UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA “JÚLIO DE MESQUITA FILHO” FACULDADE DE ENGENHARIA CÂMPUS DE ILHA SOLTEIRA GISLAINE BIANCHI CONFECÇÃO DE UMA ESTRUTURA DE BAMBU: análise comparativa de uma estrutura em escala real conforme estudos realizados em modelo reduzido distorcido Ilha Solteira 2020 PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL GISLAINE BIANCHI CONFECÇÃO DE UMA ESTRUTURA DE BAMBU: análise comparativa de uma estrutura em escala real conforme estudos realizados em modelo reduzido distorcido Dissertação apresentada à Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira – UNESP como parte dos requisitos para obtenção do título de Mestre em Engenharia Civil. Prof. Dr. Jorge Luís Akasaki Orientador Prof. Dr. José Luiz Melges Coorientador Ilha Solteira 2020 FICHA CATALOGRÁFICA DEDICATÓRIA Aos meus pais Durvalino e Elza, que dignamente me apresentaram à importância do apoio da família e ao caminho da honestidade e persistência. Sendo esta ultima chamada de opinião em minha casa, exigida, pensada e exemplificada para criar filhos fortes, preparados para vida. Ao meu esposo Thiago, por pegar em minhas mãos e me levar de volta à universidade. Por conseguir recuperar em mim a vontade e esperança de acreditar novamente na pesquisa; pelo apoio incondicional em todos os momentos, principalmente nos de incerteza, muito comuns para quem tenta trilhar novos caminhos. Sem você nenhuma conquista valeria a pena. AGRADECIMENTOS Agradeço a Deus por me presentear com a vida, e nela poder vivenciar todos os tipos de experiências. Sem sua presença, nada seria possível, pois a ele pertence todo o conhecimento proveniente do universo. Agradeço aos meus pais que sempre me apoiaram e compreenderam as infinitas horas que fomos privados de nossas companhias para que eu pudesse desenvolver esta pesquisa. A minha irmã Gisele pelo estimulo e motivação prestados nos momentos que me dispersei do foco, por vezes muito cansada. Ao meu marido Thiago, que esteve por todo este tempo ao meu lado, se esforçando para me ajudar. O qual, nunca mediu esforços para que este projeto saísse do papel. Este homem, que por vezes, percebeu que dar uma mão não seria suficiente e precisou passar horas, dias e semanas estudando comigo para que eu pudesse passar na prova. Que me ensina o tempo todo no qual estamos juntos. Ora pelo vídeo de história do Brasil no Youtube, ora pelas observações feitas de obras em pequenos passeios, ora pela necessidade de pesquisa nos mais diversos meios. Ao meu orientador prof. Jorge, que viu em mim uma oportunidade, e acreditou que eu poderia desenvolver este grande trabalho. Confiou a mim este tema maravilhoso que é a construção com bambu, o qual me apaixonou nos primeiros capítulos de livros lidos. Ao meu co-orientador prof. Melges, sempre atencioso e sereno. Aquele que percebia minha inquietude e esclarecia minhas duvidas de forma clara e eficiente, inibido de vaidades em prol a educação. Ao prof. Beraldo pela significativa contribuição prestada durante a minha qualificação e pelos livros que sanaram a maior parte das minhas dúvidas. A todos vocês professores, em especial aos citados acima, o meu reconhecimento por cada aula apresentada, cada assunto novo a ser desvendado, por cada oportunidade de errar e ser corrida pelos melhores; meu respeito e admiração pela capacidade de analise do perfil de seus alunos, pelo dom do ensino e pelo exemplo que são. Aos técnicos de laboratório Gilson e Flavio da Unesp; Gustavo, Marco, Fernanda e Lindomar da Unip, meu muito obrigada pela ajuda e incansáveis auxílios prestados as minhas solicitações. Ao carpinteiro Francisco e seu ajudante Uberlã pela dedicação em que me auxiliaram, pela descontração nos momento de maior cansaço físico e, por se apaixonarem pelo bambu, assim como eu. A todos os meus amigos, em especial à Luci, precursora de ética, dedicação e aprimoramento continuo, a qual me incentivou e corrigiu todos meus erros verbais e gramaticas; e ao amigo de trabalho e aluno Dream que participou efetivamente desta pesquisa, primeiro no auxilio aos desenhos técnicos e depois com sua iniciação cientifica seguindo o mesmo tema. A todos vocês obrigada pela oportunidade de convívio e auxilio direto ou indireto no desenvolvimento deste trabalho. Aos alunos da UNESP, que me auxiliaram no corte e transporte do bambu, muitos deles que eu nem mesmo conhecia, demonstrando a unidade de generosidade que esta universidade se converge. Agradeço ao Gugu pelos cafezinhos, sempre acompanhados de um sorriso amigo, que ele levava para mim cheio de carinho e simplicidade, no momento do desenvolvimento deste trabalho. Agradeço também a UNIP (Universidade Paulista) que nunca mediu esforços para que eu pudesse finalizar meu mestrado, me deixando utilizar seus laboratórios, livros, bases de dados e espaço físico para realiza-la. Em especial ao Departamento de Engenharia civil da UNESP, o qual colocou sua infraestrutura total ao meu dispor, foi base concreta desta pesquisa. Ensinou- me, incentivou e deu subsídios para que eu pudesse realiza-la da melhor maneira possível. RESUMO A necessidade de repensar em consumo de materiais de construção que degradem menos o meio ambiente vem de encontro ao resgate da utilização do bambu como tal, o material das “mil e uma utilidades” tem grande potencial de funcionalidade para ser aplicado a construção, desde o usos de suas fibras, taliscas, colmos inteiros entre outros, até a mais diversas espécies cada qual, com suas características morfológicas e mecânicas. O objetivo desta pesquisa é a construção de duas estruturas de bambu, sendo uma em escala reduzida e outra em escala real e a análise do comportamento sinergético do uso do bambu em conjunto com demais materiais utilizados. A metodologia da pesquisa partiu de uma análise exploratória das bibliografias relacionadas ao assunto; a seguir foram elaborados projetos arquitetônicos, tendo como conceito de forma as características das antigas construções em bambu e das obras de Simon Veléz; houve também a caracterização dos materiais que foram utilizados, a confecção de uma maquete em escala reduzida, na qual foram feitos os ensaios necessários para a comprovação da viabilidade executiva do sistema construtivo. Os resultados encontrados demonstram a capacidade sinergética encontrada entre os diferentes tipos de materiais e técnicas utilizadas em um projeto com dinâmica estrutural leve e com design modular, confirmando a possibilidade de utilização do bambu e do concreto verde na construção. Palavras-chave: Bambu. Sustentabilidade.Reciclagem. Estrutura. ABSTRACT The need to rethink the consumption of construction materials that degrade the environment less comes against the rescue of the use of bamboo as such, the “thousand and one uses” material has great potential for functionality to be applied to construction, from the uses of its fibers, taliscas, whole stems among others, up to the most diverse species each, with its morphological and mechanical characteristics. The aim of this research is to build two bamboo structures, one on a small scale and the other on a real scale, and to analyze the synergistic behavior of using bamboo in conjunction with other materials used. The research methodology started from an exploratory analysis of the bibliographies related to the subject; next, architectural projects were elaborated, having as a shape concept the characteristics of the old bamboo constructions and the works of Simon Veléz; there was also the characterization of the materials that were used, the making of a small scale model, in which the necessary tests were carried out to prove the executive viability of the construction system. The results found demonstrate the synergistic capacity found between the different types of materials and techniques used in a project with light structural dynamics and with a modular design, confirming the possibility of using bamboo and green concrete in construction. Keywords: Bamboo. Sustainability. Recycling. Structure. LISTA DE FIGURAS Figura 1 - Fachada do estacionamento do Zoológico municipal de Leipzig 17 Figura 2 - Forro do Aeroporto Internacional de Barajas (Espanha) 17 Figura 3 – Avaliação Global de Recursos Florestais 22 Figura 4 - Benefícios do cultivo do bambu em comparação 23 Figura 5 - Representantes da tribo Olyreae ocorrentes no Brasil 25 Figura 6 - Bambusa D. Falcatum 28 Figura 7 - Bambusa tuldoides munro 29 Figura 8 - Método de tratamento pelo fogo 33 Figura 9 - Armazenamento de colmos de bambu 34 Figura 10 - Armazenamento de colmos de bambu 42 Figura 11 - Catedral Alterna Nuestra Señora de La Pobreza, Colômbia 42 Figura 12 - Detalhe da cobertura com amarrações de bambu 42 Figura 13- Cobertura vernacular em bambu e argamassa cimentícia 42 Figura 14 - Restaurante projetado em bambu por Vo Trong Nghia 43 Figura 15 - Detalhes da construção do restaurante 44 Figura 16 – Croqui Ponte Jenny Garzón construída na cidade de Santa Fé de Bogotá 45 Figura 17 – Nomadic Museum Zócalo na Cidade do México 45 Figura 18 - Memorial da Cultura Indígena 45 Figura 19- Oca seccionada para abrigar um jardim 45 Figura 20 - sapata em concreto aparente 46 Figura 21 - luva metálica em forma de cachimbo 46 Figura 22- luva de união e inclinação da calota 47 Figura 23- anel metálico 47 Figura 24- “flautas” de sustentação das vigas (console) 47 Figura 25 - desenhos feitos com claraboias de bambu 47 Figura 26- Detalhe da 50 Figura 27- Detalhe da 50 Figura 28- Apoio metálico em planta 51 Figura 29- Vista lateral do camchimbo 51 Figura 30 - Disposição de vigas e pilares 51 Figura 31 - Cobertura 51 Figura 32 - Vista da estrutura 52 Figura 33- Vista esquemática da cobertura 53 Figura 34 - Planta da cobertura lançada no programa SAP 2000 54 Figura 35 – Perspectiva tridimensional lançada no SAP 2000 54 Figura 36 - Força de compressão máxima (-1,94 kN) 55 Figura 37 - Força de tração máxima (0,77 kN) 55 Figura 38 - Colmos após o corte 56 Figura 39 - Colmos após período de secagem natural 56 Figura 40 - Estufa para secagem arqueada 57 Figura 41 - Fôrma para secagem arqueada da pétala 57 Figura 42- Medição individual dos colmos 57 Figura 43 - Medição dos feixes 57 Figura 44 - Feixe de bambus preparado para o ensaio 58 Figura 45 - Proteção das extremidades dos colmos com Durepox 58 Figura 46 – Feixe de bambus na prensa hidráulica com a ponta esmagada 59 Figura 47 - Rompimento do primeiro colmo de bambu na parte superior do feixe 59 Figura 48 - Aplicação da cola Araldite 60 Figura 49- Período de cura da cola 60 Figura 50- Ensaio de tração paralela às fibras, na máquina universal de ensaios EMIC DL30 61 Figura 51- Rompimento do primeiro colmo na zona central do feixe 62 Figura 52- Preparo do CP com o feixe de colmos centralizado 62 Figura 53 - CP após a ruptura 63 Figura 54- Corpo de prova rompido 63 Figura 55- Colmos rompidos 63 Figura 56 - Detalhamento dos feixes de bambus 64 Figura 57- Feixe de bambus da maquete 64 Figura 58 - Detalhe da fundação na maquete 65 Figura 59 - Detalhe da inserção do arame nos colmos 66 Figura 60- Detalhe da inserção 66 Figura 61- Detalhe da ligação dos pilares 67 Figura 62 - Detalhe da estrutura 67 Figura 63 - Detalhe das ligações das mãos francesas 67 Figura 64 - Detalhe da estrutura da maquete 67 Figura 65 - Cobertura 68 Figura 66 - Detalhe da representação do material têxtil 68 Figura 67 - imagem da moita de bambu 69 Figura 68 - período de secagem 69 Figura 69 - transporte dos colmos para o NEPAE 70 Figura 70 - organização dos colmos nas fôrmas 70 Figura 71 - amarração dos colmos nas formas 73 Figura 72 - aspersão da solução de octaborato 70 Figura 73 - colmos nas formas durante o período de secagem 71 Figura 74- colmos nas formas durante o período de secagem e manutenção das amarrações 71 Figura 75 - retirada das formas após 3 meses 71 Figura 76- tratamento através do fogo 71 Figura 77- Corpos de prova de bambu sem nó 72 Figura 78- Corpos de prova de bambu com nó 72 Figura 79: condição de apoio/ carregamento do colmo 72 Figura 80: verificação do deslocamento 72 Figura 81– Caracterização do cimento CP V – ARI MAX 77 Figura 82- resíduo de borracha de pneus 78 Figura 83 - Adição do cimento e sílica ativa na massa 80 Figura 84- Adição de resíduos de borracha de pneus 80 Figura 85 - Ensaio de segregação por peneiramento 80 Figura 86 - Medição do índice de consistência 80 Figura 87- inserção do resíduo de borracha de pneu na massa de concreto 83 Figura 88- processo de mistura manual do resíduo. 