Un commerce à part : le « trafic » de cigarettes

A preocupação com esforços de tração remonta pelo menos até o século XVII, no ano de 1638, Leyden, Alemanha, quando Galileu Galilei (apud GORDON, 1991), através de sua obra Discorsi e dimostrazioni matematiche, representa por meio de uma xilogravura a dualidade de um elemento estrutural submetido a esforços de tração e compressão.

Uma solução encontrada pelo engenheiro francês Jean-Louis Lambot foi o reforço de partes de um barco com fios de aço em 1850, dando origem ao que atualmente é denominado de concreto armado. Desde então, armaduras e/ou fibras de aço tem sido utilizadas no concreto com o objetivo de incrementar suas propriedades mecânicas (HOLANDA e PINHEIRO, 2001; BONALDO e AGOSTINI, 2001).

A ocorrência de tensões alternadas de tração e compressão, provocadas pelas dilatações e contrações de origem térmica, afetam a microestrutura de pastas de cimento Portland hidratadas e,

conseqüentemente, suas propriedades físicas e mecânicas (BAZĂNT and KAPLAN, 1996). Esta mesma problemática é encontrada nos poços de petróleo em que materiais cerâmicos estão submetidos à tensões de tração. Neste caso, porém, a forma de se incluir armaduras de aço nos anulares dos poços durante a cimentação é tarefa impraticável. Não apenas neste caso, mas em outros semelhantes, a adoção do aço é inviável devido ao elevado diâmetro das armaduras em relação aos espaços disponíveis de trabalho. Uma outra solução encontrada, então, foi a inclusão do aço, não na forma de armadura, mas na forma de fibra com diâmetros pequenos da ordem de 1 mm ou inferiores (PHILIPPACOPOULOS and BERNDT, 2002). Esta solução, embora resolva parcialmente o problema da resistência à tração do cimento Portland hidratado, possui o inconveniente de aumentar significativamente a viscosidade da pasta fresca e, portanto, dificultar o processo de cimentação de um modo geral. Também se pesquisam incorporações de fibras sintéticas diversas sempre com o objetivo de otimizar o comportamento do cimento Portland diante de tensões de tração. Alguns exemplos são a incorporação de fibras de vidro (KELLY and MILEIKO, 1983; CARVALHO, 2000; WAKABAYSHI and YAMADA, 2000; VASCONCELOS, 2002), confecção de armaduras não de aço, mas diretamente de fibras de vidro ou carbono obtidas pelo processo de pultrusão (ALENCAR, 2000), fibras de carbono (SANTOS et al, 2002; SILVA FILHO et al, 2001; GAIOFATTO, 2001); fibras de polipropileno fibriladas (CONCREFIL, 1999); fibras de nylon (FREIRE apud FREIRE e BERALDO, 2003); fibras de poliamida com adições de látex SBR (GOMES et al, 2001; MARMORATO et al, 2001; AKASAKI et al, 2001); fibras vegetais como as fibras de curauá, sisal, coco, juta, cânhamo, vime, abacaxi, palmeira, gramíneas, casca de banana, bambu, piaçava, algodão, celulose de eucalipto, rami, malva (MELO et al, 2003; ARSÈNE et al, 2003; SUDIN and SWAMY, 2003; MARTINELLI et al, 2003; TESHA, 2003; DALCANAL et al, 2000; AGOPYAN e SAVASTANO JÚNIOR apud FREIRE e BERALDO, 2003); fibras de origem animal como couro e cabelo humano (FREIRE apud FREIRE e BERALDO, 2003; RECENA e RESCHKE, 2000); fibras minerais como amianto tipo crisotila, xisto (FREIRE apud FREIRE e BERALDO, 2003; ABRA, 19??); pneu moído (BAUER et al, 2001), etc.

Alguns ensaios preliminares a esta pesquisa foram executados com fibra de vidro picada (fibras com comprimento da ordem de 25 mm) e observou-se que as pastas preparadas não eram passíveis de mistura, pois as fibras se entrelaçaram e não permitiram que fossem realizadas as etapas de mistura e homogeneização das pastas. Em outras palavras, este fato se reflete diretamente na logística de bombeio da pasta e nos problemas advindos do aumento das

propriedades reológicas, este mesmo problema é relatado por HEWLETT et al (2004), que afirmam ser a incorporação de fibras uma solução interessante para incremento de propriedades mecânicas, mas representa um problema sério com relação ao bombeio da pasta.

