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Leandro Silva Ferreira
Durabilidade das armaduras de bambu tratado utilizadas
como reforço em pilares de concreto armado
Dissertação de Mestrado
Dissertação apresentada como requisito parcial para obtenção do título de Mestre pelo Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil da PUC-Rio. Área de Concentração: Estruturas.
Orientador: Prof. Khosrow Ghavami
Rio de Janeiro
Agosto de 2005.
Leandro Silva Ferreira
Durabilidade das armaduras de bambu tratado utilizadas
como reforço em pilares de concreto armado
Dissertação apresentada como requisito parcial para obtenção do título de Mestre pelo Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil do Centro Técnico Científico da PUC-Rio. Aprovada pela Comissão Examinadora abaixo assinada.
Prof. Khosrow Ghavami Orientador
Departamento de Engenharia Civil - PUC-Rio
Profa. Djenane Cordeiro Pamplona Departamento de Engenharia Civil - PUC-Rio
Prof. Clelio Thaumaturgo Departamento de Engenharia Mecânica e de Materiais - IME
Prof. Felipe José da Silva Departamento de Engenharia Mecânica e de Materiais - IME
Prof. José Eugênio Leal Coordenador Setorial
do Centro Técnico Científico - PUC-Rio
Rio de Janeiro, 26 de Agosto de 2005.
Todos os direitos reservados. É proibida a reprodução total ou parcial do trabalho sem autorização da universidade, do autor e do orientador.
Leandro Silva Ferreira
Graduou-se em Engenharia Civil, pela UCSal - Universidade Católica do Salvador, em Fevereiro de 2003. Em 2003 começou sua jornada de mestrado, onde em conjunto com o Prof. Khosrow Ghavami vem contribuindo em pesquisas na área de materiais não convencionais.
Ficha Catalográfica
Ferreira, Leandro Silva
Durabilidade das armaduras de bambu tratado utilizadas como reforço em pilares de concreto armado / Leandro Silva Ferreira; orientador: Khosrow Ghavami - Rio de Janeiro: PUC, Departamento de Engenharia Civil, 2005.
127f.; 30cm
Dissertação (mestrado) - Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro, Departamento de Engenharia Civil.
Incluí referências bibliográficas.
1. Engenharia Civil – Teses. 2. Materiais Compósitos. 3. Bambu. 4. Pilar. 5. Dimensionamento. 6. Durabilidade. I. Ghavami, Khosrow II. Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro. Departamento de Engenharia Civil. III. Título.
CDD: 624
Aos meus pais, Jerson e Ana Cristina,
por acreditarem em meus sonhos e
por sonharem junto comigo.
Agradecimentos
A Deus.
Agradecimentos emocionados aos meus pais, Jerson e Ana Cristina, que tanto
deram de si para minha formação e pelas incomparáveis aulas de vida.
A minha irmã Cristiana pelo apoio irrestrito e amor pleno.
A minha avó Marlucy por estar sempre ao meu lado nas horas mais difíceis desta
conquista.
A Alessandra Rossi, minha amada namorada, e sua família, que sempre me
apoiaram e tanto me incentivaram.
Ao professor orientador Khosrow Ghavami, pela orientação durante todo este
trabalho.
Ao IME, em especial ao professor Felipe José da Silva pela contribuição na
análise microscópica.
Ao professor João Luis Pascal Roehl pelo otimismo e confiança incondicional em
mim depositado.
Ao professor Emil Sanches pela ajuda e incentivo.
A Ângela Sales pela constante preocupação e contribuição de idéias na elaboração
desse trabalho.
Aos meus velhos amigos de Salvador: Flavio, Carlão, Suca, Aislan, Lula, Alberto,
Orlando e Carla.
Aos meus novos colegas: Joabson, Jair, Carol, Joaquim, Juliana Vianna, Ana
Júlia, Patrícia, Fabio Dias, Patrício, Laerte, Sare, Wellington, Juliana Meneghel,
Zunk, Fabiana, Plínio, Flavio e Álvaro.
Meus agradecimentos especiais aos Amigos de vários problemas e dificuldades,
que conheci na PUC-Rio: Marcelo, Ciro, Júlio, Gisele e Carlos Ataliba.
Aos funcionários do laboratório: Euclides, Evandro e José Nilson.
A CAPES pelo auxílio financeiro.
Resumo
Ferreira, Leandro Silva; Ghavami, Khosrow. Durabilidade das armaduras
de bambu tratado utilizadas como reforço em pilares de concreto armado. Rio de Janeiro, 2005. 127p. Dissertação de Mestrado - Departamento de Engenharia Civil, Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro.
O bambu é um material potencialmente promissor que vem demonstrando
grandes qualidades para a construção civil. É um material leve, flexível e de fácil
manuseio. Sua leveza associada a uma alta resistência, torna-o um forte candidato
para substituir o aço em estruturas de concreto armado. Este trabalho tem como
objetivo estudar a durabilidade das armaduras de bambu utilizadas como reforço
em pilares de concreto armado. Foi feita uma revisão bibliográfica sobre o
comportamento das armaduras e as formas de tratamento do bambu adequadas
para o bom desempenho do bambu como reforço em estruturas de concreto.
Foram ensaiados até a ruptura, pilares armados com bambu e aço submetidos a
carregamento, em trabalho anterior datado de 2002. Ensaios mecânicos foram
realizados em corpos-de-prova de bambu retirados dos pilares rompidos, com o
objetivo de analisar sua resistência decorrida quatro anos em que essas armaduras
permaneceram inseridas nas peças de concreto. Os resultados mostraram que não
houve perda das características mecânicas do bambu nem tão pouco indícios de
ataque alcalino em seu sistema vascular. Concluiu-se que o tratamento realizado
superficialmente no bambu, antes da inserção no concreto, utilizando o produto
Sikadur 32 gel, mostrou-se eficiente na manutenção dos índices mecânicos do
reforço. Desse modo, pôde-se determinar a suscetibilidade do bambu à
degradação por imersão no concreto, tendo sido esse reforço convenientemente
tratado. É dada uma contribuição à determinação do grau de confiabilidade do uso
desse material natural em estruturas de concreto armado.
Palavras-chave
Materiais compósitos; bambu; pilar; dimensionamento; durabilidade.
Abstract
Ferreira, Leandro Silva; Ghavami, Khosrow (advisor). Durability of the
treated bamboo reinforcement used as an enhancement on the concrete columns. Rio de Janeiro, 2005. 127p. Msc. Dissertation - Department of Civil Engineering, Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro.
The bamboo is a potentially promising material that comes demonstrating
great qualities for the civil construction. It is a light, flexible materials and of easy
to handly. Its slightness associate with one high strength becomes it a strong
candidate to substitute the steel in structures of reinforced concrete. This work has
as objective to study the durability of the used of treated bamboo´s reinforcement
in columns of reinforced concrete. A bibliographical revision on the behavior of
the reinforcement and the forms of adjusted treatment of the bamboo for the good
performance of the bamboo was made as reinforcement in concrete structures.
They had been tested until the reinforcement rupture, columns with bamboo and
steel submitted to loading, in dated previous work of 2002. Mechanical tests had
been carried through in specimens of bamboo removed of columns fractured, with
the aim of analyze its strength after four years, where these bars had remained
inserted in the concrete parts. The result had shown that it did not have loss of the
mechanical characteristics of the bamboo beyond not presenting indications of
alkaline attacks in its vascular system. One concluded that the treatment carried
through of surface of the bamboo, before its insertion in the concrete, using the
product Sikadur 32 gel, revealed be efficient in the maintenance of the mechanical
properties of the reinforcement. In this way, can be conclude after characterization
of the susceptibility of the bamboo to the degradation for insert in the concrete, is
not occurs if this reinforcement has been conveniently treated. A contribution to
the determination of the degree of reliability of the use of this natural material in
structures of reinforced concrete is given.
Keywords
Composite materials; bamboo; columns; design; durability.
Sumário
1 Introdução 20
1.1. Objetivo da pesquisa 21
1.2. Apresentação da dissertação 21
2 Revisão Bibliográfica 23
2.1. Bambu 23
2.1.1. Morfologia do bambu 23
2.1.1.1. Características dos colmos 24
2.1.1.2. Anatomia do bambu 26
2.1.1.3. Estrutura dos nós 29
2.1.2. Propriedades físicas do bambu 30
2.1.2.1. Peso específico 31
2.1.2.2. Teor de umidade 31
2.1.2.3. Absorção de água 32
2.1.3. Propriedades Mecânicas 32
2.1.3.1. Resistência à tração 33
2.1.3.2. Resistência à compressão 34
2.1.3.3. Resistência ao cisalhamento 35
2.1.3.4. Resistência à Flexão 36
2.1.4. Durabilidade do bambu inserido no concreto 37
2.1.4.1. Influência do processo de obtenção das peças de bambu 38
2.1.4.1.1. Corte do bambu 39
2.1.4.1.2. Cura do bambu 39
2.1.4.1.3. Secagem do bambu 40
2.1.4.2. Influência da capacidade de absorção de água 41
2.1.4.3. Suscetibilidade à deterioração por ataque químico 43
2.1.4.4. Tratamentos preservativos 44
2.2. Pilares 45
2.2.1. Conceito de pilares 45
2.2.2. Dimensionamento de pilares 46
2.2.3. Classificação dos pilares 48
2.2.3.1. Quanto sua posição na estrutura 48
2.2.3.2. Quanto ao índice de esbeltez 49
2.2.3.3. Conforme a armadura 50
2.2.4. Índice de esbeltez 51
2.2.5. Aderência reforço/concreto 55
2.2.6. Recomendações da NBR 6118/2003 para dimensionamento de
pilares 56
2.2.6.1. Compressão centrada em pilares curtos não cintados 58
3 Descrição dos pilares 60
3.1. Metodologia 60
3.2. Materiais 62
3.2.1. Constituintes do concreto 62
3.2.1.1. Cimento 62
3.2.1.2. Areia e brita 62
3.2.1.3. Aço 63
3.2.1.4. Bambu 63
3.3. Detalhamento das armaduras 63
3.4. Instrumentação 65
3.5. Descrição do ensaio de compressão nos pilares 69
3.6. Análise dos resultados de compressão axial dos pilares ensaiados em
2001 70
4 Procedimento Experimental 75
4.1. Ensaio de compressão centrada 75
4.2. Ensaios mecânicos 76
4.2.1. Ensaio de tração 79
4.2.2. Ensaio de flexão 83
4.2.3. Ensaio de cisalhamento 85
4.3. Análise microscópica 87
5 Apresentação e análise dos resultados 89
5.1. Compressão axial dos pilares 89
5.1.1. Deformação específica no concreto 95
5.2. Propriedades mecânicas das armaduras de bambu 99
5.2.1. Ensaio de tração nas armaduras de bambu 99
5.2.1.1. Análise microscópica nos corpos-de-prova de bambu solicitado à
tração 106
5.2.2. Ensaio de cisalhamento das armaduras de bambu 106
5.2.2.1. Análise microscópica nos corpos-de-prova de bambu sujeitos ao
cisalhamento 111
5.2.3. Ensaio de flexão em três pontos nas armaduras de bambu 112
5.2.3.1. Análise microscópica nos corpos-de-prova de bambu sujeitos à
flexão 118
6 Conclusões e sugestões para trabalhos futuros 120
6.1. Conclusões 120
6.2. Sugestões para trabalhos futuros 121
7 Referências Bibliográficas 122
Lista de figuras
Figura 2.1 – Corte longitudinal do colmo (Liese, 1992). 25
Figura 2.2 – Seção longitudinal do colmo (Liese, 1992). 26
Figura 2.3 – Variação da distribuição das fibras ao longo da espessura do colmo
do bambu (Cruz, 2002). 27
Figura 2.4 – Conjunto vascular do bambu (Liese, 1998). 28
Figura 2.5 – Detalhe da seção de fratura do bambu por tração (Liese, 1998). 28
Figura 2.6 – Anastomose do nó (Liese, 1998). 30
Figura 2.7 – Elementos de concreto reforçados com bambu e aço (Ghavami,
2001). 38
Figura 2.8 – Absorção de água em diferentes espécies de bambu (Ghavami, 2001).
42
Figura 2.9 (a – c) – Interação entre uma ripa de bambu não tratada e o concreto
(Ghavami, 2001). 42
Figura 2.10 – (a) Pilar com seção retangular; (b) pilar com seção quadrada
(Botelho, 1996). 47
Figura 2.11 – Seções e configurações de armaduras mais empregadas atualmente
em pilares de concreto armado (Botelho, 1996). 48
Figura 2.12 – Posicionamento dos pilares na estrutura (Fusco, 1981). 49
Figura 2.13 – Comprimento de flambagem segundo a NBR – 6118/2003. 52
Figura 2.13 – Comprimento efetivo de flambagem de acordo com a vinculação do
elemento (Fusco, 1981). 53
Figura 3.1 – Detalhe da armação dos pilares. 64
Figura 3.2 – Detalhe das armaduras de bambu. 64
Figura 3.3 (a – e) – Posição dos strain-gages na seção transversal e sua respectiva
localização ao longo da ripa (sem escala). 66
Figura 3.4 – Posições dos strain-gages na seção transversal e sua respectiva
localização ao longo da barra de aço. 67
Figura 3.5 – Posicionamento dos extensômetros no concreto dos pilares. 68
Figura 3.6 (a e b) – Detalhe do posicionamento dos extensômetros no concreto. 68
Figura 3.7 – Pilar posicionado na plataforma Amsler. 69
Figura 3.8 – Gráfico tensão x deformação específica do concreto no topo do pilar.
71
Figura 3.9 – Gráfico tensão x deformação específica do concreto no meio do pilar.
71
Figura 3.10 – Curva carga-deformação específica transversal no meio das ripas de
bambu. 72
Figura 3.11 – Curva carga-deformação específica transversal no topo das ripas de
bambu. 73
Figura 3.12 – Curva carga-deformação específica longitudinal no meio e topo das
ripas de bambu. 74
Figura 4.1 – Esquema de montagem do pilar na plataforma de ensaio. 76
Figura 4.2 – Vista superior de pórtico (corte A – A). 77
Figura 4.3 – Detalhe do posicionamento dos macacos hidráulicos. 77
Figura 4.4 – Detalhe na base do pilar. 78
Figura 4.5 – Ripas de bambu após terem sido retiradas dos pilares. 78
Figura 4.6 – Detalhe da aderência do concreto nas ripas de bambu. 79
Figura 4.7 – Dimensões de um corpo-de-prova de tração. 80
Figura 4.8 – Chapas de alumínio coladas nas extremidades dos corpos-de-prova.
80
Figura 4.9 – Aparato do ensaio de tração – Vista geral da Instron 5500 R. 81
Figura 4.10 – Corpos-de-prova de tração. 81
Figura 4.11 (a e b) – Detalhe do posicionamento dos strain gages. 82
Figura 4.12 (a e b) – Detalhe ensaio de tração no bambu. 82
Figura 4.13 – Dimensões e esquema de aplicação de carga em um corpo-de-prova
sujeito à flexão (Ghavami, 1988). 83
Figura 4.14 – Detalhe do corpo-de-prova de flexão. 84
Figura 4.15 – Detalhe da borracha nos apoios e o posicionamento do corpo-de-
prova. 84
Figura 4.16 – Dimensões de um corpo-de-prova de cisalhamento paralelo às
fibras. 86
Figura 4.17 – Corpos-de-prova de cisalhamento. 86
Figura 4.18 – Detalhe dos entalhes nos corpos-de-prova de cisalhamento. 86
Figura 4.19 – Detalhe do cisalhamento no corpo-de-prova. 87
Figura 4.20 (a e b) – Microscópio eletrônico de varredura – vista geral. 88
Figura 4.21 – Evaporadora de carbono BALSERS CED 030. 88
Figura 5.1 – Detalhe de fissuras perto da base do pilar durante o ensaio. 90
Figura 5.2 – Fissuras ao longo da seção do pilar. 90
Figura 5.3 – Detalhe no ponto de ruptura do pilar B4, visto por três ângulos
diferentes. 91
Figura 5.4 – Detalhe no ponto de ruptura do pilar B10, visto por três ângulos
diferentes. 91
Figura 5.5 – Detalhe no ponto de ruptura do pilar B12, visto por três ângulos
diferentes. 92
Figura 5.6 – Detalhe no ponto de ruptura do pilar AÇO, visto por três ângulos
diferentes. 92
Figura 5.7 (a – g) – Detalhe das ripas de bambu no momento do colapso da
estrutura. 93
Figura 5.8 (a – i) – Armadura do pilar AÇO apresentando sinais de corrosão visto
por vários ângulos. 94
Figura 5.9 – Curva %fc x deformação específica do concreto, fixados no pilar B4
em ensaios realizados por Rosa (2002) e em 2005. 96
Figura 5.10 - Curva %fc x deformação do concreto, fixados no pilar B10 em
ensaios realizados por Rosa (2002) e em 2005. 97
Figura 5.11 - Curva %fc x deformação do concreto, fixados no pilar B12 em
ensaios realizados por Rosa (2002) e em 2005. 98
Figura 5.12 – Detalhe do corpo-de-prova de tração no momento da ruptura. 100
Figura 5.13 – Relação constitutiva à tração da armadura do pilar. 101
Figura 5.14 - Relação constitutiva à tração da armadura do pilar B10. 102
Figura 5.15 - Relação constitutiva à tração da armadura do pilar B12. 102
Figura 5.16 – Detalhe da ruptura à tração nos corpos-de-prova. 103
Figura 5.17 – Diagrama tensão x deformação específica de uma barra de aço CA-
50 (Machado 2004). 105
Figura 5.18 – Amostra retirada após a ruptura no ensaio de tração das armaduras
de bambu (ampliada 200 vezes). 106
Figura 5.19 – Detalhe no ponto de ruptura do bambu quando sujeito a uma carga
tracionada (ampliada 100 vezes). 107
Figura 5.20 – Detalhe do esclerênquima com vazios (ampliada 1000 vezes). 107
Figura 5.21 (a - c) – Detalhe da ruptura por cisalhamento de três corpos-de-prova
de bambu sem nó. 109
Figura 5.22 (a – c) - Detalhe da ruptura por cisalhamento de três corpos-de-prova
de bambu com nó. 109
Figura 5.23 – Seção de ruptura no ensaio de cisalhamento paralelo às fibras das
armaduras de bambu (ampliada 200 vezes). 111
Figura 5.24 – Detalhe da região de ruptura por cisalhamento ampliada (200
vezes). 112
Figura 5.25 - Detalhe da ruptura por flexão nos corpos-de-prova de bambu. 113
Figura 5.26 – Corpo-de-prova de bambu rompendo por flexão. 113
Figura 5.27 – Relação carga x deslocamento à flexão em ripas de bambu retiradas
da armadura do pilar B4. 115
Figura 5.28 - Relação carga x deslocamento à flexão em ripas de bambu retiradas
da armadura do pilar B10. 115
Figura 5.29 - Relação carga x deslocamento à flexão em ripas de bambu retiradas
da armadura do pilar B12. 116
Figura 5.30 – Amostra retirada após a ruptura por flexão das armaduras de bambu
(ampliada 200 vezes). 118
Figura 5.31 – Detalhe das fibras de bambu após a ruptura por flexão (ampliada
1000 vezes). 118
Lista de tabelas
Tabela 1.1 - Razão entre resistência à tração e peso específico de alguns materiais.