83 Figura 89- Ensaio de Compressão diametral no CP de concreto com adição de borracha de pneu. 84 Figura 90- Ensaio de Compressão axial no CP de concreto com adição de resíduo de borracha de pneu. 84 Figura 91 - Demarcação de gabarito 85 Figura 92- Detalhe do lastro e armação 85 Figura 93 - Instalação dos apoios metálicos com auxílio da mangueira 85 Figura 94 - Detalhe da instalação dos apoios utilizando o caibro 85 Figura 95 - sapatas concretadas 86 Figura 96- apoio metálico inserido à sapata 86 Figura 97- fixadores metálicos instalados a 90° e 45º 87 Figura 98- cachimbos com os colmos apoiados 87 Figura 99- detalhe da angulação dos cachimbos 88 Figura 100 - detalhe dos furos para aparafusamento dos colmos 88 Figura 101- corda de sisal mergulhada na àgua 89 Figura 102 - amarração dos pilares 89 Figura 103 - momento do encaixe do pilar 90 Figura 104 - detalhe do encaixe no cachimbo 90 Figura 105 - entrelace dos colmos de ambos pilares 90 Figura 106- apoio central para balisamento 90 Figura 107- aparafusamento do colmo 91 Figura 108- colmo fixado 91 Figura 109- fixação das mãos francesas 91 Figura 110- detalhe do entrelace da mão francesa. 91 Figura 111- amarração dos colmos para confecção das cumeeiras. 92 Figura 112- montagem das cumeeiras 92 Figura 113- detalhe do apoio intermediário 93 Figura 114- Detalhe das amarrações do apoio intermediário e uso de escora. 93 Figura 115 - terças e espigões 93 Figura 116- estrutura recebendo reforço nas amarrações 93 Figura 117- retirada das escoras 94 Figura 118- acabamentos realizados na estrutura 94 Figura 119-aplicação de PU nas emendas. 94 Figura 120- Estrutura finalizada 94 Figura 121- esquema do carregamento da estrutura. 95 Figura 122- medição dos deslocamento. 95 Figura 123- Corpo de prova sem nó sob carregamento 99 Figura 124- corpo de prova com nó rompido 99 Figura 125- Projeto inicial 106 Figura 126- Projeto final 106 Figura 127- projeto inicial com as pétalas mais curtas 107 Figura 128- adequação do projeto às condicionantes do bambu, com pétalas 107 Figura 129- detalhe da fundação no modelo reduzido 108 Figura 130- modificação executada na escala real 108 Figura 131- carregamento aplicado à estrutura 109 Figura 133- deslocamentos extraídos in loco 110 Figura 133- deslocamentos extraídos in loco 111 Figura 134- Grafico analitico dos deslocamentos extraídos in loco 112 Figura 134- Pétala 1 113 Figura 135- Pétala 4 113 LISTA DE TABELAS Tabela 1 - Custo do plantio, crescimento e ciclo 24 Tabela 2 - Espécies prioritárias de bambu, segundo INBAR 27 Tabela 3: Informações dimensionais, volumes e pesos dos colmos da espécie Bambusa tuldoides munro 30 Tabela 4 - Propriedades físicas da espécie Bambusa tuldoides munro 30 Tabela 5 – Medidas dos diâmetros das extremidades dos colmos (m) 58 Tabela 6 - Composição e informações sobre os ingredientes 58 Tabela 7 - Propriedades físico-químicas da Araldite 60 Tabela 8 – curva granulométrica da areia fina 74 Tabela 9 – curva granulométrica da areia fina 76 Tabela 10 – quantidade experimental 1 de microconcreto (kg) 80 Tabela 11 - quantidade experimental 1 de Microconcreto (kg) 81 Tabela 12 - Composição dos traços utilizados como referência 82 Tabela 13- Composição dos traços utilizados com adição de resíduo de borracha de pneu 82 Tabela 14- Resultados preliminares do ensaio de tração 97 Tabela 15- Resultado do primeiro ensaio - Corrigido 97 Tabela 16- Resultado do segundo e terceiro ensaio – Corrigido 98 Tabela 17– Ensaio de compressão dos corpos de prova com nó 99 Tabela 18– Ensaio de compressão dos corpos de prova sem nó 100 Tabela 19– Melhores resultados do ensaio de compressão 100 Tabela 20– Melhores resultados do ensaio de compressão 101 Tabela 21– Massa específica dos corpos de prova com nó 101 Tabela 22– Massa específica dos corpos de prova sem nó 101 Tabela 23- Resultados do ensaio de compressão axial 102 Tabela 24- Resultados do ensaio de tração por compressão diametral 103 Tabela 25- Resultados do ensaio de módulo de elasticidade 103 Tabela 26- Comparação dos resultados do ensaio de módulo de elasticidade 104 Tabela 27– Deslocamentos da estrutura 109 Tabela 28– Deslocamentos da estrutura com carga variável 112 Tabela 29– Deslocamentos do colmo 114 Tabela 30– Características geométricas 115 Tabela 31– Módulo de elasticidade calculado 115 LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS CO2- Dióxido de Carbônico SINC - Sindicato Nacional da Indústria da Construção DAP- Diâmetro a altura do Peito ONU- Organizações das Nações Unidas ODS- Objetivos do Desenvolvimento Sustentável PET- Poli tereftalato de etila CAD - Concretos de alto desempenho CAA - Concreto auto adensável CPR – Concreto de pós-reativos LTDA - Limitada NEPAE- Núcleo de Ensino e Pesquisa da Alvenaria Estrutural da Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira UNESP- Universidade Estadual de São Paulo UNIP - Universidade Paulista CP- Corpo de prova DAE- Departamento de Água e Esgoto ARI - Cimento de alta resistência inicial T0- Traço inicial 0 T1 – Traço modificado com adição 1 T2- traço modificado com adição 2 TC - traço controle TCR – Traço controle com adição de resíduo PU - Selante adesivo elástico de poliuretano kg- Quilograma MPa – Mega Pascal C.v. – Coeficiente de variação. cm- centímetros kgf- Quilograma força kN- Quilo Nilton mm- Milímetros E - módulo de elasticidade GPa- Giga Pascal SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO 16 2 JUSTIFICATIVA 20 3 OBJETIVOS 21 3.1 OBJETIVOS GERAIS 21 3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 21 4 REVISÃO BIBIOGRÁFICA 22 4.1 BAMBU E SUAS GENERALIDADES 22 4.1.1 Coleta, cura e tratamento 31 4.2 CONCRETO COM ADIÇÃO DE RESÍDUO DE BORRACHA DE PNEUS 37 5 OBRAS CORRELATAS 42 6 PROGRAMA EXPERIMENTAL 48 6.1 PROJETO DE UMA ESTRUTURA DE BAMBU 49 6.2 MATERIAIS E MÉTODOS 55 6.2.1 Bambu para confecção do modelo em escala reduzida e distorcida 55 6.2.2 Modelo em escala reduzida e distorcida: 64 6.2.3 Bambu para confecção de modelo em escala real 68 6.2.4 Caracterização Mecânica do Bambu Tuldoides Munro 71 6.3 CONCRETO 73 6.3.1 Caracterização do Materiais 73 6.3.2 Microconcreto com resíduos de borracha de pneus 78 6.3.3 Concreto com resíduos de borracha de pneu 81 6.4 EXECUÇÃO DA ESTRUTURA E ESCALA REAL 84 6.4.1 Fundação da estrutura em tamanho real 84 6.4.2 Montagem da estrutura em escala real 88 6.5 ENSAIO DE CARGA NA ESTRUTURA EM ESCALA REAL 95 7 RESULTADOS 96 7.1 RESULTADO DO MATERIAL BAMBU 96 7.1.1 Resultado do ensaio de tração aplicado ao feixe de bambus - modelo em escala reduzida: Drepanostachyum falcatum (nees) keng f. 96 7.1.2 Resultado do ensaio de compressão axial aplicado ao feixe de bambu 98 7.1.3 Bambu utilizado na confecção do modelo em escala real: bambusa tuldoides munro 98 7.2 RESULTADO DO MATERIAL CONCRETO 102 7.2.1 Resultado dos traços de microconcreto com adição de resíduo de pneu 102 7.2.2 Resultado dos traços de concreto com adição de resíduo de pneu 103 7.3 RESULTADO DO MODELO REDUZIDO DISTORCIDO 105 7.4 RESULTADOS DO PROTÓTIPO EM ESCALA REAL 109 8 CONCLUSÃO 116 REFERÊNCIAS.......................................................................................... 119 ANEXOS..................................................................................................... 128 16 1 INTRODUÇÃO O bambu é um material muito versátil e utilizado em larga escala em vários países do mundo. Seus subprodutos, que podem se dividir em alimentos, mobiliário, estruturas, utensílios entre outras infinidades, o mesmo pode ser caracterizado como sendo o material das “mil e uma utilidades” (PEREIRA; BERALDO, 2007). Embora tenha sido muito útil na antiguidade, o bambu acabou se tornando um material pouco utilizado pela população atualmente para construções, por conta da grande demanda por concreto armado existente no Brasil. Apesar de apresentar baixo custo e fácil obtenção no meio rural, ele ainda encontra barreiras quanto à sua aplicação em larga escala na construção civil. A falta de informação por grande parte dos brasileiros consolidou o uso de materiais convencionais não sustentáveis - como o aço e o cimento - na maioria das obras urbanas. Na Ásia e em países da América Latina como Colômbia, Peru, Equador e Costa Rica, a prática de uso do bambu é difundida, porém, no Brasil o bambu ainda não se tornou parte do cotidiano. Por motivos culturais, a população brasileira ainda discrimina obras não realizadas em alvenaria e concreto, por herdarem o pensamento de que obras feitas em madeira eram destinadas apenas às classes mais baixas. Pode-se observar diversos usos desse material em estruturas modernas fora do Brasil. Teixeira Junior et al, (2009) mencionam que “[...] em Leipzig, na Alemanha, a fachada do novo estacionamento do zoológico municipal foi construída com varas de bambu presas em cintas de aço” (Figura 1). Estes autores ponderam que, no caso do aeroporto de Barajas (Espanha) (Figura 2), a estrutura em bambu (laminado e colado) pôde ser utilizada devido ao tratamento químico nele realizado, o qual retira o amido, inibindo assim a ação das pragas. A única recomendação técnica é o uso de verniz naval para a proteção contra as intempéries. 17 Figura 1 - Fachada do estacionamento do Zoológico municipal de Leipzig Figura 2 - Forro do Aeroporto Internacional de Barajas (Espanha) Fonte: Teixeira Júnior, Kenupp e Campos (2009) Fonte: Teixeira Júnior, Kenupp e Campos (2009) O bambu é um material muito versátil, isso ocorre por causa das características físicas da gramínea, que, além de ser encontrada em abundância, apresenta boa resistência físico-mecânica, qualificando-o como matéria-prima para a construção civil, tanto pela facilidade do manejo como pela versatilidade na utilização. O manejo nos cortes de madeiras é regulamentado pelo Decreto n° 6.660, de 21/09/2008, o qual dispõe sobre a utilização e proteção da vegetação nativa. Em 2011, o governo brasileiro sancionou a “Lei do Bambu” nº 12.484, que instituiu a Política Nacional de Incentivo ao Manejo Sustentado e ao Cultivo do Bambu, proporcionando condições a agricultores para a produção em larga escala, beneficiando seu uso em muitos setores, como: alimentação, mobiliários, construção civil entre outros. Pela boa resistência mecânica e rapidez de produção, o bambu foi escolhido para este estudo, a fim de substituir o aço utilizado no concreto armado. Ghavami (1989) verificou que, para a produção de aço, gasta-se 50 vezes mais energia do que para a manufaturação do bambu. Além disso, o bambu apresenta elevada resistência mecânica, principalmente na direção paralela às fibras, podendo atingir até 350 MPa de acordo com a espécie, fato que o torna uma alternativa eficiente na substituição do aço. De acordo com Seixas, Ripper e Ghavami (2015), tal substituição é especialmente eficaz quando se considera a relação entre a resistência à tração e o peso específico, sendo que, no caso do bambu é dez vezes maior que o do aço. 18 Dessa maneira, ao utilizar o bambu como substituto do aço, gera-se diminuição na demanda de uso da liga metálica, proporcionando economia dos recursos naturais não-renováveis, tais como o minério de ferro e o consumo de energia de natureza fóssil (carvão), que são utilizados na extração e produção do aço, cuja consequência é a diminuição da emissão de dióxido de carbono, agente causador do efeito estufa (GHAVAMI; MARINHO, 2005). Bambucreto é o nome da prática na qual se produz concreto armado, utilizando o bambu em substituição ao aço. A referida prática ainda não possui normatização, critérios claros de dimensionamento e tecnologias convenientes. Pesquisadores afirmam que a excelente resistência à compressão, tração e flexão tornam o bambu uma ótima matéria-prima para a confecção de pilares, vigas, colunas e lajes (BERALDO, 1987; GHAVAMI; MARINHO, 2005; TEIXEIRA JÚNIOR; KENUPP; CAMPOS, 2009). Segundo Walker (2014), as desvantagens da utilização do bambu encontram- se na “contração e expansão causadas por mudanças de temperatura e absorção de água, sendo estas algumas de suas fraquezas. O vegetal também pode sofrer danos estruturais causados por fungos ou simples biodegradação”. O concreto é um dos materiais mais utilizados no mundo, gerando bilhões de toneladas de CO2. Em 2017, no Brasil, segundo o Sindicato Nacional da Indústria da Construção (SINC – 2016), houve uma produção de 54 milhões de toneladas de cimento; em 2018, até o mês de agosto, produziram-se mais 35,3 milhões de toneladas, acarretando um grande prejuízo ecológico. Somada -se a este panorama, tem-se a produção de pneus, utilizado em larga escala na indústria de transporte e descartado, na maioria das vezes, sem controle. Ao se tratar de resíduos de construção, observa-se que estes provocam grandes problemas ambientais por consumirem 50% dos recursos naturais globais e produzirem de 30 a 50% de resíduos sólidos. Portanto, a procura por diferentes fontes de matéria-prima menos danosas ao meio ambiente e pelo reaproveitamento de resíduos vem ao encontro do preceito universal da sustentabilidade (UNITED NATIONS ENVIRONMENT PROGRAMME – UNEP, 2004). Os resíduos de borracha de pneu foram estudados por Trentin (2014) para melhorar as limitações do concreto em relação à resistência de esforços à tração em tubos. Os resultados demonstraram que o material ajudou a reduzir a fissuração do concreto. 19 Ao se relacionar sistemicamente as técnicas, conclui-se que a execução de estruturas de bambu, em conjunto com concretos verdes (do tipo que utiliza resíduo), pode ser viável, desde que sejam empregadas de maneira correta. Portanto, este trabalho tem como intuito avaliar o comportamento de um elemento estrutural construído com bambu e fundações com concreto composto com resíduo de borracha de pneu. Observe-se que há carência desse tipo de iniciativa no Brasil, por isso é necessário estabelecer um cunho sustentável às edificações, considerando-se a crescente degradação dos recursos naturais para o mercado da construção atual. Além disso, pretende-se demonstrar a viabilidade técnica da construção com materiais ecológicos que “possibilitem a diminuição considerável de gastos com energia na fabricação de componentes para construção” (CARDOSO JÚNIOR, 2000), avaliando sistemicamente os benefícios promovidos por esta observação. 20 2 JUSTIFICATIVA O bambu apresenta um ciclo anual de produção menor que as madeiras de reflorestamento, atualmente utilizadas em maior escala na construção civil do Brasil; como também se adapta melhor a diferentes condições físicas de terrenos. Ao estimular à construção civil o uso de bambu tratado ou de materiais derivados deste, evita-se que grandes áreas sejam ocupadas durante longos períodos (5 a 10 anos), com o plantio madeira de reflorestamento, substituindo-as por um material de alta produção como proposta de utilização na prática (SHARMA et al., 2016). A utilização de bambu é uma alternativa ecológica para a construção civil. Esta planta cresce rapidamente, atinge sua maturidade estrutural entre 3 e 5 anos, além de ser dotada de propriedades mecânicas ortrópicas. As fibras dele variam de forma radial, longitudinal e transversal. Tais predicativos conferem as características físico-mecânicas necessárias para o uso em construções, desde que o bambu seja tratado corretamente (SEIXAS; RIPPER; GHAVAMI, 2015). Seguindo a tendência mundial de desenvolvimento sustentável na construção civil, verifica-se neste material, grande versatilidade e resistência mecânica, as quais sugerem que o bambu seja a “madeira do futuro”; ele está sendo utilizado em grande escala e com sucesso em países como Colômbia, Costa Rica e China (BERALDO; AZZINI, 2004). Por conseguinte, torna-se viável a utilização de um concreto considerado “verde” para complementar o método construtivo, a fim de manter a tendência ecológica da edificação. O concreto verde escolhido é produzido com a adição de resíduo de borracha de pneu, proveniente de recauchutagem; resíduo que é, na maioria das vezes, descartado em grandes áreas e sem qualquer tratamento. Portanto, a junção destes materiais na construção de uma estrutura ecológica e de fácil execução, engloba, de forma holística, os requisitos sustentáveis da construção civil, e minimiza o uso de matérias-primas e/ou processos de produção que necessitem de grande consumo energético (VIEIRA, 2015). 21 3 OBJETIVOS 3.1 OBJETIVOS GERAIS Desenvolvimento de uma bio-estrutura, em escala reduzida e em escala real, utilizando como matéria-prima principal o bambu. Análise sistêmica da sinergia do comportamento dos materiais ecológicos quando aplicados à construção em escala real e em modelo reduzido distorcido. 3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ● Projetar uma “biocobertura”, utilizando o bambu em colmos inteiros e com espécies presentes na região de Ilha Solteira, aproveitando o máximo de sua curvatura natural. ● Construir um protótipo em escala reduzida distorcida para avaliar as dificuldades de execução da construção. ● Construir uma “biocobertura”, utilizando o bambu e o concreto com adição de resíduo de borracha de pneu como matérias-primas, em escala real; ● Verificar as divergências e dificuldades da execução de uma estrutura em escala real, contrapondo com o modelo reduzido distorcido, através da observação em campo. ● Verificar as características técnicas do comportamento dos materiais por meio de medição: teste de resistência à tração e compressão do bambu, do concreto e do conjunto. ● Estabelecer metodologia para o uso de materiais alternativos em seu estado natural, sem utilização de maquinários de grande porte em construção civil, de tal maneira que possa embasar construções em bambu de fácil manuseio e execução. 22 4 REVISÃO BIBIOGRÁFICA 4.1 BAMBU E SUAS GENERALIDADES O bambu está classificado, botanicamente, como Bambusae, uma tribo ou família das Graminae; é uma planta lenhosa, monocotiledônea, pertencente às angiospermas (PEREIRA; BERALDO, 2007). As partes do tronco das árvores de bambu são denominadas colmos, os quais ficam em parte subterrânea e em parte aérea. Normalmente, o colmo é oco, constituído por rizomas e raízes (subterrâneas), e folhas (aéreas). O bambu é um material com alto potencial de uso na construção civil. A América Latina abriga 33% (Figura 3) das espécies de bambu existentes no Mundo. São nove milhões de hectares. A grande maioria abrigada na Amazônia Brasileira (FOOD AND AGRICULTURE ORGANIZATION OF THE UNITED NATIONS - FAO, 2007). Diante da biodiversidade de espécies e quantidade já existentes, mesmo que necessite de mão de obra especializada, o bambu ainda pode ser considerado uma alternativa viável na construção civil (UNEP, 2004; SHARMA et al., 2016). Figura 3 – Avaliação Global de Recursos Florestais Fonte: FAO (2010) citado por Sharma et al. (2016). Ao ser utilizado como matéria-prima, o bambu gera alta potencialidade de economia de outros recursos naturais. Além de ser abundante no País, tem um ciclo de produção curto; alta produtividade, rapidez de crescimento; facilidade de cultivo e http://www.fao.org/home/en/ 23 melhora de áreas degradadas pela erosão, além de gerar empregos e rendas regulares (JARAMILLO, 1992; PADOVAN, 2010). Na Figura 4, observam-se as diferenças entre os ciclos de produção da madeira e do bambu. No Brasil, Gomide, Vivone e Gala (1988) e Hidalgo- López (1974) apresentaram um levantamento de produtividade dos bambus, Bambusa vulgaris e Guadua angustifólia, que figura entre 10t/ha e 31t/ha respectivamente. Figura 4 - Benefícios do cultivo do bambu em comparação a madeiras de reflorestamento Fonte: Garland (2004). Na tabela 1, pode-se verificar a relação entre custo benefício do plantio de bambu e do plantio de eucalipto. 24 Tabela 1 - Custo do plantio, crescimento e ciclo de produção do eucalipto e bambu Material Custo do plantio por hectare Rendimento Período de produção Eucalipto US$ 300-400 12 a 16 t/ha/ano umidade de 6% 20 anos (aprox. 3 cortes) Bambu US$ 200-250 20 a 30 t/ha/ano 60 a 120 anos Fonte: Kamegasawa (2004) citado por Padovan (2010). Filgueiras et al. (2015) quantificaram mais de 258 espécies brasileiras de bambus nativos, as quais foram subdivididas em duas tribos: Olyreae e Bambuseae, distribuídas em 35 gêneros. Os bambus da tribo Olyreae caracterizam-se como bambus herbáceos, geralmente utilizados para funções ornamentais. Todavia, a tribo Bambuseae apresenta-se diferente, são bambus mais lignificados ou lenhosos. “O número de bambus endêmicos no Brasil é alto: são 12 gêneros (34%) e 175 espécies (68%)” (DRUMOND; WIEDMAN, 2017, p. 15). Olyreae: “O maior gênero da tribo é Pariana (Figura 5), com 29 espécies, sendo 11 delas endêmicas”. O gênero é predominantemente amazônico, com breve extensão para o Nordeste. As plantas desse gênero são delgadas ou robustas, com estolões ou rizomas. Esta espécie encontra-se amplamente distribuída em todos os estados do Brasil e também em países vizinhos (JUDZIEWICZ et al., 1999). No Brasil, é comumente encontrada em matas primárias e secundárias, sempre associada à umidade ambiental. São espécies de pequeno porte, geralmente voltadas ao paisagismo, não sendo utilizadas para a construção. 25 Figura 5 - Representantes da tribo Olyreae ocorrentes no Brasil Nota: (A) Olyra obliquifolia Steud.; (B) Olya latifolia L.; (C) Olyra glaberrima Raddi; (D-E) Pariana sp.; F. Piresia goeldii Swallen; (G) Raddiella minima Judz. & Zuloaga; (H) Parodiolyra micrantha (Kunth) Davidse & Zuloaga; (I) Lithachne horizontalis Chase. Fonte: Drumond e Wiedman (2017). Bambuseae: Nesta tribo, os dois gêneros que se destacam são o Chusquea e o Merostachys, ambos com 44 espécies, e destas, 41 são endêmicas e consideradas como os maiores gêneros de Bambusea no Brasil. Merostachys “apresenta colmos predominantemente fistulosos [...] e nó com uma única gema que logo se desenvolve em múltiplas ramificações, resultando num meristema em forma de leque que praticamente envolve todo o colmo”. São mais frequentes nas regiões Sul e Sudeste. Chusquea é peculiar por apresentar colmo sólido e ramificação com gemas múltiplas e dimórficas em cada nó. As espécies são encontradas em todas as regiões do país, com destaque para os campos de altitude. (DRUMOND; WIEDMAN, 2017, p. 19) As espécies nativas brasileiras, em grande maioria, são ornamentais e originárias de países orientais, com exceção do Guadua, originária da América do Norte (PEREIRA; BERALDO, 2007). O Guadua é muito utilizado na construção civil em países como a Colômbia e o Equador, é composto por bambus lenhosos de médio a grande porte, atingindo 26 mais de 30m de altura e 15cm de diâmetro, é reconhecido por conter espinhos nos colmos. Atualmente, há 19 espécies nativas catalogadas, cinco delas são endêmicas e distribuídas em todo o Brasil. Esse gênero é o bambu mais alto do Brasil (GHAVAMI; MARINHO, 2005; PEREIRA; BERALDO, 2007). É possível encontrar, no Brasil, espécies do gênero Bambusea, tais como blumena, dissimulator, multiplex, tulda, tuldoides, ventricosa, vulgaris, beecheyana; Dendrocalamus com as espécies: giganteus, asper, latiflorus, strictus; Gigantochloa, Guadua, Phyllostachys, com as espécies: aurea, purpuratta, bambusoides, nigra, pubescens, Pseudosasa, Sasa e Sinoarundinaria (FILGUEIRAS; SANTOS GONÇALVES, 2004; PEREIRA; BERALDO, 2007). O International Network for Bamboo and Rattan - INBAR (1994) recomenda a introdução e a experimentação de 19 espécies de bambu consideradas prioritárias. No Brasil, muitas dessas espécies já foram introduzidas e se encontram adaptadas ao clima e ao solo. Pereira e Beraldo (2007) demonstram, na Tabela 2, as características dessas espécies, destacando seus potenciais de acordo com INBAR. 