tcc - utilização de filamentos de pet em concreto sem fim estrutural

FUNDAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DO TOCANTINS

CAMPUS UNIVERSITÁRIO DE PALMAS

CURSO DE ENGENHARIA AMBIENTAL

TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO - TCC

MARCELO PAULINO GALHARDO

AVALIAÇÃO DO COMPORTAMENTO DA ADIÇÃO DAS FIBRAS DE PET NAS

PROPRIEDADES MECÂNICAS DO CONCRETO

PALMAS-TO

JANEIRO/2012




Monografia apresentada à Universidade

Federal do Tocantins, sob orientação do

Professor Dr. Juan Carlos Valdés Serra, como

parte das exigências do curso de Engenharia

Ambiental, para a obtenção do Título de

Bacharel em Engenheira Ambiental.

PALMAS-TO

JANEIRO/2012

II




O presente Trabalho de Conclusão de Curso foi julgado e aprovado para a obtenção do

título de Bacharel em Engenharia Ambiental, do curso de Engenharia Ambiental da

Fundação Universidade Federal do Tocantins – UFT.

Palmas, de de 2012.

Banca examinadora:

________________________

Prof. Dr. Juan Carlos Valdés Serra

Orientador - UFT

________________________

Prof. Dr. Fernán Enrique Vergara Figueroa

Professor convidado – UFT

________________________

Prof. Dr. Rafael Montanhini Soares de Oliveira

Prof. convidado – UFT

CONCEITO DA APROVAÇÃO: _______________________________

______________________________________

Prof. DSc. Waldesse Piragé de Oliveira Junior

Coordenador de TCC

III

RESUMO

GALHARDO, M. P. AVALIAÇÃO DO COMPORTAMENTO DA ADIÇÃO DAS

FIBRAS DE PET NAS PROPRIEDADES MECÂNICAS DO CONCRETO. 2011.

Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharel em Engenharia Ambiental). Universidade

Federal do Tocantins, Palmas, TO. RESUMO.

O polietileno tereftalato (PET) é um dos plásticos mais utilizados em todo o mundo, sendo

produzidas, mundialmente, cerca de 6,7 milhões de toneladas por ano. Apesar de, no

Brasil, aproximadamente 56% do PET produzido ser reciclado, há ainda um grande

volume descartado na natureza. Assim, buscou-se nesse trabalho avaliar outro uso para

esse material: na construção civil em forma de fibras, pois elas tem comprovada eficiência

no que se refere ao controle de fissuração, ao aumento da capacidade de carga pós-ruptura

e ao aumento da ductibilidade do concreto. Foram moldados corpos-de-prova de concreto

com adição de fibras de PET com 30mm de comprimento e 5mm de largura e realizados

ensaios físicos de abatimento do tronco de cone (Slump Test), resistência à compressão,

resistência à tração por compressão diametral e módulo de elasticidade, conforme normas

específicas, para avaliar o comportamento mecânico do concreto reforçado com fibras de

PET. Todas as propriedades foram afetadas pela adição de fibras de PET, sendo que a

resistência à tração e módulo de elasticidade foram os únicos que obtiveram resultados

positivos. Já na resistência à compressão e a trabalhabilidade foi observado uma leve

diminuição, se comparados os corpos-de-prova com teor mínimo (0%) e teor máximo

(0,5%) de fibras de PET.

Palavras-Chave: PET; Concreto; Fibras; Reciclagem.

IV

ABSTRACT

GALHARDO, M. P. PERFORMANCE ASSESSMENT OF THE ADDITION OF PET

FIBERS ON THE PROPERTIES OF CONCRETE. 2011. Course Conclusion Work’s

(Bachelor in Environmental Engineering). Federal University of Tocantins, Palmas, TO.

ABSTRACT.

The polyethylene terephthalate (PET) is one of the most widely used plastics in the world,

being produced, worldwide, about 6.7 million tons per year. While in Brazil,

approximately 56% of produced PET is recycled, there is still a large amount discarded in

nature. So, this study attempted to evaluate other uses for this material: in construction in

the form of fibers, because they have proven effectiveness in relation to the control of

cracking, the increase in charge capacity after the break and increased ductility the

concrete. Were molded body-of-proof of concrete with addition of PET fibers with 30mm

long and 5mm wide and realized physical tests of abatement of truncated cone (Slump

Test), compressive strength, tensile strength by diametrical compression and modulus of

elasticity, as specific standards, to evaluate the mechanical behavior of concrete reinforced

with PET fibers. All properties were affected by the addition of PET fibers, and the tensile

strength and elastic modulus were the only that had positive results. In the compressive

strength and workability was observed a slight decrease, if compared the body-of-proof

with a minimum content (0%) and maximum (0.5%) of PET fibers.

Key-words: PET; Concrete; Fibers; Recycling.