20
Tabela 1.2 – Energia necessária na produção dos materiais. 21
Tabela 2.1 – Resultado de ensaios à flexão em algumas espécies de bambu
(Beraldo, 1987). 37
Tabela 2.2 – Resultados de tratamento do bambu e do aço (Ghavami, 2005). 45
Tabela 3.1 – Características dos agregados. 62
Tabela 3.2 – Especificações dos strain gages. 65
Tabela 3.3 – Resistência do concreto em corpo-de-prova cilíndrico. 70
Tabela 5.1 – Valores da força obtida nos ensaios de compressão em 2001 e 2005.
95
Tabela 5.2 – Resultados obtidos nos ensaios à tração das armaduras de bambu. 101
Tabela 5.3 – Resistência à tração em corpos-de-prova com nó da espécie
Dendrocalamus giganteus. 104
Tabela 5.4 - Comparação da resistência à tração em corpos-de-prova sem nó da
espécie Dendrocalamus giganteus com outros autores encontrados na
literatura. 104
Tabela 5.5 – Resultados obtidos no ensaio ao cisalhamento paralelo às fibras das
armaduras de bambu. 108
Tabela 5.6 - Resistência ao cisalhamento paralelo às fibras em corpos-de-prova
com nó da espécie Dendrocalamus giganteus. 110
Tabela 5.7 - Resistência ao cisalhamento paralelo às fibras em corpos-de-prova
sem nó da espécie Dendrocalamus giganteus. 110
Tabela 5.8 - Resultados obtidos no ensaio de flexão em três pontos nos corpos-de-
prova retirados das armaduras de bambu. 114
Tabela 5.9 - Resistência à flexão em corpos-de-prova com nó da espécie
Dendrocalamus giganteus. 117
Tabela 5.10 - Resistência à flexão em corpos-de-prova sem nó da espécie
Dendrocalamus giganteus. 117
Lista de Símbolos
tσ Resistência à tração
γ Peso específico
τ Aderência
bntτ Aderência do bambu não tratado
λ Índice de esbeltez
el Comprimento efetivo de flambagem do pilar
i Raio de giração
cI Momento de inércia da seção transversal do pilar
cA Área da seção transversal do pilar
0l Altura livre
h Dimensão da seção transversal do pilar
l Distância entre os nós do pórtico
1λ Índice de esbeltez de 1a ordem
1e Excentricidade de 1a ordem
aM Maior valor absoluto para o momento de 1a ordem ao longo do
pilar
bM Menor valor absoluto para o momento de 1a ordem ao longo do
pilar
cM Momento de 1a ordem no meio do pilar
cA Área de concreto
slA Área da armadura longitudinal
nφ Diâmetro da barra de aço
lφ Diâmetro da barra de aço da armadura longitudinal
tφ Diâmetro da barra de aço da armadura transversal
n Número de barras de aço
màxs Espaçamento máximo entre os estribos
ykf Resistência característica de escoamento do aço
cε Deformação do concreto
sε Deformação do aço
cγ Coeficiente de segurança do concreto
sγ Coeficiente de segurança do aço
min,dM1 Momento mínimo de 1a ordem
dN Valor de cálculo da força normal atuante
cdf Resistência de cálculo do concreto
ccA Área da seção de concreto comprimida
sdf Tensão de cálculo na armadura
sA Área de aço
sρ Taxa geométrica de armadura longitudinal
ckf Resistência característica de escoamento do concreto
cf Resistência à compressão do concreto
bf Resistência à compressão do bambu
4B Pilar armado com 4 ripas de bambu
10B Pilar armado com 10 ripas de bambu
12B Pilar armado com 12 ripas de bambu
AÇO Pilar armado com aço
cjf Resistência à compressão esperada após 28 dias
dS Desvio padrão de dosagem
cf Resistência máxima do concreto
tσ Resistência à tração
P Força aplicada
b Largura do corpo-de-prova
L Comprimento do vão livre
MEF Módulo de elasticidade na flexão
m Inclinação da curva carga x deslocamento
τ Resistência ao cisalhamento
cisA Área da superfície cisalhada
fσ Módulo de ruptura por flexão
1 Introdução
Nos últimos anos tem sido uma constante na área da construção civil a
preocupação pelo estudo de materiais, equipamentos e técnicas que possibilitem o
barateamento da habitação popular. Os países em desenvolvimento possuem uma
grande reserva de materiais potencialmente utilizáveis. Faz-se necessário o
desenvolvimento e implantação de técnicas de baixo consumo de energia, ao
mesmo tempo em que se incentive a renovação dos produtos naturais.
Há muitos anos o bambu vem demonstrando grandes qualidades para a
construção civil. O bambu é um material leve, flexível, de fácil manuseio e sua
planta tem crescimento acelerado. Sua leveza associada a uma alta resistência
(Tabela 1.1) torna-o um forte candidato para substituir o aço em estruturas de
concreto armado de pequeno porte.
Tabela 1.1 - Razão entre resistência à tração e peso específico de alguns materiais.
Tipo de
material
Resistência à
tração σσσσt (MPa)
Peso específico
γγγγ (N/mm³ x 10-2)
210γ
σ tR = açoR
R
Aço CA-50 800 7,83 1,02 1,00
Alumínio 300 2,79 1,07 1,04
Ferro gusa 200 7,20 0,27 0,26
Bambu 150 0,80 1,87 1,83
O bambu é de fundamental importância para o desenvolvimento sustentável,
principalmente no que diz respeito a habitações populares. O baixo consumo de
energia em sua produção (Tabela 1.2), a grande abundância e o baixo preço
caracterizam o bambu como material potencialmente promissor, além de evitar a
poluição, mantendo-se a conservação dos recursos naturais.
1 – Introdução 21
Tabela 1.2 – Energia necessária na produção dos materiais.
Material Bambu Madeira Concreto Aço
MJ/m³/MPa 30 80 240 1500
.
Este trabalho dá continuidade a um programa de pesquisas sobre alternativas
de utilização de materiais não convencionais na construção civil, que já vem
sendo desenvolvido desde 1979 pelo Grupo de Pesquisa em Materiais e
Tecnologias não Convencionais, do Departamento de Engenharia Civil da
Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro (PUC-Rio), coordenado pelo
Professor K. Ghavami.
1.1. Objetivo da pesquisa
O foco principal deste trabalho é a avaliação da durabilidade das armaduras
de bambu utilizadas como reforço em pilares de concreto armado, por meio das
propriedades mecânicas e análise microscópica desse material. Esse trabalho dá
continuidade ao realizado por Rosa (2002), do mesmo Grupo de Pesquisa,
utilizando pilares armados com bambu e aço, produzidos em 2001, no âmbito do
citado trabalho.
1.2. Apresentação da dissertação
Esta dissertação está dividida em seis capítulos. No capítulo 2 faz-se uma
revisão bibliográfica sobre o bambu, buscando-se informações sobre suas
propriedades físicas e mecânicas, e de durabilidade. Apresentam-se também
conceitos, classificação e recomendações da NBR 6118 (2003) para
dimensionamento de pilares de concreto armado com aço.
O capítulo 3 apresenta uma revisão bibliográfica da dissertação de mestrado
de Rosa (2002), onde são descritos e analisados os seus ensaios.
O capítulo 4 relata o procedimento experimental adotado nesse trabalho,
descrevendo a preparação dos corpos-de-prova, equipamentos utilizados e
procedimentos para realização dos ensaios de compressão axial nos pilares e de
medida das propriedades mecânicas (tração, cisalhamento e flexão) de corpos-de-
1 – Introdução 22
prova retirados das armaduras de bambu utilizadas como reforço dos pilares
estudados por Rosa (2002).
No capítulo 5 efetua-se a análise dos dados, comparando-os aos resultados
publicados em trabalhos anteriores.
As conclusões são descritas no capítulo 6, onde são discutidas a validade
dos resultados obtidos. A partir da conclusão são feitas sugestões para
continuidade dos estudos dentro desse tema, em trabalhos posteriores.
2 Revisão Bibliográfica
2.1. Bambu
O bambu é uma gramínea cuja macroestrutura e mesoestrutura
possibilitam sua classificação como material compósito inteligente. Isto porque
sua macroestrutura (diâmetro, espessura, espaçamento entre nós) desenvolve-se de
forma a otimizar o volume de material frente às solicitações externas e peso
próprio, aos quais estão sujeito na natureza, resultando num material leve e de
excepcionais características mecânicas (Ghavami, 2000).
O que diferencia o bambu, de imediato, de outros materiais estruturais é sua
produtividade. Dois anos ou mais após ter brotado do solo, dependendo da
espécie, o bambu já possui uma ótima resistência estrutural, não tendo, portanto,
neste aspecto, nenhum concorrente no reino vegetal (Ghavami, 2000).
Experiências realizadas no Departamento de Engenharia Civil da PUC-Rio
têm demonstrado que o bambu é compatível com qualquer outro tipo de material,
sendo possível seu uso em estruturas de concreto usual, substituindo o uso do aço
em armaduras e na fabricação de treliças espaciais ou planas, além de reduzir o
custo da obra e o nível de poluição provocado pela produção de materiais
convencionais (Cruz, 2002).
2.1.1. Morfologia do bambu
Os bambus são classificados como Bambusoideae, que pertencem a um
grupo de gramíneas arborescentes, na maioria das espécies gigantes, com colmos
que crescem de rizomas subterrâneos. É um material biológico abundante, o qual
aparece principalmente em regiões tropicais e subtropicais. Os bambus são as
plantas de mais rápido crescimento na Terra. O recorde de crescimento diário,
medido nos limites de Kyoto em 1956, foi de 121 cm do bambu Medake, que
tinha 12 cm de diâmetro de colmo amadurecido (Ueda apud Dunkelberg, 1985).
2 – Revisão Bibliográfica 24
No Brasil o crescimento do Dendrocalamus giganteus de 14 cm de diâmetro
basal, na PUC-Rio, tem sido de 39 cm em 24 horas (Ghavami, 2000).
Os bambus propagam-se, em geral, por natural regeneração das florestas.
A principal forma de reprodução do bambu acontece assexuadamente por meio da
ramificação dos rizomas (ramos ou colmo). Os rizomas dos bambus podem ser
considerados como fábricas naturais subterrâneas (Ueda apud Dunkelberg, 1985).
Os rizomas dos bambus possuem a seguinte classificação (Ueda apud
Dunkelberg, 1985):
Leptomorfo (ou tipo monopodial): o rizoma leptomorfo tem um diâmetro
menor do que os dos colmos e tem forma cilíndrica ou semicilíndrica, com seção
oca interrompida nos nós por um diafragma. Os brotos laterais dos rizomas
leptomorfos formam um único colmo. O crescimento do tipo monopodial de
rizoma produz um sistema de malhas sob o solo, o qual previnem o colapso dos
flancos de morros, margens de rios e desmoronamentos no geral. Em zonas
sujeitas a abalos sísmicos as regiões que apresentam esse tipo de bambu tornam-se
lugares de seguro refúgio quando da ocorrência de terremotos.
Pachymorfo (ou do tipo sympodial): o rizoma pachymorfo é curto e grosso,
de forma curvada raramente esférica, e com uma espessura máxima usualmente
maior que a do colmo. A parte mais alta do rizoma que tem nós sai da terra e
cresce em um colmo. No ano seguinte o broto na parte basal do solo começa a
gerar um segundo colmo, formando assim um conjunto de colmos, o qual é
chamado “bambuzal”. Os maiores gêneros dos bambus sympodial são:
Dendrocalmus giganteus e Bambusa vulgaris.
Metamorfo (ou tipo intermediário anfipodial): o termo metamorfo é usado
para este tipo de bambu porque ele não se adapta nem ao Leptomorfo nem ao
Pachymorfo, e sim à transformação de um no outro.
2.1.1.1. Características dos colmos
Os colmos do bambu que podem ser usados na construção são, geralmente,
cilindros ocos, com diâmetro variando de 1 cm a 30 cm, e altura variando de 40
cm a 30 m. O diâmetro do bambu decresce ao longo do seu comprimento, de
baixo para cima, e seu comprimento é dividido em intervalos por nós, dos quais
2 – Revisão Bibliográfica 25
crescem os ramos. A distância entre os nós é chamada de internó que apresenta
diferentes tamanhos para as diversas espécies de bambu. A superfície exterior do
colmo é coberta por duras e lustrosas cutículas, as quais evitam parcialmente a
perda de água do bambu. Nos nós as fibras ficam descontinuadas facilitando a
entrada de água.
As propriedades físicas de um colmo de bambu, como a cor, altura total,
distâncias entre nós, diâmetro e espessura de parede, são relacionadas à espécie e
à idade do bambu. A estrutura de um corte longitudinal no colmo de é mostrado
nas Figuras 2.1 e 2.2 (Liese, 1992).
Cerca de 60 % a 70 % do peso do colmo está nas fibras, sendo que este
não é distribuído uniformemente. A capacidade da fibra do colmo cresce
progressivamente enquanto os feixes vasculares tornam-se menores no tamanho e
mais densos do interior para superfície exterior do colmo. Em geral, 40 % a 60 %
das fibras estão concentradas na parte mais externa, onde são maiores as tensões
devido à força do vento (Liese, 1992).
Nó
Diafragma
Cavidade
Superfícielisa e rígida
ColmoEspessurada parede
Fibras
Internó
Figura 2.1 – Corte longitudinal do colmo (Liese, 1992).
2 – Revisão Bibliográfica 26
Figura 2.2 – Seção longitudinal do colmo (Liese, 1992).
2.1.1.2. Anatomia do bambu
O bambu é formado por feixes de fibras longitudinais unidas por uma
substância aglutinante, a lignina. Esses feixes de fibras estão distribuídos de tal
modo que a zona interna contém de 15 % a 30 % desses feixes, e a zona externa,
de 40% a 70 % (Figura 2.3), fazendo com que o material possa resistir melhor às
forças do vento (Azzini, 1979 e Cruz, 2002). As fibras vegetais são compostas por
diferentes teores de celulose, hemicelulose, lignina e substâncias extrativas, sendo
as moléculas de celulose as responsáveis pela resistência à tração, flexão e pela
rigidez na direção longitudinal do bambu (Amada, 1997). A lignina é um
armazenador de energia sendo responsável pela transferência de tensões entre as
fibras (Jain et al., 1992).
A estrutura anatômica da seção transversal é determinada pelo formato,
tamanho, disposição e número de canais vasculares, sendo típica de um material
graduado funcionalmente (Amada, 1997). O sistema vascular é composto por
fibras e vasos condutores, sendo formados por dois vasos: o metaxilema e o
floema, e pelo protoxilema que são artérias principais. Os vasos vasculares são
cercados por células parenquimáticas. A espessura da parede do colmo decresce
da base até o topo devido à redução de sua parte interna, contendo mais vasos
parenquimáticos e menos vasos vasculares. A parte superior do colmo, que
2 – Revisão Bibliográfica 27
contém mais vasos vasculares e menos parenquimáticos, tem maior densidade.
Assim, as resistências à tração e à flexão aumentam com o aumento da altura do
bambu (Lopez, 2003).
Figura 2.3 – Variação da distribuição das fibras ao longo da espessura do colmo do
bambu (Cruz, 2002).
A parte externa do colmo é formada por duas camadas de células
epidermiais cobertas por uma camada cutinizada e com cera. Mais internamente
ocorre uma camada mais espessa e altamente lignificada, constituída de
numerosas células esclerenquimáticas (fibras), dificultando qualquer movimento
lateral dos líquidos. O tecido de um colmo é composto pelas células de
parênquima, feixes vasculares e fibras. O colmo é composto por 40% de fibras,
50% de células parenquimáticas, que dá flexibilidade ao bambu, e 10% de vasos
condutores de seiva (Liese, 1992). A Figura 2.4 mostra o conjunto vascular do
bambu, e a Figura 2.5 mostra, em imagens obtidas por microscopia, uma seção de
um corpo-de-prova de bambu rompido por tração (Liese, 1998).
Lignina
Feixe de fibra
2 – Revisão Bibliográfica 28
Figura 2.4 – Conjunto vascular do bambu (Liese, 1998).
Figura 2.5 – Detalhe da seção de fratura do bambu por tração (Liese, 1998).
Esclerênquima
Vasos condutores
de seiva
Parênquima
Fibra
Parênquima
2 – Revisão Bibliográfica 29
De acordo com Azzini e Salgado (1992), a fração não fibrosa do bambu é
constituída basicamente por tecido parenquimático, rico em substância de reserva,
o amido. Portanto, não se recomenda a utilização de espécies que tenham alta
concentração de amido na construção, pois isso pode aumentar a suscetibilidade
ao ataque de insetos.
2.1.1.3. Estrutura dos nós
O nó do colmo de bambu é composto de uma crista nodal, uma cicatriz de
revestimento, um diafragma e um intranó. O comprimento dos intranós e a forma
do diafragma variam ao longo do colmo, de acordo com a espécie. Este pode ser
plano ou pode sofrer um encurvamento de sua parte central para cima ou para
baixo, ou mesmo dobrar-se. Muitos dos feixes vasculares principais passam
através dos nós. Na periferia da parede do colmo eles se curvam ligeiramente para
fora e tornam-se conectado com a cicatriz, enquanto na zona interna curvam-se
para dentro e dirigem-se para o diafragma (Liese, 1992).
