polímeros na Universidade do Minho utilizando
equipamento próprio para o efeito (Projeto SipdECO, Relatório 1, 2009).
A análise dimensional foi realizada através da determinação do comprimento das fibras e do seu
diâmetro e para tal, foi usado um microscópico ótico com registo fotográfico (Cunha, 2010).
Capítulo 4 – Caracterização do material compósito
Luciana Silva 25
Verificou-se uma grande dispersão no comprimento de fibras (Figura 4 e Figura 5), sendo o valor
mínimo encontrado de 108,20µm e o valor máximo de 12469,13µm. O valor medio foi de
2109,42µm com um desvio padrão de 1993,23µm. Em relação ao seu diâmetro este é também
variável tendo sido o valor mínimo encontrado de 7,19μm e o valor máximo de 34.14μm com
uma média de 20,69μm (Cunha, 2010).
Para as fibras acrílicas, como dito anteriormente, foram fornecidas pelo fabricante já cortadas com
dimensão de 6mm, sendo o diâmetro médio encontrado através de várias medições de 20 amostras
diferentes (Figura 6).
Figura 6 – Aspeto da fibra acrílica: ampliação de 400X
Em relação às fibras de origem vegetal: banana e sisal achou-se conveniente fazer duas ou três
medições por cada filamento, sendo verificadas 20 filamentos para cada tipo de fibra, obtendo-se
um diâmetro médio representativo (Figuras 7 e 8). O comprimento das fibras foi obtido
manualmente e tem a dimensão de 10mm. Na tabela 7 estão apresentados os resultados obtidos.
Figura 7 – Aspeto da fibra de banana: ampliação de 400X
Material compósito à base de gesso reforçado com fibras
26 Luciana Silva
Figura 8 – Aspeto da fibra de sisal: ampliação de 400X
Tabela 7 – Valores médios do diâmetro das fibras de banana e de sisal
Fibra de Banana Fibra de Sisal
Diâmetro médio (µm) 325,89 269,40
Desvio Padrão 62,81 63,37
Coeficiente de Variação (%) 19,27% 23,52%
Em relação às fibras de vidro e de basalto, foram retirados os valores da dissertação de Vila-Chã
(2012), dado que foram usadas os mesmos tipos de fibras e os valores adotados são os valores
pesquisados nas tabelas técnicas do fabricante (Tabela 8).
Tabela 8 – Características físicas das fibras de vidro e basalto (Vila-Chã, 2012)
Tipo de fibra Diâmetro médio das fibras
(μm)
Basalto 10
Vidro 13
Capítulo 4 – Caracterização do material compósito
Luciana Silva 27
Na tabela 9 apresentam-se os resultados para o comprimento e diâmetros médios das fibras.
Tabela 9 – Tabela resumo com comprimento e diâmetro médio das fibras
Tipo de fibras Comprimento médio
(mm)
Diâmetro médio
(μm)
Têxtil 2,1 20,7
Acrílica 6,0 22,4
Banana 10,0 325,9
Sisal 10,0 269,4
Vidro 10,0 13,0
Basalto 10,0 10,0
Na Figura 9 apresenta-se o aspeto das fibras: as fibras minerais de vidro e basalto são
comercializadas enroladas em bobinas, já as fibras de caracter natural de banana e sisal
apresentam um aspeto bastante diferente. As fibras acrílicas apresentam-se como foram
fornecidas, assim como as fibras têxteis.
Figura 9 – Aspeto das fibras: a) acrílica, b) têxtil; c) sisal; d) banana; e) basalto; f) vidro
Material compósito à base de gesso reforçado com fibras
28 Luciana Silva
3.2.2. Caracterização da resistência à tração
Como referido anteriormente, para a determinação da resistência à tração das fibras utilizadas,
recorreu-se ao Laboratório de Engenharia Têxtil da Universidade do Minho.
Para a resistência à tração das fibras é necessário a medição do TEX correspondente, que
representa a relação entre o peso da fibra por quilómetro de fio. Este processo inicia-se com
seleção de várias amostras de cada tipo de fibra. A equação utilizada para o cálculo do TEX é a
equação (1):
Onde:
P – peso da amostra de fibra em gramas;
C – comprimento da amostra da fibra em quilómetros.
Para as fibras de banana e sisal foram utilizadas 20 amostras para cada tipo de fibras.
Como dito anteriormente, não foi possível medir o TEX para as fibras têxteis, nem a força
máxima de rotura e consequentemente a tensão de rotura e a tenacidade. Relativamente às fibras
acrílicas, o valor do TEX foi fornecido pelo fornecedor e tem valor de 0,25 TEX, mas não foi
possível calcular a força de rotura devido ao comprimento insuficiente das fibras e,
consequentemente, a tensão de rotura e a tenacidade.
Para as fibras de basalto e vidro, assim como na descrição das fibras, foram usados os valores da
dissertação de Vila-Chã (2012), dado que foram usados os mesmos tipos de fibras.
Após a medição do TEX, procede-se ao ensaio de tração das fibras para obtenção da força
máxima de rotura e, consequentemente, a tenacidade e a tensão de rotura.
A tensão de rotura é obtida através da divisão da força máxima de rotura pela área de secção das
fibras. Salienta-se o facto de que a tensão de rotura é meramente representativa, dado que a
probabilidade da fibras em ter uma secção completamente circular é muito reduzida.
Os ensaios de resistência à tração em fibras foram realizados segundo a norma ISO 5079 com as
seguintes condições de ensaio: velocidade de 50 mm/min, com um comprimento entre maxilas de
50 mm, sendo que foram realizados 50 ensaios. O equipamento utilizado foi um dinamómetro
Hounsfield H 10 KS, tal como se observa na Figura 10 (Carvalho, 2012).
Capítulo 4 – Caracterização do material compósito
Luciana Silva 29
Figura 10 - Dinamómetro Hounsfield H 10H-S
Este tipo de ensaio permite determinar a tenacidade das fibras, que é uma propriedade física dos
materiais e define-se como a energia que um material absorve antes de atingir a rotura, e daí o
conceito estar associado à resistência dos materiais. Sabe-se que quanto maior a tenacidade de um
material maior a energia dissipada até à rotura, sendo calculada de acordo com a equação (2):
á Onde:
fmáx – Força máxima resistente (N) obtida no ensaio de tração
Outro parâmetro que dá noção da ductilidade, tal como a tenacidade, dos diferentes tipos de fibras
é o alongamento máximo traduzido pela extensão máxima possível da fibra até que ocorra a
rotura, dá uma noção da ductilidade da fibra.
Na tabela 10 apresenta-se o resumo dos resultados obtidos dos ensaios realizados para as fibras de
sisal e banana.
Material compósito à base de gesso reforçado com fibras
30 Luciana Silva
Tabela 10 – Características mecânicas das fibras de sisal e de banana
Tipo de Fibras Sisal Banana
Comprimento médio (cm) 45,11 36,98
Desvio Padrão 3,85 6,2
Coeficiente variação 8,54% 16.77%
Peso médio (g) 0,01768 0,01146
Desvio Padrão 0,00291 0,0047
Coeficiente variação 16,46% 41,01%
TEX Médio 39,67 29,98
Desvio Padrão 8,19 8,5
Coeficiente variação 20,64% 28,34%
Força de rotura (N) 13,76 3,55
Desvio Padrão 4,81 1,49
Coeficiente variação 34,94% 41,84%
Resistência à tração (MPa) 275,16 41,49
Desvio Padrão 116,37 13,48
Coeficiente variação 42,29% 32,49%
Tenacidade (N/TEX) 0,35 0,11
Desvio Padrão 0,1 0,05
Coeficiente variação 26,68% 41,58%
Alongamento máximo (%) 5,84 3,91
Desvio Padrão 2,38 1,34
Coeficiente variação 41% 34,35%
Na tabela 11 apresentam-se as características mecânicas das fibras de vidro e de basalto.
Tabela 11 – Características mecânicas das fibras de vidro e de basalto
Tipo de Fibras Vidro Basalto
TEX 600 600
Força de rotura (N) 0,37 0,40
Resistência à tração (MPa) 2787,57 5092,96
Tenacidade (N/TEX) 0,61 0,66
Na tabela 12 apresenta-se as características principais para os vários tipos de fibras analisados:
Capítulo 4 – Caracterização do material compósito
Luciana Silva 31
Tabela 12 – Resumo das propriedades mais importantes das fibras
Tipo de Fibras Sisal Banana Acrílica Vidro Basalto Têxtil
Diâmetro médio (μm) 269,4 325,89 22,41 13 10 20,69
Comprimento médio (mm) 10 10 6 10 10 2,11
TEX Médio 39,67 29,98 0,25 600 600 -
Força de rotura (N) 13,76 3,55 - 0,37 0,40 -
Resistência à tração (MPa) 275,16 41,49 - 2787,57 5092,96 -
Tenacidade (N/TEX) 0,35 0,11 - 0,61 0,66 -
Alongamento máximo (%) 5,84 3,91 - - - -
Como resumo deste subcapítulo, verifica-se que as fibras de carácter mineral têm características
mecânicas bastante superiores às de origem vegetal, quando se compara os valores da tenacidade,
prevendo-se que aquelas talvez tenham um desempenho superior quando inseridas no material
compósito.
3.3. Otimização da mistura
3.3.1. Introdução
O objetivo da otimização da mistura consiste em encontrar um material trabalhável e para isso,
segundo a Norma EN13279-2 (2004), o espalhamento adequado para um material com base em
gesso deverá encontrar-se entre os 155mm e os 165mm.
No início do trabalho laboratorial, o ensaio de espalhamento foi feito de acordo com o
procedimento de ensaio realizado nas investigações anteriores mas após a realização de alguns
ensaios foram decididas algumas alterações, que serão mais corretas de acordo com a presente
norma e, também, por se verificar que os resultados podiam não ser o que realmente a norma
pretende. Assim foram adotados os seguintes passos:
O espalhamento ideal pretendido para a mistura está compreendido entre os 155 e os 165
mm (160 ideal);
A velocidade de amassadura passou de rápida para lenta;
Utilizou-se o molde troncocónico;
A mesa de espalhamento utilizada começou por ser a de vidro mas chegou-se à conclusão
que seria mais correto utilizar a mesa de espalhamento metálica pois é mais segura, sendo
também os ensaios mais fidedignos;
Material compósito à base de gesso reforçado com fibras
32 Luciana Silva
Deram-se 15 pancadas para compactação;
Adicionou-se um tempo de espera (10 a 15 segundos) antes de retirar o molde
troncocónico;
O processo de execução deste ensaio partiu do seguinte princípio: fixar as percentagens de gesso,
de regranulado de cortiça, de ácido cítrico e de fibras, variando apenas a percentagem da água
para se obter o espalhamento ajustado. Por um processo de tentativa-erro, foi sendo fixado o valor
da percentagem de água para cada tipo de fibra a adicionar à mistura base.
De notar que toda esta relação entre os materiais a envolver é uma relação em termos de massa.
3.3.2. Procedimento do ensaio de espalhamento
O ensaio de espalhamento foi realizado com base na norma acima citada, adotando uma
metodologia para os tópicos que a norma não especifica.
O primeiro passo consiste em pesar os materiais. Para isso, usou-se uma balança com precisão de
0,1g, exceto para o ácido cítrico que foi pesado com uma balança com precisão de 0,01g devido às
quantidades necessárias serem muito pequenas em relação às restantes.
O processo de amassadura inicia-se com a incorporação da água com o ácido cítrico, misturados
durante 30 segundos na misturadora a uma velocidade lenta (considerou-se a velocidade 1 da
misturadora disponível no laboratório). Em seguida acrescenta-se a cortiça, o gesso e as fibras
(quando aplicáveis) e mistura-se durante 1 minuto e 30 segundos, mantendo-se sempre a
velocidade lenta. Durante este processo de mistura, teve-se o cuidado de verificar se não existia
material colado nas paredes do balde da misturadora para que não haja desperdício de material.
