Análise físico-mecânica de compósitos madeira-cimento e uso de modelos micromecânicos na predição de suas propriedades

Heloiza Candeia Ruthes

ORCID iD Universidade Federal de São Carlos (UFSCar) Brasil

César Augusto Galvão de Morais

ORCID iD Universidade Estadual Paulista (UNESP) Brasil

Diego Henrique de Almeida

ORCID iD Universidade Federal de Rondônia (UNIR) Brasil

Cristiane Inácio de Campos

ORCID iD Universidade Estadual Paulista (UNESP) Brasil

André Luis Christoforo

ORCID iD Universidade Federal de São Carlos (UFSCar) Brasil

Marília da Silva Bertolini

ORCID iD Universidade Estadual Paulista (UNESP) Brasil

Resumo

Os compósitos madeira-cimento são formados por uma mistura de cimento Portland, água e resíduos de madeira em fibras ou partículas, aplicando-se principalmente em painéis, obtendo-se um destino aos resíduos da indústria madeireira. Fatores como a espécie, tratamento e dimensão das partículas de madeira interferem no desempenho físico e mecânico dos compósitos e por isso são continuamente investigados na literatura. Dessa forma, nesse trabalho apresentou-se uma análise físico-mecânica experimental de compósitos madeira-cimento com resíduos de Pinus sp. e bambu da espécie Dendrocalamus giganteus tratados em água quente e analisou-se seus efeitos na densidade, o módulo de elasticidade e o módulo de ruptura obtidos através de ensaio de compressão. Avaliou-se, também, a aplicação de modelos micromecânicos (regras de mistura) na predição do módulo de elasticidade. Por fim, os resultados experimentais foram analisados estatisticamente e o módulo de elasticidade obtido pelos modelos micromecânicos foram comparados aos obtidos experimentalmente.

Palavras-chave


bambu; compósitos; madeira; propriedades dos compósitos; regra de mistura


Texto completo:

Referências


ABNT – ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. ABNT NBR 7190: projeto de estruturas de madeira. Rio de Janeiro: ABNT, 1997.

ABNT – ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. ABNT NBR 7215: cimento Portland. Determinação da resistência à compressão. Rio de Janeiro: ABNT, 1996.

ABNT – ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. ABNT NBR 8522: Concreto – determinação do módulo estático de elasticidade à compressão. Rio de Janeiro: ABNT, 1984.

ASHORI, A.; TABARSA, T.; AMOSI, F. Evaluation of using waste timber railway sleepers in wood-cement composite materials. Construction and Building Materials, v. 27, n. 1, p. 126-129, Feb. 2012. DOI: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2011.08.016.

ASHORI, A.; TABARSA, T.; AZIZI, K.; MIRZABEYGI, R. Wood-wool cement board using a mixture of eucalypt and poplar. Industrial Crops and Products, v. 34, n. 1, p. 1146-1149, 2011. DOI: https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2011.03.033.

BERALDO, A. L.; LOPES, W. G. R.; CARVALHO, J. V.; ARZOLLA, J. A. P. R.; SEVEGNANI, K.; SOUZA, P. Efeito da espécie vegetal, do tipo de cimento e do tratamento utilizado sobre a resistência à compressão de compósito. In: ENCONTRO NACIONAL DE TECNOLOGIA DO AMBIENTE CONSTRUÍDO, 8., 2000, Salvador. Anais [...]. Salvador: Infohab, 2000. Disponível em: http://www.infohab.org.br/entac/entac2000_artigos.html. Acesso em: 21 fev. 2022.

BERALDO, A. L.; ARRUDA, A. C.; STANCATO, A. C.; SAMPAIO, C. A. P.; FERNANDES FILHO, O. P.; LEONEL, V. M. Compósitos à base de resíduos vegetais e cimento Portland. In: ENCONTRO BRASILEIRO EM MADEIRAS E EM ESTRUTURAS DE MADEIRA, 8., 2002, Uberlândia. Anais [...]. Uberlândia, 2002.

BERTOLINI, M. S.; CAMPOS, C. I. Avaliação físico-mecânica de compósitos à base de cimento produzidos com resíduos de madeira e bambu. In: ENCONTRO BRASILEIRO EM MADEIRAS E EM ESTRUTURAS DE MADEIRA, 12., 2010, Lavras. Anais [...]. Lavras, 2010.