A estrutura dos nós é mais complexa do que nos internós, já que nestas
regiões ocorrem a principal distribuição de água e nutrientes por meio de intensa
anastomose do sistema vascular (Figura 2.6). Por estes motivos, na região nodal a
composição típica do feixe vascular é parcialmente mudada. As fibras dos colmos
são orientadas ao longo do colmo do bambu, enquanto que nos nós essas fibras se
tornam intrincados de maneira complexa, o que confere a essas propriedades
isotrópicas, promovendo um reforço adicional para o colmo. Os nós têm a função
de prevenir a flambagem devida à flexão (Amada, 1997).
2 – Revisão Bibliográfica 30
Figura 2.6 – Anastomose do nó (Liese, 1998).
As células de parênquima da região nodal são principalmente redondas e
algumas vezes de forma bastante irregular. O diâmetro médio destas células é
cerca de 45 µm (Cruz, 2002).
O comprimento das fibras varia ao longo da parede do colmo, sendo mais
curto na parte externa, mais longa no centro, decrescendo em direção à região
interna. Na região nodal as fibras são mais curtas que na região internodal. As
fibras mais curtas estão no diafragma. A redução no comprimento é acompanhada
por mudanças de largura e forma das fibras nesta região.
2.1.2. Propriedades físicas do bambu
O bambu é um material que apresenta grande potencialidade de utilização
como reforço em estruturas de concreto. O estudo de suas propriedades físicas é
necessário para observar o comportamento do bambu em um compósito. O peso
específico, teor de umidade e absorção de água são algumas propriedades físicas
que tem grande influência sobre o desempenho do bambu, como reforço
estrutural.
2 – Revisão Bibliográfica 31
2.1.2.1. Peso específico
O bambu é um material que possui baixa massa específica e uma alta
resistência mecânica. Essa relação diferencia o bambu dos outros materiais
estruturais. O bambu deixa mais leve a estrutura, levando o peso próprio a tornar-
se uma parcela considerável no carregamento com materiais mais densos como o
concreto.
Culzoni (1986) encontrou para a espécie Dendrocalamus giganteus, valores
de peso específico de 0,87 g/cm3, 0,98 g/cm3 e 0,86 g/cm3, respectivamente para a
base, meio e topo do bambu. Ghavami e Tolêdo Filho (1992) obtiveram valores
de peso específico na base, meio e topo de 0,86 g/cm3, 0,98 g/cm3 e 0,82 g/cm3
respectivamente, para a espécie Dendrocalamus giganteus, estudada no Rio de
Janeiro e 0,85 g/cm3, 0,83 g/cm3 e 0,80 g/cm3 respectivamente, para a espécie
Dendrocalamus giganteus estudadas na Paraíba.
Rosa (2005) encontrou valores de peso específico, para a espécie
Dendrocalamus giganteus, na base do bambu, de 0,731 g/cm3. Para a mesma
espécie um valor de 1,018 g/cm3 foi encontrado para o peso específico saturado.
2.1.2.2. Teor de umidade
O material é considerado em umidade natural quando o mesmo depende das
condições do meio ambiente. Beraldo et al. (2003) afirmam que o teor de umidade
de um colmo de bambu (em base seca), recém-cortados, é cerca de 80 %, variando
em função da idade do colmo, do ano em que foi efetuado o abate e da posição
escolhida para retirada da amostra.
Ghavami (2005) obteve resultados para teor de umidade do bambu
Dendrocalamus giganteus, cortados em 1999, secos ao ar, variando de 13 % a 15
% e para o bambu Guadua angustifólia, cortados do mesmo ano, variando de 13
% a 14 %.
O ponto de saturação das fibras de bambu é inferior a 17 %, mostrando ser
muito inferior ao da madeira, que pode chegar a 30 % (Ota apud Beraldo e Freire,
2003).
2 – Revisão Bibliográfica 32
Para a espécie Dendrocalamus giganteus, o teor de umidade na base do
bambu foi de 14,36 % (Rosa, 2005). Culzoni (1986) obteve valores de teor de
umidade para a espécie Dendrocalamus giganteus de 19,00 %, 18,90 %15,50 %
respectivamente para base, meio e topo do bambu.
Ghavami e Tolêdo Filho (1992) obtiveram valores de teor de umidade na
base, meio e topo de 19,50 %, 18,90 % e 13,90 % respectivamente, para a espécie
Dendrocalamus giganteus, estudada no Rio de Janeiro e 15,60 %, 15,30 % e
14,50 % respectivamente, para a espécie Dendrocalamus giganteus estudada na
Paraíba.
2.1.2.3. Absorção de água
Ghavami (2005) obteve resultados para absorção de água do bambu
Dendrocalamus giganteus, nas primeiras 24 horas, de 27,45 %. Culzoni (1986)
obteve para a mesma espécie, nas primeiras 24 horas, valores de 18,50 %, 17,00
% e 16,50 % respectivamente para base, meio e topo do bambu.
As medidas das variações dimensionais dos bambus DG e BVS mostraram
maiores acréscimos nas dimensões radiais que chegam até 6 % da seção
transversal após 7 dias de imersão em água. As variações circunferenciais e
longitudinais atingiram até 3,5 % e 0,5 % respectivamente (Ghavami, 2001).
2.1.3. Propriedades Mecânicas
O bambu é um material natural e como tal existe uma infinidade de fatores
que influenciam suas características mecânicas. Da mesma forma que na madeira,
estas características variam com a espécie, idade da planta, tempo de corte e até
dentro de uma mesma espécie, a variação é muito grande devido à influência de
fatores alheios ao controle do homem. Ainda assim a idade, umidade e espécie
devem ser consideradas como principais variáveis na determinação de suas
propriedades. Pelo fato do bambu ser um material anisotrópico, suas propriedades
mecânicas variam em diferentes direções e dependem do ângulo entre a direção da
força aplicada e das fibras.
2 – Revisão Bibliográfica 33
Em virtude da orientação das fibras ser paralela ao eixo do colmo, os
bambus resistem mais à tração axial do que à compressão. O módulo de
elasticidade varia em função da posição do colmo. Nos nós, o valor do módulo de
elasticidade é menor em virtude da concentração de sílica. Na parte mais externa
este valor é cerca de 14 % maior que na parte interna (Liese, 1998).
2.1.3.1. Resistência à tração
A estrutura fibrosa, em feixes, do bambu favorece a resistência a esforços de
tração axial, porém, quando solicitado axialmente, raramente rompe por tração
pura (Culzoni, 1986). A principal causa disto reside nas tortuosidades dos feixes e
nas mudanças de seções, geralmente nos nós, onde se interrompem as fibras, se
reduzem as áreas resistentes e originam-se, na peça, solicitações secundárias de
compressão normal, cisalhamento e fendilhamento, às quais o material oferece
menor resistência.
Segundo Beraldo et al. (2003), a resistência à tração axial do bambu, em
algumas espécies, pode atingir 370 MPa. Isso torna atrativo o uso do bambu como
substituto do aço. Em geral a resistência à tração axial do bambu, com ou sem nó,
situa-se entre 40 MPa e 215 MPa, e o seu módulo de elasticidade varia entre 5,5
GPa e 18 GPa.
Ghavami (1995) estudou a resistência à tração do bambu Dendrocalamus
giganteus, com e sem nó, e encontrou 119,02 MPa e 135 MPa, e módulo de
elasticidade de 11,75 GPa e 14,5 GPa, respectivamente. Já a resistência à
compressão foi, em geral, 30 % menor que a resistência à tração. Lima Jr et al.
(2000) obtiveram valores de resistência à tração para o mesmo bambu na ordem
de 97,51 MPa para os corpos-de-prova com nó, e 277,19 MPa para os corpos-de-
prova sem nó, e módulo de elasticidade de 13,14 GPa e 23,75 GPa,
respectivamente.
Ghavami e Marinho (2001) constataram que a resistência à tração
encontrada na espécie Dendrocalamus giganteus foi da ordem de 224 MPa e
118,83 MPa, na parte intermediária, sem nó e com nó, respectivamente. Na parte
basal e no topo, obtiveram uma resistência à tração de 159,35 MPa e 73,14 MPa e
147,16 MPa e 116,32 MPa, sem nó e com nó, respectivamente. Nas regiões com
2 – Revisão Bibliográfica 34
nó, a resistência diminui. Isto ocorre devido à descontinuidade das fibras nestes
pontos, seguindo a direção do nó.
Culzoni (1986) em ensaios de tração para a espécie Dendrocalamus
giganteus, obteve valores de 148,28 MPa e 110,34 MPa, com módulo de
elasticidade de 12,54 GPa e 11,74 GPa, respectivamente, para corpos-de-prova
sem nó e com nó.
Barbosa et al. (2000), em testes realizados na UFPB, encontrou resultados
para a resistência à tração da espécie Dendrocalamus giganteus de 214,10 MPa
em corpos-de-prova sem nó e 106,20 MPa para corpos-de-prova com nó.
Ghavami e Tolêdo Filho (1992) obtiveram valores de resistência à tração na
base, meio e topo para a espécie Dendrocalamus giganteus, em corpos-de-prova
com nó, de 106,80 MPa, 143,60 MPa e 114,00 MPa, com módulo de elasticidade
de 12,98 GPa, 16,73 GPa e 13,44 GPa, respectivamente e para corpos-de-prova
sem nó, 147,00 MPa, 188,10 MPa e 157,60 MPa, com módulo de elasticidade de
19,11 GPa, 15,70 GPa e 10,71 GPa, respectivamente.
2.1.3.2. Resistência à compressão
A curva tensão-deformação nos ensaios de compressão é quase linear. A
resistência à compressão situa-se na faixa de 20 MPa a 120 MPa e o módulo de
elasticidade varia entre 2,6 GPa e 20 GPa (Beraldo et al., 2003).
Culzoni (1986), em ensaios de compressão para a espécie Dendrocalamus
giganteus, obteve resistência de 38,96 MPa e 45,54 MPa, com módulo de
elasticidade de 3,57 GPa e 4,02 GPa, respectivamente, para corpos-de-prova com
nó e sem nó.
Moreira (1991) estudou a resistência à compressão do bambu
Dendrocalamus giganteus, com e sem nó e obteve valores médios de 35 MPa e 38
MPa, respectivamente.
Ghavami e Marinho (2002), com a espécie Guadua angustifólia, mostrou
que a resistência à compressão axial é quase um terço do valor da resistência à
tração axial. Na base, encontraram-se valores de resistência à compressão axial de
25,60 MPa para corpos-de-prova sem nó, e 27,57 MPa para corpos-de-prova com
2 – Revisão Bibliográfica 35
nó. Na região intermediária, os valores da resistência à compressão axial foram
34,71 MPa e 30,46 MPa, respectivamente para corpos-de-prova sem nó e com nó.
Ghavami e Marinho (2002) obtiveram uma resistência média à compressão
do bambu Phyllostachys pubescens (Mosó) de 50,55 MPa, com ocorrência de
valores máximos na parte intermediária, com 54,97 MPa nos corpos-de-prova sem
nó, e 50,54 MPa nos corpo-de-prova com nó. Valores obtidos por Ghavami e
Souza (2000), para o bambu da mesma espécie ficaram em torno de 49,30 MPa. Já
Ghavami e Boza (1998) encontraram um valor médio de 57,20 MPa para a
resistência à compressão e 3,90 GPa para o módulo de elasticidade.
Barbosa et al. (2000) obtiveram para a espécie Dendrocalamus giganteus,
resistência à compressão axial de 56,65 MPa para corpos-de-prova sem nó, e
57,99 MPa para corpos-de-prova com nó, variando o seu módulo de elasticidade
de 20,50 GPa a 21,88 GPa, respectivamente, para corpos-de-prova sem nó e
corpos-de-prova com nó.
Ghavami e Tolêdo Filho (1992) obtiveram valores de resistência à
compressão na base, meio e topo para a espécie Dendrocalamus giganteus, em
corpos-de-prova com nó, de 58,66 MPa, 53,96 MPa e 54,04 MPa, com módulo de
elasticidade de 12,07 GPa, 15,15 GPa e 9,79 GPa, respectivamente, e para corpos-
de-prova sem nó, 56,61 MPa, 63,77 MPa 72,87 MPa, com módulo de elasticidade
de 15,29 GPa, 11,26 GPa e 10,41 GPa, respectivamente.
2.1.3.3. Resistência ao cisalhamento
Segundo Janssen (1980), a resistência ao cisalhamento do bambu ao longo
das fibras é somente de cerca de 8 % da resistência à compressão. Grosser e Liese
(1974) afirmam que a resistência ao cisalhamento aumenta com a diminuição da
espessura da parede, ou seja, da base para o topo da peça do bambu. Argumentam
que a porcentagem de esclerênquima (tecido de sustentação do bambu, elemento
que proporciona resistência ao material) aumenta com a diminuição da espessura
da parede.
Em geral, quanto menor a espessura da parede do bambu, maior é a
resistência ao cisalhamento. A resistência ao cisalhamento transversal às fibras do
bambu situa-se em torno de 30 % de sua resistência à flexão, ou seja, em torno de
2 – Revisão Bibliográfica 36
32 MPa (variando entre 20 MPa e 65 MPa). A resistência ao cisalhamento
interlaminar é de, aproximadamente, 15 % de sua resistência à compressão, ou
seja, em torno de 6 MPa, com variação de 4 MPa a 10 MPa (Beraldo et al., 2003).
Culzoni (1986) obteve uma média da resistência ao cisalhamento
perpendicular às fibras da espécie Dendrocalamus giganteus de 46,63 MPa.
Ghavami e Souza (2000) obtiveram valores médios para resistência ao
cisalhamento interlaminar da espécie Dendrocalamus giganteus de 3,08 MPa e
3,11 MPa, respectivamente para corpos-de-prova com nó e sem nó.
Ghavami e Marinho (2001) apresentaram valores para a resistência ao
cisalhamento interlaminar de 3,56 MPa e 3,37 MPa em corpos-de-prova com nó e
sem nó respectivamente, para a espécie de bambu Dendrocalamus giganteus.
Ghavami e Marinho (2002) realizaram ensaios de cisalhamento paralelo às
fibras do bambu da espécie Dendrocalamus giganteus. Os valores foram
diminuindo do topo para a base. No topo, a resistência ao cisalhamento foi de 4,20
MPa, para o corpos-de-prova sem nó e 3,60 MPa, para o corpos-de-prova com nó.
Na região intermediária os valores foram 4,20 MPa e 3,24 MPa, respectivamente,
para corpos-de-prova sem e com nó. Na base, estes valores foram 3,24 MPa para
corpos-de-prova sem nó e 2,34 MPa para corpos-de-prova com nó. Observa-se
que nos corpos de prova sem nó a resistência é maior e se mantém quase uniforme
nas três partes, já nas partes com nó, a resistência é menor e os valores variam
muito.
2.1.3.4. Resistência à Flexão
Quando a ruptura ocorre por flexão, a maior causa de sua ocorrência é a
falta de aderência entre as fibras. Segundo Beraldo et al. (2003), a resistência do
bambu à flexão varia entre 30 MPa e 170 MPa. O módulo de elasticidade dos
colmos de bambus estudados na flexão, usando segmentos de bambu, variou entre
6 GPa e 14 GPa, e sua resistência à flexão variou de 57 MPa a 133 MPa.
Culzoni (1986), em ensaios de flexão simples para a espécie
Dendrocalamus giganteus, obteve uma resistência de 93,04 MPa e 124,36 MPa,
com módulo de elasticidade de 9,94 GPa e 12,18 GPa, respectivamente, para
corpos-de-prova com nó e sem nó.
2 – Revisão Bibliográfica 37
Na Tabela 2.1 observa-se a resistência à flexão de diferentes espécies de
bambu e seus respectivos módulos de elasticidade (Beraldo, 1987).
Tabela 2.1 – Resultado de ensaios à flexão em algumas espécies de bambu (Beraldo,
1987).
Nome botânico Limite elástico
(MPa)
Módulo de
ruptura (MPa)
Módulo de
elasticidade (GPa)
B. tuldoides 95 153 20
B. vulgaris 48 106 8
B. v. vittata 40 75 5
D. giganteus 86 151 12
P. purpuratta 42 69 8
Ghavami e Tolêdo Filho (1992) obtiveram valores de resistência à flexão
simples na base, meio e topo, para a espécie Dendrocalamus giganteus, de 90,10
MPa, 99,50 MPa e 86,00 MPa, respectivamente, para corpos-de-prova com nó, e
115,10 MPa, 127,40 MPa e 136,70 MPa, respectivamente, para corpos-de-prova
sem nó.
2.1.4. Durabilidade do bambu inserido no concreto
A Figura 2.7 (a e b) mostra um pilar de concreto armado com aço, com 10
anos de idade, e uma viga de concreto reforçada com bambu tratado, ensaiada na
PUC-Rio em 1979 (Ghavami, 2001).
2 – Revisão Bibliográfica 38
(a) Viga reforçada com bambu exposto ao ar durante 15 anos (Ghavami, 2001).
(b) Pilar reforçado com aço com 10 anos de idade(Ghavami, 2001).
Figura 2.7 – Elementos de concreto reforçados com bambu e aço (Ghavami, 2001).
Observa-se que o bambu se apresenta em boas condições mesmo tendo
ficado exposto ao ar durante 15 anos, após os ensaios de rompimento da viga. No
entanto as barras de aço que serviram de reforço para os pilares apresentaram
corrosão, necessitando de reparos na estrutura. Ensaios mecânicos foram
realizados no bambu e não foram detectadas modificações na sua resistência
(Ghavami, 2001).
2.1.4.1. Influência do processo de obtenção das peças de bambu
Assim como a madeira, o bambu é vulnerável a ataques de fungos e
bactérias. Sua durabilidade varia de acordo com a espécie, idade, corte do bambu,
condições de conservação, cura e tratamento (Ghavami, 2005).
2 – Revisão Bibliográfica 39
2.1.4.1.1. Corte do bambu
O bambu alcança resistência máxima em um período de 3 a 6 anos após seu
plantio. Cada espécie de bambu deve ser extraída em épocas determinadas,
quando, por razões biológicas, tem menor quantidade de seiva em sua estrutura
interna.
