equipamentos urbanos de bambu com ligações de fibras vegetais ...

Universidade Federal da Paraíba
Centro de tecnologia
programa de pós-graduação em engenharia urbana
-mestrado-
EQUIPAMENTOS URBANOS DE BAMBU COM LIGAÇÕES DE
FIBRAS VEGETAIS EM MATRIZES POLIMÉRICAS
por
Tina Miriam Meyer
Dissertação de Mestrado apresentada à Universidade Federal da Paraíba,
Para a obtenção do grau de Mestre
João Pessoa - Paraíba agosto – 2006

Universidade Federal da Paraíba
Centro de tecnologia
programa de pós-graduação em engenharia urbana
-mestrado-
EQUIPAMENTOS URBANOS DE BAMBU COM LIGAÇÕES DE
FIBRAS VEGETAIS EM MATRIZES POLIMÉRICAS
Dissertação submetida ao Programa de Pós-
Graduação em Engenharia Urbana da
Universidade Federal da Paraíba, como parte
dos requisitos necessários para a obtenção do
título de Mestre.
Tina Miriam Meyer
ORIENTADOR: Prof. Dr. Normando Barbosa Perazzo
João Pessoa - Paraíba agosto – 2006

“Centros urbanos modernos não destroem a experiência humana.
O que a destrói é a civilização que adotamos.”
Milton Santos

DEDICATÓRIA
Ao meu amado noivo Roberto Oshiro.
À minha família na Alemanha.

AGRADECIMENTOS
Ao Professor Normando Perazzo Barbosa pela orientação, revisão, sugestões, discussões e
dedicação durante a realização deste trabalho.
Ao Professor Sandro Marden Torres pelas sugestões dadas ao longo do período laboratorial.
Ao Professor Rodinei Medeiros Gomes pelo apoio nos ensaios experimentais no Laboratório
de Solidificação Rápida.
Aos funcionários e técnicos do LABEME pela contribuição.
Ao INBAR pela divulgação internacional do trabalho
À coordenação de Pós-graduação de Engenharia Urbana pelo apoio prestado.
Ao Professor Felix Rodrigues em nome da assessoria internacional.
À Universidade Federal da Paraíba.
A todos que, direta ou indiretamente, contribuíram para realização desta pesquisa.

RESUMO
Uma das maiores dificuldades do uso do bambu nas construções é a conexão dos
colmos entre si. A forma oca e cilíndrica limita a variedade de ligações. O presente trabalho
apresenta diversos tipos de ligações desenvolvidas com base em mantas de sisal em matrizes
poliméricas. Estas estão projetadas de forma a dar flexibilidade ao arquiteto: facilitar as
conexões tridimensionais, ser resistente às forças aplicadas e ao desgaste. Em laboratório,
foram elaboradas ligações tubulares lineares com fibras de sisal em uma matriz da resina
poliéster. O processamento da confecção dos diversos tipos de ligações foi estudado nas três
fases: mistura, impregnação e moldagem (manual). Foram feitos ensaios de caracterização da
resina, da manta e dos compósitos. As ligações foram ensaiadas em compressão, flexão e
tração. Em compressão, a ligação desenvolvida permaneceu intacta até o esmagamento dos
colmos. Resultados semelhantes se observam no ensaio de flexão, tanto com pinos quanto
sem pinos. Observou-se que nestes ensaios a ligação praticamente não sofreu danos. Em
tração a ligação mostrou resistência mais baixa que do bambu e a presença de pinos foi
necessário. Com base neste tipo de ligações foram elaboradas propostas arquitetônicas,
usando como elemento estrutural básico uma treliça. Foi construído um protótipo
demonstrativo no campus da UFPB. Os cálculos estruturais realizados mostraram que as
ligações propostas são capazes de resistir com segurança às ações atuantes.
Palavras–chave: Bambu, compósito, ligações, sisal, matriz polimérica.

ABSTRACT
One of the largest difficulties concerning the use of bamboo in constructions is the
connection of the culms. The hollow and cylindrical form limits the variety of connections.
The present work presents several types of connections developed with sisal blankets in
polymer matrixes. Those connections are designed in way to give flexibility for the architect,
facilitating the use of three-dimensional joints, and at the same time, being resistant to loads
and waste. In laboratory, linear tubular joints with sisal fibers in matrix of polyester resin
were elaborated. The casting process of the several types of connections is distinguished in 3
phases: mixing, impregnation and molding (manual). The connections of the sisal composites
and resins were tested in compression, bending and tension. In compression, the developed
connection remained intact until the deformation of the culms. Similar results are observed in
the bending test, as far with pins as without pins, the connection did not present deformations.
In tension the connection presented lower strength than the bamboo and the presence of
metallic pins was necessary. Based in this type of connections were elaborated architectural
projects, using just a basic structural element. It was built a prototype at the UFPB. The
structural calculations showed that the proposed connections are capable to resist with safety
to the applied forces.
Keywords: Bamboo, composite, joints, sisal, polymer matrix.

SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO............................................................................................................... 1
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA....................................................................................... 5
2.1 MATERIAIS NÃO CONVENCIONAIS.................................................................... 6
2.2 EQUIPAMENTOS URBANOS................................................................................... 7
2.2.1 Desenvolvimento sustentável......................................................................................... 7
2.2.2 Analise das necessidades................................................................................................ 10
2.3 BAMBU.......................................................................................................................... 12
2.3.1 Distribuição geográfica.................................................................................................. 12
2.3.2 Espécies e taxonomia..................................................................................................... 13
2.3.3 Bambu como material de construção............................................................................ 14
2.3.4 Tratamento de bambu.................................................................................................... 17
2.3.5 Anatomia e propriedades............................................................................................... 19
2.3.6 Ligações.......................................................................................................................... 21
2.3.6.1 Tipologia das ligações............................................................................................... 22
2.3.6.2 Considerações sobre ligações.................................................................................... 27
2.4 COMPÓSITOS............................................................................................................. 28
2.4.1 Processos de fabricação................................................................................................ 29
2.5 FIBRAS.......................................................................................................................... 31
2.5.1 Propriedades físicas e mecânicas.................................................................................. 31
2.5.2 Composições químicas................................................................................................... 32

3 MATERIAIS E METODOS
3.1 MATERIAIS................................................................................................................. 34
3.1.1 Bambu............................................................................................................................. 34
3.1.2 Fibras vegetais................................................................................................................ 35
3.1.3 Matriz polimérica........................................................................................................... 36
3.1.4 Talco............................................................................................................................... 36
3.2 METODOS.................................................................................................................... 36
3.2.1 Características físicas da resina.................................................................................... 36
3.2.2 Processo de moldagem................................................................................................... 37
3.2.2.1 Ligação por bandagem.............................................................................................. 37
3.2.2.2 Ligação pré-fabricada............................................................................................... 38
3.2.2.3 Teor de fibras............................................................................................................. 40
3.2.3 Ensaios mecânicos......................................................................................................... 41
3.2.3.1 Comportamento no ensaio de compressão............................................................... 41
3.2.3.2 Comportamento no ensaio de flexão........................................................................ 42
3.2.3.3 Comportamento no ensaio de tração........................................................................ 43
3.2.4 Proposição de equipamentos urbanos........................................................................... 44

4 RESULTADOS E DISCUSSÃO.................................................................................... 45
4.1 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DA RESINA.......................................................... 45
4.2 PROCESSO DE MOLDAGEM...................................................................................47
4.3 DESEMPENHO DAS LIGAÇÕES............................................................................. 47
4.3.1 Comportamento no ensaio de compressão.................................................................... 47
4.3.1.1 Ligação por bandagem.............................................................................................. 47
4.3.1.2 Ligação pré-fabricada............................................................................................... 50
4.3.2 Comportamento no ensaio de flexão............................................................................. 52
4.3.3 Comportamento no ensaio de tração............................................................................. 54
4.3.3.1 Materiais básicos e compósito................................................................................... 54
4.3.3.2 Ligação....................................................................................................................... 57
4.4 PROJETO ARQUITECTÔNICO............................................................................... 59
4.4.1 Projeto............................................................................................................................. 59
4.4.2 Verificação estrutural da proposta arquitetônica......................................................... 67
4.4.3 Construção de protótipo................................................................................................. 69
5 CONCLUSÕES............................................................................................................... 73
5.1 LIGAÇÕES.................................................................................................................... 73
5.2 PROJETO ARQUITECTÔNICO............................................................................... 74
5.3 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS...................................................... 75
6 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS.......................................................................... 76

LISTA DE FIGURAS
Figura 2.1 –
Figura 2.2 –
Construções modernas de terra (a) Igreja no sul da França;
e de bambu (b), casa de bambu em Darmstadt (Alemanha)............................. 6
Construções de Ebiobambu: (a) Playground/Cunha-SP e
(b) Espaço promocional/Ilha de Caras-RJ........................................................ 9
Figura 2.3 – Coreto com estrutura de bambu, desenvolvido na UNB – BR......................... 9
Figura 2.4 –
Construções de Jörg Stamm: (a) ponte em Armênia, Colômbia,
(b) galpão em Popayán, Colômbia.......................................................... 10
Figura 2.5 – (a) Centro comercial de ambulantes, (b) barraca em aço, João Pessoa............ 11
Figura 2.6 –
(a) Ponto de venda, (b) Coberta temporária;
(c) Parada de ônibus de bambu; realizado pelo INBAR......................... 12
Figura 2.7 – Localização dos bambuzais.............................................................................. 13
Figura 2.8 – Vulgaris............................................................................................................. 14
Figura 2.9 – Dentrocalamos.................................................................................................. 14
Figura 2.10 – Guadua.............................................................................................................. 14
Figura 2.11 – Obras de bambu de Colômbia: (a) Cobertura feita pelo Vélez,
(b) casa feita pelo Marcelo Villegas....................................................... 15
Figura 2.12 - Estrutura de bambu para propaganda, Alemanha............................................. 16
Figura 2.13 - Estrutura de bambu em Medellin, Colômbia.................................................... 16
Figura 2.14 – Procedimento ao livre....................................................................................... 18
Figura 2.15 – Procedimento em estufa.................................................................................... 18
Figura 2.16 – Secção transversal............................................................................................. 19
Figura 2.17 – Detalhe nó......................................................................................................... 19

