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UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA ESCOLA POLITÉCNICA MESTRADO EM ENGENHARIA AMBIENTAL URBANA VANESSA RODRIGUES CAMPOS ANÁLISE DE LIGAÇÃO MECÂNICA EM COMPÓSITO, PÓS - CURADO, REFORÇADO COM FIBRAS DE SISAL. Salvador 2014

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UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA

ESCOLA POLITÉCNICA

MESTRADO EM ENGENHARIA AMBIENTAL URBANA

VANESSA RODRIGUES CAMPOS

ANÁLISE DE LIGAÇÃO MECÂNICA EM COMPÓSITO, PÓS - CURADO, REFORÇADO COM FIBRAS DE SISAL.

Salvador

2014

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VANESSA RODRIGUES CAMPOS

ANÁLISE DE LIGAÇÃO MECÂNICA EM COMPÓSITO, PÓS - CURADO, REFORÇADO COM FIBRAS DE SISAL.

Projeto de dissertação de mestrado apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental Urbana, da Universidade Federal da Bahia, como parte dos requisitos para a obtenção do título de Mestre em Engenharia Ambiental Urbana. Linha de pesquisa: Tecnologia e Gestão da Construção – desenvolvimento e avaliação do comportamento de materiais visando à sustentabilidade da construção.

ORIENTADOR: Dr. Ricardo F. Carvalho

Salvador

2014

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VANESSA RODRIGUES CAMPOS

ANÁLISE DE LIGAÇÃO MECÂNICA EM COMPÓSITO, PÓS - CURADO,

REFORÇADO COM FIBRAS DE SISAL.

Este projeto de dissertação foi julgado adequado como etapa parcial para a obtenção do título de Mestre em Engenharia Ambiental Urbana e aprovada pelo Orientador e pela Banca Examinadora.

Orientador: ____________________________________

Prof. Dr. Ricardo F. Carvalho, UFBA

Doutor pela Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade

de São Paulo – São Carlos, Brasil.

Banca Examinadora:

Prof. Dr. (Nome do professor), sigla da Instituição onde atua

Doutor pela (Instituição onde obteve o título – Cidade, País)

Prof. Dr. (Nome do professor), sigla da Instituição onde atua

Doutor pela (Instituição onde obteve o título – Cidade, País)

Prof. Dr. (Nome do professor), sigla da Instituição onde atua

Doutor pela (Instituição onde obteve o título – Cidade, País)

Salvador, 2014

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RESUMO

A utilização de fibras vegetais como reforço de matrizes poliméricas em compósitos tem sido alvo de diversos estudos graças às vantagens econômicas e ambientais que apresentam, por serem de baixo custo e biodegradáveis. Os compósitos laminados serão confeccionados por matriz polimérica de bio-poliéster utilizando como reforço, tecidos de sisal, pelo processo de infusão a vácuo. Esse trabalho tem como objetivo avaliar o comportamento mecânico e mecanismos de falha de ligações simples unicamente parafusada (single lap single bolted

joint) em compósitos poliméricos laminados reforçado com tecido de sisal (CPRTS). Serão investigados os efeitos da configuração e dos parâmetros geométricos da ligação segundo o ensaio de tração uniaxial.

Palavras-chaves: Compósitos, tecido de sisal, comportamento mecânico, ligações mecânicas e ligações parafusadas.

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SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO ................................................................................................................ 5

1.1. JUSTIFICATIVA ........................................................................................................... 7

1.2. OBJETIVO GERAL ....................................................................................................... 7

1.3. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ......................................................................................... 7

2. REVISÃO DE LITERATURA ........................................................................................ 8

2.1. COMPÓSITOS ............................................................................................................... 8

2.2. FIBRA DE SISAL ........................................................................................................ 11

2.3. TECIDO UNIDIRECIONAL DE SISAL ..................................................................... 14

2.4. MATRIZ POLIMÉRICA .............................................................................................. 16

2.5. CONFORMAÇÃO POR INFUSÃO À VÁCUO .......................................................... 18

2.6. LIGAÇÕES MECÂNICAS EM MATERIAIS COMPÓSITOS................................... 20

2.6.1. Escolha dos Fixadores ............................................................................................ 24

2.6.2. Modos de falhas nas juntas mecânicas ................................................................. 25

2.6.3. Parâmetros geométricos da ligação ...................................................................... 26

3. MATERIAIS E MÉTODOS .......................................................................................... 28

3.1. REFORÇO - TECIDO DE SISAL ................................................................................ 30

3.2. MATRIZ: RESINA TERMOFIXA INSATURADA DE POLIÉSTER........................ 31

3.3. CONFORMAÇÃO DOS COMPÓSITOS .................................................................... 31

3.4. CARACTERIZAÇÃO DOS COMPÓSITOS ............................................................... 32

3.5. EFEITOS DOS FUROS ................................................................................................ 32

3.6. COMPORTAMENTO DAS LIGAÇÕES MECÂNICAS PARAFUSADAS .............. 33

4. VIABILIDADE E FINANCIAMENTO ....................................................................... 34

5. CRONOGRAMA FÍSICO FINANCEIRO .................................................................. 35

6. RESULTADOS ESPERADOS ...................................................................................... 36

7. REFERÊNCIAS ............................................................................................................. 37

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1. INTRODUÇÃO

A fabricação de muitas peças estruturais para aplicação em engenharia tem sido desenvolvida

pelo uso de compósitos avançados, devido a características atraentes no campo industrial, tal

como baixo peso, alta resistência, alta rigidez, boa resistência à fadiga e boa resistência à

corrosão (HOA, 2009).

Esses materiais são freqüentemente utilizados na indústria aeronáutica e espacial devido a seu

alto desempenho mecânico em resistência e rigidez, aliada a baixa densidade, quando

comparados com os materiais metálicos, e sua boa capacidade de adaptação a projetos de

diferentes geometrias (YAHO et al.2014).

Segundo Hollaway (2003) os compósitos poliméricos reforçados com fibras tem grande

potencial para substituir o concreto armado em pontes, edifícios e outras infraestruturas civis.

Para Mallick (2008) a principal razão para a seleção destes materiais é a alta resistência à

corrosão que permite uma maior vida útil da estrutura e, por conseguinte, baixos custos de

reparação e manutenção.

As intensas preocupações ambientais para um desenvolvimento sustentável vêem estimulado

a pesquisa e estudo de materiais mais ecológicos que causem menor impacto ao ambiente.

Assim sendo, a incorporação de fibras naturais de origem vegetal em materiais poliméricos,

em substituição às tradicionais fibras de vidro contribui para o desenvolvimento de

compósitos sustentáveis e vem crescendo nos últimos anos (CASTRO, 2013).

A utilização de fibras vegetais como reforço em compósitos teve origem na antiguidade com

os tijolos de barro que eram reforçados com palha para as construções das civilizações do

crescente fértil especialmente no Egito e na Mesopotâmia. A descoberta do petróleo e o

contínuo desenvolvimento tecnológico contribuíram para a introdução das fibras sintéticas, de

origem petroquímica, no mercado.

