DIOGO CAVALCANTI BEZERRA DE MEDEIROS

ANÁLISE DE PROPRIEDADES TÉRMICAS E MECÂNICAS

DE COMPÓSITO DE GESSO, SISAL E PAPEL

NATAL-RN

2017

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE

CENTRO DE TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL

Diogo Cavalcanti Bezerra de Medeiros

Análise de propriedades térmicas e mecânicas de compósito de gesso, sisal e papel

Trabalho de Conclusão de Curso na

modalidade Artigo Científico, submetido ao

Departamento de Engenharia Civil da

Universidade Federal do Rio Grande do Norte

como parte dos requisitos necessários para

obtenção do Título de Bacharel em Engenharia

Civil.

Orientador: Prof. Dr. Fagner Alexandre Nunes

de França

Natal-RN

2017

Universidade Federal do Rio Grande do Norte – UFRN Sistema de Bibliotecas – SISBI

Catalogação da Publicação na Fonte - Biblioteca Central Zila Mamede

Medeiros, Diogo Cavalcanti Bezerra de.

Análise de propriedades térmicas e mecânicas de compósito de gesso, sisal e papel / Diogo Cavalcanti Bezerra de Medeiros. - 2017.

19 f. : il.

Artigo científico (graduação) - Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Centro de Tecnologia, Curso de Engenharia Civil. Natal, RN, 2017.

Orientador: Prof. Dr. Fagner Alexandre Nunes de França.

1. Compósitos – Artigo. 2. Compressão – Artigo. 3. Dureza – Artigo. I. França, Fagner Alexandre Nunes de. II. Título.

RN/UF/BCZM CDU 620.1 Mariz Medeiros.

CDU 626.21

Diogo Cavalcanti Bezerra de Medeiros

Análise de propriedades térmicas e mecânicas de compósito de gesso, sisal e papel

Trabalho de conclusão de curso na modalidade

Artigo Científico, submetido ao Departamento

de Engenharia Civil da Universidade Federal

do Rio Grande do Norte como parte dos

requisitos necessários para obtenção do título

de Bacharel em Engenharia Civil.

Aprovado em 24 de novembro de 2017:

___________________________________________________

Prof. Dr. Fagner Alexandre Nunes de França – Orientador

___________________________________________________

Eng . Eduardo Eiler Batista de Araújo – Examinador externo

___________________________________________________

Prof(a). Dr(a). Viviane Muniz Fonseca – Examinador externo

Natal-RN

2017

RESUMO

A indústria da Construção Civil é vista como um dos mais importantes áreas

estratégicas para a economia brasileira. O conceito de paredes no processo da construção civil

tem ganhado novo formato através da implementação do sistema Drywall, uma vez que o

gesso é um material aplicado na construção civil com um vasto campo de aplicação. No

Brasil, as ações relacionadas à sustentabilidade na construção civil iniciaram-se com foco na

redução da geração de resíduos sólidos nas obras. Diversos pesquisadores têm abordado em

seus trabalhos temas relacionados à gestão de residuos sólidos, conforto ambiental, térmico e

acústico. Neste trabalho tem como objetivo desenvolver um compósito base gesso para

aplicação como drywall utilizando resíduos de sisal e de papel visando a sustentabilidade e

conforto térmico na construção civil. O estudo baseou-se em coleta de informações através de

revisão da literatura que possui relação direta com a construção civil, a sustentabilidade e o

conforto térmico, bem como o aprofundamento a respeito das propriedades dos materiais

utilizados. Para tanto foram desenvolvidos compósitos utilizando gesso como elemento

matricial, e fibras de sisal e resíduos de papel como elemento de reforço. Os compósitos

foram avaliados mecanicamente sob esforço de compressão e em ensaios de dureza. Também

foi avaliada a condutibilidade térmica das amostras desenvolvidas. Observou-se que os

compósitos contendo gesso/sisal apresentaram uma menor perda de propriedades quando

comparado ao gesso/papel e gesso/papel/sisal. De uma forma geral foi observado nos

resultados que apesar dos compósitos apresentarem uma perda no conjunto de propriedades

quando comparado ao gesso puro, a utilização aplicação de material de descarte incorporado

ao gesso alem a reduzir custos e contribuir com o meio ambiente torna viável para a utilização

em Drywall em áreas internas.

Palavras-chave: compressão, dureza, condutibilidade térmica, compósito, drywall.

ABSTRACT

The Civil Construction industry is seen as one of the most important strategic areas for the

Brazilian economy. The concept of walls in the civil construction process has gained new

shape through the implementation of the Drywall system, since gypsum is a material applied

in construction with a wide field of application. In Brazil, actions related to sustainability in

construction began with a focus on reducing the generation of solid waste in the works.