Figura 2.18 - Distribuição das fibras ao longo da espessura da parede do colmo
(direção radial).................................................................................................. 20
Figura 2.19 – Seqüência de esmagamento.............................................................................. 21
Figura 2.20 – Correção das ligações....................................................................................... 22
Figura 2.21 - Ligação proposta pelo Lopez............................................................................ 22
Figura 2.22 – Ligação Vélez: (a) detalhe injeção do concreto;
(b) detalhe Zeri-Pavillon, Alemanha................................................................ 23
Figura 2.23 – Ligações com chapas metálicas: (a) Simon Vélez (b) Renzo Piano................. 24
Figura 2.24 – (a) Protótipo; (b) Ruptura da ligação proposta pelo Moreira............................ 25
Figura 2.25 – Ligação encaixada com bambu proposta pelo Lopez....................................... 25
Figura 2.26 - Ligações propostas pelo Christoph Töngens ................................................... 26
Figura 2.27 - Ligação proposta pelo Tim Laubermann ......................................................... 27
Figura 2.28 - Estruturas cobertas com materiais compósitos................................................. 29
Figura 3.1 – (a) Tratamento com óleo Diesel; (b) Secagem dos colmos.............................. 34
Figura 3.2 – Corpos de prova Bambusa vulgaris em teste de compressão........................... 35
Figura 3.3 – Mantas de fibras vegetais.................................................................................. 36
Figura 3.4 – (a) Aparelho de Vicat; (b) corpos de prova para ensaio de compressão........... 37
Figura 3.5 – (a) Preparação de um compósito; (b) uma ligação realizada............................ 38
Figura 3.6 – Ligação tridimensional...................................................................................... 38
Figura 3.7 – Ligação pré-fabricada....................................................................................... 39
Figura 3.8 – (a) Molde de PVC; (b) Aplicação da resina; (c) Ligação endurecida............... 40
Figura 3.9 –
Compósito plano para extração de corpos de prova
para ensaio de tração......................................................................................... 40
Figura 3.10 – Ensaios de compressão da ligação por bandagem
(sisal/juta) com EPS.......................................................................................... 41

Figura 3.11 – Ensaio de compressão de colmos em contato nas extremidades
(a) com e sem (b) ligação.................................................................................. 42
Figura 3.12 – Ensaio de compressão da ligação pré-fabricada............................................... 42
Figura 3.13 – Ensaio de flexão em colmos unidos pela ligação proposta............................... 43
Figura 3.14 – Ensaio de tração em compósitos....................................................................... 44
Figura 3.15 – Ensaio de resistência à tração da ligação.......................................................... 44
Figura 4.1 –
Figura 4.2 –
(a) Tempos de inicio e de fim de pega;
(b) resistência à compressão da resina.............................................................. 46
Ligação com juta: flambagem; ligação com sisal,
deslizamento sem ruptura................................................................................. 47
Figura 4.3 – Colmo penetrando um no outro nos limites de carga....................................... 49
Figura 4.4 – Ligação impedindo fissura longitudinal........................................................... 50
Figura 4.5 – Relação entre teor de fibra e resistência à compressão.................................... 51
Figura 4.6 –
Ensaio de compressão e corpos de prova da ligação
pré-fabricada após ensaio.................................................................................. 51
Figura 4.7 - Colmo inteiro de bambu sem nó nos apoios..................................................... 52
Figura 4.8 – Colmo inteiro com nó nos apoios..................................................................... 53
Figura 4.9 – Colmos ligados no centro................................................................................. 53
Figura 4.10 – Colmos ligados no centro com presença de pinos metálicos............................ 54
Figura 4.11 – Relação deformação - tensão da resina............................................................. 55
Figura 4.12 – Relação tensão - deformação de sisal............................................................... 56
Figura 4.13 – Relação tensão-deformação do compósito...................................................... 56
Figura 4.14 – (a) Ensaio de tração (pino bambu); (b) Corpos de prova
após do ensaio ................................................................................................... 58
Figura 4.15 – (a) Ensaio de tração (pino aço); (b) Corpos de prova após do ensaio............... 58
Figura 4.16 – Treliça de bambu............................................................................................... 59

Figura 4.17 – Detalhes da treliça de bambu............................................................................ 60
Figura 4.18 - Proposta 1: (a) barraca de ambulante, (b) detalhes........................................... 61
Figura 4.19 - Proposta 1: (a) variação da estrutura, (b) detalhes........................................... 62
Figura 4.20 – Proposta 2: (a) parada de ônibus, (b) detalhe.................................................... 63
Figura 4.21 – Proposta 3: (a) cobertura pequena (uso diverso), (b) detalhe........................... 64
Figura 4.22 – Proposta 4: cobertura grande (uso diverso)...................................................... 65
Figura 4.23 – Proposta 5: estacionamento coberto................................................................. 66
Figura 4.24 – (a) Pórtico com cargas verticais; (b) Pórtico com cargas verticais
e horizontais..................................................................................................... 68
Figura 4.25 – Esforço Normal: (a) carga vertical, (b) carga vertical e horizontal.................. 68
Figura 4.26 – Momento fletor: (a) carga vertical, (b) carga vertical e horizontal................... 69
Figura 4.27 – (a) Corte dos bambus; (b) Treliça sem ligação................................................. 70
Figura 4.28 – Corte das mantas de sisal.................................................................................. 70
Figura 4.29 – Fixação das mantas de sisal com a matriz........................................................ 70
Figura 4.30 – Montagem das colunas com a treliça................................................................ 71
Figura 4.31 – Montagem das colunas com a treliça................................................................ 71
Figura 4.32 – (a) Inserção de concreto nas colunas; (b) Fixação das colunas no
fundamento....................................................................................................... 71
Figura 4.33 – Montagem dos banzos e do telhado................................................................... 72
Figura 4.34 – Montagem da estrutura....................................................................................... 72
Figura 4.35 – Protótipo construído........................................................................................... 72

LISTA DE TABELAS
Tabela 2.1 – Energia usada para produção em comparação com a tensão............................ 17
Tabela 2.2 – Propriedades físicas e mecânicas das fibras vegetais....................................... 32
Tabela 2.3 – Composição química de diferentes fibras naturais........................................... 33
Tabela 4.1 – Tempos de inicio e de fim de pega e resistência ã compressão
de corpos de prova de resina............................................................................. 45
Tabela 4.2 – Ligação com o compósito com sisal................................................................. 48
Tabela 4.3 – Ligação com o compósito com juta.................................................................. 48
Tabela 4.4 – Tensão máxima no contato dos colmos............................................................ 50
Tabela 4.5 – Resultados do ensaio de tração (pino bambu)................................................... 57
Tabela 4.6 – Resultados do ensaio de tração (pino aço: d=9mm)......................................... 57

