Principales aplicaciones em construcción de los compuestos fibrosos de

matriz cementícia

Holmer Savastano Jr. Holmer Savastano Jr. -- USPUSP

ObjetivoObjetivo

Estudo das caracterEstudo das caracteríísticas dos mercados sticas dos mercados de fibrocimentode fibrocimento

AnAnáálise dos produtoslise dos produtos Caixas dCaixas d’á’água gua Telhas corrugadasTelhas corrugadas

FibrocimentoFibrocimento

Algumas consideraAlgumas consideraçções de ões de mercadomercado

FibrocimentoFibrocimento

AustrAustráália. Uso de celuloselia. Uso de celulose--cimento na indcimento na indúústria desde stria desde 1980 (Coutts, 1986)1980 (Coutts, 1986)

Malavi, África. Telha de fibra vegetal-cimento com estrutura de bambu (Skat, 1993)

IndIndúústria mundial de placas de stria mundial de placas de fibrocimentofibrocimento

Heinricks, 2000

FIBROCIMENTO

Com amianto

Sem amianto

Total Fração sem amianto

ÁREA

(milhões de m2 ao ano) (%) Ásia e Austrália 610 80 690 12 Europa 100 190 290 66 América Central e do Sul 140 50 190 26 América do Norte 0 100 100 100 África 20 10 30 33 Total 870 430 1300 33

Fibrocimento no BrasilFibrocimento no Brasil

80% das habita80% das habitaçções têm algum tipo de ões têm algum tipo de fibrocimento (ABIFibro)fibrocimento (ABIFibro)

90%

5% 5%

Telhas onduladas

Caixas d'água

Outros componentes

((……) Fibrocimento no Brasil) Fibrocimento no Brasil

ABIFibro, 2001

ESTIMATIVA DO MERCADO DE COBERTURAS - BRASIL/2000 Residencial Industrial/Comercial TOTAL Produto Mil m2 Particip.% Mil m2 Particip.% Mil m2 Particip.%

Fibrocimento 172.600 48,38 50.500 49,29 223.100 48,58 Cerâmica 173.100 49,08 950 0,93 176.050 38,34 Aço 450 0,13 40.270 39,31 40.720 8,87 Alumínio 1.075 0,30 9.675 9,44 10.750 2,34 Outros 7.520 2,11 1.060 1,03 8.580 1,87 TOTAL 356.745 102.455 459.200

Comparativo de custosComparativo de custos

Telha Tipo Custo da telha(R$/m2)

Custo total dotelhado (R$/m2)

Variação(%)

4 mm 2,19 20,32 -Cimentoamianto 6 mm 4,49 30,42 49,7Cerâmica Popular 5,76 48,07 136,6Plástica PICC 23,73 52,98 160,7Asfáltica Onduline 7,57 38,70 90,5Concreto Tégula 17,15 68,36 236,4

Custo baseado em telhado de 80 m2.

Mercado de caixas dMercado de caixas d’á’água no gua no BrasilBrasil

ResidentialPRODUCTEquivalent to 500 l water tanks & cap 103 units %

Fibre-cement 1,715 55.61Plastics/Polyethylene 1,018 33.01Fibre glass 310 10.05Steel 41 1.33TOTAL 3,084 100.00Source: Etenit (2001)

Tecnologias para Tecnologias para fibrocimentofibrocimento

Telhas corrugadasTelhas corrugadas

ProduProduçção de chapas ão de chapas corrugadascorrugadas

Different markets, climates and Different markets, climates and performance requirementsperformance requirements

Three main systemsThree main systems AirAir--cure, filter presses, mixture of PVA & cure, filter presses, mixture of PVA &

cellulose fibres (e.g. Landini)cellulose fibres (e.g. Landini) Similar, but unpressed (e.g. Etex)Similar, but unpressed (e.g. Etex) Autoclaved and pressed (e.g. James Autoclaved and pressed (e.g. James

Hardie)Hardie)

Custo das formulaCusto das formulaççõesõesAir Cured Formulations

MaterialAir Cured

% Wt S.G. VolumeCost

$/tonneExtended

CostAsbestos 8.0 2.8 2.86 600.00$ 48.00$ Cement 72.0 3.2 22.50 80.00$ 57.60$ Silica 20.0 2.65 7.55 25.00$ 5.00$

100.0 32.90 Total $/t 110.60$ Dry Materials SG 3.04 Cost $/m3 157.61$ OD SG Product 1.43