Several researchers in their work related to solid waste management, environmental, thermal

and acoustic comfort. In this work the objective is to develop composite based gypsum for

application as drywall using sisal and paper waste aiming sustainability and thermal comfort

in civil construction. The study was based on information collection through literature review,

which has direct relation with the civil construction, sustainability and thermal comfort, as

well the properties of the materials used. In this work, composites were developed using

gypsum as a matrix element, and sisal fibers and paper waste as a reinforcing element. The

composites was mechanically evaluated under compression stress and in hardness tests.

Thermal conductivity of the samples developed was also evaluated. It was observed that the

composites containing gypsum / sisal had a lower loss of properties when compared to

gypsum / paper and gypsum / paper / sisal. In general, it was observed in the results that

although the composites presented a loss in the set of properties when compared to the pure

gypsum. The results as indicate the use of the disposal material incorporated in the gypsum,

besides reducing costs and contribute with the environment, makes it feasible to use Drywall

in interior areas.

Key words: compression, hardness, thermal conductivity, composite, drywall.

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Diogo Cavalcanti Bezerra de Medeiros, graduando em Engenharia Civil, UFRN

Fagner Alexandre Nunes de França, Prof. Dr., Departamento de Engenharia Civil da UFRN

1. INTRODUÇÃO

Atualmente, a indústria da Construção Civil é vista como um dos mais importantes

pontos estratégicos para a economia brasileira, visto que é responsável por uma significativa

parcela do Produto Interno Bruto (PIB) do país. De acordo com dados da Federação das

Indústrias do Distrito Federal (FIBRA, 2017), a construção civil responde por 6,2% do PIB

nacional. Além disso, conta com 176 mil estabelecimentos, representando 34% da indústria.

Segundo Teixeira e Carvalho (2005), a cadeia produtiva da construção civil apresenta mão de

obra intensiva, baixo índice de importação e elevados efeitos multiplicadores na economia, no

que diz respeito à renda, ao emprego e aos tributos arrecadados. Assim, a importância do setor

se traduz em um relevante consumo de materiais e insumos, em quantidade e diversidade que,

como consequência, geram um grande número de resíduos, oriundos de uma gestão

ineficiente dos processos produtivos.

Por isso, torna-se necessária uma maior atenção à destinação adequada dos materiais

remanescentes, bem como o aumento de esforços em medidas que diminuam essa geração

diretamente na fonte (SOUZA et al, 2004), buscando-se, assim, a utilização de novos

componentes que permitam à construção civil trabalhar de maneira sustentável.

Dentro da construção civil, tem-se o conforto ambiental como matéria cada vez mais

presente e debatida em estudos que relacionam o ambiente construído com o ser humano,

buscando a melhora da qualidade de vida para as pessoas. Dessa forma, o conforto ambiental

das edificações compreende a adequação ao uso do homem, em conformidade com as

condições térmicas, de insolação, de ventilação, de acústica e visual, com capacidade para

alterar o papel da edificação, além do seu contexto urbano (LAMBERTS; DUTRA;

PEREIRA, 2004).

Nos dias atuais, a maioria da humanidade reside em centros urbanos, passando uma

quantidade de tempo significativa dentro de edificações, seja estudando, trabalhando,

divertindo-se ou mesmo repousando em condições ambientais determinadas não apenas pelo

ambiente exterior ao edifício em que se encontra. Essas condições são proporcionadas graças

ao desenvolvimento tecnológico que trouxe informações e opções de construção que admitem

a criação de condições térmicas, acústicas, de salubridade e lumínicas no interior de

ambientes de modo a satisfazerem a maioria das pessoas. Graças a essas tecnologias é

possível a criação de projetos arquitetônicos inteligentes, bem como a utilização de sistemas

construtivos aprimorados e o uso de equipamentos para a climatização ambiental (Revista

Téchne, 2010). Nesse contexto, a utilização de resíduos celulósicos, caso das fibras como

elemento reforçante viabiliza a possibilidade de isolamento térmico e acústico, visto que as

fibras vegetais além de ambientalmente corretas naturalmente possuem estas características.

Além disso, a dinamização da economia de mercado e o crescimento da

competitividade do sistema da construção civil nacional estimularam a necessidade de

implantação de processos de inovações tecnológicas, buscando acelerar a produtividade,

aumentar a qualidade do produto final e diminuir os custos da obra. Assim, o conceito de

paredes no processo da construção civil tem ganhado novo formato através da implementação

do sistema Drywall, uma vez que o gesso é um material aplicado na construção civil com um

vasto campo de aplicação devido à leveza, facilidade de manuseio e ser naturalmente

antichama (SANTOS; RACHID, 2016 e OLIVEIRA et al.; 2012).

