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DIMENSIONAMENTO COMPARATIVO DE COBERTURA FEITA COM BAMBU E COM MADEIRA

Engenharia

A comparação do dimensionamento de um caso específico (cobertura) feita com bambu e com a madeira, com foco na abordagem geral sobre o bambu, seu procedimento de plantio, coleta, tratamento e utilização do mesmo, bem como suas propriedades físicas e mecânicas.

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1. RESUMO

Este trabalho consiste em realizar uma comparação no dimensionamento e custo de duas coberturas utilizando dois materiais distintos, porém de propriedades mecânicas similares: bambu e madeira. Será realizada, inicialmente, uma abordagem geral sobre o bambu, com registros históricos do seu uso, o seu procedimento de plantio, coleta, tratamento e utilização do mesmo (abordando principalmente seus métodos de ligação), bem como suas propriedades físicas e mecânicas. Feito isto, será realizada uma análise estrutural dos dois casos de cobertura, sendo determinados os esforços aos quais os membros das treliças estão submetidos. Após esta etapa, será explicitado um exemplo de dimensionamento em bambu para, em seguida, ser feito um dimensionamento da mesma estrutura, com os mesmos carregamentos utilizando a madeira. Por fim, será realizada uma estimativa de custo em função da quantidade de material utilizada em cada caso, para assim definir qual tipo de material seria mais adequado para cada situação.

Palavras-chaves: Cobertura. Bambu. Madeira. Dimensionamento em Bambu.

ABSTRACT

This work compares the design and cost of two roofs using two different materials, with similar mechanical properties: bamboo and wood. A general approach on bamboo, with historical records of its use, its procedure of planting, collecting, treating and using the bamboo (mainly focusing on its methods of binding), as well as its physical and mechanical properties will be carried out initially. Once this is done, a structural analysis of the two roof cases will be carried out, determining the efforts that each the members of the frame is subjected. After this step, the process of dimensioning the frame pieces with both bamboo and wood will be carried out. Finally, a cost estimate will be made based on the amount of material used in each case, in order to define which material would be most appropriate for the case analyzed.

Keywords: Roof. Bamboo. Wood. Dimensioning in Bamboo.

2. NTRODUÇÃO

Ao longo das últimas décadas, ocorreram muitos progressos na Construção Civil, principalmente na área estrutural. Entretanto, pouco tem sido feito para ampliar o uso de materiais sustentáveis nos processos construtivos nesta área, levando em consideração que já está enraizado em nossa cultura o hábito da construção em concreto armado. Todavia, com a atual necessidade do homem de encontrar soluções ambientalmente sustentáveis, há outro material que tem ganhado cada vez mais espaço: o bambu.

Apesar de não ser um material comumente usado no Brasil, o bambu é utilizado em vários processos construtivos de outros países. Na China, por exemplo, utiliza-se muito o bambu para fabricação e montagem de andaimes em suas construções, e na Índia, com um excelente nível de engenharia, construiu um dos monumentos mais importantes da humanidade: o Taj Mahal, monumento histórico construído no século XVII (BONINI, 2010).

O bambu pode ter diversas aplicações, dentre elas o seu uso em armação de lajes, pilares e vigas, o uso de taliscas de bambu em concreto de modo a aumentar sua resistência à tração, o seu uso como substituição de fibras de aço em pavimentos de concreto, o uso como agregado em pavimentos asfálticos flexíveis etc.

Por outro lado, sabe-se que o bambu possui características estruturais excelentes, baixa densidade, grande abundância no território nacional, boas condições estéticas e adaptabilidade à projetos de arquitetura, possibilidade de reutilização de colmos mesmo após o corte, colheita e produção limpa, com baixo consumo de energia e geração de resíduos, alta produtividade e durabilidade adequada, quando bem tratado. Considerando todos estes pontos positivos, foi verificado que a sua aplicação em coberturas e demais estruturas familiares sugere resultados satisfatórios.

Muito ainda tem que ser pesquisado a respeito dos bambus e a sua utilização na construção civil no Brasil. Mesmo com todos os dados, estudos de grandes pesquisadores e normas internacionais para a padronização do seu uso, ainda faltam pesquisas para confirmar e garantir uma maior segurança e confiabilidade com relação à sua utilização. Alguns profissionais de engenharia, por não existir tal padronização no território nacional, sugerem a adoção da NBR 7190/97 (Projetos de estruturas de madeira) para o seu dimensionamento, o que foge bastante da realidade do bambu que atua estrutural e quimicamente diferente das madeiras. Para o caso deste projeto, serão consideradas as normas internacionais para dimensionamento, que serão vistas mais adiante.

Desta forma, foi proposto este projeto, de modo a divulgar uma solução para amenizar a agressividade da indústria de construção para com o meio ambiente, sugerindo, desta forma, a substituição de um material cuja fabricação é nociva ao meio ambiente por um material limpo, de rápido crescimento e que não deixa a desejar em suas propriedades mecânicas.

3. OBJETIVOS

3.1 Geral

Comparar o dimensionamento de um caso específico (cobertura) feita com bambu e com a madeira, verificar o resultado relacionado aos custos materiais, desconsiderando mão-de-obra, ligações e manutenção ao longo dos anos.

3.2 Específico

- Apresentar a cultura do bambu desde o plantio até sua utilização nas obras de engenharia civil com uma abordagem geral que envolve os custos e benefícios;

- Analisar a aplicação e o comportamento do bambu na construção civil, sua estrutura física, suas propriedades mecânicas e biológicas;

- Abordar o dimensionamento das estruturas de bambu e de madeira, utilizando-se das normas adequadas a cada caso;

- Demonstrar os cuidados e tratamentos biológicos que o bambu requer;

- Comparar resultados e custos de um projeto de uma cobertura feita com bambu e com madeira.

4. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

Ao contrário do que comumente se pensa o bambu não é uma árvore e sim uma gramínea. Em termos de classificação biológica, o bambu pertence à família Gramineae (Poaceae) e subfamília Bambusoideae. Biologicamente, sua subdivisão no mundo é vasta, tendo mais de mil espécies reconhecidas e cerca de cem gêneros (entre herbáceos e arbóreos) (HIDALGO, 2003). Na figura 01, apresenta-se a distribuição do plantio de bambu no Mundo.


Figura 01: Distribuição do plantio de bambu no mundo antes de 1960. Fonte: HIDALGO (2003).

Desta forma, percebe-se que a maior abundância de sua distribuição está entre os trópicos e subtrópicos, sendo o clima deste posicionamento geográfico favorável devido à predominância maior de chuvas e temperaturas mais elevadas, o que é mais apropriado ao cultivo do bambu (FRÓES, 2013). Além disto, relevos desregulados e elevadas altitudes não são um problema para o seu cultivo: há espécies registradas tanto no nível do mar quanto em altitudes próximas de 4.000m (PEREIRA E BERALDO, 2007) apud ANDRADE (2013).

Ainda, de acordo com HIDALGO (2003), cerca de 1/3 das espécies de bambu situam-se no continente americano. Desta forma, considerando todas estas condições, o Brasil é um país com forte potencial de produção e utilização do bambu, o que torna viável o seu uso.

Além disto, o bambu possui algumas condições peculiares quando comparados a outros materiais convencionais na construção civil. Algumas características como a resistência à tração, seu peso específico baixo (o que o torna um material altamente eficiente) e a sua produção considerada limpa e com menor consumo de energia, faz com que o bambu seja um material bem atrativo. GHAVAMI (1992) apud MURAD (2007) reuniu características de materiais e do bambu nas Tabelas 01 e 02.

