Análise da substituição do aço por bambu em estruturas de concreto armado
Analysis of steel replacement by bamboo in armored concrete structures
DOI:10.34117/bjdv6n9-625
Recebimento dos originais: 28/08/2020 Aceitação para publicação: 28/09/2020
Fernando Antonio Serra de Oliveira Junior
Graduação em Engenharia Civil, Universidade Federal Rural do Semi-Árido (UFERSA), Rua Luiz Gomes da Silva, 0002, Jaguaribe/CE
fernando.ufersa10@hotmail.com
Carlos Vinicius Damaceno Bessa
Mestrando em Ciência e Engenharia de Materiais, Universidade Federal Rural do Semi-Árido (UFERSA), Rua José Alves Tavares, 84, Centro, Alto Santo/CE
vinibessasp@gmail.com
Renata de Oliveira Marinho
Graduação em Engenharia Civil, Instituto Federal da Paraíba (IFPB), Av. barão do Rio Branco, 53, centro - Patos/ PB
renata.oliveira@ifpb.edu.br
Rokátia Lorrany Nogueira Marinho
Mestranda em Planejamento e Dinâmicas Territoriais no Semiárido, Universidade do Estado do Rio Grande do Norte (UERN), Rua Anastácio Pereira, 168, Apodi/RN
rokatia.lorrany@hotmail.com
Larisa Janyeli Cunha Miranda
Graduação em Engenharia Civil, Universidade Federal Rural do Semi-Árido (UFERSA), Rua Eduardo bezerra, 1650, Fortaleza/CE
larisajmiranda@hotmail.com
Eduardo César Santos
Graduação em Engenharia Civil, Universidade Federal Rural do Semi-Árido (UFERSA), Rua São José, 170, Francisco Santo/ PI
eduardo.gama1996@hotmail.com
RESUMO
Com a necessidade de produção elevada e redução de custos na construção civil, acoplado a preservação do meio ambiente, cresce a busca por materiais alternativos que possam desempenhar as mesmas características dos convencionais em uma edificação. O bambu, elemento natural, apresenta características que mais se adequam em uma possível substituição do aço no concreto armado, justificando assim essa pesquisa, que possui o objetivo de analisar as características e as propriedades de ambos materiais. Para isso, foi feito uma revisão de literatura onde foram definidos descritores de pesquisa e selecionados produções que estudassem o assunto abordado, tal como a filtragem dessas publicações, resultando em 23 publicações base. Os resultados demonstraram os diversos parâmetros de comparação dos materiais, dentre vantagens e desvantagens da substituição. Foi visto que o bambu possui altas resistências a tração e compressão que podem chegar a 240 e 80 MPa, respectivamente,
dentre outras características como boa dilatação térmica e durabilidade. O processo de proteção do aço e do bambu é extremamente importante pela proteção contra corrosão e fungos, respectivamente. Conclui-se que ainda existem obstáculos a serem supridos na substituição do aço pelo bambu por diversas características, como a baixa resistência a cisalhamento, variabilidade geométrica, aderência ao concreto e o baixo módulo de elasticidade. Esses fatores são preponderantes ao analisar a eficiência completa na possível substituição do aço. Consta-se, no entanto, que é o elemento que mais aproxima das características do aço, além de suas determinadas espécies possuírem altos valores de tração e compressão.
Palavras-chave: Material alternativo, Colmo, Flexão.
ABSTRACT
With the need for high production and cost reduction in civil construction, coupled with preserving the environment, the search for alternative materials that can perform the same characteristics as conventional in a building grows. Bamboo, a natural element, has characteristics that best suit a possible replacement of steel in reinforced concrete, thus justifying this research, which aims to analyze the characteristics and properties of both materials. For this, a literature review was carried out where research descriptors were defined and productions selected to study the subject addressed, such as the filtering of these publications, resulting in 23 base publications. The results demonstrated the different parameters of comparison of the materials, among advantages and disadvantages of the substitution. It was seen that bamboo has high resistance to traction and compression that can reach 240 and 80 MPa, respectively, among other characteristics such as good thermal expansion and durability. The steel and bamboo protection process is extremely important for protection against corrosion and fungi, respectively. It is concluded that there are still obstacles to be overcome in the substitution of steel for bamboo by several characteristics, such as low shear resistance, geometric variability, adhesion to concrete and low modulus of elasticity. These factors are preponderant when analyzing the complete efficiency in the possible replacement of steel. It is said, however, that it is the element that most closely matches the characteristics of steel, in addition to its specific species having high values of traction and compression.
