Este documento apresenta os resultados de um ensaio de tração realizado em um compósito de fibra de caroá. O compósito foi produzido e testado no laboratório de ensaio mecânico da Universidade Federal do Vale do São Francisco. Os resultados indicaram que as propriedades mecânicas do compósito, como resistência e módulo de elasticidade, dependem de fatores como o comprimento, orientação e concentração das fibras.

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DO SÃO FRANCISCO
COLEGIADO DE ENGENHARIA MECÂNICA
ENSAIO DE TRAÇÃO DO COMPOSITO DE FIBRA DO CAROÁ
TENSILE TEST OF LIBER COMPOSITE CAROÁ
Alexandre Daiol de S. Sato Filho (1); Brenda Graziela Andrade O. A. dos Reis (1);
Carla Raquel Ferraz (1); Fabiano Pinheiro de Amorim (1); Gislandio Bandeira da Silva
(1); Jasley Siqueira Gonçalves (1); Lucianna Gabriella Oliveira Santos (1);
Nelson Cárdenas Olivier (2).
(1) Estudante de Engenharia Mecânica, Universidade Federal do Vale do São
Francisco (UNIVASF)
(2) Professor Doutor, Colegiado de Engenharia Mecânica da UNIVASF
Colegiado de Engenharia Mecânica – UNIVASF – Av. Antônio Carlos
Magalhães, 510, Country Club, 48902300 – Fone/Fax: (74) 2102-7633
RESUMO
O caroá é uma planta da família das bromiáceas (Ananas erectifolius L. B. Smith), aonde suas folhas
chegam a 1,5 metros de comprimento e 4 centímetros de largura, são duras, eretas e planas. O caroá é
encontrado nas caatingas e outras áreas do Nordeste. Vegeta em largos trechos do litoral, entre o
Piauí e a Bahia, e do Sertão entre o Ceará e o Vale do São Francisco, onde se apresentam em grande
quantidade, sempre com preferência pelos terrenos silicosos e secos. O aproveitamento industrial de
suas fibras generalizou-se no Brasil durante a segunda guerra mundial, quando foi preciso suprir a
falta das escassas fibras estrangeiras. Atualmente é crescente o interesse nos compósitos reforçados
com fibras vegetais curtas em substituição às fibras de vidro, pois as fibras naturais provêm de fontes
renováveis, não são abrasivos aos equipamentos de processamento, são biodegradáveis, e possuem
baixa densidade comparada às fibras de vidro. Esta pesquisa tem a finalidade de realizar o ensaio de
tração no compósito de fibra do caroá, para averiguar suas características mecânicas.
Palavras-chaves: fibra vegetal, compósito de caruá.

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INTRODUÇÃO
A busca por materiais que visam minimizar os problemas ambientais tem se tornado uma grande
preocupação nos últimos anos. O novo paradigma do desenvolvimento econômico está voltado para
propiciar a melhoria de vida das futuras gerações, incorporando na sua concepção modos de
produção menos poluentes e impactantes. A utilização das fibras vegetais como substitutas de
diversos reforços sintéticos, ou de cargas minerais, tem apresentado um grande potencial de aplicação
tecnológica. A busca por novos materiais tem levado os cientistas a desenvolverem compósitos
utilizando fibras vegetais (ISHIZAKI et al., 2006; D’ALMEIDA et al., 2006).
As fibras celulósicas possuem muitas características que tornam seu uso vantajoso, como baixo custo,
baixa densidade, não é tóxico, são biodegradáveis, podem ser facilmente modificadas por agentes
químicos, são abundantes e provêm de fontes renováveis. Suas principais propriedades mecânicas são
a elevada resistência à tração, baixo módulo de elasticidade e quando empregadas em compósitos
propiciam maior resistência ao impacto, o que são comparáveis às de outros reforços comumente
empregados. As fibras vegetais apresentam menor custo que as fibras sintéticas e podem substituí-las
em muitas aplicações nas quais o custo é fator mais importante que a resistência (Kuruvilla et al.,
1999).
As principais desvantagens no emprego dessas fibras em compósitos poliméricos são relacionadas à
umidade bem como à susceptibilidade destas fibras a ataques de fungos e bactérias. A estrutura das
fibras vegetais proporciona baixa molhabilidade e absorção da matriz do compósito em sua
superfície, resultando em fraca adesão interfacial no compósito final. A qualidade da interface fibra-
matriz é significativa para a aplicação de fibras vegetais como reforço (CARVALHO et al., 2006;
NÓBREGA et al., 2006; MEDEIROS et al., 2003).
As fibras utilizadas neste trabalho foram extraídas da planta Caroá Neoglaziovia variegata, é uma
planta de caule terrestre, da família das bromeliáceas, de poucas folhas e flores variegadas. O Caroá,
planta originária nativa do Nordeste do Brasil e principalmente do Cariri Velho no Estado da Paraíba
e possui folhas lineares e acuminadas, dispostas em roseta. Suas folhas fornecem longas fibras, de
grande resistência e durabilidade.
Pesquisadores de diversas áreas descobriram outras funções para o caroá. Em seu doutorado em
Engenharia de Processos pela Universidade Federal de Campinas Grande (UFCG), Múcio Nóbrega
testou diversos compósitos da fibra natural com poliéster e constatou um bom aumento na resistência
do material a impactos, além do uso do caroá reduzir custos, ter baixa abrasividade e ser
biodegradável. Na mesma UFCG, uma equipe de engenheiros químicos estudou maneiras de retirar a
polpa do caroá, comprovando a viabilidade de seu uso na produção industrial de celulose, com
resultados comparáveis aos do eucalipto, e de biocombustíveis.
E na Universidade Federal do Vale do São Francisco (Univasf) multiplicam-se os estudos
farmacológicos, com resultados bastante promissores contra inflamações, dor e úlceras gástricas.
Diante do exposto a motivação principal deste trabalho é o fato das fibras de Caroá ser nativas do
Nordeste Brasileiro, apresentarem propriedades mecânicas que indicam boas aplicações em
compósitos e ser fator de desenvolvimento regional. O presente trabalho objetivou a determinação de