Tabela 01: Valores característicos da relação entre a energia de consumo para a produção e a resistência. Fonte: GHAVAMI (1992) apud MURAD (2007, pág. 22).

Material

Bambu

Madeira

Concreto

Aço

MJ/m³/MPA

30

80

240

1500

Tabela 02: Valores característicos referentes à resistência à tração de alguns materiais, peso específico e sua razão para efeitos comparativos. Fonte: GHAVAMI (1992) apud MURAD (2007, pág. 22).

Material

Resistência à Tração σt (N/mm²)

Peso específico  (N/mm310-2)

R = (σt / )10-2

R / Raço

Aço (CA 50A)

500

7,83

0,63

1,00 

Bambu

140

0,8

1,75

2,77

Alumínio

304

2,7

1,13

1,79

Ferro Fundido

281

7,2

0,39

0,62

Apesar da existência de normas e procedimentos internacionais quanto ao uso do bambu e ensaios laboratoriais para conhecimento de suas propriedades mecânicas (tração, compressão, rigidez, etc.), os resultados dependem de fatores como espécie, teor de umidade, etc. como serão apresentados mais à frente.

4.1 Estruturas Anatômicas e Espécies de Bambu

O colmo de bambu é um material com formato geométrico cilíndrico, similar a um tubo oco, formado por nós e parede. A distância entre os nós e a sua espessura interna normalmente não é homogênea (por exemplo, a espessura da parede do bambu é variável ao longo da peça, tendo sua maior espessura e diâmetro em sua base e diminuindo até a sua ponta, além da distância internodal que nem sempre é constante). Devido ao fato do bambu ser uma gramínea, a sua base subterrânea é formada por rizomas de onde brotam os colmos e, posteriormente, seus galhos e folhas (LANA, 2016).

Seus nós e entrenós alternados em toda sua estrutura interna são constituídos de fibras e por tecidos vasculares que possuem função de distribuir seiva. Toda a estrutura é envolvida por um tecido delgado fundamental ao seu sistema de funcionamento, chamado de parênquima (um tecido comum aos vegetais). Graças aos diafragmas, os entrenós são separados, o que torna o bambu um material oco. Externamente, são vistos como nós, de onde florescem os ramos e folhas (LANA, 2016) (Figuras 02, 03, 04):


Figura 02: Anatomia estrutural dos colmos de bambu. Fonte: VIVIANDA (2012) apud LANA (2016, pág. 11).


Figura 03: Tecidos vasculares do bambu e seus detalhes. Fonte: GHAVAMI & MARINHO (2004, pág. 108).


Figura 04: Variação da fração volumétrica das fibras na espessura do colmo do bambu Guadua Angustifólia. Fonte: GHAVAMI & MARINHO (2004, pág. 108).

GHAVAMI & RODRIGUES (2000) apud GHAVAMI & MARINHO (2004, pág. 108), afirmam que “a estrutura dos bambus pode ser encarada como sendo um material compósito constituído, grosso modo, de fibras longas e alinhadas de celulose imersas em uma matriz de lignina. As fibras se concentram mais na medida em que se consideram pontos na espessura cada vez mais próximos da casca, de forma que o material possa resistir às cargas de vento, que são as solicitações mais constantes durante a vida do material na natureza.”

No geral, as propriedades geométricas do bambu (altura média dos colmos, espessura das paredes, distância entre nós etc) também é uma variável que depende da espécie e da sua maturidade. Com isso, SALGADO (1994) apud BONINI (2010) tabelou, através de valores médios, diversas características físicas dos colmos de diversas espécies de bambu, como indica a tabela 03.

Tabela 03: Valores médios de comprimento, diâmetro e massa das principais espécies de bambu. Fonte: SALGADO (1994) apud BONINI (2010 pág. 33).

Colmo

Espécies

Compr. útil (m)

Diâmetro (cm)

Massa (kg)

Comprim. dos internódios (cm)

Bambusa vulgaris

10,7

8,1

12,5

32

Bambusa vulgaris var. vittata

9,3

7,2

10,3

34

Bambusa oldhami

9,9

6,9

8,4

41

Bambusa nutans

10

5,8

7,8

38

Bambusa tulda

11,9

6,6

11,9

49

Bambusa beecheyana

9

7,8

10,5

28

Bambusa stenostachya

15,1

8,2

17,5

35

Bambusa tuldoides

9,2

4,3

3,8

46

Bambusa textilis

8,1

4,8

3,3

44

Bambusa ventricosa

9,3

4,8

4,5

44

Bambusa maligensis

7,4

4,3

3,5

28

Bambusa dissimulator

9,5

4,6

5,2

41

Dendrocalamus asper

14,5

12,2

61,3

34

Dendrocalamus latiflorus

11,5

11,5

40,7

37

Dendrocalamus strictus

10,5

7,6

15

38

Dendrocalamus giganteus

16

14,2

84,5

34

Ochlandra travancorica

11,3

9,4

26

40

Phyllostachys edulis

4,4

3,6

2,1

15

Devido ao fato do desenvolvimento dos colmos de bambu ser da base (solo) até a sua altura útil, e conforme o seu crescimento vai ocorrendo, a base do bambu tende a ser o trecho com maior idade, maior resistência e maior tempo de vida útil (SILVA, 2008). Ainda, conforme SILVA (2008, pág. 12), “o sistema de fibras de sustentação do bambu é composto por feixes dispostos na mesma direção longitudinal, quase que paralelos, porém o posicionamento das fibras sofre uma mudança junto ao nó. As fibras que vinham paralelas se misturam e fazem do nó um local de maior concentração de fibras em diversos sentidos, tendo o mesmo uma maior resistência à compressão e impedindo que haja separação das fibras longitudinais nos entrenós. ”

Desta forma, entende-se que quanto menor as distâncias internodais, maior será a presença de nós e, consequentemente, o colmo terá maior resistência à compressão e módulo de elasticidade, o que o torna uma estrutura mais rígida no sentido transversal. Mesmo assim, o bambu é considerado bem flexível, sendo suscetível a consideráveis deformações por flexão, sem que atinja a sua tensão de ruptura (o bambu é flexível até mesmo quando o colmo é considerado “novo” e não atingiu sua idade ideal para uso) (SILVA, 2008).

Quanto às espécies e suas formas de crescimento, SILVA (2008) explica que há dois tipos de crescimento em colmos:

Entoucerantes - Crescem formando touceiras aglomeradas (SILVA, 2008) conforme indicam as figuras 05 e 06.


Figura 05: Touceira de bambu Dendrocalamus Giganteus. Fonte: SILVA (2008, pág. 10).


Figura 06: Touceira de bambu da espécie Bambusa Vulgaris. Fonte: SILVA (2008, pág. 10).

Alastrantes – Crescem sem seguir algum tipo de ordem, expandindo-se para todos os lados (SILVA, 2008) conforme indicam as figuras 07 e 08.


Figura 07: Mata de bambu da espécie Phyllostachys áurea sem manutenção. Fonte: SILVA (2008, pág. 11).


Figura 08: Mata de bambu da espécie Phyllostachys heterocycla pubescens com manutenção. Fonte: SILVA (2008, pág. 11).

4.2 Procedimentos de Plantio e Coleta

De imediato, o que diferencia o bambu das árvores é a sua alta produtividade. PEREIRA (2006) apud BONINI (2010) registrou a produção de 23 moitas de bambu da espécie Dendrocalamus Giganteus em um ano em um estudo experimental na UNESP-Bauru/SP que resultou em uma produção total de 225 colmos em 2006 (uma média de 9,8 colmos por moita naquele ano).

