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  1. 1. Revista de acesso livre no site www.dema.ufcg.edu.br/revista Revista Eletrônica de Materiais e Processos, v.3.2 (2008) 50-56 ISSN 1809-8797 Avaliação mecânica e físico-química entre telhas convencionais e alternativas usadas em habitações populares D. C. Araújo1*; C. R. S. Morais1, M.E.D. Altides1 1 Universidade de Federal de Campina Grande, Unidade Acadêmica de Engenharia de Materiais, Av. Aprígio Veloso – 882, Bodocongó, 58109 – 970, Campina Grande – PB, Brasil. (Recebido em 18/07/2008; revisado em 18/08/2008; aceito em 18/08/2008) (Todas as informações contidas neste artigo são de responsabilidade dos autores)________________________________________________________________________________Resumo:A embalagem Tetrapak® é asséptica, sendo composta de várias camadas de deferentes materiais; papel, polietileno debaixa densidade e alumínio. Estes materiais criam uma barreira que impede a entrada de luz, ar, água emicroorganismos. Ao mesmo tempo, não permite que o aroma dos alimentos saia da embalagem. Dentre os materiaisproduzidos a partir da reciclagem de embalagens Tetrapak®, como móveis, divisórias, peças decorativas, estão às telhasecológicas. O objetivo deste trabalho é avaliar o comportamento mecânico e físico-químico das telhas ecológicas emcomparação com as telhas convencionais (fibrocimento), através da utilização de ensaios de tração e de flexão,densidade e da absorção de água. Nos ensaios mecânicos a telha ecológica mostrou-se mais resistente a tração (14,4MPa) que a telha de fibrocimento (5,2 MPa). No ensaio de flexão a telha ecológica em comparação com a telha defibrocimento se mostrou com um módulo de flexão maior que as convencionais, com valores 1,5 MPa e de 0,8 MPa,respectivamente. Na caracterização físico-química telha de fibrocimento se demonstrou mais densa e com uma absorçãode água superior a ecológica. Assim, pode-se concluir que as telhas ecológicas proveniente da reciclagem deembalagem longa vida, podem perfeitamente serem utilizadas com as mesmas aplicações das telhas convencionais.Palavras-chave: Telha ecológica; reciclagem; propriedades mecânicas________________________________________________________________________________Abstract:The Tetrapak® packing is aseptic and is composed by some layers of different materials; paper, polyethylene of lowdensity and aluminum. These materials create a barrier that hinders the entrance of light, air, water and microorganisms.There is a large variety of products made from the recycling of Tetrapak® such as furniture, drywalls, and decorativepieces. Among all these applications it can be pointed the ecologic tiles. The aim of this work is to evaluate themechanical and physical-chemistry properties of the ecologic tiles and to compare with the conventional ones(fibrocement), through mechanical tests of tensile and flexural strengths, density and water absorption.The results shown that the tensile strength of the ecologic tiles was more resistant (14.4MPa) than the conventional ones(5.2 MPa). The results from flexural strength of the ecological tile presented values greater than the conventional one,with values of 1.5 MPa. and 0.8 MPa, respectively. In the physical-chemistry characterization the fibrocement tileshowed greater density and water absorption bigger than the ecological one. Thus, the ecologic tiles produced byTetrapak® recycling can easily be used in substitution to the conventional tiles.Keywords: Ecologic tiles; recycling; mechanical properties___________________________________________________________________________________________* E-mail: : dannielca@gmail.com (D. C. Araújo)
  2. 2. D. C. Araújo et al./ Revista Eletrônica de Materiais e Processos / ISSN 1809-8797 / v.3.2 (2008) 50-56 511. Introdução etapa secundária da reciclagem, onde se faz o beneficiamento destas outras camadas. Na sociedade em que vivemos atualmente Uma alternativa para a etapa secundária existe uma grande preocupação com a da reciclagem das embalagens longa vida é a ingestão de resíduos sólidos, comprometendo extrusão das camadas de assim os sistemas naturais, sociais, polietileno/alumínio, que possibilita a econômicos e a saúde ambiental e humana. produção de diversos materiais como Para a maioria dos seres humanos os resíduos brindes, coletores de lixo, base de vassouras, sólidos são considerados lixo, por acreditar e produção de placas e telhas, este último não ter mais serventia. Tendo assim uma objeto deste trabalho [3]. pressa infindável de se livrar do mesmo, sem As placas têm sido empregadas como se preocupar como e onde será descartado. matéria prima alternativa para a indústria Para se ter noção deste problema tomando moveleira e para construção civil. As telhas como base, a cidade de Campina Grande, podem ser usadas em substituição as de onde o lixão recebe diariamente mais de 200 fibrocimento, principalmente em prédios, toneladas de resíduos e apresentando cerca de áreas cobertas e propriedades rurais. 