Keywords: Alternative material, Thatch, Flexion.
1 INTRODUÇÃO
A construção civil utiliza diversas ferramentas e materiais na confecção e execução de seus projetos, entre estes, os mais utilizados são o aço e o concreto. Entretanto, estes materiais causam degradação ao meio ambiente e tem elevado custo energético na sua extração. Com isso, o mercado da construção civil busca cada vez mais materiais alternativos que consigam manter as características dos convencionais e que proporcionem as mesmas propriedades mecânicas, além de reduzirem o custo e produzirem menos impacto ambiental.
Pensado nestes atributos, o bambu tem ganhado força como um material de fácil acesso no Brasil e que possui comprovadamente características semelhantes a outros materiais amplamente utilizados na composição do concreto armado. O campo de utilização deste material apresenta finalidades diversas como construção civil, móveis, indústria de papel, no setor de alimentos, dentre outros.
De acordo com Ghavami (1992), o bambu já vem sendo estudado há algum tempo sobre sua aplicação como forma usual nas construções, sendo uma alternativa de qualidade e agradável a natureza. Os primeiros testes com a utilização do bambu como substituto do aço foram realizados pelos chineses no reforço de pontes ferroviários e outras construções. Já na 2ª Guerra Mundial, Japão e Estados Unidos fortaleceram os estudos para se utilizar o bambu caso a obtenção do aço fosse dificultada. Ainda para Ghavami (1992), devido a sua alta resistência à tração, o bambu é recomendado para uso como material alternativo, substituindo o aço como reforço em peças de concreto, principalmente em elementos a flexão como as vigas.
Alguns elementos estruturais como vigas, pilares, lajes, paredes e outros utilizam em geral o aço como material para armação, entretanto, podem ser utilizados outros materiais, desde que sejam tomados os devidos cuidados. No século atual a sustentabilidade ambiental tem se tornado parte fundamental da estratégia competitiva das empresas industriais, sobretudo as dos setores siderúrgico, energético e químico. A indústria do aço, material muito utilizado na construção civil, por exemplo, vem sofrendo muitas alterações nos últimos anos para tentar acompanhar esta produção sustentável, já que a geração de resíduos poluentes chega a números expressivos em relação a quantidade de aço que é produzido (Sálvio, 2008).
Além dos resíduos sólidos, há também os poluentes que são lançados na atmosfera pelas várias etapas de sua produção, como a coqueria e os altos-fornos, que podem produzir altas quantidades de compostos policíclicos aromáticos, material particulado e elementos associados ao alumínio e zinco. Segundo Garcia (2017), para cada tonelada de aço produzido para construção civil é emitido quase 2 toneladas de CO2 na atmosfera.
Outra problemática associada está no custo do processo produtivo do aço, que encarece o produto, além de sua disponibilidade, que pode ser afetada por vários fatores, como a sua diversidade de aplicações. Esses fatores amplificam a necessidade de buscar materiais que possam ser utilizados como substitutos parciais ou totais do aço. O bambu é um material de fácil obtenção e que além de ter um preço mais acessível, tem baixo consumo de energia em sua produção, por se tratar de um material natural.
Segundo Judziewicz (1999), o Brasil possui uma das maiores reservas de bambu nativo no sudoeste da Amazônia, chegando a uma área de 180.000 Km². São muitas as espécies e variedades deste material, sendo as do tipo Phylostachys aurea, Phyllostachys pubescens e Dendrocalamus Giganteus mais encontradas no sudeste e sul do Brasil (1999). Apesar da larga oferta deste produto no país, o seu uso ainda é encarado com cautela e um dos motivos para isto é a falta de mão de obra qualificada e a forma como ele é encarado, sendo julgado com um material de baixa qualidade,
contrariando os parâmetros de resistência que asseguram a utilização do bambu como elemento estrutural.
Alguns países, como Colômbia, Equador e Costa Rica utilizam normalmente o bambu como material de construção. De acordo com Barbosa e Ino (1998), a Costa Rica apresenta uma produção de casas habitacionais aproximadamente igual a 100 casas por ano, apresentando desempenho exigido pela ONU para este tipo de construção. Na China, existem diversas pontes de bambu que podem suportar cargas de 90 toneladas.
