1 INTRODUÇÃO

O conceito de sustentabilidade encontra-se presente na construção civil, onde o objetivo é a criação de compósitos a partir de materiais já existentes, buscando uma produção ambientalmente correta [1]. O compósito é obtido a partir da união de materiais (sendo uma matriz e um reforço) com o intuito de obter um produto com melhores propriedades do que quando analisados de forma isolada. Na engenharia, normalmente é utilizado um material cerâmico frágil (matriz) em conjunto com uma fibra dúctil (reforço) [2]. O reforço a ser utilizado pode ser sintético (fibras poliméricas) ou natural (fibras vegetais) [3].

O gesso é uma matriz cerâmica frágil de vasta aplicação na construção civil desde a antiguidade. No Brasil, o maior produtor dessa matéria-prima é o Polo Gesseiro do Araripe [4]. O gesso pode ser produzido a partir da gipsita ou de sulfatos de cálcio oriundos de resíduos industriais [5]. Na gipsita, as moléculas de água e sulfato de cálcio estão em camadas alternadas, enquanto no hemidrato, as moléculas de água estão dispostas entre as cadeias de sulfato de cálcio, o que facilita a perda de água sem danificar a estrutura [6].

O gesso apresenta entre suas características baixo custo de produção, capacidade de isolamento térmico e acústico, resistência ao fogo, versatilidade quanto a aplicação (revestimento ou fabricação de pré-moldados), além de apresentar a possibilidade de ser reciclado [7,8]. No entanto, as suas propriedades mecânicas são consideradas baixas quando comparadas a outros aglomerantes [9]. Deste modo, nas últimas décadas houve vários estudos relacionados com a melhoria das propriedades do gesso, como a produção de compósitos a partir da incorporação de fibras de bananeira, coco, caroá, sisal, cana-de-açucar, eucalipto, palma e bambu [3, 10-18].

O bambu pertence à família Poaceae e à subfamília Bambusoide, formando parte da ordem Graminaes, da classe Monocotyledoneae, que é uma divisão das Angiospermeae [19]. Os constituintes químicos básicos do bambu são celulose, hemicelulose e lignina. A celulose e a hemicelulose estão presentes na forma de holocelulose e a maior parte da celulose está presente na fibra. Já a lignina funciona como um aglutinante ou como uma matriz para as fibras de celulose [20]. Sua estrutura integrada ajuda a resistir ao ambiente natural, uma vez que uma fibra de bambu contém várias fibrilas que são compostas de muitas celuloses torcidas e alongadas. Assim, uma pequena fibra de aproximadamente 1 cm de comprimento pode ser dobrada em 180º ou mais. Desse modo, sua microestrutura contribui para a resistência ao vento ou a outras condições ambientais [21].

Diante disso, o presente trabalho visa analisar as propriedades mecânicas, térmicas e acústicas de um compósito formado por gesso e fibras de bambu. Dessa forma, busca-se contribuir com uma alternativa ambientalmente sustentável, que possa ser utilizada na construção civil.

2 MATERIAIS E MÉTODOS

Foram utilizados o gesso de fundição e fibras de bambu da espécie Bambusa Vulgaris, de 8 anos de idade, seco a temperatura ambiente por cerca de 2 meses. A fibra do bambu foi obtida por meio da trituração do colmo do bambu em uma Plaina Desengrossadeira de 12,5”. Em seguida, o material obtido foi peneirado em uma malha com abertura de 2,36 mm, sendo descartado o material retido na peneira, conforme mostra a Figura 1.

Figura 1 – a. Equipamento utilizado para produzir as fibras. b. Fibra de bambu.

Fonte: Os Autores.

Em etapas prévias foram realizadas quatro misturas com 6%, 10%, 15% e 20% de fibra e com a relação água/gesso de 0,8 e 0,9. A partir dessa análise inicial, observou-se que para adições acima de 10% de fibra de bambu, em relação a massa de gesso, houve um retardamento significativo no tempo de início da pega. Tal comportamento se deve à constituição do amido da fibra de bambu, que exposto a um meio fortemente alcalino se degrada em açúcares como a glicose, frutose e sacarose, chegando em alguns casos a inibir quase que totalmente a pega da mistura [10].