Dessa forma, segundo Santos e Rachid (2016), esse material é considerado uma opção

em sistema de divisórias comumente usadas, substituindo a alvenaria convencional e tornando

sua utilização como elemento vertical de vedação interna constante. No entanto, embora a

procura pela utilização do sistema Drywall esteja em constante crescimento, ainda existe

insuficiência de dados por parte dos engenheiros e técnicos no sentido de direcionar as

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vantagens e desvantagens e verdadeira diminuição do tempo gasto com esse tipo de vedação

em relação à utilização da alvenaria convencional durante a construção de uma edificação.

O gesso é um dos materiais de construção mais antigos de que se tem conhecimento.

Algumas de suas propriedades lhes conferem vantagens, tais como resistência ao fogo e

isolamentos térmico e acústico (OLIVEIRA et al., 2012). De tal modo, entende-se a

importância de um estudo que busque aumentar a qualidade e economia nas construções

prediais, a fim de proporcionar uma maneira mais viável técnica e economicamente no que

diz respeito à utilização do Drywall. Assim, no que diz respeito aos pilares da sustentabilidade

– ambiental, social e econômico – empregados nas edificações, vê-se que os aspectos

referentes ao conforto ambiental se contemplam na dimensão social. Entretanto, é possível

relacionar estes aspectos diretamente com a dimensão econômica e ambiental, visto a energia

utilizada na climatização, ventilação artificial e iluminação apresenta seus custos, além dos

impactos consequentes do processo de geração dessa energia utilizada na climatização e

iluminação. Então, deve-se buscar a produção de uma edificação ambientalmente correta e

econômica, com a premissa de que ela seja, também, confortável (Revista Téchne, 2010).

No Brasil, as ações relacionadas à sustentabilidade iniciaram-se com foco na redução

da geração de resíduos sólidos que abrange, basicamente, a fase de obra. O enfoque mais

adequado é o de visão global e equilibrada dos variados aspectos da sustentabilidade durante

o ciclo de vida da edificação. Então, com base nos temas relacionados a sustentabilidade e

conforto térmico na construção civil, este trabalho apresenta o seguinte objetivo geral:

desenvolver um compósito base gesso para aplicação como drywall utilizando resíduos de

sisal e de papel. Além disso, apresenta os seguintes objetivos específicos:

- Avaliar a influência da composição nas propriedades mecânicas e térmicas dos

compósitos

- Realizar os ensaios de resistência à compressão, dureza e do coeficiente de

condutividade térmica;

- Avaliar os resultados coletados nos ensaios, comparando-os entre si de forma a

indicar a potencialidade do uso destes resíduos para utilização em painéis do tipo drywall.

2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

2.1. Drywall

Segundo Silva e Fortes (2009), o drywall trata-se de um sistema de montagem

construtiva de vedação vertical e tem seu significado originado das palavras dry (seco) e wall

(parede). São paredes internas, curtas ou retas, não expostas a intempéries e não estruturais de

edifícios (BARBOSA, 2015). Junqueira e Ribeiro (2016) afirmam que o drywall é um método

construtivo mais eficiente e limpo, já que não utiliza argamassa em sua execução, o que

diminui de modo significativo a quantidade de entulhos.

Existem mais de um tipo de drywall, entretanto, o sistema que ficou conhecido

popularmente no Brasil trata-se do sistema “composto por chapas de gesso acartonado, pré-

fabricadas a partir da gipsita natural, fixadas em uma estrutura metálica leve em perfis de aço

galvanizado, distanciados ao longo de um plano vertical conforme medida do painel. ”

(BARBOSA, 2015).

Os painéis de drywall podem, ainda, ser classificados em três tipos: standart, resistente

à umidade (RU) e resistente ao fogo (RF). Junqueira e Ribeiro (2016) afirmam que tipo

standart é o recomendado para ambientes secos, devido ao fato de ter placas de gesso

acartonado de uso geral e possuírem o objetivo de atuar como fechamento interno. Estas

placas são as mais usadas na construção civil. Ainda segundo os autores, o tipo RU, também

denominadas de placas verdes, são aquelas disponibilizadas para paredes que recebem

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umidade, empregadas, geralmente, em áreas de serviço, cozinhas e banheiros. Entretanto, é

importante ressaltar que sua utilização exige a impermeabilização flexível na base das paredes

e os encontros com o piso. Por fim, o tipo RF visa atender as normativas específicas de

resistência ao fogo e são usadas geralmente em ambientes que buscam a proteção humana.