500 catadores. Outro problema da mesma O desenvolvimento e utilização desta cidade refere-se à falta de sensibilização da tecnologia irão proporcionar a redução no maioria da população, pois mesmo com a consumo de matérias-primas naturais, além coleta convencional dos resíduos realizada de reaproveitar os resíduos descartados na pelo carro coletor, três vezes por semana em natureza. O Objetivo deste trabalho foi cada bairro, as famílias depositam os realizar caracterização físico-química, resíduos em terrenos baldios. mecânica e térmica destas telhas e placas, Sob o ponto de vista ecológico, existe a visando à melhoria as suas propriedades e necessidade de se reciclar os resíduos de segurança no emprego das mesmas. Tetrapak®, visto que estas embalagens representam cerca de 1,0% do total de 1.1. Processo de fabricação das placas e resíduos gerados no Brasil, e a sua própria telhas composição multifoliada dificulta a sua decomposição em condições naturais [1]. O princípio do processo de fabricação das Além disso, com o descarte da embalagem, placas e telhas consiste na fusão do material há desperdício de matérias-primas nobres sob pressão e posterior resfriamento [4]. como o alumínio e o papel cartão. Primeiramente, o polietileno contendo Uma das soluções propostas pela alumínio é triturado em pequenos fragmentos reciclagem de resíduos sólidos é o emprego usando-se moinhos de faca. A redução do de embalagens longa vida na fabricação de tamanho do material facilita sua fusão e dá placas e telhas. A composição da embalagem ao produto acabado maior homogeneidade. longa vida é composta basicamente por três Após trituração, o material é disposto em materiais: papel, plástico e metal, que formas, para formatação das chapas. Essas representam as respectivas proporções de formas repletas de polietileno/alumínio são composição: 75%, 20% e 5%. introduzidas em prensas utilizadas para a A etapa primária da reciclagem das produção de placas de compensado. Neste embalagens é realizada em uma indústria processo as prensas são modificadas papeleira, onde as embalagens são diminuindo-se de 8 para 4 bandejas, visando introduzidas em um hidrapulper (grande permitir a entrada do material, já que possui liquidificador, que tem forma de um tanque densidade aparente menor que a madeira. cilíndrico e rotor giratório ao fundo) para Essas prensas normalmente são projetadas extração das fibras de papel, que fornecem para trabalhar com temperaturas menores que alta qualidade aos insumos produzidos [2,3]. 160°C. No processo de fabricação das placas Depois de retirada das fibras de papel, restam e telhas com plástico / alumínio das ainda as camadas de plástico (polietileno) e embalagens longa vida, a temperatura de metal (alumínio) para serem processadas. trabalho é de aproximadamente 180°C, Estes materiais são matérias-prima para a fazendo-se necessário que o sistema de
  3. 3. D. C. Araújo et al./ Revista Eletrônica de Materiais e Processos / ISSN 1809-8797 / v.3.2 (2008) 50-56 52 aquecimento seja alterado, para que atinja abundante e pouco aproveitado para temperaturas entre 160 e 200°C [4]. reciclagem. Os sistemas de aquecimento das prensas Em relação à leveza, a telha reciclada existentes no mercado basicamente são três: chega a pesar a metade (12 kg) do modelo através de resistências elétricas, vapor e óleo convencional de fibrocimento. Isso acaba térmico. As prensas elétricas são gerando mais uma série de facilidades, recomendadas para fábricas com pequena principalmente em relação ao transporte. No produção, devido a maior flexibilidade canteiro de obras, essa mistura também é um proporcionada. Já as prensas à vapor ou com ponto a favor: se alguma telha cair durante óleo térmico são recomendadas para sua colocação no telhado, ela não vai quebrar produção em larga escala, visando [5]. otimização de energia no processo. Essa telha também pode representar uma Após fusão do polietileno, as placas sensível redução no gasto com mantas passam por processo de resfriamento, para isolantes térmicas. O motivo está num dos cura e endurecimento das camadas plásticas. elementos que formam a embalagem. As espessuras das placas podem variar de 4 a Isolante térmico natural, o alumínio da telha 50 mm, dependendo da