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3
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE FEIRA DE SANTANA
DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA
COLEGIADO DE ENGENHARIA CIVIL
TÚLIO FERREIRA DE ABREU BARRETO
AVALIAÇÃO DA DURABILIDADE E DESEMPENHO TÉRMICO DE
TELHAS REFORÇADAS COM RESÍDUOS DE FIBRAS DE COCO
FEIRA DE SANTANA
2011
II
TÚLIO FERREIRA DE ABREU BARRETO
AVALIAÇÃO DA DURABILIDADE E DESEMPENHO TÉRMICO DE
TELHAS REFORÇADAS COM RESÍDUOS DE FIBRAS DE COCO
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado
ao Departamento de Tecnologia da
Universidade Estadual de Feira de Santana
como requisito para obtenção de título de
bacharel em Engenharia Civil.
Orientador: Prof. Dr. Paulo Roberto Lopes Lima
FEIRA DE SANTANA
2011
III
TÚLIO FERREIRA DE ABREU BARRETO
AVALIAÇÃO DA DURABILIDADE E DESEMPENHO TÉRMICO DE
TELHAS REFORÇADAS COM RESÍDUOS DE FIBRAS DE COCO
Monografia submetida à banca examinadora como parte dos requisitos necessários para a
obtenção do grau de bacharel em engenharia
civil.
Feira de Santana, 16 de Agosto de 2011.
BANCA EXAMINADORA
Prof. Dr. Paulo Roberto Lopes Lima
Universidade Estadual de Feira de Santana.
Prof. Esp. Carlos Antônio Alves Queirós
Universidade Estadual de Feira de Santana.
Prof. MSc. Eduardo Antônio Lima Costa
Universidade Estadual de Feira de Santana.
IV
Dedico este trabalho aos meus pais pelo
amor, apoio e exemplo.
V
AGRADECIMENTOS
Primeiramente agradeço a DEUS, o engenheiro dos engenheiros, por iluminar meus
caminhos e atender minhas preces.
Agradeço aos meus Pais, senhor João Batista Barreto e a senhora Aldeiza Ferreira de
Abreu Barreto, pelo amor, carinho e extrema dedicação, fato fundamental para a minha
formação profissional e humana. Aos meus irmãos, Teoldo, Tainne e Tamiles pelo amor e
amizade eterna. Agradeço ao meu sobrinho Antônio, novo presente de DEUS para todos.
Agradeço também a duas pessoas especiais para mim, meus tios José Romero Rocha
(Baio) e Ana Maria Andrade Barreto Rocha, pela força diária que a mim concedem. Aos seus
filhos, em especial a minha madrinha Anaibe. Devo lembrar também de meus primos, Ramon
(Bocam), Marcela, Gabriela e Manuella (minha rainha) que dividiram comigo os dias de
cansaço e angústias, antes e pós prova, além de ouvirem sempre os meus sonhos futuros. Aos
meus primos Dhonne e Damaryo pelo amor e carinho.
Agradeço a todos os tios, tias, primos e primas. Agradeço aos meus amigos de
infância, Natanael, Teófilo, Luan, Weslley, Matheus e aos demais amigos de Quijingue.
Agradeço a todos os colegas da turma 2006.2, pela grande amizade, o que fez nos
tornar grandes irmãos. Agradeço em especial aos amigos Rafael, Norma e Francielle pelos
diversos momentos que vivemos juntos. Agradeço aos amigos da AQ-ACE (Associação
Quijinguense de Apoio a Cultura e Educação), pela vitória que conseguimos juntos, a
concretização do Projeto CACTUS, sonho de uma juventude destemida.
Agradeço ao professor Dr° Paulo Roberto Lopes Lima, pelo conhecimento que vem
me passando desde o tempo da minha iniciação cientifica, fato importante para a minha
formação acadêmica. Agradeço também pela sua amizade. A Vanessa Lucia, pela ajuda nas
realizações dos ensaios no Laboratório de Tecnologia. Agradeço a professora Dra
Rosangela
Leal e a técnica Gilzete, por fornecer os dados da Estação Climatologia da UEFS.
Agradeço a todos os professores, pela transferência de conhecimento. A Universidade
Estadual de Feira de Santana, instituição a qual tenho um imenso carinho e orgulho de ter
estudado.
Não posso me esquecer da equipe Multiplace/R.Carvalho, local onde iniciei a minha
caminhada na Construção Civil. Não posso deixar de mencionar Juvenil Neto, Jeneci
Carvalho, Fabio Vasconcelos, Jean Carlos e o mestre Francisco. Pessoas importantes na
minha formação como profissional.
VI
“Somos estudante das bravas caatingas
Que queremos lutar e vencer
Combater contra as artes do mal
Novo mundo fazer renascer”.
(Pe. Henrique J. do Nascimento e Homero Brito, adaptação do Hino do Centro Educacional e
Assistencial Quijinguense)
VII
RESUMO
BARRETO, T. F. A. Avaliação da Durabilidade e Desempenho Térmico de Telhas
Reforçadas com Resíduos de Fibras de Coco. Feira de Santana, 2011. Trabalho de
Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Civil) – Universidade Estadual de Feira de
Santana.
O crescimento do setor da Construção Civil impulsionou as pesquisas que tem como
intuito a produção de materiais de construção que atendam aos requisitos técnicos,
econômicos e ambientais. Com isso, a área de compósitos de matriz de cimento reforçada
com as fibras naturais vem recebendo atenção especial. A fabricação de fibrocimento com
reforços de fibras vegetais apresenta vantagens bastante significativas, ao contrario do
amianto, o reforço orgânico não é deletério no processo de fabricação do compósito. As fibras
vegetais, tais como a de coco e sisal são de grande abundância em países de clima tropical,
como o Brasil. Este trabalho busca avaliar o comportamento de telhas compósitas com
resíduos de fibra de coco após o processo de envelhecimento acelerado. Este trabalho está
divido nas seguintes etapas: estudo das propriedades físicas e mecânicas das telhas após o
processo de envelhecimento natural; avaliação do comportamento térmico das telhas
comparando-o com outros tipos de telhas existentes no mercado, neste caso foram usadas a de
amianto e cerâmica. Foi constatado que o envelhecimento natural desfavoreceu o desempenho
mecânico. A resistência a flexão simples do compósito foi inferior aos valores estabelecidos
pela NBR 15310 (ABNT, 2005). Entretanto os índices físicos foram aceitos pela Norma. No
quesito desempenho térmico as telhas compósitas apresentaram comportamento de isolante de
calor, ou seja, o seu uso em coberturas favorece o conforto térmico do ambiente.
VIII
ABSTRACT
BARRETO, T. F. A. Durability and Performance Evaluation of Thermal Tile Reinforced
with Coco fiber waste. Feira de Santana, 2011. End of Course Work (Graduate in Civil
Engineering) - Universidade Estadual de Feira de Santana.
The growth of the Construction Industry has boosted the research that has as objective
the production of building materials that meet the technical requirements, economic and
environmental. With that, the area of cement matrix composites reinforced with natural fibers
has received special attention. The manufacture of fiber-reinforced cement plant provides
very significant advantages, contrary to asbestos, organic strengthening is not harmful in the
manufacturing process of the composite. Vegetable fibers such as coconut and sisal are of
great abundance in tropical countries, like Brazil. This paper seeks to evaluate the behavior of
composite shingles with coir waste after the process of accelerated aging. This work is
divided into the following steps: a study of physical and mechanical properties of the tiles
after the natural aging process, evaluation of thermal tiles comparing it with other types of
tiles on the market, in this case were used for the asbestos and ceramic . It was found that the
natural aging disadvantage mechanical and physical performance, however it turns out that
the values were resistance and fitness levels were similar to those accepted by the NBR 15310
thus shows that it is possible to circumvent this problem by improving the process production.
On the issue of thermal performance of the tiles showed behavior of composite heat insulator,
ie its use in coverage favors the thermal comfort of the environment.