27 Tabela 2 - Espécies prioritárias de bambu, segundo INBAR Espécie Valor Manej o Clima e ecologia Comercializaçã o Indústria rural Regeneração ambiental Clima Solos Bambusa bambos ++ ++ ++ D h,d,s r,m,p B. Blumena* ++ ++ ++ D h,d,s r,m,p B. polymorpha + + - D h,d r,m B. textilis * (Drepanostachyum falcatum) + ++ + D st r,m B. tulda* + ++ + D h,d r,m B. vulgaris* - - ++ D h,d,s r,m,p Cephalostachyum pergracile + ++ + W h,d m Dendrocalamos asper ++ + ++ D h,d r D. giganteus* + + + D h r D. latiflorus ++ + ++ D h r D. strictus ++ + ++ D d,s m,p Gigantochloa apus* + ++ + D h r G. levis + ++ ++ D h r G. pseudoarundinaria D h,d r Guadua angustifolia* ++ ++ ++ W h r,m Melocanna baccifera* + ++ + W h r Ochilandra + + + W h r Phyllosrachys pubescens* ++ ++ ++ D t r,m Thyrostachys siamesis* ++ ++ ++ D d, (h) w,(r ) Notas: *espécies existentes no Brasil (IAC, UNESP e em coleções particulares) Legendas: VALOR: ++ alto; + médio; – baixo MANEJO: D – Domesticado; W- selvagem CLIMA E ECOLOGIA: h: trópicos úmidos; d: trópicos secos; st; subtropical; s: semiárido; t: temperado SOLOS: r: ricos; m: médios; p: pobres Fonte: Adaptado de Pereira e Beraldo (2007). Dentro dessas recomendações, encontra-se a espécie Drepanostachyum falcatum (Nees) Keng f., muito utilizada para ornamentação paisagística. “tal espécie de bambu (figura 6) ou bambu de jardim é uma espécie de bambu entouceirante; de médio porte, com colmos retos e lisos” (PEREIRA; BERALDO, 2007, p. 48), que pode crescer até 15m de altura e alcançar diâmetro de 3 a 5cm, dependendo do manejo realizado. A espessura da parede dos colmos é fina. Originário do sul da China, pode ser encontrado em quase todo o território nacional devido à fácil comercialização dele para paisagismo, artesanato e fabricação de utensílios no Brasil (TEH, 2016). 28 O bambu de jardim foi escolhido para a primeira etapa desta pesquisa porque apresenta os colmos finos, lenhosos e moldáveis quando verdes. Estas características são necessárias para o desenvolvimento do modelo em escala reduzida. Figura 6 - Bambusa D. Falcatum Fonte: elaboração do próprio autor. Observa-se na descrição do Tabela 2, que este tipo de bambu possui as seguintes características: apresenta médio potencial para comercialização, pode ser amplamente aproveitado na indústria rural, tem médio potencial para regenerar ambientes, seu manejo é domesticado, adapta-se melhor em clima subtropical e em solos ricos e médios (INBAR, 1994; PEREIRA; BERALDO, 2007). Para a segunda etapa da pesquisa, o bambu utilizado foi o Bambusa tuldoides munro, encontrado facilmente em vários locais do Brasil porque apresenta boa adaptação. Este tipo de bambu é utilizado, geralmente, para construção de cercas, de móveis e para artesanato. Também conhecido como Taquara, adapta-se aos climas tropicais úmidos e tropicais secos; e a solos ricos e médios. Esta espécie apresenta boa resistência a baixas temperaturas, pode suportar até -9°C; porém, a seca causa um inchaço entre os nós se estiver no processo de 29 crescimento e desenvolvimento da touceira, o que diminui a altura dos colmos (NASCIMENTO, 2019). Os colmos deste bambu podem chegar a 15m de altura, e o diâmetro médio atinge 6cm. Conforme a touceira envelhece, os colmos mais jovens apresentam coloração verde escuro uniforme; entre 2 e 3 anos, iniciam-se marcas de fungos e líquens, que ficam mais evidentes nos colmos mais velhos; por fim, aos 5 anos, os colmos apresentam uma tonalidade marrom (OSTAPIV; KNEBEL; OSTAPIV, 2015) (Figura 7). Figura 7 - Bambusa tuldoides munro Fonte: elaboração do próprio autor. Spolidoro (2008) realizou uma avaliação dendromética e tecnológica de seis colmos de bambu da espécie Bambusa tuldoides munro e Bambusa vulgaris. Os resultados para os colmos do Bambusa tuldoides munro estão apresentados na Tabela 3 e 4. 30 Tabela 3: Informações dimensionais, volumes e pesos dos colmos da espécie Bambusa tuldoides munro Características Diâmetro a altura do Peito (DAP) 5,36 cm DAP Min. 3,34 cm DAP Med. 4,92 cm DAP Max. 6,37 cm Massa especifica média 0,6 g/cm³ Massa especifica básica 0,51 e 0,68 g/cm³ Índice de contração volumétrica 20% Comprimento útil 9,8 m Comprimento total 13,2 m Volume real 0,0074 m³ Volume externo 0,018m³ Peso do fuste seco 4,28 kg Peso do fuste úmido 8,016 kg Peso total do colmo 12,7kg Peso Util do colmo 10,4 kg Dap= Diâmetro na altura do peito; comprimento útil = comprimento do colmo até 3cm de diâmetro; comprimento total=comprimento total do colmo (fuste + ponta); Volume real= volume do colmo calculado pela diferença entre o diâmetro interno e externo dos internódios; Volume externo = volume do colmo baseado no diâmetro externo dos internódios; peso do fuste seco= peso seco do fuste a 0 % de umidade; peso do fuste úmido= peso medido logo após obtenção do colmo sem a ponta e ramos laterais no campo; peso total do colmo= peso do fuste, mais ponta, mas ramificações; Peso útil do colmo= peso do fuste, mais ramificações até o internódio com 3 cm de diâmetro. Fonte: Adaptação de Spolidoro (2008). Tabela 4 - Propriedades físicas da espécie Bambusa tuldoides munro Características Coeficiente de Variação Teor de umidade 87,93% 21,68% Massa específica básica 0,59 g/cm³ 11,10 g/cm³ Massa específica 1,07 g/cm³ 2,70 g/cm³ Contração volumétrica parcial 14,02% 31,17% Contração volumétrica total 19,36% 19,48% Adaptada de Spolidoro (2008). Todavia, a utilização dos colmos cilíndricos, em sua forma natural recorre a dúvidas que podem influenciar suas características físicas- mecânicas. As mais comuns que aparecem ainda em campo, é a escolha dos melhores colmos e como determinar a idade da touceira. Hidalgo-Lopés (2013) relata que cada espécie tem suas características físicas, mecânicas e morfológicas próprias, às quais se desenvolvem de acordo com as condições naturais do local onde se encontram (solo, clima...), estas condições influenciam o teor de lignificação, a quantidade de fibras e a umidade dos colmos tornando-as diferentes para cada localidades onde o bambu foi plantado. 31 Liese (1998) destaca ainda, que cada parte do colmo tem diferentes resistências mecânicas. Sendo que a base e a parte mediana são menos resistentes que as partes superiores. Portanto, ao utilizar os colmos naturais e praticamente em sua totalidade, de uma touceira que não foi monitorada, tem-se uma variabilidade grande de resistência e características físicas do material. Caso este, que vem de encontro com o desenvolvimento desta pesquisa, a qual tem pode demonstrar que mesmo sem grandes monitoramentos é possível construir com bambu. Todavia, para utilização deste material na construção civil em larga escala deve-se proceder com plantio monitorado tal qual utilizado nas madeiras de reflorestamento. 4.1.1 Coleta, cura e tratamento A maneira correta para se coletar o bambu é fazendo um corte em sua base o mais próximo possível do nó, o qual deve ser mantido sem qualquer parede externa que possa acumular água. Essas providências evitam contaminação por fungos e bactérias mantendo, dessa forma, a saúde da touceira (GHAVAMI, 1989). Martinez e Gonzales (1992) destacam ainda que a coleta deve ser realizada no período de lua minguante, o qual oferece menos possibilidade de ataques por pragas. Ainda que tal vínculo não seja cientificamente provado, é citado por muitos autores. Segundo Padovan (2010), o bambu deve ser coletado nos meses mais secos do ano. Em peças que não foram coletadas no período correto, observaram-se problemas como fissuras e rachaduras, além de deformações que podem ocorrer nos entrenós. As rachaduras inutilizam a utilização da peça (PADOVAN, 2010). Pode-se citar também a suscetibilidade ao ataque de insetos e fungos em peças que não foram coletadas e curadas da maneira correta. O processo de cura serve para diminuir o ataque de fungos e insetos nos colmos, eliminando grande parte da seiva natural. Atualmente há seis processos de cura do bambu, destacados a seguir. Cura na mata: para Cambonero et al. (1991) o melhor preservante são produtos à base de boro, tais como Octoborato Disódico Tetrahidratado, o qual tem boa difusão nas peças e baixa toxidez a seres humanos. 32 Padovan (2010), destaca que após o corte, o bambu deve ser mantido em sua posição original (vertical) durante 4 semanas com suas ramas e folhas até que parte da seiva seja eliminada naturalmente do colmo. Uma variação deste tipo de cura é a cura por substituição de seiva por sais hidrossolúveis através da transpiração. Consiste em manter os colmos de até 2,5 m de comprimento com a base submersa em uma solução de sulfato de cobre (1%) + dicromato de sódio (1%) + ácido bórico (1%) [1kg de sal/ litro de solução] durante 7 dias, invertendo-os após este período e mantendo-os por mais 7 dias.). Deve-se aguardar a eliminação natural da seiva, mantendo-se o bambu na vertical tal qual se encontrava antes do corte (ONU, 1972). As bases devem ficar submersas 0,80 cm e, após o tratamento, os colmos devem ser mantidos durante 30 dias à sombra e protegidos de chuva (PADOVAN, 2010). Cura por imersão em água: após o corte, o bambu é colocado em contato com água e, por meio de fermentação biológica, elimina-se o amido existente (PADOVAN, 2010). Método de impregnação por imersão: os bambus devem ficar submersos em solução preservante por um período de cinco semanas; caso a peça seja projetada para ficar em contato direto com o solo, este período deve ser prolongado. Em bambus partidos, esse tempo pode ser reduzido de 33 a 50% para o alcance de 100% de impregnação das peças. Rompendo-se a película externa através da alta temperatura, também pode-se acelerar a penetração (CARDOSO JÚNIOR, 2000). Uma variação desse tipo de cura é a imersão em solução de sais hidrossolúveis. Deve-se imergir completamente os colmos na solução preservativa formulada com um ou dois sais hidrossolúveis. Uma fórmula recomendada é de (kg de sal/litro de solução) é: sulfato de cobre (1%) + dicromato de sódio (1%) + ácido bórico (1%). Após o tratamento, os colmos devem ser mantidos de duas a quatro semanas em local protegido para que ocorra a difusão do produto (CARDOSO JÚNIOR, 2000; PADOVAN, 2010). Banho quente: os bambus são imersos em tanques abertos com soluções preservantes a 90° C e, após tempo desejado, deve-se deixá-los resfriarem 33 naturalmente. Para tanto, deve-se aquecer o bambu e imediatamente mergulhá-lo na substância diluída (ONU, 1972). Esse método foi registrado por Cardoso Júnior (2000) observando-se uma absorção de 70,4 Kg/m³ de Creosoto. Podem-se utilizar preservantes que não suportam altas temperaturas e tratamento hidrostático: a seiva é substituída por pressão hidrostática, que gerada pelo posicionamento do recipiente que deve ficar em um nível mais elevado do que o bambu. A duração do tratamento pode variar de cinco a seis dias conforme as dimensões do colmo (CARDOSO JÚNIOR, 2000). Tratamento sob pressão (Boucherie): este tratamento baseou-se na pressão hidrostática. Deve-se observar que quanto mais velho for o colmo, ou seja, quanto menor a quantidade de seiva, mais difícil será para o líquido atravessar os colmos. Uma solução básica para impregnação do bambu é a solução à base de Boro (5%, 10% ou 15%). A seiva é substituída em cinco a 35 min. com uma impregnação de 0,83 a 1,24 MPa em bambus de 3 m de comprimento (HIDALGO- LÓPEZ, 1981). Cura pela ação do fogo: submete-se o colmo recém cortado ao fogo a fim de eliminar a seiva por exsudação e alterar quimicamente o amido. Dessa forma, ele deixa de ser atraente aos insetos (MORÁN, 2003). Esse processo