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propriedades mecânicas que se refere ao comportamento do compósito da fibra do caroá quando sob
a ação de esforços e que são expressas em função de tensões e/ou deformações.
MATERIAIS E METODOS
O presente trabalho foi desenvolvido no Laboratório de Ensaios Mecânicos no campus das
Engenharias em Juazeiro – BA, pertencente à Universidade Federal do Vale do São Francisco. As
folhas do caroá foram colhidas cerca de 10 dias antes da realização dos ensaios em uma chácara, no
distrito de Rajada no perímetro do município de Petrolina, na região semiárida do nordeste brasileiro.
O município de Juazeiro está situado as 09º 24’ de latitude e 40º 30’ de longitude WGr, e uma
altitude de 368m. O clima da região é semiárido segundo a classificação de Koppen.
Para a realização dos ensaios de tração do compósito de fibra de caroá foi utilizada a Máquina
Universal de Ensaios EMIC DL 10000, da linha Digital Line (DL), do tipo bifuso de bancada, com
capacidade máxima de 10000 kgf equipada com célula de carga de 100 kN, utilizando uma
velocidade de avanço de 5 mm/min. Os compósitos de fibras do caroá submetidos aos ensaios de
tração foram dispostos à máquina por duas garras fixadas nas extremidades do corpo de prova.
Foram ensaiadas 6 amostras de compósitos de fibra do caroá, com condições climáticas internas
favoráveis, ou seja, à temperatura ambiente e com presença de baixa umidade e luminosidade,
variando de 28 a 30 ºC e com 46% de umidade relativa do ambiente.
As dimensões dos corpos de prova foram medidas utilizando um paquímetro digital, com o qual
foram medidas as espessuras das fibras do caroá com relação aos eixos cartesianos x, y e z.
Os corpos de prova para o ensaio de tração devem seguir um padrão de forma e dimensões para que
os resultados dos testes possam ser significativos. O ensaio foi realizado de acordo com a norma
ASTM D638/ISO 527-1, respectivamente, usando a velocidade de separação das garras nos ensaios
de tração de 5 mm/min, respectivamente.
A espécie Tipo I do corpo de prova foi utilizado para o presente ensaio, pois, a espessura é de no
máximo 7 milímetros, onde, teoricamente o corpo de prova irá se romper na menor largura. A tabela
a seguir mostra as medidas para os corpos de prova da norma ASTM D638/ISO 527-1.
Figura 1 - Formato do corpo de prova da Norma ASTM D638/ISO 527-1.

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Tabela 1 - Dimensões do corpo de prova para o ensaio de tração (ASTM D638/ISO 527-1).
T ≤ 7 mm T = 7 – 14 mm
DIMENSÕES (mm) TIPO I TIPO II TIPO III
W – Largura da seção delgada 13 06 19
L – Comprimento da seção delgada 57 57 57
Wo – Largura total 19 19 29
Lo – Comprimento total 185 183 246
G – Comprimento p/ instrumentação 50 50 50
D – Distância entre garras 115 135 115
R – Raio 76 76 76
Os respectivos corpos de prova foram confeccionados em moldes de gesso, onde após o
preenchimento do formato total pela resina (composto a base de Glicóis) e pelas fibras inseridas, com
a secagem totalmente em natura, e temperatura ambiente de aproximadamente 28 ºC com duração
mínima de 60 horas, o molde do corpo de prova é desconfigurado para a retirada do corpo de prova.
RESULTADO E DISCURSSÃO
Influência do comprimento da fibra
As propriedades das fibras e o grau segundo o qual uma carga aplicada é transmitida para fibras pela
fase matriz, são características mecânicas de um compósito reforçado com fibras. Com a aplicação de
uma tensão, a ligação fibra- matriz encerra nas extremidades da fibra, resultando assim num padrão
de deformação da matriz, como mostra a figura 2:
Figura 2: Padrão de deformação na matriz em volta de uma fibra que está
sujeita à aplicação de uma carga de tração. ( Fonte: Callister Jr, 5 edição)