Desse modo, foram fixados os percentuais de 2, 4 e 6% de fibra em relação a massa de gesso. Além disso, quanto à relação água/gesso, ao aumentar a quantidade de água na mistura houve uma queda considerável das propriedades mecânicas. Assim, com o intuito de contornar esse problema, a relação

a/g foi fixada em 0,7 e 0,8, em vez de 0,8 e 0,9. O Quadro 1 mostra a matriz utilizada na pesquisa.

Quadro 1 – Matriz utilizada na pesquisa.

Fonte: Os Autores.

A caracterização do gesso utilizado na pesquisa está presente na Tabela 1.

Tabela 1 – Caracterização do gesso utilizado na pesquisa.

*A consistência normal deve ser apresentada como a relação água/gesso encontrada para a penetração de 30 ± 2 mm.

Fonte: Os Autores.

Os métodos utilizados tanto para os corpos de prova de referência, quanto para os corpos de prova com a adição de fibra, estão descritos no Quadro 2.

ANÁLISE MÉTODO
MICROESTRUTURA DA FIBRA MEV
RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO AXIAL (MPA) NBR 12129 [24]
RESISTÊNCIA À TRAÇÃO NA FLEXÃO (MPA) NBR 132079 [27]
CONDUTIVIDADE TÉRMICA (W/M.K) NBR ISO 8894-1 [28]
ISOLAMENTO ACÚSTICO (DB) EN ISO 10140-2 [29]

Quadro 2 – Métodos utilizados para avaliar as propriedades.

Fonte: Os Autores.

3 RESULTADOS E DISCUSSÃO

Após a realização dos ensaios, os resultados obtidos permitiram uma avaliação da microestrutura, resistência mecânica à compressão e à tração, além da avaliação da capacidade de isolamento térmico e acústico do compósito gesso-fibra de bambu.

3.1 MICROESTRUTURA DA FIBRA E ASPECTO VISUAL DO COMPÓSITO

A Figura 2 mostra uma micrografia da fibra obtida por meio de microscópio eletrônico de varredura, onde é possível observar o sentido longitudinal da fibra com uma superfície irregular, com cavidades, microcavidades e relevos.

Figura 2 – Micrografia da fibra de bambu. a. Ampliação de 200x. b. Ampliação de 1000x.

Fonte: Os Autores.

Ao utilizar fibras de bambu como reforço, deve-

se levar em consideração a forma geométrica da seção transversal da fibra, que pode ser circular ou elíptica. A forma elíptica confere um maior empacotamento e melhor ancoragem na matriz do que as fibras de forma circular [30].

Na Figura 3 é possível ver a matriz do material de referência e a matriz do compósito.

Figura 3 – Amostras do corpo de prova com relação água/gesso igual a 0,7 – escala 1/100. a. Material sem adição de fibra. b. Compósito com 2% de fibra. c. Compósito com 4% de fibra. d. Compósito com 6% de fibra.

Fonte: Os Autores.

Observa-se que as fibras estão dispostas de forma aleatória e apresentam um comprimento não uniforme. Tal configuração influencia nas propriedades mecânicas do compósito.

Quando se trata de elementos com fins estruturais uma atenção maior deve ser dada a distribuição das fibras na matriz, de modo que, é importante que as fibras sejam alinhadas considerando a direção dos esforços atuantes na estrutura. Nesses casos, costuma-se pensar no reforço com a incorporação de tecidos (fibras entrelaçadas em duas direções) a serem obtidos com as fibras de interesse [31, 32].

3.2 RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO AXIAL

De acordo com a Figura 4, pode-se observar que o material moldado com a relação a/g de 0,7 apresentou um ganho de 3,36% na resistência com a adição de 2% de fibra. Com a adição de 4%, o ganho de resistência foi de 0,15%. No entanto, a adição de 6% de fibra, resultou em uma redução de 10,70% da resistência, em relação ao material de referência.