V

LISTA DE FIGURAS

Figura 01 – Disposição fibra/fissura no concreto................................................................ 11

Figura 02 – Fibras de Polipropileno.................................................................................... 12

Figura 03 – Fibras de Aço Corrugadas e Ancoradas........................................................... 13

Figura 04 – Dimensões das fibras de PET utilizadas.......................................................... 18

Figura 05 – Esquema do ensaio Slump Test........................................................................ 20

Figura 06 – Ensaio de resistência à compressão................................................................ 20

Figura 07 – Ensaio de resistência à tração por compressão diametral................................ 21

Figura 08 – Resistência à compressão de acordo com os teores adicionados..................... 24

Figura 09 – Resistência à tração de acordo com os teores adicionados.............................. 25

Figura 10 – Módulo de elasticidade de acordo com os teores de fibras adicionados.......... 26

VI

LISTA DE TABELAS

Tabela 01 – Características dos materiais utilizados........................................................... 18

Tabela 02 – Traço utilizado na moldagem dos corpos-de-prova........................................ 19

Tabela 03 – Traço com fibras utilizado na moldagem dos corpos-de-prova...................... 19

Tabela 04 – Relação entre o abatimento do tronco de cone e o teor de fibras.................... 23

Tabela 05 – Resultados dos ensaios de resistência à compressão dos corpos-de-prova..... 23

Tabela 06 – Resultados dos ensaios de tração por compressão diametral dos corpos-de-

prova.................................................................................................................................... 24

Tabela 07 – Resultados dos ensaios de módulo de elasticidade dos corpos-de-prova........ 25

Tabela 08 – Comparação das características mecânicas de concretos produzidos com

diversos tipos de fibras........................................................................................................ 26

VII

SUMÁRIO

1 – INTRODUÇÃO .................................................................................................................... 9

2 – OBJETIVOS ....................................................................................................................... 10

2.1 – OBJETIVO GERAL .................................................................................................... 10

2.2 – OBJETIVOS ESPECÍFICOS ...................................................................................... 10

3 – REVISÃO DE LITERATURA .......................................................................................... 11

3.1 – CONCRETO ................................................................................................................ 11

3.2 – CONCRETO REFORÇADO COM FIBRAS .............................................................. 11

3.3 – FIBRAS ....................................................................................................................... 12

3.3.1 – POLIMÉRICAS .................................................................................................... 12

3.3.2 – METÁLICAS ........................................................................................................ 13

3.3.3 – MINERAIS............................................................................................................ 14

3.4 – PROPRIEDADES DO CONCRETO .......................................................................... 14

3.4.1 – TRABALHABILIDADE ...................................................................................... 14

3.4.2 – RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO ...................................................................... 14

3.4.3 – RESISTÊNCIA À TRAÇÃO ................................................................................ 15

3.4.4 – MÓDULO DE ELASTICIDADE ......................................................................... 15

3.5 – POLIETILENO TEREFTALATO (PET) .................................................................... 15

3.5.1 – HISTÓRICO.......................................................................................................... 16

3.5.2 – ASPECTOS FÍSICOS E QUÍMICOS ................................................................... 16

3.5.3 – O LIXO E O PET .................................................................................................. 17

4 – MATERIAIS E MÉTODOS ............................................................................................... 18

4.1 – MOLDAGEM E CURA DOS CORPOS-DE-PROVA ............................................... 19

4.2 – ENSAIO DA CONSISTÊNCIA PELO ABATIMENTO DO TRONCO DE CONE . 20

4.3 – ENSAIO DA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO ...................................................... 20

4.4 – ENSAIO DE RESISTÊNCIA À TRAÇÃO NA COMPRESSÃO DIAMETRAL ...... 21

4.5 – ENSAIO DE MÓDULO DE ELASTICIDADE .......................................................... 22

4.6 – ANÁLISE DOS CONCRETOS FABRICADOS COM AS FIBRAS DE PET E OS

FABRICADOS COM OUTRAS FIBRAS DISPONÍVEIS NO MERCADO ...................... 22

5 – RESULTADOS E DISCUSSÃO ....................................................................................... 23

5.1 – CONSISTÊNCIA PELO ABATIMENTO DO TRONCO DE CONE ........................ 23

5.2 – RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO ............................................................................ 23

5.3 – RESISTÊNCIA À TRAÇÃO ....................................................................................... 24

VIII

5.4 – MÓDULO DE ELASTICIDADE ................................................................................ 25


FABRICADOS COM OUTRAS FIBRAS DISPONÍVEIS NO MERCADO ...................... 26

6 – CONCLUSÃO .................................................................................................................... 28

7 – RECOMENDAÇÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ................................................. 29

8 – REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................................... 30

9

1 – INTRODUÇÃO

O polietileno tereftalato (PET) é um dos mais importantes plásticos utilizados em todo

o mundo, principalmente pela indústria de bebidas. São produzidas, mundialmente, cerca de

6,7 milhões de toneladas por ano (KIM et al., 2010 apud GALVÃO, 2010).

Segundo a Associação Brasileira da Indústria do Pet (ABIPET), o polímero chegou ao

Brasil em 1988, sendo primeiramente utilizado na indústria têxtil e, em seguida, no mercado

de embalagens. O consumo brasileiro de embalagens PET cresceu de 80.000 (em 1994) para

471.000 toneladas (em 2009), de acordo com o último levantamento da associação.

Devido à grande quantidade e variedade das aplicações desses polímeros, associado ao

seu tempo de degradação relativamente longo (cerca de 450 anos), eles são considerados os

grandes vilões ambientais por ocuparem uma grande parte do volume de aterros (ROMÃO et

al., 2009).

De acordo com o censo de 2010 da ABIPET, o percentual de PET reciclado sobre o

consumo virgem chega a 55,8%. Com isso, pouco mais de 220.000 toneladas por ano ainda

são descartadas na natureza, contaminando rios, formando lixões ou espalhadas por terrenos

vazios.

Tendo em vista a elevada quantidade de PET poluindo o meio, deve-se procurar outros

usos mais eficazes e menos onerosas para esse material, evitando assim o seu descarte na

natureza.