IX
LISTA DE FIGURAS
Figura 01 - Esquema de uma fibro-célula de uma fibra vegetal.................................................3
Figura 02 - Parte principal do coco madura................................................................................6
Figura 03 - Diagrama típico carga x deslocamento do corpo de prova sem reforço..................9
Figura 04 - Diagrama típico carga x deslocamento do corpo de prova com fibra......................9
Figura 05 - Bancada de envelhecimento natural.......................................................................13
Figura 06 - Confecção de telhas reforçadas com fibras vegetais..............................................16
Figura 07 - Representação das trocas de calor em um telhado.................................................20
Figura 08 - Movimento do ar quando ocorre transmissão de calor por convecção..................22
Figura 09 - Ensaio de desempenho térmico de telhas...............................................................24
Figura 10 - Distribuição de frequência do comprimento das fibras curtas...............................27
Figura 11 - (a) Peça inferior do molde; (b) e (c) Peça superior do molde; (d) Molde
completo....................................................................................................................................28
Figura 12 - Dimensões da telha de cimento amianto................................................................29
Figura 13 - Componentes usados para a fabricação de telhas de amianto................................29
Figura 14 - Telha Cerâmica estilo Romana..............................................................................30
Figura 15 - Bancada de apoio das telhas...................................................................................31
Figura 16 - Estação Climatológica da UEFS............................................................................31
Figura 17 - Ensaio para determinação da carga de ruptura por flexão......................................33
Figura 18 - Prensa Hd 200T......................................................................................................33
Figura 19 - Ensaio de permeabilidade.......................................................................................34
Figura 20 - Verificação do empenamento.................................................................................34
Figura 21 - Modelagem do protótipo utilizado para o ensaio de desempenho térmico............35
X
Figura 22 - Realização do ensaio de desempenho térmico.......................................................36
Figura 23 - Gráfico de cargas de ruptura à flexão das telhas....................................................38
Figura 24 - Telha envelhecida menos porosa e com manchas menos intensas (a); (b) telha com
maior quantidade de poros e manchas mais escuras.................................................................39
Figura 25 - Gráfico de desempenho térmico das telhas cerâmicas...........................................40
Figura 26 - Gráfico de desempenho térmico das telhas reforçadas com resíduos de fibra de
coco...........................................................................................................................................41
Figura 27 - Gráfico de desempenho térmico das telhas reforçadas de cimento amianto..........41
Figura 28 - Ilustração do desempenho térmico das telhas reforçadas de cimento amianto......42
Figura 29 - Variação das temperaturas externa (T-01) e interna próxima a telha (T-02).........43
XI
LISTA DE TABELAS
Tabela 01 - Propriedades físicas e mecânicas das fibras de coco e sisal ...................................5
Tabela 02 - Carga de ruptura à flexão das pastas......................................................................10
Tabela 03 - Absorção de água das pastas com fibras curtas de coco, aos 28 dias e 91 dias de
idade..........................................................................................................................................10
Tabela 04 - Massa especifica seca (ρs) massa especifica saturada (ρsat) e massa especifica
real (ρreal) das pastas de cimento contendo 1%, 2% e 3% de fibras curtas.............................11
Tabela 05 - Comparação das propriedades de telhas após o envelhecimento acelerado..........14
Tabela 06 - Resultados dos ensaios físicos e mecânicos..........................................................17
Tabela 07 - Propriedades físicas e mecânicas das telhas, aos 28 dias de idade........................18
Tabela 08 - Dados climatológicos médios obtidos pela Estação Climatológica 83221 da
UEFS.........................................................................................................................................32
Tabela 09 - Carga de ruptura à flexão das telhas envelhecidas por processo natural...............37
Tabela 10 - Carga de ruptura à flexão das telhas aos 28 dias e após aos envelhecimentos,
acelerado e natural....................................................................................................................37
Tabela 11 - Massa seca e absorção de água das telhas aos 28 dias e após os envelhecimentos
acelerado e natural................................................................................................................ ....40
XII
LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas
ASTM American Society for Testing and Materials
CEPED Centro de Pesquisas e Desenvolvimento
CP V-ARI Cimento Portland de alta resistência inicial
CP II-Z-32 Cimento Portland composto com pozolana
CRFS Cimento Reforçado com fio sintético
IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística
LABOTEC Laboratório de Tecnologia
NBR Norma Brasileira
RCD Resíduos de Construção e Demolição
ρs Massa especifica seca
ρreal Massa especifica saturada
ρsat Massa especifica real
T-01 Termopar externo
T-02 Termopar interno localizado próximo a cobertura
T-03 Termopar externo localizado próximo ao piso
UEFS Universidade Estadual de Feira de Santana
XIII
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ............................................................................................................... 1
1.1 Objetivos ...................................................................................................................... 2
1.1.1 Objetivo geral ............................................................................................................... 2
1.1.2 Objetivos específicos .................................................................................................... 2
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ........................................................................................ 3
2.1 MATERIAIS COMPÓSITOS REFORÇADOS POR FIBRAS ...................................... 3
2.1.1 Fibras vegetais .............................................................................................................. 3
2.1.1.1 Fibra de coco ............................................................................................................ 6
2.1.2 Propriedades de matrizes reforçadas como fibras vegetais ............................................. 7
2.1.2.1 Resistência a compressão ......................................................................................... 7
2.1.2.2 Resistência a flexão .................................................................................................. 8
2.1.2.3 Absorção de água ................................................................................................... 10
2.1.2.4 Índices de vazios .................................................................................................... 11
2.1.2.5 Massa especifica..................................................................................................... 11
2.1.2.6 Durabilidade ........................................................................................................... 11
2.1.3 Telhas de fibrocimento vegetal.................................................................................... 15
2.2 INFLUÊNCIA DO MATERIAL DE COBERTURA NO CONFORTO TÉRMICO .... 19
2.2.1 Propriedades térmicas dos materiais de construção ...................................................... 19
2.2.2 Desempenho térmico de telhas .................................................................................... 22
2.2.2.1 Desempenho térmico de telhas reforçadas com fibras ............................................. 24
3 MATERIAIS E MÉTODOS ......................................................................................... 26
3.1 MATERIAIS UTILIZADOS ...................................................................................... 26
3.1.1 Telhas reforçadas com fibras de coco .......................................................................... 26
3.1.2 Telha de amianto......................................................................................................... 28
3.1.3 Telhas cerâmicas ......................................................................................................... 30
3.2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL ....................................................................... 30
3.2.1 Envelhecimento natural ............................................................................................... 30
3.2.2 Determinação da durabilidade das telhas ..................................................................... 33
3.2.2.1 Propriedades físicas ................................................................................................ 34
3.2.2.1.1 Permeabilidade .................................................................................................... 34
3.2.2.1.2 Empenamento ...................................................................................................... 34
XIV
3.2.3 Desempenho térmico das telhas .................................................................................. 35
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO ................................................................................... 37
4.1 Ruptura flexão SIMPLES ........................................................................................... 37
4.2 Propriedades físicas .................................................................................................... 38
4.2.1 Permeabilidade ........................................................................................................... 38
4.2.2 Empenamento ............................................................................................................. 39
4.2.3 Massa seca e absorção de água .................................................................................... 39
4.3 Desempenho térmico .................................................................................................. 40
5 CONCLUSÃO E SUGESTÃO ...................................................................................... 44
5.1 CONCLUSÕES .......................................................................................................... 44
5.2 SUGESTÕES PARA NOVOS TRABALHOS ............................................................ 45
6 REFERÊNCIAS ............................................................................................................ 46
3
1 INTRODUÇÃO
Nos últimos anos observa-se o grande crescimento da indústria da Construção Civil,
segundo o IBGE (Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística) o setor cresceu 14,9% no
primeiro trimestre de 2010 em relação ao mesmo trimestre do ano anterior, tendo como
principal responsável por esse avanço a oferta de credito para famílias de baixa renda, o que
possibilita a aquisição de uma casa própria. Porém, há necessidade de implantar novos
materiais para atender o grande demanda de moradias, principalmente em países em
desenvolvimento. Esse fato faz com que se intensifiquem os estudos que tenham o objetivo de
utilizar matérias-primas de baixo custo e de fácil obtenção, como por exemplo, os resíduos
gerados pela população, dente eles garrafas de polipropileno, metais e resíduos agroindustriais
(SAVASTANO, 2000). Neste contexto surgem as fibras naturais como matéria-prima para a
fabricação de novos elementos construtivos.
O uso de fibra como reforço em materiais de construção é amplamente estudado para a
fabricação de placas, telhas e reservatórios. Entretanto, as fibras vegetais continuam sendo
coadjuvantes como reforços em matrizes cimentícias, pois o amianto e as fibras artificiais
ainda são amplamente usadas em nosso país.
O amianto, fibra de origem mineral, melhora as características físicas, mecânica e
química de produtos a base de cimento. Por outro lado, o asbesto é prejudicial à saúde
humana, por lançar partículas microscópicas no ar que podem gerar doenças no sistema
respiratório do trabalhador. Apesar de ser proibido em 52 países, no Brasil é permitido o uso
deste. O jornal O Globo (2010) destaca o país como um dos maiores produtores de amianto
do mundo, o que explica a sua não proibição.
A produção de fibrocimento com reforço de fibras vegetais apresenta vantagens
bastante significativas, pois ao contrario do amianto, o reforço orgânico não é deletério no
processo de fabricação do compósito.
As fibras vegetais, tais como a de coco e sisal são de grande abundância em países de
clima tropical, assim como o Brasil, desta forma a utilização dessa matéria-prima agrega
valor ao produto além de gerar uma nova destinação ao resíduo do fruto. Segundo a
Organização de Alimentos e de Agricultura das Nações Unidas (2007 apud CARNEIRO;
2
LIM; LEITE, 2009) o Brasil é quarto maior produtor de coco do mundo, tendo produzido
cerca 2.771 milhões de toneladas no ano de 2006.
O reforço de fibra vegetal melhora o desempenho na pós-fissuração, garante um
material dúctil e resistente ao impacto, além disso, a adição da fibra promove a redução da
densidade do material, pois aumenta a porosidade devido ao aprisionamento de ar no processo
de mistura (LIMA, 2004). Por outro lado, possui uma durabilidade limitada. Esse problema
está associado com a deterioração e enfraquecimento da fibra, causado pela combinação de
diversos fatores, como o ataque alcalino e variação volumétrica da fibra devido a sua alta
absorção de água (LIMA, 2004; SILVA, 2002).
No caso de telhas, a adição de fibras gera produtos com melhor desempenho térmico
em relação aos produzidas com amianto, favorecendo o conforto no ambiente (ROMA JR.,
2004), principalmente em habitações térreas, que em sua maioria são de interesses sociais
(SILVEIRA et al, 2002). Segundo Savastano Jr (2000) boa parte dessas habitações possui
telhados de cimento-amianto, por esse motivo torna-se necessário estudar novas alternativas
viáveis para substituir esse tipo de cobertura.