BERTOLINI, M. S.; CAMPOS, C. I.; SOUZA, A. M.; PANZERA, T. H.; CHRISTOFORO, A. L.; LAHR, F. A. R. Wood-cement composites from wastes of Pinus sp. wood: effect of particles treatment. International Journal of Composite Materials, v. 4, n. 2, p. 146-149, 2014. DOI: https://dx.doi.org/10.5923/j.cmaterials.20140402.14.

BRITO, F. M. S.; PAES, J. B.; OLIVEIRA, J. T. S.; ARANTES, M. D. C.; FANTUZZI NETO, H. Caracterização anatômica e física do bambu gigante (Dendrocalamus giganteus Munro). Floresta e Ambiente, v. 22, n. 4, p. 559-566, 2015. DOI: https://doi.org/10.1590/2179-8087.033913.

CABRAL, M. R.; NAKANISHI, E. Y.; FRANCO, M. S. R.; SANTOS, S. F.; FIORELLI, J. Treatments of residual pine strands: characterization and wood-cement-compatibility. Journal of Wood Chemistry and Technology, v. 40, n. 6, p. 396-407, Oct. 2020. DOI: https://doi.org/10.1080/02773813.2020.1828474.

CAMPOS, C. I. Caracterização mecânica de compósito madeira-cimento de reflorestamento (Cunninghamia lanceolata Hook). In: ENCONTRO BRASILEIRO DE MADEIRAS E ESTRUTURAS DE MADEIRAS (EBRAMEM), 7., 2000. São Carlos. Anais [...]. São Carlos, 2000.

CAPRAI, V.; GAUVIN, F.; SCHOLLBACH, K.; BROUWERS, H. J. H. Influence of the spruce strands hygroscopic behaviour on the performances of wood-cement composites. Construction and Building Materials, v. 166, p. 522-530, Mar. 2018. DOI: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.01.162.

CARBONARI, G.; SILVA JUNIOR, N.; PEDROSA, N. H.; ABE, C. H.; SCHOLTZ, M. F.; ACOSTA, C. C. V.; CARBONARI, L. T. Bambu: o aço vegetal. MIX Sustentável, v. 3, n. 1, p. 17-25, 2017. DOI: https://doi.org/10.29183/2447-3073.MIX2017.v3.n1.17-25.

CASTRO, V. G.; AZAMBUJA, R. R.; PARCHEN, C. F. A.; IWAKIRI, S. Influência de aditivos químicos na produção de compósitos madeira-cimento de duas espécies tropicais da Amazônia. Ciência Florestal, v. 29, n. 3, p. 1343-1353, 2019. DOI: https://doi.org/10.5902/1980509819497.

FERRANDEZ-VILLENA, M.; FERRANDEZ-GARCIA, C. E.; GARCIA-ORTUÑO, T.; FERRANDEZ-GARCIA, A.; FERRANDEZ-GARCIA, M. T. Properties of cement-bonded particleboards made from Canary Islands Palm (Phoenix canariensis Ch.) trunks and different amounts of potato starch. Forests, v. 11, n. 5, p. 560, 2020. DOI: https://doi.org/10.3390/f11050560.

FRYBORT, S.; MAURITZ, R.; TEISCHINGER, A.; MÜLLER, U. Cement bonded composites: a mechanical review. BioResources, v. 3, n. 2, p. 602-626, 2008. Disponível em: https://ojs.cnr.ncsu.edu/index.php/BioRes/article/view/BioRes_03_2_0602_CementBondedComposites.Acesso em: 14 fev. 2022.

GHATAGE, P. S.; KAR, V. R.; SUDHAGAR, P. E. On the numerical modelling and analysis of multi-directional functionally graded composite structures: a review. Composite Structures, v. 236, p. 111837, 2020. DOI: https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2019.111837.

HALPIN, J. C.; KARDOS, J. L. The Halpin-Tsai equations: a review. Polymer Engineering and Science, v. 16, n. 5, p. 344-352, 1976. DOI: https://doi.org/10.1002/pen.760160512.

