2006 IMPORTANTE - EFEITO DA VARIAÇÃO DIMENSIONAL DO BAMBU NA

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Conferência Brasileira sobre Materiais e Tecnologias não-convencionais na Construção Ecológica e Sustentável. BRASIL NOCMAT 2006 - Salvador,BA 29 de outubro a 01 de novembro de 2006

EFEITO DA VARIAÇÃO DIMENSIONAL DO BAMBU NA FISSURAÇÃO DE PAINÉIS PRÉ-MOLDADOS CONTENDO RESÍDUOS INDUSTRIAIS a,*

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Sobrinho Jr., A.S. ; Barbosa, N.P. ; Torres, S.M. , Ribeiro, P.H.L.C. , Nóbrega, ªF. a

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Universidade Federal da Paraíba-UFPB; [email protected], [email protected], [email protected], [email protected], [email protected] *

Membro Correspondente

RESUMO O uso de bambu como material de reforço em peças estruturais destinadas à construção de habitação popular tem sido motivo de estudo na Universidade Federal da Paraíba. Painéis prémoldados com 100x400x2200mm3, compostos por colmos de bambu (Bambusa vulgaris) e protegidos por uma matriz cimentícia foram testados em laboratório e mostraram capacidade de carga superior a outros tipos de alvenaria. Porém, nos painéis ensaiados notou-se a formação de fissuras paralelas aos colmos, que foram atribuídas à variação dimensional do bambu pela absorção da água proveniente da matriz. Com a finalidade de compreender melhora variação morfológica das fissuras, foram realizados ensaios de imersão dos colmos em água e ciclos de molhagem e secagem , durante três dias. Foram analisados, então, o efeito da espessura de cobrimento das argamassas, do diâmetro externo do colmo de bambu e do tipo de tratamento superficial (lixamento e uso de adesivos). Também foram realizados ensaios para avaliar o efeito da adição de fibras vegetais e de aditivo retardador de pega no desempenho de painéis em escala 3 reduzida (100x200x400mm ), os quais foram imersos em água, visando a aceleração das variações dimensionais do bambu. Observou-se que o desempenho dos painéis frente à fissuração foi melhorado pela adição de fibras vegetais e pelo uso de retardador de pega, já que as variações dimensionais do colmo de bambu ocorreram quando as argamassas ainda encontravam-se no estado fresco. Observou-se também que o aumento do cobrimento de argamassa em função da redução do diâmetro externo do bambu, associados ao aumento da aderência devido ao tratamento superficial com lixas mais grossas, também contribuiu para minimizar a formação de fissuras prematuras. Estudos de durabilidade de peças estruturais destinadas à construção sustentável de casas populares ainda são necessários para a consolidação e implementação deste tipo de solução de engenharia. PALAVRAS-CHAVE: bambu, fissuras, painéis pré-moldados, variação dimensional.

