UTILIZAÇÃO DE TIRAS DE BAMBU EM SUBSTITUIÇÃO DA FERRAGEM DE VIGAS DE CONCRETO ARMADO - PDF
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Kátia Faro Flores
1 UTILIZAÇÃO DE TIRAS DE BAMBU EM SUBSTITUIÇÃO DA FERRAGEM DE VIGAS DE CONCRETO ARMADO Silvio Edmundo Pilz 1, Rafael Cassol Basso 2 Resumo: Muitos pesquisadores têm estudado nos últimos anos sobre a utilização do bambu como elemento estrutural, principalmente pelas ótimas características mecânicas que o mesmo tem e que viabiliza a sua utilização. Além disso, o bambu é um material de baixo custo e de fácil obtenção no meio rural. Como forma de contribuir com os estudos relacionados a essa área, nesse trabalho buscou-se apresentar soluções para a utilização do bambu em substituição da armadura convencional em vigas de concreto armado. Para isso, foram confeccionadas 8 vigas com 12 cm de largura, 15 cm de altura e 150 cm de comprimento, sendo duas delas armadas com armadura convencional, e que serviram de referência para comparar resultados, duas com a mesma armadura da primeira acrescida de armadura de bambu sem tratamento posicionada na parte inferior da viga, duas com a mesma armadura da anterior, mas com tratamento realizado nas taliscas feito com verniz e anéis de arame farpado, e as ultimas duas com uma área de armadura de bambu maior que a anterior e com o mesmo tratamento. Todas as vigas foram submetidas a ensaios de flexão até o rompimento, para posteriormente analisar os resultados obtidos. Os resultados obtidos mostraram que o bambu é melhor aproveitado quando for realizado algum tipo de tratamento que o impermeabilize e que dê melhor aderência para com o concreto antes de introduzi-lo nas vigas. Fazendo isso, as taliscas atingiram em média 127 MPa de resistência á tração, sendo assim, o bambu representou ser um material de grande resistência e que poderá ser utilizado como material alternativo em pequenas construções populares e rurais, além disso, poderá ser utilizado como armadura extra em vigas cuja armadura convencional é a mínima. Palavras-chave: Bambu. Viga. Concreto. Resistência. 1. Introdução O bambu é um material que é utilizado pelo ser humano a muito tempo, das mais diversas formas, seja para fabricação de móveis ou papel, como combustível, na irrigação, na fabricação de armas e instrumentos musicais, no artesanato e também como material de construção civil. Os colmos do bambu possuem excelentes propriedades físicas e mecânicas, e devido a isso podem ser utilizados no lugar de certos metais, além disso, possuem certas características como leveza, dureza e resistência que facilitam e propiciam a sua utilização para fins tecnológicos. Um dos fatores que facilita a utilização do bambu na construção civil é que o mesmo possui fibras longas e dispostas na direção longitudinal do colmo, sendo assim, apresenta uma grande resistência à tração, fator esse que é bastante importante. Na literatura existem diferentes valores que caracterizam a resistência do bambu, e isso é devido ás diferentes espécies que existem e também ás diferentes 1 Mestre em Engenharia Civil, Universidade Comunitária da Região de Chapecó, 2 Acadêmico do Curso de Engenharia Civil, Universidade Comunitária da Região de Chapecó,
2 características apresentadas por cada colmo em particular, sendo assim, cabe ao pesquisador realizar os ensaios para cada bambu estudado. Nogueira (2009) diz que uma grande vantagem em utilizar o bambu como material tanto na construção civil como também em outras atividades é que ele é responsável por 54 % das emissões de carbono do mundo, e, além disso, é uma planta que permite infinitos cortes e seu cultivo e manejo é bastante simples. Nos últimos anos tem-se realizado bastantes estudos relacionados á utilização do bambu como elemento estrutural na construção civil, principalmente pelos arquitetos que utilizam da versatilidade desse material para realizar criações modernas e únicas em todo o mundo e também pelos engenheiros que visam