O passo seguinte consiste em verter a mistura no molde troncocónico assente na mesa de
espalhamento, ambos previamente lubrificados, com óleo descofrante, para evitar que o material
fique ligado às superfícies (Figura 11). Antes de retirar o cone, espera-se entre 10 e 15 segundos.
Por fim, são dadas 15 pancadas na mesa (uma por segundo) e verifica-se o espalhamento (Figura
11).
Capítulo 4 – Caracterização do material compósito
Luciana Silva 33
Figura 11 – Mesa para ensaio de espalhamento e uma das misturas ensaiadas
3.3.3. Resultados experimentais
Seguindo o procedimento anterior, e após várias tentativas, foram encontradas as percentagens de
água para se obter o espalhamento compreendido entre os 155 e os 165 mm.
Como foi dito, as percentagens de gesso, de ácido cítrico, de regranulado de cortiça e de fibras foi
mantido inalterado ao longo do processo e estão expressas na Tabela 13. De salientar que a
mistura padrão é a mistura base, ou seja, a percentagem de fibras é zero, para que se possa
comparar todas as restantes misturas.
Tabela 13 – Percentagem de matérias em termos de peso
Material Quantidade
(%)
Gesso 100
Ácido cítrico 0,05
Regranulado de cortiça 5
Fibras 1
Material compósito à base de gesso reforçado com fibras
34 Luciana Silva
Na Tabela 14, apresentam-se os resultados para a razão/ligante, obtidos para cada uma das
misturas e respetivo valor do espalhamento alcançado.
Tabela 14 – Razão água/ligante
Mistura Identificação Razão
água/ligante
Espalhamento
(mm)
Padrão R1 0,450 165/165
Têxtil R2 0,455 160/160
Sisal R3 0,475 160/160
Vidro R4 0,515 160/159
Acrílica R5 0,53 160/160
Basalto R6 0,533 155/155
Banana R7 0,540 160/160
Polipropileno R8 0.570 160/165
3.3.4. Análise de resultados
Analisando a Tabela 14 pode-se concluir que a adição de fibras, independentemente do tipo,
dificulta a trabalhabilidade. A mistura padrão é a que necessitou de menor percentagem de água e
a mistura que incorpora fibras de polipropileno é a que necessita de maior percentagem de água,
seguindo-se da mistura com fibras de banana.
Então, de acordo com estes resultados, será de esperar que as misturas com maior eficiência serão
a mistura padrão e a mistura que incorpora fibras têxteis, que são as que envolvem menor
percentagem de água, e as misturas com menor eficiência serão as misturas que incorporam as
fibras de banana e as fibras de polipropileno, pois são as que envolvem maior percentagem de
água.
Capítulo 4 – Caracterização do material compósito
Luciana Silva 35
4. CARACTERIZAÇÃO DO MATERIAL COMPÓSITO
4.1. Introdução
Para melhor compreensão do funcionamento do novo material compósito é necessária a
elaboração de diversos ensaios. Estes ensaios surgiram na necessidade de avaliar, comparar e, se
possível, correlacionar as diferentes propriedades dos diferentes materiais compósitos.
Neste estudo experimental foram analisadas sete tipos de composições, sendo o parâmetro
variável a percentagem de água, o tipo de fibras e a presença ou não de fibras.
Este estudo tem como principal objetivo a realização de uma análise comparativa entre as
propriedades mecânicas dos diferentes compósitos. A caracterização mecânica foi obtida através
da realização de ensaios de flexão e compressão, ensaios de compressão uniaxial e determinação
da energia de fratura. Sendo todos estes ensaios de caracter destrutivo.
Proceder-se-á, ainda, à realização de ensaios não destrutivos para analisar as propriedades
intrínsecas de cada tipo de mistura, de forma a poder-se comparar estes resultados com os
resultados obtidos na caracterização mecânica do material.
4.2. Programa experimental
Neste ponto será relatada toda a investigação a realizar, sendo para isso, enumerado o conjunto de
processos para a sua concretização.
Como citado previamente, começou-se por definir todas as composições, identificando as
diferentes percentagens dos constituintes da mistura. Na Tabela 15, está esquematizado todo este
processo: composição final, percentagens dos seus constituintes, em relação à massa de gesso, que
representa o ligante da mistura.
Conforme indicado no subcapítulo anterior, inicialmente previa-se a caracterização da mistura
com fibras de polipropileno, mas por impossibilidades na aquisição deste tipo de fibra, foi
necessário optar por não caracterizar este tipo de mistura. Assim, as percentagens de materiais
correspondentes para obtenção de uma mistura com consistência ideal estão publicadas para
possível comparação com trabalhos experimentais análogos.
Material compósito à base de gesso reforçado com fibras
36 Luciana Silva
Tabela 15 – Composição final de cada mistura
Misturas Identificação Percentagens de Materiais (%)
Gesso Cortiça Fibras Ácido cítrico Água
Padrão R1
100 5 1 0,005
45,0
Têxtil R2 45,5
Acrílica R3 53,0
Vidro R4 51,5
Banana R5 54,0
Basalto R6 53,3
Sisal R7 47,5
Polipropileno R8 57,0
A caracterização mecânica das diferentes composições estudadas abrangeu ensaios de
compressão, ensaios de flexão e determinação do módulo de elasticidade.
Numa fase inicial realizaram-se ensaios de flexão e compressão, seguindo-se os ensaios de
compressão uniaxial, obtendo-se a resistência máxima à compressão, o tipo de rotura observado e
o módulo de elasticidade. Foram ainda realizados ensaios de flexão global e ensaios para
determinação da energia de fratura.
Acompanhando estes ensaios, efetuaram-se os ensaios não destrutivos: ensaio de ultra-sons,
controlo da temperatura da mistura, controlo da temperatura ambiente e humidade ambiente,
ensaios de absorção por imersão e por capilaridade.
Na Tabela 16 são enumerados os diferentes ensaios e respetivo tipo, assim como a norma
correspondente e a propriedade a ser avaliada.
Capítulo 4 – Caracterização do material compósito
Luciana Silva 37
Tabela 16 – Definição, tipo, norma e propriedade a avaliar dos ensaios para caracterização do material compósito
Definição Tipo de
ensaio Norma Propriedade a avaliar
Ensaios à compressão Destrutivo EN 1015-11:1999 Resistência máxima à compressão
Ensaios à flexão Destrutivo EN 1015-11:1999 Resistência máxima à flexão
Ensaios de absorção por
imersão
Não
Destrutivo LNEC - E 394:993
Quantidade de água absorvida quando submetidos a
imersão
Ensaio de absorção por
capilaridade
Não
Destrutivo EN 1015-18:2002
Quantidade de água absorvida quando submetidos a
capilaridade
Ensaio à compressão
uniaxial Destrutivo EN 13279-2:2004
Resistência máxima à compressão uniaxial e tipo de
fratura observada
Módulo de elasticidade Não
Destrutivo LNEC - E 397:1993 Módulo de elasticidade
Ensaio de ultra-sons Não
Destrutivo NP EN 12504-4:2007 Variação da velocidade da onda ao longo do tempo
Ensaio de controlo da
temperatura ambiente
Não
Destrutivo
PROCEDIMENTO
INTERNO Variação da temperatura ambiente ao longo do tempo
Ensaio de controlo de
humidade ambiente
Não
Destrutivo
PROCEDIMENTO
INTERNO Variação da humidade ambiente ao longo do tempo
Ensaio de controlo da
temperatura da mistura
Não
Destrutivo
PROCEDIMENTO
INTERNO Variação da temperatura da mistura ao longo do tempo
Ensaio de energia de
fratura Destrutivo RILEM FMC1:1985
Variação da força de flexão submetida, ao longo do
tempo
4.2.1. Geometria de provetes
De acordo com as normas acima citadas, para cada tipo de ensaio é necessário proceder-se à
elaboração de provetes com diferentes geometrias, envolvendo assim diferentes tipos de moldes.
Na Tabela 17 estão representados os diferentes tipos de provetes, as suas dimensões, os ensaios
correspondentes, assim como a data de realização do respetivo ensaio.
Material compósito à base de gesso reforçado com fibras
38 Luciana Silva
Tabela 17 – Descrição, tipo, dimensões dos diferentes provetes e respetivo nome e data do ensaio a realizar para
caracterização do material compósito
Descrição Tipo de provete Dimensões
(mm) Quantidade Ensaios
Data de
realização
de ensaio
Prismas
40x40x160 9 Compressão
Dia 7 Flexão
Cubos
100x100x100 6
Absorção de água por imersão
Variável
Absorção de água por capilaridade
Dia 7
Cilindros
H200 / D100 6
Compressão uniaxial
Dia 7 Módulo de
deformabilidade
Vigas
100x100x850 5
Ultra-sons Dia 0
Controlo da temperatura da
mistura Dia 0
Energia de fratura Dia 7
4.2.2. Processo da amassadura
A amassadura para cada tipo de mistura foi feito em diversas fases devido à capacidade limitada
da misturadora (50 litros) existente no laboratório para o volume total de provetes (Figura 12). O
processo foi idêntico, ao processo utilizado para o ensaio de espalhamento descrito num capítulo
anterior, variando apenas os tempos de mistura.
Figura 12 – Misturadora utilizada
Capítulo 4 – Caracterização do material compósito
Luciana Silva 39
Antes do início da amassadura foi necessário preparar os moldes, limpando-os e lubrificando-os
com óleo descofrante (Figura 13).
Figura 13 – Moldes utilizados para fabrico dos provetes: a) dimensões 100x100x100 (mm3); b) dimensões
40x40x160 (mm3); c) dimensões 100x100x850 (mm3); d) dimensões h200/ϕ100 (mm)
Assim como no processo de amassadura para verificação do ensaio de espalhamento, na primeira
etapa foram misturados a água e o ácido cítrico durante 30 segundos, seguindo-se da junção da
cortiça, do gesso e das fibras correspondentes, por esta ordem, misturando-se durante 3 minutos.
Figura 14 – Aspeto da mistura
No fim de cada amassadura, foi verificada novamente a consistência de cada mistura, sendo os
resultados obtidos muito semelhantes aos alcançados anteriormente no ensaio de espalhamento.
Concluída a amassadura e a verificação da consistência, encheu-se cada molde vibrando entre 45
a 75 segundos na mesa vibratória para aumentar a compacidade da mistura. O próximo passo foi a
sua cura, desmoldagem e conservação.
Figura 15 – Vibradora utilizada
Material compósito à base de gesso reforçado com fibras
40 Luciana Silva
4.2.3. Cura, desmoldagem e conservação dos provetes
O processo de cura dos provetes ocorreu em ambiente não controlado. Após o enchimento dos
moldes, estes foram colocados no interior do Laboratório de Materiais de Construção do
Departamento de Engenharia Civil da Universidade do Minho (LMC), e deixando os provetes
ganharem presa e endurecer.
Este processo envolveu tempos de presa diferentes para cada tipo de mistura, estando relacionados
com o tempo de demora a detetar as primeiras medições superiores a zero metros por segundo de
comprimento de onda verificadas no ensaio de Ultra-Sons.
Durante o tempo de desmoldagem controlou-se regularmente o ganho de presa do material
manualmente e quando se verificou que o provete estava endurecido (que envolve tempos
diferentes para as diferentes composições), procedia-se à desmoldagem dos provetes, recorrendo
às ferramentas disponíveis no laboratório.
Após o processo de desmoldagem, os provetes foram armazenados em ambiente controlado até à
data de realização do respetivo ensaio, armazenados em estufa a 40ºC (Figura 16).
Figura 16 – Armazenamento dos provetes em estufa a 40ºC
Capítulo 4 – Caracterização do material compósito
Luciana Silva 41
4.3. Controlo da temperatura da mistura
4.3.1. Procedimento de ensaio
Estes ensaios foram realizados de acordo com os procedimentos internos do LMC.