Uma possível solução seria a utilização do PET na construção civil em forma de

fibras, pois como constatado por OCHI et al. (2007) apud GALVÃO (2010), elas podem

fornecer controle de retração e melhorar a ductilidade do concreto, aumentando assim a sua

resistência à flexão.

Este trabalho fundamenta-se na intenção de obter possíveis vantagens da adição de

fibras de PET em concreto sem fim estrutural, de modo a contribuir para uma determinação

mais específica dos possíveis usos desse material na construção civil.

10

2 – OBJETIVOS

2.1 – OBJETIVO GERAL

- Avaliar o comportamento mecânico do uso de fibras de PET em concreto não estrutural.

2.2 – OBJETIVOS ESPECÍFICOS

- Avaliar o concreto produzido com diversos teores de adições de fibra de PET.

- Estudar e propor usos de concreto fabricado com fibras de PET na construção civil.

- Comparar os concretos fabricados com fibras de PET e os moldados com outros tipos de

fibras disponíveis no mercado.

11

3 – REVISÃO DE LITERATURA

3.1 – CONCRETO

De acordo com CEMBUREAU apud CORÓ (2002), o concreto é o material mais

largamente utilizado na construção e é normalmente composto por cimento Portland, areia,

pedra e água. Mehta e Monteiro (1994) atribuem a grande utilização do concreto ao fato de

ele ser um excelente material resistente a água – em contrapartida ao aço e à madeira – além

da facilidade de diversificação de formas e tamanhos, devido à sua característica plástica no

estado fresco e grande resistência mecânica no estado endurecido.

3.2 – CONCRETO REFORÇADO COM FIBRAS

Normalmente o concreto possui numerosas fissuras que podem ter várias origens

como as causadas pela exsudação da água do concreto, por elevação térmica no processo de

hidratação do cimento e por secagem rápida do concreto em estado fresco (NEVILLE, 1997).

A rápida propagação dessas fissuras é responsável pela baixa resistência à tração do

material. Acreditava-se que a adição de fibras poderia melhorar significamente essas

características, pois estas poderiam obstruir a propagação de microfissuras, retardando,

portanto, o início da fissuras de tração. No entanto, estudos experimentais mostraram que os

produtos reforçados com fibras não oferecem significativa melhora na resistência se

comparados as misturas sem fibras (MEHTA E MONTEIRO, 1994). Já em relação ao

comportamento das misturas pós-fissuração foi possível perceber considerável melhora nas

deformações de tração na ruptura, chegando à conclusão de que o concreto reforçado com

fibras é mais tenaz e mais resistente ao impacto.

Figura 01: Disposição fibra/fissura no concreto. Fonte: Adaptado de: Taylor apud Spetch, 2000.

12

3.3 – FIBRAS

Existem diversos tipos de fibras que são utilizadas como reforços de materiais da

construção civil. As principais fibras são do tipo poliméricas, metálicas e minerais (SPECHT,

2000).

3.3.1 – POLIMÉRICAS

3.3.1.1 – POLIPROPILENO

As fibras de polipropileno são constituídas de material polimérico chamado

termoplástico. Devido as suas características físicas, o material possui grande flexibilidade e

tenacidade e aumenta consideravelmente à resistência ao impacto dos materiais em que é

incorporada.

Figura 02: Fibras de Polipropileno. Fonte: Adaptado de: Figueiredo et al., 2002.

O módulo de elasticidade é relativamente baixo, de apenas 8 GPa, não sendo, portanto,

recomendada a sua utilização para o aumento da resistência de pré-fissuração ou rigidez dos

materiais. Sua resistência à tração é de aproximadamente 400 MPa (Taylor apud Specht,

2000).

3.3.1.2 – POLIÉSTER

As fibras de poliéster são similares as de polietileno, porém são mais densas, mais

rígidas e mais resistentes, o que justifica o seu melhor desempenho (Taylor apud Specht,

2000). O principal tipo de poliéster é o polietileno tereftalato (PET) que é comumente

utilizado pelas indústrias de bebidas em forma de garrafas plásticas.

13

3.3.1.3 – POLIETILENO

As fibras de polietileno com peso molecular normal possuem baixo módulo de

elasticidade e de aderência à matriz e são altamente resistentes aos álcalis. Assim, estudos

desenvolvendo fibras de polietileno com alta densidade estão buscando uma melhor

performance deste material quanto à sua aderência com a matriz (SANTOS, 2004).

3.3.1.4 – POLIAMIDA

Comercialmente chamada de Kevlar, as fibras de poliamida são vendidas em dois

tipos: Kevlar 29, com resistências mecânica de aproximadamente 3000 MPa e módulo de

elasticidade de 64 GPa; e Kevlar 49, com módulo de elasticidade da ordem de 300 GPa e

resistência mecânica igual a da Kevlar 29 (SANTOS, 2004).

3.3.2 – METÁLICAS

As fibras metálicas mais utilizadas são as de aço, com resistência à tração de

aproximadamente 1100 MPa e módulo de elasticidade de 200 GPa. Geralmente, a ruptura do

compósito está relacionado ao arrancamento da fibra e não à sua ruptura (SPECHT, 2000).

Existe uma grande variedade de formas e tamanhos de fibras de aço no mercado. As

de formato arredondado tem diâmetros que variam entre 0,25 a 0,75 mm. As fibras achatadas

tem seção transversal variando entre 0,15 a 0,4 mm de espessura (MEHTA E MONTEIRO,

1994).