Sobrinho Jr., A. S. , Barbosa, N. P. , Torres, S. M. , Ribeiro, P. H. L. C , Nóbrega,A F INTRODUÇÃO O grande crescimento demográfico atual elevou, aliado a uma crescente industrialização dos materiais e da própria construção civil, a demanda por moradia, sobretudo nos países de economia em desenvolvimento ou subdesenvolvidos [1]. No Brasil, o número oficial para o déficit habitacional quantitativo é de 5,6 milhões de novas unidades, sendo 4,0 milhões de novas habitações nas áreas urbanas e mais 1,6 milhão nas áreas rurais [2]. A busca de novas alternativas para diminuir este problema crescente tem sido preocupação de engenheiros e arquitetos em todo o mundo. É necessária a busca de alternativas que envolvam sistemas construtivos racionais, de baixo custo, e de boa qualidade, que maximizem as potencialidades energéticas e os materiais dos componentes, preservando, desta maneira, a natureza. Além dos materiais industrializados, existem outros de grande potencial de uso na Engenharia, entre eles o bambu. O interesse pela investigação do uso deste material como reforço estrutural tem crescido significativamente. A possibilidade do mesmo servir como uma alternativa viável em sistemas de construção se dá, principalmente, pela sua grande capacidade de resistir a esforços de tração que, equivalente ao aço, pode chegar a 370 MPa [3]. Do ponto de vista ambiental, por ser uma fonte renovável, há informes de que sua produção consome aproximadamente cinqüenta vezes menos energia do que o aço usado para o mesmo fim [4]. Quando sua resistência à tração normalizada pela sua massa específica é considerada, seu uso ainda é mais justificável, por ser cerca de seis vezes maior do que a do aço [5]. Na Universidade Federal da Paraíba tem-se estudado painéis pré-moldados, onde o bambu é o elemento estrutural, trabalhando envolvido por uma argamassa cimentícia adicionada de resíduos industriais. No presente trabalho foi avaliada a variação dimensional do bambu, através de ciclos de molhagem e secagem, bem como o efeito da execução de tratamentos superficiais no bambu e de modificações da matriz, visando a redução da fissuração de painéis contendo bambu como reforço estrutural. Assim sendo, foi realizado um programa experimental com os seguintes objetivos:  Estudo da variação dimensional do bambu através de ciclos de molhagem e secagem.  Análise do efeito do tratamento superficial no bambu na fissuração da matriz cimentícia.  Análise da influência da modificação da matriz cimentícia através da inclusão de fibras vegetais e da utilização de retardador de pega, bem como o uso de selantes na superfície do bambu, na formação de fissuras na matriz cimentícia.  Estudo do efeito do diâmetro do bambu na fissuração dos painéis pré-moldados.  Análise da fissuração através do ensaio acelerado (imersão total em água), com diversos tipos de tratamento superficial no bambu e modificação da matriz cimentícia. MATERIAIS Bambu Foram usados segmentos de bambu maduro da espécie Bambusa vulgaris, com diâmetros médios de 40 e 60 mm.

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EFEITO DA VARIAÇÃO DIMENSIONAL DO BAMBU NA FISSURAÇÃO DE PAINÉIS PRÉ-MOLDADOS CONTENDO RESÍDUOS INDUSTRIAIS Cimento e cal Foram empregados cimento CPII-Z 32 e cal hidratada tipo CH-I para a confecção das argamassas, ambos os materiais disponíveis no mercado de construção local. Areia Foi empregada areia silicosa proveniente do rio Caxitú, localizado no Município do Conde-PB, a qual foi, antes de sua utilização, lavada e seca ao ar. Fibras de sisal e EPS Foram usadas fibras de sisal da região, as quais foram lavadas por imersão durante 24 horas para a retirada do excesso de açúcares. Foram também utilizados na confecção das argamassas, resíduos industriais de EPS (poliestireno expandido), na forma de pérolas. Aditivos Para a modificação da superfície do bambu foram utilizados um adesivo (resina sintética) da marca Vedacit (Bianco) e uma resina epóxi (Compound). Para a matriz cimentícia um retardador de pega (açúcar). Todos produtos citados encontam-se disponíveis no mercado. METODOLOGIA Os painéis pré-moldados com colmos de bambu são muito suscetíveis à fissuração paralela a estes. Através da experimentação de painéis de dimensões reduzidas, foram analisados o efeito do cobrimento de argamassa, do diâmetro do colmo de bambu e do tipo de tratamento superficial (lixamento e uso de adesivos), conforme mostra a TABELA 1. T ABELA 1 - P RINCIPAIS PARÂMETROS AVALIADOS NO PROGRAMA EXPERIMENTAL.