O registo das temperaturas foi efetuado com recurso a um sistema de aquisição de dados,
denominado Picolog (Figura 17), que permite registar a temperatura através de uma sonda
inserida na viga 100x100x850mm3, logo após introduzir a mistura no molde, de modo a conseguir
o registo da variação da temperatura da mistura ao longo do tempo.
Figura 17 – Ensaio de controlo da temperatura da mistura com detalhe do Picolog
A viga utilizada neste ensaio foi a mesma onde se efetuará o ensaio de ultrassons, dado que são
ensaios não destrutivos que não prejudicam quando efetuados simultaneamente. Este ensaio
ocorreu no interior de uma câmara temperatura e humidades ambiente controlados, e que atingiu
valores entre os 26,5 e 32,5ºC e 38 e 74%rH.
4.3.2. Resultados experimentais
Por indisponibilidade do sistema de aquisição de dados, apenas foi possível fazer a monitorização
para 4 das 7 misturas. Foram monitorizadas as misturas que envolvem fibras de vidro, banana,
basalto e sisal, ficando por monitorizar as misturas padrão, de fibras têxteis e fibras acrílicas.
O instante zero horas das figuras seguintes representa o instante do início da monitorização, que
ocorreu cerca de 10 minutos após o início da amassadura, considerando como t=0 o instante em
que a água entrou em contacto com o gesso. Estes 10 minutos representam o tempo que demorou
Material compósito à base de gesso reforçado com fibras
42 Luciana Silva
a encher o molde, vibrar a mistura e a iniciar o ensaio de monitorização da temperatura da
mistura.
Figura 18 – Representação gráfica da temperatura da mistura com fibras de vidro e da temperatura ambiente ao
longo das primeiras 48h
Figura 19 – Representação gráfica da temperatura da mistura com fibras de banana e da temperatura ambiente ao
longo das primeiras 48h
0
5
10
15
20
25
30
35
0
10
20
30
40
50
60
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48
Tem
pera
tura
am
bien
te (
ºC)
Tem
pera
tura
da
mis
tura
(ºC
)
Tempo (horas)
Temperatura da mistura (ºC) Temperatura ambiente (ºC)
0
5
10
15
20
25
30
35
0
10
20
30
40
50
60
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48
Tem
pera
tura
am
bien
te (
ºC)
Tem
pera
tura
da
mis
tura
(ºC
)
Tempo (horas)
Temperatura da mistura (ºC) Temperatura ambiente (ºC)
Capítulo 4 – Caracterização do material compósito
Luciana Silva 43
Figura 20 – Representação gráfica da temperatura da mistura com fibras de basalto e da temperatura ambiente ao
longo das primeiras 48h
Figura 21 – Representação gráfica da temperatura da mistura com fibras de sisal e da temperatura ambiente ao
longo das primeiras 48h
4.3.3. Análise de resultados
Analisando as figuras do subcapítulo anterior podem ser retiradas as seguintes conclusões:
Mistura com fibras de vidro: durante a primeira hora e meia verifica-se um aumento acentuado
da temperatura da mistura até aos 51ºC. Este momento designa-se por hidratação da mistura.
Entre a primeira hora e meia e as 6 horas, a temperatura da mistura vai diminuindo até estabilizar
na ordem dos 28ºC. Às 23 horas de mistura, verifica-se uma ligeira alteração da temperatura que
0
5
10
15
20
25
30
35
0
10
20
30
40
50
60
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48
Tem
pera
tura
am
bien
te (
ºC)
Tem
pera
tura
da
mis
tura
(ºC
)
Tempo (horas)
Temperatura da mistura (ºC) Temperatura ambiente (ºC)
0
5
10
15
20
25
30
35
0
10
20
30
40
50
60
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48
Tem
pera
tura
am
bien
te (
ºC)
Tem
pera
tura
da
mis
tura
(ºC
)
Tempo (horas)
Temperatura da mistura (ºC) Temperatura ambiente (ºC)
Material compósito à base de gesso reforçado com fibras
44 Luciana Silva
deverá estar relacionada com a variação da temperatura ambiente verificadas nesse momento,
dado que também se verifica uma ligeira variação.
Mistura com fibras de banana: durante a primeira hora verifica-se um aumento acentuado da
temperatura da mistura até aos 50ºC. Entre a primeira hora e as 8 horas, a temperatura da mistura
vai diminuindo até estabilizar na ordem dos 24ºC. No tempo seguinte verifica-se a estabilidade da
temperatura da mistura.
Mistura com fibras de basalto: durante a primeira hora verifica-se um aumento acentuado da
temperatura da mistura até aos 49ºC. Entre a primeira hora e as 8 horas, a temperatura da mistura
vai diminuindo até estabilizar na ordem dos 25ºC. No tempo seguinte verifica-se a estabilidade da
temperatura da mistura, observando-se pequenas oscilações da temperatura da mistura, quando
oscila a temperatura ambiente.
Mistura com fibras de sisal: durante a primeira hora verifica-se um aumento acentuado da
temperatura da mistura até aos 53ºC. Nas sete horas seguintes a temperatura mistura vai
diminuindo até estabilizar na ordem dos 26ºC. Entre as 17 horas e meia e a 32 horas e meia
verifica-se uma ligeira alteração da temperatura que poderá estar relacionado com a variação da
temperatura ambiente verificadas nesse momento, dado que também se verifica uma ligeira
variação.
Figura 22 – Representação gráfica da temperatura das misturas ao longo das primeiras 10h
Na Tabela 18 estão apresentadas as temperaturas de pico, assim como o instante em que se
observa, salienta-se o facto de a este instante ser necessário adicionar os 10 minutos iniciais.
Analisando-a, verifica-se que apesar de terem temperaturas de mistura de pico relativamente
20
25
30
35
40
45
50
55
60
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Tem
pera
tura
da
mis
tura
(ºC
)
Tempo (horas)
R4 - Vidro
R5 - Banana
R6 - Basalto
R7 - Sisal
Capítulo 4 – Caracterização do material compósito
Luciana Silva 45
próximas, o instante em que se verifica varia significativamente entre a mistura com fibras de sisal
e as restantes misturas controladas.
Tabela 18 – Temperatura da mistura de pico e instante do acontecimento
Mistura Temperatura de pico
(ºC)
Instante da temperatura de pico
(h:min)
R4 - Vidro 51,9 01:21
R5 - Banana 49,6 01:09
R6 - Basalto 49,3 01:07
R7 - Sisal 53,5 00:45
4.4. Controlo de massa, de temperatura do ambiente e humidade do
ambiente
4.4.1. Procedimento de ensaio
Estes ensaios foram realizados de acordo com os procedimentos internos do LMC.
Para tal, registou-se a temperatura e a humidade do ambiente ao longo do tempo com um
equipamento denominado EasyLog. Este aparelho foi colocado estrategicamente dentro da câmara
onde se realizam os ensaios de controlo de temperatura da mistura, de ultra-sons e de controlo de
massa.
Figura 23 – EasyLog
Para a realização do ensaio de controlo de massa, foi utilizada uma balança de precisão de 0,01g
que registou automaticamente a variação do peso de uma fração da mistura (cerca de 10% do
volume da viga 100x100x850mm3) ao longo do tempo, até se verificar a sua estabilidade.
Material compósito à base de gesso reforçado com fibras
46 Luciana Silva
Figura 24 – Esquema de ensaio de controlo de massa
4.4.2. Resultados experimentais
Nas figuras seguintes são apresentados os resultados obtidos nos ensaios de controlo de massa, de
temperatura ambiente e humidade ambiente ao longo de 200 horas para cada tipo de material
compósito.
Figura 25 – Representação gráfica da perda de massa da mistura padrão ao longo de 200 horas, relacionando a
temperatura e humidade do ambiente
Observando a Figura 25 verifica-se que para a mistura padrão a humidade ambiente sofreu uma
variação um pouco brusca próxima das 40 horas apesar da temperatura ambiente se manter
aproximadamente constante ao longo do tempo, não se verificando nenhuma anomalia na perda de
massa neste instante.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
Tem
pera
tura
am
bien
te (
ºC)
Hum
idad
e am
bien
te (
%rh
)
Per
da d
e m
assa
(%
)
Tempo (h)
Perda de massa
Temperatura ambiente
Humidade ambiente
Capítulo 4 – Caracterização do material compósito
Luciana Silva 47
Figura 26 – Representação gráfica da perda de massa da mistura com fibras têxteis ao longo de 200 horas,
relacionando a temperatura e humidade do ambiente
Observando a Figura 26 verifica-se que para a mistura com fibras têxteis a humidade ambiente
sofreu uma variação um pouco brusca próxima das 40horas apesar da temperatura ambiente se
manter aproximadamente constante ao longo do tempo, não se verificando nenhuma anomalia na
perda de peso neste instante.
Figura 27 – Representação gráfica da perda de massa da mistura com fibras acrílicas ao longo de 200 horas,
relacionando a temperatura e humidade do ambiente
Observando a Figura 27 verifica-se que para a mistura com fibras acrílicas a humidade ambiente
sofreu várias variações bruscas ao longo do tempo apesar da temperatura ambiente se manter
aproximadamente constante. Para este caso verifica-se em dois casos distintos um aumento da
perda de massa em duas dessas anomalias: uma nas horas iniciais e outra próxima das 25 horas.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
Tem
pera
tura
am
bien
te (
ºC)
Hum
idad
e am
bien
te (
%rh
)
Per
da d
e m
assa
(%
)
Tempo (h)
Perda de massa Temperatura ambiente Humidade ambiente
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0
5
10
15
20
25
30
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
Tem
pera
tura
am
bien
te (
ºC)
Hum
idad
e am
bien
te (
%rh
)
Per
da d
e m
assa
(%
)
Tempo (h)
Perda de massa
Temperatura ambiente
Humidade ambiente
Material compósito à base de gesso reforçado com fibras
48 Luciana Silva
Figura 28 – Representação gráfica da perda de massa da mistura com fibras de vidro ao longo de 200 horas,
relacionando a temperatura e humidade do ambiente
Observando a Figura 25 verifica-se para mistura com fibras de vidro que a humidade ambiente
sofreu várias variações bruscas ao longo do tempo apesar da temperatura ambiente se manter
aproximadamente constante. Para este caso não se verificaram casos anómalos no aumento da
perda de massa.
Figura 29 – Representação gráfica da perda de massa da mistura com fibras de banana ao longo de 200 horas,
relacionando a temperatura e humidade do ambiente
Observando a Figura 29 verifica-se que para a mistura com fibras de banana a humidade ambiente
sofreu várias variações bruscas ao longo do tempo apesar da temperatura ambiente se manter
aproximadamente constante. Assim como no caso do compósito com fibras de vidro, para este
caso não se verifica casos anómalos no aumento da perda de massa.
0
10
20
30
40
50
60
70
0
5
10
15
20
25
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
Tem
pera
tura
am
bien
te (
ºC)
Hum
idad
e am
bien
te (
%rh
)
Per
da d
e m
assa
(%
)
Tempo (h)
Perda de massa
Temperatura ambiente
Humidade ambiente
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0
5
10
15
20
25
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
Tem
pera
tura
am
bien
te (
ºC)
Hum
idad
e am
bien
te (
%rh
)
Per
da d
e m
assa
(%
)
Tempo (h)
Perda de massa Temperatura ambiente Humidade ambiente
Capítulo 4 – Caracterização do material compósito
Luciana Silva 49
Figura 30 – Representação gráfica da perda de massa da mistura com fibras de basalto ao longo de 250 horas,
relacionando a temperatura e humidade do ambiente
Observando a Figura 25 verifica-se que para a mistura com fibras de basalto a humidade ambiente
sofreu várias variações bruscas ao longo do tempo apesar da temperatura ambiente se manter
aproximadamente constante. Para esta mistura pode-se ver que existem três variações de
humidade ambiente que acompanham uma variação mais brusca do aumento da perda de massa:
no instante inicial, às 25 horas e às 70 horas.
