Tutundurma Karması Elemanları

Sem Nó Com Nó

Região do colmo MOR*

(MPa) MOE* (GPa) Umidade (%) MOR* (MPa) MOE* (GPa) Umidade (%) Base (n=16) 169,1 15,5 11,9 118,7 12,6 12,0 Meio (n=16) 161,1 16,0 11,9 104,9 12,3 11,9 Topo (n=16) 170,7 15,3 11,9 111,9 12,0 11,9 Colmo 166,9 15,6 11,9 111,8 12,3 11,9 Desvio-padrão 19,7 1,3 – 18,0 1,2 – C.V. (%) 11,8 8,3 – 16,1 9,4 –

* MOR = Valores médios de Módulo de Ruptura. * MOE = Módulos de Elasticidade longitudinal.

Para as estruturas de bambu, não é aconselhável o uso de pregos, pois podem rachá- los, sendo normalmente utilizados parafusos inclusive com uso de braçadeiras metálicas quando o bambu começa a apresentar rachaduras, como se observa na Figura 2.3.10, em sistemas longitudinais e amarrações com fibras naturais, sisal, cordas e barbante, enrolados e colados para atar as barras de bambu (Figuras 2.3.11 e 2.3.12).

Figura 2.3.10: Uso de parafusos e braçadeira em estruturas com bambu.

(VILLEGAS, 2003, p.133).

Lopez (2003, p.205) apresenta ainda uma série de aplicações estruturais com uso de bambu, como painéis reforçados com armação grades de bambu em grelha; estruturas para pisos elevados (apud, p.235); paredes reforçadas ou construídas com grades fechadas de bambu, preenchidas com cimento (apud, p.239-245); estruturas para telhado (apud, p.246- 263); sistemas de casas pré-fabricadas, no Equador, Costa Rica, Colômbia e Peru (apud, p.264-283); sistemas de treliças para telhados e coberturas (apud, p.299-304); possíveis conexões das barras de bambu utilizando-se de elementos cilíndricos parafusados, chapas de metal e outros formatos (apud, p.329-331 e 335-336 e 350); como uso de barras de bambu como colunas na construção de residências e prédios.

Figura 2.3.11: Uso de amarração com a própria fibra do bambu.(LOPEZ, 2003, p.137).

Figura 2.3.12: Uso de fitas de bambu nas amarrações. (LOPEZ, 2003, p.293).

Lopez (2003, p.377) mostra também outros casos de construções na Colômbia, com arranjos de barras verticais e diagonais, Figura 2.3.13, e sistemas de feixes de bambu para coberturas, como algumas construções de Simon Vélez no Equador (Figuras 2.3.4, 2.3.5 e 2.3.14). Mesmo com os exemplos publicados de uso de barras de bambus e feixes, não há na

literatura experimentos mecânicos para esse design. Outros casos de uso estrutural do bambu são abordados por Lopez (apud, p.422-432), como uso aeronáutico, o modelo Demoisele de Santos Dumont em 1909, dirigíveis, e fuselagem de pequenas aeronaves.

Figura 2.3.13: Pilares de barras de bambu, Colômbia.(LOPEZ, 2003,

p.377).

Figura 2.3.14: Feixes de bambu, em coberturas, no Equador.

(LOPEZ, 2003, p.386).

Por que se utilizar o bambu natural como elemento estrutural?

As pesquisas do bambu como elemento estrutural foram estimuladas a partir do primeiro Congresso Internacional do Bambu, realizado em Singapura em 1980. Este tempo é relativamente curto em se tratando de uma pesquisa de base científico tecnológica, que partiu praticamente do zero. Até o final da década de 90, o banco de dados relativo às propriedades físicas e mecânicas do material constituinte dos bambus ainda estava se montando, com pesquisas esparsas pelo globo, incluindo não apenas países orientais, principalmente China e Índia, como países da América, como o Brasil, Colômbia, Equador e Costa Rica. Com a aquisição da ideia de que o bambu é um recurso renovável subutilizado, de alta produção de biomassa por hectare, com potencial de desdobramento em diferentes produtos, a cada dia cresce esse banco de dados dos bambus em diferentes áreas do conhecimento (mecânica estrutural, anatomia e micro-estrutura, silvicultura, laminados colados, compósitos, tecidos, papel, cerveja, refrigerantes, entre outros). Contudo, há ainda muitas lacunas a serem preenchidas, visto existirem aproximadamente 1300 espécies de bambus catalogadas.

