ANÁLISE EXPERIMENTAL DA SUBSTITUIÇÃO PARCIAL DO AÇO POR VARETAS DE BAMBU EM VIGOTAS...
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UNIVERSIDADE DO EXTREMO SUL CATARINENSE - UNESC CURSO DE ENGENHARIA CIVIL JOEL PIAZZA ANÁLISE EXPERIMENTAL DA SUBSTITUIÇÃO PARCIAL DO AÇO POR VARETAS DE BAMBU EM VIGOTAS PRÉ-MOLDADAS CRICIÚMA, JUNHO DE 2009
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ANÁLISE EXPERIMENTAL DA SUBSTITUIÇÃO PARCIAL DO AÇOPOR VARETAS DE BAMBU EM VIGOTAS PRÉ-MOLDADAS
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UNIVERSIDADE DO EXTREMO SUL CATARINENSE - UNESCCURSO DE ENGENHARIA CIVIL
JOEL PIAZZA
ANÁLISE EXPERIMENTAL DA SUBSTITUIÇÃO PARCIAL DO AÇO POR VARETAS DE BAMBU EM VIGOTAS PRÉ-MOLDADAS
CRICIÚMA, JUNHO DE 2009
JOEL PIAZZA
ANÁLISE EXPERIMENTAL DA SUBSTITUIÇÃO PARCIAL DO AÇO POR VARETAS DE BAMBU EM VIGOTAS PRÉ-MOLDADAS
Trabalho de Conclusão de Curso, apresentado para obtenção do grau de Engenheiro Civil no curso de Engenharia Civil da Universidade do Extremo Sul Catarinense, UNESC.
Orientador: Prof. Esp. Alexandre Vargas
CRICIÚMA, JUNHO DE 2009
JOEL PIAZZA
ANÁLISE EXPERIMENTAL DA SUBSTITUICÃO PARCIAL DO AÇO POR VARETAS DE BAMBU EM VIGOTAS PRÉ-MOLDADAS
Trabalho de Conclusão de Curso aprovado pela Banca Examinadora para obtenção do Grau de Engenheiro Civil, no Curso de Engenharia Civil da Universidade do Extremo Sul Catarinense, UNESC, com Linha de Pesquisa em estruturas.
Criciúma, 01 de julho de 2009.
BANCA EXAMINADORA
Prof. Esp. Alexandre Vargas - Engenheiro Civil - (UNESC) - Orientador
Prof – Márcio Vito - Engenheiro Civil
Prof. Dr. Leonardo de Brito - (UNESC)
Dedico este trabalho, em especial aos meus pais Valmir Piazza e Aneide Menegon Piazza, pela doação e amor incondicional em todos os momentos de minha vida, e minha namorada Franciane Mezzari por todo apoio e carinho.
AGRADECIMENTOS
Agradeço primeiramente a Deus por estar sempre ao meu lado, me
confortando nos momentos de dúvidas e inquietações e, responsável por todas as
vitórias pessoais em minha vida.
Aos meus pais, Valmir Piazza e Aneide M. Piazza, que foram
extremamente essenciais na formação da minha carreira profissional.
Ao professor e orientador Eng. Alexandre Vargas que, sempre disposto,
muito contribuiu para elaboração deste trabalho.
Aos colegas de curso, que propuseram momentos inesquecíveis no
decorrer do curso.
“Insanidade é fazer sempre as mesmas coisas, esperando resultados”.
Albert Einstein
RESUMO
Neste trabalho, apresenta-se e se discute um estudo experimental sobre o
comportamento estrutural de vigotas pré-moldadas de concreto com substituição do
aço por varetas de bambu (in natura) como elemento de combate à tração na flexão
das vigotas, permanecendo a armadura superior de aço comumente utilizada. Sobre
o método dos ensaios as vigotas foram submetidas à ação de forcas concentradas,
aplicadas verticalmente nos terços dos vãos. Ensaiaram-se oito vigotas pré-
moldadas, sendo quatro, armadas longitudinal com varetas de bambu da espécie
Dendrocalamus Giganteus e quatro vigotas de referência, armadas com barras de
aço CA-60 com diâmetro nominal de 4.2 mm conforme os critérios da NBR 14862. A
utilização de varetas de bambu como armadura longitudinal é viável do ponto de
vista estrutural, pois é possível aplicar a mesma hipótese de cálculo utilizado no
concreto armado com aço (Estádio ll). Todavia para introdução deste material não
convencional requer cuidados especiais devido à baixa aderência desenvolvida na
associação concreto x bambu. Constatou-se que o comportamento estrutural das
vigotas pré-moldadas em relação à carga portante total até a ruptura foi satisfatório,
obtendo valores superiores ao teórico.
Palavras-chave: Vigota pré-moldada. Bambu. Carga Portante. Aderência.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 - Ensaio de resistência a compressão.....................................................20Figura 2 – Curva de Gauss.......................................................................................20Figura 3 - Ensaio de abatimento de tronco de cone.............................................22Figura 4 - Adensamento do concreto com vibrador de imersão.........................23Figura 5 - Diagrama tensão-deformação para aços de armadura passiva.........27Figura 6 – Anatomia do bambu................................................................................32Figura 7 - Dimensões dos corpos-de-prova de varetas de bambu para ensaio e tração..........................................................................................................................36Figura 8 – Ensaio de compressão diametral..........................................................39Figura 9 – Laje pré – moldada composta por vigotas treliçadas.........................47Figura 10 – Corte com laje confeccionada a partir de vigas treliçadas..............47Figura 11 – Seção típica de armadura treliçada. ..................................................48Figura 12 – Perspectiva da armação da vigota......................................................48Figura 13 – Cimbramento.........................................................................................50Figura 14 – Comportamento da seção transversal nos estádios de uma viga de concreto armado na flexão nominal simples.........................................................52Figura 15 – diagrama de tensões no concreto no estado limite último..............53Figura 16 – Domínios de deformação no estado limite último em uma seção transversal.................................................................................................................55Figura 17 - Carregamento teórico para máximo momento...................................62Figura 18 – Local onde foi feito o carregamento dos corpos de prova..............64Figura 19 – Local onde foram moldados os corpos de prova.............................65Figura 20 – Bambuzal da espécie...........................................................................65 Figura 21 – Colmos coletados.................................................................................66Figura 22 - Corte transversal dos colmos coletados............................................67Figura 23 – Diâmetro externo na horizontal. Figura 24 – Diâmetro externo na vertical...............................................................68Figura 25 – Trefilagem das varetas de bambu.......................................................68Figura 26 – Dimensões das formas metálicas.......................................................69Figura 27 – Limpeza das fôrmas com ar comprimido...........................................69Figura 28 – Aplicação do desmoldante com bomba costal..................................70Figura 29 – Confecção da vigota pré-moldada com bambu.................................71
Figura 30 – Procedimento de confecção da vigota pré-moldada........................71Figura 31 – Exsudação do material desmoldante.................................................72Figura 32 – Superfície da viga pré-moldada impregnada com a mistura desmoldante..............................................................................................................72Figura 33 - Extremidades das vigotas de aço e de bambu...................................73Figura 34 – Betoneira utilizada na produção do concreto....................................74Figura 35 – Corpos de prova....................................................................................74Figura 36 – Sistema de carregamento....................................................................75Figura 37 – Escala de medidas em 20 litros...........................................................75Figura 38 – Bombas que fazem o carregamento...................................................76Figura 39 – Linha de nylon para medir as deformações.......................................76Figura 40 – Sistema de aquisição dos dados........................................................77Figura 41 – Rotação nos apoios..............................................................................77Figura 42 – Esquema de carregamento das vigotas.............................................78Figura 43 – Início do carregamento da vigota de referencia................................78Figura 44 – Carregamento de 80 Kgf, vigota de referência. ................................79Figura 45 – Carregamento de 120 Kgf, vigota de referência................................79Figura 46 – Carregamento de 130,50 Kgf, vigota de referência...........................79Figura 47 – Inicio do carregamento, vigota armada com varetas de bambu.....80Figura 48 – Carregamento de 40 Kgf, vigota armada com varetas de bambu.. .80Figura 49 – Carregamento de 60 Kgf, vigota armada com varetas de bambu. . .80Figura 50 – Carregamento de 71 Kgf, vigota armada com varetas de bambu. . .81Figura 51 – Gráfico Momento x Flexa.....................................................................82Figura 52 – Gráfico do momento para flecha máxima..........................................83Figura 53 – Gráfico da carga máxima de ruptura..................................................84Figura 54 – Inter-face bambu x concreto................................................................84Figura 55 – Inter-face aço-concreto........................................................................85
LISTA DE TABELAS
Tabela 1- Comparação da energia gasta em MJ para produzir 1m3 por unidade de tensão ...................................................................................................................29Tabela 2 – Comparação de produção anual de bambu e de madeira (t/ha).......30Tabela 3 – Ensaio de caracterização do bambu....................................................33Tabela 4 – Ensaios de caracterização mecânica de colmos de bambu..............37Tabela 5 – Dados de tração, compressão, flexão e cisalhamento para três espécies distintas.....................................................................................................39Tabela 6 – Relação entre a resistência á tração e o peso específico..................39Tabela 7 – Ensaios de aderência do bambu com tratamento, sem tratamento e do aço. .......................................................................................................................43Tabela 8 – Bitola mínima para o fio do banzo superior, conforme a altura da treliça..........................................................................................................................48Tabela 9 – Aço para utilização em lajes pré-fabricadas........................................49Tabela 10 – Limites de deslocamentos para aceitabilidade sensorial................59Tabela 11 – Vigota pré-moldada com aço CA-60. Valores médios. ...................81Tabela 12 – Vigota pré-moldada com varetas de bambu. Valores médios........82
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas
“in loco” – No local.
a/c – Fator água/ cimento.
εyd- Deformação específica de cálculo do aço.
Eci - Módulo de elasticidade do aço.
Δc – Cobrimento nominal.
Fs – Fator de segurança.
fck – Resistência característica do concreto à compressão.
fcd – Resistência de cálculo do concreto à compressão.
fyk – Resistência característica de escoamento do aço à tração.
fyd – Resistência de cálculo de escoamento do aço à tração.
fstk – Limite de resistência do aço
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ......................................................................................................... 15 1.1 TEMA .................................................................................................................... 15 1.2 DELIMITAÇÕES DO TEMA ................................................................................. 15 1.3 PROBLEMA DE PESQUISA ................................................................................ 15 1.4 OBJETIVOS .......................................................................................................... 16 1.4.1 Objetivo geral ................................................................................................... 16 1.4.2 Objetivo Específico ......................................................................................... 16 1.5 QUESTÃO DA PESQUISA ................................................................................... 17 1.6 JUSTIFICATIVA ................................................................................................... 17 2 FUNDAMENTACÃO TEÓRICA ............................................................................... 18 2.1 CONCRETO .......................................................................................................... 18 2.2 CARACTERISTICAS DO CONCRETO ................................................................ 19 2.2.1 Resistência à compressão .............................................................................. 19 2.2.2 Consistência ..................................................................................................... 20 2.2.3 Trabalhabilidade ............................................................................................... 21 2.2.4 Homogeneidade ............................................................................................... 22 2.2.5 Adensamento .................................................................................................... 22 2.2.6 Cura do Concreto ............................................................................................. 23 3 AÇO .......................................................................................................................... 25 3.1 CLASSIFICAÇÕES DO AÇO ............................................................................... 25 3.2 CARACTERÍSTICAS MECÂNICAS DO AÇO ..................................................... 26 3.2.1 Resistência característica de escoamento do aço à tração (fyk) ............... 26 3.2.2 Limite de resistência (fstk) .............................................................................. 26 3.2.3 Alongamento na ruptura ................................................................................. 26 3.3 MONTAGENS DAS ARMADURAS ...................................................................... 28 4 BAMBU .................................................................................................................... 29 4.1 CARACTERÍSTICAS GERAIS DO BAMBU ........................................................ 29 4.2 CARACTERÍSTICAS BIOLÓGICAS, MORFOLÓGICAS, ANATÔMICAS E QUÍMICAS ................................................................................................................... 30 4.3 CARACTERÍSTICAS FÍSICO-MECÂNICAS ........................................................ 33 4.4 DIFICULDADES DA ASSOCIAÇÃO BAMBU/CONCRETO ............................... 40 4.4.1 Absorção de água ............................................................................................ 40
4.5 VARIAÇÃO DIMENSIONAL ................................................................................. 41 4.6 ADERÊNCIA ENTRE O BAMBU E O CONCRETO ............................................ 42 4.7 DURABILIDADE DO BAMBUCRETO ................................................................. 44 5 LAJE PRÉ-MOLDADA ............................................................................................ 45 5.1 CONCEITOS ......................................................................................................... 45 5.2 VIGOTA TIPO TRELIÇADA ................................................................................. 46 5.3 CONCRETO ......................................................................................................... 49 5.4 AÇO ....................................................................................................................... 49 5.5 CIMBRAMENTO ................................................................................................... 49 5.6 ANÁLISE ESTRUTURAL DA LAJE PRÉ-MOLDADA ........................................ 51 5.6.1 Estado limite último de flexão simples .......................................................... 51 5.6.2 Cálculo do valor da armadura ......................................................................... 53 5.6.3 Momento positivo resistido pela seção nervurada ...................................... 56 5.6.3.1 Momento positivo resistido pela seção nervurada conhecida à armadura ..................................................................................................................................... 57 5.6.4 Deslocamentos ................................................................................................. 59 6 DIMENSIONAMENTO DAS VIGOTAS PRÉ-MOLDADAS. AMOSTRA DE REFERENCIA SEGUNDO A NBR-14862 .................................................................. 60 6.1 CÁLCULO DA ALTURA DA LINHA NEUTRA .................................................... 60 6.2 CÁLCULO DO MÁXIMO MOMENTO .................................................................. 61 6.3 FLECHA MÁXIMA ................................................................................................ 62 7 METODOLOGIA ...................................................................................................... 63 7.1 ESCOLHA DO LOCAL PARA MOLDAGEM E ENSAIOS .................................. 63 7.2 INÍCIO DOS TRABALHOS ................................................................................... 64 7.3 CONFECÇÃO DAS VARETAS DE BAMBU ........................................................ 66 7.4 MOLDAGEM DAS VIGAS PRÉ-MOLDADAS ..................................................... 68 7.5 AÇO UTILIZADO .................................................................................................. 73 7.6 CONCRETO .......................................................................................................... 73 7.7 MÉTODO DE ENSAIO .......................................................................................... 74 7.8 ENSAIO DOS CORPOS DE PROVA ................................................................... 78 7.9 APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS DADOS ..................................................... 81 8 RECOMENDAÇÕES PARA O USO DO BAMBUCRETO ...................................... 86 8.1 VANTAGENS E DESVANTAGENS DO BAMBU ................................................ 87 8.1.1 Vantagem .......................................................................................................... 87
8.1.2 Desvantagens ................................................................................................... 87 9 CONCLUSÃO .......................................................................................................... 88 9.1 SUGESTOES PARA FUTUROS TRABALHOS .................................................. 89 REFERÊNCIAS ........................................................................................................... 90 APÊNDICES ................................................................................................................ 92 APÊNDICE A – Valores Experimentais de Momentos e Carregamento ............. 93 para cada amostra ensaiada .................................................................................... 93
15
1 INTRODUÇÃO
A conscientização global com o alto consumo de energia e o conseqüente
aumento da poluição vem levando o meio acadêmico a pesquisar materiais
alternativo de origem natural que possam substituir produtos industrializados
utilizados na construção civil. Estudos sobre este e outros materiais não
convencionais vêêm sendo desenvolvidos, motivados pela escassez de habitações
populares no Brasil e em outros países em desenvolvimento. Neste trabalho,
apresenta-se e se discute um estudo experimental sobre o comportamento estrutural
de vigotas de concreto armadas com varetas de bambu, substituindo o aço
comumente utilizado.