Figura 31 – Representação gráfica da perda de massa da mistura com fibras de sisal ao longo de 250 horas,
relacionando a temperatura e humidade do ambiente
Observando a Figura 31 verifica-se que para mistura com fibras de sisal a humidade ambiente
sofreu várias variações bruscas ao longo do tempo apesar da temperatura ambiente se manter
aproximadamente constante. Para esta mistura vê-se que existe uma variação da humidade
ambiente por volta das 90 horas da mistura, que acompanham uma mudança de declive da curva
que representa o aumento da perda de massa.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0
5
10
15
20
25
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
Tem
pera
tura
am
bien
te (
ºC)
Hum
idad
e am
bien
te (
%rh
)
Per
da d
e m
assa
(%
)
Tempo (h)
Perda de massa Temperatura ambiente Humidade ambiente
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
Tem
pera
tura
am
bien
te (
ºC)
Hum
idad
e am
bien
te (
%rh
)
Per
da d
e m
assa
(%
)
Tempo (h)
Perda de massa Temperatura ambiente Humidade ambiente
Material compósito à base de gesso reforçado com fibras
50 Luciana Silva
4.4.3. Análise de resultados
Nas figuras 22 e 23 são apresentadas, graficamente, a perda de massa de todas as misturas em
conjunto, para que se possam comparar com maior facilidade.
A Tabela 19 apresenta o valor para o qual se verifica a estabilização da perda de massa.
Analisando-a, em conjunto com a Figura 32, pode-se concluir que foi a mistura com fibras
acrílicas que apresentou maior perda de massa e a mistura com fibras têxteis apresentou menor
perda de massa.
Tabela 19 – Perda de massa estabilizado para todas as misturas
Mistura Perda de massa final (%)
R1 – Padrão 19,44
R2 – Têxtil 17,54
R3 – Acrílica 25,19
R4 – Vidro 22,38
R5 – Banana 23,48
R6 – Basalto 23,55
R7 - Sisal 19,44
Voltando à análise da Figura 32, verifica-se que a mistura com fibras de basalto foi a mistura que
teve menor perda de massa nas primeiras horas. As restantes misturas, até próximo das 18 horas
apresentam um comportamento semelhante, apesar de após este tempo, a mistura com fibras
acrílicas se destacarem pelo aumento mais visível da perda de massa. As misturas com fibras
têxteis, de sisal e a mistura padrão apresentaram um comportamento semelhante ao longo do
tempo.
Figura 32 – Perda de massa das misturas ao longo de 200 horas
0
5
10
15
20
25
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
Per
da d
e m
assa
(%
)
Tempo (h)
R1 - Padrão R2 - Pneu R3 - Acrílica R4 - Vidro R5 - Banana R6 - Basalto R7 - Sisal
Capítulo 4 – Caracterização do material compósito
Luciana Silva 51
Na Figura 33 é apresentado com maior pormenor a perda de massa nas primeiras 5 horas das
misturas. Com esta pormenorização, verifica-se, com maior exatidão, o comportamento das
misturas nos instantes iniciais. A mistura com fibras acrílicas continua a ser a mistura que perde
maior percentagem de massa; a mistura com fibras de sisal apresenta um comportamento linear;
as misturas com fibras de vidro, banana, basalto e têxtil apresentam o mesmo comportamento até
aproximadamente 1 hora, verificando-se a partir deste instante, maior aumento da perda de massa;
a mistura padrão é a mistura que também se destaca nos instantes iniciais mas após 1 hora e 30
minutos, verifica-se que segue o comportamento das restantes misturas. A grande variação na
mistura com fibras acrílicas nos instantes iniciais poderá estar relacionada com a diferença da
estrutura porosa das diferentes composições, que poderá estar relacionada com a razão
água/ligante ou com a presença das fibras.
Figura 33 – Pormenor da perda de massa das misturas nas primeiras 5 horas
4.5. Velocidade de propagação de ultra-sons
Com a realização deste ensaio, pretende-se avaliar a evolução da cura dos provetes através da
medição da velocidade de propagação de ondas ultrassónicas. Esta evolução verificar-se-á quando
a curva que relaciona a velocidade de onda com o tempo de ensaio, adquirir estabilidade.
Como indicado anteriormente, o ensaio de monitorização de ultrassons é realizado segundo a
norma europeia NP EN 12504-4 2007, tratando-se de um ensaio não destrutivo cujo resultado
pode ser relacionado com o módulo de elasticidade dinâmico do material sem ser necessária a
realização de ensaios destrutivos.
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0
Per
da d
e m
assa
(%
)
Tempo (h)
R1 - Padrão R2 - Pneu R3 - Acrílica R4 - Vidro R5 - Banana R6 - Basalto R7 - Sisal
Material compósito à base de gesso reforçado com fibras
52 Luciana Silva
A avaliação do material através das ondas ultrassónicas é feita através de dois transdutores
piezoelétricos, um recetor e outro emissor de impulsos elétricos. Os transdutores contêm cristal
piezoelétrico que vibra quando estimulado por impulsos elétricos enviados através de um
dispositivo controlador de pulsos, localizado no aparelho de ultrassons, permitindo o envio das
ondas ultrassónicas.
A medição da velocidade das ondas pode ser realizada de diferentes formas:
Transmissão direta - colocação dos dois transdutores em faces opostas;
Transmissão indireta - colocação dos dois transdutores em faces adjacentes;
Transmissão semidireta - colocação dos dois transdutores na mesma face.
Na Figura 34 pode-se ver os diferentes esquemas acima referidos.
Figura 34 – Diferentes formas de medição de ultra-sons: (a) direta; (b) semidireta; (c) indireta (NP EN 12504-4
2007)
Para a realização destes ensaios foi utilizada a transmissão direta (Figura 34(a)) e, de acordo com
a norma NP EN 12504-4 2007, para este tipo de transmissão, o comprimento do caminho a
percorrer é a distância entre os transdutores.
A propagação das ondas ultrassónicas é influenciada pelas propriedades físicas da amostra, pelas
características geométricas, pelas características do meio (temperatura e humidade) e pela
porosidade do material. Em princípio, quanto maior a porosidade, menor é o valor de velocidade
de propagação da onda (Vasconcelos et al, 2008).
Ao longo de 300 horas monitorizaram-se as vigas de forma a analisar o seu modo de cura,
averiguando-se quando esta velocidade das ondas se tornava estável.
Capítulo 4 – Caracterização do material compósito
Luciana Silva 53
A monitorização e registo de velocidade das ondas ultrassónicas também serão realizados nos
provetes cilíndricos na data do respetivo ensaio. Com estas medições pretende-se correlacionar a
velocidade de propagação de ultrassons com a tensão de compressão uniaxial obtidas.
4.5.1. Procedimento de ensaio
Para a realização deste ensaio, os provetes cilíndricos e as vigas destinadas aos ensaios de
compressão uniaxial e de energia de fratura, respetivamente, foram armazenados em estufa a 40ºC
durante sete dias. Após o processo de cura e no dia dos ensaios correspondentes, foram registadas
as medições de velocidade de propagação dos ultrassons.
Figura 35 – Aparelho de ensaio de ultra-sons
Estas medições foram efetuadas através de transdutores com frequência de 54kHz. Foi necessário
aplicar um gel na superfície dos provetes em contacto com os transdutores para evitar o
aparecimento de ar entre as superfícies, melhorando assim a transmissão das ondas. Sendo que o
registo das medições de todos os provetes foram realizados antes dos respetivos ensaios
destrutivos. Estes resultados serão apresentados juntamente como os respetivos ensaios.
A monitorização contínua das vigas foi realizada ao longo de 300 horas e iniciou-se, ainda, no
estado fresco. Para tal, foi necessário fazer um molde especial em placas de poliestireno
expandido (EPS) e desmontável, para após a mistura ter ganho presa se poder retirar o molde,
podendo, assim, ver a evolução da curva desde os primeiros minutos de cada compósito.
As monitorizações foram realizadas durante as primeiras 24 horas em contínuo, graças ao auxílio
de um programa informático que regista a velocidade das ondas a cada minuto. Nos dias seguintes
registou-se a velocidade uma vez por dia.
Do mesmo modo que a investigação anterior (Vila-Chã, 2012) foi utilizada uma estrutura auxiliar
de apoio e contato direto com o provete para reduzir a influência do operador e da pressão de
Material compósito à base de gesso reforçado com fibras
54 Luciana Silva
contacto dos transdutores. Na Figura 36 pode-se observar o esquema utilizado para monitorização
contínua da velocidade de propagação dos ultrassons.
Durante o registo das velocidades de ondas de ultrassons, foi controlada a temperatura da mistura,
a temperatura e humidade do ambiente e a perda de massa.
Figura 36 – Esquema de ensaio de ultra-sons
4.5.2. Resultados experimentais
Nas figuras 37 a 39 são apresentados os resultados obtidos para instantes diferentes: nos primeiros
240 minutos, nas primeiras 24 horas e ao longo de 200 horas. Note-se que o instante zero minutos
em todos os gráficos marca o instante do início da monitorização, ou seja, a este instante deve-se
acrescentar cerca de 10 minutos. Estes 10 minutos representam o tempo que demorou a encher o
molde, vibrar a mistura e a iniciar o ensaio de monitorização da velocidade de onda de ultra-sons.
Figura 37 – Evolução da curva da velocidade das ondas de ultra-sons desde o instante zero até aos 240 minutos
0
500
1000
1500
2000
0 50 100 150 200
Vel
ocid
ade
dos
Ult
ra-S
ons
(m/s
)
Tempo (min)
R1 - Padrão R2 - Têxtil
R3 - Acrílica R4 - Vidro
R5 - Banana R6 - Basalto
R7 - Sisal
Capítulo 4 – Caracterização do material compósito
Luciana Silva 55
Figura 38 – Evolução da curva da velocidade das ondas de ultra-sons durante as primeiras 24 horas
Figura 39 – Evolução da curva da velocidade das ondas de ultra-sons durante as 200 horas
4.5.3. Análise de resultados
Analisando a Figura 37, pode-se concluir que as misturas tem tempo de início de presa diferente.
O início de presa verifica-se quando o aparelho começa a detetar comprimentos de onda, ou seja,
enquanto o compósito estiver demasiado líquido, o aparelho de ultra-sons não consegue transmitir
nenhuma onda. A perda de massa nas primeiras horas está associada à evaporação de água, o que
se traduz num aumento contínuo e elevado das velocidades de ultrassons nesses instantes.
Destaca-se o facto dos diferentes tipos de fibras traduzirem valores da velocidade de propagação
de ultrassons bastante distintos numa fase inicial, o que deve resultar da diferente microestrutura
0
500
1000
1500
2000
0 5 10 15 20
Vel
ocid
ade
dos
Ult
ra-S
ons
(m/s
)
Tempo (h)
R1 - Padrão R2 - Têxtil
R3 - Acrílca R4 - Vidro
R5 - Banana R6 - Basalto
R7 - Sisal
0
500
1000
1500
2000
0 50 100 150 200
Vel
ocid
ade
dos
Ult
ra-S
ons
(m/s
)
Tempo (h)
R1 - Padrão
R2 - Têxtil
R3 - Acrílica
R4 - Vidro
R5 - Banana
R6 - Basalto
R7 - Sisal
Material compósito à base de gesso reforçado com fibras
56 Luciana Silva
adquirida nas primeiras idades do material compósito reforçado com diferentes tipos de fibras.
Nesta análise é importante referir o comportamento da mistura padrão que não é, de todo, o
comportamento que se esperaria para a mistura que possui menor razão água/ligante.
