v9n1a16

Propriedades fsicasPropriedades fsicasPropriedades fsicasPropriedades fsicasPropriedades fsicase mecnicas do colmo inteiroe mecnicas do colmo inteiroe mecnicas do colmo inteiroe mecnicas do colmo inteiroe mecnicas do colmo inteiro

do bambu da espcie do bambu da espcie do bambu da espcie do bambu da espcie do bambu da espcie Guadua angustifoliaGuadua angustifoliaGuadua angustifoliaGuadua angustifoliaGuadua angustifolia

Revista Brasileira de Engenharia Agrcola e Ambiental, v.9, n.1, p.107-114, 2005Campina Grande, PB, DEAg/UFCG - http://www.agriambi.com.br

Protocolo 180 - 27/11/2002 - Aprovado em 2/4/2004

Khosrow Ghavami1 & Albanise B. Marinho2

1 PUC-Rio, Departamento de Engenharia Civil; Rua Marqus de So Vicente 225, Gvea, CEP 22543-900, Rio de Janeiro, RJ, Brasil. E-mail: [email protected], Fone (021) 3114-1188, Fax: (021) 3114-1195 (Foto)2 FAPERJ, PUC-Rio, Departamento de Engenharia Civil. E-mail: [email protected]

ResumoResumoResumoResumoResumo: Este trabalho apresenta os resultados de recentes pesquisas sobre o bambu da espcieGuadua angustifolia, realizadas na Pontifcia Universidade Catlica do Rio de Janeiro (PUC-Rio),no qual foram determinadas as propriedades fsicas, mecnicas e meso-estruturais dos colmosinteiros. O principal objetivo deste estudo apresentar, aos profissionais, a possibilidade deusarem o bambu como elemento estrutural. Os resultados apresentados permitiro aos engenheirose arquitetos selecionar, em seus projetos, as dimenses requeridas, como dimetro, espessura edistncia internodal, tenses de flexo, tenses mximas de trao, compresso e cisalhamento.Esto apresentadas a variao da frao volumtrica ao longo da espessura do bambu e suaspropriedades mecnicas ao longo do comprimento total do colmo estudado.

PPPPPalaalaalaalaalavrvrvrvrvras-chaas-chaas-chaas-chaas-chavvvvve: e: e: e: e: propriedades mecnicas, propriedades fsicas, Guadua angustifolia

Physical and mechanical properties of the whole culmPhysical and mechanical properties of the whole culmPhysical and mechanical properties of the whole culmPhysical and mechanical properties of the whole culmPhysical and mechanical properties of the whole culmof bamboo of the of bamboo of the of bamboo of the of bamboo of the of bamboo of the Guadua angustifoliaGuadua angustifoliaGuadua angustifoliaGuadua angustifoliaGuadua angustifolia species species species species species

AbstractAbstractAbstractAbstractAbstract: This work presents recent research results concerning the bamboo Guadua angustifoliacarried out at the Pontificia Universidade Catolica, Rio de Janeiro, in which the physical, mechanicaland meso-structural properties of the whole bamboo culms were determined. The main objectiveof this study is to make it possible for professionals to use bamboo more frequently as a structuralelement. The obtained results allow the engineers and architects to choose for their projects therequired dimensions such as diameter, thickness and internodal distance, bending stresses,maximum tensile, compression and shearing stresses. The changing of the volumetric fractionalong the bamboo thickness and their mechanical properties along the total length of the studiedbamboo culms are presented.

KKKKKeeeeey wy wy wy wy wororororords: ds: ds: ds: ds: mechanical properties, physical properties, Guadua angustifolia

INTRODUO

Em perodos remotos da histria, os materiais empregadosem elementos mecnicos e estruturais variavam entre diferentesregies, uma vez que sua utilizao dependia da disponibilidadelocal e a escolha era ainda influenciada por aspectos culturaise estticos. Os materiais eram processados de maneirarudimentar ou utilizados em estado bruto, sempre envolvendotrabalho intenso com participao de membros da comunidade.De modo geral, observa-se que, em algumas regies, era intensaa utilizao de materiais localmente disponveis como pedra,aglomerantes naturais, madeira, terra crua, algodo, fibrasnaturais, fibras de coco, palha de trigo, casca de arroz etc.

Com a industrializao dos produtos e a concentraodas populaes em grandes centros urbanos, os materiaistradicionais foram gradualmente substitudos por materiais

industrializados (tambm chamados convencionais), tais comoo cimento Portland e o ao. Desde os anos 70 esto sendodesenvolvidos materiais avanados, constitudos de polmerossintticos, como Rayon, Nylon, Polyester e Aramida, usadoscomo reforo em compsitos, os quais, nos pasesindustrializados, esto gradualmente substituindo o ao e oconcreto.