De acordo com RIBEIRO (2005) apud BONINI (2010, pág. 26 e 27), “o bambu, quando cortado da forma correta, proporciona até 100 cortes por colmo sem que se perca toda a plantação e tenha que se replantar”.

No período de 3 a 7 anos de seu nascimento o bambu já está em sua fase máxima de sazonamento, sendo que dois anos e meio após ter sido brotado do solo o bambu já possui resistência mecânica estrutural suficientemente elevada que compensa sua coleta para usos estruturais (MURAD, 2007). O bambu, quando com pouca maturidade, ainda possui muitas substâncias atrativas para os insetos (principalmente o broca do bambu, também conhecido como Dinoderus Minutus), sem contar sua considerável redução de lignina, o que compromete a sua capacidade de resistência às cargas estruturais e demais solicitações e reduz sua durabilidade (ANDRADE, 2013).

Conforme PEREIRA E BERALDO (2007) apud BONINI (2010, pág. 27), afirmam que “a produção média anual de colmos em plantio experimental (a depender das condições locais), se mantém com uma produtividade média de 8 colmos/touceira/ano e que após o 7º ano de plantio, o diâmetro à altura do peito e altura dos colmos mostraram uma tendência à estabilidade dimensional, sendo considerado que após este período de plantio, as touceiras tenham atingido a maturidade com relação a produção e dimensões dos colmos. ”

BARBOSA E GHAVAMI (2005) apud BONINI (2010, pág. 42) afirmam que “o corte do colmo do bambu deve prezar a longevidade e produtividade do bambuzal e para esta tarefa deve se fazer o uso de serra elétrica (na falta deste equipamento, é aceitável o uso de machado ou facão). O corte deve ser feito à altura do segundo nó, logo acima, evitando-se desta forma acúmulo de água sobre o que restou após o corte, a fim de evitar o apodrecimento da raiz.”

É importante que após o corte do colmo de bambu, o mesmo seja locado próximo ao ponto de corte, na posição vertical, preferencialmente sem contato com o solo (o colmo pode ser apoiado sobre uma pedra), para facilitar o processo de cura e escorrimento do amido e torna-lo mais resistente ao ataque de fungos e insetos. Preferencialmente, deve-se ter um período de cura entre 4 a 8 semanas, dependendo das condições climáticas, já que a intenção maior do processo de cura é também a perda de umidade. Este método é muito recomendado, haja visto que conserva a cor natural dos colmos e evita rachaduras. Desta forma, considera-se esta etapa uma das mais importantes. (MURAD, 2007).

Quanto ao período de corte, não há ao certo um período definido como ideal para ser realizado. Apesar de algumas crenças populares, como no Brasil, onde os fabricantes de móveis alegam ser nos meses em que não possuem a letra “r” no nome (maio, junho, julho, agosto) e na fase de lua minguante (MURAD, 2007), não há indícios de pesquisas que comprovem a respeito de um período ideal para a colheita (HIDALGO, 2003). O que se sabe é que, segundo o Departamento de Ciência e Tecnologia do Governo da Índia apud FRÓES (2013, pág. 15), “a colheita do bambu deve ser feita durante os meses frios e secos, sendo muito importante que seja no inverno. Isso se dá pelo fato da planta estar em seu processo de conservação de nutrientes para os brotos da primavera. Assim, temos um volume menor de amido para ser extraído, o que facilita no seu processo de cura.”

4.3 Processos de Secagem e Tratamento

O bambu, por mais eficiente que seja, possui uma deficiência que, se não tratada, pode tornar-se crônica: a sua debilidade aos fatores ambientais e ao intemperismo.

Quando comparado às madeiras, o bambu é considerado como um material com vida útil consideravelmente menor (JANSSEN, 2000). Fatores como a composição química do bambu (alta presença de seiva e a sua não homogeneidade), a sua sensibilidade com a umidade e a presença de vazios nos internodais que facilitam o ataque de insetos comprovam a sua alta debilidade. (JANSSEN, 2000).

Após o período de cura vertical do bambu para redução de seiva, é necessário que as peças possuam um período de secagem ao ar livre, onde são dispostas na horizontal, podendo ser montado um cavalete para apoiá-las, vide figura 13. É necessário que o local seja bem ventilado e protegido dos raios solares e chuva. Dependendo de todos estes fatores, é necessário um período de secagem horizontal de 4 a 8 semanas (JANSSEN, 2000).

JANSSEN (2000, pág. 52) estima o tempo de vida útil do bambu não tratado em função de suas condições de utilização, como sendo:

- 1 a 3 anos, se no ar livre e em contato com o solo;

- 4 a 6 anos, se sob cobertura e livre de contato com o solo;

- 10 a 15 anos sob condições de armazenamento e uso muito boas;

Apesar de não haver muitas pesquisas com relação ao tempo de vida útil do bambu tratado, estima-se em torno de 20 a 50 anos, a depender de fatores como eficácia do tratamento, secagem adequada e se há ou não manutenções preventivas. O Taj Mahal, por exemplo, levou cerca de 500 anos para que fosse feito uma reforma por completo em suas cúpulas, armadas em bambu. Desta forma, é indispensável um tratamento adequado dos colmos de bambu, a fim de aumentar seu tempo de vida útil. Os tratamentos podem ser utilizando metodologias tradicionais ou processos químicos, dependendo de fatores como a finalidade das peças de bambu, se as mesmas estão secas, a quantidade de colmos etc (FRÓES, 2013).

É interessante que as peças de bambu possuam baixo percentual de umidade. No geral, os pesquisadores dividem os colmos em função disto, já que é um fator primordial para a definição das resistências, sendo recomendado que os colmos possuam u<= 10% (FRÓES, 2013). Desta forma, uns dos tratamentos com uso de processos tradicionais comumente utilizados consistem na secagem dos colmos, submetendo-os ao fogo (FRANCO, 2010). As formas de secagem podem ser tanto pontuais quanto generalizadas. A queima pontual trata-se de uso de maçarico na peça, a fim de realizar uma queima parcial das paredes externas do bambu. Já a queima generalizada consiste em usar uma lareira no chão, realizando uma escavação não muito profunda e forrada no fundo com tijolos, já que o mesmo possui boa propriedade refratária e mantém o calor da lareira (VASCONCELOS, 2010) apud FRANCO (2010). Após a queima, FRANCO (2010 pág. 13) sugere a limpeza do colmo com fluidos solventes.

A principal diferença entre estas duas formas é que a queima local, apesar de mais eficiente, se não forem tomados os devidos cuidados, pode gerar queima excessiva do colmo e, consequentemente, a perda de resistência e do seu brilho natural, além do elevado tempo que requer este tipo de tratamento. Já a generalizada, apesar de ser um tratamento mais simples e rápido, muitas das vezes torna-se menos eficiente do que o primeiro, o que pode causar fragmentação das peças (VASCONCELOS, 2010) vide figuras 09 e 10 abaixo:


Figuras 09: Secagem dos colmos de bambu com uso de queima generalizada (lareira). Fonte: FRANCO (2010).


Figura 10: Secagem dos colmos de bambu com uso de queima local (maçarico). Fonte: FRANCO (2010).

Fora dos tratamentos com aquecimento do bambu, há também a possibilidade do tratamento do bambu pela simples submersão em água (podendo ser tanto em reservatórios de água parada como em movimento). Este processo auxilia e muito na retirada de seiva dos colmos e no ganho de resistência contra seus agressores naturais (Broca do Bambu) (VASCONCELOS, 2010). Após este tratamento, é recomendado um longo período de cura.