Estando o bambu em sua idade apropriada para extração, o mesmo deve
apresentar as seguintes características físicas: superfície dura, pouca ou nenhuma
folha de proteção e envolvente ao colo chamada de bráctea; escassa penugem,
manchas escuras e grande quantidade de galhos (Culzoni, 1986).
O corte deve ser feito numa posição acima de 15 a 30 cm do solo,
imediatamente após o nó, para que a entrada de água seja evitada (Moreira, 1991).
O corte não destrói a subestrutura do bambuzal, ao contrário de uma árvore, que
uma vez cortada tem perdida toda sua subestrutura (raízes) (Ghavami, 2001).
2.1.4.1.2. Cura do bambu
A cura deve ser iniciada no momento do corte no bambuzal, consistindo na
expulsão ou diminuição do conteúdo de amido e seiva (Ghavami, 2001). O ataque
de brocas, cupins e fungos é maior durante os processos de cura e secagem, e o
teor de umidade precisa ser bem estabelecido, visando maximizar a resistência
mecânica.
A cura do bambu pode ser feita de três maneiras (Culzoni, 1986), conforme
descrito nos itens seguintes.
Por touceira no qual consiste em recostar os talos cortados contra os não
cortados, sem tirar os galhos nem folhas, isolando-os do solo por meio de pedras
ou suportes durante 4 a 8 semanas, dependendo das condições do tempo. É muito
usado nas zonas rurais.
Por imersão no qual consiste em submergir os talos em água do mar por
um período de 3 dias à 3 meses. É muito utilizado pelos povos orientais.
Por aquecimento no qual consiste em colocar o talo depois de cortado,
sobre o fogo, girando-o sem queimá-lo, matando qualquer inseto e, ao mesmo
2 – Revisão Bibliográfica 40
tempo, endurecendo as paredes externas, tornando-a menos propícia ao ataque dos
organismos. Esse sistema serve também para secar e retificar talos curvados.
2.1.4.1.3. Secagem do bambu
Após o corte do bambu, o mesmo deve ser estocado a fim de garantir sua
secagem, diminuindo o peso e, portanto, o custo do transporte (Ghavami, 2005).
Dentre os diversos fatores que influenciam a secagem podem ser citados: espécie
do bambu, condições de secagem, espessura da parede do talo e grau de
maturidade (Culzoni, 1986).
A secagem pode ser acelerada com técnicas naturais, mantendo-se a
folhagem por algum tempo após o corte para apressar a perda de água, ou
artificiais, como o uso do calor. Depois da cura, a secagem do bambu pode ser
feita por três métodos diferentes, conforme descritos nos itens seguintes.
Secagem ao ar livre no qual realiza-se empilhando os colmos
horizontalmente em uma área coberta, exposta ao ar, mas protegida do sol e da
chuva. O conteúdo de umidade dos bambus depois de um mês de permanência ao
ar geralmente é mínimo, mas pode variar muito em função da umidade
atmosférica. Com este sistema não é possível controlar a temperatura, a umidade
relativa e nem a circulação do ar. O período de secagem do bambu ao ar livre é de
6 a 12 semanas, para se atingir maior resistência e evitar fissuras.
Secagem ao fogo onde os colmos são apoiados entre dois suportes, a 50 cm
do nível do solo, entre os quais são colocados carvões acesos com uma altura
máxima de empilhamento de 15 cm. O calor aplicado não deve ser intenso,
atingindo uma temperatura menor que 120 °C e, para conseguir um aquecimento
uniforme, o bambu deve ser girado constantemente até secar. A fim de se obter
melhores resultados, recomenda-se secar previamente os colmos ao ar livre, até
uma umidade em torno de 50 %. Os defeitos mais comuns que surgem no bambu
com este tipo de secagem são: fissuras superficiais, fendilhamento generalizado,
deformações e mudança de coloração.
De acordo com Ohke (1989), em algumas espécies, os bambus dispostos
sobre a brasa eliminam lentamente a água e outros produtos indesejáveis através
da superfície externa, sendo removidos com um pano. Quando é possível, após a
2 – Revisão Bibliográfica 41
secagem ao fogo, o colmo deve ser submetido a raios infravermelhos, ficando
com uma superfície brilhante, sem perda de flexibilidade das fibras. Esse método
é mais apropriado para a espécie Phylistaquis áurea.
Secagem em estufa no qual são utilizadas estufas convencionais,
semelhantes às empregadas para secagem da madeira, com as quais é possível
manter certo controle de temperatura, umidade e velocidade do ar, com o que se
conseguem melhores resultados em menores períodos de tempo, porém
envolvendo custos mais elevados. É o método recomendado para secagem em
larga escala. Esse processo de secagem pode ser feito em duas ou três semanas,
porém há maiores possibilidades de ocorrência de rachaduras. Para evitar as
rachaduras deve haver a adequação da velocidade de evaporação da água da
superfície à velocidade de dispersão interna da umidade do bambu nas peças,
evitando o surgimento de tensões internas que ocasionam esses defeitos.
2.1.4.2. Influência da capacidade de absorção de água
Uma das principais desvantagens do bambu na utilização como armadura
em estruturas de concreto é sua grande capacidade de absorver água. Um bambu
com baixo teor de umidade é mais susceptível a ataques de fungos, principalmente
quando o teor de umidade for menor que 15%. As propriedades físicas e
mecânicas do bambu aumentam com a diminuição do teor de umidade (Ghavami,
2005).
A capacidade do bambu de absorver água foi determinada para diversas
espécies (Figura 2.8). Através da análise das curvas, percebe-se que as espécies
Bambusa vulgaris schard e Dendrocalamus giganteus absorvem uma menor
quantidade de água, em um determinado intervalo de tempo, em relação às outras
espécies (Ghavami, 2001).
2 – Revisão Bibliográfica 42
Figura 2.8 – Absorção de água em diferentes espécies de bambu (Ghavami, 2001).
Após o lançamento do concreto e durante a cura, o bambu absorve água,
aumentando suas dimensões, provocando micro fissuras no concreto (Figura 2.9
(b)). Após o endurecimento do concreto, o bambu começa a perder a água
absorvida, sofrendo retração, que tem como conseqüência a perda da aderência
entre o reforço e a matriz (Figura 2.9 (b)) (Ghavami, 2001). A Figura 2.9 mostra o
comportamento do bambu durante as etapas de uma concretagem.
t0
t0
t0+tc
Fissuras
finais
Vazios
Bambu depois
da cura do
concreto
Bambu
expandido
Fissuras ao longo
do concreto
b) Durante a cura do concreto
c) Concreto armado endurecido
a) Modelagem do concreto e
concretagem
Bambu
Concretofresco
Figura 2.9 (a – c) – Interação entre uma ripa de bambu não tratada e o concreto
(Ghavami, 2001).
2 – Revisão Bibliográfica 43
2.1.4.3. Suscetibilidade à deterioração por ataque químico
A estrutura do bambu pode ser tomada como um cilindro de compósito
reforçado com fibras, com uma seção transversal vazada. As fibras desempenham
um importante papel no reforço do bambu. Inserido no concreto, o bambu pode
estar sujeito a algumas formas de deterioração por ação química.
Segundo Gram (1983), é geralmente aceito que um ambiente alcalino, como
é o caso do promovido pela presença dos compostos hidratados do cimento no
concreto, pode causar a decomposição da celulose, que dá resistência ao
compósito vegetal, através de dois diferentes mecanismos. Um deles é o
mecanismo de esfoliação que ocorre nas extremidades das cadeias moleculares,
num processo contínuo de desgaste. A outra forma de deterioração consiste na
hidrólise alcalina, que causa a divisão da cadeia molecular e a redução do grau de
polimerização, expondo mais extremidades ao processo de esfoliação.
A decomposição da hemicelulose segue esses mesmos processos. Como o
grau de polimerização dessa substância é menor, o processo de esfoliação se torna
dominante. A lignina é facilmente quebrável em ambiente alcalino. Assim, pode-
se supor que o bambu venha a sofrer um processo de perda de suas características,
quando inserido no concreto, provocado por decomposição química da lignina e
da hemicelulose na lamela intermediária, que une as fibras. A água alcalina do
poro do concreto dissolve a lignina e a hemicelulose e quebra a ligação entre as
fibras individuais. Desse modo, o elemento de bambu perderia sua capacidade de
reforço do concreto, dividindo-se em pequenas e numerosas fibras.
Segundo Tolêdo Filho et al. (2003), o problema de durabilidade das fibras
vegetais está associado ao aumento da incidência de fratura desses elementos, em
detrimento ao seu arrancamento da matriz (pull-out). Isso se deve ao
enfraquecimento das fibras pelo ataque alcalino e, também, pela mineralização da
fibra devido à migração dos produtos de hidratação para o lúmem e espaços
vazios. Nesses vazios, os produtos se cristalizam, causando enrijecimento das
fibras.
Por estes fatos o bambu só pode ser usado como reforço no concreto após
ser devidamente tratado com a finalidade de proteção contra ataques acima
2 – Revisão Bibliográfica 44
citados, além desse tratamento servir para melhorar a aderência entre o bambu e o
concreto.
2.1.4.4. Tratamentos preservativos
Os tratamentos preservativos consistem na aplicação de substâncias
químicas que impedem o ataque de fungos e insetos aos colmos, dando maior
durabilidade e quando usado como armadura, criar aderência com o concreto. O
bambu, ao ser tratado, precisa estar bem seco para facilitar a penetração dos
preservativos, obtendo um melhor resultado. A durabilidade do bambu depende
fortemente dos métodos de tratamento. A composição química do produto
aplicado não deve interferir nas suas propriedades e, uma vez injetado, não deve
ficar exposto a chuva e umidade (Ghavami, 2005).
Os preservativos podem ser aplicados por diferentes métodos, a depender do
tempo em que está sendo feito o tratamento e da infra-estrutura disponível. Os
métodos mais comuns para o tratamento do bambu são: tratamento por
transpiração de folhas, método de Boucherie, tratamento por imersão e tratamento
por aplicação externa (Culzoni, 1986).
Segundo Ghavami (1995), o produto mais adequado para tratamento do
bambu naquela época era o Negrolim, produzido pela Sika, cujo maior
inconveniente está relacionado ao alto custo. Estudos desse autor mostraram que a
mistura desse produto com areia, antes da aplicação, contribui para melhorar a
aderência com a matriz, no caso específico do uso do bambu como substituto do
aço nas armaduras de concreto.
Em estudos mais recentes, um produto chamado Sikadur 32 gel chamou a
atenção. Este produto foi desenvolvido para impedir a corrosão das armaduras de
aço e foi aplicado na superfície das ripas de bambu usadas como reforço no
concreto. Os resultados (Tabela 2.2) mostram que o produto Sikadur 32 gel
aumentou a resistência de ligação das ripas de bambu em 5,29 vezes, comparado
com as ripas de bambu não tratadas e com o aço, além de reforçar ainda mais a
aderência entre as ripas de bambu e o concreto (Rosa, 2002).
2 – Revisão Bibliográfica 45
Tabela 2.2 – Resultados de tratamento do bambu e do aço (Ghavami, 2005).
Material Aderência
(τ)
Relação entre a aderência e
o bambu não tratado
(τ/ τbnt)
Bambu sem tratamento 0,52 1,00
Bambu com Negrolim +
areia 0,73 1,40
Bambu com Negrolim +
areia + arame 0,97 1,87
Bambu com Sikadur 32
Gel 2,75 5,29
Aço 3,25 6,25
.
2.2. Pilares
2.2.1. Conceito de pilares
Os pilares são peças alongadas em que predominam a força normal de
compressão. A maior parte da sua força é absorvida pelo concreto, servindo as
armaduras para auxiliar na resistência e atender a inevitáveis excentricidades da
força axial. Pilares comprimidos axialmente, ou com pouca excentricidade não
possuem tensões de tração e, por esse motivo, poderiam ser executados sem
armadura longitudinal. As armaduras longitudinais, utilizadas na prática, têm suas
taxas geométricas (área da armadura dividida pela área de concreto) limitadas por
valores inferiores (armadura mínima) e superiores (armadura máxima). As barras
longitudinais são colocadas nos cantos e nas faces da seção, onde são mais
eficientes para absorver tensões provocadas por excentricidade das forças. As
peças comprimidas, quando muito alongadas, ainda estão sujeitas a efeitos de
segunda ordem, que é a instabilidade decorrente de deslocamento transversal do
eixo do elemento.
2 – Revisão Bibliográfica 46
Segundo a NBR 6118/2003, as forças axiais (tração ou compressão)
constituem, na verdade, idealizações de cálculo. Na prática, existem sempre
excentricidades nas solicitações, decorrentes de imprecisões construtivas,
excentricidade das forças nos extremos e de momentos causados por ligações.
Prevendo essas eventualidades, são adotadas, nos projetos, excentricidades
mínimas de cálculo, determinadas em função de uma dimensão.
A armadura longitudinal dos pilares tem sempre função resistente, enquanto
que, a transversal, quando espaçada convenientemente, servirá apenas para evitar
a flambagem das barras longitudinais e para mantê-las na distância prevista pelo
projeto, durante a execução. Todavia, se a armadura transversal se apresentar
pouco espaçada, ela terá função resistente, pois irá impedir a deformação
transversal do concreto e, com isso, confinar o concreto do núcleo do pilar. Esta
última constatação foi feita por Mörsch (1952) depois das análises de uma série de
ensaios de pilares de concreto armado conduzidos por instituições européias, no
início do século XX.
Na compressão centrada, a capacidade de um pilar esgota-se para um
aumento contínuo de carga, sem deformação lenta; a deformação máxima à
compressão é de 2 ‰. Esta capacidade é reduzida, entretanto, para uma inevitável
excentricidade de carga e, por conseguinte, devido à solicitação adicional de
flexão.
2.2.2. Dimensionamento de pilares
Dimensionar um pilar é determinar sua seção, sua armadura longitudinal e
sua armadura transversal, de acordo com a carga que atua sobre ele.
A forma dos pilares está intimamente ligada à resistência dos pilares à carga
externa e à flambagem. Formatos em planta que produzam, em algum eixo,
momentos de inércia reduzidos, farão com que aumente a possibilidade de
flambagem. A Figura 2.10 (a e b) mostra o esquema, em planta, de dois pilares,
tendo a mesma altura, a mesma taxa de armadura e tendo a mesma área de
concreto (Botelho, 1996).
2 – Revisão Bibliográfica 47
x
y
y
y
y
x x
(a) Pilar A (b) Pilar B
Figura 2.10 – (a) Pilar com seção retangular; (b) pilar com seção quadrada (Botelho,
1996).
O pilar A tem alta disposição em relação ao eixo yy e possui baixa
disposição em relação ao eixo xx. Já o pilar B tem iguais chances de flambar em
relação ao eixo xx e yy, mas essas chances são menores do que o pilar A em
relação a xx. Portanto o pilar A resiste menos que o pilar B.
A forma da seção transversal dos pilares deixou de ser um fator de grande
relevância durante a fase de concepção e cálculo estrutural. Com isso, as seções
circulares e octogonais perderam sua “popularidade”, pois a dificuldade na
execução e montagem de suas formas fez com que somente alguns projetistas e
arquitetos optassem por essas seções, por questões estéticas ou em casos especiais,
como por exemplo, em pilares de pontes sobre rios (Botelho, 1996). Na Figura
2.11, apresentam-se seções transversais quadradas e retangulares com as
configurações de armaduras mais empregadas nos dias de hoje.
2 – Revisão Bibliográfica 48
Figura 2.11 – Seções e configurações de armaduras mais empregadas atualmente em
pilares de concreto armado (Botelho, 1996).
Na escolha da forma dos pilares, deve-se fugir de seções que para um
determinado eixo, tenham grande tendência a flambar.
2.2.3. Classificação dos pilares
Os pilares são classificados de acordo com sua posição na estrutura, índice
de esbeltez e conforme a armadura.
2.2.3.1. Quanto sua posição na estrutura
Quanto a sua posição na estrutura, os pilares podem ser classificados em
intermediários (situação mais próxima da compressão centrada), de extremidade
(caracteriza flexo-compressão reta) ou de canto (caracteriza flexo-compressão
oblíqua), conforme mostrados na Figura 2.12. A depender da posição dos pilares
na edificação e da excentricidade, outras configurações de seção transversal
podem vir a ser utilizadas, como é o caso de seções L e T (Fusco, 1981).
2 – Revisão Bibliográfica 49
(a) Pilar Intermediário
(b) Pilar de extremidade (c) Pilar de canto Figura 2.12 – Posicionamento dos pilares na estrutura (Fusco, 1981).
2.2.3.2. Quanto ao índice de esbeltez
Segundo Araújo (2003), devido à importância dos efeitos de segunda
ordem, os pilares podem ser classificados, quanto ao índice de esbeltez, como:
� Pilares curtos, nos quais os efeitos de segunda ordem podem ser
desprezados. Para esses pilares, os efeitos solicitantes obtidos na configuração
deformada (teoria da segunda ordem), são aproximadamente iguais aos esforços
calculados na configuração indeformada (teoria de primeira ordem). Em geral
admite-se que os efeitos de segunda ordem podem ser desprezados quando eles
causam um acréscimo nos esforços solicitantes de no máximo 10%.
2 – Revisão Bibliográfica 50
� Pilares moderadamente esbeltos, nos quais os efeitos de segunda ordem
têm que ser considerados permitindo, no entanto, o emprego de um processo
simplificado. Em geral, nesses processos, arbitra-se uma configuração deformada
para o eixo do pilar e calcula-se o máximo momento fletor solicitante ao longo do
eixo. Com o momento máximo e com o esforço normal, dimensiona-se a seção
transversal do pilar em flexo-compressão.
� Pilares esbeltos, nos quais os efeitos de segunda ordem têm que ser
considerados de forma rigorosa, por intermédio de algum processo que leve em
conta a não-linearidade física, decorrente do comportamento mecânico, bem como
a não linearidade geométrica.
De modo geral, a maioria dos pilares de edifícios se enquadra nas categorias
de pilares curtos ou moderadamente esbeltos. Somente em poucos casos especiais
é que eles devem ser tratados como pilares esbeltos.
2.2.3.3. Conforme a armadura
De acordo com a armadura, os pilares podem ser classificados em:
� Pilares não cintados, os quais possuem armadura longitudinal e estribos
ou tirantes transversais.