Segundo Hill e Hugnes (2010), na década de 1940 os compósitos reforçados por fibras

naturais foram intensamente substituídos pela introdução das fibras sintéticas. Contudo nos

dias atuais observa-se uma busca incessante de materiais que atendam às tendências mundiais

de sustentabilidade ambiental de forma a suprir as degradações ambientais e sociais de um

contexto marcado pelo uso exaustivo dos recursos naturais não renováveis.

O conceito de desenvolvimento sustentável é algo recente e foi pela primeira vez formalizado

na Comissão Mundial sobre Meio Ambiente e Desenvolvimento, em um documento intitulado

Relatório Brundtland, Nosso Futuro Comum, publicado em 1987. Segundo este documento o

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conceito de sustentabilidade pode ser entendido como: “O desenvolvimento que procura

satisfazer as necessidades da geração atual, sem comprometer a capacidade das gerações

futuras de satisfazerem as suas próprias necessidades, significa possibilitar que as pessoas,

agora e no futuro, atinjam um nível satisfatório de desenvolvimento social, econômico e de

realização humana e cultural, fazendo, ao mesmo tempo, um uso razoável dos recursos da

terra e preservando as espécies e os habitats naturais”.

Para atender às tendências mundiais de sustentabilidade ambiental, nas últimas décadas

observou-se um crescente desenvolvimento de compósitos reforçados por fibras celulósicas.

Fibras naturais como fibra de bananeira (BALZER et al., 2007), bagaço de cana de açúcar

BARBOSA, 2010), fibras de sisal e curauá (SPINACÉ et al. 2011), fibra de licuri (LEÃO et

al., 2011) entre outras são alternativas amplamente utilizadas em estudos para reforço em

compósitos poliméricos.

Os compósitos reforçados com fibras de sisal se destacam por apresentarem elevada

resistência ao impacto, moderada resistência à tração e à flexão quando comparados com

compósitos que se utilizam de outras fibras como reforço (JOSEPH et al., 1999).

A indústria da construção civil tem papel importante no desenvolvimento do país, no entanto,

estimativas mostram que este setor merece atenção, uma vez que suas atividades causam

impactos ambientais consideráveis. Em âmbito internacional os dados mostram que entre 40%

e 75% dos recursos naturais são consumidos por esse setor e conseqüente geração de resíduo.

No Brasil resultados indicam que 25% do total de resíduos industriais provem da construção

civil (MENDES, 2013).

Segundo a United Nations Environment Programme (Unep) a indústria da construção civil

tem grande influência nas emissões de gás carbônico, sendo responsável por 30% das

emissões globais de gases responsáveis pelo efeito estufa e por 40 % do consumo global de

energia.

Sendo assim, torna-se imprescindível o estudo e desenvolvimento de novas tecnologias que

possam tornar a construção civil sustentável nos diversos aspectos que a compõem. Desta

forma, este trabalho visa contribuir para o desenvolvimento de novos produtos biodegradáveis

e sustentáveis que possam contribuir para diminuição do impacto ambiental do setor. Com

vista a viabilizar o uso de compósitos reforçados com fibras vegetais de sisal para utilização

em larga escala na indústria da construção civil, permitindo assim, a possibilidade de

modulação de painéis e flexibilização para fins de projeto, serão estudados o comportamento

e desempenho desses materiais sob a influência de conexões mecânicas parafusadas.

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1.1. JUSTIFICATIVA

Este trabalho visa contribuir para viabilizar a utilização de compósitos poliméricos reforçados

por fibras de sisal para a produção em larga escala na construção civil.

Quando se analisa a viabilização do uso de compósitos, reforçados por fibras vegetais, na área

da construção civil, a união entre esses elementos se faz aspecto relevante a ser considerado.

A necessidade da modulação através de encaixes e conexões é fundamental para fins de

projeto e modulação. Assim sendo, a ampliação do uso do binômio sisal-biopoliéster, permite

a confecção de produtos mais sustentáveis na área da construção civil, contribuindo para

diminuição do impacto deste setor no ambiente. A substituição de uma fibra sintética, não

renovável, produzida sob o consumo de altos índices de energia, por uma fibra vegetal

biodegradável contribui de forma significativa para o meio ambiente, proporcionando um

desenvolvimento sustentável. O cultivo, produção e confecção do tecido de sisal

proporcionam o desenvolvimento social e econômico da região sisaleira, localizada no

semiárido do nordeste e castigada pela seca, trazendo emprego e renda para os seus habitantes

e incentivos para investimentos econômicos na região.

1.2. OBJETIVO GERAL

Avaliar o comportamento mecânico e mecanismos de falha de compósitos poliméricos

laminados reforçado com tecido unidirecional de sisal (CPRTS), quando sob a influência de

ligações mecânicas parafusadas, investigando os efeitos dos parâmetros geométricos da

ligação.

1.3. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

• Produzir e caracterizar compósitos com diferentes orientação de laminas.

• Avaliar a influência da operação de furação dos compósitos.

• Analisar o comportamento mecânico e modos de falha da ligação mecânica do tipo

single lap unicamente parafusada (SLUP).

• Analisar os efeitos da variação dos parâmetros geométricos (largura e distância

longitudinal às bordas) das ligações mecânicas parafusadas.

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2. REVISÃO DE LITERATURA

2.1. COMPÓSITOS

A constante busca por aliar um conjunto de características almejadas na engenharia civil

como resistência, durabilidade, baixa densidade, bom isolamento térmico, versatilidade e

sustentabilidade vêm estimulando o uso de materiais compósitos que atendam as expectativas

da indústria da construção civil.

Segundo Padilha (2000), compósito consiste em materiais que possuem em sua composição

dois ou mais componentes com propriedades intrínsecas e nitidamente diferentes entre si, que

quando combinados, cada qual contribui para as propriedades finais desejadas do compósito e

também podem ser chamados de material composto ou conjugado.

Compreende-se que as fases constituintes de um material compósito não devem ser miscíveis

entre si, pois, neste caso haveria uma fusão química e não uma sinergia. Deve haver a

contribuição de cada fase para a formação final, característica fundamental para a construção

de um material compósito. Este quesito refere-se principalmente na junção de características

mecânicas muito ambicionadas na indústria em geral, tais como a rigidez, a tenacidade e a

resistência nas condições ambientes e em altas temperaturas. As diversas combinações para

formação dos materiais compósitos conferem a obtenção de variados e novos materiais com

propriedades desejadas. Em grande parte dos materiais compósitos se observa a presença de

apenas duas fases, a denominada fase matriz que é contínua, maleável e dúctil e desempenha

basicamente o papel de proteção e coesão envolvendo a outra fase, chamada fase reforço ou

estrutural, que proporciona resistência, rigidez e tenacidade ao conjugado (CALLISTER,

2012).