quantidade de chega a isolar a temperatura de 25 a 30%. material alimentado e da pressão aplicada. Os produtos reciclados estão cada vez Espessuras maiores podem ser obtidas mais presentes no setor da construção civil. fazendo-se a reprensagem de diversas placas Além dos benefícios ecológicos, a pré-formadas, colocando-as umas sobre as reutilização de materiais traz novas outras. alternativas para engenheiros e decoradores. A produção de telhas segue o mesmo Objetos inusitados estão indo parar nos processo da fabricação de placas, no entanto, canteiros de obras, sendo reaproveitados as placas, ainda quentes, são introduzidas em também na composição do mobiliário e na um processo de prensagem a frio com formas decoração de ambientes. Um exemplo bem onduladas, em que o material adquire a sucedido de reciclagem ocorre com as geometria de telhas ao resfriar. O tempo de embalagens de cremes dentais. A partir do resfriamento é da ordem de 5 a 10 minutos, polietileno (um tipo de plástico resistente) dependendo-se da espessura do insumo contido nas bisnagas, pode-se produzir produzido. matéria-prima para móveis, objetos decorativos e, até mesmo, placas para serem1.2. Telha ecológica utilizadas como tapumes na construção civil. A Figura 1 apresenta duas amostras da A telha ondulada feita de material telhas que serão usadas nos ensaios para reciclado é durável e muito resistente ao serem feita a caracterização das mesmas. tempo, quando comparada a outras telhas. Por ser aluminizada, além da durabilidade e resistência, ela atua na reflexão da luz solar, deixando o ambiente mais fresco e agradável, evitando dessa forma o efeito estufa gerado pelas altas temperaturas. Elas podem ser empregadas tanto para cobertura quanto para fechamentos laterais, e trata-se de material atóxico, sem restrições ao seu uso. A chapa lisa é uma excelente opção para a utilização em ambientes internos, conferindo um Figura 1: Amostra das telhas Ecológica e aspecto único em painéis comerciais, da de fibrocimento. divisórias, forros, peças moldadas, proteção de máquinas, fundos de armários, gavetas, pisos de barcos, entre outros. Além da praticidade e originalidade, essas placas e telhas dão um novo destino a um tipo de lixo
  4. 4. D. C. Araújo et al./ Revista Eletrônica de Materiais e Processos / ISSN 1809-8797 / v.3.2 (2008) 50-56 532. Materiais e métodos com dimensões aproximadamente de, 15 cm de altura e 2 cm de largura, (Figura 2).2.1. Materiais Para realização da pesquisa utilizaram-se os seguintes materiais: Telhas ecológicas: telhas fabricadas com resíduos sólidos (embalagem longa vida), possuindo em sua composição predominante papel, plástico e metal, foram provenientes de indústrias do Recife/Pe. Telhas convencionais: telhas de fibrocimento que envolve o uso de cimento Portland e fibras de amianto na sua composição, estas ultimas facilmente Figura 2. Corpos de prova encontradas no comercio local de Campina confeccionados para a realização dos ensaios Grande/PB. mecânicos. Para os ensaios de tração e de flexão foram confeccionadas vinte corpos de prova, sendo dez deles da telha ecológica e dez da telha de fibrocimento. Os corpos de provas2.2. Métodos A tensão em uma barra de secção transversal A, sujeita a uma força axial P, é Foram realizados diversos ensaios para obtida dividindo-se o módulo de P da força caracterização das telhas produzidas com pela área A[6]. resíduos sólidos e das telhas convencionais,estas análises foram realizadas σ= P na Universidade Federal de Campina Grande A (1) e na Universidade Federal da Paraíba . 2.2.1. Caracterização mecânica Os ensaios mecânicos foram realizados no Laboratório Multidisciplinar de Materiais e Estruturas Ativas (LaMMEA), da Unidade Acadêmica de Engenharia Mecânica na Universidade Federal de Campina Grande. Resistência à tração Neste ensaio os corpos de prova dos materiais foram submetidos a tensões de Figura 3. Corpos de prova preparada para tração, conforme a norma ASTM D 698/98. o ensaio de tração. A Figura 3 mostra o corpo de prova sendo rompido no ensaio de tração pelo equipamento de Ensaios mecânicos da marca Resistência à flexão LLOYDK intruments LR10K. Neste ensaio os corpos de prova dos Para o cálculo da tensão de tração foi materiais foram submetidos a tensões de utilizasa a Equação 1, determinando que a flexão, conforme a norma ASTM D 790 / força por unidade de área ou intensidade das 98. forças distribuídas numas certa secção A Figura 4 mostra o corpo de prova sendo transversal é chamada de tensão atuante, submetido ao ensaio de flexão em três pontos nessa secção transversal, e é indicada pela letra grega σ(sigma).