� Pilares cintados, os quais possuem armadura longitudinal e lateralmente
suportada por estribos.
Em pilares não cintados, as barras verticais são posicionadas em torno do
perímetro da seção transversal (o cobrimento deve ser considerado), e a
estabilidade das barras, em ambas as direções, é garantida por barras transversais
(tirantes ou estribos). Já nos pilares cintados, as armaduras são posicionadas
lateralmente, de tal forma que facilite o acréscimo da capacidade de carga última.
Ensaios em pilares cintados têm mostrado um aumento da resistência em
pilares armados com espirais, pois essas restringem deformações laterais
preservando a capacidade de alcançar a carga de ruptura mesmo após o
surgimento de fissuras. Os pilares não cintados rompem repentinamente, enquanto
que nos pilares cintados os estribos começam a agir de maneira a confinar o
concreto.
2 – Revisão Bibliográfica 51
O centro fechado com a espiral contínua resiste à carga, mesmo após a casca
romper, até que a tensão de escoamento seja alcançada, após o que não é mais
possível conter as deformações radiais do concreto. No interior da espiral, o
concreto comprimido está sujeito a grandes deformações plásticas que são
maiores e mais fortes que aquelas referentes à espiral (Murashev et al., 1968).
2.2.4. Índice de esbeltez
O índice de esbeltez λ de um pilar é definido pela expressão 2.1.
i
le=λ (2.1)
onde
el – comprimento efetivo de flambagem do pilar;
i – raio de giração da seção geométrica da peça.
O raio de giração é dado por:
c
c
A
Ii = (2.2)
onde
cI – momento de inércia da seção transversal;
cA – área da seção transversal.
O comprimento de flambagem varia de acordo com a vinculação do
elemento, conforme mostra a Figura 2.13. Nas estruturas consideradas
indeslocáveis, admite-se que os pilares são rotulados nos nós dos pórticos. Dessa
forma, o comprimento de flambagem será igual à distância entre os nós.
De acordo com a NBR 6118/2003, o comprimento de flambagem dos
pilares contraventados é o menor dos valores obtidos pelas seguintes expressões:
hlle += 0 (2.3)
2 – Revisão Bibliográfica 52
lle = (2.4)
onde
el – comprimento de flambagem;
0l – altura livre;
h – dimensão da seção transversal do pilar, medida no plano da estrutura;
l – distância entre os nós do pórtico aos quais o pilar é vinculado.
Essas dimensões são representadas na Figura 2.13.
h
ll0
Pilar
Viga
Viga
Figura 2.13 – Comprimento de flambagem segundo a NBR – 6118/2003.
Nas estruturas deslocáveis, o comprimento de flambagem pode ser
significativamente maior do que a distância entre os andares sucessivos da
estrutura. Nesse caso, o comprimento el , somente pode ser estimado de forma
adequada por meio da consideração da flambagem do conjunto da estrutura
(Fusco, 1981).
2 – Revisão Bibliográfica 53
le = 2l le = l le = l/2 le = 0,7 l le = l
l
Figura 2.13 – Comprimento efetivo de flambagem de acordo com a vinculação do
elemento (Fusco, 1981).
Para definir o limite entre pilares curtos e pilares moderadamente esbeltos,
deve-se analisar o índice de esbeltez, a excentricidade relativa de primeira ordem
e a forma do diagrama de momentos de primeira ordem. Por outro lado, os efeitos
de segunda ordem não podem ser desprezados unicamente em função do índice de
esbeltez. Além desse parâmetro, deve-ser levar em consideração o valor de
excentricidade relativa de primeira ordem da força normal, he1 , onde 1e é a
excentricidade de primeira ordem e h é a dimensão da seção do pilar na direção
considerada.
Em um pilar com o índice de esbeltez pequeno, mas com uma relação he1
também pequena, os efeitos de segunda ordem são importantes, não podendo ser
desprezados. Por outro lado, os efeitos de segunda ordem podem ser desprezados
em pilares de maior índice de esbeltez, desde que he1 seja grande.
Os valores de 2a ordem em elementos isolados, podem ser desprezados
quando 1λλ < .
O valor de 1λ pode ser calculado pela expressão:
b
he
αλ
1
1
5,1225 += (2.5)
onde
1e – Excentricidade de 1a ordem (não inclui excentricidade acidental);
h – Altura da seção transversal do pilar;
1λ – Deve atender os limites dados:
2 – Revisão Bibliográfica 54
9035
1 ≤≤ λα b
(2.6)
O valor de bα deve ser obtido conforme estabelecido a seguir:
a) Pilares biapoiados sem cargas transversais:
40,040,060,0 ≥+=A
B
bM
Mα (2.7)
sendo
40,00,1 ≥≥ bα
onde
AM – Maior valor absoluto para o momento de 1ª ordem ao longo do pilar
biapoiado;
BM – Menor valor absoluto para o momento de 1a ordem ao longo do pilar
biapoiado.
b) Pilares biapoiados com cargas transversais significativas ao longo
da altura:
1=bα (2.8)
c) Pilares em balanço:
85,020,080,0 ≥+=A
C
bM
Mα (2.9)
sendo
85,00,1 ≥≥ bα
onde
AM – Momento de 1a ordem no engaste;
CM – Momento de 1a ordem no meio do pilar em balanço.
2 – Revisão Bibliográfica 55
d) Pilares biapoiados ou em balanço com momentos menores que o
momento mínimo estabelecido:
1=bα (2.10)
2.2.5. Aderência reforço/concreto
A aderência entre o reforço e concreto deve ser perfeita. Em peças nos quais
um elemento reveste totalmente o outro, como pilares de concreto armado, existe
uma certa aderência provocada pelo atrito, além da contribuição da própria
geometria do revestimento (Murashev et al., 1968).
Em um elemento de concreto armado, as cargas externas muito raramente
são aplicadas diretamente ao aço, que as recebe através do concreto circundante.
Tensões de aderência são as tensões cortantes na interface barra de aço/concreto.
As tensões no reforço são, então, modificadas pela transferência de forças entre a
barra e o concreto vizinho. Quando a aderência é desenvolvida eficientemente os
dois materiais formam um compósito.
A tensão de aderência é composta por diversas parcelas:
Aderência por adesão, determinada pela resistência à separação de dois
materiais. Em virtude das ligações físico-químicas que se estabelecem na interface
dos dois materiais durante as reações de pega do cimento, aparece uma certa
resistência de adesão que se opõe à separação. Estes efeitos, isoladamente, não é
suficiente para uma boa ligação, sendo destruído para pequenos deslocamentos da
barra.
Aderências por atrito na qual as forças de atrito entre os dois materiais
dependem do coeficiente de atrito entre o reforço e o concreto, o qual é função da
rugosidade superficial da barra, e deriva-se da existência de uma pressão
transversal exercida pelo concreto sobre a barra, em virtude de sua retração. A
presença da barra inibe parcialmente as deformações de retração do concreto,
surgindo à pressão transversal que provoca o acréscimo da aderência.
Aderência mecânica, que se deriva da presença de saliências na superfície
do reforço. Essas saliências funcionam como peças de apoio, mobilizando tensões
de compressão no concreto (Fusco, 1994). Devido à presença de saliências no
2 – Revisão Bibliográfica 56
reforço, formam-se consoles de concreto que impedem o rápido deslizamento do
reforço no interior do concreto. Este tipo de aderência é a ligação mais perfeita e
confiável.
A aderência reforço/concreto deve ser capaz de resistir às forças cisalhantes
longitudinais na interface e garantir que a curvatura dos dois materiais seja a
mesma, ou seja, garantir que haja uma continuidade das deformações no reforço e
no concreto. (Oehlers e Bradford, 1995).
2.2.6. Recomendações da NBR 6118/2003 para dimensionamento de pilares
A NBR 6118/2003 traz algumas indicações quanto às dimensões dos pilares
e das armaduras e quanto aos espaçamentos mínimos. O diâmetro da barra de
armadura longitudinal não deve ser inferior a 10 mm, nem superior a 1/8 da menor
dimensão da seção transversal do pilar. A taxa geométrica deve respeitar o
intervalo representado na expressão 2.11:
cslc AAA %4,0%8 ≥≥ (2.11)
onde
slA – área da armadura longitudinal;
cA – área do concreto.
As armaduras longitudinais devem ser dispostas na seção transversal de
forma a garantir a adequada resistência do elemento estrutural. Em seções
poligonais, deve existir, pelo menos, uma barra em cada vértice; em seções
circulares, no mínimo, seis barras distribuídas ao longo do perímetro.
O espaçamento livre entre as barras da armadura longitudinal, medido no
plano da seção transversal fora da região de emendas, deve ser igual ou superior
ao maior dos seguintes valores:
• 40 mm;
• diâmetro da barra, do feixe ou da luva;
• 1,2 vez o diâmetro máximo do agregado.
Para feixes de barras, deve-se considerar o diâmetro do feixe como sendo
nln φφ = , onde lφ é o diâmetro da barra da armadura longitudinal, e n é o
2 – Revisão Bibliográfica 57
número de barras do feixe. Esses valores se aplicam também às regiões de
emendas por transpasse das barras.
Quando for previsto no plano de concretagem o adensamento através de
abertura lateral na face da forma, o espaçamento das armaduras deve ser suficiente
para permitir a passagem do vibrador.
O espaçamento máximo entre eixos das barras, ou de centro de feixes de
barras, deve ser menor ou igual a duas vezes a menor dimensão da seção no trecho
considerado, sem exceder 400 mm.
A armadura transversal de pilares, constituída por estribos e, quando for o
caso, por grampos suplementares, deve ser colocada em toda a altura do pilar,
sendo obrigatória sua colocação na região de cruzamento com vigas e lajes.
O diâmetro dos estribos em pilares não deve ser inferior a 5 mm e nem
superior a ¼ do diâmetro da barra isolada ou do diâmetro equivalente do feixe que
constitui a armadura longitudinal.
O espaçamento longitudinal entre estribos, medido na direção do eixo do
pilar, para garantir o posicionamento, impedir a flambagem das barras
longitudinais e garantir a costura das emendas de barras longitudinais nos pilares
usuais deve ser igual ou inferior ao menor dos seguintes valores:
• 200 mm;
• menor dimensão da seção transversal do pilar;
• lφ24 para CA-25 e lφ12 para CA-50.
Pode ser adotado o valor 4/lt φφ < desde que as armaduras sejam
constituídas de mesmo tipo de aço e o espaçamento respeite também a limitação
da expressão 2.12.
ykl
t
máxf
s1
90002
=
φ
φ (2.12)
onde
máxs – espaçamento máximo;
tφ – diâmetro da barra de armadura transversal;
lφ – diâmetro da barra de armadura longitudinal;
ykf – resistência característica de escoamento do aço, em MPa.
2 – Revisão Bibliográfica 58
Os valores máximos de deformações do concreto e do aço são pré-fixados.
Quando a peça possui grande excentricidade, 5,3≤cε ‰ 10≤sε ‰. Já em peças
com pequena excentricidade, 2== sc εε ‰.
Para o dimensionamento, a resistência interna da seção no estado limite
último deve ser multiplicada por um coeficiente de segurança. No concreto, esse
coeficiente tem o valor 4,1=cγ , e no aço 15,1=sγ .
O efeito das imperfeições locais nos pilares pode ser substituído em
estruturas reticuladas pela consideração do momento mínimo de 1a ordem dado
pela expressão 2.13.
)03,0015,0(min,1 hNM dd += (2.13)
onde
h – altura total da seção transversal na direção considerada, em metros.
2.2.6.1. Compressão centrada em pilares curtos não cintados
Nos concretos de resistência usual, quando os mesmos atingem um ponto de
não-linearidade significativo (aproximadamente na deformação específica 1 ‰), o
aço ainda está na fase elástica e, por conseguinte, começa a suportar uma parte
maior da ação. Quando a deformação está perto de 2 ‰, o declive da curva do
concreto é quase zero, e há pequena mudança da tensão. O aço alcança o ponto
máximo de escoamento sob essa tensão.
A força normal de cálculo em um pilar pode ser determinada segundo a
expressão 2.15 (Fusco 1981).
ssdcccdd AfAfN += 85,0 (2.15)
onde
dN – valor de cálculo da força normal atuante;
cdf – resistência de cálculo do concreto;
ccA – área da seção de concreto comprimida;
sdf – tensão de cálculo na armadura para uma deformação de 2 ‰.
2 – Revisão Bibliográfica 59
O fator 0,85 é denominado efeito Rüsch. Na compressão centrada admite-se
que o encurtamento da ruptura do concreto seja de 2 ‰.
sccc AAA −= (2.16)
Substituindo-se as expressões 2.16 em 2.15 tem-se:
( ) scdsdccdd AffAfN 85,085,0 −+= (2.17)
Definindo-se a expressão 2.18 como taxa geométrica de armadura
longitudinal, e substituindo-se a expressão 2.18 em 2.17, tem-se a resistência
nominal dada por:
c
s
sA
A=ρ (2.18)
( )[ ] cscdsdcdd AfffN ρ85,085,0 −+= (2.19)
3 Descrição dos pilares
Neste capítulo é realizada uma revisão bibliográfica da dissertação de
mestrado de Rosa (2002), apresentando-se todas as metodologias de ensaio,
descrição dos materiais utilizados, detalhamento das armaduras e resultados de
ensaios de compressão axial nos pilares realizados em 2001.
3.1. Metodologia
Foram ensaiados quatro pilares de concreto armado, dos quais três foram
armados com ripas de bambu, com diferentes taxas de armadura, e um pilar de
concreto armado com aço, para servir de referência aos ensaios. As dimensões da
seção transversal, espaçamento entre estribos, cobrimento e as condições de
concretagem foram estabelecidos segundo a norma NBR 6118/2003.
Observou-se o comportamento de um pilar armado apenas com quatro ripas
de bambu (ρ = 3 %), obedecendo ao mínimo recomendado pela norma brasileira
para armaduras de aço, que são 4 Ø10 mm. Em seguida, foi utilizada uma taxa de
armadura máxima para o bambu, contanto que não dificultasse a concretagem,
chegando-se a um arranjo de 12 ripas de bambu (ρ = 9 %). Uma taxa
intermediária foi estabelecida para análise, tendo-se armado um pilar com 10 ripas
de bambu (ρ = 7,5 %). As dimensões adotadas para a seção transversal foram 20
cm x 20 cm, considerando-se a seção mínima exigida pela norma.
Para diferenciar os pilares quanto ao material das armaduras longitudinais e
suas respectivas taxas de armadura, denominou-se com a letra B aqueles armados
com bambu e, acompanhando a letra, o número de ripas de bambu nele contido. O
pilar armado com aço, que serviu como referência de ensaios, recebeu a
denominação de AÇO.
Todos os estribos dos pilares foram armados com aço.
A resistência característica à compressão do concreto (fck), foi adotada igual
a 18 MPa, portanto a resistência à compressão esperada após 28 dias foi:
3 – Descrição dos pilares 61
dckcj sff 65,1+= (3.1)
onde
MPasd 4= , desvio padrão de dosagem adotado nesse caso;
MPaxf cj 60,24465,118 =+= .
A força de ruptura é dada por:
d cd cc sd sN f A f A= + (3.2)
Substituindo-se fs (resistência do aço), por fb (resistência do bambu = 50
MPa), tem-se:
k c cc b bN f A f A= + (3.3)
Portanto foram determinadas, para cada pilar, as respectivas cargas de
ruptura e taxas de armadura, a seguir relacionadas:
( ) %0,348,10141251240046,2 44 =→=→+−= ρkNBxxB
( ) %5,720,10603053040046,2 1010 =→=→+−= ρkNBxxB
( ) %0,944,10753653640046,2 1212 =→=→+−= ρkNBxxB
( ) %70,028,113314,35014,340046,2 =→=→+−= ρkNAçoxxAço
Descrição dos pilares:
� Quantidade: quatro pilares ( três armados com bambu e um armado
com aço ).
� Espécie do bambu: Dendrocalamus giganteus.
� Seção transversal dos pilares: 20 x 20 cm.
� Espaçamento entre estribos: 12 cm.
� Cobrimento da armadura: 1,5 cm.
� Diâmetro dos estribos: φ = 5 mm.
� Seção transversal das ripas de bambu: 3 cm x 1 cm.
� Diâmetro da armadura longitudinal de aço do pilar AÇO φ = 10 mm.
� Categoria do aço: CA-50.
� Altura dos pilares: 1,80 m.
3 – Descrição dos pilares 62
3.2. Materiais
3.2.1. Constituintes do concreto
O concreto foi produzido pela empresa LAFARGE, que também forneceu
dados de origem dos agregados. Abaixo são mostradas as dos materiais
componentes do concreto.
3.2.1.1. Cimento
Devido à elevada capacidade de absorção de água do bambu, o cimento
utilizado foi o cimento CP V - ARI (cimento Portland de alta resistência inicial),
pois o mesmo possui alta taxa de hidratação, iniciando suas reações de hidratação
mais rapidamente e, com isso, evitando que grande parte da água fosse
previamente absorvida pelo bambu. O cimento CP V – ARI usado possui massa
específica de 3,09 g/cm³.
3.2.1.2. Areia e brita
No concreto foram utilizadas areia média e brita 0, cujas características são
apresentadas na Tabela 3.1.
Tabela 3.1 – Características dos agregados.
Características Unidade Areia média Brita 0
Módulo de finura - 2,52 5,82
Diâmetro máximo mm 4,8 9,5
Massa específica kg/dm³ 2,62 2,69
Massa unitária kg/dm³ 1,42 1,31
3 – Descrição dos pilares 63
3.2.1.3. Aço
O aço utilizado no pilar AÇO foi o CA-50, que possui tensão de
escoamento nominal de 500 MPa, correspondente a uma deformação específica de
2,07 ‰.
3.2.1.4. Bambu
O bambu utilizado foi o da espécie Dendrocalamus giganteus, cujos colmos
foram colhidos no Jardim Botânico do Rio de Janeiro. Os colmos tinham de três a
quatro anos de idade, foram serrados a aproximadamente 30 cm do solo, tiveram
retirados as folhas e os galhos, foram curados e cortados em comprimentos
longitudinais entre 3 m e 4 m. Na PUC-Rio – Pontifícia Universidade Católica do
Rio de Janeiro, os bambus foram armazenados em posição vertical no LEM/DEC
– Laboratório de Estruturas e Materiais da PUC-Rio, por um mês, para possibilitar
a secagem.