Cellulose 3.5 1.5 2.33 550.00$ 19.25$ PVA 2.0 1.2 1.67 4.000.00$ 80.00$ Cement 74.5 3.2 23.28 80.00$ 59.60$ Silica 20.0 2.65 7.55 25.00$ 5.00$ AH3 0.0 2.6 0.00 230.00$ -$

100.0 34.83 Total $/t 163.85$ Dry Materials SG 2.87 Cost $/m3 220.59$ OD SG Product 1.35 Cooke (2000)

(...) Custo das formula(...) Custo das formulaççõesõesAutoclaved Formulations

MaterialAutoclaved

% Wt S.G. Volume Cost

$/tonne Extended

CostAsbestos 8.0 2.8 2.86 600.00$ 44.44$ Cement 50.0 3.2 15.63 80.00$ 37.04$ Silica 50.0 2.65 18.87 25.00$ 11.57$

108.0 37.35 Total $/t 93.06$ Dry Materials SG 2.89 Cost $/m3 126.17$ OD SG Product 1.36

Cellulose 8.0 1.5 5.33 550.00$ 39.29$ PVA 0.0 4.000.00$ -$ Cement 40.0 3.2 12.50 80.00$ 28.57$ Silica 60.0 2.65 22.64 25.00$ 13.39$ AH3 4.0 2.6 1.54 230.00$ 8.21$

112.0 42.01 89.46$ Dry Materials SG 2.67 Cost $/m3 111.83$ OD SG Product 1.25 Cooke (2000)

TransformaTransformaçção para asbestosão para asbestos--freefree

Additional capital cost vs materials costAdditional capital cost vs materials cost Pulping refiningPulping refining

machinery investmentsmachinery investments operational costsoperational costs

Autoclave technologyAutoclave technology typical plant requires ~US$3typical plant requires ~US$3--4 million4 million

MaterialsMaterials PVA fibre & silica fume for airPVA fibre & silica fume for air--cure processcure process

Produtos Produtos comerciaiscomerciais

Estudo caixa Estudo caixa dd’á’águagua

Fibrocimento comercial sem Fibrocimento comercial sem amiantoamianto Caixa dCaixa d’á’água cilgua cilííndricandrica

Processo MagnaniProcesso Magnani Capacidades 250 Capacidades 250 -- 500 500 -- 1000 L1000 L

Matriz cimentMatriz cimentííciacia Cimento Portland composto CP II FCimento Portland composto CP II F Material carbonMaterial carbonááticotico

ReforReforçço fibrosoo fibroso ÁÁlcool polivinlcool poliviníílicolico ResResííduos de celuloseduos de celulose

ComposiComposiçção da matrizão da matriz Cimento Portland : calcCimento Portland : calcáário rio 3:1 e 1:13:1 e 1:1 Fibra de PVA chinês STMFibra de PVA chinês STM Fibras celulFibras celulóósicassicas

222235351515334242

ResResííduo insolduo insolúúvelvelPerda ao fogoPerda ao fogoSiOSiO22MgOMgOCaOCaO

FFííler calcler calcáário (% em massa)rio (% em massa)

Polpa celulPolpa celulóósicasica

0,770,77ResResííduo da indduo da indúústria papeleira stria papeleira aa

1,581,58Polpa mecânica recicladaPolpa mecânica reciclada

0,970,97Polpa Kraft branqueada de eucaliptoPolpa Kraft branqueada de eucalipto

Comprimento Comprimento mméédio (mm)dio (mm)

Tipo de fibraTipo de fibra

a 60% em massa de fíler mineral

FabricaFabricaçção da caixa dão da caixa d’á’águagua

Método Magnani

Drenagem a vácuo e prensagem

Desmol-dagem

Imbralit Ltda.

(John, V.M.)

MOLDAGEM DAS CAIXASMOLDAGEM DAS CAIXAS

Rolo AcabadorCentral

MOLDAGEM DAS CAIXASMOLDAGEM DAS CAIXAS

Rolo Acabador de Fundo

MOLDAGEM DAS CAIXASMOLDAGEM DAS CAIXAS

Rolo Acabador da Borda

MOLDAGEM DAS CAIXASMOLDAGEM DAS CAIXAS

Cone Acabador de Fundo

MOLDAGEM DAS CAIXASMOLDAGEM DAS CAIXAS

CURA DAS CAIXASCURA DAS CAIXAS

Ensaios fEnsaios fíísicossicos

Massa especMassa especíífica, absorfica, absorçção de ão de áágua e vazios gua e vazios (ASTM C948(ASTM C948--81)81)

Preenchimento com Preenchimento com áágua por 96hgua por 96h Teste de permeabilidadeTeste de permeabilidade

