SOLO-CIMENTO REFORÇADO COM BAMBU:
CARACTERÍSTICAS FÍSICO- MECÂNICAS
WILZA GOMES REIS LOPES
CAMPINAS SETEMBRO DE 2002
SOLO-CIMENTO REFORÇADO COM BAMBU:
CARACTERÍSTICAS FÍSICO- MECÂNICAS
Tese submetida à banca examinadora para obtenção de título de Doutor em Engenharia Agrícola na Área de Concentração em Construções Rurais e Ambiência.
WILZA GOMES REIS LOPES
Orientador: Prof. Dr. Wesley Jorge Freire
CAMPINAS SETEMBRO DE 2002
FICHA CATALOGRÁFICA ELABORADA PELA BIBLIOTECA DA ÁREA DE ENGENHARIA - BAE - UNICAMP
L881s
Lopes, Wilza Gomes Reis
Solo-cimento reforçado com bambu: características físico-mecânicas. / Wilza Gomes Reis
Lopes.--Campinas, SP: [s.n.], 2002.
Orientador: Wesley Jorge Freire.
Tese (Doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Agrícola. 1. Solo-cimento. 2. Bambu. 3. Materiais de
construção. 4. Vigas. 5. Flexão (Engenharia civil). 6. Aderências. I. Freire, Wesley Jorge. II. Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia Agrícola.. III. Título.
À minha mãe, Neuza Gomes Barbosa Reis, e ao meu pai, Wilson Barbosa Reis, in
memoriam, pelos sublimes princípios de
vida, de amor e de justiça, que sempre orientaram minha caminhada.
DEDICO
A João Batista, meu esposo, e aos meus filhos, Clarissa, Manoela e Leandro, pelo apoio, compreensão, sensibilidade e carinho, sobretudo nos momentos mais difíceis.
Agradecimentos
A Deus, pela força, luz, energia positiva e capacidade de lutar e de superar os obstáculos surgidos nesta caminhada.
À Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo - FAPESP, pela concessão de bolsa de estudo e pelo apoio financeiro para execução da pesquisa.
Ao meu orientador, Professor Titular Wesley Jorge Freire, que mais que um mestre, mostrou-se um bom amigo, mostrou-sempre amável, disponível e incansável na prestação de ensinamentos e de orientação segura e competente, minha eterna gratidão.
Ao Professor Adjunto Antonio Ludovico Beraldo, pela amizade, orientações e presteza no atendimento, quando solicitado. Ao Professor Doutor Luiz Antonio Rossi pelo apoio, amizade e pela convivência.
Ao Instituto Agronômico de Campinas, em especial ao pesquisador Anísio Azzini, pelo material bibliográfico repassado e pelo fornecimento do bambu utilizado nesta pesquisa.
Ao Professor Doutor João Batista Lopes, da Universidade Federal do Piauí, pela análise estatística dos dados deste trabalho.
Aos Professores Doutor Pedro Wellington Gonçalves do Nascimento Teixeira, da Universidade Federal do Piauí, e Doutor Obede Borges Faria, da Universidade Estadual de
À companheira e amiga Martha del Carmem Mesa Valenciano, pelo indispensável apoio, incansável colaboração e carinho, durante os mais diferentes momentos do curso.
À Gisleiva Cristina dos Santos Ferreira pelo carinho, amizade, e pela ajuda constante, eficiente e imprescindível durante a realização dos vários ensaios, em todas as etapas deste trabalho.
Aos amigos do Laboratório de Ensaio de Materiais e Estruturas da Faculdade de Engenharia Agrícola, que me acompanharam, ajudaram e incentivaram nesta jornada: Sandra Fernandes Martins, Lia Lorena Pimentel, Lourdes Abbade, Flávia de Freitas Vieira, Anna Silvia Peixoto, Mário Monteiro Rolim, Edilson Mestrine, Carlos Alberto Puccini, Régis de Castro Ferreira e Eduardo Beira Fontaine
Às secretárias da Pós-graduação Ana Paula Montagner, Marta Vechi e Rosângela Gomes pelo atendimento sempre eficiente, gentil e carinhoso.
Aos funcionários do Campo Experimental da Faculdade de Engenharia Agrícola, na pessoa de Jurandi Fagundes de Carvalho, pela presteza no atendimento durante várias fases da pesquisa.
Aos técnicos do Laboratório de Protótipos Professor Chang Cheu-Shang: José Maria da Silva, Luís Carlos dos Santos Silva, Roberto Carlos de Souza (Fubá) e Francisco Ferreira dos Santos Filho, pela disponibilidade e ajuda, sempre que solicitados.
Aos técnicos do Laboratório de Estruturas da Faculdade de Engenharia Civil pela ajuda na realização de ensaios.
A todos que direta ou indiretamente colaboraram para que este trabalho fosse realizado...
ÍNDICE
Página
Dedicatória ii
Agradecimentos iii
Índice v
Lista de figuras viii
Lista de tabelas xvii
Resumo xx
Abstract xxii
1. INTRODUÇÃO 01
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 04
2.1. Bambu – características principais 04
2.2. Solo-cimento - características principais 21
2.3. Bambucreto - concreto reforçado com bambu 26
2.4. Solo-cimento reforçado com bambu 29
3. MATERIAIS E MÉTODOS 32 3.1. Materiais 32 3.1.1. Solo 32 3.1.2. Cimento 32 3.1.3. Bambu 32 3.1.4. Produtos Impermeabilizantes 33
3.1.5. Outros materiais e equipamentos 33
3.2. Métodos 33
3.2.1. Coleta dos colmos de bambu 33
3.2.2. Tratamento profilático dos colmos de bambu 33 3.2.3. Ensaios de caracterização física aplicados ao solo 36
3.2.4. Ensaios aplicados ao solo-cimento 36
3.2.4.1. Ensaio de compactação do solo-cimento 36 3.2.4.2. Ensaio de compressão simples do solo-cimento 36 3.2.4.3. Ensaio de tração na compressão diametral 37 3.2.5. Ensaios de absorção de água e de variação dimensional aplicados ao
bambu
38
3.2.6. Ensaio de compressão simples do bambu 40
3.2.7. Ensaio de tração do bambu 43
3.2.8. Preparação das taliscas de bambu para uso na armação do solo-cimento
49
3.2.9. Ensaio de pull-out ou arrancamento 50
3.2.10. Ensaio de push-out ou empuxamento 56
3.2.11. Ensaio de compressão simples de corpos-de-prova de solo-cimento reforçados com bambu
60
3.2.12. Ensaio de tração na flexão de vigas de solo-cimento reforçadas com bambu
65
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO 73
4.1. Caracterização física do solo 73
4.1.1. Análise granulométrica 73
4.1.2. Determinação da massa específica 74
4.1.3. Limites de liquidez e de plasticidade 74
4.1.4. Classificação do solo 75
4.1.5. Ensaio de compactação do solo 76
4.2. Ensaios aplicados ao solo-cimento 78
4.2.2. Ensaio de compressão simples do solo-cimento 82 4.2.3. Massa específica aparente seca e grau de compactação 85 4.2.4. Ensaio de tração na compressão diametral do solo-cimento 88 4.2.5. Correlação entre a resistência à tração na compressão diametral e a
resistência à compressão simples
90
4.3. Ensaios aplicados ao bambu 91
4.3.1. Absorção e variação volumétrica 91
4.3.2. Ensaio de compressão simples do bambu 98
4.3.3. Ensaio de tração do bambu 102
4.3.4. Módulo de elasticidade em ensaio de tração do bambu 105 4.4. Ensaios aplicados ao solo-cimento reforçado com bambu 109
4.4.1. Ensaio de pull-out ou arrancamento 109
4.4.2. Ensaio de push-out ou empuxamento 115
4.4.3. Comprimento de ancoragem 118
4.4.4. Correlação entre as resistências de aderência de bambu em solo-cimento, obtidas em ensaios de arrancamento e de empuxamento
118
4.4.5. Ensaio de compressão simples de solo-cimento reforçado com bambu 120 4.4.6. Ensaio de tração na flexão de vigas de solo-cimento sem reforço de
bambu
123
4.4.7. Módulo de elasticidade do solo-cimento 129 4.4.8. Cálculo dos esforços em vigas reforçadas com bambu 130
5. CONCLUSÕES 141
5.1. Solo-cimento 141
5.2. Bambu 141
5.3. Corpos-de-prova de solo-cimento reforçados com bambu 142 5.4. Vigas de solo-cimento reforçadas com bambu 142
5.5. Conclusões gerais 142
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 144
LISTA DE FIGURAS
Página
Figura 01 Área de maior ocorrência dos bambus 05
Figura 02 Aspectos da anatomia do bambu 07
Figura 03 Corte transversal do Dendrocalamus giganteus, mostrando os feixes vasculares
10
Figura 04 Corte transversal do Dendrocalamus giganteus 11 Figura 05 Corte transversal do Guadua angustifolia 11 Figura 06 Construções onde foram utilizados bambus, em Tiradentes/MG e
Maracanaú/CE
16
Figura 07 Corpos-de-prova de bambu laminado colado para ensaios de compressão normal e paralela, tração paralela e normal, cisalhamento e flexão
20
Figura 08 Processo de corte dos colmos de bambu 34
Figura 09 Processo de lavagem em água fervente, dos colmos de bambu 34
Figura 10 Colmos de bambu em processo de secagem 34
Figura 11 Tratamento químico das peças de bambu 35
Figura 12 Detalhe do ensaio de compressão de corpo-de-prova de solo-cimento em Máquina Universal DINATEST
37
Figura 13 Detalhe de corpos-de-prova de solo-cimento com 10% de cimento, após o ensaio de compressão
Figura 14 Detalhe do ensaio de tração na compressão diametral de corpos-de-prova de solo-cimento, executado em Máquina Universal DINATEST
38
Figura 15 Preparação dos corpos-de-prova, com as etapas de corte e lixamento 39 Figura 16 Etapas do ensaio de absorção, mostrando a aplicação de emulsão
asfáltica, salpicadura com areia grossa e imersão em água
40
Figura 17 Preparação dos corpos-de-prova para o ensaio de compressão 41 Figura 18 Medição do corpo-de-prova para o ensaio de compressão 41 Figura 19 Prensa para ensaio de compressão axial SOILTEST INC 42 Figura 20 Ensaio de compressão simples de corpos-de-prova de bambu sem nó 43 Figura 21 Ensaio de compressão simples de corpos-de-prova de bambu com nó 43 Figura 22 Corte transversal das taliscas de bambu em serra circular 44 Figura 23 Uso da plaina para acerto das taliscas de bambu 44 Figura 24 Corpo-de-prova de bambu para ensaio de tração 44 Figura 25 Uso do esmeril para suavizar a curva em corpo-de-prova de bambu,
destinado ao ensaio de tração.