A matriz exercerá a função de manter a orientação das fibras e seu espaçamento, transmitindo

as forças de cisalhamento recebidas entre as camadas das fibras permitindo que o compósito

resista às dobras e às torções, além de protegê-las do ambiente exterior (MANO, 1991;

ALLEN; THOMAS, 1999 apud CIULIK 2010).

Segundo Thomas (2011), as propriedades finais de um material compósito será a contribuição

das propriedades das fases que o constitui e as suas quantidades relativas. Esses materiais

adquirem propriedades mecânicas antes não observadas em suas partes isoladamente, dando

origem a um material com propriedades melhoradas que proporciona um desempenho elevado

e uma otimização das propriedades individuais de suas fases constituintes. Na figura 1,

Callister (2012) propõe uma classificação dos compósitos de acordo com a fase reforço,

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dividindo em três classificações gerais: Compósitos reforçados com partículas, compósitos

reforçados por fibras e compósitos Estruturais.

Figura 1: Classificação dos compósitos.

Fonte: CALLISTER, 2012

Este trabalho está limitado às emendas de tecidos em laminados estruturais que compõe os

compósitos estruturais, a partir do entrelaçamento das fibras de sisal formando os tecidos de

sisal.

2.1.1 Compósitos Estruturais Laminados

Este trabalho terá como foco os compósitos estruturais laminados em que a lâmina será

constituída de tecidos de fibra de sisal impregnado com uma matriz polimérica poliéster.

Os compósitos laminares são constituídos por lâminas ou painéis que possuem uma direção

preferencial de alta resistência, ou seja, a direção do carregamento. Os laminados podem ser

formados a partir de tecidos tais como, algodão, papel ou fibra de vidro inserida no interior de

uma matriz polimérica. As lâminas são dispostas através de empilhamentos sucessivos e

unidas umas as outras de forma que ocorra uma variação das direções em relação à direção

preferencial de alta resistência, permitindo que o compósito apresente resistência

relativamente alta nas diversas direções. No entanto a resistência em qualquer direção

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continua menor do que aquela que existiria se todas as fibras estivessem orientadas em uma

mesma direção. Na figura 2 é possível observar empilhamento através da alternância entre

camadas e matriz sucessivamente (REZENDE et al. 2011, CALLISTER, 2012).

Figura 2: O Empilhamento sucessivo de camadas reforçadas com fibras orientadas para

um compósito Laminar.

Fonte: HOA, 2009

Segundo Mallick (2008) o laminado é construído pelo empilhamento de lâminas em uma

espessura e direção. Alguns tipos especiais de laminados com a variação dos ângulos, em

relação à direção preferencial de alta resistência, alinhada com os esforços principais, e os

códigos padrões de laminação utilizados são apresentados a seguir:

a) Laminado unidirecional (Unidirecional laminate): o ângulo de orientação das fibras é

o mesmo para todas as lâminas. Ex: α / α / α; Se α = 0º, então, 0º/0º/0º/0º.

b) Laminado de camada angulada (Angle-ply laminate): o ângulo de orientação das fibras

em camadas alternadas. Ex: α /- α / α / -α; quando α ≠ 0º ou 90º.

c) Laminado de camada cruzada (Cross-ply laminate): o ângulo de orientação das fibras

em camadas alternadas. Ex: 0º /90º / 0º / 90º.

d) Laminados simétricos (Symmetric laminate): a camada de orientação é simétrica ao

centro do laminado, isto é, para cada camada sobre o meio do plano existe uma

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camada idêntica (em material, espessura e ângulo de orientação das fibras) para igual

distância abaixo do meio do plano.

A figura 3 apresenta o diagrama esquemático dos tipos de laminados segundo o ângulo de

orientação das fibras em camadas alternadas.

Figura 3: a) Laminado unidirecional (Unidirecional laminate); b) Laminado de camada

angulada (Angle-ply laminate) e c) Laminado de camada cruzada (Cross-ply laminate).

Fonte: MALLICK, 2008

2.2. FIBRA DE SISAL

Segundo a companhia de sisal do Brasil (COSIBRA) o sisal (Agave Sisalana) é uma

monocotiledônea originária do México, com folhas estreitas e compridas, medindo 140 cm de

comprimento que podem resultar em fibras de 90 a 120 cm e suas fibras representam apenas 4

a 5 % da massa total do sisal. Na figura 4 tem-se a Agave Sisalana.

Figura 4: Sisal (Agave Sisalana).

a) b) c)

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O Sisal foi trazido do México ao Brasil no ano de 1903, mas só passou a ser considerado

como alternativa econômica no final da década de 1930. Facilmente se adaptou às regiões em

que foi introduzido, nos estados da Paraíba, Bahia e Rio Grande do Norte devido às condições

climáticas favoráveis. O sisal é considerado uma planta semixerófila, e para o seu cultivo é

necessário grande luminosidade e clima quente, portanto, possui fácil adaptação a regiões

semiáridas. As suas folhas apresentam características peculiares: folhas carnosas, números

reduzidos de estômatos e epiderme intensamente cutinizada, o que a torna resistente a

estiagens prolongadas e fortes condições de aridez (SILVA, 1999; CNA, 2004 apud ALVES;

SANTIAGO, 2005). As folhas do sisal dão origem uma fibra resistente que possui

diversificado uso como cordas, cordéis, tapetes, móveis, eletrodomésticos, compósitos para a

indústria automobilística e construção civil (CARVALHO et al., 2007).

A transformação do sisal em fibra obedece a uma cadeia de serviços de baixo custo, que

envolve etapas que englobam desde a plantação, colheita, desfibramento, secagem e

beneficiamento da fibra transformando-se em matéria-prima para diversificados fins. A figura

5 mostra algumas dessas etapas.

Figura 5: a) Desfibramento do sisal; e b) Secagem da fibra de sisal.

a) b)

Em 2010 o estado da Bahia alcançou uma produção de sisal de aproximadamente 140 mil

toneladas, porém, a média por hectare é de 1200 kg/ha, o que torna essa produtividade baixa

quando comparada com países como Tanzânia e Kenya em que a produtividade é superior a

2800 kg/ha. Essa baixa produtividade brasileira é causada pela forma como o processo

produtivo se apresenta, extremamente rudimentar. A Colheita é realizada manualmente

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usando como ferramenta de corte uma faca. O transporte das folhas de sisal é realizado no

lombo de um animal até o local em que será feito o desfibramento. Por meio de uma máquina

obsoleta conhecida como “motor paraibano” é realizada a extração das fibras da folha do sisal

– desfibramento. Após esse processo as fibras são estendidas ao sol para secagem, por um

período de 72 horas. Na seqüencia as fibras são enfardadas e levadas até unidade de

beneficiamento. A maior parte da fibra de sisal é destinada para o mercado externo, seja na

forma de fibra bruta, seja na forma manufaturada (ANDRADE et al., 2011).