Além dos tratamentos naturais, existem os tratamentos com uso de processos químicos, sendo em sua maioria, muito mais eficientes. Dentre os diversos processos, destacam-se o de submersão em Borax e o método de Boucherie.

No método Borax submerge-se o colmo em uma solução química de ácido bórico. VASCONCELOS (2010) também sugere uma solução química, com a proporção indicada na tabela 04:

Tabela 04: Solução química para tratamento de colmos de bambu por meio de submersão. Fonte: VASCONCELOS (2010).

Substância

Kg/dm³

Sulfato de Cobre

1,0

Ácido Bórico

3,0

Cloreto de Zinco

5,0

Dicromato de Sódio

6,0

Já o método de Boucherie, um processo químico mais moderno, consiste na aplicação de soluções químicas em vasos sob pressão que saem dos reservatórios e são bombeados até os bambus e interagem nas suas fibras internas, percolando todo o trecho onde há o acúmulo de seiva (VASCONCELOS, 2010). O método não é muito recomendado devido ao uso de substâncias altamente tóxicas no processo, o que gera agressão ao meio ambiente, além da possível intoxicação do operário que está realizando o processo.

Dentre todos os processos supracitados, é preferível o tratamento por submersão em água e, após isto, o seu tratamento com queima localizada, devido ao fato destes tratamentos serem mais ecológicos e econômicos. Por se tratar de uma pesquisa de aplicação de bambus em estruturas (coberturas), há de se esperar que os colmos estejam sujeitos às ações de intempéries (principalmente a chuva). Desta forma, é interessante que os colmos estejam os mais secos possíveis para que, em seguida, sejam adotadas metodologias que dificultem a permeabilidade da água nas peças. Por medidas de cuidado e considerando a estética da cobertura, é interessante que seja aplicado duas demãos de verniz em todas as peças assim que forem instaladas. Tal procedimento pode e deve aumentar consideravelmente a vida útil da estrutura. Para efeitos de manutenção, o período de pintura fica em função do fabricante do verniz. Sugere-se a manutenção anual na pintura.

4.4 Propriedades Físicas e Mecânicas

O diâmetro do colmo dos bambus tem diminuição gradual no sentido da base para o topo na espessura da parede e no comprimento internodal. Normalmente observa-se que na parte basal os comprimentos internodais são menores, enquanto na parte central do colmo atingem o valor máximo e na parte superior decrescem.


Figura 11: Comprimento internodal em função do número de internós ao longo do colmo do bambu Guadua Angustifólia. Fonte: GHAVAMI & MARINHO (2004, pág. 110 e 111).

Normalmente observa-se também que o diâmetro externo diminui da base para o topo apresentado comportamento quase linear. Já a espessura média da parede também diminui da base para o topo, porém apresentando grande variação ao longo do comprimento. Essas informações podem ser utilizadas pelos usuários de bambu, como engenheiros e arquitetos, com o objetivo de selecionar os bambus com as dimensões necessárias para seu projeto.


Figura 12: Diâmetro externo (A) ao longo do comprimento do colmo. Fonte: GHAVAMI & MARINHO (2004, pág. 110 e 111).


Figura 13: Espessura da parede (B) ao longo comprimento do colmo. Fonte: GHAVAMI & MARINHO (2004, pág. 110 e 111).

Para o uso adequado de cada espécie de bambu (assim como os diversos tipos de madeira) é muito importante estudar suas propriedades físicas (densidade, teor de umidade, etc.) e suas propriedades mecânicas (resistência à tração e compressão, módulo de elasticidade a flexão, etc).

Há uma grande relação entre estas características. Por exemplo, a resistência do bambu é influenciada pela sua densidade e seu teor de umidade. Por estes motivos cada espécie de bambu pode ter uma ou várias aplicações em um ou em vários campos (construção, artesanato, etc.) dependendo de suas propriedades físicas e mecânicas (HIDALGO, 2003).

CARBONARI et al (2017) realizou alguns ensaios mecânicos em várias espécies de bambu (entre eles o Bambu Gigante, espécie de grande destaque) que permitiu destacar as propriedades físicas e as mecânicas como a resistência à compressão, resistência à tração, massa específica e módulo de elasticidade à compressão na superfície do colmo. Com estes resultados foi possível estabelecer parâmetros de dimensionamento para o uso do bambu.

Os bambus utilizados foram coletados no período em que as gramíneas acumulam menos seiva (clima frio e seco, tal como mencionado nos últimos tópicos), diminuindo a possibilidade de atrair insetos. Os colmos foram cortados acima da base, no primeiro nó, impedindo que acumule água nos entrenós remanescentes, evitando a contaminação do bambuzal.

Após o corte, as amostras forma colocada verticalmente durante 21 dias, e após isso foram levadas para o Laboratório de Estruturas da UEL (Universidade Estadual de Londrina) onde ficaram separadas por espécie como mostra a Figura 13.


Figura 14: Estocagem dos bambus no Laboratório de Estruturas da UEL. Fonte: CARBONARI et al (2017).

Para estes ensaios foi utilizada como parâmetro a norma internacional ISO/TC165 N314 (1999).

Abaixo, veem-se os resultados para o Bambu-Gigante isoladamente. Apesar de não ser a espécie pesquisada com maior resistência (sendo a espécie Bambusa Tulda a mais resistente nos resultados), e nem ser a espécie utilizada para o dimensionamento, foi escolhida a análise separada do Bambu-Gigante devido ao fato de sua característica natural de possuir grandes dimensões (diâmetro e comprimento) como já visto na tabela 03 (sendo consideravelmente maior do que a espécie Bambusa Tulda), o que será totalmente benéfico tanto no processo de dimensionamento estrutural quanto nas etapas construtivas. Além disto, o Bambu-Gigante também é uma das espécies com o menor peso específico, o que torna o mesmo um material muito eficiente. Por este fato, não se faz necessária a análise dos resultados para outras espécies.

Tabela 05: Resistência à compressão. Fonte: CARBONARI et al (2017).

Espécie de

Resistência à compressão (MPa)

bambu

Com Nó

Sem Nó

Dendrocalamus Giganteus

48,27 ± 3,5%

46,32 ± 3,2%

Tabela 06: Resistência à tração (MPa). Fonte: CARBONARI et al (2017).

Espécie de

Fibra interna

Fibra externa

bambu

Com Nó

Sem Nó

Com Nó

Sem Nó

Dendrocalamus Giganteus

52,00 ± 16,1%

133,00 ± 5,7%

186 ± 12,6%

203,00 ± 4,4%

Tabela 07: Resistência à tração/massa especifica. Fonte: CARBONARI et al (2017).

Espécie de bambu

fT (MPa)

ρ (g/cm3)

fT / ρ

Dendrocalamus Giganteus

119

0,75

159

Tabela 08: Módulo de elasticidade à compressão. Fonte: CARBONARI et al (2017).

Espécie de

Módulo de elasticidade (GPa)

bambu

Com Nó

Com Nó

Dendrocalamus Giganteus

21,90 ± 6,4%

21,90 ± 6,4%

4.5 Métodos de Ligação

É de extrema relevância uma abordagem de ligações de peças de bambu, o que tem relação direta com coberturas.

Existem inúmeras maneiras de ligações entre bambu e outros elementos nas diferentes estruturas compostas por ele. O objetivo das ligações entre si é dar a continuidade adequada ao uso das partes da estrutura na qual os esforços exercidos possam ser transferidos de forma segura e muito eficaz, proporcionando o controle adequado das deformações. Sabe-se que há grandes limitações entre as ligações de bambus pelo fato dos mesmos não serem muito resistentes para forças de cisalhamento, para isso há a necessidade de atenção especial e cuidados minuciosos na hora da escolha das ligações a serem utilizadas para cada estrutura.