47
Figura 26 Corpos-de-prova sem nó para ensaio de tração. 47 Figura 27 Corpos-de-prova com nó para ensaio de tração 47 Figura 28 Ensaio de tração de talisca de bambu em máquina universal
DINATEST
48
Figura 29 Relógios comparadores em ensaio de tração do bambu 49 Figura 30 Ilustração do processo de confecção das taliscas de bambu usadas
nos ensaios de solo-cimento reforçado com bambu, vendo-se o corte longitudinal, corte transversal e retificação das taliscas
51
Figura 31 Aplicação de emulsão asfáltica com auxílio de pincel 51 Figura 32 Envolvimento das taliscas, revestidas por asfalto, com areia grossa 51 Figura 33 Taliscas de bambu revestidas com asfalto e areia grossa 52
Figura 34 Processo de preparação dos corpos-de-prova para ensaio de arrancamento
52
Figura 35 Corpos-de-prova de solo-cimento em processo de cura na câmara úmida.
54
Figura 36 Desmoldagem dos corpos-de-prova de solo-cimento 54
Figura 37 Colocação dos relógios comparadores 54
Figura 38 Montagem do ensaio de arrancamento em máquina universal de ensaio DINATEST.
55
Figura 39 Esquema de aplicação de carga em ensaios de push-out 57 Figura 40 Aplicação da graxa e do papel em camadas 58 Figura 41 Taliscas de bambu sem tratamento, preparadas com graxa e papel 58 Figura 42 Fitas adesivas colocadas na base da fôrma 59 Figura 43 Compactação do corpo-de-prova, vendo-se o apoio para a fôrma 59
Figura 44 Ensaio de empuxamento ou push-out 60
Figura 45 Taliscas usadas para o ensaio de compressão 61
Figura 46 Gabarito para confecção dos estribos 61
Figura 47 Fixação do primeiro estribo nas quatro taliscas de bambu 62 Figura 48 Taliscas de bambu posicionadas no interior da fôrma 62 Figura 49 Processo de preparação dos corpos-de-prova para o ensaio de
compressão, com a colocação da mistura de solo-cimento e compactação
62
Figura 50 Desmoldagem dos corpos-de-prova para o ensaio de compressão 63 Figura 51 Cura dos corpos-de-prova destinados ao ensaio de compressão 63 Figura 52 Ensaio de resistência à compressão em máquina hidráulica de
compressão da EMIC
64
Figura 53 Fôrma metálica para viga de 10 x 15 x 50 cm³ 65 Figura 54 Fôrma metálica para viga de 20 x 10 x 50 cm³ 65
Figura 55 Processo de preparação da mistura de solo-cimento 66
Figura 56 Pesagem do solo-cimento 67
Figura 57 Compactação do solo-cimento 67
Figura 58 Vigas de 10 x 15 cm x 50 cm³ com as taliscas de bambu já posicionadas
68
Figura 59 Vigas de 20 x 10 x 50 cm³ com as taliscas de bambu já posicionadas 68 Figura 60 Colocação de camada de solo-cimento, após posicionamento das
taliscas de bambu
68
Figura 61 Processo de compactação do solo-cimento 68
Figura 62 Nivelamento da viga 69
Figura 63 Viga concluída 69
Figura 64 Pesagem da viga com fôrma 69
Figura 65 Viga ainda na fôrma na câmara úmida 69
Figura 66 Processo de desmoldagem das vigas 70
Figura 67 Vigas colocadas em câmara úmida, para o processo de cura 70
Figura 68 Pesagem da viga, com 28 dias de idade 70
Figura 69 Esquemas de aplicação de carregamento em um ponto para vigas de 10 x 15 x 50 cm3 e de 20 x 10 x 50 cm3
71
Figura 70 Esquema de aplicação de carregamento em dois pontos para vigas de 10 x 15 x 50 cm3
71
Figura 71 Ensaio de flexão de vigas de 10 x 15 x 50 cm³ e de 20 x 10 x 50 cm³ em máquina VERSA TESTER, da SOILTEST
72
Figura 72 Posicionamento e ajustagem do relógio comparador 72
Figura 73 Curva granulométrica do solo 73
Figura 74 Classificação trilinear do solo (Departamento de Agricultura dos Estados Unidos)
75
Figura 76 Exemplos de curvas obtidas em ensaios de compactação em relação à energia de compactação
78
Figura 77 Exemplos de curvas obtidas em ensaios de compactação em relação à distribuição das partículas do solo
78
Figura 78 Curvas de compactação normal de Proctor das misturas de solo-cimento para os teores de 6 e 8% de solo-cimento, e solo sem aditivo
79
Figura 79 Curvas de compactação normal de Proctor das misturas de solo-cimento para os teores de 10, 12 e 14% de solo-cimento, e solo sem aditivo
80
Figura 80 Variação da umidade ótima em relação ao teor de cimento 80 Figura 81 Variação da massa específica aparente seca máxima em função do
teor de cimento
81
Figura 82 Resistência à compressão de corpos-de-prova de solo-cimento moldados com 6, 8, 10, 12 e 14% de cimento, em função do tempo de cura
83
Figura 83 Variação da resistência à compressão em relação ao teor de cimento, aos 7 e 28 dias
84
Figura 84 Valores do grau de compactação de corpos-de-prova ensaiados aos 7 dias, para teores de 6, 8, 10, 12 e 14% de cimento
86
Figura 85 Valores do grau de compactação de corpos-de-prova ensaiados aos 28 dias, para teores de 6, 8, 10, 12 e 14% de cimento
86
Figura 86 Valores da relação entre a massa específica aparente seca máxima e a massa específica aparente seca de moldagem, de corpos-de-prova de solo-cimento ensaiados aos 7 dias, com teores de 6, 8, 10, 12 e 14% de cimento
87
Figura 87 Valores da relação entre a massa específica aparente seca máxima e a massa específica aparente seca de moldagem, de corpos-de-prova de solo-cimento ensaiados aos 28 dias, com os teores de 6, 8, 10, 12 e 14% de cimento
88
Figura 88 Resistência à tração na compressão diametral de corpos-de-prova de solo-cimento moldados com 14% de cimento
89
Figura 89 Correlação entre as resistências à tração na compressão diametral e à compressão simples de corpos-de-prova de solo-cimento moldados com 14% de cimento
Figura 90 Variação dimensional, na direção axial, considerando as regiões da base, meio e ponta de colmos de bambu
93
Figura 91 Variação dimensional, na direção tangencial, considerando as regiões da base, meio e ponta de colmos de bambu
94
Figura 92 Variação dimensional, na direção radial, considerando as regiões da base, meio e ponta de colmos de bambu
94
Figura 93 Variação volumétrica de corpos-de-prova de bambu tomados de diferentes regiões do colmo, em função do tipo de tratamento
96
Figura 94 Absorção de água em função das regiões da base, meio e ponta de colmos de bambu, para os dois tratamentos empregados
97
Figura 95 Resistência à compressão simples de corpos-de-prova de bambu, com nó e sem nó, tomados das regiões base, meio e ponta
99
Figura 96 Ensaio de compressão simples de corpos-de-prova de bambu 101 Figura 97 Detalhes dos corpos-de-prova de bambu após sua ruptura à
compressão simples
101
Figura 98 Corpos-de-prova com nó e sem nó, após a aplicação do ensaio de tração
104
Figura 99 Curvas tensão x deformação em ensaio de tração de corpos-de-prova de bambu sem nó
104
Figura 100 Curvas tensão x deformação em ensaio de tração de corpos-de-prova de bambu com nó
105
Figura 101 Tensão de ruptura x deformação específica do ensaio de tração, para corpo-de-prova de bambu sem nó - amostra SN11
106
Figura 102 Tensão de ruptura x deformação específica do ensaio de tração, para corpos-de-prova de bambu sem nó - amostra SN2
107
Figura 103 Tensão de ruptura x deformação específica do ensaio de tração, para corpos-de-prova de bambu com nó - amostra CN15
107
Figura 104 Tensão de ruptura x deformação específica do ensaio de tração, para corpos-de-prova de bambu com nó - amostra CN17
108
Figura 105 Resistência ao arrancamento de taliscas de bambu encravadas em solo-cimento, em ensaio de pull-out
Figura 106 Corpo-de-prova 30TE1, durante o ensaio de arrancamento, observando-se a fissura na direção longitudinal, antes e após a ruptura
111
Figura 107 Corpo-de-prova 30TE1, após a ruptura, observando-se na parte inferior o deslocamento sofrido pela talisca de bambu
111
Figura 108 Gráficos “tensão x deslocamento”, do ensaio de pull-out, com três repetições, para os tratamentos sem asfalto (TE) e com asfalto (AA), na profundidade de ancoragem de 10 cm
113
Figura 109 Gráficos “tensão x deslocamento”, do ensaio de pull-out, com três repetições, para os tratamentos sem asfalto (TE) e com asfalto (AA), na profundidade de ancoragem de 20 cm.