Após um mês de secagem os bambus foram serrados com as seguintes
dimensões: 180 cm de comprimento, 3 cm de largura e 1 cm de espessura. Em
seguida foram escovados com escova de aço e tratados com inseticida “Jimo”,
para proteger contra ataques de cupins e brocas.
3.3. Detalhamento das armaduras
Os pilares foram armados conforme detalhes da Figura 3.1, e mostrados na
Figura 3.2 (a e b).
3 – Descrição dos pilares 64
17
20 x 20
17
15 Ø 5.0 c/12 - 68
20 x 20 20 x 20 20 x 20
Figura 3.1 – Detalhe da armação dos pilares.
(a) Armadura na vertical. (b) Vista transversal das armaduras de bambu.
.
Figura 3.2 – Detalhe das armaduras de bambu.
4 A3x1 - 180 10 A3x1 - 180 12 A3x1 - 180 4 Ø10.0 - 180
Pilar B4 Pilar B10 Pilar B12 Pilar AÇO
Estribos
B10 B4 B12
3 – Descrição dos pilares 65
3.4. Instrumentação
Em cada pilar, foram escolhidas duas barras de armaduras longitudinais nas
quais foram medidas as deformações. Em cada ripa de bambu foram fixados oito
strain gages, quatro no topo e quatro no centro da ripa. Já no caso do pilar armado
com aço, foram fixados dois strain gages em cada barra, localizados no topo e no
centro da ripa.
Optou-se por strain gages do tipo L (roseta dupla de 90°) para as ripas de
bambu devido à distribuição não uniforme das fibras no material, medindo a
deformação transversal e longitudinal das ripas. Para o pilar armado com aço não
houve necessidade de obter deformação nas duas direções, portanto, optou-se por
um extensômetro linear, medindo-se apenas a deformação longitudinal.
Foram utilizados extensômetros elétricos de resistência (EER) produzidos
pela Excel, cujas especificações estão representadas na Tabela 3.2.
Tabela 3.2 – Especificações dos EER.
Modelo Roseta dupla a 90 ° Unidirecional simples
Tipo PA-06-125TG-120L PA-06-250BA-120L
Comprimento (mm) 5,72 9,47
Largura (mm) 8,71 3,18
Resistência (Ώ) 120 120
Gage factor 2,10 2,10
As Figuras 3.3 (a – e) e 3.4 mostram a localização e o posicionamento dos
extensômetros nos pilares.
3 – Descrição dos pilares 66
4
2
1
3
1
2
345
6
7
89 10
1
2
3
456
7
8
9
1011 12
(a) B4 (b) B10 (c) B12
2 L
2 T
1 L
1 T
4 L
4 T
3 L
3T
20
cm
90 c
m
6 L
6 T
5 L
5 T
8 L
8 T
7 L
7 T
20
cm
90 c
m
(d) Ripas de 1° posição:
1 (B4), 9 (B10), 2 (B12)
(e) Ripas de 2° posição:
3 (B4), 2 (B10), 5 (B12)
RIPAS
Figura 3.3 (a – e) – Posição dos strain-gages na seção transversal e sua respectiva
localização ao longo da ripa (sem escala).
3 – Descrição dos pilares 67
4
2
1
3
1
22
0 c
m90
cm
3
4
20
cm
90
cm
AÇOBARRA 1 BARRA 3
Figura 3.4 – Posições dos strain-gages na seção transversal e sua respectiva localização
ao longo da barra de aço.
No concreto foram utilizados dois extensômetros lineares, posicionados um
no sentido longitudinal e o outro no transversal, para medir suas respectivas
deformações. Foram utilizados oito strain gages no concreto por pilar: quatro no
topo e quatro no centro, em dois lados consecutivos conforme esquematizado na
Figura 3.5 e mostrado na Figura 3.6 (a e b).
3 – Descrição dos pilares 68
2 LC
2 TC
4 LC
4 TC
1 LC
1 TC
3 LC
3 TC
20
cm
90 c
m
Figura 3.5 – Posicionamento dos extensômetros no concreto dos pilares.
(a) (b)
Figura 3.6 (a e b) – Detalhe do posicionamento dos extensômetros no concreto.
A identificação do strain-gage é feita da seguinte maneira, tomando como
exemplo B4-21L:
� B – material onde vai ser medido a deformação, nesse caso o bambu;
Strain gage
3 – Descrição dos pilares 69
� 4 – pilar armado com 4 ripas;
� 2 – localizado na ripa que ocupa a 2° posição na seção transversal;
� 1 – posicionado ao topo e sobre o maior lado da armadura;
� L – deformação longitudinal.
3.5. Descrição do ensaio de compressão nos pilares
Os pilares foram ensaiados no ITUC, PUC-Rio. Os pilares B10, B12, B4 e
AÇO foram ensaiados após 27, 28, 35 e 36 dias, respectivamente, de concretagem.
Foi utilizada uma plataforma Amsler com capacidade de 1000 kN para aplicação
da força nos pilares. A Figura 3.7 mostra o pilar na plataforma Amsler.
Figura 3.7 – Pilar posicionado na plataforma Amsler.
3 – Descrição dos pilares 70
3.6. Análise dos resultados de compressão axial dos pilares ensaiados em 2001
Foram preparados 15 corpos-de-prova cilíndricos de 10 cm x 20 cm para
cada ensaio à compressão do concreto do pilar. A Tabela 3.3 apresenta a média
dos resultados dos ensaios desses corpos-de-prova, de acordo com idade.
Tabela 3.3 – Resistência à compressão do concreto em corpo-de-prova cilíndrico.
Idade (dias) Corpo-de-prova fc médio (MPa)
27 B10 25,00
28 B12 25,20
35 B4 26,80
36 AÇO 27,10
Os pilares romperam por esmagamento do concreto, com os seguintes
valores:
� B4 – 71,8 % da resistência máxima do concreto (fc); carga = 750 kN;
� B10 – 68 % da resistência máxima do concreto (fc); carga = 680 kN;
� B12 – 71 % da resistência máxima do concreto (fc); carga = 710 kN;
� AÇO – 82 % da resistência máxima do concreto (fc); carga = 890 kN.
Após o ensaio o concreto do topo e da base dos pilares foi quebrado com o
intuito de observar o estado da armadura. No pilar B10 ocorreram pequenas
fissuras, pois o topo da ripa de bambu apresentou esmagamento. Nos demais
pilares as armaduras permaneceram intactas.
As deformações específicas no concreto (meio e topo dos pilares B4, B10,
B12 e AÇO) são apresentadas nas Figuras 3.8 e 3.9. Os gráficos apresentam no
eixo vertical a razão entre a tensão aplicada e a tensão esperada para 28 dias, e no
eixo horizontal as deformações específicas longitudinal e transversal, adotando-se
valores positivos para compressão e negativos para tração.
3 – Descrição dos pilares 71
Figura 3.8 – Gráfico tensão x deformação específica do concreto no topo do pilar.
Figura 3.9 – Gráfico tensão x deformação específica do concreto no meio do pilar.
3 – Descrição dos pilares 72
Nas ripas de bambu, houve problemas com alguns strain gages durante a
concretagem dos pilares, resultando em perda de suas capacidades de
funcionamento. Os gráficos (Figuras 3.10, 3.11 e 3.12) mostram a relação tensão-
deformação específica (longitudinal e transversal) das ripas de bambu tanto no
meio quanto no topo dos pilares.
Figura 3.10 – Curva carga-deformação específica transversal no meio das ripas de
bambu.
3 – Descrição dos pilares 73
Figura 3.11 – Curva carga-deformação específica transversal no topo das ripas de
bambu.
Na curva mostrada na Figura 3.11 observa-se que uma força de compressão,
com taxa de crescimento constante é aplicada até alcançar à carga crítica.
Qualquer incremento de força acima da carga crítica serviu para tornar o pilar
instável, nesse caso apresentando deformações de tração. Essa instabilidade pode
ter sido causada pela bifurcação das ripas de bambu por flambagem decorrente do
esmagamento do concreto nessa região. Já o comportamento das armaduras no
meio do pilar (Figura 3.10) não apresentou alterações, mostrando que as ripas
trabalharam somente na região do topo do pilar.
3 – Descrição dos pilares 74
Figura 3.12 – Curva carga-deformação específica longitudinal no meio e topo das ripas
de bambu.
Os pilares romperam por esmagamento do concreto. As extremidades dos
pilares tiveram uma maior deformação, com incidência de maior fissuração nessa
região. Observando-se tal ocorrência, pôde-se concluir que o esmagamento foi
causado pela ausência do reforço adequado, nas extremidades dos pilares.
4 Procedimento Experimental
4.1. Ensaio de compressão centrada
Segundo Mörsch (1952), um ensaio de pilar submetido à compressão
centrada está sujeito a influências, as quais podem tornar contraditórias e
incompreensíveis os resultados obtidos. Deste modo, o autor descreve os
seguintes cuidados que devem ser tomados para minimizar estas influências:
� As superfícies de aplicação de carga dos modelos devem ser totalmente
planas e mais paralelas possíveis, para que se permita uma transmissão uniforme
das forças de compressão, e se evite a ruptura prematura das extremidades do
pilar.
� As placas de aço acopladas a máquina de ensaio devem ficar apoiadas em
rótulas, de tal modo que não ocorra solicitação de momento fletor.
� O pilar deve estar posicionado de modo que a máquina de ensaio aplique
uma ação completamente centrada sobre ele.
� As armaduras longitudinais devem estar totalmente retas e seus eixos
paralelos ao eixo axial do pilar. Esta medida irá contribuir para que a força
solicitante esteja centrada na seção transversal.
� Devem ser evitadas as seções transversais pequenas. A justificativa está no
fato de que os golpes do pistão produzem flexão lateral nas armaduras
longitudinais delgadas, que apresentarão uma convexidade entre os estribos na
direção exterior do pilar. Tendo isso ocorrido, desenvolve-se uma pressão lateral
sobre o cobrimento de concreto das armaduras que levará ao descolamento deste
cobrimento e, conseqüentemente, à ruptura prematura do pilar.
Os pilares foram ensaiados num pórtico no laboratório de estruturas e
materiais do Departamento de Engenharia Civil da PUC-Rio. Na base foram
usadas placas com uma barra roliça, pra servir de rótula (Figura 4.1 e Figura 4.4).
Nos ensaios dos pilares foram utilizados dois macacos hidráulicos de 100 tf cada,
num total de 200 tf (Figura 4.3).
4 – Procedimento Experimental 76
Foi feita uma recuperação no topo e na base dos pilares, pois ocorreu um
esmagamento nessa região decorrente de ensaios realizados por Rosa (2002). Foi
utilizado um concreto confinado, de seção circular, com 36 cm de diâmetro, para
evitar novos esmagamentos (Figuras 4.3 e 4.4).
Para fixar o topo do pilar, foi colocado um quadro metálico próximo à
cabeça do mesmo. O quadro foi apoiado ao pórtico de reação por meio de um
parafuso, garantindo-se a sustentação do pilar.
Entre o pilar e as placas de apoio, tanto na base quanto no topo, foram
colocados placas de papelão com objetivo de acomodar quaisquer irregularidades.
O ajuste da posição exata do pilar era facilmente executado com o auxílio do
parafuso que liga o quadro metálico ao pilar e ao pórtico.
Perfil metálico
Célula de carga
Pistão
Macaco hidráulico
PlacaPapelão
Quadro metálicoParafuso
Papelão
Placas
Placa de apoio
Figura 4.1 – Esquema de montagem do pilar na plataforma de ensaio.
A A
4 – Procedimento Experimental 77
Figura 4.2 – Vista superior de pórtico (corte A – A).
Figura 4.3 – Detalhe do posicionamento dos macacos hidráulicos.
Macacos hidráulicos
Reforço
no
Pilar
Pilar
Pórtico
Perfil metálico
4 – Procedimento Experimental 78
Figura 4.4 – Detalhe na base do pilar.
4.2. Ensaios mecânicos
As ripas de bambu foram retiradas após o rompimento dos pilares. Foram
utilizados uma marreta e um ponteiro, e a retirada das ripas foi feita manualmente.
As ripas de bambu apresentavam-se com uma boa aderência ao concreto. As
Figuras 4.5 e 4.6 mostram segmentos de bambu após terem sido retiradas dos
pilares.
Figura 4.5 – Ripas de bambu após terem sido retiradas dos pilares.
Recuperação do pilar
Placas
Pilar
4 – Procedimento Experimental 79
Figura 4.6 – Detalhe da aderência do concreto nas ripas de bambu.
Em seguida, foi retirado o excesso de concreto aderido às ripas com o
auxílio de uma lixadeira elétrica, e em seguida, as ripas foram dimensionadas de
acordo com seus respectivos ensaios.
Os ensaios mecânicos foram realizados no laboratório do Instituto Técnico
da PUC-Rio (ITUC), numa máquina universal Instron 5500 R, com velocidade de
deslocamento do travessão de 1 mm/min, e célula de carga com capacidade
máxima de 5 kN.
4.2.1. Ensaio de tração
Para determinar a resistência à tração do bambu, foram confeccionados
corpos-de-prova de acordo com Ghavami (1988). Foram cortadas tiras de bambu,
com comprimento de 20 cm, 1 cm de largura e espessura igual à da parede do
colmo do qual foi retirada a amostra. As dimensões do corpo-de-prova utilizado
nos ensaios são mostradas na Figura 4.7.
A fabricação dos corpos-de-prova foi feita manualmente, utilizando-se
somente uma serra, um facão e um martelo. A redução da seção transversal dos
corpos-de-prova foi feita com uma fresa de topo com quatro cortes, do modelo
DORMER para forçar o corpo-de-prova a romper-se no seu terço médio. Nas
extremidades de cada corpo-de-prova, foram colados chapas de alumínio, com 4
cm de comprimento, 1 cm de largura e de 1 mm a 3 mm de espessura (Figura 4.8),
que tiveram como função evitar o esmagamento do corpo-de-prova pelas garras
do equipamento, além de prevenir o escorregamento do mesmo em relação às
garras no momento do ensaio. Essas placas foram fixadas utilizando-se a cola
Sikadur 32 gel, da Sika S. A..
Concreto
4 – Procedimento Experimental 80
50 mm 25 mm 50 mm 25 mm 50 mm
2 a 3 mm
10 mm
e
2 mme
2 mm
Figura 4.7 – Dimensões de um corpo-de-prova de tração.
Figura 4.8 – Chapas de alumínio coladas nas extremidades dos corpos-de-prova.
Foram colados extensômetros elétricos bidirecionais nos corpos-de-prova de
bambu (Figura 4.11) A força foi aplicada manualmente, e as deformações foram
lidas por um indicador portátil de deformações de marca Vishay. A Figura 4.9
mostra todo o aparato para a realização do ensaio.
Chapa de alumínio
4 – Procedimento Experimental 81
Figura 4.9 – Aparato do ensaio de tração – Vista geral da Instron 5500 R.
Para cada pilar foram ensaiados quatro corpos-de-prova de bambu com nó, e
quatro sem nó, num total de 24 corpos-de-prova (Figura 4.10).
Figura 4.10 – Corpos-de-prova de tração.
Com nó
Sem nó
Instron
Vishay
Corpo-de-prova
4 – Procedimento Experimental 82
(a) (b)
Figura 4.11 (a e b) – Detalhe do posicionamento dos strain gages.
(a) (b)
Figura 4.12 (a e b) – Detalhe ensaio de tração no bambu.
A resistência à tração foi determinada pela seguinte expressão:
Strain gage
4 – Procedimento Experimental 83
A
Pt =σ )(MPa (4.1)
onde
P – carga aplicada durante o teste;
A – área da seção transversal do corpo-de-prova no trecho do encurtamento.
4.2.2. Ensaio de flexão
O ensaio consiste em submeter corpos-de-prova bi-apoiados a uma carga no
centro do vão até produzir ruptura. A carga é aplicada no meio do vão por um
(Figura 4.13) (Ghavami, 1988).
Figura 4.13 – Dimensões e esquema de aplicação de carga em um corpo-de-prova
sujeito à flexão (Ghavami, 1988).
Foram utilizados corpos-de-prova com dimensões de 160 mm x 30 mm x 10
mm (comprimento x largura x espessura), com distância entre apoios de 130 mm.
Para cada pilar foram ensaiados cinco corpos-de-prova com nó, e cinco sem nó,
num total de 30 corpos-de-prova (Figura 4.14).
≤ 4e
16e
R
R
e P
4 – Procedimento Experimental 84
Figura 4.14 – Detalhe do corpo-de-prova de flexão.
Nos apoios foram colocadas fitas emborrachadas para acomodação do
corpo-de-prova ao equipamento, evitando-se o rompimento nesse local durante os
ensaios por meio de uma possível falha no apoio (Figura 4.15).
Figura 4.15 – Detalhe da borracha nos apoios e o posicionamento do corpo-de-prova.
O módulo de ruptura foi calculado de acordo com a expressão 4.2.
22
3
be
PL=σ (4.2)
Nó
Fita de borracha
4 – Procedimento Experimental 85
onde
b – largura do corpo-de-prova;
e – espessura do corpo-de-prova;
P – carga;
L – comprimento do vão livre.
O módulo de elasticidade na flexão é dado por:
3
3
4be
mLMEF = (4.3)
onde
MEF – módulo de elasticidade em flexão;
m – inclinação da curva carga x deslocamento;
b – largura do corpo-de-prova;
e – espessura do corpo-de-prova.
A energia foi calculada como a área sob a curva (carga x deslocamento) até
alcançar a carga máxima. Isto ocorreu, pois a velocidade de deslocamento do
travessão não foi adequada para o tipo de material que foi utilizado, já que o
bambu é um material muito flexível.
4.2.3. Ensaio de cisalhamento
O cisalhamento paralelo às fibras é o mais fácil de ser determinado. A
resistência do bambu no cisalhamento normal às fibras é maior do que quando
solicitado no sentido paralelo às fibras.
Para a determinação da tensão de cisalhamento paralelo às fibras, foram
utilizadas normas de madeira adaptadas para bambu. As dimensões do corpo-de-
prova utilizado nos ensaios são representadas na Figura 4.16.
4 – Procedimento Experimental 86
20 cm7 cm
7 cm
1 cm
Figura 4.16 – Dimensões de um corpo-de-prova de cisalhamento paralelo às fibras.