Na tabela 20 apresenta-se o tempo de início de ganho de presa dos diferentes compósitos, assim
como a velocidade alcançada nas primeiras 24 horas.
Tabela 20 – Inicio de ganho de presa para as diferentes misturas e valor médio da velocidade de onda de ultra-
sons nas primeiras 24 horas
Mistura Início de presa
(Minutos)
Velocidade de onda às 24h
(m/s)
R7 – Sisal 41 1700
R4 – Vidro 42 1700
R2 – Têxtil 50 1800
R6 – Basalto 51 1700
R5 – Banana 56 1500
R3 – Acrílica 79 1700
R1 - Padrão 147 1900
Examinando a Figura 38 pode-se concluir que ao fim de 24 horas, todas as misturas estão
estabilizadas, sendo que o compósito que envolve as fibras de banana é o que apresenta menor
velocidade (cerca de 1500m/s), seguindo-se das misturas com fibras acrílicas, vidro, basalto e
sisal que rondam os mesmo valores (cerca de 1700m/s). A mistura que envolve fibras têxteis
apresenta uma velocidade de aproximadamente 1800m/s e a maior velocidade verifica-se para a
mistura padrão (próxima dos 1900m/s).
De acordo com a Figura 39, pode-se concluir que apesar de haver um ligeiro aumento dos valores
das velocidades de onda dos ultra-sons, estas mantêm-se constantes, seguindo a ordem de valores
verificada para as primeiras 24 horas.
Capítulo 4 – Caracterização do material compósito
Luciana Silva 57
4.6. Comportamento à flexão e compressão
Como referido no início do capítulo, os ensaios de caracterização à flexão e compressão foram
realizados segundo as normas EN 13279-2, 2004 e BS EN 1015-11, 1999.
Para a realização destes ensaios foram produzidos, para cada tipo de composição, nove provetes
prismáticos de 40x40x160 mm3, passando pelo processo de cura em estufa a 40ºC durante 7 dias.
Os ensaios da resistência à flexão e da resistência à compressão foram realizados na prensa Lloyd
Instruments LR50K.
4.6.1. Procedimento de ensaio
Para os ensaios de resistência à flexão foi utilizado um esquema de três pontos exemplificado na
norma BS EN 1015-11, 1999 (Figura 40).
O provete é apoiado em dois pontos, cada apoio encontra-se a uma distância de 50 mm do centro
de aplicação da carga. O ensaio foi realizado com uma velocidade de carregamento de 0,005
mm/s, garantindo-se desta forma que a rotura do provete ocorre entre os 30s e os 90 s de ensaio.
Figura 40 – Esquema do ensaio à flexão
Material compósito à base de gesso reforçado com fibras
58 Luciana Silva
A resistência máxima à flexão é determinada segundo a expressão (3).
Onde:
ff - resistência à flexão (N/mm2);
F - carga de rotura (N);
L - distância entre os apoios (mm);
b - largura da secção (mm);
h - altura da secção (mm).
Os ensaios de compressão foram efetuados utilizando as duas metades resultantes do ensaio à
flexão. Este ensaio tem como objetivo determinar a força necessária para provocar a rotura dos
provetes permitindo calcular a tensão de rotura à compressão do material.
A tensão de rotura à compressão a qual é determinada pela expressão (4):
Onde:
fc – resistência á compressão (N/mm2);
F – força máxima (N);
A – área de aplicação da força de compressão (40x40 mm2).
4.6.2. Resultados experimentais
Nas Tabela 21 e 22 estão apresentados os valores registados no ensaio de flexão e compressão,
respetivamente, em provetes 40x40x160mm2 para os diferentes compósitos.
Capítulo 4 – Caracterização do material compósito
Luciana Silva 59
Tabela 21 – Força máxima de flexão e tensão de flexão para as diferentes misturas em provetes prismáticos
Mistura Força de Flexão
(N)
Tensão de Flexão
(MPa)
C.V.
(%)
R1 - Padrão 1300,42 3,05 0,91
R2 - Têxtil 1180,91 2,77 0,69
R3 - Acrílica 1397,50 3,28 0,30
R4 - Vidro 2161,75 5,07 0,73
R5 - Banana 1016,72 2,38 1,86
R6 - Basalto 1795,27 4,21 1,07
R7 - Sisal 1277,33 2,99 0,63
Figura 41 – Tensão de flexão para as diferentes misturas em provetes prismáticos
Tabela 22 – Força máxima de compressão e tensão de compressão para as diferentes misturas em provetes
prismáticos
Mistura Força de compressão
(N)
Tensão de compressão
(MPa)
C.V.
(%)
R1 - Padrão 6535,26 4,08 6,24
R2 - Têxtil 8191,15 5,12 4,16
R3 - Acrílica 6661,78 4,14 6,76
R4 - Vidro 7843,80 4,83 4,63
R5 - Banana 6207,69 3,88 3,19
R6 - Basalto 7580,95 4,74 4,82
R7 - Sisal 7808,47 4,88 4,47
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
R1 - Padrão R2 - Têxtil R3 - Acrílica R4 - Vidro R5 - Banana R6 - Basalto R7 - Sisal
Ten
são
de F
lexã
o (M
Pa)
Material compósito à base de gesso reforçado com fibras
60 Luciana Silva
Figura 42 – Tensão de compressão para as diferentes misturas em provetes prismáticos
4.6.3. Análise de resultados
Analisando as figuras 41 e 42, pode-se concluir que na generalidade todos os materiais tem
melhor comportamento à compressão do que à flexão, exceto o compósito que incorpora a fibra
de vidro, que apresenta um comportamento semelhante.
Relativamente à tensão de flexão (Figura 41), verificou-se um melhor comportamento para a
mistura que envolve as fibras de vidro e as fibras de basalto. Já as misturas que envolvem as fibras
têxteis e fibras de banana são as que tem pior comportamento. Salienta-se que estes dois tipos de
compósito apresentam pior resistência à flexão do que a mistura padrão, que é a mistura que não
incorpora nenhum tipo de fibra. Um hipótese de explicação para isto, é a presença destas fibras
não ser benéfica para a mistura, ou seja, o espaço por elas ocupados funciona com um vazio.
Examinando os resultados obtidos para a tensão de compressão (Figura 42), verifica-se que todas
as misturas possuem bom comportamento à compressão e, tal como no ensaio de resistência à
flexão, o compósito de banana volta a apresentar tensão de compressão ligeiramente inferior à da
mistura padrão.
Quando comparando a tensões de compressão e de flexão com a quantidade de água na mistura,
ou seja, a razão água/ligante (Figura 43 e Figura 44), não se verifica nenhuma correlação entre a
maior quantidade de água e menor tensão de compressão e vice-versa, como seria de esperar se as
composições não tivessem fibras.
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
R1 - Padrão R2 - Textil R3 - Acrilica R4 - Vidro R5 - Banana R6 - Basalto R7 - Sisal
Ten
são
de C
ompr
essã
o (M
pa)
Capítulo 4 – Caracterização do material compósito
Luciana Silva 61
Figura 43 – Relação entre a resistência à compressão nos provetes prismáticos e a razão A/L
Figura 44 – Relação entre a resistência à flexão nos provetes prismáticos e a razão (A/L)
Na figura 45 apresenta-se uma foto com o aspeto de um provete da mistura com fibras de banana
quando submetido ao ensaio de flexão.
Figura 45 – Aspeto do provete da mistura de banana quando submetido a ensaio de flexão
Material compósito à base de gesso reforçado com fibras
62 Luciana Silva
4.7. Comportamento global à compressão
Os ensaios de comportamento global à compressão permitiram a determinação do módulo de
elasticidade. Para tal, foi necessária a obtenção dos diagramas tensão-extensão em compressão
dos provetes cilíndricos, mencionados previamente no início do capítulo. Nestes ensaios registou-
se o comportamento global de cada mistura à compressão uniaxial.
Com a realização de ensaios de compressão uniaxial caracteriza-se o comportamento em
compressão da mistura, obtendo-se o módulo de elasticidade (E) e a resistência à compressão (fc).
4.7.1. Procedimento de ensaio
Como mencionado no início do capítulo, a realização dos ensaios de compressão uniaxial foi
efetuada de acordo com a norma EN 13279-2, 2004. Assim sendo, os provetes foram
armazenados em estufa a 40ºC durante 7 dias.
As faces planas dos provetes cilíndricos, de diâmetro de 100 mm e 200 mm de altura, foram
retificados antes de serem submetidos a ensaio.
Assim como na investigação de Vila-Chã (2012), os ensaios de compressão uniaxial foram
realizados num pórtico rígido associado a um sistema de controlo e de aquisição de dados
permitindo o registo das cargas aplicadas bem como o deslocamento dos provetes de forma
contínua (Figura 46). A carga vertical foi aplicada através de um atuador hidráulico e medida
através de célula de carga. As deformações axiais dos provetes foram medidas através de um
conjunto de transdutores de deslocamento (LVDT’s), que medem os deslocamentos do provete
entre chapas colocadas no topo e na base do provete. Foram colocados três LVDT’s no perímetro
dos provetes distanciados de um ângulo de 120ºC.
Figura 46 – Esquema de ensaio de compressão uniaxial: esquema de medição das deformações
Capítulo 4 – Caracterização do material compósito
Luciana Silva 63
Na figura 47 apresentam-se em pormenor a ação das fibras em alguns dos provetes ensaiados.
Figura 47 – Pormenor das fibras de banana a) e sisal b) na rotura por compressão uniaxial
O ensaio de compressão uniaxial foi realizado com controlo de deslocamento através de um
LVDT acoplado ao atuador vertical registando os deslocamentos ao longo do ensaio. A
velocidade de carregamento definida foi de 0,007mm/s com base na norma EN 12390-3, 2002,
garantindo que a resistência máxima do material ocorra no intervalo de tempo compreendido entre
2 e 15 minutos. O controlo do ensaio em deslocamento permite a avaliação do material após a
ocorrência do pico de resistência.
Os diagramas tensão-extensão foram obtidos através da carga máxima medida na célula de carga e
dos deslocamentos medidos nos LVDT’s aplicados no provete. A tensão normal foi calculada
através da equação (2), referida anteriormente, e o cálculo da extensão axial foi efetuado através
da variação média dos deslocamentos obtidos pelos LVDT’s, de acordo com a equação (5):
Onde:
– Extensão axial média do provete;
ΔL – Variação do comprimento medido pelos dispositivos de medição (valor médio);
l0 – Distância entre LVDT’s.
Para o cálculo do módulo de elasticidade, o procedimento seguido foi o baseado na norma LNEC
E 397, 1993, fazendo as alterações que se pensam mais corretas.
Material compósito à base de gesso reforçado com fibras
64 Luciana Silva
O ensaio iniciou-se com a rotura de alguns provetes de modo a estimar-se a carga de rotura do
material. Seguindo-se do ensaio de diversos provetes, aplicando ciclos de carga e descarga a um
terço da resistência máxima do material, de acordo com o indicado na Figura 48. O esquema
utilizado para a determinação da extensão consiste num conjunto de dois anéis metálicos fixados
ao provete e distanciados de 50mm. Os três LVDT’s são distanciados 120° entre si. Os LVDT’s
apresentam um campo de medição de ±2.5mm e uma precisão de 0,01%.
Realizou-se a aplicação de quatro ciclos de carga-descarga a uma velocidade constante de
0,1kN/s, sendo a carga máxima mantida durante 60 segundos. O módulo de elasticidade foi
calculado através de uma regressão linear efetuada nos três ciclos finais.
Figura 48 – Ciclos de carga e descarga para determinação do módulo de elasticidade
4.7.2. Módulo de elasticidade
Para as diferentes argamassas de gesso reforçadas com fibras foram determinados os módulos de
elasticidade com base no ajuste linear aos diagramas tensão-extensão, até uma carga de 30% do
valor da resistência à compressão estimado, como se verifica na Figura 49.