113
Figura 110 Gráficos “tensão x deslocamento”, para o ensaio de pull-out, com três repetições, para os tratamentos sem asfalto (TE) e com asfalto (AA), na profundidade de ancoragem de 30 cm.
114
Figura 111 Resistência ao empuxamento, em ensaio de push-out, de taliscas de bambu encravadas em solo-cimento
115
Figura 112 Curvas tensão x deslocamento, do ensaio de push-out, com três repetições, para os tratamentos sem asfalto (TE), de taliscas de bambu encravadas em solo-cimento
116
Figura 113 Curvas de tensão x deslocamento, do ensaio de push-out, com três repetições, para os tratamentos com asfalto (AA), de taliscas de bambu encravadas em solo-cimento
117
Figura 114 Correlação entre os dados de aderência de taliscas de bambu engastadas em corpos-de-prova de solo-cimento, obtidos através de ensaios de empuxamento e de arrancamento
119
Figura 115 Resistência à compressão de corpos-de-prova de solo-cimento reforçados e não reforçados com bambu
120
Figura 116 Detalhes da aplicação do ensaio de compressão simples ao corpo-de-prova de solo-cimento reforçado com bambu, até a ruptura total do corpo-de-prova
122
Figura 117 Detalhe da talisca de bambu, depois de deformada, após a aplicação do ensaio de compressão simples
122
Figura 118 Gráfico “carga x deflexão”, do ensaio de tração na flexão, com seis repetições, para as vigas de 10 x 15 x 50 cm3 com reforço de bambu
e carregamento central
Figura 119 Gráfico “carga x deflexão”, do ensaio de tração na flexão, com três repetições, para as vigas de 10 x 15 x 50 cm3, sem reforço de bambu, e carregamento central
126
Figura 120 Gráfico “carga x deflexão”, do ensaio de tração na flexão, com seis repetições, para as vigas de 10 x 15 x 50 cm3, com reforço de bambu e carregamento em dois pontos
127
Figura 121 Gráfico “carga x deflexão”, do ensaio de tração na flexão, com três repetições, para as vigas 10 x 15 x 50 cm3, sem reforço de bambu, e carregamento em dois pontos
127
Figura 122 Gráfico “carga x deflexão”, do ensaio de tração na flexão, para as vigas de 20 x 10 x 50 cm3, ensaiadas com quatro repetições, com reforço de bambu e com carregamento central
128
Figura 123 Gráfico “carga x deflexão”, do ensaio de tração na flexão, para as vigas de 20 x 10 x 50 cm3, ensaiadas com três repetições, sem reforço de bambu e com carregamento central
128
Figura 124 Seção transversal da viga de 10 x 15 x 50 cm3, de solo-cimento reforçada com bambu
130
Figura 125 Seção transversal da viga de 20 x 10 x 50 cm3, de solo-cimento reforçada com bambu
131
Figura 126 Ensaio à flexão da viga de 10 x 15 x 50 cm3, sem reforço de bambu, mostrando o momento da colocação do relógio comparador
135
Figura 127 Ensaio à flexão da viga de 10 x 15 x 50 cm3, sem reforço de bambu, mostrando a viga após colapso
135
Figura 128 Viga de 10 x 15 x 50 cm3, sem reforço de bambu, rompida sob carregamento central
136
Figura 129 Seqüência de fotos de ensaio à flexão da viga de 10 x 15 x 50 cm3
com reforço de bambu, mostrando a viga após a ruptura
137
Figura 130 Seqüência de fotos do ensaio à flexão da viga B2P2, reforçada com bambu e carregada em dois pontos
138
Figura 131 Vigas 10 x 15 x 50 cm3, reforçadas com bambu e carregamento central, após a retirada do relógio comparador, percebendo-se a deformação no centro da viga
Figura 132 Detalhe da fissura bem no centro de viga de 10 x 15 x 50 cm3, reforçada com bambu e com carregamento central, submetida ao ensaio de tração na flexão
139
Figura 133 Seqüência de fotos do ensaio de flexão da viga B1P4 submetida a carregamento central, mostrando detalhe da fissura horizontal
LISTA DE TABELAS
Página Tabela 01 Composição química do colmo de Bambusa vulgaris 07 Tabela 02 Distribuição percentual da ocorrência dos elementos anatômicos das
espécies de bambu Phyllostachis viridis (PV) e Dendrocalamus
giganteus (DG)
10
Tabela 03 Distribuição percentual das fibras ao longo do colmo e da posição em bambus D. giganteus e G. angustifolia
11
Tabela 04 Resistência média à tração (σt) e resistência média à compressão (σc)
de corpos-de-prova de bambu com os respectivos coeficientes de variação (C.V.)