1.1 TEMA
Substituições parciais do aço utilizando varetas de bambu da espécie
Dendrocalamus Giganteus para confecção de vigotas para laje pré-moldada de
concreto.
1.2 DELIMITAÇÕES DO TEMA
O estudo teórico experimental tem por objetivo, a definição de parâmetros
comparativos de dimensionamento à flexão simples de vigotas de concreto armadas
com bambu que garantam segurança frente aos estados limites. Parâmetros sempre
colocados como obstáculo a utilização do bambu como armadura em vigas de
concreto. Como modelo de dimensionamento e aderência bambu x concreto, o
presente trabalho discorre desprezando a ancoragem das vigotas e a deterioração
das fibras de bambu.
1.3 PROBLEMA DE PESQUISA
A concepção básica de uma estrutura de concreto armado com bambu
consiste na capacidade do concreto de resistir aos esforços de compressão, e as
16
varetas de bambu, aos esforços de tração. Para que tal sistema seja eficiente e
responda adequadamente às solicitações da estrutura, deve haver transferência de
forças entre o concreto e o elemento resistente a tração. A aderência entre o
concreto e o bambu é responsável por essa transferência. Quando eficiente, a
aderência garante que esses dois materiais trabalhem de forma unificada,
garantindo também a capacidade do concreto de continuar a resistir aos esforços
após a ocorrência da sua fissuração (Park & Paulay, 1975). Haja vista que o bambu
é um material que possui propriedades mecânicas compatíveis às dos materiais
utilizados em estruturas de concreto armado (Lima Jr. et al., 2000); vem sendo
estudada a possibilidade da utilização desse material como elemento resistente à
tração em estruturas de concreto armado. Entretanto, verifica-se que a utilização do
bambu com esta finalidade tem sido dificultada pela baixa aderência desenvolvida
entre este material e o concreto (Kurian & Kalam, 1977).
1.4 OBJETIVOS
1.4.1 Objetivo geral
O objetivo deste trabalho é desenvolver e avaliar experimental e
teoricamente a substituição parcial do aço em vigotas de concreto armado com
varetas de bambu, da espécie Dendrocalamus giganteus (bambu gigante) com área
de seção pré-dimensionada na confecção de vigotas para laje pré-moldadas. Tal
proposta tem por objetivo viabilizar o uso da laje pré-moldada e criar uma alternativa
para as lajes convencionais pré-fabricadas.
1.4.2 Objetivo Específico
• Estudar e conhecer as propriedades físico-mecânicas e a estrutura
anatômica da espécie de bambu que será discutida;
17
• Desenvolver um dispositivo para realizar as sucessivas provas de
carga;
• Realizar ensaios e comparar os resultados encontrados;
• Medir as deformações com uso de instrumentos;
• Observar desempenho dos resultados e fazer uma analogia com as
vigotas em concreto armado segundo a NBR 14859-2;
1.5 QUESTÃO DA PESQUISA
Qual a eficácia de varetas de bambu no combate a flexão em elementos
pré-moldados de concreto armado?
1.6 JUSTIFICATIVA
Baseado em conhecimentos adquiridos por várias gerações, o bambu
vem sendo cultivado e empregado, por suas características de rusticidade, rapidez
de crescimento, baixo custo e, por ter se adaptado as diversas condições
edafoclimatologicas, o que tem propiciado sua grande disponibilidade ao longo
território nacional.
O bambu pode ser utilizado diretamente em construções ou combinado
com materiais convencionais, como parede de pau-a-pique ou, recentemente
utilizado, na substituição do aço em construções secundárias, embora apresente
problemas como o baixo módulo de elasticidade longitudinal em relação ao aço,
baixa aderência ao concreto e instabilidade dimensional.
Devido à pequena quantidade de estudos experimentais executadas até o
momento, não se tem conhecimento suficiente do comportamento destas vigas de
concreto armadas com bambu em relação aos estados limites. Desta forma, tornam-
se imprescindíveis estudos experimentais de modelos, para se definir parâmetros
que forneçam subsídios que possibilitem garantir segurança frente aos estados
limites.
As pesquisas envolvendo o emprego de bambu são crescentes em nível
mundial, impostas pela necessidade de aproveitar recursos naturais para viabilizar
construções com características especiais.
18
2 FUNDAMENTACÃO TEÓRICA
2.1 CONCRETO
O concreto é basicamente o resultado de uma mistura, em determinadas
proporções, de cimento, pedra, areia e água. A proporção entre os materiais
constituintes do concreto é conhecida por dosagem ou traço, sendo que podemos
obter um concreto com características especiais quando acrescentadas à mistura
adições como aditivos, fibras, entre outros.
Existem algumas razões pelas quais o concreto é um material tão
largamente usado na engenharia. A primeira delas seria sua excelente resistência à
água. A capacidade do concreto de resistir à ação da água, sem deterioração séria,
ao contrário da madeira e do aço comum, faz dele um material ideal para estruturas
destinadas a transportar, controlar e estocar água. Já na antiguidade, através dos
romanos, uma das primeiras aplicações conhecidas do concreto, foi sua utilização
em aquedutos e muros de contenção de água. Nos dias de hoje o uso do concreto
em barragens, canais e canalizações para conduzir água, pode ser observado
praticamente no mundo inteiro.
A segunda razão que explica o intenso uso do concreto é a facilidade com
que elementos estruturais de concreto podem ser executados, numa variedade de
formas e tamanhos. Isto acontece, pois a consistência plástica do concreto fresco,
permite ao material fluir nas fôrmas. Com seu endurecimento, após um número de
horas, o concreto torna-se uma massa resistente e as fôrmas podem ser removidas.
A terceira razão para a popularidade do concreto deve-se ao fato dele ser
o material normalmente mais barato e mais facilmente disponível no canteiro de
obras. O cimento Portland, a areia, a pedra e a água que, como citados inicialmente,
que são os ingredientes necessários à confecção do concreto, são materiais
relativamente baratos e normalmente disponíveis na maior parte do mundo.
19
2.2 CARACTERISTICAS DO CONCRETO
2.2.1 Resistência à compressão
A principal característica do concreto é sua resistência à compressão
simples, denominada Fc, a qual é determinada pelo ensaio de corpos-de-prova
submetidos à compressão uniaxial, esse ensaio também permite a obtenção de
outras características, como o módulo de elasticidade, dentre outras. O valor
estimado da resistência à compressão de um lote é feito utilizando corpos-de-prova
para ensaio segundo a NBR 5738 – Moldagem e cura de corpos de prova cilíndricos
ou prismáticos de concreto, os quais são ensaiados segundo a NBR 5739 –
Concreto – Ensaio de compressão de corpos-de-prova cilíndricos, que especifica
como, corpo-de-prova padrão brasileiro sendo um cilíndrico, com 15 cm de diâmetro
e 30 cm de altura, e a idade de referência para o ensaio é 28 dias.
Figura 1 - Ensaio de resistência a compressãoFonte: http://www.unesc.net?pagina=fck
Para saber quanto um determinado concreto resiste à compressão, é
necessário realizar certo número de ensaios de corpos de prova. Os valores obtidos
são mais ou menos dispersos, variando de acordo com o rigor com que se
confecciona o concreto. Então, precisa-se apontar uma resistência representativa
20
para esse concreto. Como a média aritmética não considera a dispersão dos
resultados, define-se como resistência característica do concreto à compressão (fck),
o valor que apresenta grau de confiança de 95%. Ou seja, fck é o valor da resistência
de modo que ao menos 95% dos resultados obtidos nos ensaios estejam acima
dele. Na Figura 2 observa-se a distribuição estatística normal dos resultados (curva
de Gauss).
Figura 2 – Curva de Gauss.Fonte: Carvalho, 2007, p. 33.
2.2.2 Consistência
A primeira propriedade do concreto fresco que deve ser considerada é a
sua consistência. Carvalho (2003, p. 28) a define como sendo:
(...) a maior ou a menor capacidade que o concreto fresco tem de se deformar; está relacionada ao processo de transporte, lançamento e adensamento do concreto, e varia, em geral, com a quantidade de água empregada, granulometria dos agregados e pela presença de produtos químicos específicos.
Carvalho (2003) diz ainda que em elementos com alta taxa de armadura,
por apresentarem maior dificuldade de adensamento, deve ser empregada
concretos com menor consistência. Entretanto, não havendo grande quantidade de
armadura nas peças, é indicado à utilização de concretos com maior consistência, e
em princípio, com menor quantidade de água.
21
2.2.3 Trabalhabilidade
A trabalhabilidade é a facilidade com que o concreto pode ser manuseado
desde a mistura até o acabamento, sem perda considerável da homogeneidade. A
trabalhabilidade do concreto deve ser estabelecida de acordo com a geometria do
elemento estrutural, tipo de fôrma, taxa de armadura, equipamentos de mistura, de
transporte, de lançamento, adensamento e tipo de acabamento desejado.
Guimarães in: Isaia (2005, p. 474), diz que, “o concreto deve apresentar duas
qualidades principais durante a fase de execução de peças estruturais: fluidez e
coesão. A fluidez é a facilidade de mobilidade e a coesão é resistência à exsudação
e à segregação”. “Há vários ensaios que dão uma noção da trabalhabilidade do
concreto, visto que nenhum dá uma medida direta dessa qualidade” (GUIMARÃES
IN: ISAIA, 2005, p. 478). De baixo custo e muito utilizado tanto em laboratório quanto
em canteiro de obras, o ensaio de abatimento do tronco de cone é normalmente o
ensaio mais aplicado. A NBR 7223 – MB 256 – NM 67 normaliza esse ensaio no
Brasil. Guimarães in: Isaia (2005, p. 479), explica o funcionamento do ensaio:
No centro de uma base metálica, posiciona-se um molde também metálico de um tronco de cone com 300 mm de altura, base com 200 mm de diâmetro e topo com 100 mm de diâmetro. Deve-se molhar o molde para diminuir a influência do atrito durante a execução do ensaio. Mantém-se o molde firme à base metálica colocando os pés sobre saliências fixas junto à base do tronco de cone, o qual deve ser preenchido com três camadas de concreto, apiloando cada camada 25 vezes com uma barra de ferro de 16 mm de diâmetro. Após remover o excesso de concreto, mantém-se firme o molde sobre a base colocando as mãos sobre saliências fixas no centro do molde e retirando os pés das saliências inferiores. Logo a seguir o molde é erguido, provocando o abatimento do concreto. O molde é colocado com o topo apoiado na base metálica ao lado do concreto e, com o auxílio de uma régua de aço e de uma escala, mede-se o abatimento do tronco de cone no seu centro.
22
Figura 3 - Ensaio de abatimento de tronco de cone.Arquivo: Autor
2.2.4 Homogeneidade
A homogeneidade é a distribuição dos agregados dentro da massa de
concreto. Assim quanto mais uniformes e dispersos estaverem os agregados na
mistura com a pasta, mais homogêneo será o concreto, resultando assim, numa
melhor qualidade na estrutura. Carvalho (2003) enfatiza que essa melhora será,
principalmente, quanto à permeabilidade e à proteção proporcionada à armadura,
além de resultar em melhor acabamento, sem a necessidade de reparos posteriores.
Segundo Yazigi (2003), a velocidade de rotação muito baixa da betoneira
pode prejudicar a homogeneidade do concreto e o alcance da consistência ideal da
mistura. Já a velocidade elevada gera a segregação do concreto, já que, pela ação
da força centrífuga, os agregados tendem a acumular-se contra a parede interna do
tambor.
2.2.5 Adensamento
É um processo manual ou mecânico, com auxilio de vibradores, na qual
se faz a compactação da mistura do concreto fresco, com o objetivo de eliminar os
23
vazios internos da mistura e facilitar a acomodação do concreto no interior das
fôrmas. A falta de adensamento pode ocasionar falhas na concretagem, dando
origem às bicheiras. Para que seja atingido um adensamento satisfatório há uma
série de recomendações técnicas para o uso de vibradores mecânicos encontradas
no item 9.6.2 da NBR 14031:2003, de maneira que não aconteça falta nem excesso
de energia no adensamento. A finalidade do adensamento do concreto é a
eliminação do ar aprisionado nos processos de mistura, transporte e lançamento.
Tornando o mesmo mais compacto e menos permeável. Para que seja atingido um
adensamento satisfatório há uma série de recomendações técnicas para o uso de
vibradores mecânicos encontradas no item 9.6.2 da NBR 14031:2003, de maneira
que não aconteça falta nem excesso de energia no adensamento.
Figura 4 - Adensamento do concreto com vibrador de imersão.Fonte: Autor
2.2.6 Cura do Concreto
Conhecida como o conjunto de medidas que tem por finalidade evitar a
evaporação prematura da água necessária para a hidratação do cimento, que é
responsável pela pega e endurecimento do concreto. Para Mehta & Monteiro (1994,
p. 345) “os dois objetivos da cura são impedir a perda precoce de umidade e
controlar a temperatura do concreto durante um período suficiente para que este
24
alcance um nível de resistência desejado”. O objetivo da cura é manter o concreto
saturado, ou o mais próximo possível dessa condição, até que os espaços
inicialmente ocupados pela água sejam ocupados pelos produtos da hidratação do
aglomerante.
Segundo Carvalho (2003), após o início da pega, ocorre um processo em
que o concreto perde parte da água necessária para sua hidratação por meio da
evaporação, e essa perda repentina tende a provocar fissuras, que não podem ser
resistidas pelo concreto devido a sua pouca idade. Para isso devem ser tomadas
medidas para evitar essa evaporação ou até mesmo fornecer água necessária para
que o concreto atinja as suas propriedades. Esse conjunto de medidas é
denominado de cura. Quanto maior o prazo de cura, mais resistente e durável será o
concreto, visto que não existe um tempo pré-determinado para a realização da cura.
“Existe certo consenso quanto ao prazo mínimo de sete dias de cura, embora este
deva variar em função do coeficiente de forma da peça, do tipo de cimento, da
relação A/C, das condições climáticas, etc.” (THOMAZ IN: ISAIA, 2005, p. 568).
Denomina-se período de cura o intervalo de tempo que corresponde às reações
químicas iniciais de hidratação do cimento e endurecimento do concreto. Tal período
pode influenciar significativamente todas as propriedades do material, necessitando-
se cuidados especiais que favoreçam física e quimicamente a construção da matriz
de cimento; assim sendo, deve-se garantir o tempo e a qualidade de água
necessária para as reações de hidratação e para a constituição do gel, variáveis e
função da composição química do cimento e das eventuais adições. (THOMAZ,
2001, pg. 191).