FATOR NÍVEIS Cobrimento (m) 0,25 0,5 0,75 1,00 Lixamento (#) Nenhum 100 200 300 Adesivo Nenhum Bianco Compound Fibra (proporção) 0 1 EPS (proporção) 1,5 Retardador (peso do cimento) 0% 1% Diâmetro do bambu (cm) 4,0 6,0

1,25 400

1,5

Foi também realizado um estudo da variação dimensional do bambu através de ciclos de molhagem e secagem. Foram cortados 9 segmentos de colmo de bambu com 300 mm de comprimento, os quais foram submetidos a dois ciclos de molhagem e secagem, a fim de avaliar a variação de massa durante estes ciclos, bem como a variação dimensional destes corpos-de-prova em função deseu diâmetro e da sua espessura de parede. Três segmentos de bambu foram Conferência Brasileira de Materiais e Tecnologias Não-Convencionais: Materiais e Tecnologias para Construções Sustentáveis. BRASIL NOCMAT 2006, Salvador, Bahia, Brasil. 29 de outubro a 01 de novembro de 2006. ISNB: 85-9873-07-5

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Sobrinho Jr., A. S. , Barbosa, N. P. , Torres, S. M. , Ribeiro, P. H. L. C , Nóbrega,A F ensaiados in natura, três foram pincelados com aditivo Bianco e outros três foram secos a 40ºC em estufa durante 24 horas. As massas foram medidas em uma balança digital com precisão centesimal. Os diâmetros e as espessuras foram medidos utilizando-se um paquímetro com precisão centisimal e com erro aproximado de 0,1 mm. Também foi analisada a influência da modificação da matriz cimentícia através da inclusão de fibras vegetais, do uso de um retardador de pega e de selantes, no controle da fissuração da mesma. Foram moldados 40 corpos-de-prova de 400x200x100mm3, contendo dois colmos de bambu tratados com lixa #100. Foram avaliadas 20 composições diferentes, cada uma composta por dois corpos-de-prova. Foram analisados o comportamento de painéis de dimensões reduzidas com a inclusão de fibras vegetais, com a presença de retardador de pega (açúcar), com diferentes diâmetros de bambu (40 e 60 mm) e com o uso dos selantes (Bianco e Compound). Foi considerada a pior situação dos dois corpos-de-prova. O teor de açúcar utilizado como retardador de pega foi de 1% em peso de cimento, cuja a finalidade era de postergar a pega por pelo menos 6 horas, período no qual os bambus apresentam a maior variação dimensional. Os traços com fibras vegetais seguiram a proporção 1:1:1:1:1,5 (cimento, cal, areia, fibra e EPS) e os sem fibras a proporção 1:1:1:1,5 (cimento, cal, areia e EPS). Foi feita também a análise das fissuras através do ensaio acelerado (imersão total em água) de corpos-de-prova com diversos tipos de tratamento superficial no bambu e modificações da matriz cimentícia. RESULTADOS Estudo do cobrimento Com o traço na proporção 1:1:1:1,5 (cimento, cal, areia e EPS), foram moldados corpos-de-prova com os seguintes cobrimentos: 2,5 a 15 mm, a cada 2,5 mm, como mostra a F IGURA 1. Observouse que todos os painéis fissuraram, independentemente do cobrimento adotado. Para os cobrimentos de 2,5 a 10 mm foi possível destacar a argamassa manualmente. Para os demais, somente com o auxílio de um martelo.

FIGURA 1 - C ORPOS-DE- PROVA VISTOS DE CIMA E DE FRENTE.

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EFEITO DA VARIAÇÃO DIMENSIONAL DO BAMBU NA FISSURAÇÃO DE PAINÉIS PRÉ-MOLDADOS CONTENDO RESÍDUOS INDUSTRIAIS Efeito do tratamento superficial O efeito do lixamento e do tratamento superficial do colmo de bambu com adesivo Bianco pode ser visto na FIGURA 2. Os bambus foram apenas lixados com lixas nº 100, 200, 300 e 400 (FIGURA 2A). Nos outros (FIGURA 2B), além do lixamento, os bambus foram pincelados com Bianco.

(A) (B) FIGURA - ( A) C ORPOS-DE -PROVA COM BAMBUS LIXADOS; ( B) C ORPOS-DE- PROVA COM BAMBUS LIXADOS E PINCELADOS COM B IANCO.