1.1 OBJETIVOS
1.1.1 Objetivo geral
Avaliar a Durabilidade e Desempenho Térmico de Telhas Reforçadas com Resíduos
de Fibras de Coco.
1.1.2 Objetivos específicos
Verificar se as propriedades físicas e mecânicas das telhas compósitas submetidas
ao envelhecimento natural atendem aos critérios estabelecidos pela NBR 15310
(2005) - Componentes Cerâmicos: Telhas-Terminologia, Requisitos e Métodos de
Ensaio;
Analisar o comportamento térmico das telhas compósitas com fibras de coco em
condições artificiais de calor, comparando-a com as telhas cerâmicas e de cimento
amianto.
3
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 MATERIAIS COMPÓSITOS REFORÇADOS POR FIBRAS
O uso de fibras naturais orgânicas como reforço em matrizes cimentícias passou a ser
de grande interesse para a indústria da Construção Civil, pois a fibra representa um tipo de
matéria-prima de baixo custo, salubre, biodegradável, renovável além de apresentar vantagens
ambientais.
É de conhecimento que algumas matérias primas utilizadas para a produção de
determinados materiais de construção convencionais são prejudiciais à saúde humana, dentre
eles o amianto. No Brasil, tem se intensificado o estudo sobre novos materiais com reforço de
fibras vegetais (SILVA, 2002), esse fato tem influência pelo país ter um vasto cultivo de
plantas que fornecem as fibras.
2.1.1 Fibras vegetais
Os principais constituintes das fibras vegetais são a celulose, a hemicelulose, pectina,
lignina e minerais. A hemicelulose e a lignina compõem as microfibras (Figura 01) que são
constituídas por camadas, contendo fibrilas combinadas por cadeias moleculares de celulose.
O arranjo das fibras apresenta ângulos de inclinação que variam de acordo com o tipo de
vegetal e por sua vez tem influência sobre o desempenho da fibra (PICANÇO, 2005).
Figura 01: Esquema de uma fibro-célula de uma fibra vegetal (GRAM, 1988).
4
Os estudos com o objetivo de usar fibras como reforço em matrizes cimentícia iniciou
na década de 60 na Europa (GUIMARÃES, 1987). No Brasil esse tipo de pesquisa teve inicio
dos anos 80 no Centro de Pesquisa e Desenvolvimento (CEPED), no estado da Bahia. As
fibras naturais de origem vegetal, como coco, piaçava, juta bambu e sisal representam uma
ótima alternativa para o uso em matrizes a base de cimento Portland.
As fibras de coco e sisal possuem baixo custo de produção e são encontradas em
abundância na natureza e como resíduo da indústria, por esse motivo as pesquisas no Brasil
concentram-se nessas duas espécies (AGOPYAN,1991). Suas propriedades físicas e
mecânicas estão disposta na tabela 1.
5
Tabela 01: Propriedades físicas e mecânicas das fibras de coco e sisal
PROPRIEDADE
Toledo Filho (1997) Bledzki e Gassan (1999) Agopyan e Savastano (1997) Guimarães (1987)
SISAL COCO SISAL COCO SISAL COCO SISAL COCO
Diâmetro (mm) 0,08 - 0,30 0,11-0,53 - -
- - -
Densidade (KN/m³) 7,50 - 10,70 6,7-10,00 15 12 13,7 11,77 - -
Teor de umidade natural (%) 10,97 - 14,44 22,00-38,00 - -
- - -
Absorção de água na saturação
(%) 190,0 - 250,0 85,00-135,00 - - 110 93,8 - -
Resistência à tração (MPa) 227,8 -1002,3 108,26-251,9 511-635 175 347-378 95-118 458 180
Módulo de elasticidade (GPa) 10,94 - 26,70 2,50-4,50 9,4-2,2 4,0-6,0 15,2 2,8 15,20 2,80
Deformação de ruptura (%) 2,08 - 4,18 13,70-41,00 2,0-2,5 30 4,9-5,4 23,9-51,4 4,3 29,2
6
2.1.1.1 Fibra de coco
O cultivo do coco é abundante em países de climas tropicais, principalmente em
regiões litorâneas. O coqueiro é um tipo de planta que cresce em áreas de águas
salgadas, como por exemplo, as praias. O fruto, que possui geometria ovóide, é formado
pelo mesocarpo, epicarpo, casca rígida e copra (VAN DAM, 2004) (Figura 02). A fibra,
extraída da casca que corresponde 80% do peso coco bruto, é utilizada no artesanato
para a fabricação de tapetes, chapéus e cordas. Ainda fresco é possível obter do fruto
óleos, minerais e vitaminas, todos esses derivados tem importância socioeconômica
para a região onde ele é cultivado.
Figura 02: Parte principal do coco madura (VAN DAM et al, 2004).
O beneficiamento da fibra do coco é feito por processo de trituração (a casca é
cortada e triturada por um moinho de facas), prensagem (nessa etapa é retirada
mecanicamente, por compressão, a umidade da casca e os sais dissolvidos) e seleção
(separar as fibras do pó) (ROSA, 2010). O Brasil se destaca pela elevada
disponibilidade de coco, principalmente na região Nordeste, porém apenas cerca de
0,35% da fibra produzida é aproveitada para a fabricação de compósitos (DUARTE,
2009).
7
Estudo feito por Toledo et al. (1997) obtive o diâmetro das fibras de coco de
0,25 mm. O peso especifico de 8,0 kN/m e resistência a tração de 174 MPa. Savastano
Jr (1992) realizou ensaios com a fibra de coco e obteve a massa especifica de 1177
kg/m³, massa especifica aparente de 638 kg/m³, absorção máxima de 93,8%, diâmetro
de 0,210 ±0,101mm e resistência a tração de 95 a 118 MPa.
Kulkalkarni (1981 apud SALES, 2006) observou que a fibra de coco apresentou
no gráfico de tensão-deformação uma parte linear no inicio da aplicação do
carregamento, seguido de uma região não linear demonstrando uma deformação
altamente desproporcional à tensão, posteriormente uma região retilínea ascendente,
sugerindo certo encruamento por deformação.
No quesito durabilidade em meio básico, a fibra de coco apresenta-se superior
em relação a outras fibras vegetais. Por possuir grande quantidade de lignina em sua
constituição, a fibra de coco, apresenta alta resistência ao apodrecimento nas condições
de secagem e umedecimentos (RAMASWAMY; AHUJA; KRISHNAMOORTHY,
1983). Entretanto a fibra de coco apresenta baixo módulo de elasticidade e grande
absorção (TOLEDO FILHO, 1997) o que limita a sua aplicação como reforço em
compósitos.
2.1.2 Propriedades de matrizes reforçadas como fibras vegetais
2.1.2.1 Resistência a compressão
A adição de fibras naturais em matrizes cimentícias altera negativamente a
resistência a compressão. Lima (2004) indica os fatores que interferem nas propriedades
do compósito, são eles: comprimento; quantidade; características físicas e mecânicas
das fibras; resistência da matriz; mistura do material. O volume e comprimento da fibra
aliado ao processo de mistura tradicional de mistura tendem a formar compósitos com
baixa resistência a compressão. As fibras se aglomeram devido à formação de novelos,
gerando vazios e, consequentemente, pontos de concentrações de tensões.
Toledo Filho et al. (1997) produziram argamassa reforçadas com fibras de sisal e
coco com diversos comprimentos e frações volumétricas de 2 e 3% em massa, a fim de
8
avaliar o seu comportamento ao efeito de compressão. Foi verificado que houve um
decréscimo na resistência de 18 a 32 % dos compósitos, para 2 e 3% de fibra de sisal,
respectivamente. Por outro lado, o compósito adquire melhor desempenho após tensão
de pico, pois retarda a propagação de fissuras.
Picanço (2005) alerta sobre o processo convencional de cura dos compósitos,
pois ao emergir o material em água as fibras incham por possuírem uma considerável
capacidade de absorção. No fim dessa fase, ao ser exposta em condições naturais, a
fibra perde parte do liquido absorvido, apresentando redução de volume, fazendo com
que diminua a sua aderência com a matriz. Por esse motivo, o esse processo de cura
torna-se inadequado para materiais compostos por fibras naturais.
2.1.2.2 Resistência a flexão
As matrizes a base de cimento Portland apresentam vantagens quanto a
resistência a compressão e rigidez, porém, possuem baixa capacidade de deformação,
ruptura abrupta e baixa resistência a tração (VENTURA et al, 2006). O uso de barras de
aço, assim como a inserção de fibras artificiais e naturais serve como incremento para
resistência a flexão.
Ventura et al.(2006) produziram compósitos reforçados com fibras curtas de
sisal. Neste estudo foi verificado que os espécimes referência (sem adição de fibra)
tiveram ruptura frágil e explosiva que coincide com a carga de pico do material (Figura
03). O compósito (1% de fibra) obteve melhor desempenho na fase posterior ao
carregamento máximo, pois a fibra distribui as tensões, proporcionando maior
capacidade de deformação (Figura 04).