Assim, esta pesquisa tem como objetivo analisar de maneira bibliográfica a comparação do aço e do bambu nas utilizações em elementos de concreto armado, especificando as vantagens de um material sob o outro, tal como estudar sobre as propriedades físicas, mecânicas e químicas de ambos os materiais.
2 MATERIAL E MÉTODOS
CLASSIFICAÇÃO DA PESQUISA
O desenvolvimento de uma pesquisa segundo Gil (2002), abrange variadas fases, e nessas, deve-se conter desde a concepção do problema até a adequada exposição dos resultados. O linear da pesquisa é baseado na junção de conhecimento adquirido e a aplicação de técnicas, métodos e vários procedimentos científicos.
O presente trabalho aborda um estudo de comparação sobre a utilização do bambu em detrimento ao aço, como material para a construção civil, mais especificamente como insumo para a armação em elementos de concreto armado, formando assim, uma pesquisa objetivada em investigar, rejeitar ou comprovar hipóteses relacionadas ao tema.
Se tratando da sua abordagem, a presente pesquisa se classifica como qualitativa, pondo em vista que os métodos utilizados levam a conclusões que qualificam as diferenças características mecânicas, físicas e químicas dos materiais utilizados. Métodos qualitativos enfatizam as especificidades de um fenômeno em termos de suas origens e de sua razão de ser (Gil, 2002).
CRITÉRIOS DE INCLUSÃO
Este trabalho foi elaborado por meio de uma revisão integrativa e tem como base, coletar e fundamentar dados disponíveis para compará-los e se ter um melhor conhecimento do assunto investigado.
Dessa forma foram definidos os critérios de inclusão do banco de análise, para que o estudo possuísse as melhores fontes de referências possíveis. Foram tratados como preferência os artigos publicados depois de 2000, pois levantamentos iniciais destacaram que antes desse período, existia
maior escassez de pesquisas e artigos publicados na área. Também foram excluídas as pesquisas que possuíam resultados voltados apenas a designação do material, haja a vista, a importância de entender o material em concepção estrutural como um todo.
Não foram delimitados idiomas originais para as fontes de pesquisa, haja vista o volume de material sobre o tema ainda ser escasso, no entanto, comprovou-se que a maioria dos trabalhos escritos em português, continham informações mais relevantes para o trabalho. Para que obtenha um filtro especificado com o tema em questão, foram escolhidos como descritores de pesquisa: bambu, material alternativo estrutural, colmo.
Dessa forma, foram encontrados inicialmente 56 artigos distribuídos sobre as plataformas descritas na Tabela 2. Após a leitura inicial dos títulos, notou-se que algumas bases se repetiam e outros não caracterizavam o objeto de estudo. Foram selecionados assim, 34 artigos para a leitura do resumo, onde foram observados se os resultados e conclusões satisfaziam os critérios de pesquisa, tendo mais 11 artigos excluídos. Após a leitura dos resumos, foram selecionados 23 artigos que preenchiam os critérios inicialmente propostos.
Após a seleção dos artigos e definidos os critérios de inclusão foram executados os seguintes passos: leitura seletiva e exploratória; escolha do material que se adequam aos objetivos e tema deste estudo; leitura analítica e análise dos textos e por último análise comparativa e redação.
Tabela 1 Quantidade de publicações nas bases de dados escolhidas.
Base de dados
Bambu alternativo Material estrutural
SCIELO 6 15
SIBiUSP 5 13
SBU 3 11
TOTAL 14 39
A busca na base apresentou 22 publicações na base Scielo (Scientific Eletrônic Library Online), 18 publicações na SIBiUSP (Sistema Integrado de Bibliotecas da USP) e 16 publicações na base SBU (Sistema de Biblioteca da UNICAMP). É importante mencionar que os trabalhos duplicados encontrados não foram disponibilizados também como pontos de exclusão, totalizando ao final da pesquisa uma amostra total de 23 publicações, como já mencionado.