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É necessário um determinado comprimento crítico de fibra para que exista um efetivo aumento de
resistência e um enrijecimento do material compósito. O comprimento crítico, vai depender do
diâmetro d e do limite de resistência à tração e da tensão de limite de escoamento cisalhante, de
acordo com a equação:
Uma tensão igual a , for aplicada numa fibra que tem exatamente o comprimento crítico é obtido
como resultado um perfil tensão-posição mostrado na figura 3.a, ou seja, a carga máxima na fibra é
atingida exclusivamente no eixo central da própria fibra. Quanto mais o comprimento aumenta, o
reforço que é causado pela fibra torna-se muito mais efetivo, ilustrado na figura 3.b, onde está
representado um perfil da tensão em função da posição axial para para quando a tensão
aplicada for igual à resistência da fibra.
O perfil tensão-posição para está
ilustrado a figura 3.c.
Figura 3: perfis tensão-posição para os casos de
(a) igual ao comprimento crítico, , (b) maior
que o comprimento crítico e, (c) menor do que o
comprimento crítico para um compósito
reforçado em fibras que esteja submetido a uma
tensão de tração igual ao limite de resistência à
tração da fibra, . ( Fonte: Callister Jr, 5
edição)
São chamadas contínuas, as fibras para os quais , e as fibras descontínuas ou curtas possuem
comprimentos menores que esse. As fibras descontínuas com comprimentos menores que , ocorre

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a deformação da matriz em torno da fibra de modo que virtualmente não existe nenhuma
transferência de tensão, apenas haverá um pequeno reforço devido à fibra. Essencialmente, são esses
os compósitos particulados e para que haja uma melhoria significante na resistência do compósito, as
fibras devem ser contínuas.
Influência da orientação e da concentração da fibra
A orientação das fibras relacionadas umas com as outras, a concentração das fibras e sua distribuição
tem grande influência sobre a resistência e também sobre outras propriedades dos compósitos
reforçados com fibras.
Com relação à orientação das fibras, existem dois extremos: (1) um alinhamento paralelo do eixo
longitudinal das fibras em uma única direção e (2) um alinhamento totalmente aleatório. Geralmente,
as fibras contínuas estão alinhadas e as descontínuas podem estar alinhadas, aleatoriamente
orientadas ou parcialmente orientadas. Podemos observar na figura 4 abaixo:
Figura 4: Representação de compósitos reforçados com fibras. (a) contínuas e alinhadas, (b) descontínuas e alinhadas,
(c) descontínuas e aleatoriamente orientadas. ( Fonte: Callister Jr, 5 edição)
Quando a distribuição das fibras é uniforme ocorre a melhor combinação geral das propriedades dos
compósitos.

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Compósitos com fibras contínuas e alinhadas
Comportamento tensão-deformação em tração-carregamento longitudinal
Os fatores como os comportamentos tensão-deformação das fases fibra e matriz, as frações
volumétricas das fases e a direção na qual a tensão é aplicada influenciam nas respostas mecânicas
desse compósito. As propriedades de um compósito que possui fibras alinhadas são anisotrópicas,
pois é vão depender da direção na qual elas são medidas. Primeiramente considerando o
comportamento tensão-deformação para o caso em que a tensão é aplicada ao longo da direção do
alinhamento, direção indicada na figura 4.a, os comportamentos tensão-deformação para fases fibra e
matriz mostrada na figura 5, desse modo consideramos que a fibra seja totalmente frágil e que a fase
matriz seja um pouco dúctil.
Figura 5: (a) curvas tensão-deformação para materiais com fibra frágil e matriz dúctil.(b) curvas tensão-deformação
para compósito reforçado com fibras alinhadas que está exposto a uma tensão uniaxial que é aplicada na direção do
alinhamento. ( Fonte: Callister Jr, 5 edição)
Na figura também é indicado as resistências à fratura sob condições de tração para fibra e matriz
, respectivamente.