No entanto, os materiais industrializados mobilizam vastosrecursos financeiros, consomem enorme quantidade de energiae requerem um processo centralizado. Em conseqncia disto,alm de outros efeitos ocorrem, tambm, problemas dedesemprego e habitacionais em reas rurais e em pequenascidades, onde os materiais no renovveis so inaproveitados,causando permanente poluio. Neste sentido, torna-seevidente que os materiais ecolgicos satisfazem algumasexigncias fundamentais para o futuro da humanidade, tais

R. Bras. Eng. Agrc. Ambiental, Campina Grande, v.9, n.1, p.107-114, 2005

como: minimizao do consumo de energia, conservao dosrecursos naturais, reduo da poluio e manuteno de umambiente saudvel (Ghavami, 2001). Assim, os pases europeustambm j iniciaram pesquisas cientficas e sistemticas sobreesses materiais ecolgicos, no poluentes, como fibrasvegetais, bambu, resduos industriais, minerais e agrcolas,que esto sendo estudados sob todos os aspectos docomportamento mecnico. O uso de bambu, resduos agrcolas,minerais e industriais, tem sido investigados, desde 1979, naPUC-Rio, de forma que sejam, futuramente, uma alternativacomo material de construo (Ghavami, 1984, 1992; Ghavami &Culzoni, 1987).

Para o uso do bambu em grande escala como material deengenharia economicamente vivel e com possibilidade deindustrializao, faz-se necessrio um estudo cientficosistemtico, atravs dos processos de plantao, colheita, cura,tratamento e ps-tratamento, alm de uma completa anliseestatstica das propriedades fsicas e mecnicas do colmodo bambu inteiro. A partir desses estudos, ser possvelestabelecer critrios confiveis de dimensionamento e deemprego de processos industriais viabilizando economicamenteo uso do bambu em grande escala.

A estrutura externa do bambu formada pelos sistemassubterrneo de rizomas, colmos, galhos e folhas. A plantapode apresentar flores ou frutos, por vez, ou dois, simul-taneamente. Os colmos so formados por uma srie alternadade ns e entrens. Com o crescimento do bambu, cada novon interno envolvido por uma folha caulinar protetora (bainha).Os colmos so formados por fibras, vasos e condutores deseiva, que esto desuniformemente distribudos na seotransversal, envolvidos por uma espcie de matriz denominadaparnquima. Esses colmos diferem, segundo a espcie, emcomprimento, espessura da parede, dimetro, espaamento dosns e resistncia. Em sua maioria so ocos, podendo-seencontrar algumas espcies com entrens slidos e outroscom gua no seu interior.

Liese (1980) afirmou que, do ponto de vista anatmico, obambu , de modo geral, constitudo por fibras (40%), clulasparenquimosas (50%) e vasos (10%); assim, de acordo comGhavami & Rodrigues (2000), a estrutura dos bambus pode serencarada como sendo um material compsito constitudo, agrosso modo, de fibras longas e alinhadas de celulose imersasem uma matriz de lignina. As fibras se concentram mais a medidaem que se consideram pontos na espessura cada vez maisprximos da casca, de forma que o material possa resistir scargas de vento, que so as solicitaes mais constantesdurante a vida do material na natureza. A Figura 1 mostra avariao da frao volumtrica das fibras na espessura do colmodo bambu Guadua angustifolia em estudo na PUC-Rio.

Os conjuntos vasculares integram os tecidos de conduoda seiva e as fibras, que apresentam resistncia mecnicaque, por sua vez, so imersas em uma matriz de lignina(parnquima). Os vasos tm, como funo, o transporte denutrientes da raiz s demais partes da planta e, como os colmosde bambu so bastante esbeltos, os vasos so reforados porum tecido (esclernquima) que lhes d resistncia. O conjuntovascular o componente estrutural mais variado do colmo dobambu; sua forma, tamanho e distribuio, variam no intern e

Figura 1. Variao da frao volumtrica das fibras na espessurado colmo do bambu Guadua angustifolia

ao longo do comprimento (altura) do colmo. A base do colmoapresenta uma estrutura completamente diferente quandocomparada com a parte central e topo do colmo (Liese, 1998). AFigura 2 mostra imagens dos conjuntos vasculares dos bambusadquiridas num microscpio eletrnico de varredura (MEV),obtidas por Liese (1980).

esclernquima

veios

parnquima

Figura 2. Detalhe dos conjuntos vasculares do bambu

A estrutura fibrosa do bambu, em feixes, se prestaexatamente para esforos de trao axial, porm, quandosolicitado axialmente, em virtude das fibras estarem imersas emuma matriz de lignina, o que ocorre uma ruptura porcisalhamento (Culzoni, 1986). Uma outra causa para este fato,reside nas tortuosidades dos feixes e nas mudanas de sees,geralmente nos ns, onde se interrompem as fibras, reduzem-se as reas resistentes e se originam, na pea, solicitaessecundrias de compresso normal, cisalhamento ou fen-dilhamento, s quais o material oferece menor resistncia.