pode modificar a coloração dos colmos do bambu (Figura 8). Figura 8 - Método de tratamento pelo fogo Fonte: Morán (2003) Cura pela fumaça: a degradação do amido ocorre ao expor os colmos à ação da fumaça, tornando-os menos atraentes aos insetos, contudo, pode haver a ocorrência de rachaduras e tornar a superfície enrijecida. Após o processo de cura, deve-se realizar o processo de secagem, pois o bambu é um material natural que sofre variações dimensionais em função da 34 umidade do ambiente no qual se encontra. Os colmos de bambu, sem a devida secagem, podem retrair, comprometendo a estabilidade da estrutura (CARDOSO JÚNIOR, 2000). Observa-se uma variabilidade nas dimensões dos colmos das várias espécies de bambu em função da sua variação de umidade. Por ser um material natural ortotrópico, há dificuldades relacionadas às composições dele com outros materiais de construção, principalmente o concreto (DANTAS et al., 2005). Isso posto, a secagem dos colmos é primordial para que não se observem deformações nas estruturas. A seguir, apresentam-se os tipos de secagem existentes de acordo com Nações Unidas (1972), Hidalgo Lopez, (1981), Ohkw (1989); Cardoso Júnior (2000) e Padovan (2010). Secagem ao ar livre: o período desse tipo de secagem é de dois meses ou mais, podendo variar conforme a umidade relativa do local. Os bambus devem ser armazenados distantes do solo, com espaçamento de, pelo menos, metade do valor do diâmetro médio das peças e com cobertura (Figura 9). Deve-se evitar o contato com fungos e insetos (ONU, 1972; PADOVAN, 2010). Figura 9 - Armazenamento de colmos de bambu Fonte: Hidalgo-López (1981) Secagem ao fogo: coloca-se os colmos de bambus sobre as brasas. Tais colmos já passaram pelo processo de secagem natural, a fim de se evitar a contração excessiva que pode provocar fissuras, fendilhamentos e deformações. Segundo Ohkw (1989), esse processo elimina lentamente a água e outros produtos 35 indesejáveis do bambu, além de deixar a superfície com cores mais brilhantes, sem perder a flexibilidade das fibras. Secagem em estufas: as estufas utilizadas para esse processo são as mesmas empregadas para secagem de madeira. No entanto, podem ocasionar rachaduras nos colmos devido à velocidade de secagem. O processo demora de duas a três semanas e é mais indicado para secagens em larga escala (HIDALGO- LÓPEZ, 1981). O processo de coleta, cura e secagem do bambu deve ser executado de maneira a reduzir, ao máximo, a umidade contida nele, pois quando utilizado imaturo, ao ser envolvido pelo concreto, o bambu começa a amadurecer e a sofrer alterações ao eliminar a água, fato que provoca a falta de aderência. Para a utilização em peças estruturais sujeitas à flexão, devem ser utilizados bambus maduros e secos durante três ou quatro semanas (CARDOSO JÚNIOR, 2000). Todavia, para viabilizar o uso em conjunto com o concreto, além dos processos já citados, é necessário manter o bambu mergulhado em água durante dois ou três dias, reduzindo-se, assim, a possibilidade de ele absorver água do concreto (BERALDO, 1987). Observa-se uma variabilidade em relação à unidade dimensional das diversas espécies de bambu em função da sua umidade. Por ser um material natural, encontram-se dificuldades relacionadas às composições dele com outros materiais de construção, principalmente o concreto. Problemas como fissuras, rachaduras e deformações podem ocorrer nos entrenós das peças. Rachaduras podem, inclusive, inutilizar peças; e tal ocorrência observa-se naquelas que não foram coletadas no período correto. Segundo Martinez e Gonzales (1992), as peças devem ser coletadas no período de lua minguante e na época mais seca do ano. Deve-se atentar às mudanças dimensionais dos colmos ocasionadas pela secagem, uma vez que a variação da umidade influi significativamente no tratamento com substâncias preservativas (CARDOSO JÚNIOR, 2000). A baixa aderência do bambu é uma das desvantagens do uso desse material. A solução mais empregada para evitar tal problema é a impermeabilização que, associada ao processo adequado de corte e secagem, diminui a absorção de água pelo bambu, melhorando, assim, as características físicas dele. 36 Gregoire (1994) destaca algumas vantagens da secagem correta do bambu, como: a) redução de problemas de contrações e dilatações; b) diminuição do peso; abaixo de 15% a eliminação de organismos que causam podridão; c) o aumento da resistência mecânica, facilitando os trabalhos de acabamento. Kurian e Kalam (1977) apresentaram algumas conclusões acerca da impermeabilização. Segundo estes estudiosos, a aplicação de três camadas de solução de 40% de resina solúvel em álcool, seguido de uma demão de zarcão (óxido de chumbo), resultou numa absorção de 1% de água em 24h. Em continuidade, relataram que, quando fora aplicado o dobro da espessura camada, resultou em 0,3% de absorção de água. Fang e Mehda (1978) impermeabilizaram o bambu com enxofre e areia, e observaran que houve fissuração após três dias submerso na solução. Ghavami e Hombeeck (1981) obtiveram bons resultados quando utilizaram cera e resina Epoxi para a impermeabilização do bambu; porém, estes materiais apresentam-se em alto custo. A mistura de látex de seringueira e cal virgem foi utilizada com sucesso, na Ásia, pelos autores Chembi e Nimityongskul (1989), com características de material enrijecedor. A mistura foi utilizada para a impermeabilização de tanques de bambu no Asian Institute of Tecnology. Beraldo (1987) impermeabilizou os bambus maduros com emulsão asfáltica, o que representou um ganho de resistência mecânica. Considerou, ainda, que a utilização de bambus imaturos pode causar fissuras no concreto antes mesmo de haver o processo de aderência. Processo de Tratamento de aderência: Bourne (1978) tratou o bambu com enxofre aquecido a 112°C, envolvendo-o, logo após, com arame farpado e areia grossa, para ser aplicado dentro do concreto Fang e Mehda (1978) corroboram que a variação da resistência de bambus tratados é três vezes maior do que as dos bambus sem tratamento. Gilio e Melges (2011) trataram o bambu com Neutrol e areia. Os autores constataram que e o Neutrol melhorou a impermeabilização do bambu e a areia possibilitou o acréscimo de tensão da aderência entre o concreto e o bambu. 37 4.2 CONCRETO COM ADIÇÃO DE RESÍDUO DE BORRACHA DE PNEUS O material concreto corresponde a um compósito que possui um ligante e materiais de preenchimento. O ligante, também chamado de aglomerante, tem a função de reagir com a água de amassamento e propiciar o endurecimento do compósito final. Os materiais de preenchimento, também chamados de agregados, têm a função de dar compacidade à massa, preenchendo seus vazios. Para a produção do concreto, mistura-se aglomerantes e agregados. A essa mistura dá-se o nome de dosagem. Esta apresenta a finalidade estabelecer as proporções corretas de aglomerantes e agregados a se adicionar na mistura, cujo objetivo é que, no estado fresco, o concreto tenha a consistência requerida e, no estado endurecido, atinja a resistência à compressão desejada (MEHTA; MONTEIRO, 1994). Segundo Dafico (2008), o compósito que se forma, após o endurecimento do concreto, possui várias características. Dentre elas, destacam-se: o fato de o concreto possuir uma das melhores relações custo/resistência mecânica entre os materiais estruturais; e de também possuir, se convenientemente dosado, baixa permeabilidade e grande estabilidade frente aos diversos meios agressivos. Estudos voltados à microestrutura do concreto mostraram a extrema complexidade e heterogeneidade dele; porém, o conhecimento disso possibilitou a melhoria do concreto convencional, buscando-se alternativas para o uso em diversos âmbitos. A construção civil ficou no centro de muitas discussões por dois motivos, haja vista os objetivos atuais de se realizar o desenvolvimento sustentável (ODS): a) por fazer parte do contexto de uma das áreas mais poluidoras do meio ambiente, e b) proporcionar vasta gama de possibilidades de reaproveitamento de resíduos na composição. Os avanços na tecnologia de dosagem do concreto fizeram com que não mais se utilizassem apenas o cimento como aglomerante e a brita e a areia como agregados graúdos e miúdos, respectivamente. Atualmente, existem diversos tipos de aglomerantes e agregados que podem ser incorporados à mistura, tais como: ● Aglomerantes: sílica ativa, metacaulim, cinza da casca do arroz, cinza volante, entre outras adições; 38 ● Agregados: areia artificial, pó de pedra, argila expandida, entre outros; ● Adições minerais; ● Adições “verdes”: resíduos de PET, resíduos de borracha de pneu; resíduos da construção civil, fibras naturais e etc. Como exemplo, pode-se citar a cinza volante, que tem potencial para ser utilizada em concretos de alto desempenho (CAD). Esses concretos apresentam diversas características que os diferenciam dos concretos comuns: atingem resistências mecânicas mais elevadas, chegando a superar os 100 MPa, além de apresentarem maior durabilidade; melhor desempenho frente a meios potencialmente agressivos. Como primeira aplicação, ocorre quase que de imediato e seu emprego destina-se a obras ou elementos que necessitem de elevada resistência mecânica do concreto, e/ou seções mais reduzidas dos elementos estruturais, incluindo edifícios muito altos, pontes ou viadutos com extensão acentuada, monotrilhos, obras hidráulicas (TECHNE, 2016). Outra tipologia de concreto é o concreto verde. Tal tipologia utiliza resíduos de descartes de indústrias, de agricultura, construção civil, tratamento de água, entre outros, em sua composição. Filgueiras e Santos-Gonçalves (2007) substituíram o cimento Portland pelo resíduo cerâmico vermelho em 0 e 20%, com diferentes relações água/cimento. Houve uma redução do módulo de elasticidade e a presença do resíduo não reduziu significativamente a resistência à compressão, à tração por compressão diametral e à tração na flexão dos concretos aos 28 dias, independentemente da relação água/cimento. Trentin (2014) realizou uma pesquisa sobre a confecção de tubos de concreto com adição de resíduos de borracha de pneu, provenientes de recauchutagem. O autor destaca que esse tipo de resíduo melhora a condução de esforços de tração através do concreto, reduzindo a fissuração. Os pneus são utilizados em larga escala em todo o Mundo, pois faz parte dos materiais utilizados para transporte de milhões de pessoas. Estima-se que, no Brasil, “em 2005, foram produzidos cerca de 53 milhões de pneus, com volume de vendas internas de cerca de 38 milhões de unidades, incluídas as importações diretas, e exportações da ordem de 18 milhões de unidades” (GOLDENSTEIN, 2007, p. 109). 