Departamento de Engenharia Civil Estudo de Materiais Alternativos para Utilização como Novos Materiais Geotécnicos - Aplicabilidade de Fibras Naturais de Sisal como Reforço de Solos Aluna: Amanda Fernandes Nogueira Trindade Orientadora: Profª Michéle Dal Toé Casagrande, DEC/PUC-Rio 1. Introdução O estudo sistemático de fibras com finalidade de reforço de matrizes começou na Inglaterra em 1970. No Brasil, o trabalho pioneiro cabe ao Ceped (Centro de Pesquisa e Desenvolvimento), de Camaçari, Bahia, que iniciou seu trabalho em 1980. Agopyan (1991), em seu abrangente trabalho a respeito do emprego de fibras vegetais como reforço de matrizes frágeis, relacionou 19 fibras potencialmente úteis para a construção civil. A partir de propriedades mecânicas (resistência à tração, módulo de elasticidade e alongamento na ruptura), características físicas, relação entre comprimento e diâmetro, possibilidade de cultivo no Brasil, custo e durabilidade no ambiente natural, selecionou algumas fibras como as mais adequadas. Como um produto natural, as características das fibras apresentam grande variabilidade, com coeficientes de variação freqüentemente maiores que 40%. Embora apresentem elevada resistência à tração, o módulo de elasticidade das fibras é menor que o das matrizes à base de cimento (de 20 a 30 GPa) e equivalente ao das matrizes de gesso (de 2 a 4 GPa), o que limita sua eficiência como reforço. Assim, as pesquisas no Brasil e no exterior concentram-se nas fibras de coco e sisal (Agopyan, 1991), fartamente disponíveis a preço relativamente baixo. Para o reforço de materiais de construção civil podem ser empregadas fibras de menor comprimento, normalmente rejeitadas pelas indústrias de amarra, estofados e tecelagem, tradicionais consumidoras destas fibras. O sisal é a principal fibra dura produzida no mundo, correspondendo a aproximadamente 70% da produção comercial de todas as fibras desse tipo. No Brasil, o cultivo do sisal se concentra na região Nordeste, sendo os estados da Bahia, Paraíba e Rio Grande do Norte os principais produtores, com 93,5, 3,5 e 3,0%, respectivamente, da produção nacional. Como planta tropical, o sisal se desenvolve preferencialmente em localidades onde prevalecem temperaturas relativamente elevadas durante a maior parte do ano. Ademais, como é uma planta econômica, requer condições climáticas compatíveis com o bom desenvolvimento e uma alta produtividade. Além disso, a fibra de sisal apresenta um dos maiores valores de módulo de elasticidade e de resistência mecânica entre as fibras naturais. As fibras vegetais, comparadas às fibras sintéticas, são de baixo custo, de fácil obtenção, fartamente disponíveis, mais fáceis de manusear, têm boas propriedades mecânicas, não geram quantidades excessivas de resíduos, empregam tecnologias relativamente simples e requerem menos energia no processo de produção, além de serem de fontes renováveis. Como desvantagens apresentam grande variabilidade das propriedades físicas e mecânicas (cerca de 40%), susceptibilidade de degradação em ambientes naturais e variações dimensionais por mudanças de teor de umidade e/ou temperatura. O melhoramento ou alteração das propriedades mecânicas dos solos reforçados com fibras depende das características das mesmas (como resistência à tração, módulo de elasticidade, comprimento, teor e rugosidade), do solo (grau de cimentação, tamanho, forma e granulometria das partículas, índice de vazios, etc.), da tensão de confinamento e do modo de carregamento.
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Estudo de Materiais Alternativos para Utilização como ... · Unificado de Classificação de Solos (SUCS). Figura 1 ... Janeiro (PUC-Rio), de forma a obter a curva granulométrica
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Departamento de Engenharia Civil
Estudo de Materiais Alternativos para Utilização como Novos Materiais Geotécnicos -
Aplicabilidade de Fibras Naturais de Sisal como Reforço de Solos
Aluna: Amanda Fernandes Nogueira Trindade
Orientadora: Profª Michéle Dal Toé Casagrande, DEC/PUC-Rio
1. Introdução
O estudo sistemático de fibras com finalidade de reforço de matrizes começou na
Inglaterra em 1970. No Brasil, o trabalho pioneiro cabe ao Ceped (Centro de Pesquisa e
Desenvolvimento), de Camaçari, Bahia, que iniciou seu trabalho em 1980.
Agopyan (1991), em seu abrangente trabalho a respeito do emprego de fibras vegetais
como reforço de matrizes frágeis, relacionou 19 fibras potencialmente úteis para a construção
civil. A partir de propriedades mecânicas (resistência à tração, módulo de elasticidade e
alongamento na ruptura), características físicas, relação entre comprimento e diâmetro,
possibilidade de cultivo no Brasil, custo e durabilidade no ambiente natural, selecionou algumas
fibras como as mais adequadas.