Envelhecimento acelerado Envelhecimento acelerado (EN 494)(EN 494)

ÁÁgua quentegua quente AtAtéé 365 dias365 dias

6060ooCC

Exposição real Ensaio

SaturaSaturaçção & secagemão & secagem AtAtéé 100 ciclos100 ciclos ÁÁgua (18 h) + estufa (6 h)gua (18 h) + estufa (6 h)

6060ooCC

+

Resultados & Resultados & DiscussãoDiscussão

CompCompóósitos com diferentes sitos com diferentes polpas celulpolpas celulóósicassicas

7,92 7,92 ±± 0,430,439,79 9,79 ±± 0,880,889,99 9,99 ±± 0,990,99MMóódulo de dulo de ruptura ruptura (MPa)(MPa)

Polpa mecânica Polpa mecânica + res+ resííduo duo papeleiropapeleiro

Polpa Polpa mecânicamecânica

Polpa Polpa virgemvirgemFibraFibra

Envelhecimento acelerado Envelhecimento acelerado (1,5% PVA)(1,5% PVA)

9.88

8.93

12.0613.18

12.32

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

16.00

Controle Água quente 56 d Água quente 365 d 50 ciclos 100 ciclos

Condição do ensaio

Mód

ulo

de ru

ptur

a (M

Pa)

Telhas corrugadasTelhas corrugadas

Ensaio das telhasEnsaio das telhas

SimulaSimulaçção por elementos finitosão por elementos finitosMAY 24 2003NODAL SOLUTIONSTEP=1 SUB =1 TIME=1 UY (AVG) RSYS=0PowerGraphicsEFACET=1AVRES=MatDMX =.009502 SMN =-.009442 SMX =.001486

1

MN

MX

X

Y

Z

XV =1 YV =1 ZV =1 DIST=.893154 XF =.316573 YF =.005414 ZF =.61 Z-BUFFER

-.009442 -.008227 -.007013 -.005799 -.002156 -.942E-03 .272E-03 .001486

Telha de Cimento Celulose de 4mm

Espessura para atender a norma Espessura para atender a norma f(Resistência do cps)f(Resistência do cps)

y = -0.1029x3 + 2.2338x2 - 17.426x + 57.94R2 = 1

89

10111213

1415161718

3 4 5 6 7 8 9

Espessura (mm)

Tens

ão m

áxim

a de

traç

ão p

ara

carg

a de

330

0 N

/m (M

Pa) Perfil 6mm (Nominal)

Telha 6mm C=3300N/m

CalorCalor--chuvachuva

EquipamentoEquipamento

Dispositivo de Dispositivo de envelhecimento envelhecimento acelerado para telhasacelerado para telhas

Resultados obtidos Resultados obtidos -- FlexãoFlexão

0

2

4

6

8

10

12

0 5 10 15 20 25 30 35Flecha (mm)

Tens

ão (M

Pa)

0 ciclos25 ciclos

Curvas médias

MicroestruturaMicroestrutura

0.000

0.005

0.010

0.015

0.020

1.E+001.E+011.E+021.E+031.E+041.E+051.E+06Diâmetro (nm)

Vol

ume

de m

ercú

rio in

trudi

do (m

L/g)

Curva média_sem envelhecimento

Curva média_25 ciclos

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000Temperature /°C

65

70

75

80

85

90

95

100

TG /%

-1.2

-1.0

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

DTG /(%/min)

[1]

[2]

[2][1]

MicroestruturaMicroestrutura

0 ciclos

25 ciclos

Desempenho Térmico de Diferentes Tipos de

Telhado em Bezerreiros Individuais

ObjetivoObjetivo

Pesquisar a eficiência de abrigos individuais para bezerros cobertos por telhas de cimento-celulose, em área não sombreada e área sombreada, a partir de índices de conforto (carga térmica radiante e índice de temperatura de globo e umidade).

ProduProduçção e ensaio das telhasão e ensaio das telhas

Resultados

48,049,050,051,052,053,054,055,056,0

27/se

t29

/set

1/out

3/out

5/out

7/out9/o

ut17

/out

19/ou

t21/o

ut23

/out

25/ou

t27

/out

29/ou

t31/o

ut2/n

ov

Data

Freq

. Res

p. (m

ov/m

in)

400,0

420,0

440,0

460,0

480,0

500,0

520,0

540,0

CTR

(W/m

2 )

FR CTR

Variáveis Cel/Som* Cel/Sol*

Entalpia (kJ/kg ar seco) 88,43a 90,84b

CTR 485,58a 481,93b

ITGU 78,75a 79,36a

TBS (ºC) 28,74a 29,63b

TGN (ºC) 28,84a 29,33a

UR (%) 74,53a 72,38a

Temperatura retal (ºC) 39,00a 39,60b

Freq. resp. (mov/min) 42,50a 54,70b

* Cel/Sol: celulose/sol; Cel/Som: celulose/sombra.