1 INTRODUÇÃO
Nos últimos anos, a preocupação com a qualidade de vida, a preservação ambiental,
o desenvolvimento e aplicação de materiais de baixo custo, renováveis e o consumo reduzido
de energia, tem sido constante em todas as áreas, principalmente na construção civil
(Ghavami, 1992). A solução para este problema está na substituição dos produtos
convencionais por outros com propriedades similares, trazendo vantagens tanto econômicas
quanto técnicas. Um exemplo de um material não convencional é o bambu.
Janssen (1995) salientou que embora seja possível executar uma construção apenas
com bambu, costuma-se também associa-lo a outros materiais, como madeira e terra,
dependendo da disponibilidade do local. De acordo com Barbosa e Ino (1998), na Costa Rica
a produção habitacional em bambu gira em torno de 1500 casas por ano, as quais apresentam
desempenhos que atendem aos requisitos exigidos pela ONU para construção de unidades
habitacionais.
O bambu é um material natural, considerado pelas pessoas da renda baixa como um
símbolo de sua pobreza, mas, segundo os relatórios científicos dos engenheiros de construção
alemães, o bambu atende a todos os padrões e normas dos códigos de construção da
Alemanha, um país que não planta qualquer espécie (TÖNGENS, C., 2005).
Atualmente o bambu é encontrado principalmente em construções de casas e
artesanato, raramente em equipamentos urbanos, paisagismo e eventos. A infra-estrutura é um
dos mais importantes fatores no urbanismo, tendo assim a necessidade de se propor soluções
adequadas por esta área. A construção de novos equipamentos urbanos, por exemplo, paradas
de ônibus, parques infantis, praças e monumentos, podem desenvolver harmonicamente uma
1

cidade com a introdução de novos materiais. O objeto deste estudo visa à utilização do bambu
como material base na construção desses equipamentos.
Na busca de uma solução viável e econômica, que o urbanismo moderno requer, o
bambu se encaixa perfeitamente no setor de equipamentos urbanos, pois é um material leve,
de fácil manuseio, transporte, de grande disponibilidade, de rápido crescimento e reprodução.
Sua utilização é feita sem o desenraizamento ou replantio, de forma que podem ser
implantados plantios de contenção de taludes ou de solos instáveis. Seu uso fomentará o
desenvolvimento de materiais não convencionais, melhorando assim a qualidade de vida da
população. Alejandro Luiz Pereira (Instituto do Bambu, INBAR) expôs sobre a viabilidade
social, ambiental e econômica do bambu no Brasil: aproveitamento, potencialidades,
possibilidade de criação de postos de trabalho, incremento de renda da população rural e
projetos de habitação.
Antigamente e atualmente a maioria das ligações usadas em bambu e mesmo
madeira, são feitas com aço. O material tem a vantagem da alta resistência a todos os
carregamentos, mas as desvantagens de corrosão, alto peso e a flexibilidade limitada. Desde
os anos 70 estão sendo desenvolvidos materiais avançados, constituídos de polímeros
sintéticos, usados como reforço em compósitos, os quais, nos paises industrializados, estão
gradualmente substituindo o aço.
Materiais poliméricos reforçados com fibras vegetais podem ser capazes de permitir
a confecção de ligações dos mais diversos tipos, com praticidade e desempenho. Seu baixo
peso e sua diversidade geométrica facilitam a confecção das ligações entre os colmos de
bambu, hoje um fator limitante de seu uso.
Este trabalho vem propor uma alternativa para as ligações de aço em estruturas de
bambu, sendo feito com materiais compósitos reforçados com fibras vegetais que pode
contribuir para iniciar o processo de utilização de novos materiais nesta área.
2

Quanto aos objetivos da presente dissertação, pode-se descrever os seguintes:
Objetivo geral:
• Analisar a possibilidade de utilização de bambu e fibras naturais em matrizes
de polímeros na construção ou montagem de equipamentos urbanos,
enfocando a problemática de ligações estruturais, pensando na sua
flexibilidade.
Objetivos específicos:
• Efetuar a revisão de literatura dos equipamentos urbanos, registrando as
necessidades principais e os métodos de construção.
• Estudar e analisar o uso de bambu na construção civil, visando os
equipamentos urbanos e as ligações.
• Estudar e analisar o uso das fibras vegetais e dos polímeros, visando a
resolução do problema das ligações em estruturas de bambu.
• Estudar em laboratório a resistência dos diversos tipos de ligações com fibras
vegetais em matrizes de polímeros.
• Propor diversos modelos de equipamentos urbanos em bambu, usando as
ligações desenvolvidas.
Justificativa:
• Reativar o uso de materiais não convencionais
• Aplicar o uso de bambu para os equipamentos urbanos (ainda pouco usados).
• Desenvolver o emprego de bambu com materiais poliméricos reforçados,
para permitir a confecção de ligações dos mais diversos tipos, com facilidade
e desempenho.
3

O presente trabalho é composto por cinco capítulos organizado de forma descrita a
seguir:
No capitulo um, apresenta-se à introdução, que abrange o tema, os objetivos e a
justificativa para a realização deste trabalho.
No capitulo dois, faz-se uma revisão bibliográfica sobre a utilização de materiais não
convencionais, visando os equipamentos urbanos, incluindo exemplos e analises das
necessidades atuais através de pesquisa realizados em João Pessoa. Trata-se de uma revisão
geral sobre o bambu, abordando a taxonomia, seus usos diversos, os tratamento, as
propriedades físicas e mecânicas e as ligações. Também são mostrados os materiais
compósitos, abordando os processos de fabricação e as propriedades físicas, mecânicas e
químicas das fibras.
No capitulo três, apresentam-se os materiais empregados na pesquisa e a
metodologia utilizada. Os procedimentos experimentais foram divididos em quatro fases: (1)
Características físicas da resina; (2) Processo de moldagem; (3) Ensaios mecânicos; (4)
Projeto arquitetônico.
No capitulo quatro, encontram-se os resultados obtidos nos ensaios mecânicos dos
corpos-de-prova e os cálculos do projeto arquitetônico.
No capitulo cinco, apresentam-se as conclusões do trabalho e as sugestões para
estudos futuros.
4

