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Engenharia de Materiais

Construção para o futuro

Novos materiais resultam em concreto mais durável

Pesquisadores do Departamento de Estruturas da Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade de São Paulo (EESC-USP) concentram-se há cinco anos num projeto sobre novos tipos de concreto para a engenharia civil, que poderão substituir com vantagens a tradicional mistura de cimento, água, areia e pedra das estruturas de concreto armado. No projeto, foram desenvolvidos mais de 30 estudos para avaliar a segurança da aplicação de elementos pré-moldados e de novos tipos de concreto.

“Do modo como evoluem a ciência e a tecnologia de materiais, vários tipos de concreto com propriedades muito específicas deverão ser empregados de acordo com as necessidades de cada construção, tornando-as mais seguras e duráveis”, prevê o professor João Bento de Hanai, coordenador do projeto temático que avaliou o potencial dos concretos especiais. E alguns avanços já permitiram desenvolver novas fórmulas: por exemplo, a adição de compostos orgânicos e pozolanas (pós finos derivados de escória de alto-forno, cinza de casca de arroz ou a sílica ativa extraída da fumaça das siderúrgicas) deixa o concreto mais compacto e resistente, enquanto a adição de fibras curtas (de aço, poliméricas ou naturais como o sisal e a piaçava) dá ao concreto maior capacidade de deformação e absorção de energia.

Longo tempo
Outros estudos, motivados pela preocupação com o meio ambiente, indicam a possibilidade de reaproveitamento dos resíduos sólidos de construção e demolição: eles substituiriam a brita usada na massa de concreto, com provável redução nos custos. Essas inovações, porém, devem ser mais bem desenvolvidas e difundidas para integrar-se à rotina da construção civil: “Devemos conhecer melhor o comportamento, imediato e ao longo do tempo, desses novos concretos nas estruturas resistentes de uma obra”, informa Hanai.

O concreto de alta resistência – dotado de minerais e aditivos redutores de água que o tornam mais compacto e cerca de três a quatro vezes mais resistente que o concreto comum – é um dos materiais que Hanai estudou. O objetivo foi avaliar sua eficiência na reabilitação de estruturas danificadas pela ação do tempo, por falta de manutenção ou por falhas construtivas. Na recuperação de pilares, por exemplo, uma das técnicas analisadas foi o reforço por encamisamento – que consiste em construir uma espécie de capa de concreto ao redor do pilar original.

A pressão ou resistência de um material é medida em megapascais (MPa). Por serem mais resistentes à compressão – acima de 50 MPa, enquanto o concreto comum usualmente tem resistência em torno de 25 MPa -, esses concretos especiais seriam ideais para as estruturas de edifícios e obras de infra-estrutura. Mas, segundo o pesquisador, a aplicação exige cuidados: “O concreto do pilar a ser reforçado, por exemplo, tanto por sua idade como pela composição, tem propriedades de deformação e resistência diferentes do concreto novo, aplicado por fora”, explica Hanai. Por isso, é preciso entender como esses materiais diferentes trabalham em conjunto e avaliar, caso a caso, a real eficiência desse reforço.

Igual ao vidro
Se houver uma sobrecarga e o concreto usado no encamisamento tiver uma ruptura brusca, isso poderia provocar o rompimento da estrutura interna. A possibilidade existe devido às próprias características do concreto de alta resistência. Por ser mais compacto, ele também se mostra mais frágil no instante da ruptura: “O comportamento do concreto de alta resistência é semelhante ao do vidro. Embora seja muito resistente, não tem boa ductilidade (capacidade de se distender) e tende a se estilhaçar”.

Para melhorar o desempenho desses concretos e evitar acidentes, uma possível solução apontada pelo pesquisador é adicionar alguns tipos de fibra. “As fibras, como as de aço, carbono ou de outros materiais poliméricos, funcionam como uma espécie de armadura no interior do concreto. Se colocadas em quantidades adequadas, elas vão controlar todo o processo de fraturamento interno que possa ocorrer no concreto e reduzir o risco de uma ruptura brusca”, explica.