12
Tabela 05 Propriedades mecânicas do bambu D. giganteus 13 Tabela 06 Relação entre a resistência à tração e peso específico 14 Tabela 07 Relação entre a energia de produção por unidade de tensão. 15 Tabela 08 Resultados de ensaios de Dureza, Compressão, Tração,
Cisalhamento e Flexão de peças de bambu laminado colado e bambu serrado (D. giganteus)
20
Tabela 09 Resultados médios referentes aos ensaios de resistência à compressão e de absorção de água, de tijolos fabricados com dois tipos de solo e estabilizados com dois tipos de material estabilizante: cimento e cal
Tabela 10 Dimensões dos corpos-de-prova usados no ensaio de tração do bambu
44
Tabela 11 Composição granulométrica do solo utilizado na pesquisa 73 Tabela 12 Limites de consistência do solo utilizado 74 Tabela 13 Massa específica aparente seca máxima e umidade ótima, relativos
ao ensaio de compactação do solo
76
Tabela 14 Massa específica aparente seca máxima e umidade ótima fornecidas pelo ensaio de compactação normal de Proctor do solo-cimento moldado com teores de 6%, 8%,10%, 12% e 14% de cimento
79
Tabela 15 Força aplicada e resistência à compressão simples de corpos-de-prova de solo-cimento moldados com teores de cimento de 6, 8, 10, 12 e 14%, aos 7 e 28 dias de idade
82
Tabela 16 Valores médios de massa específica aparente seca e grau de compactação, com respectivos desvios-padrão, obtidos em corpos-de-prova de solo-cimento para os teores de 6, 8, 10, 12 e 14% de cimento
85
Tabela 17 Resistência à tração na compressão diametral (tensão), com respectivo desvio-padrão, de corpos-de-prova de solo-cimento moldados com 14% de cimento
89
Tabela 18 Massa específica aparente seca e grau de compactação, com respectivos desvios-padrão, obtidos durante a moldagem de corpos-de-prova de solo-cimento com 14% de cimento
90
Tabela 19 Variação dimensional de corpos-de-prova de bambu tomados de diferentes regiões do colmo de bambu, tratados com emulsão asfáltica e areia e não tratados, após imersão em água, com respectivos desvios-padrão
92
Tabela 20 Variação volumétrica de corpos-de-prova de bambu, tomados de diferentes regiões do colmo, em função do tipo de tratamento, com os respectivos desvios-padrão
95
Tabela 21 Absorção de água em função das regiões do colmo e tipos de tratamento, com os respectivos desvios-padrão
96
Tabela 22 Resistência à compressão simples de corpos-de-prova de bambu, com nó e sem nó, tomados das regiões base, meio e ponta, e respectivos desvios-padrão
Tabela 23 Carga de ruptura máxima, tensão de ruptura máxima e teor de umidade, com respectivos desvios-padrão, de taliscas de bambu submetidas a ensaios de tração
102
Tabela 24 Módulo de elasticidade e desvios-padrão de taliscas de bambu submetidas a ensaios de tração
105
Tabela 25 Resistência ao arrancamento de taliscas de bambu encravadas em solo-cimento, no ensaio de pull-out
110
Tabela 26 Resistência ao empuxamento com respectivos desvios-padrão, em ensaio de push-out, de taliscas de bambu encravadas em solo-cimento
115
Tabela 27 Resistência à compressão de corpos-de-prova de solo-cimento não reforçados e reforçados com taliscas de bambu, com seus respectivos desvios-padrão
120
Tabela 28 Tensões de ruptura em ensaios de flexão de vigas de 10 x 15 x 50 cm3, submetidas a carregamento central (T1P) e a carregamento em
dois pontos (T2P), e de vigas de 20 x 10 x 50 cm3 (TCH), ensaiadas com carregamento central, sem reforço de bambu
124
Tabela 29 Valores da linha neutra, do momento de inércia e distância do eixo do bambu à linha neutra das vigas de 10 x 15 x 50 cm3 e de 20 x 10 x
50 cm3
132
Tabela 30 Tensões em vigas de 10 x 15 x 50 cm3, submetidas a carregamento central e a carregamento em dois pontos, e em vigas de 20 x 10 x 50 cm3, submetidas a carregamento central, para as áreas sujeitas à
compressão e à tração
133
Tabela 31 Tensão de ruptura à tração do bambu usado como reforço em vigas de solo-cimento (MPa)
RESUMO
O presente trabalho foi desenvolvido na Faculdade de Engenharia Agrícola da Universidade Estadual de Campinas, e teve como objetivos: (a) estudar as características físicas e mecânicas do solo-cimento reforçado com bambu; (b) definir as condições de uso do material obtido; (c) ensaiar vigas de solo-cimento reforçado com bambu de diferentes seções transversais submetidas a diferentes formas de carregamento; (d) determinar a resistência de aderência do bambu em matriz de solo-cimento através de ensaios de pull-out ou de arrancamento, e ensaios de push-out ou de empuxamento e comparar seus resultados; (e) aplicar ao material solo-cimento reforçado com bambu outros ensaios que permitissem quantificar suas principais características de resistência; (f) contribuir para o maior e melhor conhecimento do material em estudo. O solo utilizado tinha características predominantemente arenosas, granulometricamente bem graduado, com teor de silte mais argila igual a 27,5%. As amostras de solo foram previamente submetidas ao peneiramento em peneira de 4,76 mm de abertura de malha, e, em seguida, secas ao ar antes de serem ensaiadas em laboratório para fins de caracterização física e dosagem do solo-cimento, de acordo com a Norma Brasileira NBR-06457 da ABNT. Foi utilizado cimento Portland CP II-E-32, e bambu da espécie Dendrocalamus giganteus, cujos colmos foram colhidos em touceira uniforme, com no mínimo três anos de idade, secionados, recolhidos e deixados a secar à sombra durante 30 dias. Corpos-de-prova de bambu, impregnados superficialmente com emulsão asfáltica e salpicadura de areia grossa, e corpos-de-prova não tratados, foram utilizados nos ensaios de absorção de água e de variação dimensional, além de terem sido submetidos aos ensaios de compressão simples e de tração direta. Após a determinação das principais características físicas do solo, corpos-de-prova cilíndricos de solo-cimento foram moldados e curados de acordo com as normas, ensaiados à compactação, à compressão
simples, e à tração na compressão diametral. Foram realizados, também, os seguintes ensaios aplicados ao solo-cimento reforçado com bambu: ensaio de pull-out ou de arrancamento, e ensaio de push-out ou de empuxamento, ensaio de compressão simples e ensaio de tração na flexão de vigas, de diferentes seções e submetidas a diferentes formas de carregamento. De um modo geral, os resultados mostraram que o tratamento do bambu com emulsão asfáltica mais salpicadura de areia não melhorou a aderência do bambu na matriz de solo-cimento; mostraram também que o ensaio de pull-out é mais adequado do que o ensaio de push-out para medir a aderência entre o bambu e o solo-cimento. Com a mesma energia do ensaio de compactação normal de Proctor foram confeccionadas vigas de solo-cimento com as dimensões de 10 x 15 x 50 cm3 e de 20 x 10 x 50 cm3, e também vigas reforçadas com duas taliscas de bambu. Dois dias após a moldagem, as vigas foram desmoldadas e deixadas a curar em condições úmidas durante 28 dias, antes de serem submetidas aos ensaios de tração na flexão. Os ensaios de tração na flexão das vigas de solo-cimento, reforçadas e não reforçadas com bambu, foram realizados em máquina de ensaio Versa Tester, da Soiltest.. Os resultados mostraram que, estatisticamente, não houve diferenças significativas entre as resistências das vigas sem reforço e com reforço de bambu, e que o bambu evitou o colapso total da viga, mesmo após a ruptura da matriz de solo-cimento.
ABSTRACT
This work was done at the Agricultural Engineering Faculty/State University of Campinas, aiming at the following objectives: (a) to study the physical and mechanical characteristics of the bamboo reinforced soil-cement; (b) to establish the conditions to use the proposed material; (c) to test soil-cement beams reinforced with bamboo, built with different cross sections and submitted to different loading conditions; (d) do determine the bonding strength of bamboo into a soil-cement matrix through both pull-out and push-out tests and comparing the results; (e) to submit the bamboo reinforced soil-cement to other tests in order to determine their main strength characteristics; (f) to contribute to the better understanding of the mechanical behavior of such material. The well graded sandy soil utilized was composed of 27.5% of silt and clay. The soil samples were screened in a 4.76 mm mesh sieve followed by air drying to determine its physical properties in laboratory. Soil-cement dosage was defined according to Brazilian regulations. It was utilized Portland cement CP II-E-32 and culms of Dendrocalamus giganteus bamboo whose clumps were supposed to be kept up under the same soil conditions. Culms were random chosen among those with at least 3 years old. After cutting, the culms were naturally air-dried for 30 days. Some of the bamboo specimens were coated with asphalt emulsion and sprinkled with coarse sand to produce a rough surface as well as to reduce the water absorption; the other ones were not coated with asphalt. All these specimens were utilized in water absorption tests, volumetric changes determination, compressive and tensile tests. Afterwards cylindrical soil-cement specimens were molded and cured according to Brazilian standards and tested for compaction, compression and splitting tensile strength. On the other hand, the bamboo reinforced soil-cement were submitted to both pull-out and push-out tests, as
well as to compression; flexural tests were applied on bamboo reinforced soil-cement beams of different cross section and tested under different loading conditions. As a whole, the results showed that the treatment of bamboo splints with asphaltic emulsion sprinkled with coarse sand didn’t improve the bamboo and soil-cement bonding. The pull-out test seems to be more suitable than the push-out test to evaluate the adherence between bamboo splints embedded in soil-cement matrix. Soil-cement beams 10 cm width, 15 cm height and 50 cm length and soil-cement beams 20 cm width, 10 cm height and 50 cm length were molded at the same Proctor compaction energy with a metal hammer. The soil-cement beams were divided in two groups: the first group so called control, comprising specimens molded uniquely with soil-cement and the second one the other soil-cement specimens reinforced with two bamboo splints each one. Two days after molding, the soil-cement beams were demolded and cured in a humidity chamber for 28 days before being tested to flexure. The flexural tests were performed in a Versa Tester machine. In terms of flexural strength, the results showed that there was no statistical difference between the soil-cement and the bamboo reinforced soil-cement beams. On the other hand, the bamboo reinforcement allowed the beams to be resistant even after soil-cement failure.