O bambu é utilizado a mais de mil anos na construção civil. Antigamente as conexões eram feitas com uso de cordas ou fibras naturais para unir as varas nas estruturas, E desde então são feitos cortes de forma artesanal de modo a ter uma conexão perfeita entre as varas.


Figura 15: Cortes mais utilizados em uniões das peças de bambu. Fonte: HIDALGO (1998).


Figura 16: Distintos ângulos e cortes. Fonte: HIDALGO (1998).

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O bambu possui uma baixa resistência ao cisalhamento. Já nos nós as conexões aumentam essa resistência fazendo com que os esforços transmitidos aos apoios não provoquem esmagamento da peça nestes locais, quando estes são utilizados como vigas. Em casos onde não seja possível posicionar estes nós nos apoios podemos utilizar diversos tipos de materiais conjuntamente para o fortalecimento destes pontos, como toco de madeira, aço, bambu com diâmetro externo menor que o diâmetro interno das peças utilizadas e também a opção de concretar a parte interna das extremidades e colocando barras roscadas ou não para conexões na direção da seção. Temos como exemplos:


Figura 17: Transmissão de forças através de compressão por contato com a seção total. Fonte: JANSSEN (2000).


Figura 18: Transmissão de forças por atrito à superfície interior ou compressão dos entrenós. Fonte: JANSSEN (2000).


Figura 19: Transmissão por atrito à superfície e exterior. Fonte: WIDYOWIJATNOKO (2012) apud FRÓES (2013).


Figura 20: Transmissão de forças cortantes à parede do bambu por um elemento perpendicular às fibras internas. Fonte: OBERMANN (2003/2004) apud FRÓES (2013).


Figura 21: Transmissão de força por compressão radial para o centro do bambu por esforços cortantes e por tensões perpendiculares às fibras. Fonte: WIDYOWIJATNOKO (2012) apud FRÓES (2013).

É fato que, para cada caso de aplicação do bambu, deve-se utilizar um tipo específico de ligação que atenda melhor às solicitações da estrutura. Para o caso de tesouras e pórticos em cobertura, (FRÓES, 2013) é preferível o uso de ligações do tipo ilustrado na figura 21, já que este tipo de ligação sugere que as paredes do bambu recebam a transmissão de cargas das uniões e trabalhem à compressão (tipo de esforço muito resistente nos bambus). No caso de ser impossibilitado este tipo de esforço por questões de falta de mão-de-obra mais técnica, sugerem-se as ligações com preenchimento interno de concreto nos colmos e o seu intertravamento por meio de barras roscadas, arruelas e porcas. Tanto o seu processo executivo quanto o dimensionamento são de fácil aplicação.

4.6 Registros de Aplicação

O bambu surpreende por ser um material versátil na sua aplicação, por ser uma matéria prima admirável e sem falar da alta produção de biomassa e suas características físicas e mecânicas. Este mesmo vem sendo usado por muitos como material estrutural há muito tempo pelo mundo todo, como mostramos nas imagens a seguir.


Figura 22: Estrutura cônica de bambu – Indonésia. Grupo IDD, Material de Construção – Bambus. Disponível em <http://www.idd.com.br/blog/idd-news/material-de-construcao-bambus> Acesso em 19 de maio de 2017.


Figura 23: Guadua Bambu – México. Grupo IDD, Material de Construção – Bambus. Disponível em <http://www.idd.com.br/blog/idd-news/material-de-construcao-bambus> Acesso em 19 de maio de 2017.


Figura 24: Cúpula de 250m² com estrutura de bambu – Binh Duong, Vietnã. Grupo IDD, Material de Construção – Bambus. Disponível em <http://www.idd.com.br/blog/idd-news/material-de-construcao-bambus> Acesso em 19 de maio de 2017.


Figura 25: Casa de Bambu cilíndrica – Haiti. Grupo IDD, Material de Construção – Bambus. Disponível em <http://www.idd.com.br/blog/idd-news/material-de-construcao-bambus> Acesso em 19 de maio de 2017.

Utilizando o bambu como um material sustentável e de custo reduzido, seu uso na construção tem sido cada vez mais solicitado, principalmente no campo das obras sociais. Ainda assim, o uso do bambu vem sendo estudado como uma busca alternativa para o maior aproveitamento em todas as áreas e potencialidades disponíveis.

Países como Colômbia, Venezuela e China já empregam programas desse porte o que viabiliza como uma opção promissora para o Brasil.

O site destaca que além do caráter de sustentabilidade, o bambu influi significativamente nos custos da obra:

“O alto grau de resistência das fibras do bambu dispensa, na construção de casas, estruturas de ferro, além de reduzir a necessidade de cimento, tornando-se, assim, cerca de 40% mais baratas que as erguidas totalmente em alvenaria. Economia que resulta também em vantagens ecológicas. A produção de cimento e tijolos necessita de fontes de energia tradicionais que de modo insustentável, liberam uma grande quantidade de Gás Carbônico”. (A PONTE - PROJETO BAMBU. Disponível em <www.a-ponte.org.br/módulos/projetos/projeto_10/index.php?pgn=prj_bambu.php> Acesso em 23 de maio de 2017.)

5. ESTUDO DE CASO

5.1 Introdução

Será utilizada neste trabalho uma estrutura feita para um projeto de arquitetura da Escola Tata Esteban (Bolívia) dimensionada por FRÓES (2013) que considerou a estrutura construída com peças de bambu (Figura 26).

Neste trabalho, além da espécie de bambu analisada (Bambu-Mossô), será verificada a possibilidade da estrutura ser feita com peças de madeira. Todas as considerações usadas por Fróes deverão ser utilizadas nos cálculos apresentados neste trabalho. Fróes usa da Norma Europeia EC1 para o levantamento de cargas e ações do vento e a Norma Colombiana NSR-10 para estimar as resistências do bambu em função da seção determinada. Para o caso de dimensionamento em madeira, será considerada a Norma Brasileira NBR 7190/97.


Figura 26: Maquete do sistema de cobertura do prédio. Fonte: FRÓES (2013)


Figura 27: Planta baixa da edificação (dimensões em metros). Fonte: FRÓES (2013).

Neste trabalho só será estudado o Trecho 1 da figura 27, com 60m de comprimento e 18m de largura, sendo formada por 11 pórticos. Nas figuras 28 a 30 apresenta-se a estrutura apenas com dois pórticos. Trata-se, portanto, de uma estrutura formada por pórticos compostos articulados, com distância de 6m entre os seus eixos.


Figura 28: Estrutura composta por Pórtico com duas barras. Fonte: FRÓES (2013).


Figura 29: Maquete da estrutura com apenas dois pórticos. Fonte: FRÓES (2013).


Figura 30: Telhados colocados em ambos os lados da cobertura. Fonte: FRÓES (2013).

5.2 Cálculo dos esforços

Para calcular os esforços no pórtico e na tesoura, FRÓES (2013) utilizou o programa computacional Autodesk Robot Structural Analysis (Software da AutoDesk utilizado mundialmente para análises estruturais e dimensionamentos) considerando o modelo apresentado na figura 31. Fróes considera em seu cálculo as barras internas a tesoura como articuladas gerando apenas esforços axiais de tração.