Figura 4 – Resistência à compressão com os corpos de prova moldados com a relação a/g de 0,7.

Fonte: Os Autores.

O resultado obtido está em consonância ao descrito na literatura, uma vez que foi observado que a resistência aumenta até determinado percentual e posteriormente começa a reduzir a medida em que é adicionado mais fibra [3, 33].

Segundo Alvarenga et al. [3], a redução da resistência com o aumento de fibras se dá em virtude do ar aprisionado entre as fibras e pela baixa aderência entre a fibra e a matriz de gesso.

Alvarenga et al. [3], avaliaram a adição de diferentes percentuais de bambu (0%, 5%, 10%, 15%, 20%, 25% e 30%) da espécie Bambusa tuldoides como reforço da matriz de gesso. Os autores puderam observar que a adição de até 15% de fibra levou a um incremento de resistência e que percentuais acima de 15% resultaram na redução da resistência, em relação ao valor de referência.

AL-Ridha et al. [33] verificou que a adição de 1% de fibra resultou em um aumento de 11,4% em relação ao material de referência, enquanto que a adição de 2% de fibra de sisal resultou num aumento de apenas 1,1% na resistência, ambos com a relação a/g de 0,5. No entanto, ao aumentar o comprimento da fibra, os pesquisadores observaram um aumento na resistência tanto com o percentual de 1%, quanto com 2% de fibra.

Para a relação água/gesso igual a 0,8, a adição de 2% de fibras resultou na redução da resistência à compressão em 22,33%, com a adição de 4% a redução foi de 14,38% e para 6% de fibra a redução foi de 23,86%, se comparado ao material de referência, conforme mostra a Figura 5.

Figura 5 – Resistência à compressão com os corpos de prova moldados com a relação a/g de 0,8.

Fonte: Os Autores.

Esse comportamento foi diferente do observado por outros autores, que verificaram um aumento na resistência com a adição de até 2% e com a relação água/gesso próxima ou igual a 0,8 [16,17]. Essa diferença pode ser em virtude do tamanho das fibras usadas nas pesquisas, uma vez que Silva [13] observou que a adição de fibras com comprimentos maiores ou em um percentual maior, levaram a uma redução da resistência mecânica em relação a amostra de referência. As fibras usadas na presente pesquisa não tinham tamanhos e espessuras uniformes, o que pode ter contribuído de forma negativa na resistência à compressão.

Nunes [16] avaliou a adição de 0%, 1%, 2% e 3% de fibra de cana-de-açucar na matriz do gesso com a relação a/g de 0,8. A autora concluiu que houve aumento da resistência até a adição de 2%, acima desse valor houve redução da resistência. Araújo et al. [17] avaliaram a adição de 0%, 1%, 2% e 3% de fibra de cana-de-açucar, com uma relação a/g de 0,75. Os autores perceberam que com a adição de até 2% houve um acréscimo de resistência.

Segundo a NBR 13207 [26], o gesso de construção deve apresentar uma resistência mínima de 8,40 MPa. Vale ressaltar que, o valor normativo se refere a uma amostra moldada com a consistência normal, que não é o caso deste estudo. Sabendo que a relação água/gesso pode interferir diminuindo as propriedades mecânicas, era esperado que os corpos de prova com relação água/gesso 0,8 fossem inferiores aos produzidos com a proporção 0,7, como foi possível visualizar com os resultados.

3.3 RESISTÊNCIA À TRAÇÃO NA FLEXÃO

De acordo com as Figuras 6 e 7, é possível observar que a medida em que mais fibra foi adicionada, houve uma redução da resistência à tração na flexão, tanto para a relação a/g de 0,7 quanto 0,8, sendo os percentuais de redução, próximos para as duas relações a/g.

Figura 6 – Resistência à tração na flexão com os corpos de prova moldados com a relação a/g de 0,7.

Fonte: Os Autores.

Para a relação a/g de 0,7 a incorporação de fibra resultou em uma redução, em relação ao valor de referência, de 22,96%, 33,25% e 42,75% para as adições de 2%, 4% e 6%, respectivamente.