utilizar o bambu como elemento estrutural conjugado como o concreto. A utilização do bambu está cada vez mais presente nos dias de hoje, devido à grande busca pela utilização de materiais alternativos que visam à preservação do meio ambiente, já que a natureza passa por uma fase de grandes impactos. O bambu entra como uma boa alternativa nessa questão, pois não necessita de processamento industrial para a sua utilização, ao contrário do aço que gera resíduos altamente contaminantes durante a sua extração e industrialização. Como forma de contribuir com o avanço dos estudos relacionados á utilização do bambu na construção civil, esse trabalho visa avaliar a viabilidade da utilização de taliscas de bambu em substituição do aço em vigas de concreto armado. 2. Materiais e métodos Após a revisão da literatura, foi desenvolvido o pré-projeto, aonde optou-se pela confecção de oito vigas com e sem bambu para o posterior ensaio e análise dos resultados Coleta do Bambu O bambu, da espécie Bambusa tuldoides jovem, foi colhido manualmente utilizando uma serra de corte manual (serrote) para fazer o serviço. Depois disso, os colmos foram cortados de maneira que ficassem com 160 cm de comprimento, e então foram transportados para um local protegido das intempéries e na sombra, onde ficaram secando naturalmente, na posição vertical durante 41 dias. Uma parte dos colmos retirados foram colocados submersos na água durante todo esse período, pois alguns autores cometam de que o bambu pode carunchar enquanto seca ao ar livre, então essa foi a maneira adotada para garantir de que o
3 bambu não ficasse carunchado. Porém, o bambu não carunchou e utilizou-se para o ensaio o bambu seco ao ar livre, até porque o bambu que foi submerso em água não secou, sendo que ele preservou suas características originais desde o momento que foi inserido na água, ficando assim com característica de um bambu verde Preparação das taliscas Após o bambu ficar secando por 41 dias, então foi realizado o corte para a obtenção das taliscas. O corte foi realizado com o auxilio de uma serra apropriada, aonde foi possível regular a largura das taliscas a serem obtidas, que foram de 2cm e 1,5cm, sendo que essas opções de larguras foram adotadas para se poder trabalhar com diferentes áreas de bambu dentro das vigas. SILVA (2007) diz que o corte das taliscas não pode ser realizado com serra, pois a mesma corta as fibras de modo a não obedecer a direção natural das mesmas, e que o instrumento adequado para isso seria o facão ou a faca estrela. Isso não foi realizado nesse trabalho, pois além de ser bastante complicado cortar as tiras com o facão, as mesmas ficariam todas com larguras diferentes e bastante variáveis em toda a sua extensão, sendo assim ficaria complicado fazer uma comparação das vigas armadas com bambu. É claro que mesmo cortando as taliscas na serra, sendo sua largura regulada, sempre vai existir uma diferença entre uma peça e outra, até porque a espessura também varia, porém essa diferença é bem menor do que se fosse cortado com facão. Após as taliscas estarem prontas, as mesmas secaram à sombra por mais 30 dias e então após isso, as mesmas foram cortadas no comprimento certo (146 cm) e algumas receberam tratamento com verniz e anéis de arame farpado, sendo que o verniz serviu para impermeabilizar a talisca e o arame farpado para dar mais aderência junto ao concreto. Foi escolhido esse tratamento, pois foi o que apresentou melhores resultados nos ensaios de Ferreira (2002). Foram aplicadas 3 demãos de verniz em 12 taliscas, sendo 8 delas com 2 cm de largura e 4 com 1,5 cm de largura, as demãos foram aplicadas com intervalo de 3 dias entre cada aplicação. Para enrolar o arame farpado nas taliscas, primeiramente foi retirado a parte farpada do arame com uma torquês e no lugar do fio de aço colocou-se um pedaço de arame recozido, o que facilitou bastante na hora de enrolar na talisca. Foram colocados 7 anéis de arame farpado em cada talisca.