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Na época da revolução industrial surgiram novos materiais como aço, concreto,
ferro, vidro e cerâmica, também chamados materiais convencionais. Esses materiais foram
símbolos da modernidade e são capazes de satisfazer as necessidades da construção civil do
mundo inteiro. A automação dos processos da fabricação desses materiais possibilitou a
produção em série, em grande escala e com baixo custo. Nesse período houve uma migração
exacerbada do campo para as cidades, pois os trabalhadores rurais se transferiram para os
grandes distritos industriais. As grandes metrópoles cresceram no século 20 mais que dez
vezes; como por exemplo, Nova York que passou de 60.000 para 600.000 habitantes ou Rio
de Janeiro que passou de 40.000 para 600.000 habitantes. Assim, surgiu um grande déficit
habitacional e em pouco tempo precisou-se construir uma grande quantidade de habitações.
Os materiais industrializados como cimento e aço possibilitaram a realização de construções
em pouco tempo e ainda integrar os processos de racionalização de mão de obra.
Na década de 60, com a crise do petróleo, começou pela primeira vez uma análise
crítica dos materiais convencionais. O problema é que eles consomem grande quantidade de
energia em sua produção, emitem CO 2 na atmosfera e geram resíduos. Atualmente, lutando
contra o efeito estufa e a escassez de recursos, os objetivos da humanidade precisam ser
revistos. Nas áreas de arquitetura e engenharia é possível pensar em materiais e técnicas de
construção que não são maléficas ao meio ambiente.
Assim, como citou o prof. Gernot Minke (1984), da Universidade de Kassel, na
Alemanha, a arquitetura do futuro será aquela que terá em mente a conservação dos
recursos naturais, a redução da poluição e a geração de emprego sem aumentar o custo da
construção.
5

A utilização de materiais locais, não convencionais e disponíveis em abundância tais
como o bambu e as fibras naturais podem ajudar a minimizar o problema dos custos
construtivos, gerar mais empregos e contribuir para a redução dos impactos ambientais.
2.1 MATERIAIS NÃO CONVENCIONAIS
Desde que o homem começou a construir cidades, há cerca de dez mil anos,
evidentemente, os primeiros materiais de construção utilizados foram aqueles ofertados pela
natureza como pedra, palha, galhos, troncos de árvores e, sem dúvida, a terra (BARBOSA,
N.P. et al. 2002). Esses materiais são chamados tradicionais ou não convencionais. Com o
avanço técnico e a imposição da cultura da sociedade industrial a imagem desses materiais se
tornou o símbolo de pobreza, regresso técnico e aparência “feia”.
Durante muito tempo os pesquisadores preferiam investir nos métodos
convencionais para colaborar com as grandes indústrias da construção civil e demonstrar o
espírito futurista. De acordo com Lengen (1997) o mundo se transformou muito; hoje em dia
há escassez de matérias tradicionais de construção e de mão-de-obra qualificada para aplicálos.
Devido aos desafios atuais da questão habitacional devem-se apresentar alternativas,
aplicando no processo construtivo uma combinação de técnicas tradicionais e modernas
como, por exemplo, as resultados na Figura 2.1.
(a)
(b)
Figura 2.1 – Construções modernas de terra (a), Igreja no sul da França e de bambu (b), casa
de bambu em Darmstadt (Alemanha)
6

Em virtude da crescente falta de matéria prima convencional na construção, nos
últimos anos, os materiais tradicionais vem sendo reutilizados. Nas universidades surgiram
cursos sobre o assunto para revitalizar as técnicas quase esquecidas. Verificando também o
aparecimento de institutos pesquisa em materiais não convencionais, como por exemplo,
ABMTENC (Brasil), BAMBUBRASILEIRO (Brasil), CRATerre (França), PROTERRA
(América Latina), INBAR (China) entre outros.
Assim pode-se observar um avanço na investigação cientifica desta área, apesar da
hegemonia dos materiais convencionais, sobretudo na indústria, onde a porcentagem de
pesquisa ainda é muito pequena. O objetivo do futuro deve ser convencer o mercado, com
exemplos como na Franca e na Alemanha, que os materiais não convencionais podem ser
capazes de representar o progresso técnico do século 21.
2.2 EQUIPAMENTOS URBANOS
2.2.1 Desenvolvimento sustentavel
Um dos objetivos principais do planejamento urbano moderno é obter um
desenvolvimento sustentável. De acordo com o dicionário Aurélio, sustentável é o que pode
ser capaz de se manter mais ou menos constante, ou estável, por longo período. Em outras
palavras, é o que permanece e continua, o que não se esgota pelos processos de renovação.
Biologicamente, a sustentabilidade ocorre na medida em que os elementos químicos que
formam o nosso meio ambiente são consumidos e retornam à natureza para serem reutilizados
continuamente, como uma reciclagem natural. Assim, pode-se dizer que o desenvolvimento
sustentável significa “um desenvolvimento que tem que satisfazer as exigências presentes das
gerações atuais, sem comprometer as necessidades de desenvolvimento das gerações futuras,
7