9
Figura 03 - Diagrama típico carga x deslocamento do corpo de prova sem reforço (VENTURA
et al., 2006)
Figura 04: Diagrama típico carga x deslocamento do corpo de prova com fibra(VENTURA et
al., 2006)
Carneiro (2010) verificou que a adição de 1% de fibras curtas de coco em pastas
produzidas com cimento, metacaulinita, resíduo cerâmico e filler de RCD, incrementou
10
em 9,5% a carga de ruptura na flexão da matriz. Houve queda da resistência da matriz,
30 e 19,3% para 2 e 3% de fibra, respectivamente. Os resultados estão apresentados na
tabela 02.
Tabela 02: Carga de ruptura à flexão das pastas
(CARNEIRO, 2010)
MISTURA CARGA DE RUPTURA (N)-
CV (%)
SEM REFORÇO 901,57 (21,37)
1% DE FIBRA 987,20 (42,04)
2% DE FIBRA 631,08 (43,49)
3% DE FIBRA 727,26 (13,79)
2.1.2.3 Absorção de água
As fibras vegetais apresentam alta capacidade de absorção de água, Segundo
Toledo, England e Chavami (1997) o sisal e o coco absorvem 230 e 100% de água,
respectivamente, após a saturação completa. O comportamento higroscópio da fibra
gera um aumento na capacidade de absorção do compósito (CARNEIRO, 2010).
Carneiro (2010) avaliou a absorção de pastas produzidas com cimento,
metacaulinita, resíduo cerâmico e filler de RCD enriquecidas com fibras nas porções
volumétricas de 1%, 2% e 3%. Aos 28 dias foi verificado que para 3% de fibra houve
um aumento na absorção de água em cerca de 4,0% comparado com a matriz com 1%
de fibra. A tabela 03 mostra a absorção de água das pastas compósitas.
Tabela 03: Absorção de água das pastas com fibras curtas de coco, aos 28 dias e 91 dias de idade (CARNEIRO, 2010)
ABSORÇÃO DE ÁGUA (%) - CV (%)
Volume de
fibra 28 dias 92 dias
1% 29,47 (1,17) 29,95 (1,57)
2% 30,31 (0,96) 31,37 (1,06)
3% 30,57 (0,82) 32,35 (0,8)
11
2.1.2.4 Índices de vazios
A inclusão de fibra tende a tornar o compósito menos trabalhável,
consequentemente aumenta os vazios deixando o material mais poroso (LIMA, 2004).
Lima (2004) analisou argamassas compósitas, com frações volumétricas de 1%, 2% e
3% de fibras curtas de sisal. O autor verificou que a fibra incrementou o índice de
vazios, que aumentou em até 8,64% em relação a argamassa sem reforço. Por outro lado
a porosidade reduziu para argamassa com teor de 3% de fibra, pois segundo o autor esse
decréscimo é devido à diminuição da ligação dos poros gerados pela adição do sisal.
2.1.2.5 Massa especifica
A massa especifica do compósito está relacionada com o acréscimo do índice de
vazios e aumento da porosidade devido a adição da fibra vegetal. Carneiro (2010)
estudou pastas de cimento com frações volumétricas de fibras curtas de coco de 1%, 2%
e 3%. A autora verificou a redução das massas especificas da pasta enriquecida com
fibra de coco. A tabela 04 apresenta as massas especificas da pasta de cimento
compósita.
Tabela 04: Massa especifica seca (ρs) massa especifica saturada (ρsat) e massa especifica real (ρreal) das
pastas de cimento contendo 1%, 2% e 3% de fibras curtas (CARNEIRO, 2010)
28 DIAS 91 DIAS
Volume
de fibras
ρs
(g/cm³)
ρsat
(g/cm³)
ρreal
(g/cm³) ρs (g/cm³)
ρsat
(g/cm³) ρreal (g/cm³)
1% 1,44(0,0) 1,86(0,0) 2,5(0,5) 1,44(0,0) 1,87(0,0) 2,53(0,0)
2% 1,41(0,0) 1,83(0,0) 2,45(0,2) 1,41(0,0) 1,85(0,0) 2,52(0,0)
3% 1,39(0,0) 1,81(0,0) 2,4(0,4) 1,38(0,0) 1,83(0,0) 2,51(0,0)
2.1.2.6 Durabilidade
Nas experiências em que se usam as fibras vegetais como reforço de matrizes a
base de cimento Portland, observa-se o enfraquecimento da fibra e as perdas das
vantagens como reforço estrutural. A durabilidade do compósito é de grande
importância, pois quanto mais durável, maior será a vida útil do material.
12
A hemicelulose, um dos constituintes das fibras vegetais, está ligada
quimicamente com moléculas de celulose e possuem um baixo grau de polimerização e
são solúveis em meios básicos (LIMA, 2004). A fibra é fragilizada não só pelo
processo de apodrecimento devido ao ciclo de umedecimento e secagem, mas também
pelo ataque dos álcalis presentes no cimento. Além disso, a fibra sofre ataque de fungos
e bactérias que alteram negativamente a sua resistência. Os intervalos entre o
umedecimento e secagem propiciam a proliferação de alguns tipos de bactérias, o que
gera a propagação de micro-organismos que atacam as fibras. O surgimento de bolores e
bactérias é mais intenso em temperaturas da ordem de 30 e 37 °C, respectivamente
(COOK apud SAVASTANO, 1986).
Savastano Jr. (1998) aponta diversas alternativas apara evitar o processo de
deterioração da fibra, são eles:
Emprego de matrizes de baixa alcalinidade, cuja água do poro possua
pH inferior a 9, como o gesso e os cimentos especiais ; redução da
alcalinidade, por carbonatação acelerada da matriz; proteção das
fibras com polímeros, hidrorrepelentes (resinas, óleos e asfaltos), ou
ainda agentes bloqueadores da reação de decomposição das fibras,
como silicatos e sulfatos de sódio e magnésio; impermeabilização da
matriz; emprego dos compósitos em locais permanentemente secos.
Lima (2004) produziu argamassas de cimento Portland com adições pozolânicas,
dentre elas, metacaulinita e material cerâmico e moldou corpos de prova com dimensões
de 100x100x400mm, reforçado com fibras longas de sisal. Foi verificada a resistência a
flexão do compósito após o processo de envelhecimento acelerado, onde os espécimes
ficaram 28 dias em cura e posteriormente submetidos a 12 e 25 ciclos de molhagem e
secagem. O autor verificou um declínio significativo na resistência a flexão e da
tenacidade dos compósitos, ao comparar os resultados antes e depois dos ciclos. Por
13
outro lado, quando substituiu 30% do cimento por metacaulinita à queda da resistência a
flexão e tenacidade foi menor.
Savastano Jr (2000) submeteu telhas á base de escória de alto forno compostas
com 2,0% fibras naturais (coco, sisal e polpa celulósica de eucalipto), comprimento
médio de 20 mm, ao envelhecimento natural e acelerado a fim de verificar a sua
durabilidade. No envelhecimento natural (Figura 05) os espécimes ficaram expostos 16
meses ao ar com temperaturas variando de 17,6°C a 27,3°C respectivamente. Após esse
processo foram verificadas as propriedades mecânicas (ensaio de flexão) e físicas
(empenamento, permeabilidade e absorção de água).
Figura 05: Bancada de envelhecimento natural
Os resultados obtidos após os 16 meses de envelhecimento natural mostraram
que os índices físicos (permeabilidade e absorção de água) continuaram com valores
aceitos para o uso da telha. Entretanto, houve um decréscimo considerável do
desempenho mecânico, com quedas de 50 e 70%, de carga máxima e energia absorvida
em relação as telhas utilizadas rompidas aos 28 dias, respectivamente.
Outros espécimes ficaram, extraídos da telhas, por 12 meses sob
envelhecimento, conforme ASTM G-53, ficando submetidos a 1000 ciclos de 8 h (4h
sob luz ultravioleta e 4h sob nebulização de água). Assim como os espécimes
envelhecidos através do processo natural, não houve alteração significativa das
propriedades físicas. A resistência de flexão aumentou segundo o autor isso ocorreu
14
devido as condições as quais favoreceram o processo de hidratação (SAVASTANO;
PIMENTEL,2000).
Toloni (2006) expos telhas compósitas com fibras de sisal e com reforços mistos
de sisal e polipropileno ao envelhecimento acelerado simulando o calor e chuva, similar
a exposição prolongada às intempéries naturais. As telhas ficaram sob ação de um
sistema de aquecimento com infravermelho e a um de aspersão de água. Após cinqüenta
ciclos de calor- chuva, foram verificadas as propriedades físicas (absorção de água,
porosidade aparente e densidade aparente) e mecânicas (tração na flexão) e comparadas
com os resultados obtidos aos 28 dias de cura. A tabela 05 apresenta os resultados dos
ensaios.
Tabela 05: Comparação das propriedades de telhas após o envelhecimento acelerado (TOLONI,
2006).
Absorção de água (%) Porosidade
aparente (%)
Densidade
aparente (g/cm³)
Carga máxima
de flexão(N)
28 dias
Env.
acelerado 28 dias
Env.
acelerado 28 dias
Env.
acelerado 28 dias
Env.