O processo de produção da fibra de sisal apesar de apresentar baixos impactos ambientais, por

envolver processos que consomem baixo teor de energia, ainda é muito rudimentar, sem

muitas inovações tecnológicas que introduzam melhoria no processo.

As fibras naturais possuem em sua constituição química das fibras vegetais varia com a

localização geográfica de cultivo, idade, clima, solo, espécie e nas diferentes partes da folha.

As fibras naturais são compostas essencialmente de celulose, lignina e hemicelulose e pictina.

Celulose é um polissacarídeo semicristalino, responsável pela natureza hidrofílica das fibras

naturais e pela resistência das fibras (CARVALHO, 2005; WESTMAN et al., 2010;

BLEDZKI, GASSAN, 1999). A tabela 1 apresenta a comparação da composição química de

diversas espécies de fibras vegetais.

Tabela 1: Composição Química de fibras vegetais.

Tipo de Fibra Celulose Lignina

Sisal – agave 43-62 7-9,2

Bagaço de cana 32-48 19-24

Bambu 26-43 21-31

Semente de linho 43-47 21-23

Juta 45-63 21-26

Linho 57-77 9-13

Algodão 85-96 0,7

Fibras de madeira Conífera 40-45 26-34

Fonte: ROWELL et al., 2000.

Segundo Carvalho (2005) os altos teores de celulose da fibra de sisal conferem a esta elevada

resistência à tração. O alto desempenho mecânico da fibra de sisal confere sua alta procura e

preferência para a produção de compósitos que se utilizem de fibras vegetais como fase

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reforço. Em virtude da alta resistência à tração as fibras têm o objetivo de reforçar os

compósitos e suportar a tensões que são transferidas pela matriz, por isso são elas

responsáveis pela resistência geral do compósito. Enquanto a matriz é responsável

basicamente por garantir a coesão e proteção mecânica, as fibras são responsáveis pela

resistência do compósito, possuindo capacidade de resistência na direção do carregamento.

Desta forma, aliadas as vantagens de propriedades mecânicas presentes em materiais

poliméricos reforçados com fibras, como baixa densidade, boas propriedades mecânicas,

baixo custo, pouco abrasiva, e boas propriedades de isolamento térmico e acústico. A

incorporação de fibras naturais em substituição às fibras sintéticas permite o desenvolvimento

de materiais que sejam biodegradáveis contribuindo para sustentabilidade do meio ambiente.

2.3. TECIDO UNIDIRECIONAL DE SISAL

As fibras devem estar alinhadas com os esforços principais que atuarão na estrutura, pois,

para fins estruturais a distribuição das fibras na matriz exerce significativa influência nas

propriedades dos compósitos. Assim sendo, a ordenação das fibras em forma de tecido

introduzirá melhorias nas propriedades mecânicas dos materiais compósitos. Os tecidos são

formados por fios unidos entre si, por força de contato, através do intertravamento dos

mesmos por intermédio de diferentes métodos de confecção (CARVALHO, 2005).

Segundo Gommers et al. (1998) apud Carvalho (2005) os tecidos podem ser divididos em

três classes: tecidos urdidos ou tramados, tecidos trançados e tricotados. Esses tecidos

diferenciam na forma como seus fios são entrelaçados. Nos urdidos ou tramados os fios são

intercalados em duas direções ortogonais, nos trançados são cruzados em duas ou três

direções e nos tricotados ocorre o entrelaçamento dos fios. Os mais utilizados como reforço

em plásticos, principalmente no que se refere à produção de compósitos de alto desempenho,

são os tecidos urdidos ou tramados. Sua produção pode se dá através da tecelagem automática

ou manual dos fios.

Cerchiaro (2010) define tecidos urdidos ou tramados como sendo uma formação intercalada

de cordões em duas direções. Os fios na direção longitudinal são denominados urdume, e os

fios na direção transversal são chamados trama como pode ser observados na figura 6.

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Figura 6: Tecido tramado ou urdido.

Fonte: PARDINE et al., 2006.

Hoa (2009) classifica os tipos mais comuns de tecelagem tramada como tafetá, cesta, cetim e

arnês de cetim, ainda, John e Thomas (2008) identifica os mesmos tecidos como simples,

cesto, cetim e sarja respectivamente, conforme figura 7, classificação que será dotada para

este trabalho.

Figura 7: Tipos de arranjos de tecidos tramados: a) simples; b) cesto; c) cetim e d) sarja.

(a)

Fonte: HOA, 2009

O espaçamento entre os fios, que determina a densidade; a torção, a dimensão, o tipo de

arranjo e a natureza do tecido são parâmetros que regem as propriedades mecânicas dos

tecidos tramados. Dentre as quatro subdivisões dos tecidos tramados já citados, os mais

freqüentes são os tipos simples obtidos pelo cruzamento alternado de fios perpendiculares e o

tipo sarja que consiste no cruzamento alternado de três ou mais fios. Os tecidos técnicos

unidirecionais apresentam arranjos de fios distribuidos em uma única direção, podendo conter

os fios transversais apenas para manter os fios longitudinais unidos. São estes tecidos

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utilizados em aplicações estruturais principalmente quandos as tensões aplicadas são

conhecidas e quando é conveniente alinhar os fios na direção das tensões garantindo assim

melhor otimização das propriedades das fibras. (CARVALHO, 2005; THOMAS, 2010).

2.4. MATRIZ POLIMÉRICA

A fase matriz de um compósito tem por objetivo manter unir as fibras permitindo uma

transferência e distribuição da tensão aplicada para a fase fibra, responsável pela resistência

do conjunto. Fornece uma barreira de proteção contra intempéries. Outra função é evitar a

propagação de trincas por permitir um isolamento das fibras umas das outras, ou seja, mesmo

que haja uma falha individual de uma fibra o compósito total em si não irá sofrer danos em

virtude desse isolamento proporcionado pela matriz (CALLISTER, 2012).

Assim, as funções da fase matriz podem ser resumidas em manter a coesão das fibras,

proteger as fibras do meio externo e contra danos durante o processamento, distribuir o

carregamento pelas fibras e redistribuir o carregamento caso haja ruptura.

Os polímeros divididos em duas categorias denominada termoplástico e termofixo. No

termoplástico as moléculas não são quimicamente unidas umas as outras são mantidas

ligações secundárias fracas ou ligações intermoleculares do tipo Vander Waals e ligações de

hidrogênio. Com aplicação de calor essas ligações são rompidas temporariamente, porém, o

processo pode ser revertido e as ligações podem voltar se consolidarem, ou seja, com a

aplicação do calor elas amolecem, como o processo é reversível, retirada a fonte de calor ela

volta ao estado endurecido. Nos polímeros termofixo as moléculas são quimicamente unidas

por ligações formando uma rede rígida com estrutura tridimensional. Como esses retículos

são formados durante reação de polimerização (reação de cura) o processo é irreversível, ou

seja, com o aumento da temperatura não há mudança de estado permanecendo endurecido

(MALLICK, 2008). Na a figura 8 é possível verificar a estrutura molecular das ligações dos

termoplásticos e dos termofixo.