Ghavami & Hombeeck (1981) observaram que, na maioriadas vezes, o rompimento ocorria no n, confirmando aconcentrao de tenses neste ponto. Constataram, ainda, quea resistncia na parte basal ao longo do colmo apresentavamaior carga de ruptura, devido maior rea transversal.

As caractersticas mecnicas do bambu so influenciadassobretudo pelos fatores: espcie, idade, tipo de solo, condiesclimticas, poca de colheita, teor de umidade das amostras,localizao das mesmas em relao ao comprimento do colmo,presena ou ausncia de ns nas amostras testadas e tipo doteste aplicado (Ghavami, 1989).

Com base nos resultados obtidos das pesquisas sobrebambu durante as duas ltimas dcadas, em vrias partes do

Khosrow Ghavami & A. B. Marinho108


mundo, incluindo-se o Brasil, foi possvel criar as primeirasnormas para tal utilizao. Sabendo que o conhecimento dasnormas importante no apenas para o uso seguro mas tambmpara a divulgao de um material, o INBAR (1999) - InternationalNetwork for Bamboo and Rattan usou os resultados dessaspesquisas mundiais e props normas para a determinao daspropriedades fsicas e mecnicas dos bambus. As normaspropostas foram analisadas pelo ICBO - InternationalConference of Building Officials e publicadas no relatrio AC162: Acceptance Criteria for Structural Bamboo, em maro de2000 (ICBO, 2000).

Este trabalho apresenta uma anlise das propriedades doscolmos inteiros do bambu da espcie Guadua angustifolia,que parte de uma linha de pesquisa, com o fim de classificaras propriedades fsicas, mecnicas e meso-estruturais dosbambus, como material do sculo XXI, na construo civil enas pequenas e mdias indstrias de materiais de construo.

MATERIAL E MTODOS

O trabalho foi desenvolvido no Laboratrio de Estruturas eMateriais do Departamento de Engenharia Civil da PUC-Rio ese refere ao estudo das propriedades fsicas, mecnicas e meso-estruturais do colmo do bambu da espcie Guaduaangustifolia, proveniente de Guarulhos, SP, com idade mdiade trs anos.

Propriedades fsicasO comprimento dos interns do bambu estudado foi medido

de acordo com as indicaes da Figura 3A. O dimetro externode cada intern foi determinado atravs de medies com opaqumetro. Para se determinar a espessura da parede (t),perfuraram-se trs furos em cada intern, com uma furadeiraeltrica, com dimetro de 5mm, (Figura 3B), fazendo-se asmedies atravs de um medidor de espessura desenvolvidopara este fim (Figura 3C).

Considerando-se z a distncia do centro de um intern base do colmo, L o comprimento total e p a carga de vento, omomento fletor no intern :

2)zL(2pM =

Se Mmax o momento fletor na base em que z = 0, na Eq. (1),pode-se exprimir adimensionalmente o momento em cadaintern por:

maxMMM =

O mdulo de resistncia adimensional Z de uma seooca cilndrica do colmo do bambu definido por:

maxZZZ =

Z

M = Mmax

l

interns

ns

n =1

n =2

n =3

n =4

n =5

z = 0

L

M = 0vento

P

Z

rt dD

M

A.

B.

Furos para medio daespessura da parede

C.

Figura 3. Configurao, posio dos furos e aparelho paramedies da espessura da parede do colmo do bambu A -Eixo de coordenadas, B - furos ao longo do bambu e C -Medidor de espessura

(1)

(2)

(3)

sendo:Z representado pela Eq.(4) e Zmax o valor mximo de Z na

seo quando z = 0

( )[ ]D

t2DD32

Z44

=

A partir dos valores do momento fletor mdio ( M ) e domdulo de resistncia da seo ( Z), determina-se a tenso deflexo adimensional na superfcie do colmo, devido ao momentode flexo atravs da Eq.(5):

ZM

b =

donde:

b representa a tenso no intern qualquer (b) divididapela tenso mxima, que ocorre na base do colmo (bmax):