Acelerado
4% de sisal 32,8 ±1,1 29,9±0,6 44,2±0,7 42,0±0,5 1,35±0,03 1,40±0,01 1073,9 ± 244,3 526±156,9
3%de sisal+2% de
Polipropileno 30,1±0,8 27,1±0,3 42,5±1,3 39,6±0,3 1,41±0,05 1,47±0,01 1044,8±194,5 551±114,4
3%de sisal+1% de
polipropileno 34,4±1,2 - 44,8±0,9 - 1,3±0,04 - 1001,1±239,0
3% de sisal + 0,5
de Polipropileno 32,1±2,6 31,5±2,7 42,7±1,8 41,2±1,7 1,31±0,07 1,31±0,07 962,5±386,4 663,7±204,2
O envelhecimento gerou um decréscimo da porosidade das telhas. A diminuição
da porosidade é efeito da carbonatação da matriz cimentícia. Nenhuma das telhas
apresentou formação de gotas após o processo de envelhecimento acelerado. Foi
verificado o aparecimento de fissuras nas peças, que ocasionou a lixiviação do material
devido à ação da água. Os ciclos de água-chuva promoveram a queda da força máxima
suportada, as telhas reforçadas com fibras de coco apresentaram uma redução em torno
de 50%, quando compradas com as telhas ensaiadas aos 28 dias.
15
2.1.3 Telhas de fibrocimento vegetal
A abundância das fibras naturais acompanhada com a necessidade de confecção
de materiais alternativos tornou-se um dos principais objetos de estudos no país. No
caso do coco o seu elevado consumo e o descarte da casca têm como conseqüência a
geração de resíduo. A quantidade do fruto produzido passou de cerca de um bilhão e
trezentos mil para dois bilhões de coco nos anos de 2000 a 2006, respectivamente
(IBGE-PAM, 2006 apud CARNEIRO; LIMA; LEITE, 2009), sendo a região Nordeste a
maior produtora de coco do país. Além da poluição visual, quando não é feita a coleta
devida, a casca do coco é responsável pela liberação de metano, um dos gases
responsáveis pelo efeito estufa no processo de degradação anaeróbia (PASSOS, 2005).
Após o processo de beneficiamento o resíduo adquire propriedade que o torna
com potencial de ser utilizado por diversos setores industriais, como por exemplo, na
indústria automobilística para a produção de estofados de carros. A indústria de
materiais para a construção civil passou a se interessar pelo fruto. Atualmente são
produzidas telhas, painéis, chapas e tijolos de adobe reforçados por fibra fibras vegetais
(CARNEIRO, 2009).
O Centro de Pesquisas e Desenvolvimento (CEPED) realizou as primeiras
pesquisas com o intuído desenvolver materiais de fibrocimento. O CEPED
confeccionou telhas através de métodos artesanais (Figura 06) em formato de calha com
dimensões de 1m de comprimento e 1,0 cm de espessura. Guimarães (1987) produziu
telhas reforçadas de fibras com sisal, coco ou piaçava, esse material foi ensaiado e os
resultados obtidos mostraram que a adição das fibras vegetais aumentou a resistência
quando submetida ao esforço de flexão. Ao mesmo tempo o material tornou-se mais
dúctil e com coeficiente de permeabilidade próximo a zero. Por conseguinte, é viável o
uso de fibra com reforço desse material.
16
Figura 06: Confecção de telhas reforçadas com fibras vegetais (GUIMARÃES, 1987)
Toloni (2006) produziu telhas com matriz cimentícia composta por cimento
Portland V ARI e filler carbonático, reforçadas com fibras de sisal e polipropileno em
diferentes proporções. Após a mistura a massa foi depositada em uma câmara de
moldagem da telha com dimensões de 500 mm de comprimento por 275 mm de largura
e 8 mm de espessura. O material foi submetido a pressão para a moldagem da peça
ondulada. A Tabela 06 mostra os resultados dos ensaios obtidos após 28 dias de
moldagem.
17
Tabela 06: Resultados dos ensaios físicos e mecânicos (TOLONI, 2006)
FIBRAS
4% de sisal
3% de sisal+
2% de
Polipropileno
3% de sisal+1%
de
Polipropileno
3% de sisal +
0,5 de
Polipropileno
Absorção de
água (%) 32,8 ±1,1 30,1±0,8 34,4±1,2
32,1±2,6
Porosidade
aparente (%) 44,2±0,7 42,5±1,3 44,8±0,9
42,7±1,8
Densidade
aparente
(g/cm³)
1,35±0,03 1,41±0,05 1,3±0,04 1,31±0,07
Carga
máxima de
flexão(N)
1073,9 ± 244,3 1044,8±194,5 1001,1±239,0 962,5±386,4
A inclusão de fibras de polipropileno não representou um aumento da absorção
de água e densidade aparente, para as telhas com 3% de fibra de sisal e 2,0 % de
polipropileno houve um decréscimo na absorção de água e um aumento na densidade
aparente (1,4 g/cm³). Nenhuma das telhas apresentou surgimento de gotas no ensaio de
permeabilidade, foi observado apenas o aparecimento de mancha.
Savastano e Pimentel (2000) produziram telhas denominadas de fibrocimento
vegetal com dimensões de 487 x 263 mm, com formato semelhante às fabricadas em
escala comercial, conhecidas como telhas romanas. A proporção cimento: areia usada
para a argamassa foi de 1:1,5, com relação água:cimento entre 0,5 e 0,4. Foram usados
diversos tipos de fibras (sisal, pó residual não peneirado de coco, polpa celulósica de
eucalipto, banana) com teor em volume correspondente a 2% e comprimentos de 0,7
mm. Aos 28 dias após a moldagem foram realizados os ensaios de empenhamento,
permeabilidades, absorção de água e desempenho mecânico à flexão.
Os autores observaram que o empenhamento foi menor que 3 mm, característica
importante, pois garantirá o encaixe das telhas. No ensaio de permeabilidade verificou-
se apenas manchas em alguns tipos de fibras. As telhas apresentaram massa especifica
18
reduzida, ou seja, mais leves devido a incorporação de ar no processo de mistura. As
telhas compósitas com fibras de sisal, malva e banana foram as mais leves, o
decréscimo do peso foi de cerca de 15%. A absorção de água foi inferior a 15 % para
todos os tipos de telhas, valores aceitos pela NBR 7581 - Telha ondulada de
fibrocimento. O desempenho mecânico variou de acordo com o tipo de fibra. Para as
fibras de coco, sisal e malva a energia de ruptura a flexão foi superior por volta 15% em
relação à matriz sem fibra. Segundo Gram e Gut (1994) para telhas compósitas com
fibras vegetais a carga de ruptura para telhas saturadas deve ser superior a 680 N, todas
as telhas atingiram esse valor, exceto a reforçada por sisal bucha do campo. Os
resultados estão dispostos na tabela 07.
Tabela 07: Propriedades físicas e mecânicas das telhas, aos 28 dias de idade (SAVASTANO &
PIMENTEL, 2000)
Fibra
Empenamento
(mm) Permeabilidade
Absorção
de água
em Massa
(%)
Massa
seca em
Estufa a
100°C(g)
Espessura
(mm)
Força de
Ruptura
na Flexão
(N)
Energia
absorvid
a
(N/mm)
Sisal bucha de campo 0,95 Mancha 13,6 2547 12 607 1422
Sisal Bucha de "baler twine" 0.85 Nada 13,4 2605 12,3 864 2762
Coco pó residual 2,1 Nada 13,4 2594 11,8 845 1458
Rejeito de
polpa de eucalipto 2,05 Nada 14,4 2555 11,5 768 1054
Banana 3,23 Nada 12,3 2611 12,2 681 877
Malva fibra tipo 4 0,6 Mancha 13,5 2763 12,9 804 1476
Coco + polpa de euclaipto 1,9 Nada 12,8 2490 10,6 717 1096
Padrão sem fibra 2,02 Nada 10,7 2700 10,9 1012 1242
19
2.2 INFLUÊNCIA DO MATERIAL DE COBERTURA NO CONFORTO TÉRMICO
2.2.1 Propriedades térmicas dos materiais de construção
Os componentes que separam o meio externo do interno de uma edificação
(telhados, portas, janelas e paredes), exercem o papel de proteção contra as variáveis
climáticas, tais como, temperatura, umidade, vento, radiação solar, etc. O fluxo de calor
que atravessa o material depende de suas características térmicas.
A diferença do gradiente térmico das moléculas de um corpo ou diversos corpos
gera transferência de energia, que pode ser recebida ou cedida através de ondas
eletromagnéticas. O fenômeno de troca de energia de um sistema chama-se transmissão
de calor. O aquecimento de parte de um corpo faz com que suas moléculas adquiram
energia e, portanto, velocidade passando-a para as demais moléculas até o equilíbrio
térmico (KREITH, 2002).
Os três mecanismos de troca de calor são: condução; radiação;
convecção (Figura 07). Basicamente são definidos das seguintes
maneiras, a condução ocorre no interior de um corpo ou do
contato entre dois corpos. Os processos de transmissão de calor, na
prática nunca ocorrem separados, pois sempre há simultaneidade entre
dois ou três fenômenos. A intensidade de qualquer processo de
transferência de calor pode ser mensurada tanto como fluxo de calor,
quanto como densidade do fluxo de calor (PERALTA, 2006, p. 25).
A convecção advém do movimento de massa de uma região para outra. A
radiação é a transferência de calor que ocorre pela radiação eletromagnética, tal como
luz solar, sem necessidade da presença de matéria.