2.2. Gesso

À medida que as aplicações dos diversos materiais existentes se tornam mais

sofisticadas, fica mais difícil um único material satisfazer a todas as expectativas. Este dilema

obriga o homem a conjugar diferentes materiais, através de suas propriedades individuais para

alcançar as características finais desejadas. Os compósitos atendem bem a esses requisitos de

forma que, nos últimos anos, vem ocorrendo uma gradativa substituição de materiais tidos

como convencionais (metais, cerâmicas, entre outros) nas mais variadas aplicações em

diversos setores, principalmente na construção civil. As fibras vegetais, por serem compostas

principalmente de celulose, são abundantes e disponíveis em praticamente todo mundo,

principalmente no NE do Brasil. No passado, as fibras duras (sisal, juta, coco) eram

empregadas exclusivamente na fabricação de produtos artesanais, entretanto estas fibras vêm

atraindo a atenção da construção civil devido a sua abundância, ser atóxico e oriundo de fonte

renovável de matéria prima e apresentar um bom conjunto de propriedades mecânicas.

Em geral, na construção civil as matrizes cerâmicas são as mais utilizadas, entre estas

destacam se o cimento e o gesso. Segundo Antunes (2017), o gesso é um aglomerante obtido

através da calcinação da gipsita. De acordo com Baltar, Bastos e Borges. (2004), a gipsita é

um sulfato de cálcio di-hidratado (CaSO4 2H2O) que possui a característica de ter a

possibilidade de perder e recuperar a água de cristalização. Ao submeter a gipsita a altas

temperaturas (entre 125°C e 180ºC), inicia-se o processo de calcinação, em que se perde parte

de sua água de cristalização, tomando, então, forma de hemidrato (gesso). Quando o gesso

retoma o contato com água, ocorre sua re-hidratação que o transforma novamente em di-

hidrato e lhe confere a resistência mecânica e estabilidade.

O Brasil, de acordo com Baltar, Bastos e Borges. (2004), é o maior produtor de gipsita

da América do Sul e tem, também, o material de melhor qualidade do mundo, apresentando

um teor de pureza que varia de 88% a 98%. Segundo DNPM (2015), a produção de gipsita no

Brasil ocupava o 13º lugar do mundo em 2014.

A produção de gesso para a construção civil, segundo Antunes (2017), destina-se, de

modo geral, a duas aplicações: gesso acartonado e revestimento. O primeiro trata-se de uma

placa pré-moldada de gesso, revestida de papel acartonado e fixada a uma estrutura metálica

não aparente e, após sua instalação, pode receber os demais acabamentos normalmente. Já o

revestimento em gesso consiste em uma pasta de gesso moldada in loco e lançada de forma

mecânica na alvenaria, resultando em uma superfície lisa e pronta para a aplicação dos demais

acabamentos. Este último método apresenta a vantagem de que, devido a mão de obra para a

execução não ser tão escassa e a economia com reboco e chapisco ser considerável, a

utilização de gesso mostra-se economicamente viável e agradável esteticamente.

É importante ressaltar que, para a produção do gesso de construção, qualquer forma de

impureza é indesejável, pois reduzem o teor de hemidratos e anidritas do material,

responsáveis pelas características aglomerantes do material (JOHN; CINCOTTO, 2007).

Assim, a presença de determinadas impurezas, dependendo de seus teores, pode alterar

algumas propriedades do gesso, tais como, por exemplo, a resistência mecânica, a

consistência, sua estabilidade e o seu tempo de pega.

2.3. Sisal

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As fibras naturais como reforço em compósitos, têm ainda muitos desafios para

tornarem-se amplamente utilizadas no mercado, pois há uma série de desvantagens associadas

as fibras naturais, incluindo: baixa temperatura de utilização, baixa estabilidade dimensional,

alta sensibilidade a efeitos ambientais (variações de temperatura e umidade), acentuada

variabilidade nas propriedades mecânicas, seções transversais de geometria complexa e não

uniforme. Entretanto, o uso de recursos vegetais para a produção de materiais poliméricos é

uma alternativa de grande importância tecnológica, econômica e ambiental, por ser de uma

fonte renovável, reciclável, biodegradável, baixo custo, baixa densidade e baixa abrasividade,

contribuindo para produção de materiais com boas propriedades físicas e mecânicas

(FERREIRA et al., 2003 e MARTINS e MATTOSO, 2004).

A tabela a seguir explicita as propriedades físico-mecânicas do sisal determinadas em

diversos estudos.

Tabela 1 – Características físicas e mecânicas do Sisal.

Fonte: Brandão, 2015.

2.4. Papel reciclado

De acordo com IPT (1995), a reciclagem do papel é a maneira de fabricar o produto

usando como matéria-prima outros papéis, como, por exemplo, cartolinas, papelões e cartões,

oriundos de rebarbas produzidas durante os processos de produção destes materiais ou em

gráficas, e de artefatos destes materiais pré ou pós consumo. Segundo Lima e Romeiro Filho

(2001), o papel reciclado possui fibras celulósicas secundárias, que são fibras que já passaram

ao menos uma vez por uma máquina de fabricação de papel. A fibra celulósica não tem a

capacidade de ser reciclada infinitamente, visto que após um determinado número de

processos de reciclagem, perde progressivamente suas características de resistência. O papel

pode ser reciclado de sete a dez vezes, o que demonstra a capacidade do prolongamento do

ciclo de vida deste produto (IPT, 1995).