Por outro lado, a divulgação dos resultados científicos e tecnológicos facilitados pelos meios de comunicação em rede, estimula igualmente a população na utilização do bambu para

os objetos mais imediatos, como móveis, utensílios domésticos e estruturas. Ou seja, as aplicações mais imediatas são aquelas que exigem um mínimo de transformação do material bruto, o bambu em forma tubular. E não poderia deixar de ser diferente, pois se amplia uma visão mais aprofundada do material e elemento estrutural que ele compõe, facilitando seu entendimento, descrição e mesmo a formulação matemática de muitos dos fenômenos capturados de forma global ou macro, incluindo diferentes variáveis em jogo, que são tratadas em princípio, de maneira acoplada, trabalhando-se com as respostas médias.

Nesse sentido, países que já tinham um uso tradicional do bambu na construção, como os países citados acima, à exceção do Brasil, já disponibilizaram uma norma de Projeto e Dimensionamento de Estruturas de Bambu, aqui se considerando o bambu em forma tubular. Ou seja, procedimentos para determinação das propriedades físicas e mecânicas dos materiais, com dimensões de corpos de prova, estão disponíveis na literatura (vide por exemplo as

“Normas Técnicas para la utilización de la Guadua Angustifolia Kunth em la construcción” do Equador de 2011, “Proyecto Normativo Diseño y construcción con Bambú”, do Peru de 2011, e a “NSR-10 Capítulo G.1 Estructuras de Madera y Escructuras de Guadua” da

Colômbia de 2010). Do mesmo modo, as normas abordam diferentes tipos de conexões para as estruturas, com os respectivos critérios de dimensionamento.

Contudo, antes mesmo que se esgotassem as investigações desses fenômenos mecânicos relativos ao bambu em estado bruto, principalmente a estabilidade dos elementos comprimidos e segurança das conexões, os preceitos industriais já vêm mudando a direção da pesquisa do bambu, que tem dado mais ênfase aos laminados colados e materiais compósitos com fibras de bambu. Torna-se evidente que a indústria visa atendimento a demandas em larga escala, com o maior controle possível do produto, e isso somente é possível se a partir das matérias primas, a técnica cria o material de seu interesse, submetendo os elementos estruturais dele advindos a geometrias controladas e dimensionadas de acordo com as tensões provocadas pelos carregamentos. Indústria remete a normatizações, enquadramentos, gabaritagem, produção em série, maquinários pesados, energia elétrica, Taylorização do trabalho, tudo o que o bambu em estado natural contradiz.

Logo, não deve haver dúvidas de que as motivações para se trabalhar o bambu em estado natural não estão imediatamente ligadas aos preceitos industriais, ainda que os produtos industriais estejam presentes nas construções que utilizam o bambu (preservativos para aumento de durabilidade, ignífugos, conexões metálicas, conexões sintéticas, janelas envidraçadas, dentre outros).

Observa-se também que os bambus são barras muito leves, de baixa densidade, ap = 8

kN/m3 e normalmente ocos, incomparáveis a qualquer outro elemento estrutural feito com outro material. Por exemplo, um bambu com diâmetro médio de 9 cm e 9 mm de espessura de parede, com 6 metros de comprimento, pesa 11 kgf, com um momento de inércia igual a 190 cm4. Essa barra, seja em flexão ou compressão axial, não tem problemas de instabilidade local. Um tubo metálico com 9 cm de diâmetro e 1 mm de espessura de parede e mesmo comprimento pesaria 13,2 kgf. Além de mais pesado, um tubo de aço com essa espessura não teria condições de absorver o mesmo carregamento do bambu, não somente porque o momento de inércia é bem menor, 28 cm4, mas principalmente por problemas de instabilidade local se submetido à flexo-compressão.