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Figura 8: Representação esquemática de polímeros: a) termoplástico e b) termofixo.

a) b)

Fonte: MALLICK, 2008.

Os polímeros termofíxos, em geral, apresentam elevado desempenho mecânico, são mais

resistentes ao fogo, a ataques químicos e a fadiga e tornam-se permanentemente duros quando

submetidos à aplicação de calor e não amolecem com o aquecimento subsequente. Assim,

geralmente se utiliza as resinas termofixas como matriz de componentes estruturais

(CALLISTER, 2012).

Os poliésteres são formados pela polimerização por condensação de um diácido e um diálcool

e quando comparados com as resinas epóxi são mais baratos (HOA, 2009).

Os poliésteres podem ser classificados como resinas saturadas ou insaturadas, dependendo

especificamente dos tipos de ácidos utilizados, que irão caracterizar o tipo de ligação entre os

átomos de carbono da cadeia molecular.

- Poliéster Saturado: resulta da reação entre um biálcool e um biácido saturado, originando

num produto termoplástico, de cadeia molecular composta apenas por simples ligação entre

os átomos de carbono, o que torna o composto flexível. Em geral é utilizada para

componentes não estruturais. O uso é diversificado e pode ser feito por meio de reforço ou

sem: filmes, fibras sintéticas, plastificantes (poliméricos) e até produtos de engenharia como

tampa de tanque de combustível etc. (EMBRAPOL, 2012).

- Poliéster Insaturado: constituição basicamente composta de um polímero alquídico,

contendo insaturações vinílicas dissolvidas em um monômero reativo normalmente o

monômero de estireno. Sua reação é obtida entre um ácido insaturado, um ácido saturado e

um biálcool dando origem a um produto termofixo, cuja cadeia molecular é composta por

simples e duplas ligações entre os átomos de carbono. Para facilitar sua utilização é diluído

num monômero vinílico inibido. A adição de promotores permite a transformação do poliéster

insaturado do estado líquido para o estado sólido irreversível, caracterizando uma estrutura

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termofixa irreversível. Pode ser utilizado com ou sem reforço, porém, uma vez reforçado se

transforma em um plástico com ótimas propriedades físico-mecânicas, podendo ser utilizado

em componente estrutural, bastante visado na engenharia, substituindo muitas vezes materiais

como ferro, aço e concreto (EMBRAPOL, 2012).

Segundo Mano; Nunes (1990), a cura do poliéster inicia-se com a adição do catalisador metil

etil cetona (MEKP) ao polímero. O catalisador adicionado consome os inibidores, que são

substâncias que foram adicionadas ao poliéster comercializado, a fim de reagir com os

radicais livres e impedir a gelificação prematura da resina, ou seja, torna-se gel, iniciando

assim o processamento da reação de cura. A cura do poliéster começa, então, quando na

presença de radicais livres. Na tabela 2 são apresentadas as características mecânicas do

Poliéster, à temperatura ambiente.

Tabela 2: Propriedades mecânicas do poliéster.

Densidade Relativa

Módulo de Tração [GPa]

Resistência à Tração [MPa]

Limite de Escoamento

[MPa]

Alongamento na Fratura

[%]

1,29 – 1,40

2,8 – 4,1

48,3 – 72,4

59,3

30 - 300

Fonte: Adaptada de CALLISTER, 2012.

A produtora brasileira de intermediários químicos (ELEKEIROZ) define biopoliésteres como

resinas sustentáveis de poliéster insaturado, formados a partir, de matérias primas de fontes

renováveis. Este material proporciona uma economia de 20% dos recursos fósseis não

renováveis usados nas resinas poliéster tradicionais, por serem produzidos por uso de

oleaginosas de ciclo curto (3 a 4 meses) e de óleos transerestificados (como a soja e o milho).

O material utilizado neste trabalho para exercer a função de matriz do compósito será o

biopoliéster, que consiste em um polímero insaturado termofixo.

2.5. CONFORMAÇÃO POR INFUSÃO À VÁCUO

As lâminas do reforço são dispostas em uma forma macho-fêmea, selada, é usada uma bomba

de vácuo em que o ar é succionado e a pressão atmosférica é aplicada para consolidar a

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impregnação da resina na fase reforço do laminado. O vácuo deve permanecer até que haja a

impregnação total da resina no laminado conforme esquema representado na figura 9.

Figura 9: Esquema do processo de infusão a vácuo

O processo de infusão à vácuo origina compósitos de alta qualidade, é bem difundido na

industria de energia eólica e marinha. Casos de barcos, decks, pisos são elementos que podem

ser desenvolvidos por meio do processo de infusão a vácuo, mas podem também ser

utilizados no setor da construção e transporte terrestre e produção de grandes estruturas.

Apresentam como vantagens baixos índices de emissão de estireno quando comparados com o

processo hand lay up (figura 10), os laminados apresentam maior resistência já que não há a

formação de bolhas de ar responsáveis pela diminuição da resistência dos compósitos

(OSBORNE, 2013).

Figura 10: Comparação de típica emissão de estireno de laminados feitos por hand lay

up (HLU) e laminados feitos por infusão a vácuo (IV).

Fonte: OSBORNE, 2014

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2.6. LIGAÇÕES MECÂNICAS EM MATERIAIS COMPÓSITOS

As ligações são caracterizadas como estruturais quando a integridade é fator fundamental para

o funcionamento e segurança da estrutura. A união entre membros poliméricos reforçados

com fibras (PRF) pode dar-se por juntas mecânicas (“mechanical joint”), juntas coladas

(“bonded joints”), juntas inter travadas (“interlocking joint”) ou uma combinação destas

(DUTHINH, 2000).

Para o desenvolvimento deste trabalho serão abordadas conexões por juntas mecânicas em

CPRTS, que consistem em uniões mecânicas através de rebites, parafusos, pinos entre outros

para aderir componentes ou membros na formação de uma estrutura ou produto.

Segundo Messler (2004) as uniões mecânicas consistem no método mais antigo utilizado pelo

homem para unir componentes, como por exemplo, a primeira ferramenta primitiva que

consistiu em uma pedra fixada em uma forquilha através de uma tira de fibra vegetal ou

animal. A expansão da utilização de métodos de fixação mecânica em diversas indústrias

vêem provocando uma crescente demanda e expectativas por melhor desempenho dessas

conexões.

Em estruturas ou no desenvolvimento de produtos finais nota-se a necessidade de unir os

componentes ou membros utilizando-se de mecanismos de ligação. Essas uniões têm a função

primordial de transferir as cargas aplicadas de um elemento para o outro ou criar movimentos

relativos entre si. Em geral são locais propensos a falhas por representar uma descontinuidade

no material promovendo concentrações de tensão nestas regiões. Assim sendo, esse conjunto

deve ser analisado cuidadosamente (AGARWAL et al., 2006; VALENTE, 2012).