Os corpos-de-prova com 20 cm de comprimento, 1 cm de largura e
espessura de acordo com a parede do colmo (Figura 4.17). Foram feitos dois
cortes transversais no corpo-de-prova (Figura 4.18). Estes cortes foram feitos
manualmente com uma serra, tendo-se o cuidado dos mesmos não ultrapassarem o
eixo de simetria, pois quando isso ocorre o corpo-de-prova pode romper por
solicitação de tração, que se concentra na ponta do entalhe, tornando o resultado
pouco confiável.
Figura 4.17 – Corpos-de-prova de cisalhamento.
Figura 4.18 – Detalhe dos entalhes nos corpos-de-prova de cisalhamento.
Eixo de simetria
Nó
4 – Procedimento Experimental 87
Figura 4.19 – Detalhe do cisalhamento no corpo-de-prova.
Para cada pilar foram ensaiados quatro corpos-de-prova com nó e quatro
sem nó, num total de 24 corpos-de-prova. A deformação foi obtida por meio dos
deslocamentos do travessão da máquina.
A resistência ao cisalhamento paralelo às fibras foi determinada pela
seguinte expressão:
cisA
P=τ (4.4)
onde
cisA – área da superfície cisalhada.
4.3. Análise microscópica
As amostras de bambu retiradas dos pilares, juntamente com sua superfície
de fratura, foram analisadas no Laboratório de Microscopia Eletrônica do Instituto
Militar de Engenharia (IME), em um microscópio eletrônico de varredura, do
fabricante JEOL, modelo JSM-5800LV, com voltagem de aceleração do feixe de
elétrons de 20 kV (Figura 4.20 (a e b)).
4 – Procedimento Experimental 88
(a) (b)
Figura 4.20 (a e b) – Microscópio eletrônico de varredura – vista geral.
As amostras foram previamente metalizadas com carbono por meio de uma
evaporadora de carbono, do fabricante BALSERS, modelo CED 030 (Figura
4.21). Essa evaporadora espalha carbono na superfície da amostra para que os
elétrons possam fluir através da superfície da amostra não condutora e garantir sua
visualização.
Figura 4.21 – Evaporadora de carbono BALSERS CED 030.
Cada amostra recebeu deposição de carbono três vezes, com o intuito de
garantir a condutividade superficial necessária para obtenção de imagens mais
nítidas em elevadas magnificações. Em seguida as amostras foram levadas ao
microscópio onde foram feitas as imagens.
5 Apresentação e análise dos resultados
Neste capítulo serão apresentados os resultados de todos os ensaios,
comparando-os com dados disponíveis de pilares de concreto armado e
propriedades do bambu de outros autores. São mostrados os tipos de ruptura dos
pilares, e são discutidos a durabilidade das armaduras de bambu, usando-se como
parâmetro as medidas de propriedades mecânicas em corpos-de-prova retirados
das peças estruturais após a ruptura dos mesmos.
5.1. Compressão axial dos pilares
Os pilares foram ensaiados em 2005, quatro anos após os primeiros ensaios
realizados nos mesmos. Em Rosa (2002), foi feita uma análise das deformações
ocorridas no concreto e nas armaduras de bambu e aço. As deformações foram
obtidas por extensômetros elétricos colados tanto no concreto quanto nas
armaduras.
Nos ensaios ora apresentados, novos extensômetros foram colados
externamente ao concreto. Contudo, não foi possível analisar as deformações nas
armaduras inseridas nos pilares, pois depois de transcorridos quatro anos, e tendo
essas peças sido expostas a condições diversas de armazenamento, os
extensômetros originalmente colados nos elementos de reforço encontravam-se
deteriorados. Mesmo aqueles poucos que se encontravam ativos, ou não tinham
sua localização documentada, ou acusaram valores de deformações inconsistentes.
Neste item são analisadas e comparadas as deformações específicas do
concreto dos pilares, além de se apresentar as observações realizadas visualmente
e microscopicamente do estado das armaduras.
Durante a aplicação da carga, foram observadas fissuras (Figuras 5.1 e 5.2).
5 – Apresentação e análise dos resultados 90
Figura 5.1 – Detalhe de fissuras perto da base do pilar durante o ensaio.
Figura 5.2 – Fissuras ao longo da seção do pilar.
As fissuras foram surgindo ao longo da aplicação da carga. Elas apareceram
nas proximidades do centro dos pilares. As Figuras 5.3, 5.4, 5.5 e 5.6 mostram
detalhes no ponto onde ocorreram as rupturas dos pilares.
Fissura
5 – Apresentação e análise dos resultados 91
Figura 5.3 – Detalhe no ponto de ruptura do pilar B4, visto por três ângulos diferentes.
Figura 5.4 – Detalhe no ponto de ruptura do pilar B10, visto por três ângulos diferentes.
Ripa de bambu
5 – Apresentação e análise dos resultados 92
Figura 5.5 – Detalhe no ponto de ruptura do pilar B12, visto por três ângulos diferentes.
Figura 5.6 – Detalhe no ponto de ruptura do pilar AÇO, visto por três ângulos diferentes.
5 – Apresentação e análise dos resultados 93
Uma das possíveis causas da ruptura do pilar seria a flambagem das
armaduras que ocorreu entre os estribos. Para solucionar essa possível causa, o
ideal seria aumentar a quantidade de armadura transversal, reduzindo-se o
espaçamento entre os estribos.
A Figura 5.7 (a - g) mostra com detalhes a flambagem das ripas de bambu
no momento em que foi aplicada a força máxima.
(a) (b) (c)
(d) (e) (f) (g)
Figura 5.7 (a – g) – Detalhe das ripas de bambu no momento do colapso da estrutura.
As ripas de bambu aparentemente estavam em um bom estado de
conservação, enquanto que as armaduras do pilar AÇO já apresentavam sinais de
corrosão (Figura 5.8).
5 – Apresentação e análise dos resultados 94
(a) (b) (c)
(d) (e) (f)
(g) (h) (i)
Figura 5.8 (a – i) – Armadura do pilar AÇO apresentando sinais de corrosão visto por
vários ângulos.
5 – Apresentação e análise dos resultados 95
A Tabela 5.1 mostra valores da força última de compressão nos pilares
ensaiados em 2001 por Rosa (2002), e neste trabalho.
Tabela 5.1 – Valores da força obtida nos ensaios de compressão em 2001 e 2005.
Taxa de
armadura
(%)
Força última para
resistência máxima
do concreto - fc (kN)
Carga última
obtida nos
pilares (kN)
Relação
entre 2005
e 2001
2001 750,00 B4
2005 3,00 1.072,00
996,01 1,33
2001 680,00 B10
2005 7,50 1.000,00
1.063,82 1,56
2001 710,00 B12
2005 9,00 1.008,00
877,93 1,24
2001 890,00 AÇO
2005 0,70 1.084,00
1.199,19 1,35
Observa-se que o pilar B4 (Rosa, 2002) alcançou 71,80 % da carga última
esperada para a resistência máxima do concreto aos 28 dias, enquanto que o pilar
B4 (2005) atingiu 92,91 %. O pilar B10 (Rosa, 2002) alcançou 68 %, enquanto
que o pilar B10 (2005) ultrapassou a carga última esperada, chegando a 106,30 %.
O pilar B12 (Rosa, 2002) atingiu 71 %, já o pilar B12 (2005) obteve 87,10 %. O
pilar AÇO (Rosa, 2002) obteve 82 % enquanto que o pilar AÇO (2005) atingiu
uma carga maior que a calculada, chegando a 109,62 %.
5.1.1. Deformação específica no concreto
Os extensômetros foram fixados no concreto como descrito no Capítulo 3.
Os gráficos a seguir apresentam no eixo vertical, a razão entre a força aplicada e a
força de ruptura e no eixo horizontal, as deformações longitudinais e transversais.
Nos ensaios, as deformações específicas longitudinais e transversais foram
obtidas pela média aritmética entre as medidas dos extensômetros posicionados
nas duas laterais do pilar onde foram feitas as leituras.
5 – Apresentação e análise dos resultados 96
Nos ensaios realizados em 2005, não foram colados extensômetros na região
do topo do pilar, pois, nas extremidades, os pilares tiveram que ser recuperados e
reforçados com concreto confinado já que, nessa região, houve um esmagamento
do concreto durante os ensaios feitos por Rosa (2002).
As Figuras 5.9 (a e b), 5.10 (a e b) e 5.11 (a e b) apresentam, para cada pilar,
os gráficos obtidos nos ensaios de Rosa (2002), e os desta pesquisa.
(a) Ensaios realizados por Rosa (2002).
05
101520253035404550556065707580859095
100105110115
-0,6 -0,4 -0,2 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2
DEFORMAÇÃO (1/1000)
%fc
B4 - meio long.
B4 - meio trans.
(b) Ensaios realizados em 2005.
Figura 5.9 – Curva %fc x deformação específica do concreto, fixados no pilar B4 em
ensaios realizados por Rosa (2002) e em 2005.
5 – Apresentação e análise dos resultados 97
(a) Ensaios realizados por Rosa (2002).
05
101520253035404550556065707580859095
100105110115
-0,4 -0,2 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2
Deformação (1/1000)
%fc
B10 - meio long
B10 - meio transv.
(b) Ensaios realizados em 2005.
Figura 5.10 - Curva %fc x deformação do concreto, fixados no pilar B10 em ensaios
realizados por Rosa (2002) e em 2005.
5 – Apresentação e análise dos resultados 98
a) Ensaios realizados por Rosa (2002).
05
101520253035404550556065707580859095
100105110115
-0,4 -0,2 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2
DEFORMAÇÃO (1/1000)
%fc
B12 - meio long.
B12 - meio trans.
(b) Ensaios realizados em 2005.
Figura 5.11 - Curva %fc x deformação do concreto, fixados no pilar B12 em ensaios
realizados por Rosa (2002) e em 2005.
As Figuras 5.9 (a e b), 5.10 (a e b) e 5.11 (a e b), mostram uma pequena
curvatura na parte supostamente linear das curvas dos ensaios de 2005. Isso
5 – Apresentação e análise dos resultados 99
ocorreu devido às deformações específicas longitudinais e transversais terem sido
obtidas pela média aritmética entre os dois lados onde foram realizadas as leituras.
No pilar AÇO ensaiado em 2005 considerou-se apenas a força última de
ruptura. Os valores das deformações específicas longitudinais e transversais foram
inconsistentes. Isso se deve ao fato de haver uma camada muito espessa de cola
nos extensômetros, fazendo com que os resultados obtidos fossem relativos à
deformação da cola, e não do concreto.
Os extensômetros posicionados no meio dos pilares ensaiados em 2005
apresentaram deformações bem semelhantes, quando comparados com as
deformações específicas dos obtidos pelos extensômetros posicionados no topo
dos pilares ensaiados por Rosa (2002).
Os pilares ensaiados por Rosa (2002) apresentaram maiores deformações na
região do topo, onde houve o esmagamento do concreto. Já nos pilares ensaiados
em 2005, as deformações foram maiores na região do centro, devido à força estar
sendo aplicada bem próxima ao centro de gravidade do pilar (compressão
centrada), além de evitar, com o auxílio do concreto confinado, o esmagamento do
concreto nas extremidades.
5.2. Propriedades mecânicas das armaduras de bambu
Foram analisadas as propriedades mecânicas das ripas de bambu. Essa
análise consistiu em comparar os resultados obtidos em ensaios de tração direta
nas ripas de bambu que se encontravam imersos no pilar durante quatro anos, com
os dados de outros autores.
5.2.1. Ensaio de tração nas armaduras de bambu
Foram ensaiados corpos-de-prova de bambu com nó e sem nó retirados das
armaduras dos pilares rompidos em 2005. Durante os ensaios, em alguns corpos-
de-prova, as fibras do bambu começaram a romper na região onde os
extensômetros foram colados, não sendo possível obter a leitura da deformação
até a ruptura total do elemento. A Figura 5.12 mostra o corpo-de-prova de bambu
no momento da ruptura.
5 – Apresentação e análise dos resultados 100
Figura 5.12 – Detalhe do corpo-de-prova de tração no momento da ruptura.
A Tabela 5.2 mostra os resultados dos ensaios de tração nas ripas de bambu
para os pilares B4, B10 e B12.
Tabela 5.2 – Resultados obtidos nos ensaios de tração das armaduras de bambu.
Corpo-de-prova
P.
Máx
(kN)
Mód.
Ruptura
(MPa)
Coef. de
Variação
(%)
Mód.
Elasticidade
(GPa)
Coef. de
Variação
(%)
Com nó 5,50 82,53 14,03 18,35 7,65 B4
Sem nó 5,60 157,83 34,28 23,65 17,55
Com nó 9,10 150,51 14,75 45,37 30,85 B10
Sem nó 9,00 216,55 9,05 31,30 11,39
Com nó 6,00 93,02 12,67 14,80 3,72 B12
Sem nó 8,50 196,15 17,89 22,35 22,15
As Figuras 5.13 (a e b), 5.14 (a e b) e 5.15 (a e b) mostram os gráficos
tensão-deformação (longitudinal e transversal) dos ensaios de tração axial nas
armaduras de bambu para cada pilar.
5 – Apresentação e análise dos resultados 101
Relação constitutiva à tração da armadura do pilar B4 com nó
0
40
80
120
160
200
240
280
-4000 -2000 0 2000 4000 6000 8000 10000
Deformação relativa (Microstrain)
Ten
são
de
traç
ão (
MP
a)
Def.Long. CP1
Def. Trans. CP1
Def. Long. CP 2
Def. Trans. CP 2
(a) Corpos-de-prova com nó.
Relação constitutiva à tração da armadura do pilar B4 sem nó
0
40
80
120
160
200
240
280
-4000 -2000 0 2000 4000 6000 8000 10000
Deformação relativa (Microstrain)
Ten
são
de
traç
ão (
MP
a)
Def. Long. CP1
Def. Trans. CP1
Def. Long. CP2
Def. Trans. CP2
(b) Corpos-de-prova sem nó.
Figura 5.13 – Relação constitutiva à tração da armadura do pilar B4.
Relação constitutiva à tração da armadura do pilar B10 com nó
0
40
80
120
160
200
240
280
-4000 -2000 0 2000 4000 6000 8000 10000
Deformação relativa (Microstrain)
Ten
são
de
traç
ão (
MP
a)
Def. Long. CP2
Def. Trans. CP2
Def. Long. CP3
Def. Trans. CP3
Def. Long. CP4
Def. Trans. CP4
(a) Corpos-de-prova com nó.
5 – Apresentação e análise dos resultados 102
Relação constitutiva à tração da armadura do pilar B10 sem nó
0
40
80
120
160
200
240
280
-4000 -2000 0 2000 4000 6000 8000 10000
Deformação relativa (Microstrain)
Ten
são
de
traç
ão (
MP
a)
Def. Long. CP1
Def. Trans. CP1
Def. Long. CP2
Def. Trans. CP2
Def. Long. CP3
Def. Trans. CP3
Def. Long. CP4
Def. Trans. CP4
(b) Corpos-de-prova sem nó.
Figura 5.14 - Relação constitutiva à tração da armadura do pilar B10.
Relação constitutiva à tração da armadura do pilar B12 com nó
0
40
80
120
160
200
240
280
-4000 -2000 0 2000 4000 6000 8000 10000
Deformação relativa (Microstrain)
Ten
são
de
traç
ão (
MP
a)
Def. Long. CP1
Def. Trans. CP1
Def. Long. CP2
Def. Trans. CP2
(a) Corpos-de-prova com nó.
Relação constitutiva à tração da armadura do pilar B12 sem nó
0
40
80
120
160
200
240
280
-4000 -2000 0 2000 4000 6000 8000 10000
Deformação relativa (Microstrain)
Ten
são
de
traç
ão (
MP
a)
Def. Long. CP1
Def. Trans. CP1
Def. Long. CP3
Def. Trans. CP3
(b) Corpos-de-prova sem nó.
Figura 5.15 - Relação constitutiva à tração da armadura do pilar B12.
5 – Apresentação e análise dos resultados 103
A diminuição da resistência nas amostras com nó comprovam o efeito da
descontinuidade das fibras nessa região. Nas amostras com nó a ruptura ocorreu
no nó ou no seu entorno (Figura 5.16 (a e b)).
(a) Corpos-de-prova sem nó.
(b) Corpos-de-prova com nó.
Figura 5.16 – Detalhe da ruptura à tração nos corpos-de-prova.
As máximas deformações específicas medidas durante os ensaios ocorreram
no sentido longitudinal às fibras. As Tabelas 5.3 e 5.4 apresentam resultados
obtidos de resistência à tração e módulo de elasticidade nas armaduras de bambu,
bem como resultados da mesma espécie obtidos por diversos autores.
5 – Apresentação e análise dos resultados 104
Tabela 5.3 – Resistência à tração em corpos-de-prova com nó da espécie
Dendrocalamus giganteus.
Autor Mod. Ruptura
(MPa)
Mod. Elast.
(GPa)
Culzoni (1986) 110,34 11,74
Ghavami e TolêdoFilho (1992) 121,47 14,38
Ghavami (1995) 119,02 11,75
Barbosa et al. (2000) 106,20 -
Lima Jr. et al. (2000) 97,51 13,14
Ghavami e Marinho (2001) 102,73 16,93
Pilar B4 (2005) 82,53 18,35
Pilar B10 (2005) 150,51 45,37
Pilar B12 (2005) 93,02 14,80
Tabela 5.4 - Comparação da resistência à tração em corpos-de-prova sem nó da espécie
Dendrocalamus giganteus com outros autores encontrados na literatura.
Autor Mod. Ruptura
(MPa)
Mod. Elast.
(GPa)
Culzoni (1986) 148,28 12,54
Ghavami e TolêdoFilho (1992) 164,23 15,17
Ghavami (1995) 135,00 14,50
Barbosa et al. (2000) 214,10 -
Lima Jr. et al. (2000) 277,19 23,75
Ghavami e Marinho (2001) 176,80 -
Pilar B4 (2005) 157,83 23,65
Pilar B10 (2005) 216,55 31,30
Pilar B12 (2005) 196,15 22,35
Os resultados encontrados para a resistência à tração das armaduras de
bambu variam, para corpos-de-prova sem nó, entre 153,83 MPa e 216,55 MPa,
com módulo de elasticidade variando entre 22,35 GPa e 31,30 GPa, e para corpos-
de-prova com nó, 82,53 MPa e 150,51 MPa, com módulo de elasticidade variando
entre 14,80 GPa e 45,37 GPa. Esse último valor para o módulo de elasticidade,
obtido de ensaios de amostras colhidas do pilar B10, mostrou-se muito superior
5 – Apresentação e análise dos resultados 105
aos encontrados em trabalhos anteriores, e mesmo em relação às amostras dos
demais pilares.
