TCC - Utilização de filamentos de PET em concreto sem fim estrutural
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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
MARCELO PAULINO GALHARDO
AVALIAÇÃO DO COMPORTAMENTO DA ADIÇÃO DAS FIBRAS DE PET NAS
PROPRIEDADES MECÂNICAS DO CONCRETO
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
MARCELO PAULINO GALHARDO
AVALIAÇÃO DO COMPORTAMENTO DA ADIÇÃO DAS FIBRAS DE PET NAS
PROPRIEDADES MECÂNICAS DO CONCRETO
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
5.5 – ANÁLISE DOS CONCRETOS FABRICADOS COM AS FIBRAS DE PET E OS
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).
4.6 – ANÁLISE DOS CONCRETOS FABRICADOS COM AS FIBRAS DE PET E OS
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.
5.5 – ANÁLISE DOS CONCRETOS FABRICADOS COM AS FIBRAS DE PET E OS
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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31
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