As pastas, as argamassas e os concretos sempre tem suas propriedades mecânicas avaliados em função de suas resistências à compressão. Como referido na Introdução, item 1, esta é uma forma muito eficiente de se avaliar o comportamento mecânico destes tipos de cerâmicas, mas existem situações em que é impraticável se manter apenas na avaliação da compressão, quando esforços de tração serão predominantes nas condições de serviço de um determinado sistema estrutural. Este é o caso, por exemplo, das bainhas de poços de petróleo que são submetidas a ciclos de injeção de vapor d`água, em que algumas tensões despertadas são de tração e não são desprezíveis.

A avaliação da resistência à tração dos materiais cerâmicos e, em particular a do cimento Portland hidratado, não é de fácil realização. Ao longo do século passado foram desenvolvidos alguns ensaios que tentam avaliar tal propriedade, mas todos se deparam sempre com a dificuldade de se fixar o corpo de prova sem despertar tensões significativas de tração em regiões indesejadas. Além disso, ainda não se sabe como avaliar qual tipo de ensaio apresenta melhor resultado e o que se consegue, geralmente, é se trabalhar com números relativos que comparam resultados de ensaios diferentes. Outra forma de se enfocar esta problemática é através da modelagem da bainha por meio do método dos elementos finitos (PHILIPPACOPOULOS and BERNDT, 2002), procurando-se mapear os locais onde podem surgir esforços de tração.

A resistência à tração tem sido avaliada por meio dos seguintes ensaios:

a) Ensaio de resistência à tração simples: este ensaio possui pelo menos três variações. A mais antiga, desenvolvida por SCHUMAN e TUCKER (1943 apud EQUIPE DE FURNAS, 1997), prepara o corpo-de-prova munido de parafusos engastados no material e fixados em discos metálicos que são responsáveis pela transmissão do esforço de tração. A segunda variação, desenvolvida por LEROY et al (1990 apud EQUIPE DE FURNAS, 1997), caracteriza-se por uma garra especial, denominada dispositivo Leroy, que prende o corpo-de-prova com cunhas cônicas e cilíndricas, que possuem função semelhante às garras de ensaio de tração tradicionais de corpos-de- prova metálicos. A terceira variação parte da idéia da confecção de corpos-de-prova na forma de osso de cachorro, em que as garras prendem o mesmo sem, teoricamente,

despertar tensões de flexão devidas à excentricidade de carregamento ou tensões de tração elevadas na área de contato entre o corpo-de-prova e a garra;

b) Ensaio de resistência à tração na flexão em quatro pontos: este ensaio é normalizado pela ABNT por meio da norma NBR 12142 (1991) e pela norma ASTM C 78-94. Trata-se da confecção de um elemento estrutural em forma de viga reta onde se aplicam cargas simétricas posicionadas nos terços do vão teórico da mesma;

c) Ensaio de resistência à tração na flexão em três pontos: ensaio semelhante ao anterior com a aplicação de carga apenas na metade do vão da viga. Este ensaio não é normalizado para materiais cerâmicos preparados a partir de cimento. A aplicação da carga no vão central não é recomendável em função de surgirem, nesta região, tensões combinadas de tração e cisalhamento que dificultam a interpretação dos resultados e

d) Ensaio de resistência à tração por compressão diametral: este método foi desenvolvido pelos brasileiros LOBO CARNEIRO e AGUINALDO BARCELLOS (1943 apud QUEIROGA, 2000 e PETRUCCI e PAULON, 1998). Resume-se na aplicação de uma carga de compressão em um corpo-de-prova cilíndrico ao longo de sua geratriz. A tensão de tração é gerada em planos diametralmente opostos seguidos de ruptura.

A dispersão de resultados obtida de acordo com os métodos citados, levou alguns pesquisadores a desenvolverem fórmulas e, em alguns casos, normas federais, que correlacionam a resistência à tração na flexão em quatro pontos (σr), a resistência à tração por compressão diametral (σt) e a resistência à compressão (σc) de materiais preparados com cimento Portland.

A Tabela 12 seguinte apresenta algumas dessas fórmulas e evidencia a dispersão de soluções encontradas. As correlações seguintes foram desenvolvidas para misturas de cimento Portland e agregados, ou seja, para concretos, isto não invalida, entretanto, o seu uso para argamassas e/ou pastas de cimento Portland hidratado, o que se deve fazer, evidentemente, é ter o cuidado de ajustá-las caso sejam empregadas para tal fim.

Tabela 12. Correlações entre resistências à tração e à compressão de concretos (SILVA et al (2001); QUEIROGA (2000); SOMAYAJI (2001)).