A presença de defeitos tais como poros, trincas, imperfeições, entalhes ou furos em um

material faz com que a tensão aplicada aumente a sua intensidade provocando concentração

de tensões, localizada na extremidade do defeito. Pelo fato destes defeitos provocarem o

aumento de tensões em suas proximidades são chamados de concentradores de tensão e que

essa concentração dependerá da orientação e geometria da trinca. (CALLISTER, 2012;

MALLICK, 2008). A figura 11 mostra os efeitos provocados na região de descontinuidade,

ou seja, a tensão aumenta a medida que aproxima da extremidade da trinca e quanto mais

distantes da trinca a tensão tende a se aproximar da tensão nominal.

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Figura 11: Perfil de tensões ao redor de um furo ao longo da secção transversal

Fonte: MALLICK, 2008

Conforme Mallick (2008) a junção mecânica ocorre mediante abertura de furo no material

base para posterior fixação de parafuso, rebite ou pino como conectores da ligação. Sendo

este método considerado com um redutor da resistência do compósito podendo causar uma

falha estrutural por força da alta concentração de tensão que surge na região de junta.

Assim sendo, faz-se imprescindível o estudo dos efeitos causados na resistência e danos

provocados nestas regiões.

As ligações parafusadas são amplamente utilizadas entre componentes metálicos pelas

indústrias automotivas, aeroespaciais, aeronáutica, ferroviária e aplicações da engenharia civil

principalmente em virtude da facilidade que oferece na montagem e inspeção (DE

BENEDETTI et.al, 2007; DRAVID et. al, 2014; LAW et.al, 2004; OLMEDO; SANTIUSTE,

2012).

Para Duthinh (2000) durante certo período houve relutância na utilização de ligações

parafusadas em membros de PRF por causa das perfurações para a realização de furos nos

laminados, por receio de cortar as fibras causando delaminações. Em virtude disso

pesquisadores vêem desenvolvendo métodos de projetos de junta mais apropriados para PRF,

o que não ocorre com muitos materiais isotrópicos que exibem certa plasticidade que aliviam

as concentrações de tensão diminuindo seus efeitos nestas regiões.

Sanjay (2002) classifica as configurações de junta como junta simples “single lap joint”,

juntas duplas “double lap joint” e juntas de topo “butt joints” conforme figura 12.

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Figura 12: Tipos de juntas mecânicas, a) juntas simples b) junta dupla e c) junta de

topo.

Fonte: SANJAY, 2002

Assim como qualquer processo utilizado para unir peças as ligações mecânicas apresentam

vantagens e desvantagens que são apresentadas na tabela 3, a seguir.

Tabela 3: Vantagens e Desvantagens das ligações mecânicas

Vantagens Desvantagens

Permite desmontagem sem causar danos às partes

envolvidas.

Permite desmontagem acidental sem as devidas precauções.

Apresenta facilidade de manutenção, serviço, reparações,

aprimoramentos, descarte final e portabilidade.

Concentração de tensão nas regiões em que são introduzidos

os fixadores (parafusos, rebites e pinos).

Permite movimento intencional (com certo grau de

liberdade) em estruturas dinâmicas.

Alguns materiais não suportam regiões com concentração de

tensões com perda de eficácia ou falha das partes.

Não altera a composição e micro-estrutura do material. Permitem à introdução de fluidos (umidade, água e ar), esses

vazamentos podem acelerar a corrosão.

Permite a união entre materiais fundamentalmente diferentes

uns dos outros.

A tensão aplicada para a montagem de alguns fixadores

mecânicos pode ser elevada para evitar o afrouxamento da

ligação em serviço.

a)

b)

c)

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Fornece meio de transferir integridade estrutural com

tolerância a danos.

Os fixadores mecânicos pode adicionar peso quando

comparados com outros processos de união.

Envolve pouca ou nenhuma preparação especial das juntas. Alguns métodos de fixação mecânica (instalação dos

parafusos) podem ser difíceis de serem automatizados.

Custo relativamente baixo e requerendo apenas habilidade

limitada do operador.

A eficiência das juntas para a maioria dos métodos é alta.

Fonte: MESSLER, 2004

Dentre essas vantagens apresentadas por Messler (2004) as que mais favorecem as atividades

industriais e por isso, muito enfatizadas por diversos autores são a facilidade de montagem,

desmontagem, inspeção para fins de manutenção, o fato de não ser necessário à preparação

prévia da superfície para a utilização dessas ligações e o baixo custo (OLMEDO,

SANTIUSTE, 2012; ROSALES et. al, 2005; SRINIVASA et al., 2009; ASHRAFI et al.,

2012; TSOUVALIS, KARATZAS, 2011).

Estudos vêem sendo desenvolvidos nas investigações do impacto das ligações parafusadas em

compósitos PRF. Tang et.al (2014) investigou as propriedades mecânicas e mecanismos de

falha de juntas parafusadas em compósitos reforçados com fibras trançadas de carbono-

carbono (C-Cs) numericamente e experimentalmente. Tentou encontrar uma correlação entre

o ensaio experimental e o modelo numérico através do Método dos Elementos Finitos (MEF).

Primeiramente as propriedades mecânicas das juntas e mecanismos de falha foram obtidos

através de experimentos. Experimentalmente caracterizou os mecanismos de falha das juntas

simples unicamente parafusada (SUP), com um parafuso, e juntas simples multi parafusadas

(SMP), com dois parafusos, para fornecer dados suficientes a projetos de juntas em larga

escala. Foram fixados os valores de espessura (t) igual 5 mm, diâmetro do furo (D) igual 10

mm e L = 150 mm. Para as juntas SUP foram variados a largura (W) e a distância da boda ao

centro do furo (e) nas seguintes relações W/D = 3 e e/D = 3. Para as juntas SMP foram

utilizadas as seguintes relações W/D = 3; e/D = 3 e p/D = 2, sendo p a distância entre

parafusos. Os efeitos do parâmetro de geometria, através da variação desses parâmetros, o

modo de falha e as propriedades mecânicas das juntas foram analisados através de modelo

numérico. Concluiu-se que as cargas de falha das juntas analisadas previstas pelo MEF foram

próximas dos valores experimentais, porém os valores numéricos foram ligeiramente maiores

que o experimental, provavelmente devidos a defeitos de fabricação dos compósitos que não

foram considerados na simulação numérica.

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Yun et.al (2014) avalia a resistência de juntas dupla “double lap” multi parafusadas (DMP)

(com cinco parafusos) em compósitos carbono/epóxi experimentalmente e utilizando análise

numérica por MEF. Experimentalmente foram produzidos e analisados dois grupos de DMP

com diferentes seqüência de empilhamento [0/45/0/-45/90/0/90/]s e [0/45/0/-45/90/0/-

45/0/45/0/90/0]s com espessura de 2 mm e 3 mm.