20
Figura 07: Representação das trocas de calor em um telhado (AKUTSU, 2003 apud PERALTA
2006)
a) Condução
A condução é um processo pelo qual o calor flui de uma região de
temperatura mais alta para outra de temperatura mais baixa, dentro de
um meio (sólido, liquido ou gasoso) ou entre meios diferentes em
contato físico direto. Na transmissão de calor por condução, a energia
é transmitida por meio de comunicação molecular direta, sem
apreciável deslocamento das moléculas. A condução é o único
mecanismo pelo qual o calor pode ser transmitido em sólidos opacos.
(KREITH, 2002, p.03)
No dimensionamento de um edifício deve-se levar em conta o isolamento
térmico através do conceito de resistência térmica. A resistência térmica é proporcional
a espessura do matéria (Equação 01) e depende da condutibilidade térmica (YOUNG et
al., 2007). O fluxo de calor da face interna de uma edificação para externa se dá, dentre
outros, através do efeito de condução térmica.
21
(Equação 01)
Onde:
R - Resistência térmica
L - Espessura do material (placa, telha, parede, etc.)
K - Condutividade térmica do material
A condutibilidade térmica de um material sofre influência do seu grau de
porosidade, os materiais rugosos e de baixa densidade favorecem o conforto térmico
(EFFTING; ORESTES; GUTHS, 2006). Os poros aprisionam o ar (K=0,02
kcal/h.m.°C) amenizando o movimento das moléculas aquecidas resultando em um bom
isolante térmico (BOABAID NETO, 2009).
b) Convecção
Segundo Young et al. (2007), “a convecção é a transferência de calor ocorrida
pelo movimento de massa de uma região do fluido para outra região”. Esse processo
ocorre combinado com a condução de calor. Inicialmente, o calor fluirá através do
processo de condução da superfície para as partículas próximas, essas partículas
ganharão movimento e irão para regiões de menor temperatura e transferirão energia
para as demais partículas do sistema (KREITH, 2002).
Existem dois modos de transmissão de calor por convecção, o natural e o
forçado. Quando o movimento das partículas ocorre devido à diferença de densidade
causada por gradientes de temperatura, dar-se o nome de convecção natural. O ar quente
quando está submetido ao processo de convecção natural ele tende a expandir e subir
após perder calor esfria e desce, sendo este movimento continuo (Figura 08). Em casos
onde esse movimento é forçado mecanicamente, o processo é chamado de convecção
forçada (KREITH, 2002).
22
Figura 08: Movimento do ar quando ocorre transmissão de calor por convecção (ANJOS, 2011).
c) Radiação
A Radiação é o processo pelo qual o calor é transmitido de um corpo a
alta temperatura para um de mais baixa quando tais corpos estão
separados no espaço, ainda que exista vácuo entre eles. O termo
“radiação”, é geralmente aplicado a todas as espécies de fenômenos
eletromagnéticos, são de interesse de fenômenos que resultam de
diferença de temperatura e que podem transportar energia através de
um meio transparente ou através do espaço. A energia transmitida
dessa maneira é chamada de calor radiante (KREITH, p.04, 2002)
A radiação ocorre na superfície de um corpo, que por sua vez depende da sua
capacidade de emitir e de absorver a energia térmica (PERALTA, 2006). Os corpos
emitem radiação eletromagnética, mesmo em temperatura normal.
2.2.2 Desempenho térmico de telhas
A cobertura exerce influência no ambiente térmico por meio do material usado
para sua confecção (CONCEIÇÃO et. al, 2008), a depender dos constituintes da telha
ela pode apresentar uma boa capacidade de isolante térmico e refletir a radiação solar.
23
Sevegnani et. al. (1994) compararam diversos tipos de telhas para cobertura. Os
materiais usados foram: telha cerâmica tipo capa-canal; telha ondulada de cimento-
amianto, espessura de 6 mm; telha térmica em perfil trapezoidal, composta por duas
chapas de alumínio com 0,5 mm de espessura e poliuretano rígido expandido entre elas,
perfazendo uma espessura final de 30mm; telha de zinco ondulada com espessura de 7
mm; telha de alumínio ondulada de 6 mm de espessura; telha de vidro translucida de 1
mm de espessura. Abrigos com estrutura de madeira foram cobertos com essas telhas
para analise de conforto térmico da cada material. Os dados foram avaliados para o dia
crítico (maior entalpia), com os resultados concluiu-se que as telhas cerâmicas oferecem
maior conforto térmico, seguidas das telhas de alumínio e da telha térmica. As de
cimento amianto ficaram em terceiro lugar, depois as de zinco, por ultimo as telhas de
fibra transparentes.
Comarella et al.(2002) avaliaram o Índice de Temperatura e Umidade no interior
de modelos reduzidos de galpões cobertos com telhas de barro e cimento-amianto,
expostos ao sol. Os protótipos possuíam estrutura em madeira, com dimensões de
2x2,5x0,75 (largura x comprimento x pé-direito). Foram registradas a temperatura do ar,
e temperatura do bulbo úmido e velocidade do vento e de temperatura de globo negro
no interior dos protótipos. A partir dos resultados obtidos os autores verificaram que o
protótipo coberto com telha de barro apresentou melhores condições ambientais que o
coberto com telha de cimento amianto.
Jácome et. al (2007) analisaram o índice de conforto térmico em instalações para
criação de aves, cobertas telha cerâmicas e cimento-amianto. Durante o período de seis
meses foram coletados a temperatura do globo negro, bulbo seco e bulbo úmido, na
parte externa e interna dos galpões. Foi observado que nos horários mais quentes, os
galpões cobertos com telhas cerâmicas apresentaram melhor resultado na carga de
radiação, comparado com o galpão coberto de telha de cimento-amianto, caracterizando
melhor conforto térmico para as aves.
24
2.2.2.1 Desempenho térmico de telhas reforçadas com fibras
Segundo Roma Jr et al (2008) a adição de fibras vegetais para a produção de
telhas melhora o isolamento térmico em relação as telhas de cimento amianto,
especialmente pela maior porosidade e incorporação do ar nas telhas vegetais.
Savastano (2000) construiu modelos reduzidos de telhados com dimensões de
100 cm x 115 cm, com inclinação de 27 % em relação à horizontal (Figura 09), voltada
para o norte magnético. A estrutura do protótipo era de madeira com piso de grama.
Foram usados diversos tipos de telhas (cerâmica tipo romana, telhas reforçadas com
fibra de escoria com fibra celulósica de eucalipto, telhas reforçadas com fibra de sisal e
telhas de cimento amianto) para efeito comparativo. O protótipo foi equipado com três
termopares, sendo que dois ficaram sobre a superfície superior e inferior das telhas e o
outro na distância intermediaria entre o piso e a cobertura. Além da temperatura, outros
fatores que influenciam no conforto térmico foram verificados, tais como velocidade do
vento e umidade. Embora com pouca diferenciação em relação aos demais tipos de
telhas, o autor constatou que as telhas reforçadas com fibras apresentaram um bom
desempenho térmico.
Figura 09: Ensaio de desempenho térmico de telhas (SAVASTANO, 2000).
25
Conceição et al. (2008) fizeram estudos para avaliar o comportamento térmico
de telhas de escória de alto forno e fibra vegetal em pórtico de galpões. As telhas usadas
foram as de cimento amianto pintadas com tintas reflexivas, telhas cerâmicas e telhas
compostas de uma matriz à base de cimento Portland CP IIZ, escoria de alto forno e
sílica ativa, reforçadas com fibras de sisal. A telha compostas com fibra vegetal
apresentou-se com menor capacidade de retenção de calor na parte interna do protótipo
e menor transmissão de calor da parte externa para a parte interna. Os autores indicam o
uso da telha reforçada com fibra de sisal, pois além de oferecer bons resultados, quanto
ao conforto térmico, o material usado para a sua fabricação é salubre, ao contrario das
de amianto.
Roma Jr. (2004) analisou coberturas de telhas de fibrocimento e o sua influência
na produção de bezerros da raça holandesa e mestiços. Para o estudo foram produzidas
telhas com os mesmos componentes utilizados por Conceição et al. (2008), com
diversos teores de fibras de eucalipto e sisal. As telhas possuíam dimensões similares as
telhas cerâmicas do estilo Romano, com medida de forma 487x263x6mm. O
desempenho térmico foi avaliado com o auxílio de sensores instalados na face externa
das telhas para verificar a condução térmica do material. Roma Jr (2004) sugere a telha
de cimento celulose em coberturas nas instalações rurais como alternativa para a de
cimento amianto, pois em ambientes cobertos pelas telhas de celulose apresentaram o
desempenho térmico foi melhor.
26
3 MATERIAIS E MÉTODOS
3.1 MATERIAIS UTILIZADOS
Para a realização do trabalho foram usados os seguintes materiais:
Telhas de estilo colonial reforçadas com resíduos de fibras de coco,
produzidas por Carneiro (2010).
Telhas onduladas de cimento-amianto.
Telhas cerâmica estilo romana.
3.1.1 Telhas reforçadas com fibras de coco
As telhas compósitas usadas nesse trabalho foram produzidas por Carneiro
(2010). O material usado para a confecção das telhas foram os seguintes:
Cimento Portland de Alta Resistência (CPV-ARI);
Metacaulinita;
Resíduo cerâmico moído;
Finos de Resíduo de Construção e Demolição;
Aditivo superplastificante;
Fibra de coco.