3 RESULTADOS E DISCUSSÃO
DILATAÇÃO TÉRMICA
A dilatação térmica é uma propriedade térmica dos materiais, avaliada em função de seu coeficiente que expressa as variações volumétricas de uma estrutura de acordo com o gradiente de
temperatura a que foi exposto. Entre os principais fatores que podem afetar esta propriedade, estão: tipo litológico do agregado, a relação água/ cimento e o teor de pasta (Velasco, 2008).
A NBR 6118/2003 recomenda que se utilize, em casos de falta de valores experimentais, o coeficiente de dilatação igual a α = 10x10-6ºC-1, quando se quiser avaliar a deformação térmica do concreto em função da temperatura.
O uso do bambu no concreto armado pode ser dificultado devido ao seu coeficiente de dilatação térmica. O coeficiente de dilatação do sentido longitudinal (α = 1,0x10-5ºC-1), se aproxima
bastante ao do concreto, entretanto, no sentido transversal, essa semelhança se distancia consideravelmente, chegando a ser quase quatro vezes maior. Contudo, essa diferença não se apresenta como obstáculo para variações de temperatura cotidianas (Velasco, 2008).
O bambu é um material higroscópico, apresentando um comportamento de dilatação com o aumento da umidade e o de contração com a perda de água. Já o aço apresenta coeficientes de dilatação muito semelhantes aos do concreto, sendo este mais um ponto de influência na escolha do aço para armadura de estruturas de concreto.
O coeficiente de dilatação dos materiais pode afetar no processo de deformação de origem térmica dos concretos. Existem uma série de trabalhos avaliativos sobre a dilatação térmica do concreto em idades jovens, onde o risco de fissuração é maior, apresentando tanto comportamento de expansão como de contração.
Contudo, estudando a substituição do aço liso pelo bambu da espécie Bambusa Vulgaris, Silva (Silva, 2007), obteve resultados positivos quanto a abertura de fissuras em função da carga aplicada em vigas reforçadas com bambu. Todos os corpos de prova da espécie Bambusa Vulgaris ensaiados pelo autor em questão apresentaram fissuras com aberturas inferiores ao limite previsto em norma.
MASSA ESPECÍFICA
Uma das características mais importantes do bambu, a massa específica é de suma importância para se avaliar o peso próprio das estruturas armadas com este material. A relação entre a sua massa específica aparente pela resistência e massa específica aparente pela dureza, expõem a grande aplicabilidade deste insumo na construção civil, seja como uso integral ou em conjunto com outros materiais, tornando a estrutura mais leve e sem perder a resistência final pretendida.
A massa específica por unidade de volume, ou a densidade, representado na unidade kg/m³, varia entre 700 kg/m³ e 800 kg/m³, de acordo com a qualidade do solo, do colmo do bambu, sua espécie e etc., sendo inferior apenas ao aço na relação resistência e dureza à massa específica (Janssen, 2000).
Já o aço, por indicação da NBR 6118/2003, apresenta massa específica de 7850 kg/m³, valor este muito superior ao apresentado pelo bambu, implicando assim em estruturas mais pesadas em comparação com as estruturas armadas com bambu.
As relações rigidez/massa específica e resistência/massa específica do bambu são superiores ao do concreto e da madeira, e podem até mesmo ser comparadas inclusive com o aço. Da perspectiva mecânica, o bambu prova que além de reduzir o peso próprio da estrutura, apresenta desempenhos satisfatórios.
VIABILIDADE E ADERÊNCIA
As barras e fios de aço tem os diâmetros padronizados pela NBR 7480/1996 e são comercializados com boa variedade de seções. O comprimento normal de fabricação é de 11 m, apresentando tolerância de 9%. Em relação a superfície, o aço pode ser liso, conter nervuras (saliência ou mossas) ou entalhes, contudo, o diâmetro da seção permanece constante durante toda a seção do fio ou da barra.
Os diferentes tipos de vergalhões de barras de aço conferem características desejáveis ao concreto armado e são fabricados de maneiras diferentes. O vergalhão CA-60, por exemplo, é obtido por trefilação e caracteriza-se pela alta resistência e pelos entalhes na superfície, aumentando a aderência entre o aço e o concreto.
Já o bambu apresenta muitas variedades dimensionais ao longo de suas barras. Uma barra de três metros de bambu, independente da espécie, pode ter inúmeros seções de diâmetro diferentes, o que problematiza o seu uso como armadura principal em estruturas de concreto armado. Outros possíveis problemas é o fator de aderência entre o bambu e o concreto.