4 2.3 Fôrmas As fôrmas para a confecção das vigas foram confeccionadas com compensado de 10 mm de espessura. As mesmas foram confeccionadas com dimensões internas de 12 cm x 15 cm x 150 cm, e foram utilizados parafusos para fazer a fixação das laterais. Optou-se por utilizar parafusos, pois eles têm uma resistência maior ao arrancamento e a espessura do compensado era pequena. Colocou-se 1 parafuso a cada ± 20 cm. Depois que a armadura já estava dentro das fôrmas, então foram colocados 3 pedaços de madeira em cada fôrma na parte superior, para servir de elemento enrigecedor e evitar que a mesma abrisse durante a concretagem. 2.4 Armadura convencional Para a armadura da viga convencional, a qual também se repetiu nas outras vigas, foi utilizado armadura mínima, sendo assim, adotou-se 2 Ф 5mm na parte de baixo da viga e 2 Ф 5mm na parte de cima, como porta estribo. Os estribos utilizados foram Ф 5mm c/ 10 cm, armadura essa que foi superdimensionada para não haver problemas da viga romper por cisalhamento, o que atrapalharia o ensaio uma vez que o objetivo era ensaiar a resistência à flexão das vigas. 2.5 Confecção das vigas Foram confeccionadas 8 vigas (Figura1), sendo elas: a) V1A e V1B: Confeccionada com armadura convencional mínima; b) V2A e V2B: Confeccionada com a mesma armadura das vigas V1A e V1B, acrescida de armadura de bambu sem tratamento posicionada na parte inferior da viga, onde a peça está tracionada; c) V3A e V3B: Confeccionada com a mesma armadura das vigas V1A e V1B, acrescida de armadura de bambu com tratamento de verniz e anéis de arame farpado, posicionada na parte inferior da viga; d) V4A e V4B: Confeccionada do mesmo modo das vigas V3A e V3B, porém com uma porcentagem maior de armadura de bambu.
5 Figura 1: Vigas com armadura convencional e de bambu. 2.6 Concretagem e cura das vigas Para a confecção do concreto utilizado nas vigas, foi utilizado brita nº 1, areia fina e cimento CP II Z 32. Utilizou-se o traço 1 : 2,52 : 2,60 a/c = 0.56, traço esse que foi adotado por opção, sendo que o importante não era obter um traço de concreto, mas sim que todas as vigas tivessem o mesmo concreto, para fins de comparação. Antes de o concreto ser lançado nas fôrmas, as mesmas foram molhadas com água de maneira que ficassem bem encharcadas, e para facilitar o adensamento utilizou-se o agitador de peneiras, que é um equipamento vibratório utilizado para a realização de ensaios de granulometria, sendo que para isso, a viga era posicionada em cima do equipamento e posteriormente o mesmo era ligado por um curto intervalo de tempo. A cura das vigas foi realizada durante 9 dias através de água e sacos de ráfia, esse ultimo ajuda na retenção da água, fazendo com que as vigas ficassem úmidas por um intervalo de tempo maior. Após isso, foi aplicada uma camada de gesso nas vigas, para melhor visualização das fissuras.
6 2.7 Ensaio de flexão As vigas foram ensaiadas após 27 dias contados do inicio da sua confecção, para isso, foi utilizado o pórtico de cargas do laboratório de Engenharia Civil da Unochapecó. As vigas foram apoiadas sobre duas superfícies metálicas, as quais delimitavam o vão da peça em 140 cm. O carregamento foi realizado nos terços médios da viga, ou seja, um nos 50 cm iniciais e o outro nos 100 cm, sendo que para isso foram utilizadas duas peças metálicas iguais as que apoiavam a viga e para transferir o carregamento do pistão para as duas peças metálicas foi utilizado uma viga metálica de perfil I. Para medir a deformação foi instalado um estensômetro; com capacidade de 30 mm; bem no centro da viga, e para apoiar o estensômetro utilizou-se um molde de corpo de prova cilíndrico (Figura 2). Figura 2: Posicionamento dos componentes para o ensaio. O ensaio procedeu-se de tal maneira que o carregamento se dava com acréscimos de 150 Kgf, e a cada acréscimo de carga eram medidas as deformações, até o momento em que a viga não aceitava mais carga, ou seja, no momento em que ocorria um relaxamento da armadura de flexão, então nesse momento parava-se o ensaio. 3. Resultados e discussões Primeiramente calculou-se o quanto as vigas iriam resistir adotando-se como resistência a tração do bambu, uma média dos valores encontrados por alguns
7 autores, adotou-se então Tsk (bambu) = 120 MPa. Obteu-se assim as seguintes resistências: a) V1A = V1B 1369 Kgf; b) V2A = 2636 Kgf V2B = 2295 Kgf; c) V3A = 2895 Kgf V3B = 2776 Kgf; d) V4A = 3961 Kgf V4B = 4282 Kgf 3.1 Vigas V1A e V1B Abaixo (Tabela 1) temos o resultado do ensaio para as vigas V1A e V1B, que eram as vigas referência: Tabela 1: Ensaio V1A e V1B VIGA: V1 A V1 B CARREGAMENTO (Kgf) As vigas mostradas na Tabela 1 resistiram a um carregamento médio de 1800 Kgf, com uma flecha média no carregamento máximo de 14.5 mm, sendo que a partir desse valor, a viga passou a não aceitar mais carregamento, e o aço começou a entrar em escoamento, sendo esse o ponto limite para o término do ensaio para esta viga e também para as demais. 3.2 Vigas V2A e V2B O resultado do ensaio de flexão realizado nas vigas V2A e V2B, que tinham área de bambu de e cm² respectivamente, está representado abaixo (Tabela 2).