Wankhade; Jadhao (2014) examinou a distribuição de tração e de tensão de esmagamento de

juntas parafusadas single lap em dois tipos de materiais: compósitos de fibras de vidro e

placas de aço leve com um e quatro parafusos usando a análise numérica através do MEF. Os

resultados mostraram que a tensão de tração e de esmagamento é menor para os compósitos

laminados quando comparado com o aço e que a redução de peso da esrtutura favorece

também os compósitos reforçados com fibras de vidro. Concluiu-se também que a

concentração de tensão dos compósitos laminados foram menores que as apresentadas pelo

aço o que favorece a resistência da estrutura.

Turvey; Wang (2007) investigou experimentalmente os efeitos da temperatura e da umidade

nas falhas das juntas simples “single lap” unicamente parafusadas de compósitos reforçados

com fibras de vidro na resistência do material. Observou-se a redução da capacidade de carga

das juntas devidos as condições de temperatura e umidade, houve uma perda de resistência à

carga de tração de 60%, nas juntas de tração de juntas SUP submetidas à submersão de 65

semanas em água e 60ºC de temperatura.

Valente (2012) investigou os danos causados na furação de compósitos reforçados com fibras

de vidro e a influência na capacidade de resistência estrutural. Foram estudados dois métodos,

o de furação convencional, furo simples com broca no eixo axial e o de furação por orbital,

em que o furo é executado radialmente. Concluiu que a furação por orbital apresentou uma

delaminação inferior à furação convencional. Para a medição da extensão da deliminação

presente no material foram utilizados dois métodos para aquisição das imagens: a radiografia

e a inspecção ultra sônica (C-Scan).

2.6.1. Escolha dos Fixadores

Fixadores mecânicos consistem em dispositivos mecânicos complementares que são

utilizados para inter travar macroscopicamente dois ou mais elementos causando interferência

em cada elemento que compõe a junta para transferir carga de um elemento ao outro em

cisalhamento ou em tração. Sua finalidade é manter as partes ou elementos estruturais com

bom arranjo, proximidade e orientação para permitir que a estrutura global possa exercer suas

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funções sem separação indesejada, ou no extremo, a desmontagem. Os tipos de fixadores

utilizados para compósitos são os mesmos utilizados para materiais monolíticos como é o

caso do aço, porém, com algumas especificações (MESSLER, 2004).

Os parafusos auto- perfurantes são pouco utilizados em PRF, pois, tendem a puxar e remover

a fibra da matriz, que são responsáveis pela resistência do compósito já que a matriz possui

baixa resistência. Os rebites com tamanho maior que o normal nas extremidades são

empregados para distribuir carga e evitar o fluxo frio. Os parafusos de grandes diâmetros são

utilizados amplamente com porcas ou com anilhas e muitas vezes com buchas e inserções,

para evitar o fluxo frio através do aperto, tensões e força de embutimento. Os pinos são

usados geralmente com inserções no furo, buchas e mangas para evitar o fluxo frio induzido

por embutimento. Na figura 13 esses fixadores são ilustrados.

Figura 13: Intertravamento por meio de a) rebite, b) parafusos e c) pinos.

a) b) c)

Fonte: MESSLER, 2004; SANJAY, 2002

2.6.2. Modos de falhas nas juntas mecânicas

Os modos de falhas em juntas de compósitos poliméricos reforçados com fibras são

semelhantes às apresentadas às ligações metálicas, podendo ocorrer à falha por: falha por

tração, falha por cisalhamento, falha por embutimento, falha por clivagem e falha por pull-

out. Sendo os dois últimos modos de falha falhas específica em materiais compósitos

(DUTHINH, 2000; MESSLER, 2004). Já para LIE et al., 2000 Os fixadores mecânicos

fornecem o principal meio para transferência de carga entre os componentes do compósitos,

porém criam regiões de concentração de tensão que conduzem a modos de falhas: net-section

tension, bearing e shear-out nos compósitos. Os mecanismos de falhas em PRF dependem do

tipo de reforço e orientação das fibras, tratamento da superfície, projeto de junta, qualidade do

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furo e tipo de matriz (MESSLER, 2004). Na figura 14 se encontramos modos de falhas

apresentados por Duthin, 2000 em CPRF que serão adotados neste trabalho.

Figura 14: Modos de Falha em CPRF

Fonte: DUTHINH, 2000

2.6.3. Parâmetros geométricos da ligação

Conforme Sanjay (2002) existem alguns fatores que afetam a resistência de uma junta

mecânica tais como, relacionados com a produção do compósito, a orientação das fibras, ou

seja, a seqüência de empilhamento e a natureza das fibras. Qualidade da furação para fixação

dos conectores, aspecto relacionado com à delaminação existente no furo. Força aplicada no

aperto do conector e por fim os parâmetros que serão estudados neste item os parâmetros de

junta (diâmetro de furo e distância do centro e a borda).

Os parâmetros geométricos das ligações mecânicas unicamente parafusadas deste trabalho

serão baseados nas normas ASTM D 5961/D e ASTM D 5961 M-10 conforme ilustração na

figura 15.

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Figura 15: geometria da junta single lap unicamente parafusada

Fonte: ASTM D 5961/D e ASTM D 5961 M-10, 2003

Sendo,

e: distância do centro do parafuso e a borda livre (distância longitudinal às bordas)

W: Largura

L: Comprimento

D: diâmetro do furo

d: diâmetro do parafuso

t: espessura

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3. MATERIAIS E MÉTODOS

Neste item serão descritos as atividades experimentais desenvolvidas, assim como os

materiais, ensaios e equipamentos que serão utilizados para alcançar os objetivos deste

trabalho. O procedimento experimental desta pesquisa será constituído em quatro etapas,

sendo a primeira a produção dos compósitos laminados a partir de tecido unidirecional de

sisal, confeccionado em máquina de tear manual, impregnado por resina termofixa poliéster

através de moldagem por infusão a vácuo, e variação da orientação das laminas de tecido. A

segunda etapa consiste na caracterização mecânica do material, através de corpos de prova

denominado grupo referência, através de ensaio de tração com extensiometria para obtenção

do módulo de elasticidade longitudinal (E11), do módulo de elasticidade transversal (E12), do

coeficiente de poisson e do amortecimento e análise da superfície através da Microscopia

Eletrônica de Varredura (MEV). A terceira etapa analisará os efeitos da presença de furos nos

compósitos, através de caracterização mecânica por ensaio de tração, a utilização do MEV

permitirá a identificação dos possíveis danos da presença de furos no material e a análise de

tensões identificará as áreas que houve predominância de concentração de tensão. A quarta

etapa serão analisados os efeitos da variação dos parâmetros geométricos de ligação (W/D e

W/e) das ligações mecânicas parafusadas nos compósitos através do ensaio de tração. O

fluxograma do procedimento experimental deste trabalho pode ser visualizado na figura 16.