Figura 03: Fibras de Aço (1) Corrugadas e (2) Ancoradas. Fonte: Adaptado de: Matcon Supply, 2012.

14

3.3.3 – MINERAIS

Os principais tipos de fibras minerais são as de vidro, de carbono e de amianto. Dentre

elas, as fibras de vidro são as mais utilizadas no mercado. Geralmente são manufaturadas em

formas de “cachos” onde fios compostos de centenas de filamentos individuais com diâmetro

na ordem de 10μm.

O vidro comum não possui resistência ao ataque químico da pasta de cimento

Portland, portanto foram desenvolvidas fibras de vidro resistentes aos álcalis e com melhor

durabilidade. (MEHTA E MONTEIRO, 1994).

3.4 – PROPRIEDADES DO CONCRETO

3.4.1 – TRABALHABILIDADE

Segundo o ACI 116R-90, a trabalhabilidade é uma propriedade do concreto recém

misturado que determina a facilidade e a homogeneidade com a qual o material pode ser

misturado, lançado, adensado e acabado.

A obtenção de um concreto com a trabalhabilidade adequada não depende unicamente

do acréscimo de água, podendo levar à exsudação, à segregação ou um simples aumento do

abatimento da massa. A melhora dessa característica depende de uma seleção e proporção

adequada dos materiais e, muitas vezes, do uso de adições e aditivos (GEYER, 2006).

A adição de qualquer tipo de fibra no concreto simples reduz a trabalhabilidade.

Independente do tipo de fibra, a perda de trabalhabilidade é proporcional à concentração

volumétrica de fibras no concreto. Para a maioria das aplicações, argamassas típicas ou

misturas de concreto contendo fibras possuem consistência muito baixas; entretanto, o

lançamento e a compactação do concreto é muito melhor do que se poderia esperar, pela

baixa consistência. (MEHTA e MONTEIRO, 1994).

3.4.2 – RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO

A resistência à compressão simples é a propriedade mecânica mais importante do

concreto, não só porque o concreto trabalha predominantemente à compressão, como também,

15

porque fornece outros parâmetros físicos que pode ser relacionados empiricamente à

resistência à compressão.

Segundo Figueiredo (2000), a adição de fibras no concreto não objetiva a alteração da

sua resistência à compressão, onde esse parâmetro é avaliado de maneira secundária. O autor

cita ainda que em alguns trabalhos há uma redução na resistência à compressão devido a uma

má compactação obtida com o material.

3.4.3 – RESISTÊNCIA À TRAÇÃO

Embora o concreto não seja normalmente projetado para resistir à tração, o

conhecimento dessa propriedade é útil para a estimativa da carga à qual ocorre fissuração. A

ausência de fissuração é muito importante para se conservar a continuidade de uma estrutura

de concreto e, em muitos casos, para prevenção de corrosão da armadura. Ocorre fissuração

quando surgem tensões diagonais originadas por tensões de cisalhamento, mas o caso mais

freqüente de fissuração é devido à retração contida e a gradientes de temperatura. Algumas

estruturas como pavimentos rodoviários e aeroportuários, são projetados com base na

resistência à flexão, que implica resistência à tração. (NEVILLE, 1997).

3.4.4 – MÓDULO DE ELASTICIDADE

Neville (1997) afirma que o módulo de elasticidade aumenta com a resistência do

concreto, porém não existe um acordo sobre essa exata dependência. Sabe-se, apenas, que o

crescimento do módulo de elasticidade é progressivamente menor do que o crescimento da

resistência à compressão do concreto.

3.5 – POLIETILENO TEREFTALATO (PET)

O PET (polietileno tereftalato) trata-se de um poliéster, polímero termoplástico.

Segundo a ABIPET (2011), ela é hoje uma resina muito popular e com uma das maiores taxas

de crescimento em aplicação como material de embalagem, principalmente de refrigerantes.

Isso se deve, sem dúvida, a suas excelentes propriedades, como por exemplo elevada

resistência mecânica a impactos, aparência nobre (brilho e transparência), barreira para gases

e odores, baixo peso e ser 100% recicláveis (ABIPET, 2011).

16

Além disso, a fibra de poliéster, como é conhecida, é bastante comum na indústria de

tecidos e malhas (confecção de roupas), fabricação de carpetes e tapetes, forros e

enchimentos, etc. Na engenharia civil, sua utilização é conhecida na forma de TNT (tecido

não tecido), que é utilizado como filtro solar, manta asfáltica e material para contenção de

encostas (ABIPET, 2011).

3.5.1 – HISTÓRICO

A primeira amostra deste material foi desenvolvida pelos ingleses Whinfield e

Dickson, em 1941. As pesquisas que levaram à produção em larga escala do poliéster

começaram somente após a Segunda Guerra, nos anos 50, em laboratórios dos Estados

Unidos e Europa. Baseavam-se, quase totalmente, nas aplicações têxteis. Em 1962, surgiu o

primeiro poliéster pneumático. No início dos anos 70, o PET começou a ser utilizado pela

indústria de embalagens (ABIPET, 2002).

O PET chegou ao Brasil em 1988 e seguiu uma trajetória semelhante ao resto do

mundo, sendo utilizado primeiramente na indústria têxtil. Apenas a partir de 1993 passou a ter

forte expressão no mercado de embalagens, notadamente para os refrigerantes (ABIPET,

2011).