Os valores do módulo de elasticidade correspondem ao valor médio das inclinações do ramo de
carga dos diagramas tensão-extensão no último ciclo de carga.
Capítulo 4 – Caracterização do material compósito
Luciana Silva 65
Figura 49 – Diagramas Tensão-Extensão: Módulo de elasticidade para os diferentes compósitos
Na Tabela 23 são apresentados os valores do módulo de elasticidade e do coeficiente de variação
dos diferentes compósitos.
Tabela 23 - Módulo de elasticidade dos compósitos
Mistura Módulo de elasticidade
(MPa)
C.V.
(%)
R1 - Padrão 3589,4 7,29%
R2 - Têxtil 3745,7 5,15%
R3 - Acrílica 2887,5 6,34%
R4 - Vidro 3257,4 5,30%
R5 - Banana 2470,0 24,12%
R6 - Basalto 2689,2 13,82%
R7 - Sisal 2839,8 13,03%
Na Figura 50 apresenta-se graficamente os resultados do módulo de elasticidade. Analisando-a,
verifica-se que é a mistura com fibras têxteis que apresenta maior módulo de elasticidade e a
mistura com fibras de banana é a que apresenta o menor.
y = 3589,4x + 0,0109
R² = 0,9998
y = 3745,7x + 0,0362
R² = 0,9995
y = 2887,5x + 0,0326
R² = 0,9995
y = 3257,4x + 0,0128
R² = 0,999
y = 2470,0x + 0,0209
R² = 0,9999 y = 2689,2x + 0,018
R² = 0,9998
y = 2839,8x + 0,0114
R² = 0,9999
0,0
0,3
0,5
0,8
1,0
1,3
1,5
0,000% 0,005% 0,010% 0,015% 0,020% 0,025% 0,030% 0,035%
Tên
são
de c
ompr
essã
o un
iaxi
al (
MP
a)
Extensão (%)
R1 - Padrão
R2 - Têxtil
R3 - Acrílica
R4 - Vidro
R5 - Banana
R6 - Basalto
R7 - Sisal
Material compósito à base de gesso reforçado com fibras
66 Luciana Silva
Figura 50 – Variação do módulo de elasticidade para os diferentes compósitos
Os dados de ultrassons obtidos para os provetes cilíndricos permitem efetuar uma relação com os
valores obtidos nos ensaios de módulo de elasticidade como se verifica na Figura 51. Observando
essa figura, existe uma tendência para o aumento da velocidade de propagação de ultrassons com
o aumento do módulo de elasticidade mas apenas para as duas misturas com maior módulo de
elasticidade: mistura com fibras têxteis e mistura padrão, para as restantes misturas não se verifica
nenhuma correlação entre o módulo de elasticidade e a velocidade de onda dos ultra-sons. A
mistura que possui menor velocidade de propagação de onda de ultra-sons, a mistura de vidro, é
uma das misturas que tem maior módulo de elasticidade.
Figura 51 – Relação entre o módulo de elasticidade e velocidade de propagação da onda de ultrassons
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
R1 - Padrão R2 - Têxtil R3 - Acrílica R4 - Vidro R5 - Banana R6 - Basalto R7 - Sisal
Mód
ulo
de e
last
icid
ade
(MP
a)
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
1950 2000 2050 2100 2150 2200 2250 2300 2350 2400
Mód
ulo
de d
efor
mab
ilid
ade
(M
Pa)
Velocidade de propagação onda dos ultra-sons (m/s)
R1 - Padrão
R2 - Têxtil
R3 - Acrílica
R4 - Vidro
R5 - Banana
R6 - Basalto
R7 - Sisal
Capítulo 4 – Caracterização do material compósito
Luciana Silva 67
Como a velocidade de propagação de ultrassons está relacionada com a estrutura interna do
material, nomeadamente densidade e módulo de elasticidade dinâmico, seria de esperar que se
consiga estabelecer também uma relação entre o módulo de elasticidade longitudinal (estático) e a
velocidade de propagação de ultrassons.
.
4.7.3. Diagramas tensão-extensão
Para os diferentes compósitos foram definidos os diagramas tensão-extensão obtidos através dos
ensaios de compressão uniaxial, que permitiram caracterizar o comportamento das diferentes
misturas em estudo.
Nas figuras seguintes (52 a 58) apresentam-se os diagramas tensão-extensão para diferentes
misturas. Dos resultados obtidos observa-se que para a maioria dos provetes o comportamento do
compósito é composto por um tramo linear no regime de pré-pico, seguindo-se uma fase de
comportamento não linear antes de ser atingido o pico de resistência. Como referiu Vila-Chã
(2012), este comportamento não linear poderá estar associado à microfissuração que se
desenvolve antes de a carga máxima ser atingida.
Não se verifica uma grande variabilidade do regime pré-pico.
Assim como referiu Vila-Chã (2012), em todos os casos, verifica-se que o comportamento após o
pico de resistência se traduz num ramo descendente muito suave ao qual está associada uma
variação ligeira da resistência à compressão para deformação elevada. Este comportamento traduz
a natureza dúctil da argamassa de gesso reforçada com fibras, qualquer que seja o seu tipo.
.
Material compósito à base de gesso reforçado com fibras
68 Luciana Silva
Figura 52 – Diagrama tensão-extensão em compressão uniaxial dos provetes da mistura padrão
Figura 53 – Diagrama tensão-extensão em compressão uniaxial dos provetes da mistura com fibras têxteis
Figura 54 – Diagrama tensão-extensão em compressão uniaxial dos provetes da mistura com fibras acrílicas
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
0,00% 0,50% 1,00% 1,50% 2,00% 2,50%
Ten
são
(MP
a)
Extensão (%)
Provete A Provete B Provete C Provete D
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
0,00% 0,50% 1,00% 1,50% 2,00%
Ten
são
(MP
a)
Extensão (%)
Provete A Provete B Provete C Provete D
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
0,00% 0,50% 1,00% 1,50% 2,00%
Ten
são
(MP
a)
Extensão (%)
Provete A Provete B Provete C Provete D
Capítulo 4 – Caracterização do material compósito
Luciana Silva 69
Figura 55 – Diagrama tensão-extensão em compressão uniaxial dos provetes da mistura com fibras de vidro
Figura 56 – Diagrama tensão-extensão em compressão uniaxial dos provetes da mistura com fibras de banana
Figura 57 – Diagrama tensão-extensão em compressão uniaxial dos provetes da mistura com fibras de basalto
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0
0,00% 0,50% 1,00% 1,50% 2,00%
Ten
são
(MP
a)
Extensão (%)
Provete A Provete B Provete C Provete D
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
0,00% 0,50% 1,00% 1,50% 2,00%
Ten
são
(MP
a)
Extensão (%)
Provete A Provete B Provete C Provete D
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
0,00% 0,50% 1,00% 1,50% 2,00%
Ten
são
(MP
a)
Extensão (%)
Provete A Provete B Provete C Provete D
Material compósito à base de gesso reforçado com fibras
70 Luciana Silva
Figura 58 – Diagrama tensão-extensão em compressão uniaxial dos provetes da mistura com fibras de sisal
A seguir, na figura 59 apresentam-se as curvas médias, que resultaram da não consideração
daqueles provetes que se consideram atípicos.
Figura 59 – Diagrama tensão-extensão em compressão uniaxial de todas as misturas
Analisando a resistência máxima obtida (Tabela 24), vê-se que as misturas têxteis, padrão e vidro
são as que apresentam maior resistência e que as misturas com as fibras vegetais sisal e banana
são as que têm menor resistência à compressão uniaxial.
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
0,00% 0,50% 1,00% 1,50% 2,00%
Ten
são
(MP
a)
Extensão (%)
Provete A Provete B Provete C Provete D
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
0,0% 0,5% 1,0% 1,5% 2,0%
Ten
são
(MP
a)
Extensão (%)
R1 - Padrão R2 -Têxtil R3 - Acrílica R4 - Vidro
R5 - Banana R6 - Basalto R7 - Sisal
Capítulo 4 – Caracterização do material compósito
Luciana Silva 71
Tabela 24 – Média das tensões máximas obtidas para cada uma das misturas
Mistura Média das tensões
máxima (MPa)
C.V.
(%)
R1 - Padrão 4,90 12,06%
R2 - Têxtil 5,66 18,99%
R3 - Acrílica 3,73 19,31%
R4 - Vidro 4,41 5,83%
R5 - Banana 3,25 8,85%
R6 - Basalto 3,41 13,48%
R7 - Sisal 3,14 19,45%
Relacionando a resistência à compressão uniaxial obtida com as velocidades de propagação de
ondas ultrassónicas, verifica-se que, assim como no módulo de elasticidade, os valores com maior
resistência são os valores de maior velocidade de propagação de onda de ultra-sons, à exceção da
mistura de vidro. Já as misturas com menor resistência não se verifica a tendência de uma menor
tensão de compressão, corresponder a um menor valor de propagação de velocidade de onda de
ultra-sons.
Figura 60 – Relação entre tensão de compressão uniaxial e velocidade de propagação da onda de ultra-sons nos
respetivos cilindros
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
1950 2000 2050 2100 2150 2200 2250 2300 2350 2400
Ten
são
máx
ima
(MP
a)
Velocidade de onda dos ultra-sons (m/s)
R1 - Padrão
R2 - Têxtil
R3 - Acrílica
R4 - Vidro
R5 - Banana
R6 - Basalto
R7 - Sisal
Material compósito à base de gesso reforçado com fibras
72 Luciana Silva
4.7.4. Avaliação do modo de rotura
Analisando a Figura 61, que representa o modo de rotura dos provetes dos diferentes compósitos,
verifica-se que os provetes apresentam na generalidade um padrão de rotura constituído por
macrofendas e desagregação do material.
Figura 61 – Modo de rotura dos provetes de compósito: a) sem fibras; b) fibras acrílicas; c) fibras têxteis; d)
fibras de sisal; e) fibras de banana; f) fibras de basalto; g) fibras de vidro
Capítulo 4 – Caracterização do material compósito
Luciana Silva 73
P padrão de fendilhação é composto por fendas subverticais com alguma inclinação ao longo das
quais parece haver deslizamento para grandes deformações, o que se traduz na elevada ductilidade
apresentada por estas misturas.
Em grande parte dos provetes, verifica-se que o dano tem início na parte de cima dos provetes,
onde a carga de compressão uniaxial é aplicada e progride ao longo do comprimento do provete.
Nos restantes provetes, verifica-se que a rotura parte da parte inferior do provete, onde se pode ver
uma fenda com cerca de 45º, por onde se consegue observar o deslizamento do material.
Em todos os casos, observou-se uma variação significativa do comprimento dos provetes,
notando-se também a desagregação progressiva do material.
4.8. Energia de fratura
Para complementar a caracterização mecânica avaliou-se o comportamento do compósito de gesso
relativamente à flexão e determinou-se a respetiva energia de fratura (Gf).
Como referido no início do capítulo, a determinação da energia de fratura foi realizada segundo
RILEM FMC1 (1985). Foram utilizados três provetes para cada tipo de mistura com
850x100x100mm3,que foram armazenadas durante sete dias em estufa a uma temperatura de
40ºC. Após a sua desmoldagem até à data de realização dos ensaios.
Antes do ensaio procedeu-se à realização do entalhe na zona inferior da viga, a meio vão, com
uma profundidade de 3 cm e espessura de 3 mm, de modo a garantir que a fratura se localize a
meio vão, no local do entalhe, permitindo uma monitorização mais precisa, quer da flecha, quer
do deslocamento horizontal.
4.8.1. Procedimento de ensaio
O ensaio foi realizado com controlo de deslocamento de modo a obter-se o comportamento até à
rotura do material. O esquema utilizado para a aplicação de carga foi o de flexão em 3 pontos.