A parte do bambu que interessa a construção civil é o seu colmo. Os colmos apresentam diferentes espessuras de parede, alturas, diâmetro e forma de crescimento, de acordo com a espécie a que pertençam. Além disso, alguns possuem poucos centímetros de altura e poucos milímetros de diâmetro, já outros pode alcançar até 60 m de altura e 20 cm de diâmetro (Ghavami, 2003).
Em comparação as barras de aço em geral, a superfície do bambu perde muito no quesito aderência. A tensão de aderência de dimensionamento entre o bambu e o concreto é cerca de 20 % menor do que àquela entre o aço liso e o concreto (Ghavami, 2003).
As alterações dimensionais do bambu requerem que seja aplicado um tratamento contra a absorção de água. Esse tratamento pode causar rachaduras, mesmo após a cura do concreto (Liese, 1998).
CARACTERÍSTICAS QUIMICAS
Semelhante a madeira, o bambu tem como principais constituintes em seu colmo a celulose, a hemicelulose e a lignina. A composição varia de acordo com a espécie, idade do bambu, condições estabelecidas no seu desenvolvimento e da parte do colmo em questão (topo, meio ou base).
O tecido do colmo amadurece geralmente no intervalo de um ano, e durante este período, as suas características podem variar bastante. Entretanto, após a maturação completa do colmo, as características tendem a permanecer constantes, momento esse o considerado ideal para ut iliza-lo para o âmbito da construção civil.
Os nós do bambu contêm menores teores de substâncias solúveis, de cinzas e de ligninas do que entre nós, que por sua vez apresentam maior quantidade de celulose. A época influência diretamente na quantidade de materiais solúveis em água, que são maiores nas estações secas que nas chuvosas. Isso influência na susceptibilidade do material a patologias envolvendo a questão de umidade (Ghavami, 2003).
O aço compreende ferro e outros elementos como carbono, manganês, fosforo, enxofre, níquel, cromo entre muitos outros. Entretanto, existem diversos tipos de aços com alterações em sua composição que afetam diretamente a sua classe e suas propriedades.
Os tratamentos são essenciais para o bom comportamento mecânico e longa durabilidade, tanto do aço como do bambu. O aço necessita de um tratamento contra a corrosão para estar protegido do processo de oxidação, proteção essa que pode ser garantida pelo concreto, caso exista o respeito de uma espessura de concreto entre a barra e a superfície externa (denominado cobrimento).
Já o bambu, deve passar por tratamentos para evitar a deterioração do material. Segundo Liese (1998), uma parcela das células denominadas de parênquima possui um polímero de amido, que se torna um grande atrativo para insetos e fungos após o corte do colmo.
Apesar de ambos os materiais apresentarem características propensas a sofrerem ataques, a interação com o concreto e alguns tratamentos disponíveis fazem com a utilização do bambu e do aço não apresentam grande complicações quando comparados com outros fatores.
DURABILIDADE
A durabilidade do bambu está diretamente relacionado com os tratamentos que o mesmo deve receber desde a etapa de colheita e secagem do material, prolongando assim a vida útil do material. Logo após a colheita, os colmos do bambu devem passar por um tratamento para evitar o ataque de fungos e insetos.
Os tratamento possíveis para o bambu vão desde os tradicionais, como cura pela ação em água, cura pela ação do fogo e cura pela ação da fumaça, os métodos químicos, como a imersão em
solução de sais hidrossolúveis e substituição da seiva por sais hidrosolúveis através da transpiração e os métodos sob pressão, como o autoclave e o método Boucherie modificado (considerado o método mais eficiente para tratamento dos colmos do bambo).
O bambu sem nenhum tratamento pode apresentar uma vida útil entre um e três anos quando utilizado em áreas abertas; em contato com o solo, de quatro a seis anos quando em áreas cobertas e livre de contato com solo; e entre 10 e 15 anos, quando utilizado em áreas cobertas em excelentes condições. Quando os bambus são tratados, a vida útil pode se estender por vários anos, assim como ocorre com as madeiras de reflorestamento (Janssen, 2000).