3.5.2 – ASPECTOS FÍSICOS E QUÍMICOS

Como família, os poliésteres são materiais produzidos pela polimerização de um ácido

dicarboxílico e um glicol ou bifenol. O PET é, portanto, o polímero formado pela reação do

ácido tereftálico e o etilenoglicol. Por sua vez, o ácido tereftálico é obtido pela oxidação do p-

xileno, enquanto o etilenoglicol é sintetizado a partir do eteno, sendo ambos no Brasil

produzidos na indústria petroquímica (ABIPET, 2011).

As propriedades físicas e mecânicas do polímero dependem fundamentalmente do

peso molecular médio das moléculas obtidas através do processo de polimerização (ABIPET,

2011).

O PET é sensível à degradação térmica, especialmente na presença de água ou ar

(oxigênio). Um produto comum na degradação térmica é o acetaldeído. A presença de

oxigênio induz um processo de degradação oxidativa e a degradação térmica com umidade

provoca a quebra das cadeias, reduzindo o peso molecular do polímero (ABIPET, 2011).

17

3.5.3 – O LIXO E O PET

As atividades humanas produzem muito lixo e isto vem sendo um grande problema

para o planeta, pois geramos cada vez mais detritos, muitos de difícil decomposição. A partir

do momento em que o homem passou a extrair da natureza mais do que era necessário para

sua sobrevivência, havendo um excedente para o comércio, a sobra de material foi inevitável

e surgiram os primeiros problemas relacionados com o lixo: a impossibilidade de

armazenamento desta quantidade extra que muitas vezes estragava e causava mau cheiro e

proliferação de vetores, no caso de alimentos, e outros incômodos para a sociedade como ter

que destinar um local para o material não utilizado (SANTOS, 2008).

Até meados do século XVIII, a maior parte o lixo era formado por restos de alimentos.

Após a Revolução Industrial na Europa, a “cara” do lixo começou a mudar. Houve uma

grande exploração de recursos naturais em todo o planeta e, ao mesmo tempo, a produção de

uma quantidade enorme de resíduos, cujo impacto ambiental era desconhecido. Mesmo se

organizando para que seja feita a coleta desse material, a sociedade ainda enfrenta muitos

problemas pois cada vez mais a produção de lixo aumenta. A partir do século XX a síntese de

polímeros tornou-se comum e os processos químicos cada vez mais ligados ao

desenvolvimento de novos materiais (ROMÃO et al., 2009).

Com o avanço da tecnologia, esses materiais tornaram-se melhores e mais baratos;

materiais como vidro, metal e papel foram substituídos por plásticos. Devido à relação custo

benefício favorável, os plásticos foram ganhando mercado e hoje os encontramos em diversos

produtos, desde o copo descartável até dentro dos motores de automóveis. O acúmulo deste

material de difícil decomposição – borrachas e plásticos ficam no ambiente por muito tempo –

tornou-se um grave problema (ROMÃO et al., 2009).

Dentre os plásticos, o PET é o mais extensivamente usado em todo o mundo,

especialmente para a fabricação de recipientes de bebidas. A atual produção mundial de PET

ultrapassa 6,7 milhões de toneladas/ano (KIM et al., 2010 apud GALVÃO, 2010).

Utilizadas principalmente por indústrias de refrigerantes e sucos, as garrafas PET

movimentam hoje um mercado que produz cerca de 9 bilhões de unidades anualmente só no

Brasil, das quais 44% não são reaproveitadas. Entre 1995 e 2005, a produção de PET para a

fabricação de garrafas subiu de 120 mil toneladas para cerca de 370 mil toneladas, alavancada

principalmente pela indústria de refrigerante (SILVESTRE, 2007 apud GALVÃO, 2010).

18

4 – MATERIAIS E MÉTODOS

Todos os procedimentos deram-se de acordo com as normas específicas.

Primeiramente foi realizada a caracterização dos materiais. Os materiais utilizados no trabalho

foram: cimento Portland CP II-F 32 da marca CIMPOR, areia média, brita 1 com diâmetro

máximo de 19mm, água proveniente da rede pública de abastecimento e filamentos de PET

com 30mm de comprimento e 5mm de largura. A tabela 01 mostra as características

relevantes dos principais materiais utilizados.

Tabela 01: Características dos principais materiais utilizados.

Material Características

Cimento Massa Específica 2,95 g/cm³:

Agregado Miúdo Massa Específica: 2,638 g/cm³; Módulo de Finura: 2,6.

Agregado Graúdo Massa Específica: 2,6 g/cm³; Diâmetro Máximo: 19mm.

Fibras de PET Densidade: 1,3 g/cm³; Dimensões: 30mm de comprimento e 5mm de

largura

A figura 04 mostra as fibras de PET utilizadas próximas à uma régua, mostrando suas

dimensões: 30mm de largura e 5 mm de comprimento.

Figura 04: Dimensões das fibras de PET utilizadas.

19

Após a caracterização dos materiais foram fabricados os concretos com os traços

analisados. Verficou-se então o seu abatimento e, em seguida, foram moldados os corpos-de-

prova para os ensaios posteriores ao período de cura (28 dias).

4.1 – MOLDAGEM E CURA DOS CORPOS-DE-PROVA

Foram moldados 18 corpos-de-prova, sendo dois para cada teor por teste de

resistência, considerando também para o traço de referência.

O traço utilizado foi determinado Campiteli (2004) em seu estudo. Na tabela 2

apresenta-se o traço com os materiais componentes e suas proporções.

Tabela 02: Traço utilizado na moldagem dos corpos-de-prova.