(4)

(5)

Propriedades fsicas e mecnicas do colmo inteiro do bambu da espcie Guadua angustifolia 109


maxb

bb

=

Propriedades meso-estruturaisForam retiradas amostras das partes basal, central e topo

do colmo do bambu Guadua angustifolia. As amostras foramlixadas (lixas n 400, 600 e 1000) e polidas (alumina, 6 m). Asimagens foram obtidas no Laboratrio de Cincias dos Materiaise Metalurgia da PUC-Rio, atravs de uma lupa com magnificaode 6X, equipada com uma cmara fotogrfica. As manipulaesrealizadas sobre as imagens foram realizadas no software KS4003.0. O pr-processamento foi iniciado com o seccionamento daimagem, como mostrado na Figura 4, em que a imagem originalfoi dividida em quatro partes e, posteriormente, em 8 e 12,dependendo da parte do colmo analisada. Para amostras daregio do topo, que tem espessura da parede em torno de 6 mm,s foi possvel dividir a imagem em at 8 fatias pois, a partirda, as faixas so muito pequenas, dividindo os conjuntosvasculares e no possibilitando a contagem das fibras. Naparte basal, por sua espessura mdia de 12 mm, foi possveldividir a imagem em at 12 fatias. A imagem da parte central,com espessura em torno de 8 mm, foi dividida em at 10 fatias.

A segmentao (transformao da imagem em uma imagembinria) foi realizada de forma automtica, fornecendo boaseparao das imagens de interesse (fibras); aps a separaonas partes desejadas, efetuou-se o processamento digital,calculando-se a porcentagem de rea de fibras em cada seo.

(6)

Figura 4. Seccionamento da imagem do bambu Guaduaangustifolia

,

2,5 cm 2,5 cm5,0 cm

20 cm

5,0 cm 5,0 cm

1,0 cm

h=D

D

extensmet

5cm 5cm2cm 6cm 2cm

20cm

A

AP P

A

A

A-A

P P

Propriedades mecnicasDeterminaram-se as resistncias trao, compresso e

cisalhamento interlaminar das partes basais, centrais esuperiores (topo) do bambu Guadua angustifolia. Para cadaparte acima citada, foram ensaiados trs corpos-de-prova semn e trs com n. Os ensaios foram realizados de acordo comas normas do INBAR (1999), utilizando-se trs colmos. Paradeterminar a deformao do bambu nos ensaios de trao ecompresso, foram colados strain gages tipo L em uma dasfaces do corpo-de-prova. No ensaio, o corpo-de-prova fixadona mquina INSTRON 500, a qual conectada ao computadore ligada ao Vischay, que um indicador de deformao analgicomanual. Para cada carga aplicada a uma velocidade de 0,05mm min-1 e incremento de 10 kgf, lem-se as deformaeslongitudinais e transversais s fibras do bambu.

A Figura 5 (A, B e C) apresenta as caractersticas dos corpos-de-prova utilizados.

A.

B.

C.

extensmetro

Figura 5. Caractersticas dos corpos-de-prova para ensaios deA - Trao, B - Compresso e C - cisalhamento interlaminar

RESULTADOS E DISCUSSO

Propriedades fsicasOs bambus tm diminuio gradual, no sentido da base

para o topo, no dimetro do colmo, na espessura da parede eno comprimento internodal. A Figura 6 mostra a variao docomprimento internodal (l) do colmo inteiro em relao aonmero dos interns (n) do bambu Guadua angustifolia, coma respectiva equao matemtica obtida atravs da anlise deregresso do comportamento normal da curva. Observa-se que,na parte basal, os comprimentos internodais so menores,enquanto na parte central do colmo atingem o valor mximo e,na parte superior, decrescem.

A Figura 7 (A e B) apresentam os resultados mdiosreferentes ao dimetro externo (D) e espessura da parede (t) emrelao ao comprimento do colmo (z), com as respectivasequaes matemticas obtidas atravs da anlise de regressodo comportamento normal da curva. Observa-se que o dimetroexterno (D) diminui da base para o topo, apresentandocomportamento quase linear, com valor mximo de 101,86 mmna base e 31,21 mm no topo e com valor mdio de 79,56 mm. Aespessura mdia da parede (t) de 10,31 mm, com valoresdiminuindo da base para o topo, porm apresentando grandevariao ao longo do comprimento, a qual pode ser provocadapela preciso do aparelho de medio, que de 1 mm. Essasinformaes podem ser utilizadas pelos usurios de bambu,

z = -0 .0 0 2 8 n 3 + 0 .0 5 1 2 n 2 + 7 .0 5 6 8 n + 1 2 5 .9 5

0

5 0

1 0 0

1 5 0

2 0 0

2 5 0

3 0 0

3 5 0

4 0 0

0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0

Figura 6. Comprimento internodal em funo do nmero deinterns ao longo do colmo do bambu guadua angustifolia