O uso do cimento Portland de Alta Resistência faz com que a matriz cimentícia
adquira alta resistência nas primeiras idades após a moldagem da peça. A metacaulinita
substituiu 30 % do cimento, o material pozolânico reduz a quantidade de hidróxido de
cálcio livre na matriz, proporcionando uma melhor durabilidade das fibras vegetais. O
resíduo cerâmico moído não apresentou atividade pozolânica, dessa forma foi usado
como filer, na proporção de 20% dos demais materiais sólidos. A fibra de coco foi
proveniente do município de São Francisco do Conde (Bahia- Brasil). A adição do
superpastificante teve o objetivo de conferir a mistura uma melhor trabalhabilidade e
garantir uma melhor dispersão das fibras.
27
Para a produção das telhas foram usadas fibras curtas de coco com
comprimentos conforme a figura 10 (CARNEIRO, 2010). Adotou-se o traço de
0,5:0,3:0,2:0.3:0,5 (cimento:metacaulinita:resíduo cerâmico:filer de RCD: a/c) com
reforço de 2% fibra.
Figura 10: Distribuição de frequência do comprimento das fibras curtas (CARNEIRO, 2010).
As telhas produzidas por Caneiro (2010) é no estilo colonial. A mistura foi
levada ao molde metálico (Figura 11) e submetida a vibrações em mesa vibratória. Para
facilitar a desmoldagem das peças, revestiram-se as formas com papel adesivo plástico
em substituição ao óleo, pois este pareceu contribuir para a formação de vazios na
superfície côncava da telha.
0
10
20
30
40
50
60
70
0,3 |— 1,3 1,3 |— 2,3 2,3 |— 3,3 3,3 |— 4,3 4,3 |— 5,3 5,3 |— 6,3 6,3 |— 7,3 7,3 |—| 8,3
Comprimento (cm)
Fre
qü
ên
cia
(%
)
28
(a) (b)
(c) (d)
Figura 11: (a) Peça inferior do molde; (b) e (c) Peça superior do molde; (d) Molde completo
(CARNEIRO, 2010).
Carneiro (2010) avaliou as propriedades físicas, mecânicas e a durabilidade das
telhas compósitas, conforme a NBR 15310 (ABNT 2005), usada para caracterizar telhas
do estilo colonial. Para testar a durabilidade, o material foi submetido ao processo de
envelhecimento acelerado, o qual compreendeu em 20 ciclos de molhagem e secagem
com duração de três dias cada. As etapas dos ciclos estão apresentadas a seguir:
“54 horas de secagem em estufa a 50°C, com circulação de ar;”
“1 hora destinada ao esfriamento das telhas antes da imersão em água, a
fim de evitar o choque térmico;”
“17 horas de saturação em água à temperatura ambiente (em torno de
27°C”).
3.1.2 Telha de amianto
A telha de amianto usada é de fabricação da Eternit®, o material tem
característica geométrica ondulada e espessura de 8mm (Figura 12).
29
Figura 12: Dimensões da telha de cimento amianto. (Fonte: ETERNIT®).
O Fibrocimento é a mistura de cimento com a fibra de amianto crisotila ou a
fibra sintética (CRFS – cimento reforçado com fio sintético). O material é resistente e
possui boa durabilidade, características de peças reforçadas com cimento amianto.
Anualmente, cerca de dois milhões de toneladas de amianto são consumidas no
mundo, usada principalmente na composição do fibrocimento, utilizado na construção
civil.
Na figura abaixo segue os componentes que juntos formam a mistura para a
fabricação das Telhas.
Figura 13: Componentes usados para a fabricação de telhas de amianto
30
Nos produtos fabricados em CRFS (cimento reforçado com fio sintético) a
mistura é composta de: cimento + fibra sintética + outros e água. A linha de telhas de
fibrocimento Eternit, é produzida com a tecnologia Eterflex (CRFS – cimento reforçado
com fio sintético e com o Amianto Crisotila - amianto branco) (ETERNIT®, 2011).
3.1.3 Telhas cerâmicas
Segundo Bauer (2001) telha cerâmica é obtida por meio da moldagem, secagem
e cozedura de argila ou mistura contendo argila. A telha cerâmica utilizada nos ensaios
é do estilo romana (Figura 14) do fabricante Cerâmica Ipanema.
Figura 14: Telha Cerâmica estilo Romana
3.2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
3.2.1 Envelhecimento natural
As telhas reforçadas com fibras de coco foram submetidas ao processo de
envelhecimento natural no período de 01 de novembro de 2010 à 01 de abril de 2011,
totalizando 5 meses. As telhas ficaram sobre uma bancada inclinada voltada para o leste
(Figura 15), na Estação Climatológica da UEFS (Figura 16), localizada a uma altitude
de 257 m, latitude 12º 16’ e longitude 38º 58’. Os resultados climatológicos referentes
ao período de exposição das telhas às intempéries naturais estão dispostos na tabela 08.
31
Figura 15: Bancada de apoio das telhas
Figura 16: Estação Climatológica da UEFS
32
Tabela 08- Dados climatológicos médios obtidos pela Estação Climatológica da UEFS
MÊS
DADOS MÉDIOS
UMIDADE RELATIVA %
TEMPERATURA
PRECIPITAÇÃO
PLUVIOMÉTRICA (mm) MAXIMA °C MINIMA °C
NOV/10 88% 31,5 20,3 4,6
DEZ/10 80% 33.6 21,6 80,4
JAN/11 79% 33,7 21,3 78,2
FEV/11 73% 34 20,8 15,1
MAR/11 78% 33,7 22,7 48,4
ABR/11* 67% 34,6 20,2 0
Nota:
*Os dados referente apenas ao dia 1° do mês.
33
3.2.2 Determinação da durabilidade das telhas
Após o envelhecimento natural as telhas foram submetidas ou ensaio de
verificação da carga de ruptura à flexão simples (Figura 17), conforme a NBR 15310
(ABNT, 2005). Para a realização do ensaio foi utilizado a prensa HD-200T (Figura 18)
com velocidade de 35kgf/s os resultados foram obtidos por uma célula de carga com
sensibilidade de 1kgf.
Figura 17: Ensaio para determinação da carga de ruptura por flexão
Figura 18: Prensa HD-200T
34
3.2.2.1 Propriedades físicas
3.2.2.1.1 Permeabilidade
Após serem imersas 24 horas em água e posteriormente secas em estufa, as
foram submetidas a uma coluna d’água através de uma moldura adaptada (Figura 19).
Foi verificado se houve surgimento de manchas e gotejamento no período de 72 horas.
Figura 19: Ensaio de permeabilidade
3.2.2.1.2 Empenamento
As telhas foram colocadas sobre uma superfície plana para verificar se houve
empenamento após o processo de envelhecimento natural (Figura 20).
Figura 20: Verificação do empenamento
35
3.2.3 Desempenho térmico das telhas
Foi produzido um protótipo (Figura 21) no LABOTEC (Laboratório de
Tecnologia) da Universidade Estadual de Feira de Santana, em Feira de Santana, Ba. O
protótipo foi equipado com três termopares(Figura 22), conectado a um computador
através do software Feild Chart, sendo que um deles ficou na área externa (T-01), e os
outros dois internos, um ficou próximo a telha (T-02) e o outro próximo ao piso (T-03).
Com isso analisou-se a troca de calor da área externa para interna através da sua
passagem pela cobertura, a temperatura é um dos fatores que influência no conforto
térmico de um ambiente. Para esse ensaio foi utilizado três tipos de cobertura: telhas
reforçadas com resíduos de fibra de coco, telhas cerâmicas e telhas de amianto.
As telhas foram submetidas à temperatura gerada por uma estufa artificial
produzida com oito lâmpadas incandescente de 250W/220V. O protótipo tem largura e
comprimento de 0,75 m e pé direito de 1m. A inclinação do telhado será de 25%. A sua
estrutura e vedação é de madeira compensada e colada.
Figura 21: Modelagem do protótipo utilizado para o ensaio de desempenho térmico.
36
Figura 22:- Realização do ensaio de desempenho térmico
37
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO
4.1 RUPTURA A FLEXÃO SIMPLES
Os resultados obtidos após o envelhecimento natural foram os seguintes (Tabela
09):
Tabela 09. Carga de ruptura à flexão das telhas envelhecidas por processo natural
TELHA CARGA DE RUPTURA À
FLEXÃO (Kgf)
01 50
02 87
03 115
04 90
05 160
06 81
A carga média de ruptura à flexão das telhas posterior ao envelhecimento pela
ação de intempéries naturais foi comparada com a obtida por Carneiro (2010) aos 28
dias e após o envelhecimento acelerado (Tabela 10).
Tabela 10: Carga de ruptura à flexão das telhas aos 28 dias e após aos envelhecimentos, acelerado e
natural.
IDADE Carga de ruptura à flexão (kgf)-CV (%)
28 dias
(CARNEIRO, 2010) 156,33 (14,80)
28 dias + 60 dias de env. Acel.
(CARNEIRO, 2010) 57,33 (16,86)
28 dias +05 meses de envelhecimento
natural 97,17 (0,38)
O envelhecimento natural das fibras foi menos agressivo que o acelerado (Figura
23), a queda da carga máxima de ruptura foi de 38% e 62%, respectivamente. A faixa de
temperatura no período em que as telhas estiveram expostas (temperatura média
38
máxima = 33,5 °C) favoreceu o surgimento de bolores. Segundo Savastano (1986) o
aparecimento do fungo filamentoso é mais intenso no intervalo de temperatura entre 30
e 37°C. Outro fator que contribuiu para o enfraquecimento da fibra foi os ciclos de
umedecimento e secagem.