Figura 31: Modelo usado no programa Robot. Fonte: FRÓES (2013)

No cálculo dos esforços foram adotadas as seguintes premissas:

  • Modulo de elasticidade do bambu igual a 10GPa e da madeira igual a 22,73GPa (Maçaranduba ou Paraju);

  • Deformação máxima admissível de 28 mm (L/200), conforme Eurocódigo 3, para um vão de 5,60m (eixo a eixo) entre os pórticos;

  • Carga acidental de 0,4kN/m² (qk) ou carga pontual de 1 kN (Qk) no trecho desfavorável, considerando o Eurocódigo 1;

  • Revestimento impermeabilizante (chapa) em toda a cobertura, com carregamento de 0,05 kN/m²;

  • Para proteger o bambu e a madeira da exposição da chuva, foi considerado o uso das mesmas chapas para as pontas das tesouras, com comprimento de 0,50m, gerando uma carga de 0,3 kN/m;

  • Peso especifico das peças e de bambu iguais a 8 kN/m². Para a madeira, poderá haver uma pequena variação, que será desconsiderada inicialmente. Logo, a carga atuante pelo peso próprio na tesoura para ambos os casos foi considerada como 0,05 kN/m.

  • As tesouras foram consideradas com seção constante e simplesmente apoiadas no pórtico. Todas as barras da tesoura foram consideradas como articuladas;

  • Com o cálculo da pressão dinâmica de pico do vento, foram traçadas as zonas de influencias do telhado da cobertura e tabeladas as pressões do vento para cada zona (Zona A, B ou C) como indica a figura 32 e a tabela 09;


Figura 32: Áreas de influência da ação do vento para os dois telhados da cobertura. Fonte: FRÓES (2013).

Tabela 09: Carga atuante do vento segundo EC1. Fonte: FRÓES 2013).

Carga atuante do vento (kN/m²)

ZONAS

Máx.

Mín.

ZONA A

1,15

-1,4

ZONA B

2,25

-2,42

ZONA C

1,5

-2,51

Como foi visto na figura 30, as larguras dos dois telhados da cobertura são diferentes (sendo 12m de um lado e 8m do outro), o que influenciou diretamente na distribuição das áreas de influência, como indica a figura 32. Foram também considerados os seguintes carregamentos conforme as tabelas 10, 11 e 12:

Tabela 10: Ações para o pórtico com vão interno de 0,50m e espaçamento de 6m (eixo a eixo) entre pórticos. Fonte: FRÓES (2013).

Item

Ação

Valor

Unidades

1

Peso próprio

Auto

-

2

Peso chapa - apoios internos

-0,15

kN

3

Peso chapa - apoios da extremidade

-0,26

kN

4

Peso próprio tesouras Zona A

-0,31

kN

5

Peso próprio tesouras Zona B e C

-0,61

kN

6

Sob. cobertura (qk) - apoios internos

-1,20

kN

7

Sob. cobertura (qk) - apoios da extremidade

-0,60

kN

8

Sob. cobertura (Qk)

-1,00

kN

9

Vento A

-3,45

kN

10

Vento A-

4,20

kN

11

Vento B

-6,75

kN

12

Vento B-

7,26

kN

13

Vento C

-4,50

kN

14

Vento C-

7,53

kN

Tabela 11: Ações para tesouras com espaçamento de 0,50m (correção da tabela original). Fonte: FRÓES (2013).

Item

Ação

Valor

Unidades

1

Peso próprio

Auto

-

2

Peso chapa

-0,025

kN/m

3

Sob. Cobertura (qk)

-0,20

kN/m

4

Sob. Cobertura (Qk)

-0,50

kN

5

Vento A

-0,575

kN/m

6

Vento A-

0,70

kN/m

7

Vento B

-1,125

kN/m

8

Vento B-

1,21

kN/m

9

Vento C

-0,75

kN/m

10

Vento C-

1,255

kN/m

Tabela 12: Ações para tesouras com espaçamento interno de 0,50m (correção da tabela original). Fonte: FRÓES (2013).

Momentos Atuantes

Cargas permanentes

0,39 kN.m

Ação sobrecarga

1,05 kN.m

Ação do vento

2,87 kN.m

Cortante Atuante

Cargas permanentes

1,36 kN

Ação sobrecarga

3,83 kN

Ação do vento

6,39 kN

Tração Atuante

Cargas permanentes

19,5 kN

Ação sobrecarga

47,6 kN

Ação do vento

110 kN

Deformação

Combinação

17mm

Tal condição verificou-se de uma forma mais adequada através dos esforços gerados pelo Robot, conforme figura 33, onde os valores negativos são de tração e positivos de compressão.


Figura 33: Envoltória dos esforços axiais (valor máximo de tração em verde e máximo de compressão em vermelho). Fonte: FRÓES (2013).

5.3 Dimensionamento das peças em bambu

Foram consideradas peças de bambu da espécie Phyllostachys Pubescens (Bambu-Mossô) com seção de 150mm e espessura das paredes de 15mm para o dimensionamento das tesouras. Foram admitidas peças de bambus com seção constante.

Para a seção do bambu na tesoura e pórtico foi considerado seu estado limite último e definido os limites de momento fletor, como demonstra as tabelas 13, 14 e 15:

Tabela 13: Limites de Tensão. Fonte: NSR-10 (2012) apud FRÓES (2013).

Estado Limite último

Tensão limite

15MPa

Tensão modificada (C. Perm.)

13,5MPa

Tensão modificada (Sob.+ C.P.)

15MPa

Tabela 14: Limites de Momento Fletor em função do colmo (D = 150mm e t = 15mm). Fonte: FRÓES (2013).

Momento Máximo (C. Perm.)

2,64kN.m

Momento Máximo (Sob.+ C.P.)

2,93kN.m

Tabela 15: Tensões e deformações limites. Fonte: FRÓES (2013).

Limites (d/L<0,05) = 28mm

Estado Limite último

Momento Fletor

Esforço transversal

Un.

Tensão Limite

15

1,20

MPa

Tensão Modificada (C. Perm.)

13,5

1,08

MPa

Tensão Modificada (Sob.+ C.P.)

15

1,20

MPa

Tensão Modificada (VENTO)

24

1,92

MPa

Considerando os estados limites e carregamentos detalhados anteriormente, foram realizadas verificações de cálculo e determinado o uso de dois colmos de bambu aplicados às tesouras, considerando-os espaçados em 0,5m. Foram feitas verificações de deformação, flexão e cortante, indicadas nas tabelas 16, 17 e 18 abaixo:

Tabela 16: Deformações para tesouras com 5,60m de vão. Fonte: FRÓES (2013).

Espaçamento de 0,50m

2 varas

ZONAS

Deformação (mm)

Limites (mm)

ZONA A

10

28 – OK

ZONA B

15

28 - OK

ZONA C

12

28 - OK

Tabela 17: Flexões para tesouras com 5,60m de vão. Fonte: FRÓES (2013).

Espaçamento de 0,50m

2 varas

Carregamentos

Momento (kN.m)

Limites (kN.m)

Cargas Perm.

0,32

2,64 - OK

Sobrecarga

1,37

2,93 - OK

Ação Vento A

2,03

4,69 - OK

Ação Vento B

3,62

4,69 - OK

Ação Vento C

3,47

4,69 - OK

Tabela 18: Cortante para tesouras com 5,60m de vão. Fonte: FRÓES (2013).

Espaçamento de 0,50m

2 varas

Carregamentos

Cortante (kN)

Limites (kN)

Cargas Perm.

0,23

3,20 - OK

Sobrecarga

0,65

3,56 - OK

Ação Vento A

1,45

5,69 - OK

Ação Vento B

2,58

5,69 - OK

Ação Vento C

2,48

5,69 - OK

Para o dimensionamento do pórtico, por sofrer deformações elevadas (acima de 28mm), foi realizado um pré-dimensionamento e definido peças de seção 160mm e espessura 25mm. Colmos com esta seção possuem esforços limites diferentes dos colmos de 150mm já mencionados, conforme as tabelas 19 a 26.