ou seja, um desenvolvimento realizado hoje, mas que perdure para que outras gerações se
beneficiem (World Comission on Environment and Development, 1987)”.
O bambu e as fibras vegetais são de fácil acesso para as pessoas carentes. Visto que o
desenvolvimento sustentável tem que também satisfazer as carências locais, o envolvimento
das pessoas locais com o planejamento e a execução do projeto é essencial. Para que possam
participar, as pessoas locais necessitam receber as informações necessárias e conseguir as
técnicas através do ensino e da assistência.
O presente projeto abrange o setor de equipamentos urbanos, que serão projetados
com materiais não convencionais, neste caso com bambu e fibras naturais. Esta investigação
pretende contribuir para um desenvolvimento sustentável através da divulgação do bambu na
construção urbana no Brasil, onde ainda é considerado como madeira dos pobres.
Diversos grupos de pesquisadores de diferentes entidades estão trabalhando para
mudar esse cenário, por exemplo, a escola de bioarquitetura Ebiobambu , também um centro
de pesquisa e tecnologia experimental em bambu, situada em Visconde de Mauá (RJ).
Fundada em 2002, a escola tem por meta disseminar as técnicas construtivas que utilizam o
bambu (Figura 2.2) e outros materiais considerados naturais ou ecológicos, como terra e
fibras. "Acreditamos que o bambu é uma opção mais sustentável às madeiras de
reflorestamento, auto-renovável e de rápido crescimento. O eucalipto, por exemplo, leva seis
anos para ser cortado e o bambu só três anos. Além disso, não é necessário ser replantado",
afirma Celina Llerena, arquiteta e diretora da Ebiobambu.
Também existem vários universidades que pesquisam sobre construções com
materiais não convencionais, por exemplo, a PUC-RJ, UFPB-PB, UNB-BR (Figura 2.3), etc.
Parte do estímulo à pesquisa vem do sucesso obtido em países vizinhos. Na Colômbia e no
Equador, onde construir com bambu já faz parte da cultura local e arquitetos e engenheiros
8

como Simón Vélez, Oscar Hidalgo Lopez e Jörg Stamm (Figura 2.4) são conhecidos
internacionalmente por seus projetos.
(a)
(b)
Figura 2.2 – Construções de Ebiobambu: (a) Playground/Cunha-SP e (b) Espaço
promocional/Ilha de Caras-RJ (BAMBUBRASILEIRO, 2006)
Figura 2.3 – Coreto com estrutura de bambu,
desenvolvido na UNB – BR (AMBTEC, 2005)
9

(a) (b)
Figura 2.4 – Construções de Jörg Stamm: (a) ponte em Armênia, Colômbia,
(b) galpão em Popayán, Colômbia (CONBAM, 2005)
2.2.2 Analise das necessidades
Para conhecer melhor as necessidades da população brasileira foi escolhida a cidade
de João Pessoa (PB) que apresenta um grande déficit de equipamentos urbanos e foi feita uma
análise mais detalhada. Uma pesquisa (DEMANDA, 2005) elaborada pela prefeitura de João
Pessoa forneceu dados importantes, para esta pesquisa onde foram analisados os seguintes
tópicos: pavimentação, segurança, saúde, educação, lazer, creche, saneamento, moradia,
emprego, transporte, limpeza e profissionalização. Nos diferentes bairros foram encontrados
resultados dessemelhantes. De acordo com a pesquisa, o ponto segurança precisa ser
melhorado em todos os bairros. Este fato salienta a necessidade de soluções mais inteligentes.
Um modelo que reúna soluções para este problema deve conter o desenvolvimento
de unidades funcionais que combinem uma parada de ônibus, local de comercio, informações
úteis, sistema de iluminação e coleta de lixo, para suprir a deficiência dos atuais equipamentos
instalados e melhorar a segurança da população.
A prefeitura de João Pessoa iniciou recentemente uma campanha para tirar os
ambulantes da rua. São propostos espaços fechados, semelhante à mercados, para aglutinar os
10

comerciantes, melhorar o visual da cidade, a higiene e a segurança de todos. Atualmente as
barracas dos ambulantes são feitos em aço e custam cerca de R$ 350 (Figura 2.5). A idéia da
prefeitura é construir postos de venda com materiais não convencionais. A Figura 2.6
apresenta soluções possíveis de equipamentos urbanos com bambu.
(a)
(b)
Figura 2.5 – (a) Centro comercial de ambulantes, (b) barraca em aço, João Pessoa - PB
(a)
(b)
11

(c)
Figura 2.6 – (a) Ponto de venda, (b) Coberta temporária; (c) Parada de ônibus de bambu;
Resultados de um workshop, realizado pelo INBAR.
2.3 BAMBU
2.3.1 Distribuição geográfica
Todos os continentes, com exceção da Europa possuem espécies nativas de bambu
(GHAVAMI & HOMBEECK, 1981). Estas gramíneas crescem em temperaturas entre 8° e
36°, embora se desenvolvam melhor em regiões subtropicais e tropicais. A distribuição
natural dos bambus abrange grande parte da América (FIGURA 2.7). Encontram-se
espalhadas espécies nativas desde a parte sul – oriental dos Estados Unidos até o centro da
Argentina e Chile. Na Ásia onde existe o maior numero de espécies, o bambu é nativo em
toda a zona sul – oriental do continente incluindo suas ilhas. Na África desenvolve-se na zona
tropical e na ilha de Madagascar. Na Oceania é nativo na Austrália, Nova Guiné e Ilhas do
Oceano Pacifico (MARTINESI & GHAVAMI, 1985).
12