O aço apresenta ótima resistência mecânica, mas requer um tratamento contra a corrosão para aumentar a sua durabilidade. A NBR 6118/2003 estabelece que a durabilidade das estruturas é altamente dependente das caracteristicas do concreto e da espessura e qualidade do concreto de cobrimento da armadura. Sendo assim, uma boa qualidade do concreto já garante por si só um bom desempenho e durabilidade das armaduras de aço, que só devem receber os cuidados tradicionais na produção, armazenamento e processos de armação.
MÓDULO DE ELASTICIDADE
O módulo de elasticidade é um parâmetro relativo a medida da deformação que um material sofre sob a ação de cargas, geralmente tensões de compressão. Existem um grande número de pesquisas e testes com diferentes espécies de bambu, para amostras divididas em grupos variando idade e posições de altura (base, meio e topo).
A Figura 1 a seguir apresenta resultados de módulo de elasticidade obtidos em corpos de prova, de tal maneira que as amostras foram avaliadas em relação à idade e região do colmo.
Figura 1. Módulo de elasticidade (MOE) de quatro espécies de bambu e diferentes posições de altura e idade (Kamruzzaman, 2008).
Como pode-se observar, houve uma variação sensível em relação à altura do colmo, que podem ser explicados pela não uniformidade da base ao topo do colmo. O maior módulo de elasticidade foi observado para as espécies Melocanna bacífera e o menor para Bambusa balcooa. Os valores divergiram sensitivamente entre as espécies, o que implica mais uma vez na grande variedade de resultados que podem ser obtidos em decorrência do número alto de espécies existentes.
O aço apresenta módulo de elasticidade de 210 GPa ou 210.000 MPA e é dado através de análise do gráfico tensão deformação para aços de armaduras passivas, com ou sem patamar de escoamento, embora existam outras formas de ser calculado.
O módulo de elasticidade para a espécie Bambusa Vulgaris, sem nó, varia entre 10 a 15 GPa (Lima, 1996) Comparando este valor ao módulo de elasticidade do aço, verifica-se que o módulo de elasticidade do bambu é cerca de 20 vezes menor o que pode ocasionar perdas significativas de resistência à tração no elemento estrutural.
RESISTÊNCIA CARACTERÍSTICA A TRAÇÃO
A resistência a tração do bambu é elevada e isso contribui positivamente para torna-lo um substituto ao aço, especialmente quando for considerada a razão entre a sua resistência à tração e a sua massa específica. A tabela a seguir aprenta a resistência a tração de alguns materias, entre outras relações.
Tabela 2: Relação entre a resistência a tração e o peso específico. Adaptado de Ghavami (2003). Material Resistência à tração σt (MPa) Peso específico µ (N/mm³x10-3) Aço CA 50 500 7,83 Alumínio 300 2,79 Ferro fundido 280 7,70 Bambu 120 0,80
Continuação Vertical da Tabela 2:
Ri = σt/ µ Ri/Raço
0,64 1,00
1,07 1,67
0,39 0,61
1,50 2,34
A resistência a tração do bambu é bem mais alta do que a resistência a compressão. Algumas pesquisas para esta característica mecânica de diferentes tipos de bambus, tais como o Dendrocalamus giganteus, Bambusa vulgaris, Gradua angustifólia, chegaram a valores compreendidos entre 40 Mpa e 215 Mpa (Silva, 2007).
A Tabela 3 apresenta os resultados de resistência média para colmos com 3,5 anos de idade, da espécie Dendrocalamus giganteus cultivada na UNESP/Bauru, em três diferentes alturas.
Tabela 3: Valores médios da resistência (fto) e módulo de elasticidade longitudinal (Eto) obtidos em ensaios de tração de ripas laminadas da espécie D. giganteus.
Região do colmo Fto (Mpa) Sem nó Eco (GPa) a 240,1 20,1 b 250,0 20,7 c 246,8 20,7 Colmo 245,4 20,5
Continuação Vertical Tabela 3:
Umidade % Fto (Mpa) Com nó Eco (GPa) 12,0 103,3 16,9 12,0 117,5 18,6 11,9 114,4 19,5 12,0 111,9 18,3
Continuação Vertical Tabela 3:
Umidade (%) 11,9 11,9 12,0 11,9
Percebe-se que há uma grande variedade de valores para resistência a tração de acordo com a espécie do material, havendo ainda outros vários pontos importantes a se destacar, como o modo de cultivo, coleta, armazenamento, tratamento, entre outros. Entretanto, comprova-se que o bambu pode ser utilizado como substituto ao aço, desde que se tomem os devidos cuidados.