Tabela 19: Limites de tensões para momentos fletores. Fonte: NSR-10 (2012) apud FRÓES (2013).

Momentos fletores

Tensão limite

15 MPa

Tensão modificada (C. Perm.)

13,5 MPa

Tensão modificada (Sob. + C.P.)

15 MPa

Tensão modificada (VENTO)

24 MPa

Tabela 20: Limites de momento fletor em função do colmo (D = 160mm e t = 25mm). Fonte: FRÓES (2013).

Momento limite

Momento máximo (C. Perm.)

4,22 kN.m

Momento máximo (Sob. + C.P.)

4,68 kN.m

Momento máximo (VENTO)

7,49 kN.m

Tabela 21: Limites de tensões para esforços cortantes. Fonte: NSR-10 (2012) apud FRÓES (2013).

Esforço cortante transversal

Tensão limite

1,20 MPa

Tensão modificada (C. Perm.)

1,08 MPa

Tensão modificada (Sob. + C.P.)

1,20 MPa

Tensão modificada (VENTO)

1,92 MPa

Tabela 22: Limites de cortante em função do colmo (D = 160mm e t = 25mm). Fonte: FRÓES (2013).

Cortante Limite

Cortante máximo (C. Perm.)

5,12 kN

Cortante máximo (Sob. + C.P.)

5,68 kN

Cortante máximo (VENTO)

9,09 kN

Tabela 23: Limites de tensões para esforços normais de tração. Fonte: NSR-10 (2012) apud FRÓES (2013).

Esforço normal (tração)

Tensão limite

18,00 MPa

Tensão modificada (C. Perm.)

16,20 MPa

Tensão modificada (Sob. + C.P.)

18,00 MPa

Tensão modificada (VENTO)

28,80 MPa

Tabela 24: Limites de tração em função do colmo (D = 160mm e t = 25mm). Fonte: FRÓES (2013).

Normal (tração) limite

Tração máxima (C. Perm.)

171,77 kN

Tração máxima (Sob. + C.P.)

190,85 kN

Tração máxima (VENTO)

305,36 kN

Tabela 25: Limites de tensões para esforços normais de compressão. Fonte: NSR-10 (2012) apud FRÓES (2013).

Esforço normal (compressão)

Tensão limite

14,00 MPa

Tensão modificada (C. Perm.)

12,60 MPa

Tensão modificada (Sob. + C.P.)

14,00 MPa

Tensão modificada (VENTO)

22,40 MPa

Tabela 26: Propriedades da barra axialmente mais esforçada. Fonte: FRÓES (2013).

L

1,50

m

D

0,16

m

t

0,025

m

A

0,0106

I

2,5.10^-4

m4

r

0,04854

m

λ

30,90

-

ck

46,93

-

F máx. intermed.

210,39kN

Fróes verificou que, devido a estas propriedades, esta barra resiste a um esforço máximo de compressão de 210,39kN e o esforço ao qual a barra está submetida, tal como indica a figura 33, é de apenas 111,30kN, ou seja, pouco mais da metade do máximo permitido.

5.4 Dimensionamento em Madeira

Para o dimensionamento da estrutura por completo (tesouras e pórtico), serão consideradas as espécies de madeira com o peso próprio próximo da espécie de bambu (Bambu-Mossô). Para isto, PFEIL (2003) indica a espécie Paraju (Maçaranduba). Suas resistências são indicadas na tabela 27.

Tabela 27: Propriedades mecânicas da espécie Maçaranduba. Fonte: PFEIL (2003).

Propriedades da espécie Maçaranduba

Peso específico

11,43 kN/m³

Resistência característica à compressão

82,90 MPa

Resistência característica à tração

138,50 MPa

Resistência característica ao cisalhamento

14,90 MPa

Módulo de elasticidade

22,73 GPa

Todos estes valores de resistência são característicos, devendo ser aplicados coeficientes de segurança que reduzem tais valores conforme NBR 7190/97, conforme tabela 28.

Tabela 28: Coeficientes de segurança para aplicação em resistências para Madeiras. Fonte: PFEIL (2003).

Coeficiente de segurança para compressão

1,40

Coeficiente de segurança para tração

1,80

Coeficiente de segurança para cisalhamento

1,80

É possível verificar que, mesmo com a espécie de madeira adotada com o peso específico maior que o Bambu-Mossô (8,0kN/m³) e considerando os coeficientes de segurança, suas resistências de cálculo e seu módulo de elasticidade ainda serão maiores que a propriedades do Bambu-Mossô. Além disso, considerando o seu módulo de elasticidade cerca de 50% maior que o da espécie de bambu, além da configuração da estrutura que será considerada a mesma, não se vê necessário realizar verificações quanto as deformações máximas, já que com toda a certeza as deformações para a madeira não irão ultrapassar o limite dimensionado por Fróes de 28mm.

Portanto, para este dimensionamento, as condições de cálculo se limitarão apenas aos esforços máximos que foram demonstrados na figura 33, indicando como carga crítica para compressão de 113,30kN e para tração de 109,60kN. Como Fróes inicia seu dimensionamento partindo de uma barra de dimensão qualquer, aplicando a toda a estrutura e verificando se tal dimensão irá atender a todas as solicitações, pode-se partir do mesmo princípio para a madeira.

Desta forma, como será considerada a carga mais crítica, é possível afirmar que a seção da estrutura dimensionada para carga crítica atenderá a toda a estrutura. É possível afirmar, também, que para este método de dimensionamento não será gerado um superdimensionamento, pois a carga crítica não é muito diferente das demais. Fróes também faz a mesma consideração em seus cálculos, utilizando uma barra de seção constante para toda a estrutura (uma seção para o pórtico e uma para a tesoura), o que torna o dimensionamento e comparação mais próximos.

Com relação a combinação de cargas atuantes na madeira, prevista na NBR 7190/97, serão consideradas as cargas finais atuantes na estrutura, de acordo com o Eurocódigo 1. Também não será considerada majoração de cargas, haja visto que estas considerações já foram verificadas por Fróes.

Desta forma, considerando as resistências de cálculo finais da espécie para tração e compressão, é possível definir a seção de madeira mínima que irá atender a toda a estrutura, conforme tabela 29.

Tabela 29: Dimensionamento da estrutura para a madeira da espécie Maçaranduba, considerando as solicitações mais críticas.

Dimensionamento para a madeira Maçaranduba

Resistência de cálculo para compressão (MPa)

59,21

Resistência de cálculo para tração (MPa)

76,94

Carga atuante para compressão (kN)

113,30

Carga atuante para tração (kN)

109,60

Seção dimensionada para compressão (cm²)

19,13

Seção dimensionada para tração (cm²)

14,24

Portanto, para a espécie escolhida, a compressão foi o esforço que gerou a maior seção. Considerando as seções comerciais de peças do tipo caibro, para a espécie Maçaranduba, será considerada a seção comercial de 3cm x 9cm (27cm²). Vale ressaltar que, com a seção escolhida, será gerado um peso próprio de, aproximadamente, 0,022kN/m, o que está bem abaixo do considerado para ambos os casos (0,05kN/m, como visto). Desta forma, o cálculo para madeira torna-se mais confiável, já que a carga permanente devida ao peso-próprio foi considerada acima do caso real.