25
3 AÇO
O aço é associado ao concreto com a finalidade de melhorar a
resistência, desse último a determinados tipos de esforços. Possui um percentual de
0,03% a 2,04% de participação do carbono para lhe conferir maior ductilidade,
permitindo assim que o mesmo não se quebre quando for dobrado para a execução
das armaduras. E é justamente no teor de carbono que esclarecemos a diferença
entre aço e ferro. Este último possui um teor entre 2,04% e 6,70%. Embora
usualmente se utilize o termo ferro, as barras e fios destinados às armaduras para
concreto armado possuem, normalmente, um teor de carbono entre 0,08% e 0,50%,
e, portanto, sua denominação técnica correta é aço.
3.1 CLASSIFICAÇÕES DO AÇO
Classificam-se como barras os produtos obtidos por laminação, e como
fios os obtidos por trefilação. Ambos dividem-se em categorias conforme seu valor
característico de resistência de escoamento (fyk). Temos assim os aços CA-25, CA-
50 ou CA-60 (a sigla CA indica concreto armado, e o número informa a resistência
de escoamento mínima, em kN/cm²). Logo, a resistência (fyk) do aço CA-25, por
exemplo, é de 25 kN/cm².
Os diâmetros e seções transversais nominais de projeto devem seguir a
NBR 7480 (barras e fios de aço destinados à armadura para concreto armado).
Temos os diâmetros comerciais encontrados:
Barras: em bitolas de 5,0, 6,3, 8,0, 10,0, 12,5, 16,0, 20,0, 22,5, 25,0 e 32,0 mm.
Fios: estes são encontrados nas bitolas 3,2, 4,0, 5,5, 6,3, 8,0 e 10,0 mm.
Na ausência de valores fornecidos pelas siderúrgicas (fabricantes) ou de
ensaios específicos, admitimos o módulo de elasticidade Eci do aço como sendo fck
5600.
26
3.2 CARACTERÍSTICAS MECÂNICAS DO AÇO
De acordo com Carvalho (2003), as características mecânicas mais
importantes para a definição de um aço, obtidas em ensaios de tração, são
resistência característica de escoamento, limite de resistência e alongamento na
ruptura.
3.2.1 Resistência característica de escoamento do aço à tração (fyk)
É a máxima tensão que a barra ou o fio devem suportar, pois, a partir
dela, o aço passa a sofrer deformações permanentes. Este é o caso dos aços com
patamar de escoamento definido (CA-25 e CA-50). O aço CA-60 não tem patamar
definido, e o valor de fyk é o da tensão correspondente a uma deformação
específica permanente de 0,002 ou 2%o.
3.2.2 Limite de resistência (fstk)
É o ponto máximo de resistência da barra, ou seja, é a força máxima
suportada pelo material, e com a qual ele se rompe. Seu valor é obtido pela leitura
direta na máquina de tração. A relação entre a força de ruptura e a área da seção
transversal inicial da amostra é que determina a tensão máxima.
3.2.3 Alongamento na ruptura
É o valor do aumento do comprimento do corpo de prova correspondente
à ruptura, expresso em porcentagem. Temos então:
ε = l1 –l0 . 100 l 0
27
Em que l 0 e l 1 são os comprimentos inicial e final, respectivamente, de um
trecho (normalmente central) do corpo de prova. O valor de l 1 deve ser medido
depois de a carga ser retirada.
Nos aços com patamar de escoamento definido, a deformação específica
de cálculo (εyd), que é a correspondente ao início do patamar, é obtida pela seguinte
equação:
εyd = f yd
Es
Em que:
ε yd - Deformação específica de cálculo do aço;fyd - Resistência de cálculo de escoamento do aço à tração;Es - Módulo de elasticidade do aço;
Para o aço CA-60, que não apresenta patamar de escoamento, o item
8.3.6 da NBR 6118:2003 permite, assim como para os aços com patamar, utilizar,
para os cálculos nos estados - limite de serviço e último, o diagrama da Figura 5:
Figura 5 - Diagrama tensão-deformação para aços de armadura passiva.Fonte: Carvalho, 2007.
O presente diagrama é válido para intervalos de temperatura entre -200ºC
e 1500C, podendo ser aplicado para tração e compressão.
28
3.3 MONTAGENS DAS ARMADURAS
Primeiramente, observa-se se as barras encontram-se livres de
corrosões, impurezas etc, de modo a garantir o pleno desempenho à que foram
dimensionadas. Se necessário for, antes do início da montagem das armaduras as
barras de aço devem passar por:
• Limpeza: as barras devem estar isentas de qualquer material que
possa prejudicar a aderência com o concreto;
• Corte: deve-se procurar utilizar um equipamento compatível com o
diâmetro da barra e que o mesmo tenha um acabamento satisfatório de corte.
Podem ser utilizados equipamentos manuais ou mecânicos;
• Desempenho: caso alguma barra apresente alguma deformação deve
ser corrigida, geralmente utilizam-se martelos ou marretas;
• Dobramento: normalmente precisam-se dobrar as barras de aço, basta
colocar a barra sobre uma bancada onde se dispõe de pinos de dobramento ou
equipamento específico para tal atividade. Tal procedimento deve seguir
rigorosamente as orientações descritas segundo a NBR 6118:2003, relacionadas
aos ganchos das armaduras.
A quantidade de barras e seu arranjo (posição dentro da seção
transversal do elemento) devem atender às prescrições da NBR 6118:2003,
assegurando a penetração e o adensamento do concreto em todos os vazios do
elemento estrutural, bem como que haja espaço para que as agulhas dos vibradores
sejam introduzidas entre as barras.
De acordo com Chaves (1996), é de fundamental importância que o
dobramento dos ferros siga rigorosamente o projeto estrutural, de modo que a
estrutura de concreto armado trabalhe de acordo com a resistência que ela foi
projetada. Caso não seja garantido esse posicionamento a estrutura pode perder
resistência. Outro ponto importante é o cuidado na concretagem, deve-se tomar
cuidado para que os processos de lançamento e adensamento do concreto não
desloquem a armadura da sua posição.
29
4 BAMBU
4.1 CARACTERÍSTICAS GERAIS DO BAMBU
O interesse pelo bambu esta intimamente relacionado com a perenidade
das touceiras e seu rápido desenvolvimento que viabiliza o inicio da colheita dos
colmos a partir de 2 anos de idade. Por ser uma espécie perene, o cultivo de bambu
é perfeitamente viável em terrenos marginais com elevada declividade,
possibilitando o aproveitamento econômico dessa área. Apresenta também um
sistema radicular do tipo fasciculado, com rizoma (extensão dos rizomas no solo
pode variar de 25 a 187 km/ha), que contribui para proteção do solo contra erosão. A
velocidade media de crescimento dos colmos de bambu varia de 8 a 10 cm/dia,
podendo atingir 40 cm/dia para colmos da espécie Dendrocalamus giganteus.
O bambu necessita de baixo consumo de energia para sua produção. Na
tabela 1, HIDALGO LOPES (1974), faz a comparação da energia necessária para
produção de vários materiais de construção com suas tensões de compressão,
utilizadas em cálculos estruturais. Percebe-se que para o aço resistir a uma mesma
tensão que o bambu, ele consome 50 vezes mais energia.
Tabela 1- Comparação da energia gasta em MJ para produzir 1m3 por unidade de tensão
Fonte: HIDALGO LOPES, (1974).
Para avaliar o desempenho do bambu, podemos destacar;
• desempenho como material estrutural (construção civil);
• alta funcionalidade em relação ao valor agregado do bambu
comparado com outros materiais (aço, cerâmica);
• material de vasta disponibilidade, apesar de certas irregularidades
geométricas e ausência de ferramentas especificas para manuseio.
Material Bambu Madeira Concreto AçoMJ/m3 /MPa 30 80 240 1500
30
JANSSEN (2005) realizou um estudo comparando a produção anual de
bambu com a de madeira de reflorestamento (pinus) em t/ha (tabela 2). Nota-se que
a produção de biomassa do bambu é três vezes superior a da madeira.
Tabela 2 – Comparação de produção anual de bambu e de madeira (t/ha)
Produção anual Verde Seco Verde Secot/há Total Total Colmo Tronco Colmo Tronco
Bambu 78,3 47,4 55,7 36,0Pinus 17,5 13,5 14,0 10,8
RelaçãoBambu/ pinus
4,5 3,5 4,0 3,3
Fonte: JANSSEN, (2005).
Atualmente, o bambu vem sendo reconhecido como uma espécie florestal
de grande valor, em decorrência de suas amplas possibilidades agronômicas e
tecnológicas como matéria-prima fibrosa industrial, artesanal, e como material
estrutural para pequenas construções rurais. Como matéria-prima industrial, as
maiores possibilidades de utilização do bambu são para produção conjunta de fibras
celulósicas para papel e energia, esta na forma de amido granular ou como etanol,
após a sacarificação do amido. A produção de broto de bambu, como alimento e a
obtenção de carvão a partir dos colmos, são outras possibilidades de utilização do
bambu. Vários são os produtos que se pode obter a partir do bambu, destacando-se:
• Fibras celulósicas para papel;
• Fibras celulósicas e amido ou etanol;
• Broto comestível;
• Carvão;
• Painéis laminados ou compensados;
• Material para construções rurais;
• Tubos para condução de água.
4.2 CARACTERÍSTICAS BIOLÓGICAS, MORFOLÓGICAS, ANATÔMICAS E
QUÍMICAS
31
Os bambus pertencem a um grupo de gramíneas arborescentes gigantes,
classificados como Bambusae, uma tribo da família das Gramíneas. Pelas
características de seu colmo, é considerada uma planta lenhosa, monocotiledônea,
pertencente às angiospermas (HIDALGO LOPEZ, 1974).
Existem no mundo cerca de 80 gêneros e 1250 espécies de bambus, das
quais 62% são nativas da Ásia, 34% das Américas e 4% da África e Oceania. A
classificação e identificação botânica das espécies são muito difíceis, tendo em vista
que este tipo de vegetal floresce em intervalos de tempo muito longos (30 a 100
anos), dependendo da espécie e de condições ambientais (HIDALGO LOPEZ,
1974). Devido ao clima, os bambus nativos crescem naturalmente em todos os
continentes, com exceção da Europa.
As espécies de bambu mais difundidas no Brasil são Bambusa tuldoides
(bambu comum), Bambusa vulgaris Schrad (bambu verde), Bambusa vulgaris
Schrad var. vittata (bambu imperial, amarelo), Dendrocalamus giganteus (bambu
gigante) e algumas espécies do gênero Phylllostachys sp (cana da Índia).
Os colmos crescem de rizomas subterrâneos, sendo que a maioria das
espécies são encontradas em regiões tropicais e subtropicais. O crescimento de
algumas espécies pode ser medido diariamente, sendo que já foi medido o
crescimento de 120,0 cm em 24 h, para espécie Madake (Phyllostachys
bambusóides) na região de Kioto (UEDA,1956 citado por HIDALGO LOPES, 1974) e
37,0 cm no mesmo período, no Rio de Janeiro em 1993 (GHAVAMI, 2005).
O diâmetro do bambu decresce ao longo de seu comprimento, de baixo
para cima, e é dividido em intervalos por nós, onde crescem os ramos e há
diafragmas transversais internos. Estes intervalos são chamados de inter-nós. A
superfície exterior do colmo é coberta por duras e lustrosas cutículas, as quais são
praticamente impermeáveis, evitando a perda de água pelo bambu.
A seção transversal de uma parede de bambu consiste das seguintes
partes:
• Superfície exterior dura e lustrosa, a qual parcialmente evita a perda de
água do colmo;
• Células de parênquimas, onde os nutrientes são armazenados;
32
• Feixes vasculares (contendo vasos através dos quais há o movimento
da água, tubos de seiva, fibras de paredes grossas responsáveis pela resistência do
bambu).
Cerca de 60 a 70 % da massa do colmo correspondem às fibras. A
capacidade da fibra do colmo cresce progressivamente enquanto os feixes
vasculares tornam-se menores no tamanho e mais densos do interior para a
superfície exterior do colmo, não sendo distribuídos uniformemente.
Portanto, propicia à parte externa maior resistência mecânica (figura 6).
Figura 6 – Anatomia do bambu.Fonte – adaptado de ROBLES AUSTRÍACO e PAMA, apud BARBOSA (1987).
Os colmos de Bambusa tuldoides apresentam maior quantidade de
massa fibrosa (61,19%) que os colmos de Bambusa vulgaris (53,32%) e
Dendrocalamus giganteus (46,09%), em volume (AZZINI et al., 1977). AZZINI et al.
(1977) observaram que a maior quantidade de feixes fibro-vasculares foi encontrada
em colmos de Bambusa vulgaris (410 feixes/cm2) em comparação com Guadua
angustiofolia (276,6 feixes/cm2) e Dendrocalamus giganteus (256 feixes/cm2).
Concluíram também que o número de feixes vasculares por unidade de superfície na
camada externa foi sempre superior ao da camada interna. Segundo AZZINI, a
densidade do bambu varia de 500 a 800 kg/m3, dependendo da estrutura anatômica,
como a quantidade e distribuição de fibras em volta das camadas dos vasos de
condução.
33
4.3 CARACTERÍSTICAS FÍSICO-MECÂNICAS
Os primeiros experimentos de que se têm notícia com o bambu
reforçando o concreto datam de 1917 na China, Japão e Filipinas. Segundo
SALCEDO (2001), os chineses foram os primeiros a utilizar o bambu como
substituto do aço no reforço de concreto de pontes ferroviárias e outras construções.
Na Europa, alemães e italianos, no século passado, também já realizavam suas
pesquisas. A 2a Guerra Mundial incentivou os estudos, por parte de Japão e Estados
Unidos, de utilizar o bambu caso a obtenção do aço fosse dificultada.
Mas, apesar destas utilizações importantes, o bambu é um material que
leva consigo certo preconceito, pois seu emprego foi realizado empiricamente,
havendo poucos estudos científicos para sua caracterização. Isto pode ser
justificável por ser um material natural com milhares de espécies e, portanto, com
grande variabilidade em suas características físicas e mecânicas.
Portanto, para utilizar o bambu como material estrutural de modo
eficiente, se faz necessário à caracterização física e mecânica das espécies mais
utilizadas para fins estruturais, como Guadua angustifólia e o Dendrocalamus
giganteus.
Os primeiros ensaios realizados com bambu por H. K. CHOU nos EUA
(SALCEDO, 2001), e posteriormente aplicados na China (1918), foram na
concretagem de pontes para linhas de trem utilizando o bambu da espécie
Phyllostachys como reforço em pilares solicitados à flexão. Foram ensaiadas 220
amostras, apresentando os resultados da tabela 3.