RESISTÊNCIA CARACTERÍSTICA À COMPRESSÃO
O bambu apresenta boa resistência a compressão, chegando a valores superiores ao do concreto convencional para alguns casos, como em peças curtas. A sua relação entre a resistência e a densidade também é satisfatória, tendo o bambu cerca de 1/3 da densidade do concreto.
Alguns cuidados devem ser tomados no ensaio a compressão, pois a deformação do corpo de prova não apresenta deformação variável, sendo necessário garantir que o extensômetro seja posicionado na camada externa do colmo ou próximo ao um nó. Além disso, é necessário levar em conta a esbeltez do elemento estrutual, verificando possível falha por flambagem. A Tabela 4 apresenta os valores de resistência a compressão para colmos de 3,5 anos de idade da espécie Dendrocalamus, cultivada na UNESP/Bauru.
Tabela 4: Valores médios da resistência (fco) e módulo de elasticidade longitudinal (Eco). Adaptado de Beraldo (2008). Região do colmo Fco (Mpa) Sem nó Eco (GPa) Umidad e% a 68,5 16,9 11,9 b 70,8 16,9 11,8 c 71,5 19,0 11,9 Colmo 70,3 17,5 11,9
Continuação Vertical Tabela 4:
Fco (Mpa) Com nó Eco (GPa) Umidade (%) 59,1 15,9 11,9 65,4 17,5 11,9 65,6 20,9 12,0 63,4 18,1 11,9
Em estudo realizados na UNESP/Bauru, obteve-se resultados de 80 MPa de resistência a compressão, sendo testado espécies como Gradua, Dendrocalamus e Phyllostachys pubescens, sendo isto bem superior ao do concreto convencional e a muitas espécies de árvores (Marçal, 2008).
Com esses valores de resistência a compressão, pode-se indicar o uso do bambu como peças de reforço estrutural do concreto em obras de pequeno porte e consideradas como secundárias. É utilizado em larga escala no Japão na construção de andaimes para construção civil.
O aço tem a mesma resistência a compressão e a tração, portanto, leva larga vantagem em relação aos números estabelecidos para o bambu.
RESISTÊNCIA CARACTERÍSTICA AO CISALHAMENTO
A resistência ao cisalhamento é um ponto fraco para o bambu, isso porque as fibras são unidas apenas por colagem natural e começarem a se deslocar já nas tensões iniciais, mesmo com baixos valores aplicados. A força de cisalhamento atua paralelamente as fibras. Esse ponto falho nas caracteristicas do bambu pode ocasionar patologias no material, diminuindo a sua vida útil.
As forças de cisalhamento podem causar o surgimento de fissuras, provocando queda de resistência e servindo como local de entrada para insetos e a água. A resistência ao cisalhamento do bambu é inversamente proporcional ao teor de umidade, diminuindo a medida que o teor de água no material aumenta (Marçal, 2008).
A resistência ao cisalhamento transversal às fibras do bambu apresenta apenas 30% de sua resistência a flexão e apenas 15% da resistência a compressão, entretanto, a escolha da região que se vai aplicar a carga interfere de forma bem significativa nos resultados. A Tabela 5 apresenta os resultados para ensaio de resistência ao cisalhamento, variando a posição de aplicação da carga e a presença ou não de nó.
Tabela 5: Resistência ao cisalhamento interlaminar do bambu Gradua angustifólia. Adaptado de Souza. Parte do bambu Tensão de cisalhamento t (Mpa) Base sem nó 1,67 Base com nó 2,20 Centro sem nó 1,43 Centro sem nó 2,27 Topo sem nó 2,11 Valor médio 2,02
A resistência ao cisalhamento do aço apresenta valores bem superiores ao do bambu. A critério de dimensionamento, muitas vezes é considerado que o aço apresente a resistência ao cisalhamento equivalente a metade da sua resistência ao escoamento. Independe de qual tipo de aço se esteja considerando, a sua resistência ainda será bem superior à do bamboo.