6. COMPARATIVO DE CUSTOS

Com as seções definidas das peças, é possível estimar os custos materiais da estrutura. A fim de simplificar, será feito um comparativo simples, sem considerar os custos de mão-de-obra, peças para ligação, pintura, tratamento e demais custos, comparando apenas o custo do bambu e da madeira. Tal comparação tem como função principal definir qual dos dois materiais seria financeiramente mais vantajoso. Para isso, foi necessário realizar um levantamento de comprimento de barras totais da estrutura, sendo separado em barras da tesoura e do pórtico.

Tabela 30: Comprimento total de barras na tesoura.

Quantidade de barras por peça

Comprimento das barras (m)

4

6,88

4

1,72

2

2,06

4

2,83

4

1,38

4

2,37

4

0,92

4

0,46

4

2,25

32

0,5

4

12,31

4

6,60

Comprimento total =

171,00

Tabela 31: Comprimento total de barras no pórtico.

Quantidade de barras por peça

Comprimento das barras (m)

6

3,51

4

0,50

Comprimento total =

23,06

Para facilitar o entendimento e a viabilidade, foi realizado um estudo na região de Macaé/RJ e proximidades para encontrar fornecedores de Bambu-Mossô e madeira Maçaranduba. Para o bambu, não foram encontrados fornecedores que trabalhem com este material nas proximidades. Todavia, foram encontrados nas proximidades fornecedores de brotos de Bambu-Mossô. O principal fornecedor que se destacou foi o Sítio da Mata (SÍTIO DA MATA – BAMBU-MOSSÔ http://www.sitiodamata.com.br/categoria-home/bambu-mosso-p-edulis Acesso em 15 de junho de 2017). Considerando os tratamentos mencionados na revisão bibliográfica, sendo os métodos sugeridos bem simples de serem realizados (não necessitam de materiais e mão-de-obra especializadas), é possível realizar esta comparação. O fornecedor indica que seus brotos, fornecidos em embalagens de 25x25cm, atingem diâmetros próximos ou até mesmo superiores dos que foram dimensionados, com a altura de 10m sendo alcançada em até 3 anos após o plantio. Apesar da desvantagem do tempo de colheita e da necessidade de realizar o tratamento já que não há fornecedores desta espécie, foram alcançados resultados completamente satisfatórios, que viabilizam e muito a realização desta estrutura em Bambu-Mossô.

Considerando o estudo da UNESP visto na revisão, que confirmou a produção de 23 colmos/touceira/ano para o Bambu-Gigante, pode-se considerar uma quantidade próxima da encontrada já que tal parâmetro não varia muito com relação a espécie (HIDALGO, 2003). Estima-se em 15 colmos para o Bambu-Mossô. Logo, em 3 anos, cada broto irá produzir no mínimo 15 colmos de até 10m de comprimento. Com a possibilidade de perdas por corte errado, dimensões inapropriadas e demais condições será considerado 20 brotos para cada cobertura.

Para a madeira Maçaranduba, foi feito a pesquisa em um fornecedor bem reconhecido na região de Macaé/RJ (Madeireira Canaã, Endereço AV. Dr. Humberto Queiroz Matoso, 305 Campo d’Oeste – Macaé/RJ). Para as peças de Maçaranduba de 3cm x 9cm, foi fornecido o preço de R$:36,90 por metro. Portanto, peças de 6m, custam R$: 221,40. Com estas informações, foi possível realizar as comparações apresentadas nas tabelas 32 a 34.

Tabela 32: Quantidade de peças a ser utilizadas em um pórtico composto.

Descrição de material

Comprimento total (m)

Nº de peças

Bambu-Mossô (D=150mm e t=15mm)

171,00

20 de 10m

Bambu-Mossô (D=160mm e t=25mm)

23,06

3 de 10m

Madeira Maçaranduba (30mm x 90mm)

194,06

36 de 6m

Tabela 33: Preço comercial do bambu por peças de 10 metros.

MATERIAL

TOTAL (m)

QUANTIDADE DE BROTOS

PREÇO UNITARIO

PREÇO TOTAL

Bambu-Mossô (D= 150 e D=160mm)

194,06

20

R$: 25,00

R$: 500,00

     

TOTAL

R$: 500,00

Tabela 34: Preço comercial da madeira de Maçaranduba por metro linear.

MATERIAL

TOTAL (m)

ACRECIMO DE 10 % (m)

PEÇAS DE 6m

PREÇO POR PEÇA (R$)

PREÇO TOTAL (R$)

Maçaranduba (30mm x 90mm)

194,06

19,406

36

221,40

7.970,40

Com estes resultados finais, foi possível verificar os custos para a cobertura composta. Como o trecho 01 possui um total de 11 pórticos compostos, foi possível encontrar o seguinte resultado da tabela 35.

Tabela 35: Custo total das peças de bambu e madeira para o Trecho 01, desconsiderando custos de mão-de-obra e ligações.

MATERIAL

PREÇO POR COBERTURA (R$)

QUANTIDADE DE COBERTURAS

PREÇO TOTAL (R$)

Bambu-Mossô

500,00

11

5.500,00

Madeira Maçaranduba

7.970,40

11

87.674,40

7. CONSIDERAÇÕES FINAIS

Verifica-se que o Bambu-Mossô além de atender as solicitações para este tipo de caso estudado, considerando a possibilidade de plantio para colheita e uso, pode ser muito mais econômico que a Madeira Maçaranduba (na ordem de 6,5% do valor que poderia ser pago para a aquisição da mesma). Com os resultados encontrados, é possível afirmar a possibilidade de uma futura aplicação comum do bambu na construção civil, principalmente em tesouras, treliças, pórticos e demais tipos de estruturas aplicáveis à cobertura. Além de ser uma solução excelente para o meio ambiente, será também uma solução para a economia de clientes, construtoras e demais partes envolvidas nos processos de uma construção.

É fato que aos valores encontrados para o bambu, deveriam ser considerados os custos para o tratamento do bambu, a mão-de-obra especializada e qualificada para colheita, tratamento, cortes e instalação (sugere-se estes levantamentos para pesquisas posteriores). Todavia, mesmo considerando que estes custos elevariam o preço do bambu em cerca 300%, o custo da construção com este material seria menor que a metade do custo da construção com madeira.

8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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VASCONCELOS, R. Bambu Brasileiro. 2010.

WIDYOWIJATNOKO, A. – TRADITIONAL AND INNOVATIVE JOINTS IN BAMBOO CONSTRUCTION RWTH. Aachen University, 2012.

9. ANEXOS

Algumas das principais normas a serem consideradas em um projeto de estruturas de bambu:

CEN – Eurocódigo 1: Ações em estruturas. 2002.

CEN – Eurocódigo 1: Ações gerais. 2010a.

Departamento de Ciência e Tecnologia, Governo da Índia: Preservação do Bambu. 2006.

ISSO/DIS – 22156: Projetos de estruturas de bambu. 2001c.

Ministério de Ambiente, Habitação, e Desenvolvimento Territorial da República da Colômbia – NSR-10: Regulamento colombiano de construção resistente ao sismo. 2012.

Ministério de Habitação, Construção e Saneamento do Peru – DS-011: Norma técnica – bambu. 2012.

Normas Bureau da Índia: Projetos de estruturas com bambu. Código de uso. 2009.

Tabela 36: Seleção das principais espécies de bambu presentes na Índia nos grupos A, B e C. Fonte: CÓDIGO DE USO DA ÍNDIA (2009).

Tabela 37: Propriedades mecânicas das principais espécies de bambu presentes na Índia. Fonte: CÓDIGO DE USO DA ÍNDIA (2009).


Por Lucas de Oliveira Catem e Mauricio Gerardo Miño


Publicado por: Lucas de Oliveira Catem

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