JORGE, F. C.; PEREIRA, C.; FERREIRA, J. M. F. Wood-cement composites: a review. Holz als Roh- und Werkstoff, v. 62, n. 5, p. 370-377, 2004. DOI: https://doi.org/10.1007/s00107-004-0501-2.

KIM, H. S. On the rule of mixtures for the hardness of particle reinforced composites. Materials Science and Engineering: A, v. 289, n. 1-2, p. 30-33, 2000. DOI: https://doi.org/10.1016/S0921-5093(00)00909-6.

KOCHOVA, K.; SCHOLLBACH, K.; GAUVIN, F.; BROUWERS, H. J. H. Effect of saccharides on the hydration of ordinary Portland cement. Construction and Building Materials, v. 150, p. 268-275, 2017. DOI: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.05.149.

LIMA, A. J. M.; IWAKIRI, S.; SATYANARAYANA, K. G.; LOMELÍ-RAMÍREZ, M. G. Preparation, and characterization of wood-cement particleboards produced using metakaolin, calcined ceramics, and residues of Pinus spp. Journal of Building Engineering, v. 32, p. 101722, Nov. 2020. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jobe.2020.101722.

LOJA, M. A. R.; BARBOSA, J. I.; SOARES, C. M. M. A study on the modeling of sandwich functionally graded particulate composites. Composite Structures, v. 94, n. 7, p. 2209-2217, June 2012. DOI: https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2012.02.015.

MATOSKI, A. Utilização de pó de madeira com granulometria controlada na produção de painéis de cimento-madeira. 2005. 187 f. Tese (Doutorado em Ciências Florestais) – Universidade Federal do Paraná, Curitiba, 2005. DOI: http://hdl.handle.net/1884/2378.

MATOSKI, A.; IWAKIRI, S. Avaliação das propriedades físico-mecânicas de painéis de cimento- madeira utilizando farinha de madeira com granulometria controlada. Floresta, Curitiba, v. 37, n. 2, p. 149-158, 2007. DOI: http://dx.doi.org/10.5380/rf.v37i2.8646.

QUIROGA, A.; MARZOCCHI, V.; RINTOUL, I. Influence of wood treatments on mechanical properties of wood–cement composites and of Populus Euroamericana wood fibers. Composites Part B: Engineering, v. 84, p. 25-32, 2016. DOI: https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2015.08.069.

QUIROGA, A.; RINTOUL, I. Mechanical properties of hierarchically structured wood–cement composites. Construction and Building Materials, v. 84, p. 253-260, 2015. DOI: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2015.02.091.

RIBEIRO, U. G.; VASCONCELOS, R. P. DE. Estudo de propriedades térmicas e mecânicas de compósitos cimentícios produzidos com resíduos da indústria madeireira de Porto Velho. Matéria, Rio de Janeiro, v. 23, n. 4, 2018. DOI: https://doi.org/10.1590/S1517-707620180004.0575.

SOUZA, A. A. C. Utilização de resíduos da indústria madeireira para a fabricação de chapas cimento-madeira. 2005. 167 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) – Centro Tecnológico, Universidade Federal do Pará, Belém, 2005. Disponível em: http://www.repositorio.ufpa.br:8080/jspui/handle/2011/1858. Acesso em: 21 fev. 2022.

TAN, J. F.; JIA, Y. J.; LI, L. X. A series-parallel mixture model to predict the overall property of particle reinforced composites. Composite Structures, v. 150, p. 219-225, 2016. DOI: https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2016.04.047.


DOI: http://dx.doi.org/10.18265/1517-0306a2021id5517

O arquivo PDF selecionado deve ser carregado no navegador caso tenha instalado um plugin de leitura de arquivos PDF (por exemplo, uma versão atual do Adobe Acrobat Reader).

Como alternativa, pode-se baixar o arquivo PDF para o computador, de onde poderá abrí-lo com o leitor PDF de sua preferência. Para baixar o PDF, clique no link abaixo.

Caso deseje mais informações sobre como imprimir, salvar e trabalhar com PDFs, a Highwire Press oferece uma página de Perguntas Frequentes sobre PDFs bastante útil.

Download do PDF
Imprimir artigo
Exibir metadados
Como citar este documento

Visitas a este artigo: 1558

Total de downloads do artigo: 975