Comparação da Eficiência Térmica de Telhas

de Fibrocimento sem Amianto e com Amianto

em Instalações para Vitelos

ObjetivoObjetivo

Experimento 2

Comparar o uso de coberturas de telha de cimento-amianto e telha não convencional de cimento-celulose em instalações rurais para bezerros em confinamento (vitelos).

Instalação do telhado

Cobertura do cocho de alimentaCobertura do cocho de alimentaçção dos animaisão dos animais

VariVariááveis climveis climááticasticas

Desempenho tDesempenho téérmicormico

0,05,0

10,015,020,025,030,035,040,045,050,0

00:00

02:00

04:00

06:00

08:00

10:00

12:00

14:00

16:00

18:00

20:00

22:00

Horário

Tem

pera

tura

de

Supe

rfíc

ie (o

C)

Cimento Amianto Cimento Celulose

11,5oC

Temperatura de superfTemperatura de superfííciecie

IFB IFC ICA

1,8 m

2,4 m

3,0 m

Temperatura Ambiente (oC)

32 - 3331 - 3230 - 3129 - 30

IFB IFC ICA

1,8 m

2,4 m

3,0 m

Temperatura Ambiente (oC)

32 - 3331 - 3230 - 3129 - 30

Gradiente interno de temperaturaGradiente interno de temperatura

IFB – telha de cimento celulose

IFC – cimento celulose + climatização

ICA – telha de cimento amianto

Temperatura de peleTemperatura de pele

Mestiço

28,029,030,031,032,033,034,035,036,037,038,0

06:00 14:00

Horário

Tem

pera

tura

de

Pele

(o C)

ICA IFB IFC

Holandês

28,029,030,031,032,033,034,035,036,037,038,0

06:00 14:00Horário

Tem

pera

tura

de

Pele

(oC

)

ICA IFB IFC

Desempenho dos vitelosDesempenho dos vitelosVariVariááveis fisiolveis fisiolóógicasgicas

CaracterCaracteríísticas tsticas téérmicasrmicasRegistros climáticos exterior

Registros climáticos interior

Temperatura da superfície interna da telha

Protótipo CRHEA, EESC, USP

18,23

27,41

29,27

17,02

30,09

18,38

36,34

18,04

14

1618

20

2224

26

28

3032

34

3638

40

4 4 4 4 4 4 5 5 5 5 5 6 6 6 6 6 7 7 7 7 7 7 8 8 8 8 8 9 9 9 9Dias

Tem

pera

tura

(ºC)

Escória tbs (2m) Escória tsi Cimento tbs (2m) Cimento tsi tbs = temperatura de bulbo seco tsi = temperatura superficial interna

Estudo das propriedades tEstudo das propriedades téérmicasrmicas

• Telhas de cimento de escória - cor clara (efeito da carbonatação)- maior porosidade aparente

Influência de Diferentes Recursos de

Climatização na Produção de Leite

ObjetivoObjetivo

Avaliar a influência de recursos de climatização no microclima interno das instalações para vacas lactantes.

Instalações utilizadas: i) controle (cobertura de telha de cimento-

amianto);

ii) com cobertura idêntica a anterior e aspersão associada à ventilação;

iii) tela (cobertura de tela de polipropileno).

Soluções economicamente viáveis

Tela plástica (IT)Altura: 3,5 m

Resultados

Experimento 3

60

64

68

72

76

08:00 11:00 13:00 17:00Horário

enta

lpia

(kJ.k

g-1 d

e se

co)

Controle Climatizado Tela

Índice de produtividade econômica: ICLCusto fixo

Descrição R$ Depreciação (anual) 171,03 Manutenção (anual) 210,00 Total anual 381,03 Total mensal 31,75

Custo variável Consumo de água 4,94 Energia elétrica – bomba 17,50 Energia elétrica - ventilador 18,87 Total mensal 41,31

Custo total Total mensal 73.06 Total em 32 dias (CT) 77,93

Receita (32dias) Produção de leite ICL 2.209,92 Produção de leite ICO 2.177,47

Resultado Diferença de receita (ICO – ICL) (RT) 32,43 IPE (RT/CT) 0,42

Índice de produtividade econômica: IT

Custo fixo

Descrição R$

Depreciação (anual) 105,00

Total anual 105,00

Total mensal 8,75

Total em 32 dias (CT) 9,33

Receita

Produção de leite IT (32 dias) (RT) 2.358,78

Resultado

Diferença de receita (IT – ICO) 181,29

IPE (RT/CT) 19,42

Martello (2002)