Material reciclado
Mais do que soluções técnicas para melhorar a eficiência e a segurança das construções, os pesquisadores da EESC buscam saídas para o problema ambiental gerado pelo lixo produzido nos canteiros de obras. Uma linha de pesquisa liderada por Eloy Ferraz Machado Júnior, por exemplo, está voltada para a reutilização dos resíduos sólidos de construção e demolição.”A ideia de usar o resíduo moído no lugar da brita para fazer concreto, por exemplo, não é nova”, diz Machado, “mas sua aplicação esbarrava num inconveniente: apesar de oferecer boa resistência, o concreto de reciclado é mais poroso que o concreto normal, o que favorece a penetração de agentes externos que corroem a armadura no interior do concreto”.

A solução encontrada foi diminuir a permeabilidade do concreto com reciclado adicionando látex à mistura. O resultado foi satisfatório. Nos testes de corrosão, feitos segundo critérios da ASTM (American Society for Testing and Materials, ou Associação Americana para Testes e Materiais), o concreto de reciclado teve resultados melhores que os do concreto comum: a perda de massa na armadura foi de 1,6% para o reciclado com látex e de 3,4% para o comum. “Agora estamos testando quantidades menores de látex na mistura para encontrar a proporção ideal, de forma que o uso do látex não encareça demais o produto final”, revela Machado.

Embora ainda não tenha dados para calcular o custo final do concreto com reciclado, ele acredita que será uma alternativa viável para a construção de casas populares, com vantagens para o meio ambiente e os cofres públicos: “O custo com o gerenciamento das deposições irregulares é de US$ 5,3 por tonelada, enquanto o custo de reciclagem não passa de US$ 3,94 por tonelada”, afirma. Isso é o começo. “O próximo passo é usar resíduos reciclados na fabricação de blocos e, numa próxima etapa, na confecção de argamassa”, diz. “A meta final é construir uma casa inteira com reciclados.”

Grupo permanente
Nos quatro anos de pesquisa, o grupo concluiu 33 estudos que renderam 18 dissertações de mestrado, três teses de doutorado e 12 trabalhos de iniciação científica, além de outras 20 pesquisas a serem concluídas nos próximos 12 meses, a maioria em doutorado. O número de publicações geradas superou as expectativas: mais de 200, entre livros, artigos, relatórios técnicos e trabalhos em congressos. Animados, os pesquisadores decidiram manter-se como grupo de trabalho permanente no Departamento de EESC-USP.

A longo prazo, o conhecimento gerado poderá contribuir para o aperfeiçoamento das normas técnicas que orientam os profissionais da produção, quando forem revistas pela Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT). Mas o setor produtivo pode ter benefícios mais imediatos. A tecnologia está disponível para empresas públicas ou privadas interessadas na elaboração de projetos em parceria com a universidade, na prestação de serviços de assessoria e consultoria ou ainda na realização de ensaios de estruturas e materiais. Parcerias desse tipo já foram firmadas com empresas como o Instituto Brasileiro de Telas Soldadas, para um estudo já concluído sobre ancoragem de telas soldadas em lajes de edifícios, e com o Grupo Gerdau, para um projeto em andamento de pisos industriais de concreto armado com telas soldadas.

Recursos não faltam. Com o projeto temático, foi possível montar no Departamento de Estruturas uma sala com clima controlado por computador, que permite preparar amostras para testes de resistência e deformabilidade de elementos estruturais ao longo do tempo. Com isso, é possível testar estruturas nas mesmas condições ambientais do local da construção, controlando temperatura e umidade do ar. “Embora nossa especialidade seja a construção civil, hoje temos condições de testar outros materiais e estruturas para diversos segmentos do setor produtivo”, conclui Hanai.

Máquina universal
O departamento conta ainda com um bem equipado laboratório para ensaios mecânicos. Um dos equipamentos mais importantes é o sistema servo-hidráulico computadorizado, adquirido por meio do Programa de Infra-Estrutura da FAPESP. “A máquina universal de ensaios é a única na América Latina com altura livre para ensaio de peças de até 4 metros e capacidade de 300 toneladas de carga”, afirma Hanai. “O sistema servo-hidráulico estende-se também à laje de reação do laboratório, com 26 metros de comprimento. Com esse equipamento, podemos simular até o efeito de terremotos e testar grandes estruturas da indústria mecânica, como um vagão ferroviário, se necessário.”

O projeto
Avaliação do campo potencial e desenvolvimento de aplicações de concretos especiais no projeto, na execução e na reabilitação de estruturas (nº 96/01839-7); Modalidade Projeto temático Coordenador João Bento de Hanai – Escolade Engenharia de São Carlos da USP; Investimento R$ 19.434,90 e US$ 23.442,00

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