8 Tabela 2: Ensaio V2A e V2B VIGA: V2 A V2 B CARREGAMENTO (Kgf) A V2A e V2B resistiram a um carregamento de 2300 Kgf, quando a partir daí ocorria um alívio de carga e a viga não aceitava mais acréscimo de carregamento. As vigas resistiram menos do que foi pré calculado, ao contrário das vigas de referência, que resistiram mais. Isso aconteceu porque o bambu quase não contribuiu com sua resistência, pois nessas vigas, as taliscas foram colocadas sem impermeabilização e sem nenhum tratamento que aumentasse sua aderência com o concreto, não havendo aderência perfeita entre os materiais. O que aconteceu foi que na hora da concretagem, as taliscas de bambu absorveram água e aumentaram de tamanho e certamente na medida em que o concreto ia secando, as taliscas foram perdendo a água e consequentemente diminuindo de tamanho. O que acontecia então é que as taliscas ficavam parcialmente soltas dentro do concreto. Pode-se concluir que elas não ficaram totalmente soltas porque ouve um acréscimo na resistência da viga, que passou de 1800 Kgf para 2300 Kgf.
9 3.3 Vigas V3A e V3B O resultado do ensaio de flexão realizado nas vigas V3A e V3B, que tinham área de bambu de e 1.69 cm² respectivamente, está representado abaixo (Tabela 3). CARREGAMENTO (Kgf) Tabela 3: Ensaio V3A e V3B VIGA: V3 A V3 B A viga V3A e V3B resistiram a um carregamento de 2850 Kgf no pistão, carga essa que foi muito parecida com a calculada, o que permite admitir que nessa viga, praticamente toda a resistência do bambu à tração foi aproveitada, devido ao tratamento realizado com verniz e anéis de arame farpado, sendo que o verniz não deixou o bambu absorver a água do concreto nas primeiras horas após a concretagem, e isso fez com que o mesmo não aumentasse de tamanho como aconteceu nas vigas V2A e V2B. Além disso, os anéis de arame farpado colocados nas taliscas de bambu contribuíram para que aumentasse a aderência entre o bambu e o concreto, fazendo com que toda, ou pelo menos a maior parte da resistência à tração do bambu fosse aproveitada para absorver o carregamento.
10 3.4 Vigas V4A e V4B O resultado do ensaio de flexão realizado nas vigas V4A e V4B, que tinham área de bambu de e cm² respectivamente, está representado abaixo (Tabela 4). Tabela 4: Ensaio V4A e V4B VIGA: V4 A V4 B CARREGAMENTO (Kgf) As vigas V4A e V4B resistiram a um carregamento um pouco inferior ao calculado. Isso pode ter acontecido devido ao fato de as taliscas de bambu terem sido colocadas em duas camadas, sendo que as que estavam na segunda camada ficaram 3 cm acima das outras (Figura 3) e portanto ficaram em uma altura muito perto do centro da peça e devido a isso não tiveram uma eficiência muito grande na resistência da viga. Apesar dos cálculos terem sido feitos levando em consideração esse fator, é possível que essa altura tenha variado um pouco dentro da viga, se deslocando durante a concretagem. Presume-se que se toda a área de bambu
11 estivesse na parte mais inferior da viga, e resistência real poderia ser muito parecida com a calculada, que foi o que ocorreu nas vigas V3A e V3B. Um fato que ocorreu também, foi que a viga V4B, rompeu por cisalhamento, ou seja, os estribos não foram capazes de suportar o carregamento, sendo que se tivesse uma maior área de estribos, a viga teria resistido mais. Figura 3: Camadas de bambu 4 Correlação entre os resultados Analisando o que aconteceu no ensaio de flexão das vigas, observou-se que o bambu atingiu uma eficiência desejável, sendo que com um simples aumento de 2.68 cm² de seção transversal de armadura de bambu, fez com que a carga de ruptura da viga duplicasse, passando de 1750 para 3550 Kgf (Gráfico 1).