AvaliaAvaliaçção do conforto tão do conforto téérmico e do rmico e do desempenho de frangos de corte desempenho de frangos de corte

confinados em galpão avconfinados em galpão avíícola com cola com diferentes tipos de coberturasdiferentes tipos de coberturas

ObjetivoObjetivo

Experimento 4

Avaliar o conforto térmico em galpão para criação de frangos de corte, tanto do ponto de vista das variáveis ambientais, como no que se refere aos reflexos causados sobre os animais.

Coberturas testadas: i) telha de cerâmica (controle); ii) telha de cimento com polpa celulósica de eucalipto;

iii) telha de fibrocimento com reforço de PVA.

Vista do galpão experimental

CPK Isa Hubbard lineCPK Isa Hubbard lineFibrocement reforced with of PVA fibersCobb lineCement with cellulose pulpCeramicMaterial

s and method

s

Tratamentos

Cimento com polpa de celulose

Fibrocimento com reforço de fibras de PVA

Cerâmica

CPK Isa Hubbard

Cobb

CPK Isa Hubbard

CPK Isa Hubbard

Cobb

Cobb line

62,065,068,071,074,077,080,0

08:00 11:00 14:00 17:00 20:00

Hora

ITG

U

Externo Cimento Celulose Cerâmica Fibrocimento PVA

Valores médios de GTHI nos diferentes horários e ambientesLimite inferior (IL) e superior (SL) para conforto dos frangos (Furtado et al., 2003).

SL

IL

Avaliação térmica dos ambientes - GTHI

GTH

I

Hours

Exterior CeramicCement cellulose Fibrocement PVA

ResultadosResultados

400420440460480500520

08:00 11:00 14:00 17:00 20:00

Horas

CTR

(W/m

²)

Externo Cimento Celulose Cerâmica Fibrocimento PVA

Valores médios da CTR nos diferentes horários e ambientes Limite indicativo de conforto térmico (Rosa, 1984).

498,3 W/m²

Parâmetros de desempenho Parâmetros de desempenho produtivo das linhagensprodutivo das linhagens

Parâmetros zootécnicos de desempenho

Cimento celulose Cerâmica Fibrocimento com PVA

Cobb CPK Isa Hubbard Cobb CPK Isa

Hubbard Cobb CPK Isa Hubbard

Consumo médio de ração/ave (kg) 3,409a 2,460 b 3,478 a 1,796 c 3,302 a 2,163 b

Ganho de peso médio (kg) 1,247 a 0,749 b 1,291 a 0,664 b 1,330 a 0,681 b

Conversão alimentar (kg.kg-¹) 2,700 a 3,300 b 2,700 a 3,000 b 2,500 a 3,200 b

Letras iguais na mesma linha indicam não haver diferença significativa com probabilidade de 10% pelo teste de Tukey.

CONCLUSÕESCONCLUSÕES ApresentaApresentaçção dos principais conceitos que ão dos principais conceitos que

guiam os experimentos no Grupo de guiam os experimentos no Grupo de ConstruConstruçções e Ambiência da USP ões e Ambiência da USP PirassunungaPirassununga

Processamento de resProcessamento de resííduos para materiais duos para materiais compcompóósitos para obtensitos para obtençção de sistemas ão de sistemas construtivos funcionais, acessconstrutivos funcionais, acessííveis e veis e sustentsustentááveisveis

Transferência dessa tecnologia para o setor Transferência dessa tecnologia para o setor produtivoprodutivo

Bamboo shelterBamboo shelterColombiaColombia

ConclusõesConclusões

Os efeitos dos ciclos de calor/chuva foram:Os efeitos dos ciclos de calor/chuva foram: Melhora da matrizMelhora da matriz

Pequeno aumento do MORPequeno aumento do MOR Aumento da tensão no limite elAumento da tensão no limite eláásticostico ReduReduçção da porosidadeão da porosidade CarbonataCarbonataççãoão

DegradaDegradaççãoão ReduReduçção da tenacidade ão da tenacidade

–– DegradaDegradaçção das fibras de celulose? ão das fibras de celulose? –– DensificaDensificaçção da zona de interface fibra/matriz? ão da zona de interface fibra/matriz?

Agências de financiamentoAgências de financiamento

13/03/2010

Muito obrigado!!Muito obrigado!!holmersj@usp.brholmersj@usp.br