Tabela 3 – Ensaio de caracterização do bambu
ENSAIO TENSÃO DE RUPTURA (MPa)Flexão 93,5Tração 98,6
Compressão 38,7Cisalhamento 8,0
Fonte: H. k. CHOU (1914), citado por SALCEDO (2001)
34
Em alguns tipos de união entre elementos de bambu é importante
conhecer a resistência à tração perpendicular às fibras para prevenir falhas de
esforços de tensão perpendiculares às mesmas. Para tanto, Puentes e TAM (2006)
realizaram ensaios em aproximadamente 400 amostras de bambu da espécie
Guadua Angustifólia com e sem nós, os colmos foram coletados em três regiões da
Colômbia, e apresentavam idades de 4 e 6 anos. Com os resultados, os autores
concluíram que a região do meio do colmo apresenta maior resistência (26,5%),
sendo que nas amostras com nó obtiveram-se resultados 39% superiores do que em
aqueles sem nós.
Apresentado também maior resistência as amostras com 4 anos de idade
(29%). Entretanto, vale observar que estes resultados dependem de como foi
determinada região do meio do colmo.
CRUZ et al (2006) para determinar a isotropia transversal dos colmos de
bambu e obter as principais constantes elásticas (módulo de cisalhamento
superficial e módulo de elasticidade circunferencial), realizou ensaios de torção e de
tração por compressão diametral. Os ensaios foram realizados nas espécies
Guadua angustifólia, Metake e Moso. Utilizou-se um modelo de elementos finitos
para a determinação das constantes elásticas.
Essa pesquisa apresentou resultados importantes, como a distribuição
não-homogênea das fibras na parede do colmo. Portanto, há a necessidade de se
determinar mais constantes elásticas necessárias para se construir modelos de
elementos finitos para melhor representar sua anisotropia e detalhar seu
comportamento mecânico.
O comportamento de tração x deformação do bambu foi considerado
elástico linear até a ruptura (LIMA JR. et al., 2000). Assim, as tensões nas varetas
de bambu podem ser definidas com base na equação a seguir.
σb = Eb . eb
eb < ebr
Onde:
Eb: módulo de elasticidade das varetas de bambu;
eb: deformação específica das varetas de bambu;
35
ebr: deformação de ruptura das varetas de bambu.
LIMA JR. et al. (2000) obtiveram que os módulos de elasticidade à tração
em varetas de bambu D. giganteus com nó e sem nó, com os respectivos desvios-
padrão, foram 13 +/- 2,99 GPa e 23,75 e 3,71 GPa, respectivamente. Entretanto,
observaram que o módulo de elasticidade das varetas de bambu como armadura em
vigas de concreto não é o mesmo do que o determinado em ensaio de tração direta,
pois os nós e internos são posicionados de forma intercalada.
LIMA JR. et al. (1999), em ensaios de caracterização mecânica,
obtiveram valores de resistência à tração para a mesma espécie de bambu com e
sem nó na ordem de 97,51 MPa e 277,19 MPa e módulo de elasticidade de 13,14
GPa e 23,75 GPa, respectivamente. Com estes dados, podemos concluir que o
bambu difere seus resultados dependendo do local do colmo de onde foi retirada
amostra (base, meio e ponta). Mas, independente da posição, o comportamento é
praticamente linear até a ruptura.
A resistência à tração é maior na parte externa do colmo, isto é, na região
da casca, atingindo uma tensão de 210 MPa a 250 MPa. Já na parte interna, onde
ocorre maior concentração de células de parênquima, a tensão à tração encontra-se
entre 150 e 200 MPa (LOPES, 1974).
O mesmo autor ensaiou corpos-de-prova de bambu Dendrocalamus
giganteus, com e sem nó, para determinar a resistência à compressão axial, obtendo
valores médios de 35 MPa e 38 MPa, respectivamente.
Devido ao grande número de espécies de bambu, as suas propriedades
mecânicas apresentam grande variabilidade entre as espécies, dependendo também
das dimensões da amostra, local que foi retirada do colmo e como foi confeccionada
amostra tendo em vista a ausência de ferramentas disponíveis para manuseio.
Outros fatores como a umidade e a idade, podem afetar a resistência. A umidade no
colmo é de 15 a 20 % para espécies de 4 a 6 anos de idade.
Na literatura, encontram-se valores diferentes em relação às
características físicas e mecânicas do bambu. Esta divergência se dá,
principalmente, pela ausência de normas para a realização dos ensaios, sendo
aplicadas metodologias de ensaios diferentes para a determinação da mesma
característica.
36
FERREIRA (2002) realizou ensaios de caracterização na espécie de
bambu Gigante (D. giganteus) e obteve dados similares aos citados na literatura, em
relação ao ensaio de compressão (77,8 MPa). Os ensaios foram efetuados em
corpos-de-prova de 1 cm x 2 cm de seção transversal e de comprimento 6 cm.
Nos ensaios realizados por GHAVAMI (2005), adotando as dimensões
dispostas na figura 7, foi determinada a resistência à tração do bambu Gigante,
obtendo-se até 370 MPa. Com estes resultados pode-se obter a relação entre a
resistência à tração do bambu e sua densidade, verificando-se um resultado 6 vezes
superior àquele obtido para o aço.
Figura 7 - Dimensões dos corpos-de-prova de varetas de bambu para ensaio e traçãoFonte: adaptado de GHAVAMI (2005).
C = E 1/2 ρ
Onde:
E: Módulo de Elasticidade
ρ: densidade do bambu
GHAVAMI (2005), para determinar o Módulo de elasticidade do bambu,
considerou as varetas de bambu compostas por duas partes: uma composta das
fibras longas e dispostas em uma direção apenas (uniformemente distribuídas) e
outra, composta pelo restante de material que envolve as fibras, chamando esta
parte de matriz, considerando que ambas estão unidas por uma perfeita aderência.
A equação a seguir, baseada na teoria dos compósitos, foi utilizada para
determinar o Módulo de Elasticidade do bambu.
37
Ef = Ef * v f +E m (1-v f )
Onde:
Ef e Em = módulos de elasticidade especifico das fibras e da matriz,
respectivamente,
Vf e Vm = (1-Vf) = fração volumétrica das fibras e da matriz,
respectivamente.
A variação do volume de fibras foi determinada através de um software
para digitalização de imagem (DIP). Para isto, foram selecionados colmos de várias
espécies de bambu e, para cada colmo, foram coletadas 3 amostras (base, meio e
ponta). Através destas amostras, GHAVAMI (2005) observou que a distribuição das
fibras é mais uniforme na base do que no meio e ponta. Isto pode ser explicado
devido à tensão a que o bambu é submetido, na região da base do colmo,
provocada pelo vento, e pelo peso próprio. Entretanto esta diferença não é
significativa. GHAVAMI (1995) recomendou o uso do bambu como um material
alternativo, substituindo o aço, como reforço em peças de concreto. Para o autor, as
melhores espécies para este fim são Bambusa vulgaris e Dendrocalamus giganteus.
Ensaios realizados por K. DATTA (1935), citado por SALCEDO (2001), determinou
que peças de concreto reforçadas com bambu e submetidas à compressão podem
oferecer maior resistência, pois o bambu apresentou essa propriedade superior à do
concreto. Entretanto, uma peça de concreto armada com bambu é mais flexível. O
bambu também pode ser utilizado como reforço na zona de tração de vigas de
concreto, mas devido ao módulo de elasticidade do bambu ser menor do que o do
aço, a área de armadura de bambu deve ser maior do que a do aço. Na tabela 4
estão descritos os resultados realizados por Datta (1935), citado por SALCEDO
(2001).
Tabela 4 – Ensaios de caracterização mecânica de colmos de bambu
ENSAIO TENSAO (GPa)
OBSERVAÇÕES
Módulo de elasticidade à compressão
18,9 a 19,9 Valor aproximado ao concreto
Resistência á compressão0,79 a 0,86 Valores superiores aos do concreto
(colmos de 30 cm de comprimento e 3 cm de diâmetro).
Modulo de elasticidade a tração 17,0 a 18,0
38
Resistência à tração 0,16 a 0,21
Modulo de elasticidade à flexão 17,0 a 22,0
Resistência á flexão
0,18 a 0,76 Colmos de bambu com diâmetro entre 7 e 8 cm e uma distancia entre os
apoios de 25 vezes o diâmetro.
Fonte: K. Datta (Stuttgar, Alemanha, 1935) citado por SALCEDO (2001)
GHAVAMI et al (2006) estão realizando estudos experimentais para a
determinação do módulo de elasticidade do bambu, considerando-o como uma
constante elástica, segundo a ISO/DIS 22157 (2001).
Segundo TARGA e BALLARIN (1990), na determinação do Módulo de
Elasticidade de um colmo maduro, seco ao ar livre, apresentou valores entre 12,5 e
19,5 GPa e valor médio de 16,0 GPa. Para algumas espécies secas em estufas, o
valor pode atingir até 22,5 GPa. Já os colmos verdes geralmente atingem valores de
até 10,0 GPa. Estes valores fazem com que o uso do bambu seja atrativo,
especialmente se a relação entre a resistência à tração e o peso específico do
bambu for considerado.
Entretanto, a resistência à compressão é muito menor do que a
resistência à tração, situando-se entre 31 MPa e 72 MPa. Geralmente a resistência
aumenta com a maturidade do colmo. Experiências conduzidas por TARGA e
BALLARIN com o bambu Dendrocalamus strictus mostraram aumentos significativos
da resistência à compressão dos 6 meses aos 2,5 anos de idade (a Tensão de
Ruptura, o Módulo de Elasticidade e a Resistência à Compressão cresceram
respectivamente 79%, 38% e 76%). Normalmente, depois da idade de 5 anos de
idade o acréscimo de resistência do bambu não é significativo.
Através do ensaio de compressão diametral (Figura 8), LIMA Jr. et al.
(1999) determinaram a resistência à tração paralela às fibras e o módulo de
elasticidade transversal do bambu Gigante, sendo, respectivamente de 20,53 MPa e
2,17 GPa. Os autores utilizaram a Teoria de Vigas em Arco para calcular a tensão
máxima e o módulo de elasticidade transversal do bambu e concluíram, através de
ensaios realizados anteriormente com outras espécies, que esta propriedade
mecânica transversal do bambu é semelhante na maioria das espécies. Isto
acontece porque as células de parênquima apresentam características mecânicas
semelhantes nas diversas espécies de bambu. Os resultados experimentais
demonstram que o bambu pode ser utilizado como reforço em lajes de concreto.
39
Figura 8 – Ensaio de compressão diametral.Fonte: LIMA JR et al (1999).
SARTORI e CARDOSO JR. (1998) apresentaram dados de tração,
compressão, flexão e cisalhamento, obtidos para três espécies (tabela 5).
Tabela 5 – Dados de tração, compressão, flexão e cisalhamento para três espécies distintas
Espécie Tração(GPa)
Compressão (GPa)
Flexão(GPa)
Cisalhamento(GPa)
B. Vulgaris var. vittata 0,12 38,9 0,11 38,8B. Vulgaris 0,17 51,6 0,14 40,4
D. Giganteus 0,14 64,8 0,13 45,0
Fonte: SARTORI e CARDOSO JR. (1998)
GHAVAMI (1998), estudando a relação ente à tração paralela as fibras e
o peso especifico para alguns materiais (tabela 6), constatou que o bambu é o
material que apresenta o maior valor para esta relação, o que torna vantajosa a sua
utilização como material de construção.
Tabela 6 – Relação entre a resistência á tração e o peso específico
Material Resistência à tração paralela as fibras σt (MPa)
Peso Específico γ (g/cm3)
R = σt / γ . 10-2
Aço (CA - 50) 50,0 7,83 0,63Bambu 14,0 0,8 1,75
Alumínio 30,4 2,70 1,13
Fonte: GHAVAMI (1992)
40
4.4 DIFICULDADES DA ASSOCIAÇÃO BAMBU/CONCRETO
BERALDO (1991) avaliou o uso do bambu com material de construção no
Brasil não é mais difundido devido alguns fatores imitantes, como, a pequena vida
útil do bambu frente ao aço, a variação volumétrica quanto sujeito a umidade, o que
acaba destruindo a união bambu/concreto, resultando em grandes deflexões e
fissurações quando carregado e a baixa aderência ente o bambu e o concreto em
virtude de sua superfície lisa. Em vista disso, alguns pesquisadores desenvolveram,
e ainda continuam desenvolvendo, estudos para viabilizar o uso do bambucreto com
maior segurança.
Por fim, ainda existe possibilidade de utilização do bambu como material
alternativo para diminuir o peso de elementos construtivos ou como fator estético
com o explica OLIVEIRA (1980). “o rippendencken” é um piso alemão que se obtém
com placas de concreto-ferro-bambu, que apresenta vantagens sobre os
convencionais devido ao menor peso especifico, alem de ser um bom isolante
acústico.
4.4.1 Absorção de água
Uma das principais desvantagens do bambu quanto à utilização como
reforço no concreto é a absorção de água. O bambu segundo VIJAV RAJ (1991),
quando cortado e deixado no mesmo ambiente contem uma umidade natural entre
12 e 20%. Colmos de bambu da espécie dendrocalamus strictus com 2,5 anos de
idade podem absorver entre 51 e 55% de água depois de 4 dias de imersão e entre
57 e 64% depois de 7 dias de imersão.
No estudo de GHAVAMI (1994) com vários impermeabilizantes, o que se
mostrou, mas eficaz foi o Negrolin, produzido pela Sika. O bambu Gigante foi imerso
durante 96 horas em água (após ter sido tratado com Negrolin) e apresentou uma
taxa de absorção de apenas 4%.
Outros impermeabilizantes que também já foram estudados são a
emulsão asfáltica (piche) e algumas tintas e vernizes. Segundo BARMAK (1938), o
importante é o produto a ser empregado satisfaça as seguintes condições:
41
• a impermeabilização deve ser feita por revestimento;
• o impermeabilizante dever ser insolúvel e inalterante na água;
• não deve produzir reações químicas nem com o bambu nem com o
concreto;
4.5 VARIAÇÃO DIMENSIONAL
Variações dimensionais podem ocorrer no bambu devido à rápida
absorção e liberação de água, por ser um material higroscópico, isto é quando em
contato com o meio aquoso, o bambu varia de dimensões. Segundo LIMA JR (1999)
esta propriedade faz com que o bambu, quando em contato com o concreto fresco,
absorva parte da água de amassamento e aumente suas dimensões. Após o
endurecimento do concreto, este vai gradativamente liberando a água absorvida e
retorna as dimensões iniciais. Com isto, a interação entre os dois materiais fica
comprometida. Um bambu verde quando colocado para secar libera água e encolhe,
e esta água diminui conforme o bambu atinge a idade adulta de aproximadamente 3
anos. Sabe-se que a umidade natural do colmo de bambu maduro é de 20%.
Segundo VIJAY RAJ (1991) o bambu pode encolher aproximadamente
12% do seu diâmetro e 16% da sua espessura aos 6 meses de idade. Entretanto,
este bambu na idade adulta reduz seu encolhimento para 4 - 7 % no diâmetro e 3 - 7
% na espessura de parede de colmo. Assim, o bambu quando usado reforço em
peças de concreto pode absorver água do concreto fresco e inchar, encolhendo logo
que o concreto secar, fazendo que o bambu fique completamente ou parcialmente
isolado da argamassa adjacente, causando fissuras na superfície do concreto.