Traço Características

Cimento (kg) Areia (kg) Brita (kg) Água (kg)

1 : 2,75 : 3,75 : 0,6 1 2,75 3,75 0,6

Os teores de fibras adicionados foram cálculos de acordo com o volume total de

concreto. De acordo com Chodounsky apud Tamaki (2011), os teores mínimos devem ser a

partir de 0,25% do volume total da massa. Assim, os teores adicionados foram de 0,25 e 0,5%

do volume total.

A tabela 03 mostra o traço definitivo, já com a adição das fibras de PET em proporção

ao volume do compósito.

Tabela 03: Traço com fibras utilizado na moldagem dos corpos-de-prova.

Teores

(%)

Traço

Cimento Areia Brita Água Fibra

0,25 1 2,75 3,75 0,6 0,02025

0,5 1 2,75 3,75 0,6 0,0405

0 1 2,75 3,75 0,6 0

A moldagem e cura seguiram o modelo proposto pela NBR 5738/2003 onde foram

moldados corpos-de-prova cilíndricos com 15 cm de diâmetro e 30 cm de altura e de 10 cm de

diâmetro e 20 cm de altura, adensados por vibração e cura, até os 28 dias, em câmara úmida à

temperatura de (23 ± 2)°C e umidade relativa do ar superior a 95%. Ao final dos 28 dias

foram realizados os testes de módulo de elasticidade e os ensaios de resistência à compressão

e tração.

20

4.2 – ENSAIO DA CONSISTÊNCIA PELO ABATIMENTO DO TRONCO DE CONE

Conhecido como Slump Test, o ensaio de abatimento do tronco de cone foi realizado

logo após a fabricação do concreto, ainda no estado fresco, conforme a NBR NM 67/1998.

Figura 05: Esquema do ensaio Slump Test. Fonte: Adaptado de: PORTAL DO CONCRETO, 2012.

Foi preenchido um cone de metal (molde) e em seguida, o mesmo foi adensado com

vibrador elétrico. Em seguida, o molde foi retirado cuidadosamente na posição vertical e,

imediatamente após a retirada do cone de metal, foi medido o abatimento (em cm) da massa

de concreto.

4.3 – ENSAIO DA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO

O ensaio de compressão consiste basicamente em comprimir o corpo-de-prova até o

seu rompimento, obtendo assim a resistência característica do material a ser analisado,

conforme a figura 06.

Figura 06: Ensaio de resistência à compressão.

21

O ensaio foi realizado de acordo com a NBR 5739/2007, onde os corpos-de-prova

cilíndricos foram submetidos à um esforço axial para dentro, na prensa padrão EMIC 30000

com velocidade de carregamento de 0,5 MPa/min até a sua ruptura.

4.4 – ENSAIO DE RESISTÊNCIA À TRAÇÃO NA COMPRESSÃO DIAMETRAL

Este ensaio é conhecido internacionalmente como ensaio brasileiro, pois foi

desenvolvido por Lobo Carneiro, em 1943 e consistiu basicamente no carregamento dos

corpos-de-prova cilíndricos (do mesmo tipo utilizado no ensaio de compressão) ao longo de

duas placas rígidas e paralelas, no sentido do seu diâmetro. A ruptura ocorre ao longo do

plano vertical diametral (NBR 7222/2010).

Para definição da resistência à tração foi utilizada a seguinte equação:

𝐹𝑡𝑑 =2.𝐹

𝜋.𝑑. 𝐿

Onde:

Ftd: Resistência à tração por compressão diametral (MPa);

F: Carga máxima obtida no ensaio (kN);

d: diâmetro do corpo-de-prova (mm);

L: altura do corpo-de-prova (mm).

A figura 07 mostra como foi realizado o ensaio de tração por compressão diametral.

Figura 07: Ensaio de resistência à tração por compressão diametral.

22

Conforme a NBR 7222/2010, foram colocadas entre os pratos e o corpo-de-prova duas

tiras de chapa dura de fibra de madeira e, em seguida, o corpo foi carregado com velocidade

de 0,5 MPa/s, até a sua ruptura.

4.5 – ENSAIO DE MÓDULO DE ELASTICIDADE

Descrito pela ABNT NBR 8522/2008, o ensaio de determinação do módulo de

elasticidade consistiu em utilizar um compressômetro nos corpos-de-prova cilíndricos (o

mesmo tipo usado nos ensaios de compressão e tração) e submetê-los a um carregamento de

compressão com velocidade de (0,45 ± 0,15) MPa/s.

Após a leitura das deformações, o módulo de elasticidade foi dado pela equação:

𝐸 = 𝜎𝑏 − 0,5

(𝜀𝑏 − 𝜀𝑎).1000

Onde:

E: módulo de elasticidade (GPa);

σb: tensão maior, em megapalscals (σb = 0,3 fck);

εb: deformação específica média (ε = ΔL/L), dos corpos-de-prova sob tensão maior;

εa: deformação específica média dos corpos-de-prova sob tensão básica (0,5 MPa).


FABRICADOS COM OUTRAS FIBRAS DISPONÍVEIS NO MERCADO

Foi realizada também uma análise comparativa entre os concretos fabricados com os

diversos tipos de fibras disponíveis no mercado obtidos na literatura e os moldados com fibras

de PET obtidos neste trabalho, onde foram analisadas as suas características de resistência à

tração, resistência à compressão e módulo de elasticidade.