1. INTRODUÇÃO
O bambu é uma planta conhecida e usada pelo homem desde tempos pré-históricos, seja como alimento, vestimenta, instrumentos musicais, armas, na construção civil, no transporte de materiais, e na fabricação de papel, de móveis e de objetos de uso doméstico, dentre outros.
Trata-se de uma planta lenhosa constituída de fibras longas e dispostas paralelamente ao longo da direção longitudinal ao colmo, o qual é extremamente resistente à tração, e, por isto mesmo, utilizado até como reforço ao concreto, em substituição ao aço tradicionalmente empregado na armação de peças dessa natureza. A resistência mecânica e o grau de dureza do colmo, por outro lado, dependem de sua idade e do seu grau de amadurecimento.
Os bambus variam em altura e diâmetro, havendo aqueles que crescem até mais de 30 m de altura e outros que não passam de arbustos, com diâmetros variando de 0,5 até 30 cm. Seu colmo cilíndrico, oco e dividido em intervalos por nós salientes, torna-o um material leve e flexível, com massa específica aparente variável de 500 a 790 kg/m3 (média de 650 kg/m3).
A elevada relação resistência/peso, associada ao baixo custo do material, tem levado os pesquisadores a utilizá-lo na construção civil, em substituição à madeira e ao próprio aço de construção.
Como componente de construção, o bambu pode ser utilizado na forma inteira (roliça) e, neste caso, empregado na construção de tesouras, pilares, vigas, etc.; na forma partida (talisca), como reforço ao concreto; e, na forma de placas de réguas de bambu trançado, empregado na construção de muros, paredes, forros, assoalhos, etc. Permite ainda, o bambu, associação com outros materiais de construção, tais como, solo-cimento, argamassa armada, concreto e gesso.
Dentro do perímetro urbano, a construção com bambu está impedida por um dispositivo legal que proíbe o uso de materiais de fácil combustão. No meio rural, todavia, o uso do bambu é ilimitado, satisfazendo a quase todas as exigências e necessidades.
Pode-se dizer que o bambu é um material viável, de fácil aplicação e pronta disponibilidade, adequado para o uso em construções rurais. Suas outras inúmeras utilidades, aliadas ao fato de ser um material abundante nos trópicos, fazem dele a solução para um sem número de problemas encontrados por pequenos e médios agricultores.
Por outro lado, o solo-cimento é um dos tipos de estabilização de solos mais comumente utilizados. É definido como uma mistura íntima de solo pulverizado, cimento Portland e água, que, sob compactação a um teor de umidade ótimo e máxima densidade, forma um material estruturalmente resistente e durável.
O termo “estabilização do solo” corresponde, conforme SILVEIRA e SILVEIRA (1964), a qualquer processo, natural ou artificial, pelo qual um solo, sob o efeito de cargas aplicadas, se torna mais resistente à deformação e ao deslocamento, do que o solo primitivo.
Quantitativamente, a estabilização está associada a valores numéricos de resistência e durabilidade, expressos em termos de resistência à compressão, resistência ao cisalhamento, módulo de deformação, capacidade de carga, absorção de água, rigidez, compacidade e consistência, expansão e contração, resistência ao umedecimento e secagem, resistência ao congelamento e degelo, resistência ao desgaste, resistência à erosão e redução dessas propriedades com o tempo.
Quase todos os ramos da engenharia de solos têm se utilizado da estabilização como um meio de aproveitar o solo local, embora artificialmente tratado, com muito maior vantagem econômica.
A utilização do cimento, como agente estabilizador de solos, teve início nos Estados Unidos da América, em 1916, quando o material foi empregado, pela primeira vez, para solucionar problemas causados pelo tráfego de veículos de roda não pneumática. Desde então, o solo-cimento teve grande aceitação, passando a ser utilizado na construção e pavimentação de estradas de rodagem e ruas urbanas, construção de aeroportos e acostamentos, revestimento de barragens de terra e de canais de irrigação, fabricação de tijolos, melhoria de fundações, pavimentação de pátios industriais e de áreas destinadas ao estacionamento de veículos,
construção de silos aéreos e subterrâneos, construção de casas e pavimentação de estábulos, além de muitas outras aplicações onde o mesmo tem sido experimentado com sucesso.
No Brasil, o interesse pelo assunto começou em 1936 após a fundação da Associação Brasileira de Cimento Portland que regulamentou, fomentou e pesquisou a aplicação do solo-cimento, levando, em 1941, à pavimentação pioneira do aeroporto de Petrolina.
O bambu tem sido muito pesquisado também como reforço para o concreto, em substituição à ferragem. Seu uso como reforço para o solo-cimento, todavia, não tem sido, ainda, devidamente estudado, dispondo a literatura de raríssimas informações sobre o assunto, embora os poucos estudos já realizados indicam a viabilidade de sua utilização e as vantagens advindas dessa forma de aplicação.
Este trabalho tem como objetivos os seguintes:
• estudar as características físicas e mecânicas do solo-cimento reforçado com bambu; • definir as melhores condições de uso do material obtido;
• ensaiar vigas de solo-cimento reforçado com bambu de diferentes seções transversais, submetidas a diferentes formas de carregamento;
• determinar a resistência de aderência do bambu em matriz de solo-cimento por meio dos ensaios de pull-out ou arrancamento, e de push-out ou de empuxamento e comparar seus resultados;
• aplicar ao material solo-cimento reforçado com bambu outros ensaios que permitam quantificar suas principais características de resistência;
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1. Bambu – características principais
Ao comentar a importância do bambu em todos os campos da atividade humana, SALGADO (1993) afirmou que, indubitavelmente, o bambu é a planta que tem sido mais intensa e extensivamente utilizada pelo homem. Pertencente à família "Gramineae", o bambu apresenta-se com aproximadamente 45 gêneros e mais de 1.300 espécies espalhadas pelo mundo, concentrando-se na Ásia e ilhas adjacentes e, no hemisfério ocidental, desde o sul dos Estados Unidos até a Argentina e Chile. No Brasil, grande número de espécies é nativa do continente asiático, para cá trazidas pelos imigrantes portugueses e japoneses.
AZZINI et al. (1997) afirmaram que a maior concentração de espécies se encontra no Continente Asiático, embora a ocorrência de espécies nativas se verifique em todos os continentes, com exceção da Europa. No Brasil, as espécies exóticas, introduzidas na época da colonização e com a imigração japonesa, são as que apresentam maior valor econômico. Destacam-se, dentre elas, em propriedades rurais brasileiras, as espécies: Bambusa vulgaris,
Bambusa tuldoides, Dendrocalamus giganteus e algumas espécies do gênero Phillostachys,
todas de origem asiática. As espécies nativas brasileiras são vulgarmente conhecidas por taquara, taboca, jativoca, taquaruçu, bambu de espinho, taboca-açú e taboca-lixa.
De acordo com RECHT e WETTERWALD (1994), existem mais de 1.000 espécies diferentes de bambu, variando desde as espécies de pequeno porte (Sasa), até os bambus subtropicais que chegam a alcançar 30 m de altura e 30 cm de diâmetro. Entretanto, somente algumas delas são comercialmente cultivadas em plantações. No Japão, por exemplo, das 100 espécies conhecidas, apenas 15 são muito difundidas e cultivadas. Os autores relataram ainda que o uso do bambu, no Continente Asiático, é bastante disseminado na construção de casas,
na confecção de utensílios domésticos e de implementos agrícolas, e ainda na alimentação animal e humana, sendo utilizado inclusive para fins medicinais. O bambu está espalhado em quase todos os continentes, principalmente em florestas tropicais na larga faixa equatorial de 40o S a 40o N, até 3.000 m de altitude (Figura 01).
Figura 01. Área de maior ocorrência dos bambus Fonte: RECHT e WETTERWALD (1994)
Levando em conta a indisponibilidade cada vez maior de madeira no mundo e as vantagens associadas ao bambu no que se refere à sua fácil multiplicação e seu rápido desenvolvimento, além de suas características mecânicas favoráveis, SALGADO (1993) concluiu também que os bambus, principalmente os das espécies Dendrocalamus giganteus,
Dendrocalamus asper, Guadua angustifolia dentre outras existentes no Brasil, podem
perfeitamente substituir as madeiras na construção civil, principalmente se usados como pontaletes, andaimes e escadas.