Figura 2.7 – Localização dos bambuzais
Na América são encontradas 40% das espécies de bambu lenhosos do mundo,
aproximadamente 32 espécies em 22 gêneros. O Brasil é o país com maior diversidade e
reúne 81% dos gêneros (LONDOÑO, 1990)
2.3.2 Espécies e taxonomia
No mundo existem cerca de onze mil espécies de bambu, divididas em cerca de
noventa gêneros e são encontradas em altitudes que variam de zero a quatro mil e oitocentos
metros (BAMBU BRASILEIRO, 2006). Resistem a temperaturas abaixo de zero,
temperaturas tropicais e crescem como pequenas gramíneas ou chegam a extremos de
quarenta metros de altura. No Brasil existem muitas espécies nativas e não-nativas. O bambu
da espécie Bambusa vulgaris é muito encontrado em todo o país, porém é originário da China,
possui colmos grossos e de cor verde (Figura 2.8). Neste trabalho se utiliza esta espécie
devido à sua disponibilidade local, apresentando propriedades mecânicas semelhantes a outras
espécies ainda não muito difundidas no Nordeste do Brasil (Dendrocalamus,Guadua). A
espécie Dendrocalamus é também oriunda da Ásia e encontram-se em mais quantidade no
Rio de Janeiro - RJ - e em Campo Grande - MS. Essas podem chegar a vinte e cinco
centímetros de diâmetro e cerca de vinte e cinco metros de altura (Figura 2.9). O bambu
13

Guadua tem uma importância significativa na economia de Equador e Colômbia. É uma
espécie conhecida dos nativos há pelo menos cinco mil anos. O Guadua angustifolia possui
espécies com elevada resistência, sendo notadamente tido como um excelente material de
construção. Sua característica mais importante é os nós brancos. Encontram-se vastas florestas
naturais de Guadua na Amazônia e em grande parte do território brasileiro, do sul a norte
(Figura 2.10).
Figura 2.8 - Vulgaris Figura 2.9 - Dentrocalamos Figura 2.10 – Guadua
(BAMBU BRASILEIRO)
2.3.3 Bambu como material de construção
Há séculos o bambu sempre teve um papel importante na construção em paises
tropicais, sobretudo na Ásia, onde se encontra a origem da planta. Na China, por exemplo, o
bambu foi utilizado para a construção de pontes, conseguido vencer vãos superiores a 100m.
No mudo inteiro existem vários diferentes modos de utilizações dos colmos: como
alimento (broto de bambu), moradia, objetos de uso domestico, ferramentas, instrumentos
musicais, dutos, artesanato, monumentos, andaimes dentre inúmeras outras (HIDALGO,
1974).
14

Na Colômbia, o bambu é empregado com maior assiduidade, ultrapassando o uso de
madeira. Entidades como a Sociedad Colombiana del Bambu, desenvolvem grandiosos
trabalhos sobre os bambus, inserindo profissionais como cientistas, engenheiros, arquitetos,
industriais, artesãos e agricultores, em conjunto com corporações autônomas, universidades e
o governo federal, em seus projetos. Pode-se observar através da Figura 2.11 importantes
obras arquitetônicas de bambu na Colômbia.
Recentemente despertou novamente a curiosidade sobre esta planta com a
distribuição difundida, a elevada taxa de crescimento e o uso multifuncional (LIESE, W.
1985) como as Figuras 2.12 a 2.13 demonstram.
(a)
(b)
Figura 2.11 – Obras de bambu de Colômbia: (a) Cobertura feita pelo Vélez, (BAMBU, 2006)
(b) casa feito pelo Marcelo Villegas (MARCELOVILLEGAS, 2006)
15

Figura 2.12 - Estrutura de bambu para propaganda, Alemanha (CONBAM, 2005)
Figura 2.13 - Estrutura de bambu em Medellin, Colômbia (BAMBOO-SPACE, 2006)
O holandês Jules Janssen (1985) difundiu muito o bambu para mostrar suas
vantagens em comparação com outros materiais. Ele usou para isso quatro variáveis: energia
utilizada para a produção em MJ/kg (1) incluindo transporte, peso específico em kg/m³ (2),
capacidade energética para a produção em MJ/m³ (3) para comparar com a fadiga do material
(4) e obter finalmente um valor que mostre a relação entre energia necessária e fadiga (5).
Com esse estudo se observou que o bambu obtém melhor resultado, ou seja, é o material que
requer menos energia de produção por unidade de fadiga (Tabela 2.1).
16

Tabela 2.1 – Energia usada para produção em comparação com a tensão.
Material
Energia para
produção
MJ/kg
(1)
Peso
específico
kg/m³
(2)
Energia para
produção
MJ/m³
(3)
Tensão de
serviço
N/mm²
(4)
Concreto 0,8 2400 1920 8 240
Aço 30 7800 234000 160 1500
Madeira 1 600 600 7,5 80
Bambu 0,5 600 300 12 25
Energia por
unid. tensão
MJ/m³
(5)
Ghavami (1989) afirmou que o bambu pode, em muitos casos, substituir o aço na
construção civil, além de ser um recurso renovável, com baixo custo de produção e pouco
poluente.
2.3.4 Tratamento do bambu
O bambu é uma planta que possui um rápido crescimento, atingido seu tamanho
máximo de três a seis meses, após ter brotado do solo. Os próximos meses serão necessários
para lignificação dos tecidos, até atingirem resistência máxima por volta dos três anos
(MOREIRA e GHAVAMI, 1997). Para as construções de bambu terem maior durabilidade e
manterem seus aspectos estéticos é necessário que uma série de procedimentos sejam
adotados, desde a escolha dos colmos até o seu emprego.
• O corte deve ser feito durante a época seca do ano, quando há menos insetos
(LENGEN, 1997). É recomendável também que seja cortado na lua minguante
quando o teor de água nos capilares é menor, para diminuir os ataques de insetos e o
aparecimento de fissuras (CONBAM, 2005).
17