Observa-se claramente o melhor desempenho dos bambus lixados e pincelados com Bianco com relação à fissuração, quando da comparação com aqueles que foram somente lixados. Todos os corpos-de-prova que foram somente lixados apresentaram fissuras, com exceção da lixa #200, que teve uma fissura quase imperceptível. Os lixados e pincelados com Bianco não apresentaram fissuração, com exceção do corpo-de-prova da lixa #300, que apresentou uma fissura, porém de menor abertura quando comparada com aquele que foi somente lixado. Variação dimensional e absorção de água As FIGURAS 3 e 4 mostram a variação da massa e do diâmetro externo/espessura do cobrimento para os dois ciclos de molhagem e secagem efetuados.

120,00 Seco em Estufa

VariaçãodaMassa(%)

100,00

In Natura

80,00

Tratado com Bianco

60,00 40,00 20,00 0,00 0

20

40

60

80

Tempo (Horas)

FIGURA 3 - VARIAÇÃO DE MASSA DOS CORPOS -DE-PROVA PARA OS TRÊS TRATAMENTOS SUPERFICIAIS DO BAMBU, APÓS CICLOS DE MOLHAGEM E SECAGEM. Conferência Brasileira de Materiais e Tecnologias Não-Convencionais: Materiais e Tecnologias para Construções Sustentáveis. BRASIL NOCMAT 2006, Salvador, Bahia, Brasil. 29 de outubro a 01 de novembro de 2006. ISNB: 85-9873-07-5

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Seco em Estufa

1,80 Espessura daParede(%)

Variação doDiâmetroExterno/

2,00 1,60 1,40 1,20 1,00 In Natura

0,80

Trat ado com Bianco

0,60 0,40 0,20 0,00 0

5

10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 Tempo (Horas)

FIGURA 4 – VARIAÇÃO DO DIÂMETRO/ ESPESSURA DA PAREDE PARA OS TRÊS TRATAMENTOS SUPERFICIAIS DO BAMBU, APÓS CICLOS DE MOLHAGEM E SECAGEM .

Observa-se que a maior variação de massa ocorreu para o bambu seco em estufa, com um ganho de até 100% já no primeiro ciclo. A menor variação foi a do bambu tratado com Bianco, cujo ganho de massa foi da ordem de 65%. Com relação à relação diâmetro externo/espessura da parede do bambu, o tratado com Bianco foi o que apresentou a menor variação, em torno de 0,6%. Como esperado, o bambu com adesivo apresentou o melhor desempenho dentre os três tratamentos superficiais avaliados. A variação dimensional do bambu foi maior nas primeiras 6 horas de ensaio, permanecendo praticamente constante após este período de tempo. Com base nestes resultados é que surgiu a idéia da utilização de um retardador de pega na argamassa, para que todas as variações do bambu ocorressem com a mesma ainda no estado plástico, permitindo, desta maneira, acomodações sem fissuração da matriz cimentícia. Análise da influência da inclusão de fibras vegetais, do uso de retardador de pega e de selantes e da variação do diâmetro do bambu na fissuração da matriz cimentícia A FIGURA 5 mostra os efeitos do retardador de pega, do selante e do diâmetro do bambu na fissuração dos corpos-de-prova, para a pior situação. A FIGURA 6 mostra os efeitos da fibra vegetal, do retardador d eepga, do selante e do diâmetro do bambu na fissuração dos corpos-deprova, para a pior situação. Já as FIGURAS 7 e 8 mostram o desempenho dos corpos-de-prova após a imersão total em água.

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EFEITO DA VARIAÇÃO DIMENSIONAL DO BAMBU NA FISSURAÇÃO DE PAINÉIS PRÉ-MOLDADOS CONTENDO RESÍDUOS INDUSTRIAIS

FIGURA 5 - EFEITO DO RETARDADOR DE PEGA , DO SELANTE E DO DIÂMETRO DO BAMBU NA FISSURAÇÃO DOS CORPOS DE- PROVA.