9

No Brasil, são fabricados vários tipos de papéis, utilizando-se fibras provenientes de

aparas, como, por exemplo, papel de escrever, papéis de embrulho, embalagens leves e

pesadas, cartões, para fins sanitários, entre outros. Os artefatos de polpa moldada podem ser

utilizados para embalagens como bandejas para frutas e ovos (LIMA; ROMEIRO FILHO,

2001). Assim, de acordo com a Federação e Centro das Indústrias do Estado de São Paulo -

FIESP (2004), a utilização de papel reciclado acarreta numa melhora da relação da empresa

com o meio ambiente e é capaz de otimizar a produtividade dos recursos utilizados,

implicando em benefícios diretos para empresa, processo industrial e produto, como explicado

no Quadro 1.

Quadro 1 – Benefícios causados pela melhora da relação entre empresa e meio ambiente.

Fonte: FIESP, 2004.

A literatura ainda é muito pobre no que se refere à utilização de resíduos de papel no

desenvolvimento de novos materiais, entretanto é sabido que este tipo de reciclagem pode ser

uma opção viável no que se refere aos custos de aquisição. Apesar de não ter sido encontrado

utilização de resíduos de papel na engenharia civil, durante a execução deste projeto

observou-se a viabilidade do uso na fabricação de compósitos com gesso.

2.5. Propriedades dos materiais

2.5.1. Dureza

As principais propriedades dos materiais utilizados na área da construção civil são:

dureza, resistência à compressão, resistência à flexão e resistência ao impacto.

De acordo com Budynas e Nisbett (2011), a resistência de um material à penetração de

uma ferramenta pontiaguda é conhecida por dureza. Segundo Dias (2004), entre os variados

ensaios mecânicos que existem, as técnicas de identação vêm mostrando-se como uma das

melhores opções para determinar as propriedades mecânicas de materiais com características

peculiares.

10

Os ensaios de identação consistem na compressão lenta de um penetrador esférico ou

piramidal de um material rígido sobre uma superfície plana, quase sempre polida e limpa, de

uma amostra a ser analisada, através de determinada carga e durante um determinado

intervalo de tempo (DIAS, 2004). Essa compressão resultará numa impressão permanente na

superfície da amostra com o formato do identador.

2.5.2. Resistência à compressão

Segundo Hibbeler (2009), a resistência de um material depende de sua capacidade de

suportar uma carga sem que ocorra uma deformação excessiva ou ruptura. Tal propriedade é

inerente ao próprio material e deve ser determinada através de métodos experimentais. De

acordo com o autor, um dos testes mais importantes nesses casos é o ensaio de compressão.

Apesar de ser possível a determinação de muitas propriedades mecânicas importantes de um

material através desse teste, ele é utilizado primariamente a fim de determinar a relação entre

a tensão normal média e a deformação normal média em diversos materiais utilizados na

engenharia, como, por exemplo, metais, cerâmicas, polímeros e compósitos.

2.5.3. Condutividade térmica

Outra característica de suma importância na construção civil é o isolamento térmico e

acústico, visto que devido às características atuais das construções no pais o conforto

ambiental é um pre requisito nas certificações dos empreendimentos.

De acordo com Incropera et al. (2008), a condução se refere ao transporte de energia

em um meio devido a um gradiente de temperatura, sendo o mecanismo físico a atividade

atômica ou molecular aleatória. A propriedade classificada como propriedade de transporte

fornece uma indicação da taxa na qual a energia é transferida pelo processo de difusão,

dependendo da estrutura física da matéria, atômica e molecular, relacionada ao estado da

matéria.

Ainda, de acordo com Soares (2017), a condutividade térmica de um material é dada

pela soma das suas componentes oriundas do movimento das cargas elétricas e do movimento

de vibração da rede cristalina. Entretanto, em materiais isolantes e semicondutores, o

movimento dos fônons é que determina o comportamento térmico. Então, apesar da dinâmica

molecular considerar o átomo como uma esfera maciça, a condutividade térmica de materiais

não-metálicos pode ser determinada a partir dos seus dados.