MOREIRA e GHAVAMI (1997) referiram-se à alta produtividade do bambu, à sua forma tubular e ao seu baixo peso específico associado à alta resistência mecânica, como fatores que recomendam seu uso como material para construção. Os autores afirmaram ainda que, devido ao baixo peso especifico e à sua constituição oca, o bambu pode ser facilmente processado por ferramentas simples, além de poder ser facilmente trabalhado em marcenaria.
Alguns países, como Costa Rica, Equador e Colômbia, utilizam o bambu normalmente como material de construção. Segundo BARBOSA e INO (1998), na Costa Rica a produção habitacional em bambu gira em torno de 1.500 casas por ano, as quais apresentam desempenho que atende aos requisitos exigidos pela ONU para construção de unidades residenciais. As autoras salientaram, ainda, que este país não possuía originalmente espécies de bambu adequadas, nem o costume de utilizar bambu em construção, inconvenientes que foram contornados com a implantação de programas habitacionais voltados para o uso deste material.
JANSSEN (1984) enumerou, como vantagens do uso do bambu como material de construção, em relação à madeira, as seguintes:
• de um mesmo bambuzal, colmos novos podem ser cortados a cada ano, o que não acontece com as madeiras;
• o bambu é um material leve, forte, consistente e elástico, adequado para resistir a esforços dinâmicos;
• ferramentas simples podem ser utilizadas na sua colheita e aproveitamento, tais como facão de mato, serra e/ou broca;
• não estão envolvidas operações de serragem ou desdobramento, como no caso das madeiras; • seu processamento não produz resíduos, como casca e serragem;
• pode ser cultivado em pequena escala;
• o retorno de capital é mais rápido para o bambu do que para a madeira. Entre as desvantagens, o autor retro-mencionado citou:
• o bambu necessita de preservação, assim como a madeira;
• devido à cavidade central, o risco de fogo é maior do que para madeira (que é maciça); • a eficiência das ligações é mais difícil do que na madeira;
• os bambus não apresentam comprimento e diâmetro uniformes.
O bambu é uma gramínea da classe das Monocotiledôneas, constituído basicamente por colmo, rizoma e um sistema radicular fasciculado. Seu colmo é dividido em intervalos por um diafragma saliente, formando os nós e entrenós (Figura 02). A espessura das paredes é muito variável, dependendo da espécie, apresentando, em alguns casos, o diâmetro interno tão reduzido que torna o bambu praticamente sólido (BARBOSA, 1997). A espessura da parede também depende da posição ao longo da altura do colmo, quanto mais alto mais fina vai se tornando a espessura do colmo.
Figura 02. Aspectos da anatomia do bambu Fonte: Robles Austríaco e Pama (citados
por BARBOSA, 1997).
Segundo MENEZES e AZZINI (1981), a composição química do bambu é bastante variável, não só entre as diversas espécies, como também dentro de uma mesma espécie, dependendo de seu local de origem. Os autores apresentaram resultados da análise química realizada em colmos de Bambusa vulgaris (Tabela 01).
Tabela 01. Composição química do colmo de Bambusa vulgaris
Componentes g/100g de matéria seca
Amido Fibras brutas Alfa Celulose Pentosanas Lignina Tanino Cinzas 30 a 45 36 a 40 26 a 32 16 a 17 10 a 12 1,5 a 3,0 0,08 a 1,0 Fonte: MENEZES e AZZINI (1981)
O bambu gigante (D. giganteus), proveniente da Ásia, apresenta crescimento rápido, como as outras espécies, e caracteriza-se por alcançar alturas de até 30 m e diâmetro de aproximadamente 25 cm. É encontrado em quase todas as regiões do Brasil, sendo utilizado em propriedades agrícolas para os mais diversos fins: objetos decorativos, bebedouros e comedouros para animais, colunas estruturais, sistemas de irrigação, etc. Apesar de apresentar resistência mecânica considerável, o bambu gigante, a exemplo de outras espécies, concentra, principalmente em sua camada interna, maior quantidade de tecido parenquimatoso (rico em amido), o que o torna mais susceptível ao ataque de fungos e insetos.
LIN (1968) descreveu o D. giganteus como possuindo colmos grandes, com altura que varia de 20 a 30 m, diâmetro de 20 a 30 cm e internódios na região mediana de 30 a 45 cm de comprimento e espessura de paredes entre 1 e 3 cm. É natural da Tailândia, Burma, Índia e Ceilão. Neste contexto, CAMUS (1913) considerou o D. giganteus como a maior espécie de bambu existente, chegando a atingir altura de 25 m e diâmetro de 15 a 20 cm, possuindo os colmos revestidos de bainhas de 25 a 30 cm de comprimento.
Já NASCIMENTO (1990), em estudo com bambus desta espécie, cultivados no Campus da Universidade Federal de Viçosa, Minas Gerais, encontrou valor médio de DAP (Diâmetro à Altura do Peito) de 16,20 cm e altura média de 29,0 m. Constatou, ainda, densidade básica média de 0,63 g/cm3, com grande variação do ápice à base do bambu, sendo os maiores valores relacionados às maiores alturas do colmo. Além disso, esta espécie de bambu apresentou volume médio por colmo de 0,0991 m3, peso seco de 61 kg e peso úmido
de 116 kg.
HIDALGO LOPEZ (1974) relatou que os colmos do bambu diferem, de acordo com a espécie, em altura, diâmetro e forma de crescimento. São encontradas espécies muito pequenas, que chegam a ter apenas poucos centímetros de altura e alguns milímetros de diâmetro. Os bambus do gênero Arundinaria não passam de simples arbustos, enquanto que os da espécie D.
giganteus chegam a atingir altura de até 40 m e diâmetro de até 30 cm, em média. Ainda,
segundo o autor, o bambu já brota do solo com seu diâmetro máximo, que se reduz à medida que aumenta sua altura.
De acordo com UEDA (1981), todos os bambus de todas as espécies completam seu crescimento dentro de alguns meses após o aparecimento dos brotos do solo, porém não
aumentam seus diâmetro e altura após o término do crescimento. O autor cita o recorde máximo de crescimento diário de 121 cm, atingido pela espécie japonesa madake (Phyllostachys
bambusoides).
MONTES et al. (1998), em estudos realizados na Costa Rica, com quatro espécies de bambu: Bambusa textilis, Phyllostachys aurea, Dendrocalamus giganteus e Guadua chacoensis, confirmaram que, ao saírem à superfície, os colmos não aumentam mais as dimensões em diâmetro. Ainda, segundo os autores, os brotos produzidos quando a planta está mais desenvolvida apresentam um crescimento mensal mais rápido.
Segundo AZZINI e SALGADO (1992), a alta velocidade de crescimento dos colmos de bambu é uma de suas características mais marcantes. Estudando as espécies de bambu: B.
tuldoides, B. vulgaris, B. vulgaris var. vittata, D. giganteus e G. angustifolia, nas condições de
solo e clima de Campinas, SP, os autores concluíram que a maior velocidade de crescimento, tanto para o valor médio (10,63 cm/dia), como máximo (22,00 cm/dia), foi observada nos colmos de D. giganteus, enquanto que os menores valores foram apresentados pelos colmos de
G. angustifolia, com velocidade média de 5,70 cm/dia e máxima de 7,88 cm/dia.
De acordo com AZZINI et al. (1997), os colmos de bambu constituem-se, basicamente, de feixes fibro-vasculares circundados por um tecido parenquimatoso rico em amido. As fibras celulósicas, o tecido parenquimatoso e os elementos vasculares (vasos), são os principais elementos anatômicos existentes nos colmos. Os feixes fibro-vasculares, que dão resistência aos colmos, se concentram na parte externa destes, contrastando com o tecido parenquimatoso, que predomina na parede interna, propiciando à parte externa maior resistência que a interna.
BERALDO e ZOULALIAN (1995) apresentaram a distribuição dos elementos anatômicos das espécies de bambu P. viridis e D. giganteus, obtida por análise de imagem (Tabela 02). A largura da lâmina (correspondente à espessura da parede do colmo) para observação microscópica foi subdividida em três regiões de superfícies equivalentes, correspondentes às camadas interna, intermediária e externa. Foi constatado que a concentração de fibras é cerca de três vezes maior na camada externa que na interna, enquanto que ocorre uma relação inversa no caso das células de parênquima.