Nos ensaios foram utilizados três LVDT’s, um fixo a meio vão do provete com alinhamento
vertical, de forma a medir os deslocamentos verticais, outro, fixo em alinhamento horizontal
medindo a abertura da fenda, o terceiro, fixo no atuador vertical para efetuar o controlo do ensaio
com uma velocidade de 0,002 mm/s.
Material compósito à base de gesso reforçado com fibras
74 Luciana Silva
A carga vertical é aplicada através de uma peça metálica rígida que transmite a carga ao provete.
Na Figura 62 pode-se observar o esquema de ensaio adotado.
Figura 62 – Esquema de ensaio da energia de fratura: início e fim do ensaio
O comportamento típico do comportamento de materiais frágeis indica-se na figura 63, a partir do
qual é possível calcular a energia de fratura com base na área sob o diagrama força-deslocamento.
Figura 63 – Esquema demonstrativo da área W0 para o cálculo da energia de fratura
A energia de fratura é calculada de acordo com a norma RILEM FMC1 (1985) através da seguinte
equação (6): Onde:
W0 – Área de acordo com a figura 63 (kN/mm);
m = m1+2xm2 (g), m1 é o peso da viga multiplicado pela distância entre apoios (800mm) e
dividido pelo comprimento da viga (850mm) e m2 é o peso da peça metálica rígida para suporte
de carga;
g – Aceleração da gravidade (9810 mm/s2);
Capítulo 4 – Caracterização do material compósito
Luciana Silva 75
0 – Deslocamento final.
Alig – Área de ligação ((100-30)x(100) mm2).
Figura 64 – Pormenor da viga da mistura de sisal depois de ensaiada
4.8.2. Resultados experimentais
Na figura 65 apresentam-se os resultados obtidos no ensaio e na tabela 25 os valores médios da
energia de fratura.
Figura 65 – Gráfico força-deslocamento para o cálculo da energia de fratura
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
0 1 2 3 4 5 6 7 8
Forç
a (k
N)
Deslocamento vertical (mm)
R1 - Padrão
R2 - Têxtil
R3 - Acrílica
R4 - Vidro
R5 - Banana
R6 - Basalto
R7 - Sisal
Material compósito à base de gesso reforçado com fibras
76 Luciana Silva
Tabela 25 – Valores médios da energia de fratura, Gf
Mistura GF
[N/m (J/m2)]
C.V.
(%)
R1 - Padrão 76,03 3,02
R2 - Têxtil 208,30 4,43
R3 - Acrílica 239,07 2,71
R4 - Vidro 428,14 11,36
R5 - Banana 178,97 14,35
R6 - Basalto 394,58 3,80
R7 - Sisal 230,36 4,66
4.8.3. Análise de resultados
A análise dos diagramas força-deslocamento permite observar que existem diferenças de
comportamento para as diferentes argamassas reforçadas com fibras. Verifica-se que o
comportamento na fase inicial é muito semelhante não se detetando diferenças significativas ao
nível da rigidez. Note-se que a mistura com fibras acrílicas é a única mistura com comportamento
inicial que não segue a tendência das restantes.
As diferenças verificadas são ao nível da força máxima atingida e do regime pós-pico. As
misturas de vidro e basalto são a misturas que apresentam maior força máxima e um
comportamento bastante dúctil, indicando o bom comportamento das respetivas fibras.
O comportamento pós-pico, caracterizado por uma diminuição acentuada da resistência para
valores de deslocamento crescentes, é diferente apesar de alguns grupos seguirem uma tendência.
Estes comportamentos permitem antecipar que a área sob os diagramas força-deslocamento é
consideravelmente superior no caso dos compósitos reforçados com fibras e consequentemente
dos valores da energia de fratura. Note-se que no caso da misturas sem fibras é possível atingir os
pontos correspondentes ao anulamento da força e nos restantes casos a cauda dos diagramas é
muito mais alongada. Estes resultados são confirmados pelos valores mais elevados da energia de
fratura apresentados na Tabela 25.
Ao analisar a figura 65 e a tabela 25, pode-se chegar à divisão dos compósitos em 3 grupos.
A mistura padrão traduziu uma mistura que não apresentou ductilidade quando comparada com as
restantes, é, assim, a mistura que possui a menor energia de fratura como se esperava.
Capítulo 4 – Caracterização do material compósito
Luciana Silva 77
No segundo grupo destacaram-se as misturas com fibras de vidro e basalto, a diminuição é menos
progressiva do que no caso da mistura reforçada com as restantes fibras, em que está presente uma
diminuição brusca imediatamente após a força máxima. Neste grupo verifica-se que as forças
máximas atingidas são relativamente próximas e substancialmente superiores às restantes. Foram
para estas duas misturas que se verificou a maior energia de fratura.
No terceiro grupo incluem-se as restantes misturas. Neste grupo vê-se que todas as fibras
conferem algum benefício quando comparadas com a mistura padrão pois as suas curvas são mais
alongadas. Embora não apresentem tanta ductilidade como o segundo grupo, é bastante visível
graficamente que tem melhor comportamento do que a mistura padrão.
Na Figura 66 estão representados, graficamente, os valores médios da energia de fratura, o que
demostra claramente a variação da energia de fratura entre a mistura com fibras de vidro e com
fibras de basalto e a mistura padrão. É, também, visível que as restantes misturas apresentam um
comportamento aproximadamente semelhante que se encontra entre os outros dois grupos.
Os coeficientes de variação obtidos para a energia de fratura são moderados, o que permite validar
a qualidade dos resultados experimentais.
Figura 66 – Valores médios da energia de fratura, Gf
Concluiu-se assim que todas as fibras, com maior ou menor diferença, conferem um melhor
comportamento ao compósito. Os valores da energia de fratura são bastante superiores no caso
dos compósitos reforçados com fibras de vidro e basalto.
0
100
200
300
400
500
R1 - Padrão R2 - Têxtil R3 - Acrílica R4 - Vidro R5 - Banana R6 - Basalto R7 - Sisal
GF
[N
/m (
J/m
2)]
Material compósito à base de gesso reforçado com fibras
78 Luciana Silva
4.9. Absorção por imersão
O ensaio de absorção de água por imersão permite determinar a percentagem de água absorvida
por um provete quando submerso em água e, assim, representar a porosidade da mistura.
4.9.1. Procedimento de ensaio
Este ensaio foi realizado de acordo com a norma E394-1993. Procede-se à secagem de 3 provetes
cúbicos de 10 cm até estabilização de massa. Após a estabilização, introduziu-se o provete num
recipiente com água de consumo público, à temperatura de 20 ± 3ºC, até massa contante.
Efetuou-se esta operação por etapas, de tal modo que o provete esteja submerso sucessivamente,
em intervalos de 1h, a 1/3 da sua altura, 2/3 da sua altura e na totalidade da sua altura. Tendo em
atenção que o nível final da água não deve ultrapassar 20mm da face superior do provete imerso.
A massa contante do provete saturado considera-se constante quando a diferença entre as massas
obtidas em duas pesagens consecutivas, intervaladas de pelo menos 24 horas, for inferior a 0,1%
da média das duas leituras.
Antes de cada pesagem, deve-se secar a superfície do provete com um pano absorvente húmido
mas espremido de modo a remover toda a água superficial. Após alcançar a massa constante,
pesar o provete dentro de água. Seja m2 a sua massa hidrostática, após saturação.
Retirar o provete de dentro de água e proceder à sua secagem até massa constante, numa estufa
ventilada à temperatura de 105 ± 5ºC.
Considera-se a massa constante do provete seco m3 quando a diferença entre as massas obtidas em
duas pesagens consecutivas. Intervaladas de pelo menos 24 horas, for inferior a 0,1% da média
das duas leituras.
Para o cálculo da absorção de água por imersão é usada equação (7):
Sendo:
m1 – massa do provete saturado no ar, expressa em gramas
m2 – massa hidrostática do provete saturado, expresso em gramas
m3 – massa do provete seco, expresso em gramas
Capítulo 4 – Caracterização do material compósito
Luciana Silva 79
4.9.2. Resultados experimentais
Na Tabela 26 pode-se verificar os resultados obtidos no ensaio de absorção por imersão e na
Figura 67 estão, graficamente, representados esses valores.
Tabela 26 – Percentagem de água absorvida por imersão
Misturas Absorção de água por imersão
(%)
R1 - Padrão 6,00
R2 - Têxtil 7,62
R3 - Acrílica 8,22
R4 - Vidro 29,20
R5 - Banana 30,93
R6 - Basalto 30,19
R7 - Sisal 26,64
Figura 67 – Percentagem de água absorvida por imersão
4.9.3. Análise de resultados
Analisando a Figura 67, pode-se concluir que a mistura que incorpora a fibra de banana é a
mistura que absorve maior quantidade de água. Será então de esperar que seja neste compósito
que se verifique o maior índice de vazios e consequente o pior comportamento. Já a mistura
padrão, que é a mistura que tem menor percentagem de água absorvida, esperar-se-ia assim que
tenha menor índice de vazios.
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
35,00
R1 - Padrão R2 - Textil R3 - Acrílica R4 - Vidro R5 - Banana R6 - Basalto R7 - Sisal
Abs
orçã
o de
águ
a po
r im
ersã
o (%
)
Material compósito à base de gesso reforçado com fibras
80 Luciana Silva
Destaca-se nesta a análise que os resultados para as misturas padrão, com fibras têxteis e com
fibras acrílicas não terem o valor que se estaria à espera. Este comportamento poderá estar na
consequência de nestas três misturas os provetes não estarem completamente secos antes de se
proceder ao ensaio de absorção por imersão.
4.10. Absorção por capilaridade
O ensaio de absorção de água por capilaridade permite saber a percentagem de água absorvida por
capilaridade por um provete quando imerso em cerca de 10mm de água e, consequentemente, a
determinação do seu coeficiente de capilaridade.
4.10.1. Procedimento de ensaio
A determinação da absorção de água por capilaridade realizou-se com base na Norma EN 1015-
18:2002, sendo realizadas algumas alterações. O ensaio realizou-se aos 7 dias de idade sendo
produzidos três provetes para cada uma das misturas. O ensaio caracteriza-se pela colocação dos
provetes cúbicos de 100mm com as faces laterais isoladas com silicone dentro de uma caixa
fechada com uma altura de água de 10mm até se verificar a estabilização da sua massa (Figura
68). O ensaio permitiu determinar o coeficiente de capilaridade para cada composição.
Os coeficientes de capilaridade são determinados graficamente, para os primeiros instantes do
ensaio, através do traçado da quantidade de água absorvida por unidade de área da base do
provete (kg/m2
) em função da raiz quadrada do tempo (h), denominando-se por curva de absorção
capilar.
O coeficiente de capilaridade corresponde ao declive da linha tendência que melhor se ajusta à
curva de absorção capilar, nas primeiras horas de ensaio, quando há uma reação linear entre a
água absorvida por unidade de superfície e a raiz quadrada do tempo.
Capítulo 4 – Caracterização do material compósito
Luciana Silva 81
Figura 68 – Esquema do ensaio de absorção por capilaridade: a) estabilização do peso dos provetes (10mm de
água); b) repouso dos provetes antes da pesagem (30 segundo); c) pesagem dos provetes
4.10.2. Resultados experimentais
Na Figura 69, pode-se ver a relação entre a quantidade de absorção de água por capilaridade e a
raiz quadrada do tempo.
Figura 69 – Absorção de água por capilaridade ao longo da raiz quadrada das horas
Na Tabela 27, são apresentados os valores do coeficiente de absorção por imersão para os
diferentes compósitos e na Figura 70 está representada essa informação graficamente. Como
referido anteriormente, o coeficiente de absorção por capilaridade de cada compósito é o declive
da linha de tendência que melhor se ajusta ao erro linear inicial a cada uma das curvas de absorção
de água representadas na Figura 69.