Comparando-se por outro lado, barras laminadas coladas de bambu com o bambu natural, chega-se também a importantes relações que justificam a pesquisa do bambu natural. Uma barra laminada colada de bambu com 6 cm de largura, como são as dimensões das bitolas de madeira serrada disponíveis no mercado brasileiro em geral, deveria ter uma altura de 7,2 cm para se ter o momento de inércia máximo de 190 cm4. Como o terço interno da parede do bambu é bem menos resistente do que os dois terços externos, sendo normalmente desprezada na produção das barras laminadas estruturais, seriam necessários 2,5 a 3 bambus para se produzir a barra, que por sua vez pesaria 2,5 a 3 vezes o peso de um bambu. Ou seja, a mesma barra com 6 metros de comprimento pesaria no mínimo 27,5 kgf, visto que a depender da técnica de prensagem e dos adesivos utilizados, a densidade do material pode ter um aumento considerável. Tudo isto está sendo substituído pela vantagem do maior controle geométrico da barra, melhor desempenho estrutural em termos de propagação de fissuras e resistência das conexões. Assim evitam-se os problemas naturais apresentados pelo bambu tubular, mas sob penalidade de um aumento considerável do consumo de materiais e peso da estrutura.

Uma vez definido o âmbito da pesquisa pela utilização do bambu em estado natural, depara-se com todos os problemas evitados pelo caminho da industrialização. Estruturalmente, depara-se com um primeiro grande inconveniente: - os colmos colhidos de um mesmo bambuzal, ainda que selecionados visualmente segundo alguns princípios: eixo retilíneo, diâmetros aproximadamente iguais e mesma idade, são entidades com geometria totalmente particular. As seções transversais não são círculos perfeitos, a espessura de parede também varia significativamente em uma mesma seção transversal, o eixo não é retilíneo e os centróides das seções transversais descrevem as mais diferentes curvas ao longo do eixo imaginário que une seções extremas, como observa Moreira (1998). Por outro lado, o

diâmetro e a espessura de parede variam da base para o topo de maneira aproximadamente linear, mas com leis independentes, e assim por diante.

A anastomose das fibras dos bambus nos nós faz com que o material nodal tenha menor resistência e rigidez nesses pontos, o que é compensado pelo aumento de espessura de parede. O bambu é um material higroscópico, e as propriedades mecânicas variam muito com o conteúdo de umidade da amostra, assim como acontece com a madeira. Outro parâmetro de igual importância é a idade dos colmos. Bambus com 2 anos de idade podem ter 60% da resistência de bambus com 4 anos, que é o tempo de corte utilizado na China, para bambus da espécie Phyllostachys pubescens, utilizada nessa tese.

Por outro lado, tem-se uma grande ausência de resultados experimentais tecnológicos, para comparação dos resultados, principalmente em se tratando do comportamento dos elementos estruturais e conexões. Para estes elementos tem-se sim coletâneas de soluções utilizadas em várias partes do globo, como observa Lopez (2003), mas a maior parte delas está aberta a investigações.

O problema vem se agravando principalmente devido ao apelo industrial de transformar os bambus em laminados colados e em compósitos, que obviamente carreiam para essa direção a maior parte dos jovens pesquisadores. Ou seja, as estruturas de bambu ainda não têm uma bibliografia rica disponível em artigos de revistas, e muitas das propostas estruturais acabam sendo sempre originais nestes meios. Assim, há muitas informações esparsas, e principalmente relativas à caracterização do material, mas dificilmente se encontram dois pesquisadores trabalhando um mesmo problema estrutural. Isto é o que se tem constatado no congresso internacional que mais tem difundido a pesquisa dos materiais naturais em todo o globo, Non Conventional Materials and Sustainable Technologies – NOCMAT, cujo último encontro (de 14ª edição) ocorreu na cidade de João Pessoa, Paraíba, no ano de 2013.

Contudo, a utilização do bambu tubular em estruturas tem sido uma realidade, no Brasil em pequena escala, e na Colômbia, em maior escala, bem como no Equador, Peru, Costa Rica, Indonésia, Malásia, Vietnam, entre outros, e por todas as razões expostas, os pontos obscuros sobre o bom funcionamento estrutural merecem ainda muitas investigações, com o objetivo de aumentar a gama de possibilidades construtivas do elemento estrutural, dentro dos preceitos de segurança da Engenharia de Estruturas.