3. MATERIAS E MÉTODOS – METODOLOGIA

Este trabalho baseou-se em duas fontes de coleta de informações. A primeira fonte foi

dada através de artigos, revistas acadêmicas, legislações vigentes, teses e dissertações que

possuem relação direta com a construção civil, a sustentabilidade e o conforto térmico, bem

como o aprofundamento a respeito das propriedades dos materiais utilizados. A segunda fonte

foi coletada através de uma pesquisa experimental realizada no Laboratório do Departamento

de Engenharia Têxtil (LabTex) da Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN),

com o objetivo de se analisar as propriedades do compósito de gesso, gesso/fibra de sisal,

gesso/papel reciclado e gesso/fibra de sisal/papel reciclado.

De acordo com Cervo, Bervian e Silva (2007, p. 61), a pesquisa experimental acontece

quando variáveis relacionadas com o objeto de estudo são manipuladas diretamente de modo

a proporcionar um estudo da relação entre as causas e os efeitos de determinado fenômeno.

Gil (2010, p. 73) considera o experimento o melhor exemplo de pesquisa científica.

Classifica-se o presente estudo como uma pesquisa quantitativa, centrada na objetividade.

11

Segundo Fonseca (2002), este tipo de pesquisa considera que a realidade só pode ser

compreendida baseando-se na análise de dados brutos, coletados com o auxílio de

instrumentos padronizados e neutros. Ainda segundo o autor, a pesquisa quantitativa utiliza a

linguagem matemática para descrever as causas de um fenômeno, bem como as relações entre

variáveis. Além disso, considera-se o trabalho uma pesquisa aplicada, visto que objetiva gerar

conhecimentos para aplicação prática, voltados para a solução de problemas específicos

(SILVEIRA e CÓRDOVA, 2009).

Como elemento matricial foi utilizado um gesso específico para revestimento de

paredes da marca Novo gesso fabricado por Gesso Timóteo LTDA. Como elemento de

reforço foi utilizado resíduo de desfibramento de Sisal, este material é composto por fibras

muito curtas de sisal e pó. Também foi utilizado resíduo de papel colhido no departamento

têxtil da UFRN, este resíduo foi acondicionado em um recipiente tipo gamela e imerso em

água durante 15 dias para dissolução e posterior secagem à temperatura ambiente.

Para a preparação da amostra, foi necessária a confecção dos moldes de inox para a

fabricação dos corpos de prova. De acordo com a NBR12129, os moldes devem ter três

compartimentos, permitindo a moldagem simultânea de três corpos de prova cúbicos de

50,0mm de aresta. No entanto, para o presente estudo, os moldes foram confeccionados com

seis compartimentos, respeitando-se as dimensões de arestas exigidas. Em seguida, foram

executados os corpos de prova. Para a produção desses itens, inicialmente, foi passada uma

cera de carnaúba para facilitar a desmoldagem. Então, foi feita a separação dos materiais

utilizados, de acordo com o tipo de corpo de prova (água e gesso; água, gesso e fibra de sisal;

água, gesso e papel reciclado; água, gesso, papel reciclado e fibra de sisal). A figura 1

representa os materiais utilizados.

Figura 1 – Materiais utilizados nos corpos de prova.

Fonte: Autor, 2017.

Após a separação, ocorreu a mistura dos materiais respeitando a seguinte ordem: água,

gesso, papel (quando houver) e fibra de sisal (quando houver). É importante ressaltar que a

ordem em que os materiais são misturados altera o produto final. A mistura foi realizada com

o auxílio de uma furadeira com misturador de tinta acoplado, de acordo com as quantidades

descritas na Tabela 2.

Tabela 2 – Quantidades de material utilizadas para cada composto.

Água (g) Gesso (g) Sisal (g) Papel (g)

Composto A 1000 3500

Composto B 1000 3500 20

Composto C 1000 3500 700

Composto D 1000 3500 20 700 Fonte: Autor, 2017.

O processo de mistura e moldagem está representado na Figura 2. Ao fim do processo,

a mistura foi depositada nos moldes de inox, de maneira que a face superior permanecesse no

nível do molde, a fim de garantir que todas as amostras possuíssem o mesmo tamanho.

Durante o processo de preenchimento dos corpos de prova, o material foi prensado nos

12

moldes com o objetivo de retirar, ao máximo, o ar presente dentro das peças, representadas na

Figura 2b. Após 24h, os corpos de prova foram desmoldados, com o auxílio de uma prensa

hidráulica com capacidade de 15 (quinze) toneladas e identificados para a seguinte etapa:

ensaios de dureza, resistência à compressão e condutividade térmica.

Figura 2 – (a) Processo de mistura dos materiais do compósito; (b) Moldagem dos corpos de prova.

(a) (b)

Fonte: Autor, 2017.