12 Gráfico 1: Ensaio - Carregamento X Deformação Analisando os resultados obtidos nos ensaios e no gráfico acima, é possível perceber que não adianta utilizar o bambu sem um tratamento prévio de impermeabilização e aumento de aderência, pois sua contribuição na resistência da viga não aumenta significativamente devido ao bambu ficar parcialmente solto dentro do concreto. Nas vigas em que foram utilizadas taliscas de bambu sem impermeabilização e anéis de arame farpado, o bambu teve uma resistência média de MPa. Quanto ao tratamento utilizado nas taliscas (impermeabilização com verniz e colocação de anéis de arame farpado), mostrou-se bastante eficiente, conseguindo transmitir para o concreto a resistência das tiras de bambu. Nas vigas V3A e V3B, onde foram colocadas taliscas de bambu com impermeabilização e anéis de arame farpado a resistência média das taliscas de bambu foi de MPa. Na viga V4A, a resistência das taliscas de bambu atingiram MPa e na viga V4B, atingiu MPa, nessa ultima, o valor certamente seria maior se a viga não tivesse rompido por cisalhamento, pois a área de bambu era maior do que na viga V4A. Percebeu-se que quanto maior era a taxa de armadura de bambu dentro da viga, além de resistir a um carregamento maior, as fissuras tinham espessuras menores para o mesmo carregamento e a flecha na viga também era menor. Fator
13 esse que possibilita dizer que a armadura de bambu tem a mesma função estrutural do que a armadura de aço, claro que com características próprias diferenciadas. Pelas diferentes resistências apresentadas, pode-se comprovar que o bambu é um material que possui características físicas não uniformes e que mesmo sendo do mesmo pé e tendo a mesma idade, a características dos colmos tem uma pequena variação. Além da variação natural do próprio bambu, também existem alguns fatores que podem ter interferido nessa resistência, como a própria resistência do concreto à compressão, alguma falha de concretagem que não pôde ser detectada visualmente, alguma pequena diferença no posicionamento das taliscas, ou até mesmo no posicionamento dos elementos para a realização do ensaio de rompimento onde apesar de tudo ter sido realizado com muito cuidado e precisão, um pequeno deslocamento de algum elemento pode ter causado um esforço adicional não premeditado na viga ensaiada. 4. Considerações Através do trabalho realizado, pode-se concluir que a utilização do bambu como elemento resistente à tração em vigas (armadura longitudinal) é viável, pois além de ter uma resistência considerável, é possível dimensioná-lo da mesma forma que se dimensiona concreto armado com aço, porém devem-se usar coeficientes de segurança maiores devido à variabilidade das características físicas do mesmo, por ser um elemento natural. Além disso, seria muito importante realizar um ensaio de resistência à tração do bambu utilizado para esse fim, pois a resistência varia conforme a espécie. Fazendo isso, seria possível sim utilizá-lo como elemento em pequenas construções populares e rurais, aonde se presa bastante pela economia de material e nesse caso o bambu sairia praticamente de graça, diminuindo consideravelmente o custo de produção. É muito importante também, utilizar algum tratamento que impermeabilize as taliscas de bambu e que aumente a aderência das mesmas com o concreto (no caso, utilizou-se verniz e anéis de arame farpado), pois sem isso, o bambu não apresenta resultados satisfatórios.
14 Referências FERREIRA, Gisleiva Cristina dos Santos. Vigas de concreto armadas com bambu f. Dissertação de mestrado Universidade Estadual de Campinas, Campinas, [Orientador: Prof. Dr. Armado Lopes Moreno Jr]. Disponível em: < /zeus/auth.php >. Acesso em: 10/10/2010. NOGUEIRA, Fernanda de Melo. Bambucon- Bambu reforçado com microconcreto armado f. Monografia Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, [Orientador: Prof. Edgar Mantilla Carrasco]. Disponível em: < /trabalhos/pg2/monografia%20fernanda%20de %20Melo%20Nogueira.pdf >. Acesso em: 10/10/2010. 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 f. Dissertação de mestrado Universidade Federal de Alagoas, Maceió, [Orientadora: Prof. Dr Aline da Silva Ramos]. Disponível em: < /ppgec/download/dissertacoes/osvaldo %20Ferreira%20da% 20Silva.pdf >. Acesso em: 10/10/2010.