Experimental Investigation on the Cyclic Behaviour of Nano Basalt Enhanced Epoxy Filler Modified Bamboo Reinforced Concrete Slabs

Os edifícios são projetados para resistir firmemente ao peso de seus próprios materiais e das pessoas dentro deles, mas também devem sobreviver aos estresses repetidos da vida cotidiana. O vento empurra um arranha-céu, o tráfego faz uma ponte vibrar, e terremotos sacodem o solo sob uma casa. Para lidar com essas forças, os engenheiros dependem de materiais que possam dobrar sem quebrar e absorver energia em vez de estilhaçar. Por mais de um século, o aço tem sido a escolha padrão para reforçar o concreto porque é forte e flexível. No entanto, o aço requer quantidades imensas de energia para ser produzido e deixa uma pegada de carbono pesada. Em resposta, pesquisadores voltaram sua atenção para o bambu, uma planta de crescimento rápido que é naturalmente forte e renovável. O desafio sempre foi que o bambu se comporta de forma diferente do aço; ele pode apodrecer quando molhado e não se une perfeitamente ao concreto, levando frequentemente a falhas repentinas quando a estrutura é levada aos seus limites.

Uma equipe de pesquisadores na Índia partiu para resolver este problema, tratando o bambu com um revestimento especial para fazer com que ele se comporte mais como o aço sob estresse repetido. Eles queriam ver se poderiam criar um material de construção sustentável que pudesse suportar o tipo de sacudida e flexão que ocorrem durante terremotos ou uso intenso. O trabalho deles focou em um tipo específico de placa de concreto, um painel plano usado em pisos ou telhados, reforçado com tiras de bambu. Em vez de usar bambu bruto, eles mergulharam as tiras em uma resina epóxi, uma substância forte semelhante a uma cola, e misturaram pequenas partículas de rocha basáltica e vidro. Essa mistura foi projetada para preencher as lacunas entre o bambu e o concreto, criando uma aderência mais firme e permitindo que os dois materiais trabalhem juntos de forma mais eficaz. O objetivo era testar se esse bambu tratado poderia sobreviver a múltiplos ciclos de carga e descarga pesadas sem perder sua força ou rigidez.

Os pesquisadores moldaram pequenos painéis de concreto, cada um medindo 600 por 450 por 50 milímetros, usando uma mistura padrão de cimento e areia. Eles criaram várias versões desses painéis para comparar o desempenho. Alguns painéis não continham nenhum reforço, servindo como uma linha de base para mostrar como o concreto puro falha. Outros foram reforçados com aço, o parâmetro tradicional. Os painéis restantes usavam tiras de bambu que receberam diferentes tratamentos: algumas foram deixadas brutas, outras foram revestidas apenas com epóxi, e outras foram revestidas com epóxi misturado com areia, vidro ou uma combinação de vidro e pó de basalto de tamanho nano. Uma vez que os painéis foram curados por um mês, foram colocados em uma máquina de teste que pressionava o topo deles com dois pontos de força, depois os liberava, e repetia esse processo repetidamente. Isso simulava o tipo de estresse repetido que um edifício poderia enfrentar durante uma tempestade ou evento sísmico. A máquina registrava quanta força os painéis podiam suportar, o quanto eles dobravam e quanta energia absorviam antes de finalmente quebrarem.

Os resultados mostraram uma diferença clara entre os materiais não tratados e os tratados. Os painéis de concreto simples racharam e falharam rapidamente, incapazes de lidar com mais do que alguns ciclos de pressão. Os painéis com bambu bruto tiveram um desempenho ligeiramente melhor, mas ainda perderam sua rigidez rapidamente e falharam após alguns ciclos. Os painéis reforçados com aço mantiveram-se melhor, absorvendo a maior parte da energia e mantendo sua forma pelo maior tempo possível, o que confirmou a confiabilidade do método tradicional. No entanto, os painéis reforçados com bambu tratado com a mistura de epóxi e nano-basalto aproximaram-se notavelmente do desempenho do aço. Este painel de bambu tratado especificamente suportou uma carga máxima de 60,6 quilonewtons e absorveu 76,8 quilonewton-milímetros de energia, números que foram muito próximos dos 62,6 quilonewtons e 83,3 quilonewton-milímetros alcançados pelos painéis de aço. Em contraste, o bambu não tratado e outros tratamentos menos avançados ficaram significativamente abaixo desses números.

Além dos números, a maneira como os painéis falharam contou uma história importante sobre segurança. Quando os painéis de bambu não tratados falharam, eles o fizeram de forma súbita e catastrófica, partindo-se sem aviso. Os painéis tratados, no entanto, mostraram um declínio muito mais gradual. À medida que a carga aumentava, eles desenvolviam rachaduras que se espalhavam uniformemente pela superfície, em vez de se concentrarem em um único ponto fraco. Esse comportamento significava que a estrutura daria sinais visíveis de estresse muito antes de colapsar, permitindo que as pessoas tivessem tempo para reagir. O bambu tratado também manteve sua rigidez muito melhor do que o bambu bruto, perdendo apenas cerca de 25% de sua rigidez após múltiplos ciclos, enquanto o bambu bruto perdeu mais da metade. Essa capacidade de manter a rigidez e absorver energia repetidamente sugere que o revestimento conseguiu evitar que o bambu escorregasse dentro do concreto, uma causa comum de falha nas versões não tratadas.

Para garantir que essas descobertas fossem precisas, os pesquisadores também construíram um modelo de computador dos painéis para simular os testes físicos. A simulação digital coincidiu de perto com os resultados do mundo real, confirmando que os modelos matemáticos usados para prever como o concreto e o bambu interagem estavam funcionando corretamente. Esse alinhamento entre os experimentos físicos e as simulações computacionais dá confiança de que os resultados são confiáveis e não apenas um acaso das amostras específicas testadas. O estudo conclui que, ao usar um revestimento simples de epóxi misturado com nano-basalto e vidro, o bambu pode ser transformado em uma alternativa viável ao aço para reforçar o concreto em estruturas que enfrentam sacudidas repetidas ou moderadas. Embora não tenha substituído completamente o aço em todas as métricas, provou que um material de origem vegetal sustentável pode ser projetado para desempenhar um nível de durabilidade e segurança que o torna um sério concorrente para a construção futura, particularmente em regiões onde o aço é caro ou difícil de obter.