GEYMAYER e COX (1970, verificam que a variação linear é 5% na
direção radial e 0,5% na direção longitudinal, sendo a mesma variação das madeiras
convencionais. Antes de qualquer tentativa para a impermeabilização do bambu, é
necessário saber se alguma parte dela absorve mais umidade do que a outra e
conseqüentemente, requer tratamentos diferentes. Com este objetivo. GEYMAYER
e os outros retiraram a parte interna do bambu para determinar separadamente a
absorção de uma umidade é diferente em cada uma das partes de bambu ficam
submersas por alguns dias e absorção aumenta e fica quase igual nas 2 partes.
42
Portanto, recomenda-se o uso de impermeabilizantes sobre o bambu,
juntamente com um concreto de traço rico e secagem rápida, a fim de prevenir
fissuras. Recomenda-se ainda, que o colmo de bambu seco seja colocado em água
dois a três dias antes da concretagem para evitar a absorção de água do concreto.
4.6 ADERÊNCIA ENTRE O BAMBU E O CONCRETO
Outro problema sério da associação bambu x concreto e um dos grandes
entraves á sua utilização é a má aderência. Essa má aderência depende
principalmente do grau de saturação do colmo depois de endurecido o concreto, da
extensão e proporção de retração dos colmos, das saliências do colmo, da
proporção bambu/concreto e da variação da temperatura.
A adoção das medidas para aumentar essa aderência contribui
bastante para maximizar a capacidade de carga de vigas com bambu. Por essas
razões, vários são os estudos a respeito de tratamentos a serem realizados no
bambu a fim de obter essa melhoria de aderência.
Entre os tratamentos existentes na literatura destacam-se:
• a aplicação de piche salpicado com areia que além de propiciar a
formação de uma superfície rugosa, funciona com impermeabilizante;
• o arame farpado pregado sobre o colmo ou a varetas;
• grampos de cerca cravados sobre o bambu;
• ranhuras feitas na casca das varetas;
• a utilização dos próprios nós dos bambus para aumentar a superfície
de contato com o concreto (o mais natural dos métodos).
Ghavami (1995) diz que repelente mais adequado é o negrolin produzido
pela Sika, sendo que este deve ser utilizado em conjunto com areia. Entretanto foi
notado posteriormente que o Sidakur 32 Gel é mais adequado para esse tipo de
tratamento.
43
Alguns resultados de testes de arrancamento realizados por Ghavami
(1995) e Rosa (2002) (sendo que os ensaios realizados com tratamento por Sikadur
e com o aço foram realizados por Rosa), podem ser vistos na tabela 7.
Tabela 7 – Ensaios de aderência do bambu com tratamento, sem tratamento e do aço.
Tratamento Alfa (N/mm2)
Com nó Sem nó
Sem tratamento 0,52 1,2
Negrolin + areia 0,73 1,55
Negrolin + areia + arame 0,97 1,8
Sikadur 32 Gel 2,75
Aco 3,25
Fonte: GHAVAMI (1992)
LIMA JR. (1999) realizam ensaios de arrancamento com o bambu
gigante, variando os tratamentos de impermeabilização e aderência e tipo de
concreto. Com os resultados, concluíram que contrariamente, ao que se esperava, o
bambu natural foi o que apresentou maior resistência ao deslizamento, pois os
bambus tratados com materiais impermeabilizantes inviabilizaram pequenas tensões
de aderência, pois houve cisalhamento nos próprios bambus. Também observam
que entre os concretos graníticos e lateralíticos, e este ultimo, apesar de ter uma
resistência à compressão menor, apresentou uma melhor aderência.
FERRÃO e FREIRE (1995) testaram a espécie Bambusa Tuldoides, em
relação à aderência ao concreto, através do teste de arrancamento com 5
tratamentos físicos diferente em varas de bambu em forma de taliscas, tendo como
melhores resultados o piche/areia e grampos de cerca. Tanto o grampo de cerca
quanto o arame farpado desenvolvam maior aderência do que aquelas engastadas
com apenas 10 cm.
Segundo FERRAO (1992), no ensaio de vigas armadas com bambu á
flexão simples. Os tratamentos que possibilitam uma maior carga de ruptura foram o
pinche com areia e arame farpado, sendo que neste ultimo o gancho de resistência
pode estar ligado á absorção de esforços por parte do arame.
44
4.7 DURABILIDADE DO BAMBUCRETO
A vida do bambu no concreto é até certo ponto incerta. O concreto é
muito alcalino (Ph =13) sendo tal valor elevado para o bambu. Com o tempo, esta
alcalinidade destrói a camada com fibras de celulose do bambu.
Para obter uma maior durabilidade do bambucreto é muito importante
considerar a porcentagem de área de seção transversal do bambu em relação a
área do concreto da peça. Ensaios realizados por MEHRA (1951) que mantiveram
as dimensões da peça variaram a porcentagem de bambu de 5 á 7,5% mesmo
quando submetido a ciclos de umedecimentos a secagem.
O espaçamento correto entre as varetas de bambu que servem de
armadura em peças de concreto é um fator importante para determinar a resistência
ao cisalhamento das mesmas. Ensaios indicaram que quando o reforço longitudinal
principalmente é muito espaçado, a resistência á flexão é prejudicada. Também,
quando o reforço de bambu principalmente é usado em linhas verticais e quando o
ponto em questão é perto da linha neutra da peça, a área de concreto da seção
horizontal de cisalhamento pode ser danificada, causando fissuras na peça devido
ao cisalhamento horizontal. Em muitas amostras testadas sob carregamento á
flexão, a causa das rupturas foi atribuída ao cisalhamento horizontal.
Segundo LIMA (1999), as vigas de concreto-bambu são mais deformáveis
que as que usam aço como reforço, devido ao menor módulo de elasticidade do
bambu, ocasionando fissuras de grande abertura, levando a peça ao colapso. O
reforço de cisalhamento melhora ao comportamento das vigas de concreto-bambu.
45
5 LAJE PRÉ-MOLDADA
5.1 CONCEITOS
Estas lajes são caracterizadas por possuírem vigotas pré-moldadas de
concreto armado, nos quais se apóiam blocos especiais de cerâmica ou de concreto.
Estes elementos são manufaturados em fábricas e transportados, após a sua cura,
para a obra. Depois da colocação das vigotas, blocos, armadura de distribuição,
eletrodutos e caixas de passagem, recebem uma camada fina de concreto em sua
superfície superior, chamada de capeamento.
O escoramento necessário para executar uma laje desse tipo não requer
um grande número de pontaletes ou escoras.
Segundo a ABNT NBR 6118:2003, item 14.4.2.1 as lajes ou placas são
“elementos de superfície plana sujeitos principalmente a ações normais a seu
plano”.
46
As placas de concreto são usualmente denominadas lajes. A norma NBR
14859-1 (2002) no item 3.1 define vigotas pré-fabricadas como elementos estruturais
constituídos por concreto estrutural, executadas industrialmente ou no próprio
canteiro de obra, mas fora do local definitivo de utilização, sob rigorosas condições
de controle de qualidade. Parcialmente ou totalmente envolvida pelo concreto
estrutural encontra-se a armadura que irá constituir a armadura inferior de tração da
laje, integrando parcialmente a seção de concreto da nervura longitudinal.
As lajes pré-moldadas podem ter nervuras principais em uma ou em duas
direções sendo classificadas como laje unidirecional ou bidirecional,
respectivamente. A laje pré-moldada unidirecional possui nervura principal disposta
em uma única direção, sendo formada por vigotas pré-moldadas posicionadas na
direção principal da laje. Mesmo quando nas situações em que são adotadas
nervuras transversais de travamento, esta laje ainda é classificada como
unidirecional.
A laje pré-moldada bidirecional possui nervuras resistentes em duas
direções ortogonais entre si. Normalmente, esta laje é construída dispondo-se
vigotas pré-moldadas com armação treliçada na direção do menor vão e pelas
nervuras transversais moldadas in loco na outra direção.
5.2 VIGOTA TIPO TRELIÇADA
A vigota treliçada (figura 9) é formada por uma placa de concreto que
envolve parcialmente ou totalmente a armadura treliçada (conforme NBR 14862,
2002) e quando for necessário pode ser complementada com armadura passiva
inferior de tração que ficará totalmente envolvida pelo concreto da nervura. São
utilizadas para compor as lajes treliçadas (LT).
47
Figura 9 – Laje pré – moldada composta por vigotas treliçadasFonte: Autor
Os parâmetros que definem a laje como vigota treliçada mostrados na
figura 10, são os seguintes:
Figura 10 – Corte com laje confeccionada a partir de vigas treliçadas.Fonte: NBR 14859-1-(ABNT-2002)
• Altura total da laje (h)
• Espessura da capa de concreto (hc)
• Intereixo de nervuras (i)
• Largura das nervuras (bw)
• Tipo de material de enchemento
• Altura da vigota (he)
A armadura de aço é fabricada em forma de estrutura espacial prismática,
constituída por dois fios de aço paralelos na base (banzo inferior) e um fio de aço no
topo (banzo superior), interligados por eletrofusão (caldeamento) aos dois fios de
aço diagonais (sinusóides), com espaçamento regular (passo).
48
Figura 11 – Seção típica de armadura treliçada.Fonte: www.puma.com.br
Figura 12 – Perspectiva da armação da vigota.Fonte: www.puma.com.br
O aço a ser utilizado na fabricação de armaduras treliçadas deve respeitar
o disposto na NBR 7480, sendo permitida a utilização dos diâmetros nela
especificados para a categoria CA 60 e o máximo diâmetro de 12,5 mm para a
categoria CA 50, atendendo às condições de soldabilidade, podendo ser liso,
entalhado ou nervurado.
Tabela 8 – Bitola mínima para o fio do banzo superior, conforme a altura da treliça.
Altura da armadura treliçada Diâmetro nominal mínimoDe 80 a 130
De 131 a 225De 226 a 300
6,07,08,0
Fonte: NBR 14859-1-(ABNT-2002).
49
5.3 CONCRETO
O concreto utilizado na confecção das vigotas pré-fabricadas e o concreto
complementar (referente à capa) devem atender às especificações das NBR 6118,
NBR 8953, NBR 12645 e NBR 12655. A resistência característica à compressão
será a especificada pelo projeto estrutural, sendo exigida no mínimo classe C20. No
caso de execução concomitante do concreto complementar e do concreto da
estrutura, prevalece o de classe mais alta especificado no projeto.
5.4 AÇO
Na utilização em lajes pré-fabricadas o aço deve atender aos critérios da
tabela 09.
Tabela 9 – Aço para utilização em lajes pré-fabricadas.
Produto Norma Diâmetro nominal mínimo mm Diâmetro máximo mmBarras/fios de aço CA
50/CA 60NBR 7480 6,3 (CA 50)
4,2 (CA 60)20,0 (CA 50)10,0 (CA 60)
Tela de aço eletrossoldada
NBR 7481 3,4 -
Fios de aço para protensão
NBR 7482 3,0 -
Cordoalhas de aço para protensão
NBR 7483 3 x 3,0 -
Armadura treliçada eletrossoldada
NBR 14862
Diagonal (sinusólide): 3,4Banzo superior: 6,0Banzo interior: 4,2
Diagonal (sinusóide): 7,0Banzo superior: 12,5Banzo inferior: 12,5
NOTA – Outras dimensões, desde que superiores à mínima padronizada, podem ser utilizadas, mediante acordo entre fornecedor e comprador
Fonte: NBR14859-1-(ABNT-2002).
5.5 CIMBRAMENTO
É uma estrutura de suporte provisória composta por um conjunto de
elementos que apóiam as fôrmas horizontais (vigas e lajes), suportando as cargas
atuantes (peso próprio do concreto, movimentação de operários e equipamentos,
50
etc.) e transmitindo-as ao piso ou ao pavimento inferior. Para tanto deve ser
dimensionado, entre outras coisas, em função da magnitude da carga a ser
transferida, do pé-direito e da resistência do material utilizado.
Estes elementos normalmente dividem-se em:
• Suporte: escoras, torres, etc;
• Trama: vigotas principais, conhecidas também como longarinas, e
vigotas secundárias, conhecidas como barrotes; todo o conjunto de trama
pode ser de metal, como mostra a figura 13.
• Acessórios: peças que unem, posicionam e ajustam as anteriores.
Figura 13 – CimbramentoFonte: www.abcp.com.br
Após a concretagem, inicia-se o processo de endurecimento do concreto,
onde as peças atingem a condição de serem autoportantes (em média 72 horas
após) até atingirem a resistência para a qual foram projetadas (28 dias). A fim de
liberar a maioria das peças de cimbramento para o próximo uso, são posicionadas
novas escoras (ou, nos sistemas que permitem a desmontagem das outras peças
sem movimentar as escoras, deixamos parte delas) e depois são desmontadas as
demais peças para uso na próxima laje.
Enquanto o cimbramento é um sistema estático, onde as cargas de
montagem e concretagem são transferidas para o apoio, o reescoramento é um
51
sistema dinâmico que deve prever, além das cargas dos elementos recém
concretados, o quanto, os pilares, vigas e lajes dos pavimentos inferiores podem
receber destas cargas.
5.6 ANÁLISE ESTRUTURAL DA LAJE PRÉ-MOLDADA
5.6.1 Estado limite último de flexão simples
Todo elemento estrutural deve atender as verificações dos estados limites
últimos e de serviço. No caso das lajes com nervuras pré moldadas são
determinantes no dimensionamento; o estado limite ultimo de capacidade resistente
das seções sob flexão, e o estado limite de utilização de deformação excessiva.
Considerando atuando na seção transversal de um elemento de concreto
armado um momento fletor (M) crescente que varia de zero até um valor que leve o
elemento ao colapso, nota-se níveis distintos de deformação denominados estádios
(figura 14), que determinam o comportamento da seção até sua ruína.
Estádio I – também chamado de estado elástico, onde sob a ação de um
momento fletor MI de pequena intensidade, a tensão de tração no concreto não
ultrapassa sua resistência característica à tração (ftk), neste estádio temos:
• O diagrama linear de tensão normal ao longo da altura da seção;
• As tensões nas fibras são proporcionais às deformações,
correspondendo ao trecho linear do diagrama tensão-deformação do concreto;
• Ainda não aparecem fissuras visíveis a olho nu.
52
Figura 14 – Comportamento da seção transversal nos estádios de uma viga de concreto armado na flexão nominal simples.Fonte: MONTOYA, 1978.
Estádio II – com o aumento do valor do momento fletor para MII>Mr, as
tensões de tração na maioria dos pontos abaixo da linha neutra (LN) terão valores
superiores ao da resistência característica do concreto à tração (ftk):
• Mr é o momento de fissuração da seção transversal, ou seja, o
momento acima do qual surge a primeira fissura de tração à flexão;
• Considera-se que apenas o aço passa a resistir aos esforços de tração;
• Admite-se que a tensão de compressão no concreto continue linear
embora alguns autores a considere com variação parabólica como mostrada no
desenho;
• As fissuras de tração na flexão no concreto são visíveis.