  5. 5. D. C. Araújo et al./ Revista Eletrônica de Materiais e Processos / ISSN 1809-8797 / v.3.2 (2008) 50-56 54pelo o equipamento de Ensaios mecânicos da FL CR =marca LLOYDK intruments LR10K. b (2) Onde: CR é a carga de ruptura (N); F é força de ruptura (N); L é a distância entre as barras de apoio (mm) e; b a largura do corpo de prova (mm). Com a Equação (3), calculou-se o módulo de resistência à flexão. 3FL MRF = 2be² (3) Onde: MRF é o módulo de resistência à Figura 4. Corpo de prova sendo rompida flexão (MPa), e b a espessura do corpo-deno ensaio de flexão . prova (mm). Foram realizados os testes de resistência à 2.2.2. Caracterização físico-químicaflexão (máquina universal de ensaios;10mm/min), segundo a norma NBR 13818 A caracterização físico-química foi(1997). De acordo com esta norma, foram realizada no Laboratório de Caracterizaçãocalculados os valores de Carga de ruptura e de Materiais, da Unidade Acadêmica deMódulo de resistência à flexão, conforme as Engenharia de Materiais, na UniversidadeEquações (2) e (3): Federal de Campina Grande. como determinar a taxa relativa da absorção Determinação da densidade da água quando imersos. Foram confeccionados cinco corpos de Na determinação da densidade foi prova para cada amostra de telha para autilizada a seguinte norma ASTM D792, o determinação da absorção de água. Para ométodo descreve a determinação da cálculo da absorção de água foi utilizada agravidade especifica (densidade relativa) e da Equação 8.densidade de plásticos contínuos. Foram confeccionados cinco corpos de Pumido - Pseco (8) Absorção( % ) = * 100prova para cada amostra de telha para a Psecodeterminação da densidade. Para o cálculo dadensidade absoluta foi utilizada a Equação 6. m 3. Resultados e discussão d= (6) V 3.1. Caracterização mecânica A densidade aparente foi calculada de 3.1.1. Resistência à traçãoacordo com a Equção 7. As Figuras 5 e 6 apresentam o comportamento sob tração dos corpos de Pseco (7) dapa = prova das telhas ecológicas e de Pumido - Psubmerso fibrocimento, respectivamente. Pode-se observar nas curvas do ensaio de tração que a telha ecológica foi rompida com uma força Determinação da absorção de água superior e obteve-se um alongamento de ruptura maior, em comparação com a telha de Na determinação da absorção de água fibrocimento. A Tabela 1 apresenta osforam utilizadas as seguintes normas ASTM valores médios da força de ruptura, da áreaE96 e ASTM D-570, o método descreve
  6. 6. D. C. Araújo et al./ Revista Eletrônica de Materiais e Processos / ISSN 1809-8797 / v.3.2 (2008) 50-56 55 da secção transversal e a tensão na Tabela 1. Resistência à tração da telha ruptura dos corpos de prova das telhas. Para ecológica e da fibrocimento. o cálculo da tensão de ruptura na tração foi Propriedades Telha Telha utilizada a Equação 1. Ecológica Fibrocimento -4 Área (m²) 1,27x10 9,34x10-5 Força(N) 1724,25 480,43 Tensão na 14,39 5,16 ruptura(MPa) 2000 1800 1600 1400 1200 Força (N) 1000 800 Amostra 1 600 Amostra 2 Amostra 3 400 Amostra 4 200 Amostra 5 0 -200 0 2 4 6 8 10 12 Extensão (mm) Figura 5. Curvas do ensaio de tração da telha ecológica. 600 500 Amostra 1 Amostra 2 400 Amostra 3 Amostra 4 Amostra 5 Força (N) 300 200 100 0 0 2 4 6 8 10 Extensão (mm) Figura 6. Curvas do ensaio de tração da telha de Fibrocimento Pode-se observar na figuras 5 e 6 que a força telha de fibrocimento a força na ruptura foipara a telha ecológica se romper foi aproximandamente 480,43 Naproximadamente a 1724,25 N, enquanto que na Com relação a tensão de ruptura a telha ecológica e a telha de fibrocimento apresentaram