Norma Pesquisador Equação de Correlação σt = Tipo de Resistência à Tração

CSA A23.3, 1995 (Canadá) 0,6 σc0,50 Flexão

NZS 3101, 1995 (Nova Zelândia) 0,8 σc0,50 Flexão

SHAH e SHUAIB, 1985 0,438 σc0,67 Flexão

NILSON, 1987 0,9 σc0,50 Flexão

FIP/CEB, 1990 0,41 σc0,67 Flexão

ACI 318, 1992 0,94 σc0,50 Flexão

IMAN et al, 1993 1,4 σc0,44 Flexão

FERRARI et al, 1995 0,1168 σc Flexão

ALMEIDA, 1990 0,06 σc1,11 Flexão

CARNEIRO, 1974 0,56 σc0,6 Flexão

RADAIN et al, 1993 0,76 σc0,50 Flexão

ASTM, 1987 0,88 σc0,50 Flexão

SILVA et al, 2001 0,4228 σc0,6804 Flexão

SILVA et al, 2001 0,932 σc0,3786 Diametral

CARNEIRO e BARCELLOS, 1953 0,185 σc0,735 Diametral

AKAZAWA, 1953 0,209 σc0,73 Diametral

OLUOKUM, 1991 0,214 σc0,69 Diametral

KÖNIG et al, 1993 2,35 ln (1 + 0,1 σc) Diametral

REMMEL, 1992 0,40 σc0,58 Diametral

GOMES, 1995 0,84 σc0,445 Diametral

FERRARI et al, 1996 - 0,51 + 0,67 σc0,50 Diametral NBR 6118, 2002 0,060 σc + 0,7 MPa ou 0,100 σc Diametral

CARRASQUILLO et al, 1981 0,540 √σc -

GONZALES-ISABEL, 1993 0,080 σc Diametral

SOMAYAJI, 2001 6,700 √σc (σc em psi) -

EQUIPE DE FURNAS 0,0361 σc1,1674 Simples

Cada expressão anterior possui limitações em relação a vários fatores. Por exemplo: intervalo de resistência à compressão, tipo de agregado, massa específica do concreto, etc. Isto significa dizer que elas não podem ser empregadas indistintamente, pois se corre o risco de se ter

correlações muito baixas que não possuem significância. A idéia, assim, foi apresentar uma visão geral de alguns modelos existentes que auxiliaram na construção de modelos específicos para as pastas de cimento Portland puras e com adição de biopolímero.

Ao que parece, existe uma tendência dos resultados de resistência à tração simples serem inferiores aos resultados obtidos por compressão diametral e estes, por sua vez, serem inferiores aos resultados obtidos por flexão em quatro pontos (BUCHER e RODRIGUES, 1983 apud SILVA et al, 2001 e EQUIPE DE FURNAS, 1997).

O ensaio de resistência à tração por compressão diametral foi adotado nesta pesquisa por sua facilidade de execução. Além disso, todos os ensaios de todas as pastas avaliadas foram comparados com pastas de referência de cimento Portland e água, para que houvesse sempre a redução da influência do tipo de ensaio na determinação da resistência à tração. Em função dos resultados de resistência à tração e resistência à compressão pôde-se estimar fórmulas empíricas para comparação com as fórmulas listadas na Tabela 12.

2.11 Microestrutura

A concepção mais aceita para materiais compósitos é a de que são materiais multifásicos que apresentam uma fase rígida e outra dispersa (KELLY and MILEIKO, 1983). A primeira geralmente é associada à maior resistência à compressão e rigidez e a segunda é responsável pela resistência à tração e tenacidade.

A microestrutura da pasta com polímero depois de endurecida se assemelhará a este material, pois haverá a matriz rígida composta pelos produtos hidratados do cimento Portland e uma fase dispersa em forma de cadeias preenchendo os canais naturalmente formados na matriz, que conferirão a tenacidade desejada.

Embora esteja mais relacionada à metalografia quantitativa, uma classificação interessante que se aproxima da concepção da microestrutura da pasta endurecida de cimento Portland e polímero é a apresentada por HORNBOGEN (1984 apud PADILHA, 1997). Nela são apresentadas quatro tipos de microestruturas bifásicas:

b) Dispersão;

c) Dual e

d) Esqueleto.

Destas, a que mais se aproxima do conceito de matriz rígida com canais preenchidos por cadeias poliméricas é a última, ou seja, o esqueleto. Nesta classificação, HORNBOGEN utiliza quatro parâmetros para caracterização que são:

a) Parâmetro duplex;

b) Parâmetro de dispersão;

c) Contigüidade e

d) Razão de contigüidade.

Embora não seja fundamental, o enquadramento da pasta de cimento Portland hidratada é interessante para efeitos de terminologia.