Estádio III – com o aumento do valor do momento fletor até a um valor
próximo ao de ruína (Mu) acorre:
• O início do escoamento da fibra mais comprimida do concreto,
atingindo a deformação específica de 0,35%, (3,5%);
• O diagrama de tensões tende a ficar vertical (uniforme) para
deformações superiores a 2% com quase todas as fibras trabalhando com sua
tensão máxima;
• A peça encontra-se bastante fissurada, com a fissuração quase
atingindo a linha neutra;
Supõe-se que a distribuição de tensões no concreto ocorra segundo um
diagrama parábola-retângulo. A norma admite, para efeito de cálculo, que o
diagrama parábola-retângulo possa ser substituído por um retângulo com a distância
y, da linha neutra à borda mais comprimida, igual a 0,8 da real x, figura 15.
53
Figura 15 – diagrama de tensões no concreto no estado limite último.Fonte: Autor
Os estádios l e ll correspondem às situações reais de serviço. Já o
estádio lll, diz respeito ao estado-limite último (ações majoradas e resistências
minoradas), que ocorre apenas em situações extremas. Por isso, o
dimensionamento das estruturas de concreto armado será feito no estádio lll, de
modo a projeta estruturas econômicas, sem que as mesmas atinjam o colapso.
5.6.2 Cálculo do valor da armadura
A quantidade de armadura longitudinal, para seções transversais
retangulares, conhecidos a resistência do concreto (f ck), largura da seção (b w),
altura útil (d) e tipo de aço (f yd e εyd) é determinada, a partir do equilíbrio das
forças atuantes na seção de acordo com os domínios, figura 16, estabelecidos pela
NBR6118 (2003) resultando em fórmulas e tabelas como as encontradas em
CARVALHO e FIGUEIREDO FILHO (2001) mostradas a seguir.
fs . d . Z
Md As = Eq. 01
Onde:
54
• Md – momento fletor solicitante de cálculo na seção, no
dimensionamento é obtido, em geral, multiplicando-se o momento em serviço pelo
coeficiente de ponderação φ.f.
• d – altura última: distância entre o centro de gravidade da armadura
longitudinal tracionada até à fibra mais comprimida de concreto;
• z – braço de alavanca: distância entre o ponto de aplicação das
resultantes das tensões normais de compressão no concreto e de tração no aço
(distância entre o centro de gravidade da armadura de tração e o centro de
gravidade da região comprimida de concreto).
Conhecendo a posição da linha neutra, é possível saber o domínio em
que a peça esta trabalhando e calcular a resultante das tensões de compressão no
concreto (Fc) e o braço de alavanca (z).
Fe = (0.85 . f cd) . (bw) . (0.8 . x) Eq. 02
z = d – 0.4 . x Eq.03
Como o equilíbrio das forças atuantes normais a seção transversal, como
não há força externa, a força atuante no concreto (Fe) deve ser igual a força atuante
na armadura (Fs)
∑F = 0 →Fs – Fe = 0→Fs = Fe Eq.04
O equilibrio dos momentos das forças internas em relação a qualquer
ponto (no caso, em relação C.G da armadura) deve ser igual ao momento externo
de cálculo.
∑M = Md →Md = Md = Fc . z Eq.05
Das Equações 04 e 05 temos.
Md = Fs . z Eq. 06
Colocando Fc e Z na Equação 05 tem-se;
55
Md = Fe . z = (0.85 . fcd . bw . 0.8 . x) . (d – 0.4 . x) Eq. 07
Ou ainda,
Md = (0.68 . x . d – 0.272 . x2) . bw . fcd Eq. 08
Obtido o valor de (x) que define a posição (altura) da linha neutra, é
possível verificar em que domínio a peça atingirá o estado-limite último. Na flexão
simples, que esta sendo considerada aqui, os domínios possíveis é o 2, 3 e 4.
No início do domínio 2 tem-se εc = 0, e o final do domínio 4 tem-se εs = 0,
que são as piores situações que podem ocorrer (um dos dois materiais não contribui
na resistência).
Figura 16 – Domínios de deformação no estado limite último em uma seção transversal.Fonte: NBR6118 (ABNT-2003)
Quando atuar um momento fletor positivo (tração na borda inferior) em
seções transversais da laje nervurada há duas possibilidades em relação à linha
neutra. Em uma situação, se a distância da linha neutra x for menor que a espessura
da mesa hf, a região comprimida de concreto é um retângulo de lado bf e altura x,
podendo ser utilizado o procedimento anterior, usando-se no lugar de bw na (Eq. 02)
o valor de bf . Quando ao contrário x > hf usa-se o cálculo de viga T como mostrado
em CARVALHO e FIGUEIREDO (2005), onde se determina a parcela do momento
56
resistido pelas abas (M1) e pela alma da seção (Md – M1) ficando o valor da
armadura total necessária dado pela (Eq. 09) substituindo-se b por b w e no lugar do
momento o valor de M d – 1.
f . d . x) .0,4 - (d
Ml- Md
f . ) 2hf
- (d
M1As
ydyd
+= Eq . 09
Com,
[ ]= f . 0.85 . 2
hf -d h)b (b Ml cd fwf . Eq. 10
5.6.3 Momento positivo resistido pela seção nervurada
Para a determinação do momento resistente da seção, conhecida a
largura bf da capa de concreto que contribui para resistir aos esforços aplicados e a
posição da linha neutra x tem-se:
Para x ≤ h f (seção como retangular)
Md = (0,85 . fcd . bf . 0.8 . x ) . (d – 0,4 . x) Eq.11
Para x ≥ hf (seção em T)
Md = 0,85 . fcd . (b f - bw) . hf (d – hf) 0,85 . fcd . (bw . 0,8 .x) Eq.12
O momento máximo resistido se dá entre os domínios 3 e 4 (x = x34)
porque neste caso ocorre o máximo aproveitamento dos materiais que compõem o
concreto armado, ou seja, a ruptura do concreto ocorre simultaneamente com o
escoamento do aço, que é a situação ideal, pois os dois materiais atingem o máximo
de sua capacidade resistiva e com grande deformação na armadura. O valor da
distância da linha neutra à borda mais comprimida fica dado pela Eq. 13.
57
d . 3,5
(3,5).34 xx
ydε+= Eq.13
Com,
ε yd – deformação específica de escoamento do aço.
Assim para calcular o momento máximo resistente determina-se o valor
da linha x para o limite dos domínios 3 e 4, x34 dado em (Eq. 13) e conforme a
situação (x < hf ou x > hf ) emprega-se (Eq. 11 ou Eq. 12).
5.6.3.1 Momento positivo resistido pela seção nervurada conhecida à armadura
Uma situação muito comum, conhecendo a largura (bf) e a altura útil (d)
de seção transversal retangular, a resistência do concreto (fck), e o tipo de aço (fyk) e
a área da seção transversal da armadura longitudinal (As), com estes dados pode-se
chegar ao valor do máximo momento resistido pela seção.
Neste caso ao se fixar o valor da área de aço, a posição da linha neutra
fica automaticamente determinada, não podendo mais ser considerada igual ao
limite entre os domínios 3 e 4 (x ≠‚ x34). O momento resistido é encontrado devendo-
se inicialmente, considerar que a seção irá trabalhar nos domínios 2 ou 3 (incluindo
o início do domínio 4). Em qualquer desses domínios, o aço tracionado estará
escoando, ou seja, εs ≥ εyd e fs = fyd . Nesse caso, conhecendo a área de aço (As), a
força (Fs) na armadura é:
Fs = A s . fyd
Eq. 14
Partindo do fato que, por equilíbrio, as forças resultantes no aço e no
concreto devem ter mesma intensidade. Pela Eq. (02) e como Fe = Fs, obtemos como
resultado a equação para o valor de x :
58
f . b 0,68.
X
ydw
yds fΑ . = Eq.
15
Após a determinação do valor de x é preciso verificar se ele é inferior ao
limite x34. Caso isso ocorra e, portanto, de fato Fs = fyd, o máximo momento resistido
(Md) pela seção é obtido pelo produto da força na armadura (ou no concreto) pelo
braço de alavanca z (Eq. 03):
Md = Fs. (d – 0,4 . x) = As . f yd . (d – 0,4 . x) Eq. 16
Caso a profundidade x da linha neutra seja superior ao limite x34, isto
indica que a seção está trabalhando no domínio 4 e, portanto, a tensão na armadura
será inferior a f yd e dependerá do valor de x. Nesse caso, a força na armadura fica:
Fs = As . fs Eq. 17
A partir da figura 14, com o valor de x pode-se determinar εc é igual a
0,0035:
εs = εc . ( d – x) Eq. 18 x
fs = εs . Es = 0,0035 . ( d- x) . E s Eq. 19 1,15 x 1,15
Sendo;
Es – módulo de elasticidade do aço
Substituindo fs no aço, destacando que no domínio 4 εc e, portando, a
tensão Fs no concreto, obtém-se uma equação de segundo grau em x :
0,782. fcd . bw . (x) 2 + As . 0,0035 . Es . x – d. A s . 00,35 . Es = 0 Eq. 20
59
Com o valor da profundidade x da linha neutra, o momento fletor
resistente ds seção é encontrado com a Eq. 16, substituindo fyd por fs.
5.6.4 Deslocamentos
O dimensionamento do deslocamento é feito verificando a segurança das
vigotas em relação aos estados limites, de acordo com os preceitos da NBR-6118
(ABNT-2003).
Na verificação do estado limite de deformação excessiva, deve ser
utilizada a combinação quase permanente das ações, podendo ser escrita da
seguinte maneira:
Fd, ser = ∑ Fgk + Ψ2 F qk Eq. 21
Onde:
• F d ser, é o valor de cálculo das ações para combinação de serviço;
• F gk ações permanentes, podendo ser peso próprio da laje, peso de
alvenaria e revestimento, etc.
• F qk ações principais acidentais, podendo ser cargas variáveis,
sobrecarga de utilização, etc.
• Ψ2 é o fator de redução de combinação quase freqüente para ELS.
Os deslocamentos máximos (flechas) medidos a partir do plano que
passa pelos apoios estão limitados aos valores fornecidos pela NBR-6118 (ABNT-
2003). A tabela 10 mostra os limites dos deslocamentos para aceitabilidade
sensorial.
Tabela 10 – Limites de deslocamentos para aceitabilidade sensorial.
Tipo de efeito Razão da limitação
Exemplo Deslocamento a considerar
Deslocamento limite
Aceitamento sensorial
Visual Deslocamentos visíveis em Elementos estruturais
Total l / 250
60
Outro Vibrações sentidas no pisoDevido a cargas
acidentais
l / 350
Fonte: NBR-6118 (ABNT-2002).6 DIMENSIONAMENTO DAS VIGOTAS PRÉ-MOLDADAS. AMOSTRA DE
REFERENCIA SEGUNDO A NBR-14862
Para efeito deste trabalho foi estipulada segundo a NBR 14862 (2002),
uma armadura mínima resistente à tração, com a finalidade de avaliar e comparar os
resultados obtidos com vigotas pré-moldadas de mesma seção, porem com
substituição parcial do aço por varetas de bambu como elemento resistente à tração
da espécie dendrocalamus giganteus no combate a flexão.
Dados:
• Aço: CA 60;
• Armadura resistente à tração: 2 Φ 4.2 mm;
• Concreto Fck: 20 Mpa;
• As vigotas possuem as seguintes dimensões;
• Comprimentos: 2,70 m;
• Vão teórico: 2,50 m;
• Largura: 9 cm;
• Altura: 12 cm;
• Espaçamentos e cobrimentos;
• Cobrimento do aço na viga: 0,5 cm;
• Espaçamento do aço na viga: 5 cm;
6.1 CÁLCULO DA ALTURA DA LINHA NEUTRA
Utilizando a hipótese de seção decrescente
0,277 . 6000 x = As . fyd = . 1,15 = 1,75634 cm 0,68. bw . fcd 0,64 . 9 . 200
61
1,4
Com o resultado do valor de x, é possível determinar em qual domínio a
peça esta trabalhando:
x = 1,75634 = 0,2927d 6,0
Este resultado mostra que esta peça esta trabalhando no domínio 2.
6.2 CÁLCULO DO MÁXIMO MOMENTO
Utilizando a Eq. 11 é possível obter o máximo momento teórico resistido
pela área de aço existente. Utilizando uma área de aço de 0,277 cm² (2 Φ 4.2) é
obtido o Md Máx de:
Md = (0.64. x . d – 0.272 . x2) . bw . fcd = ( 0,64 . 0,0175634 . 0,06 – 0,272 .
0,0175634 2) . 0,09 . 1.428571,429
Md = 75,92 Kgf .m
Dividindo o valor encontrado de Md pelo coeficiente de segurança 1,4 se
obtém o valor Mmáx de serviço.
Mk = 7,592 = 5,423 KN.m = 54,23 Kgf.m
1,4
Haja vista que este momento é resultante de uma carga distribuída do
eixo longitudinal da vigota:
Mk = q . l2
8
54,23 = q . 2,5 2 = 69,41 Kgf
62
8 m
Sabendo que o peso próprio da vigota é de 18 Kgf/m e que o
carregamento dos corpos de prova se dará em dois pontos a 1/3 das extremidades,
se obtém o valor da carga concentrada máxima para o máximo momento resistente.
Mk = q .l 2 + P . a 8
54,23 = 18 . 2,50 2 + P . 0,833 P = 48,22 Kgf 8
Figura 17 - Carregamento teórico para máximo momento.Fonte: Autor.
6.3 FLECHA MÁXIMA
O deslocamento máximo (flecha) admissível para esta vigota com vão
teórico de 250 cm, segundo a NBR-6118 (ABNT-2003), tendo como fator de
limitação os deslocamentos visíveis totais:
l / 250 = 250 / 250 = 1 cm
63
7 METODOLOGIA
7.1 ESCOLHA DO LOCAL PARA MOLDAGEM E ENSAIOS
O intuito deste trabalho consiste na análise de vigotas para lajes pré-
moldadas, para melhor acompanhamento da fabricação dos elementos e para
moldagem dos corpos de prova, foi escolhida uma fábrica de artefatos pré-moldados
para serem realizados os estudos. A empresa com sede no município de
forquilhinha, RF Pré-moldados foi gentilmente cedido, os serviços, pelo seu
proprietário Sr. Rodrigo Frittz. Proporcionou todo o suporte necessário de
equipamentos, pessoal e materiais necessários para a confecção dos corpos de
prova para a análise.
Todavia, como os corpos de prova são de dimensões razoavelmente
pequenas, e parte do estudo diz respeito à capacidade portante das mesmas, sendo
necessário sobrecarregá-las até seu colapso, foi estipulado que o melhor local para
realização adequada dos ensaios fosse próximo e de fácil acesso, para melhor
acompanhamento do acadêmico.
64
Figura 18 – Local onde foi feito o carregamento dos corpos de prova.Fonte: Autor.