A Tabela 5.4 mostra que os valores obtidos estão compatíveis com aqueles
publicados em trabalhos anteriores, mostrando que não houve perda na resistência
à tração das armaduras de bambu pelo fato de permanecerem imersos no concreto
durante esses quatro anos.
A Figura 5.17 mostra um gráfico do ensaio de tração feito em uma barra de
aço CA-50 (Machado, 2004).
Figura 5.17 – Diagrama tensão x deformação específica de uma barra de aço CA-50
(Machado 2004).
Os valores obtidos para a resistência à ruptura sob tração em corpos-de-
prova de bambu com e sem nó, ficaram em torno de 150 MPa, que corresponde a,
aproximadamente, 20 % da resistência à ruptura de uma aço da categoria CA-50.
Contudo, pode-se constatar a vantagem do bambu como reforço, em relação à
diminuição do peso próprio da estrutura, determinando-se a relação entre a
resistência à tração e o peso específico. A partir do valor do peso especifico do
bambu obtido por Culzoni (1986), de 0,90 g/cm3 e tornando-se o valor da
resistência de cerca de 150 MPa, determinado nesse estudo, obtém-se uma relação
de 167 MPa.cm3/g, enquanto que para o aço, com valores do peso específico em
média 7,85 g/cm3 e resistência por volta de 800 MPa, obtidos por Machado
(2004), essa relação fica em torno de 102 MPa.cm3/g.
Comparado ao módulo de elasticidade, usualmente tomado para o aço um
valor de 210 GPa, o valor médio obtido para o bambu nesse estudo, em torno de
5 – Apresentação e análise dos resultados 106
26 GPa, corresponde a cerca de 12 % do primeiro, ficando notável a maior
capacidade de deformação específica da armadura de bambu.
5.2.1.1. Análise microscópica nos corpos-de-prova de bambu solicitado à tração
Seções de ruptura dos corpos-de-prova de bambu, rompidos por tração,
podem ser vistas nas Figuras 5.18, 5.19 e 5.20.
Figura 5.18 – Amostra retirada após a ruptura no ensaio de tração das armaduras de
bambu (ampliada 200 vezes).
Feixe de fibras (esclerênquima)
Fibra solta
5 – Apresentação e análise dos resultados 107
Figura 5.19 – Detalhe no ponto de ruptura do bambu quando sujeito a uma carga
tracionada (ampliada 100 vezes).
Figura 5.20 – Detalhe do esclerênquima com vazios (ampliada 1000 vezes).
As Figuras 5.18 e 5.19 mostram que as fibras do bambu não rompem
uniformemente e que os vasos (parênquimas) apresentaram uma ruptura frágil
Parênquimas
Fibras soltas
Fissura
Fissura
Parênqui
5 – Apresentação e análise dos resultados 108
devido a sua superfície ser plana e regular. Observou-se que o conjunto vascular
aparentemente não sofreu ataques químicos por ação da alcalinidade do concreto,
mostrando que o produto impermeabilizante utilizado, Sikadur 32 gel, apresentou
uma boa eficiência nas ripas de bambu.
Por meio da análise microscópica pode-se mostrar que o comportamento das
fibras de bambu não foi alterado e que não há indícios de apodrecimento das
fibras, comprovando a permanência de sua resistência à tração durante esses
quatro anos de imersão no concreto.
5.2.2. Ensaio de cisalhamento das armaduras de bambu
Foram ensaiados corpos-de-prova de bambu com nó e sem nó retirados das
armaduras dos pilares rompidos em 2005, sob cisalhamento paralelo às fibras. As
Figuras 5.21 (a - c) e 5.22 (a - c) mostram os corpos-de-prova de bambu no
momento da ruptura e os resultados obtidos a partir dos testes estão apresentados
na Tabela 5.5.
Tabela 5.5 – Resultados obtidos no ensaio ao cisalhamento paralelo às fibras das
armaduras de bambu.
Corpo-de-prova Módulo de ruptura
(MPa)
Coef. de Variação
(%)
Com nó 3,59 29,55 Pilar B4
Sem nó 5,83 28,93
Com nó 3,75 39,54 Pilar B10
Sem nó 4,33 25,39
Com nó 4,18 23,31 Pilar B12
Sem nó 4,27 35,24
5 – Apresentação e análise dos resultados 109
(a) (b) (c)
Figura 5.21 (a - c) – Detalhe da ruptura por cisalhamento de três corpos-de-prova de
bambu sem nó.
(a) (b) (c)
Figura 5.22 (a – c) - Detalhe da ruptura por cisalhamento de três corpos-de-prova de
bambu com nó.
5 – Apresentação e análise dos resultados 110
Os resultados encontrados para a resistência ao cisalhamento paralelo às
fibras das armaduras de bambu variam, para corpos-de-prova sem nó, entre 4,27
MPa e 5,83 MPa e para corpos-de-prova com nó, 3,75 MPa e 4,18 MPa. As
Tabelas 5.6 e 5.7 mostram os resultados obtidos para ensaios semelhantes, com a
mesma espécie de bambu, por diversos autores em trabalhos anteriores.
Tabela 5.6 - Resistência ao cisalhamento paralelo às fibras em corpos-de-prova com nó
da espécie Dendrocalamus giganteus.
Autor Módulo de ruptura
(MPa)
Ghavami e Souza (2000) 3,08
Ghavami e Marinho (2001) 3,37
Ghavami e Marinho (2002) 3,06
Pilar B4 3,59
Pilar B10 3,24
Pilar B12 4,18
Tabela 5.7 - Resistência ao cisalhamento paralelo às fibras em corpos-de-prova sem nó
da espécie Dendrocalamus giganteus.
Autor Módulo de ruptura
(MPa)
Ghavami e Souza (2000) 3,11
Ghavami e Marinho (2001) 3,56
Ghavami e Marinho (2002) 3,88
Pilar B4 5,83
Pilar B10 4,33
Pilar B12 4,27
Comparados os resultados anteriormente publicados, os resultados obtidos
neste estudo apresentaram-se ligeiramente superiores, podendo-se concluir não ter
havido redução desse índice mecânico, pelo fato de haver estado o bambu inserido
no concreto durante cerca de quatro anos. Essa constatação mostra-se relevante
5 – Apresentação e análise dos resultados 111
pelo fato de assegurar a boa aderência entre as fibras de uma mesma ripa,
resistência essa que é bastante solicitada quando da submissão a solicitações que
tendem a provocar fendilhamento ou deslocamento entre as fibras, tal como
acontece quando há flambagem.
Estando os feixes de fibras, que são os elementos resistentes, perfeitamente
unidos e solidários na oposição a uma determinada solicitação, a peça solicitada
poderá apresentar melhor desempenho.
5.2.2.1. Análise microscópica nos corpos-de-prova de bambu sujeitos ao cisalhamento
As seções de ruptura dos corpos-de-prova de bambu, rompidos por
cisalhamento paralelo às fibras, podem ser vistas nas Figuras 5.23 e 5.24.
Figura 5.23 – Seção de ruptura no ensaio de cisalhamento paralelo às fibras das
armaduras de bambu (ampliada 200 vezes).
5 – Apresentação e análise dos resultados 112
Figura 5.24 – Detalhe da região de ruptura por cisalhamento ampliada (200 vezes).
Observou-se um deslizamento longitudinal das fibras, ao mesmo tempo em
que houve ruptura por cisalhamento do parênquima. As fibras permaneceram bem
unidas, ou seja, a lignina, aparentemente, não foi atacada quimicamente,
comprovando a eficiência do método de impermeabilização das armaduras de
bambu.
Os resultados obtidos no ensaio de cisalhamento paralelo às fibras em ripas
de bambu retiradas das armaduras dos pilares ensaiados em 2005 foram
compatíveis com os valores encontrados em trabalhos anteriores. Não houve
indícios de modificações no comportamento das ripas de bambu, além de não
apresentar, visualmente, sinais de apodrecimentos em suas amostras.
5.2.3. Ensaio de flexão em três pontos nas armaduras de bambu
Foram ensaiados corpos-de-prova de bambu com nó e sem nó retirados das
armaduras dos pilares rompidos em 2005. As Figuras 5.25 e 5.26 mostram os
corpos-de-prova de bambu no momento da ruptura e os resultados estão
apresentados na Tabela 5.8.
Parênquima Esclerênquima
5 – Apresentação e análise dos resultados 113
Figura 5.25 - Detalhe da ruptura por flexão nos corpos-de-prova de bambu.
Figura 5.26 – Corpo-de-prova de bambu rompendo por flexão.
5 – Apresentação e análise dos resultados 114
Tabela 5.8 - Resultados obtidos no ensaio de flexão em três pontos nos corpos-de-prova
retirados das armaduras de bambu.
Mód Rup Mód Elas Corpo
de
prova
P.
máx
(kN)
Desl
no P.
máx
(mm)
σf
(MPa)
Coef
Var
(%)
E
(GPa)
Coef
Var
(%)
Tenac
(J)
Tenac
2mm
kJ
C/ nó 2,75 6,05 133,14 4,33 7,96 15,38 6,77 18,98 B4
S/ nó 1,63 7,42 137,81 8,90 8,28 9,85 6,93 25,43
C/ nó 3,42 6,03 120,12 32,08 5,66 50,66 10,53 24,05 B10
S/ nó 2,48 8,57 140,31 30,10 8,82 45,87 13,44 39,16
C/ nó 2,43 5,91 103,76 21,97 4,69 18,74 7,11 18,49 B12
S/ nó 1,73 8,28 123,73 5,68 7,63 11,15 9,53 32,60
Os valores obtidos para o módulo de ruptura à indicou certa perda à flexão,
conforme esperado, pela presença do nó no centro do vão livre do corpo-de-prova.
A perda chegou até cerca de 16% do valor desse índice para o elemento sem nó.
As Figuras 5.27 (a e b), 5.28 (a e b) e 5.29 (a e b) mostram, para cada pilar,
os gráficos força-deslocamento dos ensaios de flexão em três pontos nas
armaduras de bambu.
Relação carga x delocamento à flexão na armadura do pilar B4 com nó
-0,50
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
3,50
0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00
Deslocamento (mm)
Car
ga
(kN
)
CP 1
CP 2
CP 3
(a) Corpos-de-prova com nó.
5 – Apresentação e análise dos resultados 115
Relação carga x deslocamento à flexão na armadura do pilar B4 sem nó
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
3,50
4,00
0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00
Deslocamento (mm)
Car
ga
(kN
)CP 1
CP 2
CP 3
(b) Corpos-de-prova sem nó.
Figura 5.27 – Relação carga x deslocamento à flexão em ripas de bambu retiradas da
armadura do pilar B4.
Relação carga x deslocamento à flexão na armadura do pilar B10 com nó
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
3,50
4,00
0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00
Deslocamento (mm)
Car
ga
(kN
) CP 1
CP 2
CP 3
CP 4
(a) Corpos-de-prova com nó.
Relação carga x deslocamento à flexão na armadura do pilar B10 sem nó
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
3,50
0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00
Deslocamento (mm)
Car
ga
(kN
)
CP 1
CP 2
CP 3
CP 4
CP 5
(b) Corpos-de-prova sem nó.
Figura 5.28 - Relação carga x deslocamento à flexão em ripas de bambu retiradas da
armadura do pilar B10.
5 – Apresentação e análise dos resultados 116
Relação carga x deslocamento à flexão na armadura do pilar B12 com nó
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
3,50
4,00
0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00
Deslocamento (mm)
Car
ga
(kN
) CP 1
CP 2
CP 3
CP 4
(a) Corpos-de-prova com nó.
Relação carga x deslocamento à flexão na armadura do pilar B12 sem nó
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
3,50
4,00
0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00
Deslocamento (mm)
Car
ga
(kN
) CP 1
CP 2
CP 3
CP 4
(b) Corpos-de-prova sem nó.
Figura 5.29 - Relação carga x deslocamento à flexão em ripas de bambu retiradas da
armadura do pilar B12.
As Tabelas 5.9 e 5.10 apresentam resultados obtidos para a resistência à
flexão em três pontos e módulo de elasticidade nas armaduras de bambu da
mesma espécie encontradas por diversos autores.
5 – Apresentação e análise dos resultados 117
Tabela 5.9 - Resistência à flexão em corpos-de-prova com nó da espécie
Dendrocalamus giganteus.
Autor Mód Ruptura
(MPa)
Mód Elasticidade
(GPa)
Culzoni (1986) 93,04 9,94
Ghavami e Tolêdo Filho (1992) 91,87 -
Pilar B4 133,14 7,96
Pilar B10 120,12 5,66
Pilar B12 103,76 4,69
Tabela 5.10 - Resistência à flexão em corpos-de-prova sem nó da espécie
Dendrocalamus giganteus.
Autor Mód Ruptura
(MPa)
Mód Elasticidade
(GPa)
Culzoni (1986) 124,36 12,18
Beraldo (1987) 151,00 12,00
Ghavami e Tolêdo Filho (1992) 126,40 -
Pilar B4 137,81 8,28
Pilar B10 140,31 8,82
Pilar B12 123,73 7,63
Para os corpos-de-prova com nó os resultados para o módulo de ruptura à
flexão foram superiores em cerca de 12 % aos encontrados por outros autores, e
para os corpos-de-prova sem nó os resultados foram semelhantes ao observado.
Com relação ao desempenho sob tração, cisalhamento e flexão, os exemplares
ensaiados apresentaram valores que sugerem que não houve danos consideráveis
ao bambu, devido à permanência prolongada no interior do concreto, a ponto de
provocar-lhe perda de desempenho mecânico. No entanto, os resultados do
módulo de elasticidade dos os três pilares, com ou sem nó, foram inferiores aos
anteriormente publicados.
O valor médio obtido nos exemplares com nó ficou em torno de 60 % do
valor obtido por Culzoni (1986), e para os exemplares sem nó o valor ficou em
torno de 70 % dos obtidos por Culzoni (1986) e Beraldo (1987).
5 – Apresentação e análise dos resultados 118
5.2.3.1. Análise microscópica nos corpos-de-prova de bambu sujeitos à flexão
Seções de ruptura dos corpos-de-prova de bambu rompidas por flexão
podem ser vista nas Figuras 5.30 e 5.31.
Figura 5.30 – Amostra retirada após a ruptura por flexão das armaduras de bambu
(ampliada 200 vezes).
Figura 5.31 – Detalhe das fibras de bambu após a ruptura por flexão (ampliada 1000
vezes).
Parênquima
Fibras Esclerênquima
5 – Apresentação e análise dos resultados 119
Observou-se que as fibras de bambu romperam uniformemente, ao contrário
do que ocorreu na ruptura por tração. A anatomia do bambu apresentou-se
aparentemente inalterada Não houve indícios de penetração de produtos alcalinos
do concreto, já que o aspecto das fibras permaneceu semelhante a imagens
produzidas de amostras de bambu não sujeitas a exposição em ambiente
agressivo.
6 Conclusões e sugestões para trabalhos futuros
6.1. Conclusões
Neste trabalho foram analisados, experimentalmente, quatro pilares de
concreto, sendo três deles armados com bambu, com diferentes taxas de armadura,
e um pilar armado com barras de aço, com objetivo principal de estudar a
durabilidade dessas armaduras, decorridos quatro anos de inserção no concreto.
Foi analisado, também, o comportamento dos pilares em compressão centrada,
comparando seus resultados com os obtidos por Rosa (2002).
Os resultados dos testes de compressão axial nos pilares mostraram um bom
desempenho mecânico das armaduras. Os pilares romperam por compressão
centrada, sendo uma das possíveis causas de ruptura do concreto, a flambagem
local das armaduras. Os gráficos de tensão-deformação do concreto mostraram
que a ruptura ocorreu no meio do pilar comprovando a boa eficiência do reforço
extra executado junto ao topo e a base.
Os ensaios de tração, cisalhamento e flexão nas ripas de bambu retiradas das
armaduras e comparadas com dados obtidos por outros autores, comprovaram que
não houve perda na sua resistência. Mesmo com valores de resistência à tração
bem menores em relação ao aço, o bambu mostrou-se superior quando
comparadas as relações peso específico/resistência dos dois materiais, mostrando
que o bambu pode substituir o aço em armaduras convencionais.
A análise por microscopia eletrônica de varredura mostrou que a anatomia
do bambu não foi alterada durante esses quatro anos. Uma das principais
preocupações seria o enfraquecimento das fibras pelo ataque alcalino. Foi
constatado que não houve modificações no conjunto vascular do bambu, provando
a eficiência do produto Sikadur 32 gel como impermeabilizante.
Esse trabalho mostrou a viabilidade da durabilidade do bambu em
construções de concreto armado, apresentando características físicas e
6 – Conclusões e sugestões para trabalhos futuros 121
desempenho mecânico inalterados, mesmo após quatro anos de exposição ao meio
alcalino do concreto circundante, desde que adequadamente tratado.
6.2. Sugestões para trabalhos futuros
Para trabalhos futuros, pode-se apresentar as seguintes sugestões:
(1) – Analisar o comportamento das armaduras de bambu em pilares
esbeltos sujeitos a carga centrada ou excêntrica;
(2) – reduzir a seção do pilar para 15 cm x 15 cm mesmo não sendo
recomendado pelas Normas brasileiras, com o intuído de utilizá-las em casas
populares;
(3) – utilizar o bambu também para confecção dos estribos para os pilares;
(4) – reduzir a largura das ripas de bambu e analisar seu comportamento;
(5) – estudar a durabilidade dessas armaduras de bambu, expondo a
estrutura de concreto armado a ambientes com graus de agressividade diversos,
tais como, ambientes com atmosfera marítima ou industrial;
(6) – analisar estatisticamente o desempenho do bambu em estruturas de
concreto, a partir de experimentos que produzam dados em quantidade suficiente.
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