Quanto a relação a/g de 0,8 a redução foi, em relação ao valor de referência, de 25,40%, 36,83% e 40,63% para as adições de 2%, 4% e 6%, respectivamente.

Figura 7 – Resistência à tração na flexão com os corpos de prova moldados com a relação a/g de 0,8.

Fonte: Os Autores.

Os resultados obtidos para a resistência à tração foram similares aos obtidos por Silva [13], que obteve uma menor resistência à tração ao adicionar 2% e 3% de fibras de coco e de caroá. No entanto, os resultados divergiram dos encontrados por outros pesquisadores.

Machado [10] identificou um aumento de 14,71% na resistência à flexão de placas de gesso com a adição de 15% de fibra de bambu da espécie Phyllostachus pubescens, em relação às placas sem fibra. Araújo et al. [17] observou um acréscimo na resistência com a adição de 1% de fibra de cana-de-açucar, no entanto, para valores acima de 1% houve uma redução na propriedade. Oliveira et al. [14] avaliou a adição de 0%, 2,5%, 5%, 7,5% e 10% de fibra de madeira de eucalipto e obteve um aumento progressivo da resistência à flexão com o aumento da porcentagem de reforço.

Segundo Beraldo [34], em seu estudo sobre compósitos reforçados com fibra de bambu, foi constatado que para se obter maiores resistências mecânicas a fibra deve receber um tratamento prévio, uma vez que a modificação química remove parcialmente hemicelulose, lignina, resíduos e graxas solúveis em meio alcalino, provocando a diminuição no grau de agregação das microfibrilas, resultando em fibras mais resistentes. Além disso, o uso de fibras descontínuas e dispostas aleatoriamente, segundo Callister [35], reduz a sua eficiência a apenas 1/5, quando comparada a essa mesma fibra utilizada de forma continua e unidirecional.

3.4 CONDUTIVIDADE TÉRMICA

De acordo com a Figura 8, é possível observar que os valores obtidos com a adição de fibra, em relação ao material de referência (REF7), mantiveram-se próximos.

De maneira geral, a adição da fibra levou a uma pequena redução da condutividade térmica, de modo que, para a relação a/g de 0,7 a incorporação de fibra resultou em uma redução, em relação à referência, de 8,16%, 4,08% e 10,20% para as adições de 2%, 4% e 6%, respectivamente.

Figura 8 – Condutividade térmica dos corpos de prova com relação água/gesso igual a 0,7.

Fonte: Os Autores.

Com a relação a/g de 0,8 também foi observado que os valores obtidos foram próximos entre si, sendo possível observar uma redução sutil com a adição de 4% e 6%, em relação ao material de referência, conforme a Figura 9. A redução foi de 8% e 6%, para adição de 4% e 6%, respectivamente.

Figura 9 – Condutividade térmica dos corpos de prova com relação água/gesso igual a 0,8.

Fonte: Os Autores.

Os valores obtidos ficaram abaixo dos encontrados por Nunes [16], que obteve uma redução de 50% na condutividade térmica, em relação ao material de referência, com a adição de

3% de bagaço de cana-de-açucar e relação a/g de 0,8.

Desse modo, pode-se inferir que, no presente trabalho, a condutividade térmica não teve um comportamento proporcional ao aumento da relação água/gesso e o percentual de fibras adicionado. Mazzeto et al. [36] afirma que as propriedades térmicas dos compósitos reforçados com fibra de bambu melhoraram consideravelmente após o tratamento químico nas fibras, assim, o fato das fibras de bambu utilizadas no presente trabalho estarem in natura pode ter contribuído para o presente resultado.

3.5 ISOLAMENTO ACÚSTICO

Mediante os valores obtidos no método da câmara reverberante para os níveis de pressão sonora (NPS) com o decibelímetro, os níveis de pressão sonora médios foram calculados em cada ponto da câmara emissora, assim como na câmara receptora, repetindo-se o processo em cada corpo de prova dos grupos estudados. Assim sendo, a Figura 8 traz os resultados obtidos da diferença de pressão sonora, calculada em relação aos resultados dos NPS, em função das frequências em banda de oitava.