Os ensaios mecânicos de compressão foram realizados em uma máquina universal

shimatzu com célula de carga de 300 KN a uma velocidade de 500 N/seg (Figura 3), segundo

a norma NBR 12129 (ABNT, 2017). O ensaio de dureza também foi realizado na máquina

universal, sendo desenvolvido um aparato utilizando um identador esférico de 10 mm de

diâmetro (Figura 4), sendo aplicada uma pré carga de 50 N e aumentada para 500 N em 2

segundo e sendo esta carga mantida por 15 segundos. O cálculo da dureza foi realizado

conforme a formula contida na norma NBR 12129 (ABNT, 2017). Os ensaios de dureza e

compressão estão representados na Figura 5 e na Figura 6, respectivamente.

Figura 3 – Máquina de ensaio universal.

Fonte: Autor, 2017.

Figura 5 – Aparato com Identador esférico.

Fonte: Autor, 2017.

Figura 4 – Ensaio de dureza.

Fonte: Autor, 2017.

Figura 6 – Ensaio de resistência à compressão.

Fonte: Autor, 2017.

13

Para a avaliação da condutividade térmica foi utilizado um condutivímetro (Figura 7),

modelo KD2 Pro, fabricado pela DECAGON DEVICES INC. Este procedimento não foi

normatizado, porém, para a realização do ensaio, foram realizadas 3 medidas em cada

amostra, onde foram feitas 2 perfurações na superfície de cada amostra utilizando uma broca

1/16”, por onde foi inserido os sensores para a medição da condutividade.

Figura 8 – Condutivímetro e sensor para a medição da condutividade térmica.

Fonte: Autor, 2017.

4. RESULTADOS

Em ensaio de compressão, foram obtidos os resultados de acordo com gráficos tensão

x deformação representados na Figura 9. Os resultados obtidos no ensaio de dureza são

apresentados nas tabelas 3 a 6, onde são indicados a profundidade de identação “t” e a dureza

média de cada material calculadas pela equação 1:

Equação 1 – Cálculo de Dureza

𝐷 =𝐹

𝜋 ∗ ∅ ∗ 𝑡

Fonte: ABNT, 2017.

Onde,

F é a carga, expressa em Newton (N);

∅ é o diâmetro da esfera, expresso em milímetros (mm); t é a média da profundidade, expressa em milímetros (mm).

Figura 9 - (a) gesso puro, (b) compósito de gesso/fibra de sisal, (c) gesso/papel e (d) gesso/papel/sisal.

(a) (b)

14

(c) (d)

Fonte: Autor, 2017.

Tabela 3 - Ensaio de dureza em corpos de prova de gesso.

Corpo de prova t (mm) Média Dureza

B1 0,2 0,5 0,3 0,3 55,1

B6 0,15 0,25 0,2 0,2

B2 0,35 0,4 0,25 0,3

Geral 0,3

Fonte: Autor, 2017.

Tabela 4 - Ensaio de dureza em corpos de prova de gesso com sisal.

Corpo de prova t (mm) Média Dureza

C6 0,4 0,6 0,55 0,5 27,8

C4 0,55 0,8 0,65 0,7

C1 0,55 0,5 0,55 0,5

Geral 0,6

Fonte: Autor, 2017.

Tabela 5 - Ensaio de dureza em corpos de prova de gesso com papel.

Corpo de prova t (mm) Média Dureza

D3 0,8 1,5 0,95 1,1 14,9

D6 0,8 1,1 0,6 0,8

D2 1 1,5 1,35 1,3

Geral 1,1

Fonte: Autor, 2017.

Tabela 6 - Ensaio de dureza em corpos de prova de gesso com sisal e papel.

Corpo de prova t (mm) Média Dureza

E5 1,5 1,25 2,1 1,6 10,0

E4 1,85 1,7 1,5 1,7

E6 1,8 1,25 1,45 1,5

Geral 1,6 Fonte: Autor, 2017.

A partir do ensaio térmico, foi possivel obter os dados contidos na Tabela 6, sendo a

condutividade térmica o parâmetro comparativo analisado neste trabalho.

15

Tabela 7 - Propriedades térmicas dos materiais.

Propriedades térmicas

Material K (w/mK) CP (Mj/m³k) R (°Ccm/w) T (°C) e (%)

Gesso 0,48 1,872 208,2 30,36 0,0039

Gesso/sisal 0,487 1,499 205,5 28,9 0,0057

Gesso/papel 0,383 1,196 261,2 28,26 0,0045

Gesso/sisal/papel 0,515 1,845 194 25,78 0,0033

K – Condutividade térmica; CP – Calor específico; R – Resistividade térmica; T –

Temperatura de medição; e – Erro de ensaio. Fonte: Autor, 2017.

5. DISCUSSÃO

Segundo a NBR 13207 (ABNT, 1994), gesso para construção civil deve atender as

exigências mecânicas de resistência a compressão mínima e dureza mínima representadas na

Tabela 8. Estes valores mínimos foram encontrados apenas nas amostras de gesso puro.