Tabela 02. Distribuição percentual da ocorrência dos elementos anatômicos das espécies de bambu P. viridis (PV) e D. giganteus (DG)
Vasos (%) Fibras (%) Parênquima (%) Camadas do colmo
PV DG PV DG PV DG
Interna 13 11 24 16 63 73
Intermediária 13 9 37 32 50 59
Externa 10 8 63 55 27 37
Fonte: BERALDO e ZOULALIAN (1995)
Em pesquisa com as espécies B. vulgaris, G. angustifolia e D. giganteus, AZZINI et al. (1977) observaram que a maior quantidade de feixes fibro-vasculares foi encontrada em colmos de B. vulgaris (410 feixes/cm2), enquanto que, para o D. giganteus, foram identificados 256 feixes/cm2. Os autores concluíram ainda que o número de feixes vasculares por unidade de superfície no ponto mais externo foi sempre superior aos outros pontos, localizados na parte mais interna. Para o D. giganteus, a quantidade de feixes variou de 365,0 a 175,6 feixes/cm2.
CASCO et al. (1998), a partir da observação macroscópica da superfície transversal do colmo de quatro espécies de bambu, constataram, para a espécie D. giganteus, que na parte externa do colmo os feixes vasculares são menores, arredondados, e se encontram mais concentrados. À medida que se encaminha para a parte interna, estes são maiores, ovalados, e se apresentam em menor quantidade (Figura 03).
Figura 03. Corte transversal do D. giganteus, mostrando os feixes vasculares
Neste sentido, BERALDO et al. (1998) confirmaram a maior concentração de feixes de fibras na região externa ao estudar as espécies de bambus gigantes D. giganteus e G.
angustifolia. Estatisticamente não foram constatadas diferenças da quantidade de fibras ao longo
da altura do colmo (Tabela 03). Através de imagem da seção transversal foram observadas diferenças na constituição anatômica entre as duas espécies. Observou-se, no D. giganteus, a presença de um feixe importante de fibras não relacionado com os vasos, o que não ocorre com o
G. angustifolia, visualizado nas Figuras 04 e 05.
Tabela 03. Distribuição percentual das fibras ao longo do colmo e da posição em bambus D.
giganteus e G. angustifolia
Espécie Região Interna Mediana Externa
Base 26 40 54 Meio 28 37 59 D. giganteus Ponta 23 38 57 Base 17 30 44 Meio 14 37 46 G. angustifolia Ponta 12 36 38 Fonte: BERALDO et al. (1998)
Figura 04. Corte transversal do D. giganteus Fonte: BERALDO et al. (1998)
Figura 05. Corte transversal do G. angustifolia Fonte: BERALDO et al. (1998)
Discorrendo sobre as características de resistência de duas espécies de bambu, a B.
vulgaris e a D. giganteus, TOLEDO FILHO e BARBOSA (1990) comprovaram que o colmo
sem nó tem resistência à tração média na ruptura próxima daquela do aço CA 25, enquanto que sua resistência à compressão supera a do concreto, maior, neste caso, para a espécie D. giganteus. Os resultados, apresentados na Tabela 04, foram obtidos tomando-se corpos-de-prova das regiões basal, intermediária e superior dos colmos; e, devido ao fato dos autores não constatarem variações significativas na resistência em função da região de onde os corpos-de-prova foram retirados, os resultados foram expressos pela média. Os corpos-de-prova rompidos à compressão eram cilíndricos, com altura igual a duas vezes o diâmetro, enquanto que aqueles destinados aos ensaios de tração apresentavam dimensões e formas especificadas no trabalho dos autores.
Tabela 04. Resistência média à tração (σt) e resistência média à compressão (σc) de
corpos-de-prova de bambus com os respectivos coeficientes de variação (C.V.)
Resistência à tração Resistência à compressão Material σt (MPa) C.V. (%) σc (MPa) C.V.(%) B. vulgaris (com nó) 102 32,0 65,6 4,7 B. vulgaris (sem nó) 209 20,6 66,5 2,6 D. giganteus (com nó) 105 22,9 78,6 4,6 D. giganteus (sem nó) 215 12,9 79,2 6,6 Aço CA 25 250 __ __ __ Aço CA 50 500 __ __ __ Concreto __ __ 15,0 a 40,0 __
Fonte: TOLEDO FILHO e BARBOSA (1990)
As características de resistência de várias espécies de bambu ensaiadas em laboratório foram, conforme HIDALGO LOPEZ (1974), as seguintes:
• módulo de elasticidade à tração: máximo = 316.395 kgf/cm2; mínimo = 140.000 kgf/cm2;
• resistência à compressão máxima: 863 kgf/cm2; mínima: 562 kgf/cm2;
• módulo de elasticidade à compressão: máximo = 199.000 kgf/cm2; mínimo = 151.869
kgf/cm2;
• resistência à flexão máxima: 2.760 kgf/cm2; mínima: 763 kgf/cm2;
• módulo de elasticidade à flexão: máximo = 220.000 kgf/cm2; mínimo = 105.465 kgf/cm2.
LEE et al. (1994) realizaram ensaios de compressão, de tração e de flexão em corpos-de-prova retangulares de bambu, retirados das regiões base, meio e ponta, da espécie P.
bambusoides. No total, foram ensaiadas 376 peças de bambu verdes e 371 peças de bambu secas
ao ar, a 12% de umidade. Os autores concluíram que as propriedades de resistência mecânica aumentam da base à ponta. E ainda, que os corpos-de-prova secos ao ar apresentam valores de resistência à compressão, de resistência à tração e módulo de elasticidade e módulo de ruptura à flexão maiores do que os valores para os corpos-de-prova de bambu verde.
LIMA JÚNIOR et al. (2000), em ensaios experimentais realizados com a espécie de bambu D. giganteus, concluíram que essa espécie demonstrou excelente capacidade de resistência aos esforços de tração e de compressão, comparável à de muitas madeiras nobres usadas na construção civil. Os resultados encontrados para resistência à tração e à compressão encontram-se na Tabela 05.
Tabela 05. Propriedades mecânicas do bambu D. giganteus
Propriedades do Bambu Sem Nó Com Nó
Módulo de elasticidade à tração (GPa) 23,75 13,14
Resistência à tração (MPa) 277,19 97,51
Módulo de elasticidade à compressão (GPa) 20,50 21,88 Resistência à compressão (MPa) 56,65 57,99 Fonte: LIMA JÚNIOR et al. (2000)
As fibras, por sua vez, apresentam resistência variável conforme sua posição (capa externa ou interna) na parede do bambu. Os valores de resistência à tração obtidos por HIDALGO LOPEZ (1974), para fibras, foram os seguintes:
• fibras da capa externa: 3.200 kgf/cm2
• fibras da capa interna: 1.550 kgf/cm2
GHAVAMI (1992), estudando a relação entre resistência à tração e peso específico, para alguns materiais (Tabela 06), constatou que o bambu é o material que apresenta maior valor para esta relação, tornando vantajoso o seu emprego como material de construção. Neste sentido, SONDY (1940) afirmou que, levando-se em conta que as resistências à compressão e à tração do bambu são superiores às do concreto comum, e ainda, sendo pequeno o peso específico do bambu, tem-se que o conjunto concreto-bambu é um elemento estrutural mais resistente e menos pesado que o concreto simples, em igualdade de cargas e dimensionamento.
Tabela 06. Relação entre a resistência à tração e peso específico Material Res. Tração
σt (N/mm2) Peso específico γ (N/mm3.10-2) R = σt /γ.102 R/Raço=1,00 Aço (CA 50 A) 500 7,83 0,63 1,00 Bambu 140 0,80 1,75 2,77 Alumínio 304 2,70 1,13 1,79 Ferro fundido 281 7,20 0,39 0,62 Fonte: GHAVAMI (1992)
Comentando as vantagens do bambu como material de construção, GHAVAMI (1992) afirmou que o mesmo compara-se satisfatoriamente a outros materiais, tais como o aço, o concreto e a madeira. Em termos energéticos (consumo de energia necessária para a produção de um volume unitário de material que resista a 1 MPa), segundo JANSSEN (1984), a relação entre a energia de produção por unidade de tensão está descrita na Tabela 07.
Tabela 07. Relação entre a energia de produção por unidade de tensão
Material Bambu Madeira Concreto Aço
MJ/m3/MPa 30 80 240 1500
Muito embora a utilização do bambu como elemento estrutural seja estimulada pela sua alta resistência à compressão e à tração em função do seu peso específico, e devido apresentar qualidades satisfatórias como isolante térmico e acústico, além da aparência de material acabado, de fácil armazenamento e emprego, tanto para fins industriais quanto artesanais, ANTUNES (1983) afirmou que as uniões e intersecções, feitas ainda de forma rudimentar, prejudicam o desempenho do bambu, principalmente quando solicitado estruturalmente.