39 O processo de recauchutagem, que também produz resíduos de pneus pelo processo de raspagem, disponibiliza os resíduos com características granulométricas que se adequam à aplicação nos concretos e microconcretos. Quando não reutilizados, sua disposição final apresenta importantes problemas ambientais. Além de ser descartados de maneira inadequada, sua degradação é lenta, os resíduos são combustíveis, podem abrigar animais peçonhentos e ocupam um grande espaço nos aterros e locais de descartes (KAMIMURA, 2002). Quando se intensifica o uso de pneus reformados, há grande redução no consumo do petróleo utilizado na sua fabricação e, ainda, no consumo de água, estimado em 79L para a produção de um novo pneu e 29L para a reforma deste (PENA, 2011). Tais resíduos, sendo aproveitados em concretos, ficam inertes à degradação da natureza porque se agregam a materiais de uso prolongado. Mais além, permitem a diminuição da utilização de materiais tradicionais em sua produção. Eldin e Senouci, citados por Siddique (2004), relataram que corpos de prova em escala reduzida produzidos com concreto e agregados granulados de borracha apresentaram menor resistência à compressão e à tração do que o concreto apenas com cimento Portland. Todavia, a utilização desse resíduo aumenta a capacidade de deformação do concreto, sem que este fissure, além de se adequar às exigências ecológicas (SIDDIQUE, 2004; TRENTIN, 2014). Com o surgimento desses materiais alternativos, foram reestabelecidas as dosagens e, consequentemente, surgiram novos tipos de concreto. Dentre eles, podem ser citados: concreto de elevado desempenho, concreto auto adensável, CPR (concreto com pós reativos), concreto drenante, entre outros (MENEZES; NEVES; FERREIRA, 2002). Dentro dessa nova gama de concretos existente, foi desenvolvido o concreto auto adensável (CAA), definido pela NBR 15823-1 (ABNT, 2017) como: “o concreto capaz de fluir e auto adensar através de seu peso próprio, preenchendo fôrmas e passando por embutidos (armaduras, dutos e insertos), mantendo sua homogeneidade nas etapas de mistura, lançamento e acabamento. ” Para Carneiro e Irrigaray (2018, p. 1): O CAA caracteriza-se por ser um compósito com alta fluidez, capaz de ocupar todos os espaços de uma fôrma onde é aplicado, seja laje, pilar, 40 vigas, etc., compactando-se pela ação única de seu peso próprio e sem necessitar de qualquer tipo de vibração interna ou externa. Deve ainda ser capaz de sustentar os grãos do agregado graúdo, mantendo-os homogeneamente distribuídos no interior da mistura, quando o concreto fluir através de obstáculos, como as barras de armaduras e também quando o concreto se encontra em repouso. O CAA também é indicado para reparos de estruturas, uma vez que sua capacidade de movimentação e penetração no interior das fôrmas, sua facilidade de preenchimento dos espaços vazios entre as armaduras e sua fluidez são ideais para o tratamento de fissuras, nas quais é necessário injetar concreto em peças já concretadas anteriormente (TUTIKIAN; DAL MOLIN, 2008). Outra importante aplicação do CAA ocorre nas peças de concreto que possuem elevada taxa de armadura, como também em peças de concreto de pequenas dimensões e de dificuldade de acesso. Por ser fluido, não é necessária a utilização de vibrador para realizar o adensamento do concreto, o que acarreta em diminuição de mão de obra e de tempo de concretagem de peças (MELO, 2005). A partir da década de 1990, foi desenvolvido outro tipo de concreto com alta resistência como premissa básica: CPR – concreto de pós-reativos. Serafim e Licetti (2012) definiram o CPR como um concreto que possui em sua composição o cimento Portland e sílica ativa como aglomerantes, areia e pó de quartzo como agregados, aditivos superplastificantes e água em quantidade mínima necessária para hidratar os componentes. O CPR é um concreto formado por partículas com diâmetro máximo de 2mm, ou seja, pode ser considerado um microconcreto. Esse tipo de material oferece grande resistência à compressão e também à tração, à tração na flexão, quando adicionadas fibras em sua composição. Porém necessita de grande precisão na dosagem e na análise de composição granulométrica dos pós. As características predominantes desses pós são: finura, responsável por preenchimento dos espaços vazios da pasta e a pozalanicidade, responsável pelas reações químicas com o hidróxido de cálcio presente no concreto. Um dos materiais pulverolentos mais utilizados na confecção do microconcreto é a sílica ativa, ou sílica fume (fumaça de sílica). Trata-se de um subproduto industrial, produzido em indústrias que utilizam fornos elétricos a arco voltaico para a produção de silício metálico e ligas de ferro silício, basicamente composta de óxido de silício (SiO2). A sílica traz benefícios ao concreto, tais como: 41 preenchimento da curva granulométrica, melhoria na coesão e compacidade, aumento de resistência e diminuição de vazios da pasta (SELLEVOLD; NILSEN,1987). Parte desta pesquisa constituiu em confeccionar uma dosagem, utilizando o CPR com características autoadensáveis. O CPR utilizado continha, em seu traço, sílica ativa e resíduos de borracha de pneus. Dessa maneira, poderá ser utilizado tanto em escala real, com a composição feita por agregados em escala normalmente utilizada na construção civil, como também pode ser composto por materiais de pequeno diâmetro, a fim de gerar um microconcreto. Além dessas características, o composto pode ser classificado como concreto verde por conter, em sua composição, dois tipos de resíduos: a sílica ativa e os resíduos de borracha de pneus. A empresa Tecnobens Contruções e Incorporações LTDA desenvolveu e cedeu o traço que utiliza em suas obras. Dr. Rodrigo Piernas Andorfato é o autor deste traço, o qual foi utilizado nesta pesquisa como concreto referência utilizado na concretagem das sapatas da fundação da estrutura em escala real. A utilização de um concreto com materiais finos e autoadensável remete-se ao fato de que foi confeccionada uma fundação composta por cachimbo metálico. Isto apresentou dificuldade ao encaixe dos colmos por não se ajustar bem ao tubo metálico. Portanto, foi necessária a confecção do microconcreto para facilitar o lançamento e adensamento dentro de um espaço tão pequeno (detalhado no capítulo 6.3.2). Já o concreto convencional foi utilizado na concretagem dos blocos de fundação da estrutura em escala real. 42 5 OBRAS CORRELATAS Os projetos arquitetônicos foram elaborados observando-se as características das antigas construções em bambu como conceito de forma. As obras de Simón Veléz (Figuras 10 e 11) e as das construções vernaculares da cidade de Valência, na Espanha, de autoria desconhecida (figuras 12 e 13), foram tomadas como inspiração para as formas do projeto. Seguindo esses preceitos, elaborou-se o projeto de uma biocobertura com feixes de bambu e de microconcreto com resíduo de borracha de pneus, no qual buscou-se adequá-lo às limitantes de cada material, à forma arquitetônica da edificação e ao uso do local. Figura 10 - Armazenamento de colmos de bambu Figura 11 - Catedral Alterna Nuestra Señora de La Pobreza, Colômbia Fonte: Vélez (2015). Fonte: Vélez (2015) Figura 12 - Detalhe da cobertura com amarrações de bambu Figura 13- Cobertura vernacular em bambu e argamassa cimentícia Fonte: Akasaki (2016) Fonte: Akasaki (2016) 43 As formas devem ser pensadas de maneira viável, levando-se em consideração as demandas socioculturais da região. Para Tsutsumoto (2016), as coberturas curvas em bambu geram “pouco desperdício, baixo nível de ruído, pequeno consumo de energia e pequeno impacto ambiental”. Estas deverão servir como apoio à resolução das limitantes, sem abrir mão do conforto do usuário. Conhecer a cadeia produtiva do bambu é essencial à aplicação na elaboração dos projetos arquitetônicos. Portanto, “[...] analisando os processos de plantação, colheita, cura, tratamento e pós-tratamento [...]” (GHAVAMI; MARINHO, 2005, p. 108), reúnem-se informações que subsidiam o arquiteto a executar o projeto de maneira mais eficiente quanto às formas, resistência e durabilidade do material. Além disso, observa-se também a necessidade de aproveitar a curvatura natural dos colmos do bambu. Para melhor aproveitamento da curvatura natural do bambu, os projetos arquitetônicos exigem concepção de formas arquitetônicas não convencionais, aproveitando-se o máximo possível de cada peça. O escritório de arquitetura Vo Trong Nghia Architects projetou um restaurante no Vietnan: Bamboo Wing (Figura 14), que foi concebido estruturalmente somente por bambu, sem utilização pilar. Os detalhes arquitetônicos e o respeito ao material fez com que os arquitetos conseguissem vencer um vão de 12m, sem utilizar nenhum material convencional (ARCHDAILY, 2012). Figura 14 - Restaurante projetado em bambu por Vo Trong Nghia Fonte: Archdaily (2012). Os arquitetos projetaram os pilares que saem das bases de sustentação da mão francesa junto da fundação, como demonstrado no detalhe B (Figura 15). Portanto, estes são os elementos estruturais que compõem a fundação. 44 Figura 15 - Detalhes da construção do restaurante Fonte: Archdaily (2012). Atualmente, o arquiteto colombiano, Simón Vélez, vem se destacando com suas construções com estruturas em bambu. Suas obras utilizam o bambu como material essencial na construção. A espécie de bambu usada em suas construções é a Guadua agustifolia, que cresce em grande quantidade na região andina da Colômbia (POSADA, 2014). Seu estilo não convencional e longe das estruturas modernas segue a influência das construções vernaculares do avô dele e inspira-se na parte da estrutura de bambu do biplano 14-bis, projetado por Albert Santos Dumont em 1906 (POSADA, 2014). Para Vélez, o bambu é um material arquitetonicamente mais “inteligente” do que a madeira, pois não concentra sua estrutura no próprio eixo, já que é um elemento oco. Segundo o arquiteto, o bambu não apresenta vantagem apenas sobre a madeira, mas também sobre o aço na relação peso/resistência (FERES, 2016). Em parceria com o também arquiteto Marcelo Villegas, desenvolveram novos métodos, técnicas e sistemas de apoio estrutural, aperfeiçoando o uso do bambu e transformando o material vegetal num produto competitivo para o mercado da construção civil (Figura 16). Vélez pesquisou a arquitetura vernacular da Indonésia, as com enormes telhados, para aplicá-la em seus projetos. Como no país dele chove muito, inicia o projeto pelas coberturas, depois pensa nos demais componentes. Este arquiteto pouco utiliza o concreto, a fim de manter os projetos o mais ecológico possível (Figura 17). Esse fato vem ao encontro da proposta deste trabalho, que objetiva fundamentar uma técnica construtiva utilizando o bambu e o concreto verde, reutilizando resíduos de construção ou industrial em sua composição. 45 Figura 16 – Croqui Ponte Jenny Garzón construída na cidade de Santa Fé de Bogotá Figura 17 – Nomadic Museum Zócalo na Cidade do México Fonte: Vélez (2015) Fonte: Vélez (2015) No Brasil, um exemplo de construção com Bambu é o Memorial da Cultura Indígena (Figura 18), localizado em Campo Grande (MS), projetado pelo arquiteto David Rees Dias, que declara o seguinte: [...] passei a pesquisar as habitações indígenas brasileiras e fiquei surpreso com as consideráveis dimensões que alcançavam algumas dessas moradias. Sem se utilizar de pregos ou parafusos os índios são capazes de levantar grandes e espaçosas estruturas cobertas de palha, (...) Estas estruturas são em geral arredondadas e sugerem uma analogia com os morros e as serras da paisagem, o que muito me chamou a atenção. DIAS, D. R. (1996) citado por CARDOSO JR, 2000. O memorial é formado por duas ocas que totalizam 365m². Uma delas tem seu círculo seccionado onde foi alojado um jardim (Figura 19). A cúpula maior apresenta um raio de 8m até os apoios, 11m até a ponta dos beirais e altura de 8,40m. Figura 18 - Memorial da Cultura Indígena Figura 19- Oca seccionada para abrigar um jardim Fonte: Campo Grande Net (2020). Fonte: Campo Grande Net (2020). A oca menor segue o mesmo padrão formal; porém, tem a parte lateral aberta, com raio de 5,25m e altura de 5,25; no centro, as coberturas ligam um 46 pavilhão ao outro por uma passarela. Toda a estrutura é feita de bambu coberto de palhas, e serve para abrigar obras de arte e oficinas de artesanatos de origem indígena. A fundação foi feita com sapatas, em um ângulo de 35° (Figura 20), nas quais foram apoiados os colmos de bambu por uma ligação metálica em forma de cachimbo (Figura 21) (CARDOSO JR, 2000). Os bambus foram presos atrás de parafusos de metro à ligação. Figura 20 - sapata em concreto aparente Figura 21 - luva metálica em forma de cachimbo Fonte: Cardoso Júnior (2000). Fonte: Cardoso Júnior (2000). Cardoso Júnior (2000) ainda explica que a curvatura do bambu, porque não houve tempo hábil para curvá-lo naturalmente, foi executada com uma ligação metálica em forma de luva (Figura 22) para alcançar a curvatura em formato de oca. E as extremidades do bambu foram ligada por meio de um anel (Figura 23), no qual os colmos eram encaixados e parafusados, e a sustentação das vigas foi feita com um apoio, estilo “Flauta” de bambu (Figura 24), parafusado em pilares concretados. As paredes foram feitas de alvenaria convencional com tijolos de blocos cerâmicos de 8 (oito) furos, e as aberturas de janelas foram inspiradas nas aberturas encontradas nas ocas dos índios (Figura 25). 