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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.

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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.

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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.

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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

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Aos meus pais, Jerson e Ana Cristina,

por acreditarem em meus sonhos e

por sonharem junto comigo.

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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.

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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.

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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.

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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.

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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fσ Módulo de ruptura por flexão

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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.

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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-

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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.

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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).

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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

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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).

Diafragma

Cavidade

Superfícielisa e rígida

ColmoEspessurada parede

Fibras

Internó

Figura 2.1 – Corte longitudinal do colmo (Liese, 1992).

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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

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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

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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

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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).

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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.

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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).

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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.

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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

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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

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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

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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.

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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).

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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).

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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

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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

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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).

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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).

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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

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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).

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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.

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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).

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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.

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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).

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Page 49: Leandro Silva Ferreira Durabilidade das armaduras de … Leandro Silva Ferreira Durabilidade das armaduras de bambu tratado utilizadas como reforço em pilares de concreto armado

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%.

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Page 50: Leandro Silva Ferreira Durabilidade das armaduras de … Leandro Silva Ferreira Durabilidade das armaduras de bambu tratado utilizadas como reforço em pilares de concreto armado

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.

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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)

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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).

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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:

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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.

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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

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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

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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.

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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 ‰.

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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)

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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:

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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.

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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

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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).

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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

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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.

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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).

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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).

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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

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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.

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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.

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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.

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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.

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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.

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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.

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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).

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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)

Fita de borracha

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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.

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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

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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)).

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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.

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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).

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Page 90: Leandro Silva Ferreira Durabilidade das armaduras de … Leandro Silva Ferreira Durabilidade das armaduras de bambu tratado utilizadas como reforço em pilares de concreto armado

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

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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

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Page 92: Leandro Silva Ferreira Durabilidade das armaduras de … Leandro Silva Ferreira Durabilidade das armaduras de bambu tratado utilizadas como reforço em pilares de concreto armado

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.

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Page 93: Leandro Silva Ferreira Durabilidade das armaduras de … Leandro Silva Ferreira Durabilidade das armaduras de bambu tratado utilizadas como reforço em pilares de concreto armado

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).

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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.

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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.

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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.

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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.

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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

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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.

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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.

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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.

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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.

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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.

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Page 104: Leandro Silva Ferreira Durabilidade das armaduras de … Leandro Silva Ferreira Durabilidade das armaduras de bambu tratado utilizadas como reforço em pilares de concreto armado

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

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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

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Page 106: Leandro Silva Ferreira Durabilidade das armaduras de … Leandro Silva Ferreira Durabilidade das armaduras de bambu tratado utilizadas como reforço em pilares de concreto armado

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

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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

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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

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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.

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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

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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).

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Page 112: Leandro Silva Ferreira Durabilidade das armaduras de … Leandro Silva Ferreira Durabilidade das armaduras de bambu tratado utilizadas como reforço em pilares de concreto armado

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

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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.

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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.

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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.

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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.

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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).

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Page 118: Leandro Silva Ferreira Durabilidade das armaduras de … Leandro Silva Ferreira Durabilidade das armaduras de bambu tratado utilizadas como reforço em pilares de concreto armado

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

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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.

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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

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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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