Khosrow Ghavami & A. B. Marinho

Com

p. in

term

odal

: l (m

m)

Nmero de intern: (n)

110


D = -0.4804z2 + 1.8716z + 98.101

0

20

40

60

80

100

120D

iam

tro

exte

rno:

D (m

m)

t = -0.0229z3 + 0.5688z2 - 4.8397z + 22.351

0

5

10

15

20

25

0 2 4 6 8 10 12 14Distncia da base: z (m)

Espe

ssur

a da p

ared

e: (m

m)

Figura 7. Dimetro externo (A) e espessura da parede (B) aolongo comprimento do colmo

como engenheiros e arquitetos, com o objetivo de selecionaros bambus com as dimenses necessrias para seu projeto.

As curvas referentes ao momento fletor ( M ), mdulo deresistncia ( Z) e as tenses de flexo ( b ) ao longo do colmodo bambu estudado, esto apresentadas na Figura 8. Os valoresde M e Z so parmetros importantes de resistncia nodimensionamento de estruturas com bambu; M independe daespcie do bambu, pois relaciona o momento ao longo da alturatotal do colmo com o momento mximo; Z relaciona ascaractersticas geomtricas do bambu, diferenciando-as quanto espcie e ao local cultivado; b representa a variao da tensode flexo ao longo do colmo. A partir deste valor, define-se avariao da resistncia ao longo do colmo do bambu flexo.Amada (1996), ao estudar o comportamento do bambuPhyllostachys edulis Riv. (Mos) com idade mdia de doisanos, no Japo, obteve valores aproximados aos do bambuGuadua angustifolia.

Propriedades meso-estruturaisNa anlise da variao da frao volumtrica de fibras na

espessura da parede do bambu (seo transversal), possvelse obter uma equao que a represente e observar como estavariao se relaciona com algumas propriedades dos bambus.No processamento digital de imagem (PDI), a distribuio dasfibras analisada ao longo do colmo inteiro do bambu, comamostras retiradas nos vrios pontos da base, centro e topo,como mostra a Figura 9.

O grfico da Figura 10 mostra as distribuies de fibraspara as amostras analisadas. A frao volumtrica indicadaem funo de uma varivel adimensional (X) que representa arazo entre a posio em que se mede a frao volumtrica naespessura (x), e a espessura total da amostra (t), ou seja x/t. Apartir da anlise de regresso dos pontos experimentais,obtiveram-se equaes matemticas da forma polinomial, que

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

0 2 4 6 8 10 12 14 16

M=M/MmaxZm=Z/Zmaxsb=Mm/Zm

b

Zm

M

M

Z

m

Figura 8. Mdulo de resistncia, momento fletor e tenso deflexo no-dimensionais ao longo do colmo do bambuGuadua angustifolia

Distncia da base: z (m)

b

, M ,

Zm

Figura 9. Indicao dos pontos de retirada das amostras dobambu Guadua angustifolia

Propriedades fsicas e mecnicas do colmo inteiro do bambu da espcie Guadua angustifolia

A.

B.

b

M

Z M

111

dD

z

z

z

dD

dD

010203040506070

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0Posio na espessura (x/t)

Vol

ume

de fi

bras

(%) Base

IntermedirioTopo

Figura 10. Comparao do volume de fibras em relao espessura da parede entre as amostras da base, centro etopo do bambu Guadua angustifolia

permitem determinar a variao da frao volumtrica paraamostras cujas imagens foram dividas em 4, 8, 10 e 12 fatias. Apartir da, optou-se pela equao relativa ao nmero de fatias,que resultou em menor percentual de erro. Matematicamente,quanto maior o nmero de divises, melhor seria o ajuste daequao. A Tabela 1 apresenta as equaes obtidas paradeterminar a frao volumtrica das partes basal, central e topodas imagens divididas em 8 fatias do bambu Guaduaangustifolia. As equaes de 3 e 4 graus, para as partescentral e topo, foram obtidas de forma a fornecer maior precisona determinao do volume de fibras.

Constata-se, na Figura 10, que a distribuio das fibras nasamostras da base e centro mais uniforme, com a fraovolumtrica variando menos que a amostra colhida no topo;isto ocorre pelo ao fato de que, da base at o centro do bambu,este, alm de resistir s flexes devido s cargas de vento,deve suportar maior parte de seu peso prprio.