47 Figura 22- luva de união e inclinação da calota Figura 23- anel metálico Fonte: Cardoso Júnior (2000). Fonte: Cardoso Júnior (2000). Figura 24- “flautas” de sustentação das vigas (console) Figura 25 - desenhos feitos com claraboias de bambu Fonte: Cardoso Júnior (2000). Fonte: Cardoso Júnior (2000). Após a análise desses projetos referidos, elaborou-se o projeto desta pesquisa, considerando-se as características técnicas encontradas na bibliografia. 48 6 PROGRAMA EXPERIMENTAL O desenvolvimento do projeto recebeu o apoio da estrutura do Núcleo de Ensino e Pesquisa da Alvenaria Estrutural (NEPAE) da Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira – UNESP, e com a estrutura física dos laboratórios da Universidade Paulista (UNIP) para a caracterização dos materiais e a elaboração do protótipo em escala reduzida (1:10), assim como os ensaios realizados. O primeiro passo foi a elaboração do projeto arquitetônico da estrutura e seus detalhamentos. Após, houve a escolha do bambu no qual o critério utilizado foi a adequação à escala, ou seja, as dimensões dos mesmos que são reduzidas. O bambu escolhido para a construção da maquete foi o Bambusa d. falcatum, conhecido como bambu de jardim, o qual tem em média 0,05 cm de espessura de colmo. Após, o mesmo foi caracterizado via ensaios mecânicos de resistência à tração do colmo e do feixe. A maquete física foi construída e durante a execução houve a análise das dificuldades para tal, o que gerou modificações no projeto para a confecção da estrutura real. Depois, foi realizada a colheita do bambu Tuldoides munro para confecção da estrutura em escala real, o qual passou pelo processo de: tratamento, cura e a secagem dos colmos. Ensaios mecânicos de resistência à compressão, módulo de elasticidade, massa especifica, do colmo foram realizados no Bambusa tuldoides munro Também foram realizados estudos de dosagens e das propriedades do concreto com resíduo de borracha de pneu, seguidos de ensaio de resistência à compressão axial, diametral e módulo de elasticidade. Para análise da sinergia dos materiais e da estrutura por completo foi realizado ensaio com cargas aplicadas a ela utilizando o teodolito e estação total da marca TopCon GTS 212 com precisão linear de 1 mm, apoiada em tripé de alumínio com altura ajustável, bastão com bolha nivelante e prisma refletor com fios estadiométricos para medição de deslocamento. Para Tratamento dos dados foi utilizado os Software: Topograph 98 SE e Autocad Civil 3D 2018. 49 6.1 PROJETO DE UMA ESTRUTURA DE BAMBU O projeto elaborado para este estudo utiliza formas da natureza, como o arco e as folhas, cuja inspiração decorreu dos projetos de Vélez e na arquitetura vernacular encontrada na Espanha. A estrutura foi pensada tridimensionalmente para ser capaz de congregar as características básicas de um modelo que possa traduzir uma estrutura leve e ao mesmo tempo combine materiais tradicionais e inovadores. Além disso, considera as curvaturas naturais da gramínea, a fim de utilizar suas características intrínsecas. O espaço foi pensado funcionalmente como um local para descanso e apreciação, porém aberto, com o intuito de abrigar atividades diversas no mesmo ambiente. A intenção de projetar algo acessível a qualquer atividade visa demostrar o potencial do bambu e do concreto “verde” como técnicas construtivas usuais, as quais podem ser inseridas na atividade prática da construção. A estrutura apresenta-se num formato não muito usual, porém funcional; a cobertura se baseia nas folhas e se apoia sobre a estrutura de pilar arqueado; a fundação será produzida com concreto verde confeccionado com resíduo de borracha de pneus; e a cobertura será feita com vegetação do tipo trepadeira. A estrutura foi inicialmente pensada para ser confeccionada em escala reduzida distorcida e, após, em escala real. Para a escala reduzida distorcida utilizou-se o bambu da espécie Bambusa d. falcatum, e para a confecção da estrutura em escala real utilizou-se o Bambusa tuldoides munro. A fundação foi concebida a partir de blocos de fundação rasa e com uma dimensão de 60cm x 60cm de largura e altura de 40cm, a qual, em escala reduzida, foi projetada inserindo-se os colmos de bambu diretamente no concreto, de acordo com o projeto do escritório de arquitetura Vo Trong Nghia Architects, demonstrado no capítulo 5. Porém, o uso demonstrou-se ineficiente para a escala real, o que exigiu modificações a fim de proteger os colmos de umidade (Figura 26). Para a escala real, o tipo de fundação foi modificado para diminuir o contato dos colmos com o solo; para isso, os blocos de concreto receberam inserts metálicos de apoio, os quais serviram para acoplamento de um suporte em forma de cachimbo. Estes deram apoio aos feixes de bambu que compuseram os pirares e mão francesa, tais quais os apoios utilizados pelo arquiteto David Rees Dias, também detalhado no capítulo 5. Estes blocos foram confeccionados utilizando-se 50 concreto com resíduo de borracha de pneus, e os feixes foram dispostos com angulações diferentes (Figura 26), a fim de obter o posicionamento adequado dos pilares (Figura 27). Figura 26- Detalhe da fundação na maquete Figura 27- Detalhe da fundação na estrutura real Fonte: elaboração do próprio autor. Fonte: elaboração do próprio autor. Os feixes que compuseram os pilares centrais saíram a aproximadamente 90°, já os que compuseram a mão francesa saíram a, aproximadamente 70° em relação ao solo. Também se observa, no detalhe, que os feixes foram unidos por uma ligação do tipo cachimbo, a qual está fixada no insert metálico concretado à sapata de concreto. Estes cachimbos foram feitos com furos nos encaixes, para receber os parafusos de fixação que atravessaram os colmos. Esta fixação foi feita com barras roscadas, porcas e arruelas. O cachimbo recebeu um encaixe no apoio, também aparafusado, que serviu para fixá-lo com parafusos nas bases. Esta solução foi escolhida por permitir a fácil movimentação dos colmos até a montagem final (Figuras 28 e 29) 51 Figura 28- Apoio metálico em planta Figura 29- Vista lateral do camchimbo Fonte: elaboração do próprio autor. Fonte: elaboração do próprio autor. Os pilares foram projetados em formato de arcos e respeitaram a curvatura natural do bambu (Figuras 30 e 31). Esta forma buscou inspiração na arquitetura vernacular, a qual define a forma de arco como um dos arranjos estruturais mais simples e seguros já utilizados. Figura 30 - Disposição de vigas e pilares Figura 31 - Cobertura Fonte: elaboração do próprio autor. Fonte: elaboração do próprio autor. A característica morfológica foi adequada ao uso de bambus considerados finos, com diâmetro aproximado de 0,31cm, do tipo Bambusa d. falcatum (bambu de jardim), muito utilizados na produção de artesanatos, em paisagismo e no controle da erosão (MANHÃES, 2008), para a confecção do modelo em escala reduzida. 52 Para construção do modelo em escala real, utilizou-se o bambu do tipo Taquara, Bambusa tuldoides munro, medindo 6cm de diâmetro médio, comumente em construções leves, tutoramento de cultura e artesanatos (NASCIMENTO, 2019). Os pilares e mãos francesas foram confeccionados com feixes de bambu em quantidades diferentes. Para a execução da maquete utilizou-se 10 colmos para pilares e 8 para a mão francesa, já para a execução da estrutura em tamanho real foram utilizados 4 e 2 respectivamente. Os pilares foram organizados de forma inclinada, um se apoiou no outro, produzindo capacidade de suporte adicional devido ao atrito lateral; provendo, assim, maior capacidade de carga na estrutura. O que, em termos de cálculos, foi desconsiderado, pois Seixas, Ripper e Ghavami (2015) consideram as forças de cada colmo àqueles que atuam nos feixes, embora se saiba que o atrito lateral exista. Sobre a estrutura de pilares foi apoiada a estrutura da cobertura (Figura 32 e 33). Esta será construída com bambus da mesma espécie, e os colmos foram arqueados através de fôrmas para dar o efeito de pétala. Já para a confecção dos “caibros” utilizar-se-á o bambu amarrado curvado. Para proteger os bambus das intempéries, optou-se pela inclinação elevada da cobertura e pela utilização de vegetação para o fechamento. Figura 32 - Vista da estrutura Fonte: elaboração do próprio autor. 53 Figura 33- Vista esquemática da cobertura Fonte: elaboração do próprio autor. Além do projeto arquitetônico, a simulação da estrutura foi realizada em parceria com o departamento NEPAE, no SAP 2000. Para isso a estrutura foi simplificada, ou seja, foi considerado apenas um arco de cada lado e as estruturas “mãos francesas” a fim de suportar a cobertura (Figuras 34 e 35) (BIANCHI et al., 2019). 54 Figura 34 - Planta da cobertura lançada no programa SAP 2000 Figura 35 – Perspectiva tridimensional lançada no SAP 2000 Fonte: Bianchi et al. (2019) Fonte: Bianchi et al. (2019). Para o lançamento no SAP 2000 foram utilizadas as características físicas do bambu encontradas nas referências bibliográficas de GÍLIO et al (2012) e MOTA et al (2017), uma vez que o bambu destinado à confecção da estrutura real ainda não foi caracterizado. Nas respostas estruturais, pode-se perceber que a estrutura não chegou ao estado limite último (ELU) quando simulado com carga do peso próprio (25Kg) , uma vez que as tensões de tração e compressão são inferiores àquelas resistências do bambu encontradas na bibliografia. Este fato deve-se à baixa massa específica do bambu e ao projeto, no qual o único carregamento existente é o da cobertura, em partes confeccionada pelo próprio bambu, e a proteção é feita por vegetação leve. Quanto ao padrão de esforços mostrados nas Figuras 36 e 37 observa-se que, exceto a cumeeira da estrutura que está tracionada, o restante da estrutura está comprimida. Este fato se sustenta pelo formato da estrutura que é formada por arcos e “mãos francesas”. Estas, por sua natureza, são estruturas que trabalham em compressão. 55 Figura 36 - Força de compressão máxima (-1,94 kN) Figura 37 - Força de tração máxima (0,77 kN) Fonte: Bianchi et al. (2019) Fonte: Bianchi et al. (2019) Os esforços de tração que atuam na cumeeira são provocados pelo deslocamento das bordas da estrutura ser maior do que aquele encontrado no centro da estrutura, funcionando de maneira similar a dois balanços engastados numa barra rígida central. Logo, pode-se concluir que a estrutura é estável, leve e resistente, o que permite corroborar com revisão bibliográfica acerca do bambu, material este que apresenta elevada resistência mecânica proporcionalmente a sua massa específica. Para a confecção da estrutura em escala real, utilizou-se o mesmo projeto; porém, a espécie de bambu utilizada foi a Bambusa tuldoides munro, colhida na fazenda da UNESP. 6.2 MATERIAIS E MÉTODOS 6.2.1 Bambu para confecção do modelo em escala reduzida e distorcida Foram utilizados os seguintes materiais e equipamentos: Bambusa d. falcatum; serra de corte manual; fita adesiva; estufa para secagem; molde em solicone; trena, linha de algodão, turquesa; abraçadeira de nylon; adesivo a based e epox (Araldite e Durepox); máquina universal de ensaios EMIC DL 30.000n; régua graduada; paquímetro; microconcreto com resíduo de borracha de pneu (capítulo 6.3.2); corpo de prova cilíndrico (5 x10 cm); areia grossa úmida; enxofre; máquina universal de ensaios para avaliar os valores de resistência à compressão; balança. 