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Sobrinho Jr., A. S. , Barbosa, N. P. , Torres, S. M. , Ribeiro, P. H. L. C , Nóbrega,A F

FIGURA 6 - EFEITO DA FIBRA VEGETAL , DO RETARDADOR DE PEGA , DO SELANTE E DO DIÂMETRO DO BAMBU NA FISSURAÇÃO DOS CORPOS- DE- PROVA.

FIGURA 7 - EFEITO DO RETARDADOR DE PEGA , DO SELANTE E DO DIÂMETRO DO BAMBU NA FISSU RAÇÃO DOS CORPOS- DE- PROVA, APÓS IMERSÃO TOTAL EM ÁGUA.

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EFEITO DA VARIAÇÃO DIMENSIONAL DO BAMBU NA FISSURAÇÃO DE PAINÉIS PRÉ-MOLDADOS CONTENDO RESÍDUOS INDUSTRIAIS

FIGURA 8 – EFEITO DA FIBRA VEGETAL, DO RETARDADOR DE PEGA , DO SELANTE E DO DIÂMETRO DO BAMBU NA FISSURAÇÃO DOS CORPOS- DE- PROVA, APÓS IMERSÃO TOTAL EM ÁGUA.

A FIGURA 5 mostra os painéis que não tinham fibras. É possível observar que os corpos-deprova com bambu de 40 mm apresentaram baixa fissuração, bem como um melhor desempenho do Compound em relação ao Bianco. A presença do retardador de pega também foi benéfica com relação à formação de fissuras, ocasionando redução quantitativa e da espessura (abertura) destas. A FIGURA 6 mostra que o uso de fibras vegetais foi a melhor modificação efetuada na matriz cimentícia para aredução da fissuração. A combinação das fibras com retardador de pega foi capaz de melhorar ainda mais o desempenho das peças. Observa-se também que os corpos-deprova com bambu de 40 mm de diâmetro apresentaram melhor desempenho do que os de 60 mmcom relação às fissuras. Nas FIGURAS 7 e 8 nota-se que os corpos-de-prova com retardador de pega e sem fibras apresentaram maior grau de fissuração, bem como a presença de fissuras com maior abertura, ou mesmo acentuada degradação após imersão total em água. De forma geral, os demais corpos-de-prova mantiveram as suas características originais. CONCLUSÕES Neste trabalho procurou-se estudar aspectos ligados à compatibilidade entre o bambu e a matriz cimentícia de painéis pré-moldados de bambu. Foi analisada a variação dimensional do bambu através de ciclos de molhagem e secagem. Foram avaliados, também, diversos tratamentos superficiais no bambu e modificações na matriz cimentícia, visando a redução do