Propriedades mecnicasEm seguida, apresentam-se os resultados relativos aos

ensaios de resistncias trao, compresso e aocisalhamento interlaminar da base, centro e topo do bambuGuadua angustifolia.

Trao: Os resultados de resistncia trao, mdulo deelasticidade e coeficiente de Poisson da parede do colmo dobambu Guadua angustifolia, esto apresentados na Tabela 2;nela, pode-se observar que o bambu atinge uma resistnciamdia trao de 86,96 MPa. No geral, a parte central apresentamaior resistncia; 95,80 MPa no corpo-de-prova sem n e 82,62MPa no corpo-de-prova com n. Nas regies com n, aresistncia diminui devido descontinuidade das fibras nessespontos, seguindo a direo do n. Como j ocorrido em outrosensaios, os corpos-de-prova sempre rompem no n ou bemprximo a ele. A regio do topo, sem n, apresentou maiorvalor da resistncia trao, 115, 84 MPa; porm no corpo-de-prova com n se obteve menor resistncia, 64,26 MPa. Aresistncia trao do bambu Guadua angustifolia 36,7%menor que a resistncia do bambu Dendrocalamus giganteus(Ghavami & Marinho, 2001). Culzoni (1986) estudou aspropriedades mecnicas do bambu da espcie Guadua superbae obteve valores de resistncia trao de 112,3 MPa e mdulode elasticidade de 8,9 GPa, no corpo-de-prova com n; nocorpo-de-prova sem n, a autora obteve uma resistncia trao de 137,8 MPa e mdulo de elasticidade de 11,2 GPa.

Parte do bambu

Resistncia trao t (MPa)

Mdulo Elasticidade-E (GPa)

Coef. Poisson

Base sem n 93,38 16,25 019 Base com n 69,88 15,70 -

Centro sem n 95,80 18,10 0,25 Centro com n 82,62 11,10 - Topo sem n 115,84 18,36 0,33 Topo com n 64,26 8,0 -

Valor mdio 86,96 14,59 0,26 Variao 64,26 - 115,84 8,0 - 18,36 0,19 - 0,33

No bambu em estudo, o mdulo de elasticidade longitudinals fibras variou de 11,10 GPa a 18,36 GPa, com valor mdio de15,11 GPa e com os maiores valores obtidos sempre nos corpos-de-prova sem n. O coeficiente de Poisson mdio foi de 0,26,aumentando da base para o topo.

A partir dos dados de carga e dos deslocamentosexperimentais, foi possvel se obter as curvas tenso-deformao do bambu, sem e com n, apresentadas na Figura11. No ensaio do bambu com n, no foi possvel se obter asdeformaes transversais em virtude de problemas com os straingages; assim tambm no foi possvel obter o coeficiente dePoisson. Observa-se que o comportamento da curva do bambu,com e sem n, praticamente linear at o ponto de ruptura. Adeformao mxima longitudinal fibra nos corpos-de-provado bambu sem n variou de 4000 a 6000 strain, com maiorvalor na base e menor valor na parte central; j no sentidotransversal s fibras, a deformao mxima variou de 800 a 2000strain, com maior valor no topo e menor valor na base. Noscorpos-de-prova do bambu com n, a deformao longitudinals fibras variou de 4000 a 11000 strain, com maior valor notopo e menor na base.

Compresso: Os resultados obtidos para resistncia compresso, mdulo de elasticidade e coeficiente de Poissondas partes basal, central e topo, esto apresentados na Tabela3. Observa-se que a resistncia compresso , em geral, trsvezes menor que a resistncia trao. A resistncia mdia foide 29,48 MPa, aumentando da base para o topo. O valor mximoda tenso ocorreu na parte do topo, sendo igual a 34,52 MPapara o corpo-de-prova sem n, e de 29,62 MPa com n. Nabase, este valor caiu para 25,27 MPa no corpo-de-prova comn e 28,36 MPa sem n. A mdia do mdulo de elasticidade

Tabela 2. Resistncia trao, mdulo de elasticidade ecoeficiente de Poisson das partes basal, centro e topo, come sem n, do bambu Guadua angustifolia

0

20

40

60

80

100

0 2500 5000 7500 10000 12500

h Topo Centro

? Base

Tens

o (M

Pa)

Tens

o (M

Pa)

LongitudinalTransversalDeformao (microstrain)

Khosrow Ghavami & A. B. Marinho

A.

B.