Como um produto natural, as características das fibras apresentam grande variabilidade,
com coeficientes de variação freqüentemente maiores que 40%. Embora apresentem elevada
resistência à tração, o módulo de elasticidade das fibras é menor que o das matrizes à base de
cimento (de 20 a 30 GPa) e equivalente ao das matrizes de gesso (de 2 a 4 GPa), o que limita
sua eficiência como reforço. Assim, as pesquisas no Brasil e no exterior concentram-se nas
fibras de coco e sisal (Agopyan, 1991), fartamente disponíveis a preço relativamente baixo.
Para o reforço de materiais de construção civil podem ser empregadas fibras de menor
comprimento, normalmente rejeitadas pelas indústrias de amarra, estofados e tecelagem,
tradicionais consumidoras destas fibras.
O sisal é a principal fibra dura produzida no mundo, correspondendo a
aproximadamente 70% da produção comercial de todas as fibras desse tipo. No Brasil, o cultivo
do sisal se concentra na região Nordeste, sendo os estados da Bahia, Paraíba e Rio Grande do
Norte os principais produtores, com 93,5, 3,5 e 3,0%, respectivamente, da produção nacional.
Como planta tropical, o sisal se desenvolve preferencialmente em localidades onde
prevalecem temperaturas relativamente elevadas durante a maior parte do ano. Ademais, como
é uma planta econômica, requer condições climáticas compatíveis com o bom desenvolvimento
e uma alta produtividade. Além disso, a fibra de sisal apresenta um dos maiores valores de
módulo de elasticidade e de resistência mecânica entre as fibras naturais.
As fibras vegetais, comparadas às fibras sintéticas, são de baixo custo, de fácil obtenção,
fartamente disponíveis, mais fáceis de manusear, têm boas propriedades mecânicas, não geram
quantidades excessivas de resíduos, empregam tecnologias relativamente simples e requerem
menos energia no processo de produção, além de serem de fontes renováveis. Como
desvantagens apresentam grande variabilidade das propriedades físicas e mecânicas (cerca de
40%), susceptibilidade de degradação em ambientes naturais e variações dimensionais por
mudanças de teor de umidade e/ou temperatura.
O melhoramento ou alteração das propriedades mecânicas dos solos reforçados com
fibras depende das características das mesmas (como resistência à tração, módulo de
elasticidade, comprimento, teor e rugosidade), do solo (grau de cimentação, tamanho, forma e
granulometria das partículas, índice de vazios, etc.), da tensão de confinamento e do modo de
carregamento.
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2. Objetivo
O principal objetivo dessa pesquisa é verificar a possibilidade da utilização de fibras de
sisal como elementos de reforço que venham a conferir ao solo melhorias em seus parâmetros
de resistência, viabilizando sua utilização imediata.
Levando em consideração o contexto atual em que se encontra o meio ambiente, devido
aos impactos causados pelo homem e a partir da necessidade de alternativas sustentáveis,
consiste o interesse no estudo das fibras de sisal, já que são fontes renováveis.
Sendo assim, será feita a análise das respostas das misturas à tensão-deformação e
através de ensaios de laboratório em triaxiais, buscando uma melhor interpretação do
comportamento mecânico e da durabilidade do solo reforçado com fibras de sisal, podendo
potencializar o uso de misturas solo-fibra em obras de terra.
3. Revisão Bibliográfica
A areia apresenta partículas com diâmetro compreendido entre 0,06mm e 2,00mm ainda
visíveis sem dificuldade. Quando se misturam com água não formam agregados contínuos e ao
invés disso se separam com facilidade. Segundo a NBR 6502/1995 (item 2.2.23), a areia é um
solo não coesivo e não plástico formado por minerais ou partículas de rochas com diâmetros
compreendidos entre 0,06 mm e 2,0 mm, podendo ser classificados em: areia fina (com grãos
de diâmetros compreendidos entre 0,06 mm e 0,2 mm), areia média (com grãos de diâmetros
compreendidos entre 0,20 mm e 0,60 mm) e areia grossa (com grãos de diâmetros
compreendidos entre 0,60 mm e 2,0 mm). Em relação ao coeficiente de permeabilidade,
sendo o índice de vazios (e) da amostra diretamente proporcional ao coeficiente de
permeabilidade, ou seja, diminui à medida que o solo reduz sua granulometria, é possível
encontrar na literatura valores típicos dos solos (Tabela 1).
Tabela 1: Coeficiente de permeabilidade do solo.
Através dos resultados obtidos do ensaio de SPT, ou seja, através do NSPT é possível
obter alguns parâmetros importantes utilizados na engenharia geotécnica. Sendo um maior
número de golpes indicando uma maior compacidade e, de uma forma geral, uma maior