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Sobrinho Jr., A. S. , Barbosa, N. P. , Torres, S. M. , Ribeiro, P. H. L. C , Nóbrega,A F grau de fissuração nesses painéis. Com base nos resultados obtidos no programa experimental, foi possível tirar as seguintes conclusões: - Os cobrimentos de 12,5 e 15,0 mm tiveram os melhores desempenhos, pois a fissuração diminuiu e as argamassas só puderam ser separadas do bambu com um martelo. Recomendase, portanto, a fabricação de painéis com cobrimento de no mínimo 12,5 mm, pois isto auxilia na redução da fissuração. - Dentre os tratamentos superficiais no bambu, o lixamento com lixas grossas proporcionou um aumento da rugosidade superficial, contribuindo para uma maior aderência com a matriz cimentícia, fato este evidenciado pela redução da espessura das fissuras e pelo aumento da resistência ao desplacamento da argamassa nas peças fissuradas. - Embora diversos parâmetros influenciem a fissuração das peças à base de cimento Portland, como a retração por secagem, por exemplo, a variação dimensional do bambu, que ocorre de forma radial devido à absorção de água de amassamento, é capaz de gerar tensões trativas superiores à resistência à tração admissível das argamassas, especialmente após o início do endurecimento da matriz. Esta variação dimensional foi da ordem de 0,6% a 1,8% nos painéis pré-moldados avaliados neste estudo, concentrada nas primeiras seis horas após a moldagem. Como o tipo de cimento utilizado começou a endurecer após cerca de 3 horas, as tensões geradas por estas variações dimensionais foram bem superiores à capacidade resistente de de tração da matriz, ocasionando fissuração da mesma. - Das diversas alternativas para reduzir a fissuração dos painéis, as modificações efetuadas nas matrizes foram mais eficientes do que os tratamentos aplicados na superfície do bambu. O uso de fibras foi a modificação mais eficiente para a redução da fissuração, principalmente quando combinada com o uso de um retardador de pega (açúcar). - O efeito do retardador de pega não pode ser totalmente explicado, pois apesar destes sistemas terem desenvolvido fissuras, o modo de fissuração apresentou diferenças, como a formação de fissuras dispersas e de menor abertura, diferente das fissuras lineares ao longo da peça de bambu em sistemas sem retardador de pega ou fibras - O adesivo Bianco conferiu melhor desempenho aos painéis com fibras, enquanto que o Compound atuou de maneira mais eficiente nos painéis sem fibras. O Bianco atuou como impermeabilizante da superfície do bambu, reduzindo a variação dimensional deste, confirmando o benefício de se impermeabilizar a peça de bambu utilizada como reforço estrutural de matrizes cimentícias. - As variações dimensionais podem ser controladas reduzindo-se a relação entre o diâmetro do bambu e a espessura do painel. O diâmetro máximo do bambu deve ser em torno de 40 mm para a fabricação destes tipos de painéis, pois a variação dimensional é menor e é favorecida pelo o aumento do cobrimento. - Uma grande fissuração foi claramente observada no ensaio acelerado (imersão total em água), em todos os painéis. Isto indica que estes devem ser mantidos em ambientes ausentes de grandes massas de água como, por exemplo, em contato com o solo e lençóis freáticos. Logo, painéis reforçados com bambu, com resíduos industriais e fibras naturais formam uma alternativa viável para o desenvolvimento de sistemas construtivos versáteis que podem atenuar o problema do déficit habitacional mundial. Porém, procedimentos de execução e

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EFEITO DA VARIAÇÃO DIMENSIONAL DO BAMBU NA FISSURAÇÃO DE PAINÉIS PRÉ-MOLDADOS CONTENDO RESÍDUOS INDUSTRIAIS dimensionamento de peças contendo bambu como reforço estrutural necessitam de estudos mais aprofundados com relação à fissuração e, conseqüentemente, com relação à durabilidade. REFERÊNCIAS 1. SARTORI, E. M.; CARDOSO JR., R. Bambu: uma alternativa viável para a habitação popular. In: ENCONTRO BRASILEIRO EM MADEIRAS E ESTRUTURAS DE MADEIRA, 6., 1998, Florianópolis. Anais... Florianópolis: EBRAMEM, 1998. 1. CD-ROM. p. 319-329. 2. GHAVAMI, K.; SALES, A. T. C. Retração, fluência e fratura em compósitos cimentícios reforçados com polpas de bambu. 2004. Relatório interno (Engenharia Civil)- Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2004. 3. GHAVAMI, K.; MARINHO, A. B. Propriedades físicas e mecânicas do colmo inteiro do bambu da espécie Guadua angustifólia. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, Campina Grande, v. 9, n. 1, 2005. p.107-114. 4. BARROS, B. R.; SOUZA, F. A. M. Projeto de painéis modulados de bambu para utilização em habitações populares. In: INTER AMERICAN CONFERENCE ON NON-CONVENTIONAL MATERIALS AND TECHNOLOGIES IN THE ECO-CONSTRUCTION AND INFRASTRUCTURE, 2., 2004, Pirassununga. Anais... Pirassununga: IAC-NOCMAT, 2004.1 CDROM. p. 12-22. 5. GHAVAMI, K.; HOMBEECK, R. V. Application of bamboo as a construction material: ParI I mechanical properties and water-repellent treatment of bamboo; Part II - Bamboo reinforced concrete beam. In: Proceedings of the Latin America Symposium on Rational Organization of Building Applied to Low Cost Housing, IPT CIB, 1981, São Paulo. p. 49-66.

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