7.2 INÍCIO DOS TRABALHOS
De início, será realizado o dimensionamento de dois modelos de vigotas
de concreto armado, com seção transversal tipo trilho e dimensões segundo critérios
da NBR 14862, conforme detalhado no item 7.4, com vãos teóricos pré-
estabelecidos de 2,50m. A determinação dos vãos foi limitada na escolha das
maiores amostras coletadas de varetas de bambu Dendrocalamus Giganteus,
considerando sua perfeita integridade, além do mesmo estar dentro de uma faixa
média de comprimento para sua utilização em residências unifamiliares. Foram
confeccionados oito exemplares. Quatro exemplares foram dotados de varetas de
bambu substituindo o aço como elemento de combate à tração na flexão das
vigotas. Outros quatro exemplares foram confeccionados conforme os critérios da
NBR 14862, para comparar os resultados encontrados. A fim, de que seja
carregados até seu limite e verificar a capacidade portante das amostras com a
interação aço/bambu na mesma seção.
65
Figura 19 – Local onde foram moldados os corpos de prova.Fonte: Autor
O presente trabalho terá como base para sua elaboração uma pesquisa
bibliográfica apurada, com o intuito de aprofundar os conhecimentos na área de
concreto armado e a associação de materiais não convencionais. Com enfoque no
estudo das vigas sujeitas a esforços de flexão simples.
Tendo conhecimento da teoria, serão confrontados os resultados com os
cálculos pré-realizados, para posterior análise das diferenças de resistência de cada
exemplar, objetivando definir a utilização deste elemento não metálico no combate a
flexão frente aos estados limites.
Inicialmente foi procurado um local dentro da empresa que fornecesse
condições ergonômicas ideais para realizações dos ensaios, e também um local de
fácil acesso para um trator fazer o deslocamento das torres de concreto.
Com o local definido, foram construídas duas torres utilizando conjuntos
de filtros circulares pré-moldados, cuidadosamente empilhados, que serviram para
apoiar os corpos de prova para que fosse efetuado o carregamento. Foram
conferidos o nível e o prumo das torres para garantir a distribuição homogênea das
cargas nas amostras ensaiadas.
66
7.3 CONFECÇÃO DAS VARETAS DE BAMBU
Primeiramente foi feita uma pesquisa de campo para aquisição das varas
de bambu da espécie desejada para coleta e confecção das varetas. As amostras
foram encontradas no município de Criciúma as margens da rodovia Gov. Jorge
Lacerda, gentilmente cedidas pelo Sr. Antonio Martinello em sua propriedade como
mostra a figura 19. As amostras foram coletadas no dia 15 de janeiro de 2009.
Segundo GHAVAMI (2005), a região do meio do colmo apresenta maior resistência
(26,5%), apresentando também cerca de 29% maior resistência as amostras com 4
anos de idade. Entretanto, segundo a pesquisa, vale observar que estes resultados
dependem de como foi determinada região do meio do colmo.
Por conseguinte, foram coletadas amostras com idade aproximada de 5
anos e cortadas no meio do colmo, conforme mostra as figuras 20 e 21.
Figura 20 – Bambuzal da espécie Figura 21 – Colmos coletados.
D.Giganteus Fonte: Autor Fonte: Autor
O processamento dos colmos de bambu se inicia na colheita, que deve
ser feita atentando-se para não permitir o acumulo de água parada em sua base,
promovendo o corte acima do primeiro nó. Após o corte devidamente correto, são
necessários à armazenagem e a secagem dos colmos ao ar livre. O período de
secagem natural a sombra atendeu um prazo mínimo de três meses, não expostos
aos raios solares, e a umidade do solo.
67
Em seguida, submetidas a uma cuidadosa etapa de processamento dos
colmos. Inicialmente foram feitos o desdobro em serra circular destopadeira – corte
transversal, (figura 22).
Figura 22 - Corte transversal dos colmos coletadosFonte: Autor
Com a falta de equipamentos desenvolvidos especificamente para o
manuseio de bambu, foi utilizada uma serra circular de alta rotação com serra
diamantada especial para garantir que não prejudicasse a parede externa do colmo.
Devido ao seu baixo valor de módulo de elasticidade GHAVAMI (1992), recomendou
que a área de bambu empregada em peças de concreto seja, no mínimo, seis vezes
maior do que seria necessária para o aço.
Mediu-se com um auxilio de paquímetro digital, os diâmetros internos e
externos do colmo, tanto na base como na ponta, na horizontal e vertical, como
mostra as figuras 23 e 24. Dando seguimento ao processo, os colmos foram
cuidadosamente trefilados (figura 25).
68
Figura 23 – Diâmetro externo na horizontal. Figura 24 – Diâmetro externo na verticalFonte: Autor Fonte: Autor
Figura 25 – Trefilagem das varetas de bambu. Fonte: Autor.
7.4 MOLDAGEM DAS VIGAS PRÉ-MOLDADAS
O inicio dos trabalhos deu-se com a moldagem das vigotas pré-moldadas.
Essas vigotas, utilizadas nos testes foram moldadas em fôrmas metálicas, de
medidas padronizadas, enquadrando-se nos requisitos da NBR 14859 (2002), tendo
suas dimensões como mostra a figura 26.
69
Figura 26 – Dimensões das formas metálicas.Fonte: Autor
Antes de efetuar a moldagem das amostras, as formas metálicas
passaram por um criterioso processo de limpeza com asperção de ar comprimido
como se percebe na figura 27.
Comumente usado para facilitar a desfôrma das vigas é utilizado como
material desmoldante, uma mistura na proporção de 2:1 entre óleo queimado e óleo
diesel que é aplicada em toda superfície da fôrma pulverizando-a com bomba costal
como mostra na figura 28.
Figura 27 – Limpeza das fôrmas com ar comprimido
70
Fonte: Autor
Figura 28 – Aplicação do desmoldante com bomba costal.Fonte: Autor
Após a limpeza e aplicação do desmoldante é iniciada a concretagem das
vigotas. Inicialmente é realizado o primeiro preenchimento. Com o auxílio de baldes
e colheres o concreto é lançado dentro das fôrmas sendo preenchidas beirando a
sua totalidade.
Posteriormente a este preenchimento é realizada a primeira vibração, que
é feita por uma mesa vibratória, que consiste em um sistema de eixos
desbalanceados movidos por motores elétricos causando as vibrações continuas
desejadas.
Com a primeira etapa da vibração concluída, inicia-se a colocação das
varetas de bambu e o aço, que é fixado nas extremidades por uma peça terminal de
ferro fundido, com a função de limitar o concreto dentro da fôrma no comprimento de
vigota desejado e manter o espaçamento entre as barras de aço nas vigotas de
referencia. Também nesta etapa as varetas de bambu são amarradas com arame
recozido, para que acontecendo a vibração, não venham a se deslocar e também
garantindo o espaçamento. Cabe ressaltar também, que as vigas são moldadas com
a armadura de flexão voltadas para cima, neste momento se tem o cuidado de
conferir se o preenchimento das fôrmas foi satisfatório, pois caso isso não ocorra, ou
a armadura ficará exposta ou muito para dentro da viga, diminuindo a altura útil de
cálculo.
71
Figura 29 – Confecção da vigota pré-moldada com bambu.Fonte: Autor.
Figura 30 – Procedimento de confecção da vigota pré-moldada.Fonte: Autor.
Na próxima etapa é terminado o preenchimento das fôrmas, cobrindo com
concreto a armadura e feita a ultima vibração e o acabamento das vigotas. Após o
período de vibração foi verificado que este último provocou o adensamento desejado
do concreto, que a mistura desmoldante exsudou na superfície, como mostra a
figura 31.
72
Figura 31 – Exsudação do material desmoldanteFonte: Autor
Prosseguindo o processo e com o auxílio de um pórtico metálico, as
fôrmas são levadas para o pátio onde passam por intenso procedimento de cura.
Após 4 dias ocorreu a desforma das vigotas, onde foi possível observar a mistura
desmoldante impregnada nas peças.
Figura 32 – Superfície da viga pré-moldada impregnada com a mistura desmoldante. Fonte: Autor
Cabe ressaltar, que foi observado, com o transcorrer do processo de cura,
o material desmoldante que se encontrava impregnado na superfície das vigotas,
por si tratar de um material volátil, foi desaparecendo, entretanto não em sua
totalidade.
73
Figura 33 - Extremidades das vigotas de aço e de bambu.Fonte: Autor.
7.5 AÇO UTILIZADO
A NBR 14859-1(2002), especifica os diâmetros nominais mínimos de
barras e fios para utilização em lajes pré-moldadas, como sendo para CA 60 o
diâmetro mínimo de 4.2 mm e para CA 50 o diâmetro de 6.3 mm. Com base nesta
informação para o dimensionamento dos corpos de prova para este trabalho foram
utilizados dois fios de aço CA 60 de 4.2 mm de diâmetro para cada vigota de
referencia.
7.6 CONCRETO
O concreto utilizado para a moldagem das vigotas pré-moldadas, foi
produzido de acordo com a NBR 6118 (2003), tendo uma resistência característica
(Fck) de 20 MPa. Na produção deste concreto foi utilizado um sistema mecânico para
sua homogeneização, uma betoneira com capacidade de 450 litros (figura 34).
74
Figura 34 – Betoneira utilizada na produção do concreto.Fonte: Autor.
Foram retirados corpos de prova de cada mistura utilizada, para a
produção das vigotas pré-moldadas.
Figura 35 – Corpos de prova.Fonte: Autor
7.7 MÉTODO DE ENSAIO
As vigotas foram submetidas à ação de forças concentradas, aplicadas
verticalmente, substituindo a força uniformemente distribuída por duas forças
75
concentradas, aplicadas exatamente nos terços do vão, segundo as figuras
mostradas a seguir.
Figura 36 – Sistema de carregamento.Fonte: Autor.
A força atuante foi aplicada através do preenchimento linear com água
limpa num tonel metálico com capacidade de 200 Lt (peso próprio igual a 14 Kgf).
Para garantir o carregamento adequado com velocidade continua, foi utilizado uma
bomba de imersão de 1 cv de potência com vazão aproximada de 30 Lt/min. Para
medir a quantidade de litros carregados foi confeccionada uma escala de medida
mostrando o carregamento a cada 20 Lt . Para não danificar os equipamentos foi
construída uma caixa 1,0 x 1,0 x 0,25 m com serragem no seu interior, servindo de
amortecedor no decorrer dos ensaios como mostra a figura 37.
Figura 37 – Escala de medidas em 20 litrosFonte: Autor.
76
Figura 38 – Bombas que fazem o carregamento.Fonte: Autor
Durante cada etapa de aplicação de carga, foram registrados os
deslocamentos ocorridos e a aplicação de carga relativa a eles. Na falta de
equipamentos ideais (relógios comparadores) para aferição dos deslocamentos, foi
adotado um sistema de aquisição de dados utilizando uma linha de nylon de 1,6 mm
extremamente esticada cerca de 11 cm abaixo da vigota, como mostra na figura 39.
Com auxilio de paquímetro digital foram aferidas as deformações no entre
eixo das vigotas aferindo os dados de flecha.
Figura 39 – Linha de nylon para medir as deformações.Fonte: Autor.
77
Figura 40 – Sistema de aquisição dos dados.Fonte: Autor
Os ensaios de flexão simples foram realizados considerando-se que os
elementos estruturais estariam simplesmente apoiados. Para garantir esta situação
as lajes foram apoiadas sobre blocos de concreto, permitindo a rotação das vigotas
nos apoios (figura 41).
Figura 41 – Rotação nos apoios.Fonte: Autor
78
7.8 ENSAIO DOS CORPOS DE PROVA
As vigotas produzidas com 270 cm de comprimento total foram apoiadas
em bases de concreto. O vão teórico resultante foi de 250 cm como mostra a figura
42.
Figura 42 – Esquema de carregamento das vigotas.Fonte: Autor.
A carga aplicada ocorreu seguindo o mesmo padrão para todos os corpos
de prova. O carregamento foi realizado de 20 Lt em 20 Lt, respeitando um intervalo
de 5 minutos entre os sucessivos carregamentos, até atingir um volume de 100 Lt.
Após esse limite, o intervalo de tempo entre os carregamentos foi aumentado para
15 minutos até levar a estrutura ao colapso.
As ilustrações a seguir, mostram claramente as deflexões nas vigotas pré-
moldadas à medida que vão sendo carregadas até sua ruptura. As figuras 43 à 46
estão relacionadas com as vigotas de referencia.
Figura 43 – Início do carregamento da vigota de referencia.
79
Fonte: Autor.
Figura 44 – Carregamento de 80 Kgf, vigota de referência. Fonte: Autor.
Figura 45 – Carregamento de 120 Kgf, vigota de referência.Fonte: Autor.
Figura 46 – Carregamento de 130,50 Kgf, vigota de referência.Fonte: Autor.
As figuras 47 à 50 estão relacionadas com as vigotas pré-moldadas com
varetas de bambu.
80
Figura 47 – Inicio do carregamento, vigota armada com varetas de bambu.Fonte: Autor.
Figura 48 – Carregamento de 40 Kgf, vigota armada com varetas de bambu.Fonte: Autor.
Figura 49 – Carregamento de 60 Kgf, vigota armada com varetas de bambuFonte: Autor.
81
Figura 50 – Carregamento de 71 Kgf, vigota armada com varetas de bambuFonte: Autor.
7.9 APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS DADOS
A NBR 6118:2003 sita no item 13.3, que os deslocamentos limites são
valores práticos utilizados para a verificação do estado limite de deformações
excessivas da estrutura, e a tabela 13.2 da referida norma, estabelecem os
parâmetros da flecha máxima admissível. Esta flecha máxima já foi calculada
anteriormente, tendo como valor de aceitabilidade 10 mm de deslocamento para os
corpos de prova ensaiados.
As tabelas a seguir apresentam as leituras de deformação devido à
aplicação da carga até a ruptura nos dois modelos de corpos de prova, tendo como
referência a flecha limite da norma. Os valores apresentados correspondem a
valores médios, a partir das tabelas no anexo1.
Tabela 11 – Vigota pré-moldada com aço CA-60. Valores médios.
Carga(Kgf)
Tempo(min)
Flexa decorrente
Da carga (mm)
Flexa de Norma(mm)
Atende a NBR
6118:2003
Momento(Kgf.m)
0 0 0 10 Sim 0,00005,0 5 0,8615 10 Sim 18,2275
10,0 5 2,5265 10 Sim 22,392520,0 5 4,5132 10 Sim 30,722540,0 5 7,5030 10 Sim 47,382560,0 5 9,2432 10 Sim 64,042580,0 5 12,3550 10 Não 80,7025
100,0 15 14,4220 10 Não 97,0625120,0 15 16,4032 10 Não 113,6625130,45 - ruptura 10 Não 122,3360
82
Tabela 12 – Vigota pré-moldada com varetas de bambu. Valores médios.
Carga(Kgf)
Tempo(min)
Flexa decorrente
Da carga (mm)
Flexa de Norma(mm)
Atende a NBR
6118:2003
Momento(Kgf.m)
0 0 0 10 Sim 0,00005,0 10 2,1995 10 Sim 18,2275
10,0 10 5,1060 10 Sim 22,392520,0 10 7,8182 10 Sim 30,722530,0 10 9,7050 10 SIm 38,962540,0 10 11,3852 10 Não 47,382560,0 10 15,7907 10 Não 64,0425
72,50 - ruptura 10 Não 74,2375
Nota-se que nas tabelas acima, os valores experimentais de momento e
carregamento, atendem os requisitos da norma NBR 6118:2003, levando em conta a
flecha máxima admissível.