Ao executar ensaios de tração em bambu, BERALDO (1990) recomendou o uso de alguns artifícios para aumentar a aderência entre o mesmo e as garras da máquina de ensaio, com a finalidade de impedir que o corpo-de-prova se rompa por esmagamento diametral. O envolvimento do bambu rachado com resina sintética ou sua fixação em talas de madeira dura, ou a colocação de pinos metálicos ou tarugos de madeira nas cavidades dos bambus roliços, podem proporcionar um melhor desempenho no ensaio.
Por sua vez, TARGA e BALLARIN (1991), ao realizarem ensaios de tração em bambu, tiveram o cuidado de diminuir a seção transversal dos corpos-de-prova na região central, de tal forma que ali houvesse uma concentração de tensões, criando-se, dessa forma, uma zona provável de ruptura. Paralelamente, durante o ensaio, os corpos-de-prova foram fixados através de garras articuladas com pinos que impediam a transmissão aos corpos-de-prova de outros esforços que não os de tração. As garras, através de mecanismo apropriado, prendiam os corpos-de-prova com uma pressão crescente com o esforço aplicado.
De acordo com KURIAN e ABDUL KALAM (1977), ensaios de tração de corpos-de-prova de bambu mostraram que os mesmos são menos resistentes à tração nos nós do que nos entrenós, provavelmente devido à descontinuidade das fibras nos nós. No que se refere à resistência à compressão do bambu, constataram os autores que a ruptura ocorria sempre por fissuração e colapso dos corpos-de-prova sob uma carga menor que 1/3 daquela necessária para a ruptura à tração.
ANTUNES (1983) atribuiu o pequeno interesse pelo bambu como material de construção à falta de tecnologia apropriada, uma vez que o bambu apresenta alto índice de absorção de água e baixo módulo de elasticidade. Para esta autora, ao ser utilizado como reforço de concreto ou solo-cimento, é imprescindível que o bambu seja impermeabilizado. Quando não tratado de forma adequada, a vida útil do bambu é reduzida a menos de sete anos, mesmo estando coberto e não em contacto com o solo. A autora recomendou ainda que, logo após o corte, o
bambu seja tratado, curado e seco adequadamente, como forma de evitar o ataque de insetos; uma vez seco, o bambu torna-se altamente combustível, sendo necessário, sempre que possível, tratá-lo com algum produto antifogo; se cotratá-locado em contato permanente com o sotratá-lo úmido, além do tratamento preservativo, o bambu deve ser protegido com cimento.
CORDERO e HELLMEISTER (1989) relataram que muitas moradias, construídas com bambu e madeira, se deterioram rapidamente, em dois ou três anos, quando construídas com material não tratado contra insetos, fungos e fogo.
O bambu foi largamente usado nas construções antigas de pau-a-pique, em que se utilizava uma malha interna de bambu ou de madeira, preenchida com barro. Ainda hoje, o bambu é usado para este tipo de construção em algumas regiões do país. LOPES (1998) relacionou construções encontradas em Tiradentes/MG, em Fortaleza/CE (Figura 06) e em Bauru/SP, nas quais foi utilizado o bambu. Vale salientar que os colmos de bambu, protegidos com terra, podem se conservar por longos períodos.
Figura 06. Construções onde foram utilizados bambus, em Tiradentes/MG e Maracanaú/CE Fonte: LOPES (1998)
Ao descrever o projeto de construção de uma casa utilizando-se os materiais básicos como: madeira, bambu guadua e argamassa de cimento e areia, DOUGLAS DREHER (1991) relatou que a madeira foi empregada apenas como elemento estrutural dos painéis formados pelos pés-direitos e batentes de portas e janelas; o bambu, na forma de taliscas, foi empregado para forrar os painéis estruturais de madeira, sendo fixado aos mesmos com o auxílio de pregos e arames galvanizados, enquanto que a argamassa foi aplicada apenas como revestimento interno e externo das paredes. Outros materiais, como o aço e o concreto armado, também foram utilizados para a construção de pilares de amarração e união de painéis.
SALGADO et al. (1986) referiram-se ao bambu como material econômico, de fácil manuseio e transporte, podendo os colmos ser empregados inteiros ou em pedaços, lascas ou fitas. O uso de pregos e parafusos não é recomendável pois ocasionam rachaduras e danos no bambu, preferindo-se utilizar amarrações ou preencher os ocos extremos com madeira; os autores afirmaram, também, que não há comprovação científica da influência da fase da lua na durabilidade do bambu.
Com relação aos aspectos econômicos envolvidos, GAVIRIA (1991) afirmou que, para as condições colombianas, a utilização do bambu guadua na construção de moradias pode reduzir seus custos em aproximadamente 40%, devido aos seguintes fatos:
• não necessita de fundações especiais, bastando apenas um "radier", uma vez que as cargas estruturais não são elevadas;
• reduz a utilização do aço em mais de 60% na confecção do concreto e em quase 100% na estrutura das paredes;
• elimina o uso do cimento na construção das paredes, sendo o mesmo usado apenas no acabamento da obra;
• reduz os custos de preservação, elevados no caso dos demais materiais naturais renováveis. O bambu guadua tem um enorme potencial como material para a construção de casas de baixo custo; como matéria-prima para a fabricação de polpa, papel e outros derivados da celulose; como alimento humano; como matéria-prima para artesanato e como combustível.
Para fins rurais, VIZCARRA TORRES (s/d) destacou as seguintes utilidades para o
guadua: construção de passarelas pênseis sobre rios e canais; construção de galpões e gaiolas
para aves; construção de estábulos, bebedouros, comedouros e cercas, para bovinos; canais para a condução de água, recipientes para transporte de água, cestos para coleta de frutos, tutores para sustentação de plantas.
Outras formas de aproveitamento do guadua foram relatadas por VIZCARRA TORRES (s/d) e VERGARA ALCIVAR (1991), e são as seguintes: na construção de andaimes, paredes divisórias, escadas, portas e janelas; como escoras para suporte de fôrmas; como mourões e postes; na fabricação de móveis: cadeiras, mesas, camas, porta-revistas e biombos; na piscicultura e na pesca de peixes e camarões; como substituto do aço no concreto armado; na construção de embarcações; na fabricação de instrumentos de trabalho no campo; como conservante de
alimentos; e, algumas vezes, na cura empírica de certas doenças espirituais, e até mesmo para explicar a ocorrência de certos fenômenos sobrenaturais.
Hsiung (1986), citado por NASCIMENTO (1990), referiu-se à utilização do bambu, na forma de compensados, como material de fabricação de aeronaves, na China, durante a II Guerra Mundial. Com o desenvolvimento tecnológico, vários tipos de tábuas de bambus foram desenvolvidos.
Após observar que, mesmo nos países produtores, o bambu não participa da evolução contemporânea dos materiais de construção, RAGOT (1992), discursando na abertura do I Congresso Mundial de Bambu Guadua, realizado em Pereira, Colômbia, afirmou que o bambu não é um material prioritário para os arquitetos nem tampouco um componente da construção urbana, permanecendo apenas como elemento tradicional, testemunha vernácula de um "savoir faire" artesanal e essencialmente rural.
O arquiteto DOUGLAS DREHER (1991) chamou a atenção para o fato de que "a incorreta utilização do bambu guadua nos assentamentos marginais, tem contribuído para que este material seja sinônimo de miséria e atraso ante a opinião pública, e, em especial, ante os profissionais da construção, entre os quais existe um total desconhecimento das características botânicas e mecânicas do vegetal, assim como de seu uso adequado".
De acordo com as informações de BAMBUSETUM (1992), o Projeto Nacional de Bambu, implantado na Costa Rica, tem por finalidade o aproveitamento desta gramínea na construção de casas de interesse social, especialmente em comunidades rurais e reservas indígenas. A primeira etapa do projeto, concluída em dezembro de 1991, constou de plantio de 200 hectares de bambu guadua (G. angustifolia) em vários locais do país. Além disso, dentre as metas concluídas nesta primeira fase, destacam-se a capacitação de técnicos para o corte, extração e aproveitamento do bambu visando seu emprego em edificações, e a construção de 400 habitações. O sistema utilizado foi o de painéis pré-fabricados com ossatura de madeira e trançado de bambu, preenchido de argamassa de cimento.
Atualmente vários órgãos de pesquisa têm desenvolvido estudos com o bambu visando seu aproveitamento em construções. BARBOSA (1997) identificou 50 instituições internacionais, entre centros tecnológicos e órgãos de financiamento, envolvidas com a pesquisa deste material, abordando estudos que vão desde as propriedades físicas e mecânicas, manejo, cultivo, preservação e tratamento do bambu, associação de suas fibras com argamassa, até a produção de