0,0E+00
5,0E+00
1,0E+01
1,5E+01
2,0E+01
2,5E+01
3,0E+01
0 1 2 3 4 5 6
Abs
orçã
p de
águ
a po
r ca
pila
rida
de
(kg/
m2 )
Tempo (√h)
R1 - Padrão R2 - Textil R3 - Acrílica
R4 - Vidro R5 - Banana R6 - Basalto
R7 - Sisal
Material compósito à base de gesso reforçado com fibras
82 Luciana Silva
Tabela 27 – Coeficiente de Absorção por Capilaridade
Misturas Coeficiente de Absorção por Capilaridade
(kg/(m2.h
0,5))
R1 - Padrão 1,39E+01
R2 - Têxtil 1,02E+01
R3 - Acrílica 2,04E+01
R4 - Vidro 1,82E+01
R5 - Banana 1,93E+01
R6 - Basalto 2,07E+01
R7 - Sisal 1,57E+01
Figura 70 – Coeficiente de absorção por capilaridade
4.10.3. Análise de resultados
Analisando a Figura 69, a Figura 70 e a Tabela 27 anteriormente apresentadas, pode-se concluir
que mistura que tem o maior coeficiente de absorção por capilaridade é a mistura que incorpora as
fibras de basalto, que está muito próxima do comportamento da fibra acrílica. Já a mistura que
incorpora as fibras têxteis, é a mistura que tem o menor coeficiente de absorção de água por
imersão.
0,0E+00
5,0E+00
1,0E+01
1,5E+01
2,0E+01
2,5E+01
R1 - Padrão R2 - Textil R3 - Acrílica R4 - Vidro R5 - Banana R6 - Basalto R7 - Sisal
Coe
feci
ente
de
Abs
orçã
o po
r C
apil
arid
ade
(kg/
(m2.
h0,5
))
Capítulo 5 – Conclusões e desenvolvimentos futuros
Luciana Silva 83
5. CONCLUSÕES E DESENVOLVIMENTOS FUTUROS
5.1. Conclusões
Com base nos resultados obtidos ao longo da campanha experimental realizada é possível concluir
a que, das fibras que foram selecionadas, seria de esperar que as fibras de vidro ou basalto
apresentassem os melhores resultados, e de facto, nos ensaios que indicam a resistência do
material, isso verificou-se. Em relação às fibras que se esperaria um pior comportamento: banana
e sisal, também foi observado que tiveram o pior desempenho em parte dos ensaios que foram
realizados.
Relativamente à razão água/ligante para a otimização do compósito, chegou-se à conclusão que a
mistura que necessita de uma menor razão é a padrão e a que necessita de maior é a de fibras de
polipropileno, seguindo-se das fibras de banana.
Nos ensaios de controlo de temperatura das misturas, concluiu-se que o sisal tem a maior
temperatura de hidratação em relação às restantes e também é aquela que tem o menor tempo de
hidratação. As misturas de banana e de basalto tem curvas de hidratação semelhantes, com as
menores temperaturas de hidratação e maiores tempos de hidratação.
Com a realização do ensaio para estabilização da perda de massa verificou-se que a mistura com
fibras acrílicas apresentou maior perda de massa e a mistura com fibras têxteis apresentou menor
perda de massa.
No ensaio de ultra-sons, ao fim de 24 horas todas as misturas tem a velocidade de onda de ultra-
sons estabilizada. Neste ensaio, o compósito de banana apresenta menor velocidade de onda de
ultra-sons, enquanto que a mistura padrão apresenta a maior.
No ensaio de flexão, a mistura com fibras de vidro apresenta o melhor comportamento e a mistura
com fibras de banana apresenta o pior, um dos resultados que se estariam à espera de acordo com
as características das fibras. No entanto, é de destacar que a mistura padrão apresenta melhor
comportamento que outros compósitos nos provetes 4x4x16 cm3.
Já para o ensaio de compressão nos provetes 4x4x16 cm3, a mistura com fibras têxteis é a mistura
que apresenta melhor comportamento, enquanto que a banana apresenta o pior.
Na compressão uniaxial, a mistura com fibras têxteis voltou a apresentar o melhor
comportamento, enquanto que a mistura com fibras de sisal apresentou o valor inferior. Para o
Material compósito à base de gesso reforçado com fibras
84 Luciana Silva
módulo de elasticidade a mistura com fibras têxteis apresenta o valor mais elevado do módulo de
elasticidade e a mistura com fibras de banana o menor. Desta forma, as fibras inseridas no
compósito garantem maior ductilidade ao compósito
Nos ensaios de absorção por imersão verifica-se que o compósito com fibras de banana é o que
tem maior absorção, sendo por isso o que deverá ter maior índice de vazios e, consequentemente,
pior comportamento (o que se verificou na generalidade dos ensaios). Já a mistura padrão
apresentou menor absorção por imersão.
Relativamente à absorção por capilaridade, verificou-se que a mistura com fibras de basalto
apresenta maior coeficiente de absorção por capilaridade e a mistura com fibras têxteis o menor.
Em conclusão geral, os resultados para melhores comportamentos são o que se estariam à espera:
melhor comportamento para as fibras de origem mineral: basalto e vidro. Em relação ao
compósito com fibras têxteis como não foi possível caracterizar as propriedades mecânicas da
própria fibra, este compósito surpreendeu pelos bons resultados.
No ensaio de flexão para obtenção da energia de fratura, as misturas com fibras de vidro e com
fibras de basalto apresentaram os melhores resultados. Mesmo as fibras que têm pior
características mecânicas conferiram ao compósito um comportamento mais dúctil quando
comparados com a mistura sem fibras.
Conclui-se, então, que todas as fibras cumprem um papel importante no compósito. Nos ensaios
de flexão nos provetes 4x4x16cm3 não se verificou esta tendência o que levou à conclusão que
para estes tipos de compósitos (com incorporação de fibras) estes ensaios não são fidedignos pois
não tiveram capacidade para controlar as transmissões na zona das fendas.
Capítulo 5 – Conclusões e desenvolvimentos futuros
Luciana Silva 85
5.2. Desenvolvimentos futuros
Para esclarecimento de algumas dúvidas que ficaram suspensas ao longo este trabalho, propõe-se
as seguintes investigações futuras:
Efetuar o tratamento para melhoramento das fibras naturais com plasma, NaOH, entre
outros. Este tratamento terá como objetivo promover a dispersão das fibras e melhorar a
adesão à matriz de gesso.
Caracterizar microestruturalmente o compósito: verificação da superfície de rotura das
fibras (rotura por arrancamento ou deslizamento das fibras) e analisar a distribuição das
fibras (número de fibras por unidade de área).
Avaliar o comportamento dos compósitos com diferentes percentagens de fibras.
Efetuar ensaios acústicos e térmicos ao compósito.
Efetuar ensaios de tração ao compósito.
Estudar a influência da variação da humidade versus perda de peso ao longo do tempo
para os compósitos.
Bibliografia
Luciana Silva 87
BIBLIOGRAFIA
A.P.OLIVEIRA, Luiz; C.P.ALVES, Paula; SÉRGIOM.M.DIAS. Desempenho de argamassas
reforçadas com fibras acrílicas. Covilhã: Universidade da Beira Interior, artigo de data
desconhecida
CARVALHO, Raquel. Estudo da durabilidade de fibra natural para geotêxteis. 31 de Outubro
de 2012. 137 f. Dissertação (Mestrado) – Mestrado em Engenharia Têxtil, Departamento de
Engenharia Têxtil, Universidade Do Minho, Guimarães, 2012
CUNHA, Sandra. Desenvolvimento de uma solução de paredes divisórias com incorporação
de resíduos. 2010. 142 f. Dissertação (Mestrado) – Mestrado integrado em Engenharia Civil,
Departamento de Engenharia Civil, Universidade Do Minho, Guimarães, 2010.
EIRES, R.. Materiais não convencionais para uma construção sustentável utilizando
cânhamo, pasta de papel e cortiça. 2006. 126 f. Dissertação (Mestrado) - Curso de Mestrado
Integrado em Engenharia Civil, Departamento de Engenharia Civil, Universidade Do Minho,
Guimarães, 2006
EIRES, R.; JALALI, S.; CAMÕES, A.. Novos compósitos eco-eficientes para aplicações não
estruturais na construção. In: CONGRESSO DE CONSTRUÇÃO, 3º., 2007, Universidade de
Coimbra. Novos compósitos eco-eficientes para aplicações não estruturais na construção.
Guimarães: Universidade do Minho, 2007. P. 1 - 12.
FANGUEIRO, Raul; PEREIRA, Cristina. Materiais compósitos - Apresentação auxiliar de
estudo para Mestrado em Têxteis Avançados. Escola de Engenharia, Universidade do Minho, n.d.
GOMES, André. Revestimentos com fibras para reabilitação. 2010. 89 f. Dissertação
(Mestrado) - Curso de Engenharia Civil, Departamento de Engenharia Civil, Universidade de
Aveiro, Aveiro, 2010
JAIGOBIND, Allan George A.; AMARAL, Lucia do; JAISINGH, Sammay. Fabricação de
peças em fibra de vidro (compósitos). Paraná: Instituto de Tecnologia do Paraná, 2007.
KELLY, A.; MORTENSEN, A.. Composite Materials: Overview. In: BUSCHOW, K. H. Jürgen
et al. Encyclopedia of Materials: Science and Technology. S.l.: Editors-in-chief, 2001. p. 1361-
1371
QUAGLIARINI, Enrico et al. Tensile characterization of basalt fiber rods and ropes: A first
contribution. Itália: Elsevier Ltd, 2012.
Material compósito à base de gesso reforçado com fibras
88 Luciana Silva
SCHIAVONI, M. A.; REDONDOII, S. U. A.; YOSHIDAII, I. V. P.. Thermal and
morphological characterization of basalt continuous fibers. S. Paulo: ABC, 2007
SipdECO; Caracterização dos materiais constituintes a incorporar no bloco, Universidade do
Minho, 2009
THOMASON, J.L.; SCHOOLENBERG, G.E.. An investigation of glass fibre/polypropylene
interface strength and its effect on composite properties. Amsterdam: Koninklijke/shell-
laboratorium, 1994.
TORGAL, Fernando Pacheco; JALALI, Said. Construção sustentável: contributos do gesso para a
sustentabilidade da construção. Construção Magazine, Guimarães, p.44-47, nov. 2010.
TORGAL, Fernando Pacheco; JALALI, Said. O Gesso na Construção Civil. Guimarães:
Tecminho, 2008.
VASCONCELOS, Graça et al. Proposta de uma solução inovadora e eco-eficiente para
paredes divisórias. Universidade do Minho, Guimarães, 2011
VILA-CHÃ, Nuno. Estudo de um material compósito à base de gesso e cortiça. 2012. 73 f.
Dissertação (Mestrado) – Mestrado integrado em Engenharia Civil, Departamento de Engenharia
Civil, Universidade Do Minho, Guimarães, 2012.
WEIB, Bin; CAO, Hailin; SONG, Shenhua. Environmental resistance and mechanical
performance of basalt and glass fibers. s.l. [China]: Elsevier B.v., 2010.
ZHU, W. H. et al. Air-cure banana-fibre-reinforced cement composites. In: Cement and
Concrete Composites. Australia: Elsevier Ltd, 1994. p. 3-8.
Fibras Naturais. Disponível em: <http://www.maxwell.lambda.ele.puc-
rio.br/5271/5271_3.PDF>. Acesso em: 20 fev. 2012
SOTECNISOL. FIBRAS DE POLIPROPILENO - TECARM PP. Disponível em:
<http://www.sotecnisol.pt/materiais/produtos/solucoes-de-impermeabilizacao-isolamentos-e-
drenagens/produtos-complementares/fibras-de-polipropileno-tecarm-pp/fibras-de-polipropileno-
tecarm-pp/>. Acesso em: 19 fev. 2012.
Recommended