Figura 51 – Gráfico Momento x Flexa.Fonte: Autor.
83
Figura 52 – Gráfico do momento para flecha máxima.Fonte: Autor.
Analisando o gráfico da figura 52, tendo como referência a flecha máxima
e o máximo momento teórico podemos verificar que esta diferença entre os valores
estimados e o valor experimental se dá por causa dos coeficientes de majoração das
cargas e minoração das resistências.
Entretanto ao analisar a relação do momento para flecha máxima entre a
vigota armada com bambu e a vigota de referencia, constata-se uma diferença nos
valores de momento em relação à flecha máxima admissível em torno de 64 %. Haja
visto que, nenhuma das amostras ensaiadas houve ruptura nas varetas de bambu.
Esta diferença pode ser explicada através da redução da aderência entre o bambu e
o concreto, também se observa comparando os dados do gráfico de carga máxima
de ruptura, (figura 53).
84
Figura 53 – Gráfico da carga máxima de ruptura.Fonte: Autor.
Partindo da análise da diferença de carregamento até a ruptura das
amostras discutidas, fica evidente que a associação concreto x bambu (in natura),
não confere uma aderência desejada para tal fim, pois mesmo tendo as mesmas
características dimensionais existe uma diferença de 68 ,73% para a máxima carga
resistida em favor da vigota de referência.
Com o término dos ensaios foi realizado uma análise visual nos planos de
ruptura das vigotas, onde se constatou uma ligeira redução no volume das varetas
de bambu implicando no comprometimento de aderência entre os materiais bambu e
concreto. Conforme as figuras 54 e 55
Figura 54 – Inter-face bambu x concretoFonte: Autor.
85
Figura 55 – Inter-face aço-concretoFonte: Autor.
86
8 RECOMENDAÇÕES PARA O USO DO BAMBUCRETO
A seguir são listadas algumas recomendações feitas pelos diversos
cientistas que pesquisaram a questão do uso do bambu como reforço na armação
de vigas de concreto:
• Uma vez que são as fibras que conferem resistência à tração, sugere-
se o uso da lascas ou varetas de bambu, cortados longitudinalmente, de forma que a
camada mais externa seja melhor aproveitada, dispensando o uso das camadas
internas, que são suscetíveis ao ataque de insetos. Pelas de concreto armadas com
varetas de bambu mostram melhor capacidade de carga em relação àquelas
armadas com colmos roliços, de acordo com FERRAO (1992).
• Conforme McCLURE (1967), o bambucreto resistiu a uma carga de
quatro á cinco vezes a de uma viga sem qualquer armação, recomendando para
projetos valores estimados apenas de duas a três vezes a capacidade de carga a
favor da segurança.
• GLENN (1950) propôs, a fim de que as peças de concreto tivessem
uma relação ótima de utilização do bambu, uma porcentagem de 3 a 4% da área da
seção transversal da viga como área de bambu.
• Devido ao seu baixo valor de módulo de elasticidade GHAVAMI (1992),
recomendou que a área de bambu empregada em peças de concreto seja, no
mínimo, seis vezes maior do que seria necessária para o aço.
• JANSSEN (1995) também fez algumas recomendações sobre o uso do
bambucreto:
- a limitação da deformação no vão situa-se no intervalo de 1/500 a
1/1000;
- a altura da viga deve ser da ordem de 10% do vão, de forma que o
concreto possa absorver parte dos esforços;
- estudo de outra geometria para a seção transversal da viga, por
exemplo o T invertido, de maneira que se consiga um maior espaço para alojar toda
a área de bambu necessária.
- devido a não existência de estudos no que se refere à vida útil do bambu
no concreto, o autor recomenda a adoção de valores da ordem de 1,7 como
coeficiente de segurança na execução dos cálculos.
87
8.1 VANTAGENS E DESVANTAGENS DO BAMBU
8.1.1 Vantagem
Como vantagens da utilização do bambu como material de construção
pode-se citar:
• devido ao seu ciclo de crescimento rápido, o bambu pode ser
produzido em grande escala em uma pequena área;
• o bambu é considerado um material resistente apesar de usar baixa
densidade, pois suporta elevadas solicitações quando tracionado;
• o bambu tem uma estrutura que resiste muito bem a cargas dinâmicas;
• novos colmos podem ser cortados a cada ano de um mesmo
bambuzal.
8.1.2 Desvantagens
• durabilidade natural reduzida, necessitando de tratamento de
preservação contra o ataque de insetos;
• o posicionamento paralelo dos internos dos colmos é praticamente
impossível, devido à grande diferença no comprimento do colmo entre os nós;
• o fogo é um grande risco para o bambu;
• um colmo não é completamente liso, devido os nós que existem, que
podem dificultar o manuseio quando o material é trabalhado.
88
9 CONCLUSÃO
As conclusões finais aqui apresentadas originam-se do conteúdo presente
neste trabalho, onde se procurou avaliar a capacidade portante de vigotas pré-
moldadas unidirecionais com a associação de varetas de bambu da espécie
Dendrocalamus Giganteus. Salienta-se que os resultados finais estão
fundamentados na análise teórico-experimental, tendo as vigotas uma altura total de
9 cm e vão teórico de 250 cm. Pode-se concluir que a utilização de varetas de
bambu como armadura longitudinal nas vigotas de concreto é viável do ponto de
vista estrutural, pois é possível aplicar a mesma hipótese de cálculo utilizada no
concreto armado com aço (Estádio ll), desde que se adote coeficientes de
segurança na ordem de 1,7 sobre o momento de cálculo. Torna-se necessário, pelo
fato do bambu ser um material natural e não homogêneo, conseqüentemente, sujeito
a variações em suas propriedades físicas e mecânicas.
A conclusão sobre o sistema que foi utilizado para efetuar os
carregamentos e a aquisição de dados para as análises foi positiva, pois mesmo
tendo algumas variáveis que poderiam interferir nos resultados elas pareceram atuar
de forma uniforme para todos os corpos ensaiados, uma vez que os resultados
aferidos apresentaram uniformidade nos valores, mostrando que a variável principal
do estudo, a aderência do bambu, pôde ser analisada com bom índice de
confiabilidade.
As análises conclusivas foram feitas a partir dos dados coletados de
flecha, carregamento, momento e o aparecimento das fissuras. O comparativo entre
os dados das vigotas com varetas de bambu e viga pré-moldada de referencia,
apresentaram diferentes valores para o momento gerador da flecha máxima
admissível em torno de 64% a favor das vigotas de referência.
Sendo que o valor de momento é 1,39 vezes menor que o valor do
momento teórico para a flecha máxima admissível. Para o carregamento Maximo ate
a ruptura a diferença de carga concentrada P, aplicada nos terços médios do corpos
de prova entre a vigota de referência e a vigota com bambu ficou em torno de 68 %,
tendo a vigota de bambu atingindo o colapso com carga P de 72,5 Kgf e para vigota
de referência 122,33 Kgf, valores estes superiores ao teórico que teve como
89
resultado 48,22 Kgf. Haja vista os valores encontrados fica claro no presente
trabalho, a reduzida aderência conferida na associação destes materiais, visto que
não houve ruptura em nenhuma vareta de bambu dos corpos de prova ensaiados.
Assim, espera-se que este trabalho possa contribuir para um maior
entendimento do comportamento a flexão de vigas de concreto armadas com bambu
e que sirva de estímulo para outros trabalhos nesta área.
9.1 SUGESTOES PARA FUTUROS TRABALHOS
a) Refazer estes experimentos utilizando combinações de vãos diferentes;
b) Analisar a fluência nas vigotas pré-moldadas com a associação de
varetas de bambu, como elemento resistente a tração;
c) Desenvolver uma técnica mais detalhada na associação destes
materiais.
90
REFERÊNCIAS
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). NBR 6118 – Projetode estruturas de concreto: Procedimentos. Rio de Janeiro, 2003.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). NBR 6120 – Cargaspara Cálculo de Estruturas: Procedimento. Rio de Janeiro, 1980.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). NBR 7480 – Barras e fios de aço destinados a armaduras para concreto armado: Especificação. Rio deJaneiro, 1996.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). NBR 14931 –Execução de estruturas de concreto: Procedimentos. Rio de Janeiro, 2004.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). NBR 14859-1 – Lajepré-fabricada – Requisitos – Parte 1: Laje unidirecional. Rio de Janeiro, 2002.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). NBR 14859-2 – Lajepré-fabricada – Requisitos – Parte 2: Lajes bidirecionais. Rio de Janeiro, 2002.
AZEVEDO, Hélio Alves. O edifício até sua cobertura. São Paulo: Edgard Blücher, 1977. 178 p.
BOTELHO, Manoel Henrique Campos; MARCHETTI, Osvaldemar. Concreto armado, eu te amo. São Paulo: Edgard Blücher, 2004. v. 2. 264 p
CARVALHO, Roberto Chust; FIGUEIREDO FILHO, Jasson Rodrigues de. Cálculo eDetalhamento de Estruturas Usuais de Concreto Armado: segundo a NBR 6118:2003. 2. ed São Carlo, SP: EDUFSCAR, 2005.
FERREIRA, G.C.S Vigas de Concreto Armadas com Bambu. São Paulo. Dissertação de Mestrado. Universidade Estadual de Campinas, SP, 2002.
MONTOYA,M M. HORMIGON ARMADO. 8. ed. Editora Gustavo Gili,S.A.Barcelona, Espanha. 1978.
RIPPER, Ernesto. Como Evitar Erros na Construção. 3. ed. São Paulo: PINI, 1996.
91
ISAIA, Geraldo Cechella. Concreto: ensino, pesquisas e realizações. São Paulo: IBRACON, 2005.
MEHTA, Povindar Kumar; MONTEIRO, Paulo J. M. Concreto: estrutura, propriedades e materiais. São Paulo: PINI, 1994.
THOMAZ, Ercio. Execução, controle e desempenho das estruturas de concreto. In: ISAIA, Geraldo Cechella. Concreto: ensino, pesquisas e realizações. São Paulo:IBRACON, 2005. v. 1. p.527-581.
YAZIGI, Walid. A técnica de edificar. 5.ed São Paulo: PINI, 2003.
92
APÊNDICES
93
APÊNDICE A – Valores Experimentais de Momentos e Carregamento para cada amostra ensaiada
Tabela 01 – Vigota pré-moldada com aço CA-60. Primeira amostra ensaiada
Carga(Kgf)
Tempo(min)
Flexa decorrente
Da carga (mm)
Flexa de Norma(mm)
Atende a NBR 6118:2003
Momento(Kgf.m)
0 0 0 10 Sim5,0 5 0,456 10 Sim10,0 5 2,531 10 Sim20,0 5 4,973 10 Sim40,0 5 6,665 10 Sim60,0 5 9,871 10 Sim80,0 5 13,342 10 Não
100,0 15 14,495 10 Não120,0 15 15,998 10 Não132,5 - ruptura 10 Não
Tabela 02 – Vigota pré-moldada com aço CA-60. Segunda amostra ensaiada
Carga(Kgf)
Tempo(min)
Flexa decorrenteDa carga (mm)
Flexa de Norma(mm)
Atende a NBR 6118:2003
Momento(Kgf.m)
0 0 0 10 Sim5,0 5 0,998 10 sim10,0 5 4,421 10 Sim20,0 5 4,987 10 Sim40,0 5 8,419 10 Sim60,0 5 9,312 10 Sim80,0 5 14,538 10 Não
100,0 15 15,081 10 Não120,0 15 16,351 10 Não136,0 - Ruptura 10 Não
Tabela 03 – Vigota pré-moldada com aço CA-60. Terceira amostra ensaiada
Carga(Kgf)
Tempo(min)
Flexa decorrenteDa carga (mm)
Flexa de Norma(mm)
Atende a NBR 6118:2003
Momento(Kgf.m)
0 0 0 10 Sim5,0 5 1,022 10 Sim10,0 5 1,923 10 Sim
94
20,0 5 3,533 10 Sim40,0 5 7,173 10 Sim 60,0 5 7,836 10 Sim80,0 5 9,359 10 Sim
100,0 15 14,112 10 Não120,0 15 16,632 10 Não
130,80 - ruptura 10 Não
Tabela 04 – Vigota pré-moldada com aço CA-60. Quarta amostra ensaiada
Carga(Kgf)
Tempo(min)
Flexa decorrenteDa carga (mm)
Flexa de Norma(mm)
Atende a NBR 6118:2003
Momento(Kgf.m)
0 0 0 10 Sim5,0 5 0,970 10 Sim10,0 5 1,231 10 Sim20,0 5 4,560 10 Sim40,0 5 7,755 10 Sim60,0 5 9,954 10 Sim80,0 5 12,440 10 Não
100,0 15 14,000 10 Não120,0 15 16,332 10 Não
122,50 - ruptura 10 Não
Tabela 05 – Vigota pré-moldada com varetas de bambu. Primeira amostra ensaiada
Carga(Kgf)
Tempo(min)
Flexa decorrenteDa carga (mm)
Flexa de Norma(mm)
Atende a NBR 6118:2003
Momento(Kgf.m)
0 0 0 10 Sim5,0 5 3,330 10 Sim10,0 5 5,432 10 Sim20,0 10 8,220 10 Sim40,0 10 12,005 10 Não60,0 10 16,044 10 Não
72,50 - ruptura 10 Não
Tabela 06 – Vigota pré-moldada com varetas de bambu. Segunda amostra ensaiada
Carga(Kgf)
Tempo(min)
Flexa decorrenteDa carga (mm)
Flexa de Norma(mm)
Atende a NBR 6118:2003
Momento(Kgf.m)
0 0 0 10 Sim
95
5,0 5 2,444 10 Sim10,0 5 4,650 10 Sim20,0 10 7,110 10 Sim40,0 10 9,881 10 Sim60,0 10 15,200 10 Não
78,50 - ruptura 10 Não
Tabela 07 – Vigota pré-moldada com varetas de bambu. Terceira amostra ensaiada
Carga(Kgf)
Tempo(min)
Flexa decorrenteDa carga (mm)
Flexa de Norma(mm)
Atende a NBR 6118:2003
Momento(Kgf.m)
0 0 0 10 Sim5 5 2,022 10 Sim
10 5 5,350 10 Sim20 10 9,443 10 Sim40 10 14,001 10 Não
60,00 10 16,829 10 Não64,00 - ruptura 10 Não
Tabela 08 – Vigota pré-moldada com varetas de bambu. Quarta amostra ensaiada
Carga(Kgf)
Tempo(min)
Flexa decorrenteDa carga (mm)
Flexa de Norma(mm)
Atende a NBR 6118:2003
Momento(Kgf.m)
0 0 0 10 Sim5 5 1,002 10 Sim
10 5 4,992 10 Sim20 10 6,500 10 Sim40 10 9,654 10 Sim60 10 15,090 10 Não
68,00 - ruptura 10 Não