Figura 11. Tenso de trao - deformao do bambu Guaduaangustifolia, com (A) e sem n (B)

Deformao longitudinal (microstrain)

112

h Topo Centro ? Base

Centro Base

Parte do colmo Equao Base Vf = 83,1*X2-40,7*X+19,1

Centro Vf = -101,5*X 3 + 260,7*X2-138,4*X+33,4 Topo Vf = -412,7*X 4 +967,8*X3-668,3*X2+ 171,4*X - 3,9

Tabela 1. Variao da frao volumtrica de fibras ao longo daespessura do bambu Guadua angustifolia nas partes da base,centro e topo

0

20

40

60

80

100

-3000 -2000 -1000 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000

Tens

o (M

Pa)

Base

* Topo ? Centro

Base Centro

Topo Topo

Centro Base

longitudinal s fibras foi de 12,58 GPa, variando de 9,00 GPa nabase a 15,80 GPa na regio do topo, ambos em corpos-de-prova com n. O coeficiente de Poisson mdio obtido no ensaiode resistncia compresso foi de 0,34. Culzoni (1986)determinou a resistncia compresso do bambu Guaduasuperba em corpos-de-prova com altura igual a duas vezes odimetro (H=2*D) e obteve valores de 35,7 MPa e mdulo deelasticidade de 2,6 GPa, em corpos-de-prova com n, eresistncia de 47,8 MPa e mdulo de elasticidade de 3,33 GPa,em corpos-de-prova sem n.

A Figura 12 apresenta as curvas de tenso de compressoaxial deformao nos sentidos longitudinal e transversal sfibras do bambu, com e sem n, e nas partes da base, centro etopo. Observa-se que, at prximo ruptura, a curva apresentacomportamento quase linear. Em alguns ensaios percebe-seuma plastificao do material. Foi colado, nas amostras, straingages do tipo roseta em L, com o objetivo de medir as defor-maes longitudinais e transversais s fibras. Na maioria dosensaios da parte central verificou-se que o corpo de prova semn, no sofre, inicialmente, deformao no sentido transversals fibras, o que se deve, provavelmente, ao confinamentoprovocado pelas placas da mquina de ensaio, j que o corpo-de-prova tem altura igual ao dimetro. No corpo-de-prova comn ocorreu apenas deformao longitudinal s fibras, devido apresena do n inibir o achatamento e, conseqentemente, adeformao no sentido transversal s fibras. As deformaeslongitudinais mximas, para os bambus sem e com n, variaramde 2500-5000 strain e 2500-8000 strain, respectivamente, comas maiores deformaes na parte central sem n e topo com n.As deformaes mximas transversais s fibras apresentaramvalores mdios de 1500 strain. No incio do ensaio decompresso, o strain gage, colocado no sentido transversal sfibras, sofreu uma deformao negativa, significando umencurtamento; com o aumento da carga aplicada, as fibras foramtracionadas, tornando a deformao transversal positiva.

Cisalhamento: Os resultados mdios da resistncia aocisalhamento interlaminar para os corpos-de-prova localizadosna base, centro e topo do bambu Guadua angustifolia, soapresentados na Tabela 4. Os valores foram obtidos a partir damdia de trs ensaios. Nesta, observa-se que os valoresaumentam da base para o topo, sendo que no topo a resistnciaao cisalhamento foi de 2,42 MPa para o corpo-de-prova sem ne 2,11 MPa para o corpo-de-prova com n. Na base, esses

Parte do bambu

Resistncia trao t (MPa)

Mdulo elasticidade-E (GPa)

Coef. Poisson

Base sem n 28,36 14,65 0,27 Base com n 25,27 9,00 0,56

Centro sem n 31,77 12,25 0,36 Centro com n 28,36 12,15 0,18 Topo sem n 25,27 11,65 0,36 Topo com n 31,77 15,80 0,33

Valor mdio 29,48 12,58 0,34 Variao 25,27 34,52 9,00 15,80 0,18 0,56

Tabela 3. Resistncia compresso, mdulo de elasticidade,coeficiente de Poisson das partes basal, central e topo,com e sem n, do bambu Guadua angustifolia

valores foram 2,20 MPa sem n e 1,67 MPa com n,respectivamente. Observa-se que, nos corpos-de-prova semn, a resistncia maior e se mantm quase uniforme nas trspartes do comprimento do colmo; j nas partes com n, aresistncia menor e os valores variam muito.