56 A espécie de bambu escolhida foi a Bambusa d. falcatum, conhecida popularmente como Bambu de Jardim. A escolha da espécie do bambu baseou-se na limitante da escala do protótipo em 1:10, o qual deveria ser montado com características próximas da realidade. O bambu foi colhido no mês de janeiro de 2019, cortado na base com um alicate de jardim. Após o corte, permaneceu na touceira por cerca de 5 dias e, somente então foi desfolhado e mantido em tabuleiro na sombra, para a secagem, durante 3 meses (Figuras 38 e 39). Figura 38 - Colmos após o corte Figura 39 - Colmos após período de secagem natural Fonte: elaboração do próprio autor. Fonte: elaboração do próprio autor. As hastes precisariam garantir uma curvatura mais intensa, pois seriam utilizadas na cobertura em formato de pétalas, para isso foram colocadas ainda verdes em uma fôrma com um vidro na parte superior, simulando uma estufa, onde permaneceram 20 dias, com o objetivo de se curvarem naturalmente (Figuras 40 e 41). 57 Figura 40 - Estufa para secagem arqueada Figura 41 - Fôrma para secagem arqueada da pétala Fonte: elaboração do próprio autor Fonte: elaboração do próprio autor. . Após esse processo, efetuou-se o dimensionamento das hastes, a fim de que não houvesse sobras muito generosas durante a execução do modelo em escala reduzida. As hastes foram envolvidas com linha comum para que pudessem continuar secando já em formato de feixe (Figuras 42 e 43). Figura 42- Medição individual dos colmos Figura 43 - Medição dos feixes Fonte: elaboração do próprio autor. Fonte: elaboração do próprio autor. Depois de um período de mais 4 meses, foram feitos testes que caracterizariam as condições físicas reais dos feixes de bambu. Para isso, escolheu- 58 se um feixe aleatoriamente, e desfizeram-se as amarras para que os colmos pudessem ser medidos individualmente. As medições foram efetuadas quanto a comprimento e diâmetro das extremidades. Descartaram-se os colmos com valores extremos, tanto para as mais finas quanto para as mais grossas, e a média foi calculada (Tabela 5). Tabela 5 – Medidas dos diâmetros das extremidades dos colmos (m) Hastes Comprimento Diâmetro (parte mais grossa) Diâmetro (parte mais fina) 1 0,47 0,35 0,20 2 0,46 0,35 0,20 3 0,51 0,30 0,10 4 0,50 0,30 0,20 5 0,51 0,25 0,15 6 0,52 0,35 0,20 7 0,47 0,35 0,10 8 0,50 0,35 0,10 (descartado) 9 0,47 0,20 (descartado) 0,20 10 0,50 0,30 0,20 Média 0,49 0,31 0,165 Fonte: elaboração do próprio autor. Na sequência, foram feitos ensaios de tração em dois feixes para aferir o valor de resistência à tração paralela às fibras. Eles foram organizados com extremidades e diâmetros intercalados e amarrados com abraçadeira de Nylon (enforca gato) de 5 em 5cm aproximadamente. As pontas dos feixes foram envolvidas com dois tipos de resina epóxi, uma à base de éster – Araldite -, outra a base de poliamida e cargas minerais – Durepox -, para protegê-los. O Durepox é um material que suporta temperaturas entre -50°C a 150°C, endurece em duas horas e é um produto bi componente, à base de resina epóxi, poliamida e cargas minerais (Tabela 6). Está disponível, no mercado, em cartelas de 50g, 100g e 250g. (HENKEL, 2013). Tabela 6 - Composição e informações sobre os ingredientes da resina epóxi Durepox Natureza química: Epox/ Amidas Nome químico ou genérico Faixa de concentração (%) CAS N.° Resina Epoxi (1*) 20 a 30% - Resina Poliamida (2*) 20 a 30% - 2,4,6 - Trimetilaminometifenol 1 a 5% 90722 (1*) Formulação da resina epóxi: Barra Branca (2*) Formulação do endurecedor: Barra Cinza 59 Fonte: Henkel (2013) Para a confecção da proteção foram misturados os dois componentes em partes iguais e aplicados na extremidade do feixe com medidas de, aproximadamente, 7cm de comprimento por 2cm de diâmetro (Figuras 44 e 45). O tempo de espera para secagem foi de 12h. Esta proteção proporcionou melhoria no contato da garra da máquina universal de ensaios EMIC DL30.000N com feixe a ser ensaiado. Utilizou-se uma carga de carregamento de 1,6kg/s para fazer o ensaio. Pode-se observar nas Figuras 46 e 47 que a resina foi esmagada pela prensa hidráulica e que o primeiro colmo do feixe se rompeu na parte superior. Figura 44 - Feixe de bambus preparado para o ensaio Figura 45 - Proteção das extremidades dos colmos com Durepox Fonte: elaboração do próprio autor. Fonte: elaboração do próprio autor. 60 Figura 46 – Feixe de bambus na prensa hidráulica com a ponta esmagada Figura 47 - Rompimento do primeiro colmo de bambu na parte superior do feixe Fonte: elaboração do próprio autor. Fonte: elaboração do próprio autor. Por sua vez, a Araldite é indicada para reparos de superfícies como vidros, concretos e fibras naturais, metais dentre outros. Suporta temperaturas de até 70 °C (Tabela 7). Tabela 7 - Propriedades físico-químicas da Araldite Especificações Resina Endurecedor Aparência visual Líquido transparente amarelado claro Líquido transparente palha Viscosidade aparente a 25°C 20.000 a 40.000cps 10.000 a 20.000cps Relação da mistura em peso A: B (peso ou volume) 1:1 Tempo para utilização da mistura: 1min Tempo de secagem inicial: 5min Tempo de cura total: 2h Temperatura de aplicação: +5 a 35°C Temperatura de trabalho: -30 a 7°C 61 Resistência ao cisalhamento (Kgf/cm²): ≥120 Fonte: Araldite (2020). Realizou-se o mesmo procedimento feito com a Durepox, misturando-se a resina ao endurecedor em partes iguais e aplicou-se no feixe de bambus. Neste momento, observou-se que este tipo de proteção proporcionava maior facilidade para aplicação nos colmos que se encontravam no meio do feixe, devido à característica mais fluida do que a Durepox. Aguardou-se o período de secagem de 2h, conforme solicitado pelo fabricante, e, após, foram realizados os testes na máquina universal de ensaios EMIC DL30.000N, seguindo o mesmo padrão do item anterior (Figuras 48 e 49). Observou-se que este tipo de cola não trincou e que o primeiro colmo rompido situava-se na parte central do feixe (Figuras 50 e 51). Figura 48 - Aplicação da cola Araldite Figura 49- Período de cura da cola Fonte: elaboração do próprio autor. Fonte: elaboração do próprio autor. 62 Figura 50- Ensaio de tração paralela às fibras, na máquina universal de ensaios EMIC DL30 Figura 51- Rompimento do primeiro colmo na zona central do feixe Fonte: elaboração do próprio autor. Fonte: elaboração do próprio autor. Além dos ensaios de tração paralelo às fibras, realizou-se um ensaio empírico, a fim de se observar o comportamento do feixe inserido no microconcreto. Como o pórtico será parcialmente envolvido pelo concreto, observou-se o comportamento para resistência à compressão global do conjunto. Para tal, foi cortado um feixe de bambus com altura de 10cm e inserido em um corpo de prova cilíndrico (5 x10 cm), o qual teve o fundo tampado e feita uma base de areia grossa úmida. Esta base teve a função de manter o feixe de bambu no centro do CP (Figura 52). Após, o corpo de prova foi concretado juntando o microconcreto com o resíduo de borracha de pneus, permanecendo em câmara úmida por 28 dias e foi desformado e capeado com enxofre. Por fim, foi rompido em máquina universal de ensaios para avaliar os valores de resistência à compressão (Figuras 53, 54 e 55). 63 Figura 52- Preparo do CP com o feixe de colmos centralizado Figura 53 - CP após a ruptura Fonte: elaboração do próprio autor. Fonte: elaboração do próprio autor. Figura 54- Corpo de prova rompido Figura 55- Colmos rompidos nas extremidades Fonte: elaboração do próprio autor. Fonte: elaboração do próprio autor. 64 6.2.2 Modelo em escala reduzida e distorcida: Foram utilizados os seguintes materiais e equipamentos: Bambusa d. falcatum; octaborato de sódio (5%); látex de seringueira; linha de algodão Corrente®; lixa para madeira nº120; arame recozido; retífica; alicate; adesivo à base de epóxi tipo Araldite ® ; poliestireno expandido 5 cm de espessura; tinta para tecido; pincel; material têxtil (meia calça); verniz para madeira spray; balança Para a confecção do modelo em escala reduzida, os colmos, depois de secos e moldados, receberam um tratamento (detalhado no capítulo 4 item 4.1.1) com octaborato de sódio, em diluição de 5%, o qual foi pulverizado nos feixes de bambu. Além deste tratamento, foi necessário que as partes do pilar que estariam em contato com a fundação fossem impermeabilizadas. Para a impermeabilização e o tratamento de aderência dos colmos de bambu, optou-se pelo tipo de tratamento utilizado por Tsutsumoto (2016), que utiliza o látex de seringueira e areia como matéria prima. O látex foi coletado em Bilac (SP). As seringueiras foram sangradas nos períodos da manhã e da tarde, e o material coletado. Após, houve a adição de 5% de hidróxido de amônia, para que não houvesse a coagulação. O produto foi pincelado nos feixes em três demãos. Definição da estrutura dos pilares: os pilares foram montados com 10 colmos cada, com a média de 31cm de base (parte mais grossa do colmo) e 0,16 de ponta (parte mais fina do colmo). Foram amarrados com linha de algodão, de acordo com os detalhes apresentados nas Figuras 56 e 57. Figura 56 - Detalhamento dos feixes de bambus Figura 57- Feixe de bambus da maquete Fonte: elaboração do próprio autor Fonte: elaboração do próprio autor Os apoios para a cobertura foram realizados por meio de uma mão francesa, também confeccionada com feixes de bambu. Uma das dificuldades encontradas 65 nesta etapa foi o apoio: como os pilares eram confeccionados com feixe de bambu, não foi possível a utilização de ligações tradicionais. A solução encontrada foi baseada na utilizada pelos arquitetos do escritório Vo Trong Nghia (descrita no capítulo 5), que utiliza a angulação das colunas desde a fundação (Figura 58). Figura 58 - Detalhe da fundação na maquete Fonte: elaboração do próprio autor Para fornecer melhor ancoragem com o concreto, as bases dos colmos de bambu foram lixadas e tratadas com látex líquido passado nos colmos, individualmente, em três demãos. Aguardou-se um período de 24h para a secagem completa do tratamento. Optou-se por blocos de fundação mais altos do que o nível do terreno, a fim de proteger a base dos pilares de intempéries. Prosseguindo, em cada base foi instalado um complemento de metal feito de arame. Os colmos foram avaliados individualmente e, em alguns casos, houve a necessidade de abrir os nós, na parte interna, com o uso de uma retífica. O arame foi levemente prensado com alicate, a fim de simular o efeito das nervuras de uma barra de aço convencional. Por fim, os arames foram colados dentro dos colmos com adesivo à base de epox tipo Araldite ® (Figuras 59 e 60). 66 Figura 59 - Detalhe da inserção do arame nos colmos Figura 60- Detalhe da inserção Fonte: elaboração do próprio autor Fonte: elaboração do próprio autor Optou-se por este tipo de adesivo, pois se comportou melhor diante dos testes de tração paralela às fibras realizados com os colmos, conforme descrito no capítulo 6.2.1 Prosseguindo, juntaram-se os pilares e as bases da mão francesa, organizados de acordo com o detalhe B descrito anteriormente. Os feixes de bambus foram amarrados, para que permanecessem no local, e colados em uma base de isopor pintada, simulando um concreto. Estas amarrações alcançaram uma altura de, aproximadamente, 2/3 da altura do pilar. O restante ficou livre para que as ligações dos elementos fossem feitas separadamente. Posteriormente, houve a separação das amarrações e cada uma teve um tipo de ligação adequado a suportar as cargas destinadas. Os pilares foram ligados de maneira a interligar as pontas dos colmos em, aproximadamente, 1/4 da altura total do mesmo (pilar) (Figuras 61 e 62). 67 Figura 61- Detalhe da ligação dos pilares Figura 62 - Detalhe da estrutura Fonte: elaboração do próprio autor Fonte: elaboração do próprio autor A mão francesa foi travada, entrelaçando-se com as pontas dos colmos e as dos pilares de forma angulada. Após serem estabilizadas com as amarrações, elas (mãos francesas) tiveram as aparas descartadas (Figuras 63 e 64). Observa-se que, no modelo reduzido distorcido, as extremidades do bambu estão em contato direto com o concreto, o que facilita à curvatura dos pilares; porém, torna-o exposto à umid