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Figura 16: Fluxograma experimental

Fonte: O Autor

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2.7. REFORÇO - TECIDO DE SISAL

O tecido de sisal utilizado como reforço para a matriz polimérica, utilizado neste trabalho,

será o tramado do tipo simples (TSI) desenvolvido por Caldas (2014). A confecção do tecido

está sendo realizada no laboratório Timoshenko da UFBA, utilizando-se de um tear manual

para o entrelaçamento dos fios de sisal. No tipo TSI os fios de sisal (trama) passam

alternadamente por cima e por baixo da linha de algodão (urdume) conforme figura 17.

Figura 17: a) Desenvolvimento do tecido (TSI) em tear manual e b) alinhamento dos

fios de sisal no tecido (TSI)

a) b)

Fonte: O autor, 2014.

O tecido está sendo desenvolvido com fios naturais de sisal fornecido pela Hamilton Rios

Indústria Comércio e Exportação Ltda, com titulação de 700 m/Kg, produzido a partir da fibra

de sisal “in natura” (figura 18).

Figura 18: Fio de sisal natural 700 m/Kg .

Fonte: O autor, 2014.

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2.8. MATRIZ: RESINA TERMOFIXA INSATURADA DE POLIÉSTER

A matriz utilizada na conformação do compósito deste trabalho será uma resina de poliéster,

tixotrópica, insaturada, pré-acelerada, e de baixa viscosidade, obtida parcialmente a partir de

matérias-primas de fontes renováveis de ciclo curto e matérias-primas oriundas de pós-uso,

fornecida pela ELEKEIROZ Ltda, a BIOPOLI BP 290 - 35. Será utilizado como catalisador o

peróxido de metil etil cetona (MEKP) em uma proporção de 1% em peso da resina.

2.9. CONFORMAÇÃO DOS COMPÓSITOS

Os compósitos serão moldados por infusão a vácuo, em dispositivo que está sendo

desenvolvido no laboratório Timoshenko, composto por duas placas de acrílico de 50 cm x 50

cm que serão separadas por silicone para fins de vedação. Foram feitas duas aberturas de

acesso às mangueiras para entrada de resina e saída do vácuo, localizadas nas diagonais de

uma das placas de acrílico (figura 19).

Figura 19: Desenvolvimento de dispositivo para infusão a vácuo.

Fonte: O autor, 2014.

Será utilizado álcool desmoldante em líquido para facilitar a desmoldagem das placas dos

laminados após a cura, evitando, assim, a adesão entre o compósito e a placa de acrílico.

Os tecidos de sisal “in natura” (TSI) serão cortados em dimensões de 30 cm x 30 cm e serão

utilizadas quatro camadas para a conformação do compósito, segundo as seguintes

orientações de configurações do laminado: [0º/0º/0º/0º]; [0º/±45º/0º] e [0º/90º/90º/0º]. O

tempo de moldagem será limitado em função do tempo de gel (tgel) do poliéster.

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2.10. CARACTERIZAÇÃO DOS COMPÓSITOS

O ensaio de tração seguirá as diretrizes da norma ASTM D 3039, realizado na máquina de

ensaio universal EMIC DL 2000 (figura 20), com as seguintes condições: célula de carga SV

com capacidade de 2 toneladas, velocidade de ensaio 2 mm/min velocidade de retorno 200

mm/min, comprimento de base de 200 mm. Serão ensaiados 6 corpos de prova para cada

amostra com dimensões de 254 mm x 25,4 mm.

Figura 20: máquina de ensaio universal EMIC DL 2000

Fonte: O autor, 2014.

2.11. EFEITOS DOS FUROS

As amostras de CPRTS com as seguintes orientações dos tecidos: [0º/0º/0º/0º]; [0º/±45º/0º] e

[0º/90º/90º/0º] com furos concêntricos de 10 mm (figura 21) serão analisadas segundo ensaio

de tração para se identificar os efeitos da furação na resistência desses materiais.

Figura 21: Esquema dos furos concêntricos em corpos de prova.

Fonte: O autor, 2014.

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Para as análises da morfologia das regiões próximas ao furo serão utilizadas as imagens

geradas pelo MEV.

2.12. COMPORTAMENTO DAS LIGAÇÕES MECÂNICAS PARAFUSADAS

A geometria e o ensaio segue a norma ASTM sandard D5961/D 5961M-10. Para as amostras

do tipo junta sigle lap unicamente parafusada serão analisadas as seguintes relações

geométricas: W/D = 2, W/D = 4 e W/D = 6 e e/D = 2, e/D = 4 e e/D = 6. Foram fixados os

seguintes parâmetros: t = 5 mm referente à quantidade de laminas (quatro) adotada para a

confecção do laminado, L = 254 mm e D = 10 mm. Na figura 22 se encontra o diagrama

esquemático dos parâmetros que serão analisados. Todas essas amostras serão ensaiadas sob

tração, na máquina de ensaio universal EMIC DL 2000.

Figura 22: Diagrama esquemático da ligação single lap unicamente parafusada

Fonte: O autor, 2014.

Sendo, e: distância do centro do parafuso a borda livre (distância longitudinal às bordas), W:

largura, L: comprimento, D: diâmetro do furo, d: diâmetro do parafuso e t: espessura.

Matriz - Poliéster

Reforço - tecido de sisal

W

L

e

D

d

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4. VIABILIDADE E FINANCIAMENTO

O poliéster biodegradável foi fornecido pela empresa ELEKEIROZ. O tecido de sisal será

confeccionado nas dependências do laboratório Timoskhenko – UFBA. Os experimentos

serão realizados nos laboratórios da Escola Politécnica da UFBA, o Timoshenko.

A conclusão do projeto está estimada em 24 meses, sendo que 8 meses serão destinados a

revisão bibliográfica e 8 meses para execução de ensaios em laboratório e 8 meses análises

de resultados e conclusões.

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CRONOGRAMA FÍSICO FINANCEIRO

ANO I ANO II

ITEM ATIVIDADES 1 2 3 4 1 2 3 4

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

1 Revisão Bibliográfica x x x x x x

2 Revisão Bibliográfica x x

3 Ensaios em Laboratório

4 Ensaios em Laboratório x x x X

5 Tratamento de dados e análise de

resultados

x x x x X x x x

6 Produção Textual x x x x x x x x x x x x x x x X x x x x X x x x

7 Apresentação de Seminário x

8 Qualificação x

9 Defesa do Projeto x

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5. RESULTADOS ESPERADOS

Após confecção dos corpos de prova sem e com ligações e realizados os ensaios de tração,

espera-se caracterizar o comportamento mecânico e os modos de falhas característicos dos

corpos de prova submetidos às ligações mecânicas. Pretende-se estabelecer estudos

comparativos para uma melhor compreensão do comportamento do material estudado e

possibilitar a definição de parâmetros que possam viabilização do uso de conexões mecânicas

em CPRTS e utilização deste material para utilização em larga escala na construção civil.

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