A resistncia ao cisalhamento do bambu Guaduaangustifolia inferior do bambu Dendrocalamus giganteus.Ghavami & Marinho (2001) obtiveram valores mdios de 3,56MPa e 3,37 MPa para corpos-de-prova com e sem n,respectivamente. Moreira (1991) obteve uma tenso decisalhamento mdia de 7,0 MPa para o bambu Dendrocalamusgiganteus, enquanto Ghavami & Souza (2000) obtiveramvalores de tenso de cisalhamento de 3,08 e 3,12 MPa paracorpos-de-prova com dois e trs cortes, respectivamente, epara o mesmo bambu estudado.

Longitudinal TransversalDeformao (microstrain)

0

5

1 0

1 5

2 0

2 5

3 0

3 5

-10000 -8000 -6000 -4000 -2000 0 2000

Tens

o (M

Pa)

Longitudinal Transversal

Tens

o (M

Pa)

Propriedades fsicas e mecnicas do colmo inteiro do bambu da espcie Guadua angustifolia


Deformao (microstrain)Figura 12. Tenso de compresso-deformao do bambu com

(A) e sem n (B)

Partes do colmo Tenso de cisalhamento (MPa) Com n 1,668

Base Sem n 2,198 Com n 1,433

Centro Sem n 2,272 Com n 2,113

Topo Sem n 2,421 Valor mdio 2,017

Tabela 4. Resistncia ao cisalhamento interlaminar do bambuGuadua angustifolia

113

0

5

1 0

1 5

2 0

2 5

3 0

3 5

4 0

-6000 -5000 -4000 -3000 -2000 -1000 0 1000 2000 3000

Tens

o (M

Pa)

B a se C en tro T o p o

B a se ? C e n tro T o p o

Base- long. Centro-long Topo - long. Base- transv. ? Centro. transv. Topo-transv.

B.

A.

Tens

o (M

Pa)


CONCLUSES

1. Os bambus tm diminuio gradual, no sentido da basepara o topo, no dimetro do colmo, na espessura da parede eno comprimento internodal.

2. O mdulo de resistncia, que funo do dimetro e daespessura da parede, varia ao longo do colmo.

3. A aplicao do processamento digital de imagens, paraobteno da distribuio volumtrica das fibras ao longo daespessura da parede, foi feita de forma simples e forneceuresultados que podem ser considerados satisfatrios, uma vezque no se tem outras fontes de comparao na literatura nem,tampouco, resultados analgicos das grandezas medidasneste trabalho para a espcie de bambu estudada.

4. Os ensaios experimentais realizados para obteno dascaractersticas mecnicas do bambu Guadua angustifoliademonstraram que ele resiste mais aos esforos de trao queaos de compresso, com diferena de valores superior a 50%em todas as partes analisadas.

5. As curvas de tenso-deformao obtidas nos ensaios detrao e compresso indicam que o bambu Guadua angustifoliaapresenta comportamento quase linear, at o ponto de ruptura.

6. A resistncia mdia trao do bambu Guaduaangustifolia foi de 86,96 MPa, apresentando maiores valoresna parte central, ou seja, 95,80 MPa no corpo-de-prova sem ne de 82,61 MPa no corpo-de-prova com n. O mdulo deelasticidade mdio foi de 15,11 GPa no sentido longitudinal sfibras. O coeficiente de Poisson mdio no ensaio de trao foide 0,26, com os valores aumentando da base para o topo.

7. A resistncia compresso mdia foi de 29,48 MPa, comvalor mximo de 29,62 MPa e 34,52 MPa na parte superior, come sem n, respectivamente. De modo geral, a resistncia compresso foi pouco influenciada pela presena do n. Omdulo de elasticidade mdio no ensaio de compresso foi de12,58 GPa, no sentido longitudinal s fibras.

8. A resistncia mdia ao cisalhamento interlaminar foi de2,02 MPa, com os valores mximos na parte superior do colmo.A resistncia diminuiu do topo para a parte basal do colmo.

9. De acordo com os resultados obtidos para o Guaduaangustifolia e os comparados pelo grupo de pesquisa da PUC-Rio para o Dendrocalamus giganteus, as resistncias do bambuGuadua angustifolia so menores que as do Dendrocalamusgiganteus, verificando-se que a diferena de 43,8% naresistncia trao, 41,6% na resistncia compresso e 60%na resistncia ao cisalhamento.

AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem aos colegas que contriburam para arealizao dos ensaios, especialmente ao Professor SidneiPaciornik, pela valiosa colaborao na anlise da meso-estrutura do bambu; aos alunos Diogo Rodrigues Mota, CelsoLuiz de Oliveira Junior, Sergio Lus Vanderley e Eliane FernandesCrtes Pires pela participao nas pesquisas. Agradecemtambm FAPERJ, CAPES e CNPq, pelo apoio financeiro.

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Khosrow Ghavami & A. B. Marinho114

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