23

5 – RESULTADOS E DISCUSSÃO

5.1 – CONSISTÊNCIA PELO ABATIMENTO DO TRONCO DE CONE

Na tabela 04 pode-se observar a relação entre o abatimento e o teor de fibras

adicionadas.

Tabela 04: Relação entre o abatimento do tronco de cone e o teor de fibras.

Teor Abatimento (Slump)

0 % 50 mm

0,25 % 50 mm

0,5 % 40 mm

Conforme já esperado, a adição de fibras causa uma perda de trabalhabilidade que é

proporcional à concentração volumétrica das mesmas. No caso, devido ao baixo teor de

fibras, a diminuição do abatimento foi muito pequena, estando até mesmo dentro da variação

normal do teste (± 10 mm) não trazendo assim grandes prejuízos.

5.2 – RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO

Nos ensaios de resistência à compressão pôde ser observado que, para os corpos-de-

prova com adição de fibras, o aumento dos teores provocou uma diminuição da resistência,

conforme a tabela 05.

Tabela 05: Resultados dos ensaios de resistência à compressão dos corpos-de-prova.

Teor (%) Resistência (MPa)

Corpo-de-prova I Corpo-de-prova II Média Desvio Padrão

0 % (Referência) 33,73 33,39 33,56 0,17

0,25% 23,96 24,86 24,41 0,45

0,50% 26,56 26,72 26,64 0,08

Nos corpos-de-prova com teor de 0,25%, houve um decréscimo muito elevado da

resistência, mesmo se comparado com o teor com mais fibras. Isso pode ser explicado por um

provável erro na mistura dos materiais ou na moldagem dos corpos-de-prova. A figura 08

ilustra o comportamento do concreto com diversos teores de adição.

24

Figura 08: Resistência média à compressão de acordo com os teores de fibras adicionados.

Pode-se observar que houve uma diminuição de aproximadamente 21% na resistência

à compressão, se comparados os corpos-de-prova de referência e o de 0,5% de adição de

fibras. Como já citado, a adição de fibras não objetiva a alteração da resistência à compressão,

sendo que essa redução pode ser atribuída a uma má compactação obtida do material.

5.3 – RESISTÊNCIA À TRAÇÃO

Para a resistência à tração por compressão diametral, pode-se observar que os corpos-

de-prova com teor de 0,5% de fibras alcançou o maior valor, mesmo se comparado com o

traço de referência (tabela 06).

Tabela 06: Resultados dos ensaios de tração por compressão diametral dos corpos-de-prova.

Teor (%) Resistência (MPa)

Corpo-de-prova I Corpo-de-prova II Média Desvio Padrão

0 % (Referência) 3,24 3,12 3,18 0,06

0,25% 3,01 3,09 3,05 0,04

0,50% 3,31 3,11 3,21 0,1

Novamente, nos corpos-de-prova submetidos aos ensaios de tração com teor de 0,25%

foi observado uma diminuição acentuada na resistência, corroborando a afirmação de um

provável erro na mistura deste traço. Na figura 09 podemos observar como as fibras de PET

influenciaram na resistência à tração do concreto.

33,56

24,4126,64

0

10

20

30

40

0 % (Referência) 0,25% 0,50%

Resistência à Compressão (MPa)

25

Figura 09: Resistência à tração de acordo com os teores de fibras adicionados.

Na resistência à tração por compressão diametral foi obtido um resultado positivo, mas

não muito significante, onde houve um acréscimo de aproximadamente 1,0% em relação ao

traço de referência. Esse pequeno aumento se deve pelo fato das fibras atravessarem as

pequenas fissuras que se formam no concreto atuando como ponte de transferência de tensões

e evitando a concentração de tensões na frente de propagação da fissura.

5.4 – MÓDULO DE ELASTICIDADE

Com relação ao módulo de elasticidade, a mistura contendo maior teor de fibras de

PET obteve novamente melhor desempenho. A tabela 07 traz os valores obtidos no ensaio

com seus respectivos desvio-padrão.

Tabela 07: Resultados dos ensaios de módulo de elasticidade dos corpos-de-prova.

Teor (%) Módulo de Elasticidade (GPa)

Corpo-de-prova I Corpor-de-prova II Média Desvio Padrão

0 % (Referência) 41,26 41,39 41,33 0,07

0,25% 37,01 37,27 37,14 0,13

0,50% 43,44 42,97 43,21 0,23

Conforme a figura 10, para o traço de 0,25% de adição de fibras de PET, o módulo de

elasticidade seguiu o mesmo padrão das resistências à tração e compressão, com uma redução

mais acentuada neste caso (10%). No traço de 0,5% o concreto chegou a um desempenho

superior em 4,6% se comparado ao traço de referência.

3,18

3,05

3,21

2,95

3

3,05

3,1

3,15

3,2

3,25

0 % (Referência) 0,25% 0,50%

Resistência à Tração (MPa)

26

Figura 10: Módulo de elasticidade de acordo com os teores de fibras adicionados.


FABRICADOS COM OUTRAS FIBRAS DISPONÍVEIS NO MERCADO

As fibras disponíveis no mercado variam de acordo com o material na qual são

produzidas, sendo as fibras de aço, vidro e de polipropileno as mais comuns. A tabela 08 traz

uma comparação entre as características mecânicas dos concretos produzidos com os diversos

tipos de fibras e os fabricados com fibras de PET ensaiados neste trabalho.

Tabela 08: Comparação das características mecânicas de concretos produzidos com diversos tipos de fibras.