Figura 23: Gráfico de cargas de ruptura à flexão das telhas
4.2 PROPRIEDADES FÍSICAS
4.2.1 Permeabilidade
No ensaio de permeabilidade foi verificada a formação de manchas, no entanto
não houve gotejamento. Algumas telhas apresentaram manchas maiores e mais intensas,
esse fato ocorreu nas telhas que possuíam maior quantidade de poros e pequenas
fissuras em sua superfície (Figura 24), essa diferença pode ter ocorrido devido ao
processo artesanal de fabricação das telhas.
0
50
100
150
200
Carga de ruptura à flexão (kgf)-CV (%)
28 DIAS (CARNEIRO, 2010)
28 DIAS + 60 DIAS DE ENV. ACEL.
28 DIAS + 05 MESES DE ENVELHECIMENTO NATURAL
39
(a) (b)
Figura 24. Telha envelhecida menos porosa e com manchas menos intensas (a); (b) telha com maior
quantidade de poros e manchas mais escuras.
4.2.2 Empenamento
Nenhuma telha apresentou empenamento, ou seja, possuem planaridade que
favorece o encaixe entre elas.
4.2.3 Massa seca e absorção de água
A redução da massa seca depois dos 20 ciclos de envelhecimento acelerado foi
de 4,84% em relação aos resultados dos 28 dias. Já para as telhas envelhecidas por
processo natural a queda da massa seca foi inferior a 1,0%. (Tabela 11). O aumento da
absorção de água foi menor para as telhas envelhecidas em cinco meses, comparado
com as telhas que foram submetidas aos 20 ciclos de molhagem e secagem.
40
Tabela 11: Massa seca e absorção de água das telhas aos 28 dias e após os envelhecimentos
acelerado e natural
Segundo Carneiro (2010) o aumento da absorção ocorreu devido ao desgaste
durante os ciclos, facilitado pela presença de poros na superfície das telhas. Além desse
fato, a absorção e perda de água das fibras nos ciclos de envelhecimento geram o seu
deslocamento, provocando aparecimento de novos poros. No processo de
envelhecimento natural o ataque ao conjunto fibra-matriz é mais ameno, pois a
temperatura máxima foi de 34,3 °C, já no processo de envelhecimento acelerado a
temperatura foi 50 °C.
4.3 DESEMPENHO TÉRMICO
As figuras abaixo apresentam as leituras das temperaturas externas e internas do
protótipo:
Figura 25: Gráfico de desempenho térmico das telhas cerâmicas
30
35
40
45
50
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
TEMPERATURA EXTERNA °C (T-01) TELHA CERÂMICA TEMPERATURA INTERNA °C (T-02)
TELHA CERÂMICA TEMPERATURA INTERNA °C (T-03)
NÚMERO DE LEITURAS
TEM
PER
ATU
RA
°CIDADE MASSA SECA - CV (%)
ABSORÇÃO DE ÁGUA-
CV(%)
28 DIAS
(CARNEIRO, 2010) 1821,23 (7,94) 22,63 (18,97)
20 CICLOS DE ENV.
ACEL.
(CARNEIRO, 2010)
1731,23 (3,88) 28,71 (0,67)
05 MESES DE
ENVELHECIMENTO
NATURAL
1810 (6,2) 24,65 (14,4)
41
Figura 26: Gráfico de desempenho térmico das telhas reforçadas com resíduos de fibra de coco
Figura 27: Gráfico de desempenho térmico das telhas reforçadas de cimento amianto
Os gráficos demonstram que ocorreram os três tipos de transmissão de calor no
experimento. A diferença entre as temperaturas internas e externas é devido à reflexão
de calor emitida pela telha, ou seja, apenas uma parte dele foi conduzido e irradiado
para a área interna. A diferença de temperatura entre os termômetros internos, superior
(T-02) e inferior (T-03), é resultado da convecção térmica que ocorreu dentro do
protótipo.
Para a temperatura máxima externa de 45 °C (maior entalpia), gerada pelo painel
de lâmpadas, a temperatura da parte interna, registrada pelo termômetro próximo a
cobertura do protótipo (T-02), foi de 35,2, 35,7 °C e 39,2 para as telhas cerâmica,
compósita com fibra de coco e as de amianto, respectivamente (Figura 28). Enquanto a
30
35
40
45
50
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
TEMPERATURA EXTERNA °C (T-01) TELHA DE COCO TEMPERATURA INTERNA °C (T-02)
TELHA DE COCO TEMPERATURA INTERNA °C (T-03)
NÚMERO DE LEITURAS
TEM
PER
ATU
RA
°C
30
35
40
45
50
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
TEMPERATURA EXTERNA °C (T-01) FIBROCIMENTO TEMPERATURA INTERNA °C (T-02)
FIBROCIMENTO TEMPERATURA INTERNA °C (T-03)
NÚMERO DE LEITURAS
TEM
PER
ATU
RA
°C
42
telha reforçada com fibra de coco apresentou temperatura interna 0,5% (0,5°C) maior
que a da telha cerâmica, para telha de amianto o valor foi de 6,1% (2,0°C). Por possuir
muitos porros e, consequentemente baixa densidade a condução térmica da telha de
coco é baixa, pois os porros aprisionam o ar quente, diminuindo a velocidade de
transmissão do calor da parte externa para a parte interna.
Figura 28: Ilustração do desempenho térmico das telhas reforçadas de cimento amianto
Os resultados, ainda que limitados, possibilitaram a compreensão do
comportamento térmico dos telhados estudado. Através das leituras das temperaturas no
protótipo foi possível verificar que telha compósita de resíduo de fibra de coco
apresentou desempenho térmico semelhante à telha cerâmica, vale ressaltar que a
característica de isolante das telhas cerâmicas semelhante à telha reforçadas com fibras
de coco favorecem o conforto térmico do ambiente (SEVEGNANI et al., 1994,
COMARELLA et al., 2002, JÁCOME et al, 2007).
.
TEMPERATURA EXTERNA MÁXIMA
45°C
COBERTURA COM TELHA REFORÇADA
COM FIBRA DE COCO
TEMPERATURA INTERNA
35,7°C
COBERTURA DE TELHA
CERÂMICAS
TEMPERATURA INTERNA
35,2°C
COBERTURA DE TELHA DE CIMENTO-AMIANTO
TEMPERATURA INTERNA
39,2 °C
43
Figura 29: Variação das temperaturas externa (T-01) e interna próxima a telha (T-02)
30
32
34
36
38
40
42
44
46
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
TEM
PER
AT
UR
A °
C
TEMPERATURA EXTERNA °C (T-01) TELHA CERÂMICA TEMPERATURA INTERNA °C (T-02)
TELHA DE COCO TEMPERATURA INTERNA °C (T-02) FIBROCIMENTO TEMPERATURA INTERNA °C (T-02)
NÚMERO DE LEITURAS
44
5 CONCLUSÃO E SUGESTÃO
5.1 CONCLUSÕES
Após o processo de envelhecimento natural as telhas reforçadas com resíduos de
fibra de coco apresentaram absorção de água, permeabilidade e empenamento aceitos
pela NBR 15310:2005. A carga de ruptura a flexão das telhas foi superior as
envelhecidas por ciclos de envelhecimento acelerado, por outro lado o valor foi inferior
ao estabelecido pela norma. Segundo a NBR 15310 a carga mínima para telhas estilo
colonial é de 100 Kgf, o valor médio das telhas de coco foi de 97,17 Kgf, 2,8% menor.
Entretanto, essa carga pode ser superada através da produção de uma matriz mais
resistente a ação de intempéries. Foi observado durante o ensaio que a matriz sofreu
com a ação das intempéries o que gerou aparecimento de fissuras nas telhas,
ocasionando lixiviação do material devido à ação da água.
Em relação ao desempenho térmico, telha de coco favorece o conforto térmico
do ambiente, assim como a telha cerâmica a telha possui características de um bom
isolante, já a telha de amianto registrou maior fluxo de calor da parte externa para a
parte interna do protótipo.
Diante dos fatos supracitados, verifica-se que é viável o uso de telhas compósitas
com fibras de coco para uso em coberturas. Pois o baixo custo do resíduo do coco e
produção em escala da telha possibilitam a sua aquisição por famílias de baixa renda,
substituindo o amianto, que além de insalubre a saúde humana possui desempenho
térmico insatisfatório para o conforto humano e animal.
45
5.2 SUGESTÕES PARA NOVOS TRABALHOS
A partir dos resultados que foram obtidos neste trabalho e de todos os
conhecimentos que foram adquiridos ao longo de sua realização, pode-se fazer algumas
sugestões para o desenvolvimento de novos estudos:
Melhorar as características da matriz das telhas, para evitar que a sua
degradação comprometa o seu uso e posteriormente verificar a durabilidade
com um tempo maior de exposição às intempéries naturais.
Realizar ensaios mais detalhados para a verificação do conforto térmico de
ambientes cobertos com telhas compósitas, aferindo a umidade, radiação
térmica e velocidade do vento.
Realizar uma analise de custo das telhas reforçadas com resíduos de fibras de
coco e comparar com as demais telhas existentes no mercado.
46
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