  7. 7. D. C. Araújo et al./ Revista Eletrônica de Materiais e Processos / ISSN 1809-8797 / v.3.2 (2008) 50-56 56valores de, 14,39±1,27 MPa, e 5,16±0,64 Mpa, absorção de água para posteriormente obter arespectivamente. média do valor da absorção de água. A absorção de água da telha foi 0,53 % e a absorção de água 3.1.2. Resistência à flexão da telha de fibrocimento foi de 23,43 %. As telhas ecologicas apresentaram uma baixa A Tabela 2 faz um comparativo carga de abosorção e água devido principalmente a suaruptura e do módulo de flexão das duas telhas. origem plástica. Tabela 2. Resistência à flexão da telha 4. Conclusõesecológica e da fibrocimento. As telhas ecológicas proveniente da Telha reciclagem de embalagem longa vida, podem TelhaPropriedades Fibro- substituir as telhas convencionais. As mesmas se Ecológica cimento demonstraram ao longo da pesquisa resultadosÁrea (m²) 1,35x10-4 9,34x10-5 melhores que as telhas de fibrocimento tanto naForça(N) 88,46 24,27 caracterização mecânica como físico-química. OCarga de uso das embalagens cartonadas possui um 4,27 1,28 mercado crescente, sendo uma fonte atraente deRuptura(N) matéria-prima de alta qualidade, em se tratandoModulo da 1,50 0,83 de reciclados, possui alto valor agregado, umaflexão(MPa) vez que tecnologicamente é possível aproveitar toda a embalagem. A contribuição ambiental é, Através dos valores encontrados na tabela 2, sem dúvida, um fator bastante importante, já queé possivel observar a telha de ecológica em a reciclagem é uma a solução para ocomparação com a telha de fibrocimento se gerenciamento dos resíduos sólidos urbanos.mostrou com o ensaio de flexão, com carga deruptura e um módulo de flexão maior que as Referênciasconvencionais, esse fato está claramente ligadoao tipo de rotor utilizado no processo, que [1] Casagrande, A. G.;Barros M. S.; Freire, J. T.mantém as características da fibra mais próximas Condições de Equilibrio para residuos dedas originais, evitando o corte excessivo. O embalagem cartonadas, 2005.maior atrito fibra-fibra, em alta consistência, [2] Neves, F. L. Reciclagem de embalagenspromove provavelmente, uma maior fibrilação cartonadas Tetra Pak. O Papel, p.38-45, n. 2,resultando em maiores valores de grau de refino 1999.para tempos de desagregação semelhantes. [3] Zuben, F. von; Neves, F. L. Reciclagem do alumínio e do polietileno presentes nas 3.1.3. Caracterização físico-química Embalagens Cartonadas Tetra Pak. Seminário Internacional de Reciclagem do Alumínio, pág. Determinação da densidade 96–109, 1999. [4] Cerqueira, M. H. Placas e telhas produzidas a A desidade absoluta da telha ecológica foi partir da reciclagem do poloetileno/aluminio0,95 g/cm³ e da telha de fibrocimento foi de 1,38 presente nas embalagens tetra pak, 2005.g/cm³ e a desidade aparente da telha ecológica [5] Beer, F. P. .Resistêcia dos Materiais. Sãofoi 1,02 e da telha de fibrocimento foi de 1,49. Paulo: Pearson Educativos do Brasil LTDA, As telhas convencionais se demostraram mais 1995.densas devido a peso especifico dos materiaisconstituintes: fibras de amianto e cimento,enquanto que a telha ecologica possui umadensidade menor devido a sua origem de papel eplástico. Determinação da absorção de água Foram confeccionados cinco corpos de provapara cada amostra de telha, no ensaio de

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