Fibra Característica Desempenho no Concreto Autor

Aço

Compressão +19,6% Tasca et al., 2010

Tração +53,5% Tasca et al., 2010

Módulo de Elasticidade +3,27% Resende, 2003

Polipropileno

Compressão -14,11% Resende, 2003

Tração +0% Resende, 2003

Módulo de Elasticidade -9,23% Resende, 2003

Vidro Compressão +13,0% Construquímica, 2012

Tração +15,0% Construquímica, 2012

PET

Compressão -21,0% -

Tração +1,0% -

Módulo de Elasticidade +4,6% -

Podemos observar que as fibras tem comportamento bem distinto sendo que as de aço

obtiveram o melhor desempenho nas características analisadas.

De acordo com Fanella e Naanan (1985) apud Resende (2003), as fibras de aço

provocam um aumento na resistência à compressão de até 25%. BENTUR e MINDESS

(1990) apud Resende (2003) acrescentam que a presença desta fibra também torna o material

41,33

37,14

43,21

34,00

36,00

38,00

40,00

42,00

44,00

0 % (Referência) 0,25% 0,50%

Módulo de Elasticidade (GPa)

27

mais resistente à abrasão, erosão e cavitação. No entanto, para que a resistência à compressão

seja efetivamente aumentada, é necessário que a porosidade extra inserida no material devido

à adição de fibras seja controlada (LOPES, 2005). De acordo com a norma ASTM C1116/

C1116M-10a, as fibras de aço podem substituir parcial ou integralmente as estruturas

convencionais de aço em pisos e pavimentos rígidos.

As fibras de polipropileno possuem baixo módulo de elasticidade, grande deformação,

resistência à álcalis e baixo custo. Podemos observar que elas não aumentam as características

estudadas, podendo até as diminuir. A vantagem da sua utilização se limita ao controle da

micro-fissuração durante o endurecimento da pasta de cimento, aumentando assim a sua

durabilidade. Seu uso é recomendado em estruturas onde existam grandes superfícies, como

pisos industriais e pavimentos (RESENDE, 2003).

As fibras de vidro possuem alta superfície específica, proporcionando um alto controle

da expansão das fissuras que ocorrem na fase plástica do concreto. Devido ao seu alto módulo

de elasticidade a retração na fase endurecida também é minimizada. De acordo com o

fabricante (CONSTRUQUÍMICA, 2012), podem ser citadas também a redução da exsudação

e o aumento da resistência mecânica (tração e compressão). Recomenda-se a sua aplicação em

pisos industriais, overlays e elementos pré-fabricados.

A adição de fibras de PET nos teores e condições estudadas não trouxe grandes

benefícios nas características mecânicas estudadas, principalmente em relação à compressão,

onde houve uma redução de 21%. Outros estudos devem ser realizados para determinar

condições de melhorias da resistência à compressão, como adensamento ou compactação

adequado.

Em relação ao módulo de elasticidade e resistência à tração, o concreto reforçado com

PET obteve desempenho igual ou levemente superior ao traço de referência. Sendo conhecida

a capacidade das fibras de atuarem como ponte de transferência de tensões entre as micro-

fissuras, evitando a sua propagação, recomenda-se a utilização dessas fibras em pisos e

pavimentos onde não há circulação de veículos.

28

6 – CONCLUSÃO

As análises das propriedades mecânicas do concreto fibroso realizadas neste trabalho

corroboraram a literatura, com exceção ao módulo de elasticidade, em que houve um aumento

significativo.

De um modo geral, o aumento dos teores de fibras diminui a trabalhabilidade da

massa, mas provoca um incremento no desempenho do concreto. Logo, no caso de

incorporação de teores elevados, devem ser tomadas medidas para garantir a trabalhabilidade

do compósito.

Embora os resultados da utilização das fibras de PET como adição em compósitos nos

teores estudados tenha sido desfavoráveis para a resistência à compressão, sua utilização se

torna viável para concretos onde não é exigida alta resistência, como o de execução de meio-

fio, calçadas, bancos e blocos sem fim estrutural em geral.

A fibra de PET demonstrou ser bem promissora, uma vez que apenas a compressão e

trabalhabilidade foram afetadas negativamente. Diante disso, novos estudos são necessários

para se determinar formas de diminuir esse efeito negativo, como estabelecer o teor ideal de

fibras de PET e práticas de mistura e adensamento para os concretos reforçados com esse

material que evitem a formação de poros e otimizem a aderência entre fibra e matriz.

Assim, pode-se concluir que o uso das fibras de PET é uma nova alternativa para

reforço em concretos, pois traz não só vantagens econômicas, mas ecológicas, visto que, além

de esta ser um material de enchimento no concreto, diminuindo assim o uso de cimento, areia

e brita, reduz também o volume de PET destinado aos aterros sanitários.

29

7 – RECOMENDAÇÕES PARA TRABALHOS FUTUROS

- Determinação dos teores críticos para as fibras de PET em concreto sem fim estrutural;

- Avaliação da durabilidade das fibras de PET no concreto;

- Análise ecológica da utilização de fibras de PET na construção civil: economia de recursos

naturais e reciclagem;

- Análise econômica da utilização de fibras de PET na construção civil: influência no custo de

obra.

30

8 – REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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Janeiro/RJ, 1998.

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Determinação do módulo estático de elasticidade à compressão. Rio de Janeiro/RJ, 2010.

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tcc - utilização de filamentos de pet em concreto sem fim estrutural

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