A diferença do nível de pressão sonora relaciona-se à capacidade de isolamento do material analisado de forma diretamente proporcional, ou seja, quanto maior a diferença do nível de pressão sonora, maior é a capacidade de isolamento. É possível compreender essa relação entendendo que a diferença se dá pela subtração do NPS1 (emissora) no NPS2 (receptora), indicando o quanto o ruído foi mais atenuado na câmara receptora em relação à câmara emissora, a qual se encontra sob influência do isolante acústico aplicado.

Deparando-se com as diferenças de níveis de pressão expostos nas Figuras 10 e 11 é possível observar que ambos os grupos estudados demonstram capacidade de isolamento, sendo maiores os resultados nas faixas de frequência de 4000Hz e 8000Hz quando comparados às frequências mais baixas.

Figura 10 – Isolamento acústico – Diferença de nível de pressão sonora para o material com relação água/gesso igual a 0,7.

Fonte: Os Autores.

Figura 11 – Isolamento acústico – Diferença de nível de pressão sonora para o material com relação água/gesso igual a 0,8.

Fonte: Os Autores.

Em seu estudo, Simões [37] avaliou o comportamento acústico de diversos materiais absorventes, como exemplo, a lã de vidro, lã de rocha, espuma de melamina e poliuretano e concluiu que materiais porosos são mais absorventes nas altas frequências, nos sons agudos. Por outro lado, a absorção dos sons graves (baixa frequência) e médios depende de grandes espessuras do material, o que naq21 prática dificilmente se aplica. Silva [38] afirma que o isolamento acústico é regido pela lei da massa ou da densidade, na qual o isolamento característico de uma parede está ligado à sua massa, afirmando que se dobrá-la há um aumento de aproximadamente 4 dB em sua capacidade de isolamento.

Os resultados obtidos na presente pesquisa, foram similares aos observados por Nunes [16], que avaliou o isolamento acústico em compósitos de bagaço de cana-de-açucar, sendo avaliados percentuais de adição do bagaço de 0%, 1%, 2% e

3% em relação a massa de gesso. Ademais, é possível perceber que, em média, as máximas diferenças de propagação da onda sonora se encontram no grupo de 2% de fibra de bambu e relação água/gesso de 0,7.

Veloso et al. [39], ao realizar uma comparação entre os compósitos constituídos de fibras de bambu e gesso, não encontrou variações significativas nas diferenças da quantidade de decibéis atenuados proporcionalmente ao aumento da porcentagem de resíduo implementado, o que também foi identificado neste trabalho.

4 CONCLUSÕES

A partir dos resultados obtidos pôde-se chegar às seguintes conclusões:

l A adição de 2% de fibras com a relação água/gesso de 0,7 levaram a um aumento da resistência à compressão do corpo de prova. Já a adição de 4% ou 6% de fibra, levou a uma redução da resistência, em relação ao material sem fibras. Quanto aos corpos de prova com relação a/g de 0,8, a adição de fibra resultou em uma resistência à compressão inferior aos de referência, para todos os percentuais.

l Quanto à resistência à tração na flexão, a adição de fibra levou à redução da resistência, para todos os percentuais de adição e para as duas relações água/gesso avaliadas.

l A adição de fibras contribuiu positivamente para a redução da condutividade térmica. O melhor resultado foi obtido com a adição de 6% de fibra, tanto para a relação a/g de 0,7, quanto 0,8.

l Em relação ao isolamento acústico, não houve uma relação linear entre o aumento da adição de fibras de bambu à matriz e o aumento da atenuação dos ruídos. No entanto, para todos os grupos estudados, a capacidade de isolamento acústico foi maior nas faixas de frequência de 4000Hz e 8000Hz, quando comparados às frequências mais baixas.

l Após a análise desses resultados é possível afirmar que a adição de fibras mostrou-se eficaz quando se busca isolamento térmico ou acústico. De modo que a adição de 2% de fibra influenciou positivamente nas propriedades acústicas e que a adição de 6% de fibra foi a mais eficiente para o isolamento térmico.

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