Tabela 8 - Exigências físicas e mecânicas do gesso para construção civil.

Determinações físicas e mecânicas Unidade Limites

Resistência à compressão (NBR 12129) Mpa > 8,40

Dureza (NBR 12129) N/mm³ > 30,00

Massa unitária (NBR 12127) Kg/m³ >700,00 Fonte: ABNT, 1994.

Apesar dos resultados obtidos para os compósitos serem inferiores à matriz de gesso,

observou-se que os compósitos contendo gesso/sisal apresentou uma menor perda de

propriedades quando comparado ao gesso/papel e gesso/papel/sisal. Este comportamento pode

ser atribuído ao fato da fibra de sisal ter interferido na cura dos corpos de prova, apesar de

terem sido reservados por 10 dias antes do ensaio, alterações no processo de hidratação do

gesso provocando uma cura incompleta ou retardo no processo de cura. Outra possibilidade a

ser considerada é a fraca interação entre a fibra e o gesso, tendo em vista que os corpos de

prova apresentaram delaminação durante o ensaio. A fibra de sisal por ser uma fibra vegetal

apresenta na sua estrutura um percentual natural de umidade de aproximadamente 15%, sendo

esta água retida no lumén da fibra por pontes de hidrogênio na estrutura química da celulose

que compõe esta fibra. Desta forma, a fibra saturou absorvendo a água da reação de cura do

gesso, ficando esta encapsulada no interior do compósito. Para o ensaio de dureza o

comportamento destes compósitos foi semelhante quando comparado com o gesso.

Conforme esperado, o compósito de gesso e papel apresentou uma redução na

resistência a compressão e dureza. Este fato pode ser explicado pela dificuldade de

incorporação durante a mistura dos componentes, devido ao papel aumentar a viscosidade do

sistema, bem como apresentar uma tendência a aglomeração não dispersando de forma

homogênea no compósito. Da mesma forma que o compósito gesso/sisal, o papel por ser de

origem celulósica interferiu na cura do gesso e criou pontos de baixa resistência.

Para os compósitos gesso/fibra /papel os resultados das propriedades mecânicas foram

muito inferiores ao esperado. Porém os corpos de prova apresentaram visualmente uma

umidade alta que deve ter interferido no seu comportamento mecânico.

A análise de propriedades térmicas não ocorreu seguindo procedimentos de norma,

sendo utilizado o método comparativo entre os materiais já citados anteriormente. A

condutividade térmica do gesso puro e do compósito gesso/sisal apresentaram propriedades

térmicas semelhantes, de forma a atender ao esperado, já que o sisal apresenta baixa

16

proporção em volume se comparado ao gesso, sendo assim, não influencia significativamente

nos resultados. O compósito gesso/papel apresentou melhoria da condutividade térmica, tendo

uma redução se comparado aos outros materiais testados. Diferentemente do esperado, o

compósito de gesso/sisal/papel apresentou um aumento da condutividade térmica causado

provavelmente pelo excesso de umidade já citado.

Entretanto, se considerarmos que para a confecção destes materiais foram utilizados

resíduos fibrosos e papel reciclado, e que o custo de aquisição destes insumos é desprezível

quando comparado ao gesso, há viabilidade de uso destes componentes na confecção de

drywall, sendo que estes não devem ser aplicados como vedações internas, apenas como

divisórias.

Como sugestão para futuros estudos, pode-se considerar a possibilidade de análise das

propriedades mecânicas e térmicas em compósitos com diferentes proporções entre os

materiais bem como a possibilidade de aumento do tempo de cura em relação ao utilizado

neste trabalho.

6. CONCLUSÃO

Através da realização deste trabalho, foi possível concluir que o compósito proposto

obteve uma redução da resistência a compressão e dureza em relação ao gesso. Sendo assim, o

objetivo geral do estudo foi alcançado, pois o compósito base gesso utilizando resíduos de

sisal e de papel foi desenvolvido, embora não tenha atingido as expectativas de utilização

como drywall, embora possa ser utilizada como divisória.

Além disso, cumpriram-se os objetivos específicos, avaliando-se a influência da

composição nas propriedades mecânicas e térmicas do composto desenvolvido, bem como a

realização dos ensaios de resistência à compressão, dureza e do coeficiente de condutividade

térmica e conseguinte avaliação dos resultados coletados nos respectivos ensaios,

comparando-os entre si de modo a indicar a potencialidade do uso destes resíduos na

utilização do drywall.

Como ponto positivo deste trabalho, tem-se a aplicação de material de descarte

incorporado ao gesso de modo a reduzir custos e contribuir com o meio ambiente. Assim,

observa-se a importância da prática de pesquisas voltadas para a sustentabilidade objetivando

melhorias em aspectos de conforto ambiental nas edificações.

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