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Na figura 5 (b), ilustra um compósito com fibras que consiste nesses materiais de fibra e da matriz
que irá exibir a resposta tensão uniaxial deformação. Os comportamentos da fibra e da matriz estão
inclusos na figura 5 com a finalidade de fornecer uma perspectiva.
No estágio I, a fibra e a matriz se deformam elasticamente, onde nessa parte a curva é linear, a matriz
escoa e se deforma plasticamente (figura 5 b), as fibras continuam esticando, mesmo sendo o limite
de resistência à tração das fibras maio que o limite de escoamento da matriz. O estágio II tem o
comportamento muito próximo do linear, porém com curva com inclinação reduzida em comparação
com a do estágio I. Do estágio I para o II, ocorre um aumento da proporção da carga aplicada que é
suportada pelas fibras.
O inicio da falha do compósito começa assim que as fibras fraturam que corresponde à deformação
, como mostra a figura 5. A falha não chega a ser catastrófica, pois nem todas as fibras fraturam no
mesmo instante, e mesmo após a falha da fibra, a matriz ainda se encontra intacta. Assim as fibras
fraturadas, são menores que as originais ainda estão no interior da matriz, que intacta ainda são
capazes de suportar uma carga menor, por enquanto que a matriz continua o processo de deformação
plástica.
Morfologia das fibras de Caroá
As Micrografias Eletrônicas de Varredura (MEV) das fibras de caroá são mostradas nas figuras 6 e 7.
As fibras apresentam estrutura fibrilar de cadeias longas compostas por de moléculas de celulose com
lignina e polioses agindo como ligantes, conferindo características típicas de fibras vegetais.

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( a )
( b )
Figura 6: Micrografias das fibras de caroá: ( a ) aumento de 200 vezes; ( b ) aumento de 900 vezes.
Na figura 7 é possível visualizar as macrofibrilas unidas entre si pela lignina e polioses, de maneira a
formar filamentos contínuos em todo o sentido do comprimento da fibra o que proporciona a rigidez
da fibra de caroá.

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Figura 7: Micrografia da fibra de caroá com aumento de 3000 vezes.
Propriedades Mecânicas
Os resultados obtidos nos ensaios de tração do compósito das fibras de caroá estão sendo ilustrados
nos gráficos e nas tabelas.
Intercalação das forças nos corpos de prova.
Gráfico1: Forças sofridas nos corpos de provas.
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
CP - 1 Força(N)
CP - 2 Força(N)
CP - 3 Força(N)
CP - 4 Força(N)
CP - 5 Força(N)
CP - 6 Força(N)

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Na tabela 2, mostramos os resultados das medições realizadas no laboratório de ensaios mecânicos,
onde foram feitas as medidas da espessura dos corpos de prova, e o resultado da tensão e da
deformação máxima até o cisalhamento. Sendo o calculo da tensão convencional (σc) dado por:
Em que
σ – tesão convencional (MPa);
P – carga aplicada (N);
So – seção transversal (m2
).
A deformação convencional (ε) é dada por:
Em que
ε – deformação convencional (adimensional);
L0 – comprimento inicial de deformação (m);
L – comprimento para cada carga (m);
∆L – alongamento (m).
Tabela 2: Propriedades do compósito de caruá.
Corpo de
prova
Seção transversal
(largura x
espessura)
(mm x mm)
Tensão
(MPa)
Deformação
(%)
1 4,88 x 13 16,21375 6,22E-02
2 4,30 x 13 18,13238 0,050334
3 5,10 x 13 16,50226 0,072972
4 4,56 x 13 20,36775 0,045298
5 4,50 x 13 11,10735 0,049056
6 4,90 x 13 7,157614 0,052802

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Intercalação das Tensões dos corpos de provas.
Gráfico 2: Tensões sofridas nos corpos de provas.
Analisando os resultados na tabela, comprovamos que a resina é um material bastante frágil, e que
mesmo utilizando as fibras de caroá, apresentam um comportamento que não favorece a transferência
de eficiência da tensão entre a matriz e a fibra, não promovendo uma melhora eficiente das
propriedades mecânicas.
CONCLUSÕES
O caroá tem recebido atenção especial dos pesquisadores, pois possuem propriedades mecânicas
adequadas para o reforço em relação às outras fibras vegetais e em substituição as fibras de vidro.
Esta pesquisa teve o objetivo de realizar ensaio de tração no compósito de caroá, para averiguar suas
propriedades mecânicas e explanar as vantagens e desvantagens, através dos resultados obtidos.
Esses resultados indicam que é possível obter compósitos com características e aplicações distintas,
selecionando o método de processamento, a resina e a fibra adequadas.
AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem a UNIVASF pela disponibilização dos equipamentos necessários, ao professor
Nelson e o técnico do laboratório pelo auxílio dado na orientação e concretização dos ensaios,
juntamente com o Engenheiro Miguel Ângelo de Oliveira Shaw pelo tempo e orientação oferecida.
0
5
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20
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CP - 5
CP - 6
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REFERÊNCIAS
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