4 CONCLUSÃO
Conclui-se primeiramente que o estudo demonstrou que ainda existem obstáculos a serem supridos na substituição do aço pelo bambu. A baixa resistência a cisalhamento, variabilidade geométrica, aderência ao concreto e o baixo módulo de elasticidade são fatores preponderantes ao analisar a eficiência completa na possível substituição do aço.
Consta-se, no entanto, que dentre os materiais alternativos, é o elemento natural que mais aproxima-se das características gerais do aço, haja vista, possui um alto valor de resistência a tração e compressão, tal como, pode executar estruturas mais leves devido à baixa massa específica.
Destaca-se também, que mesmo com os estudos sendo aperfeiçoados, ainda existirá a grande problemática de analisar qual a espécie de bambu que possui uma maior compatibilidade de resultados, considerando-se que em testes de esforços a compressão obtivemos na pesquisa diversos valores para variadas espécies.
Tanto o aço quanto o bambu apresentam sérios problemas no contato com agentes agressivos, seja por corrosão ou fungos, respectivamente. Esse fator que pode ser controlado por um concreto de boa qualidade que ofereça proteção mecânica aos materiais e dificulta a passagem de intempéries.
É necessário um maior estudo na área do ponto de vista prático, onde se possa observar o comportamento da peça estrutural a partir de determinados esforços como tração, compressão e cisalhamento, para que se possa ter resultados mais concretos a fim de comprovar a eficácia da substituição.
REFERÊNCIAS
BARBOSA, J. C.; INO, A. Utilizagao do Bambu na produgao de habitagao de interesse social - Compilagao dos exemplos construtivos. In: VI Encontro Brasileiro em Madeiras e em Estruturas de Madeira. Florian6polis, SC, 1998. Anais, vol. 4, p. 307-318.
BERALDO, A. L.; PEREIRA, M. A. R. Bambu de corpo e alma. Bauru, SP: Canal6, 2008. 240 p.
GARCIA, Jose Dimas Fernandes; BARBOSA, Abel da Silva; SILVA, Mariana Batista da. Estudo sobre a substituição do aço pelo bambu Dendrocalamus giganteus. In: congresso nacional de iniciação científica, 17., 2017, São Paulo. Anais. São Paulo: Semesp, 2017. p. 1 - 11.
GHAVAMI, K. Bambu, um Material Alternativo na Engenharia. Revista Engenharia. Construção Civil. Pesquisa Engenho. Editora Técnica Ltda, São Paulo, No. 492. p. 23-27, 1992.
GHAVAMI, Khosrow. Bamboo as reinforcement in structural concrete elements. Departamento de Engenharia Civil. Universidade Pontifícia Católica. Rio de Janeiro. 2003.
GIL, Antônio Carlos. Como elaborar projetos de pesquisa. 4. ed. - São Paulo: Atlas, 2002.iências positivas.
JANSSEN, J.J.A. Designing and building with bamboo. Beijing, China: International Network for Bamboo and Rattan (INBAR), 2000, Technical report n.20.
JUDZIEWICZ, E.J. et al. Amerizan bamboos. Washington, DC. – US: Smithsonian Institution Press, 1999. 392 p.
LIESE, W. The anatomy of bamboo culms. In: INTERNATIONAL NETWORK FOR BAMBOO AND RATTAN (INBAR). 1998. China. Technical Report 20. China, 1998. 4p.
LIMA JÚNIOR, M.A.; CUNHA, B.S.; ROSA, H.C.; WILLRICH, F.L; BARBOSA, N.P. bamboo as concrete reinforcement: durability study. Anais das XXXIIJornadas Sulamericanas de Engenharia Estrutural Maio / 1996 ISBN 85-99956-01-9 Materiais Estruturais Trabalho JOR0022 - p. 1005-1013.
MARÇAL, Vitor Hugo. Uso do bambu na construção civil. 2008. 60 f. Monografia (Graduação em Engenharia Civil e Ambiental) – Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Brasília-DF, 2008.
SÁLVIO, Filipe Esteves Cortes. Produção Sustentável de Aço no Brasil. Cetem. Rio de Janeiro, p. 160-166. jul. 2008.
SILVA, Osvaldo Ferreira da. Estudo sobre a substituição do aço liso pelo Bambusa vulgaris, como reforço em vigas de concreto, para o uso em construções rurais. 2007. 166 f. Dissertação