• Após o corte deve ser feita a cura na touceira, que tem a finalidade de expulsar a
seiva ou diminuir a quantidade de amido para tornar os colmos menos susceptíveis
ao ataque de insetos. Esta cura pode ser feita também por imersão ou por
aquecimento.
• A secagem pode ser realizada de duas formas diferentes: ao ar livre, cerca de quatro
a seis meses; em fogo ou em estufa, de dois a três semanas (aumenta a resistência aos
insetos), conforme as Figuras 2.14 e 2.15.
• Os tratamentos preservativos podem ser feitos através de métodos químicos
(método de boucherie injetando sulfato de cobre, imersão com Ácido bórico, Bórax
Cloreto de zinco, óleo de diesel,...) ou defumando o bambu, introduzindo-o num
compartimento com pouca saída de ar que tenha fogo e fumaça sob os colmos de
bambu.
Figura 2.14 – Procedimento ao livre Figura 2.15 – Procedimento em estufa
(CONBAM, 2005) (CONBAM, 2005)
18

2.3.5 Anatomia e propriedades
O Bambu detém propriedades mecânicas muito boas. Para entender isso é necessário
estudar suas características anatômicas e morfológicas.
A seção transversal do bambu é oca, assim muito útil para o uso estrutural em
comparação com uma seção maciça (ex. madeira). Quando o bambu é usado como viga, ele
necessita de 57% material e somente 40% quando usado como coluna comparado com uma
seção maciça. A forma cilíndrica do colmo causa um decréscimo em sua resistência por volta
de 15%, bem menor que a estimativa da maioria dos engenheiros. O próximo fator que
influencia as propriedades do bambu é a rigidez dos nós e dos diafragmas que melhoram sua
resistência à compressão dos colmos e impedem a flambagem das fibras (Figura 2.16). Estes
suportam a estrutura, sobretudo quando dois colmos se ligam (Figura 2.17) (JANSSEN,
1985).
diafragma
Nó
internó
Figura 2.16 – Secção transversal Figura 2.17 – Detalhe nó
(CONBAM, 2005) (JANSSEN, 1985)
Liese (1985) e Ghavami (1989) afirmam que as propriedades físicas de um colmo de
bambu, como cor, altura, internós diâmetro e espessura da parede são relacionadas à espécie e
à idade do bambu. As características mecânicas são influenciadas principalmente por fatores
19

como: espécie, idade, solo do bambuzal, condições climáticas, época de colheita, teor de
umidade, presença ou ausência de nós nas amostras testadas e da metodologia do ensaio.
A resistência à tração do bambu é alta. Estudados por Ghavami (1995), a resistência
com e sem nó varia entre 40 MPa e 215 MPa, e seu modulo de elasticidade entre 5,5 GPa e
18 GPa. Em geral, a resistência à compressão de 20 MPa e 120 MPa é 30% menor que a
resistência à tração. Quanto a resistência à flexão, que é importante na análise estrutural, os
valores situam-se na faixa de 30 MPa a 170 MPa.
Microscopicamente o bambu pode ser considerado um material compósito formado
por feixes de fibras fortemente aderidas a uma substância aglutinante, a lignina (BARBOSA e
GHAVAMI, 2005). No sentido radial as fibras não se distribuem homogeneamente na matriz
de lignina. Há uma maior concentração de fibras nas proximidades da face externa, sendo a
fase responsável pela resistência à tração, como se vê na Figura 2.18 obtida na PUC - Rio. Na
mecânica um material compósito é formado por um material macio e fraco e um material duro
e forte. No caso de bambu o primeiro é o celulose e o segundo a lignina. Outros compósitos
muito conhecidos são concretos reforçados e poliéster com fibras.
Figura 2.18 - Distribuição das fibras ao longo da espessura da parede do colmo (direção
radial).
20

2.3.6 Ligações
O objetivo deste tópico consiste em sistematizar as diversas técnicas de ligações
utilizadas em elementos estruturais de bambu. As ligações, um dos aspectos de maior
interesse para viabilizar a utilização deste material para fins estruturais, tem sido tema para
recentes pesquisas.
De acordo com Lopez (1974), o bambu tem baixa resistência ao cisalhamento, fato
que deve ser considerado no projeto das juntas. A presença dos nós nas ligações aumenta em
50% a resistência ao cisalhamento ao longo das fibras, atingindo um valor médio de
1,67 MPa. Outra observação importante, é que em cada um dos extremos das peças de bambu
envolvidas nas ligações devem conter um nó, caso contrário, as cargas verticais transmitidas
neste apoio causam um esmagamento das peças, comprometendo as ligações (Figura 2.19).
Porém, não sendo possível a coincidência dos nós em cada extremidade das peças, pode-se
optar pela utilização de um segmento de madeira ou mesmo um nó de bambu, de mesmo
diâmetro em seu interior conforme a Figura 2.20. Segundo Lopez (1974), em nenhuma
hipótese deve-se fazer cavas nas vigas, pois devido à predominância de fibras verticais no
bambu, estas vigas facilmente se romperiam; os encaixes devem ser realizados apenas em
peças verticais.
Figura 2.19 – Seqüência de esmagamento (LOPEZ 1981)
21

Figura 2.20 – Correção das ligações (LOPEZ 1981)
2.3.6.1 Tipologia das Ligações
a) Peças amarradas
São pouco eficientes, porém muito utilizadas, as ligações feitas apenas com cordas e
arames não possuem rigidez satisfatória para a utilização em elementos estruturais, pois o
bambu possui alto índice de retratilidade. Este tipo se recomenda somente para a construção
de andaimes e estruturas temporários.
Lopez (1981) apresenta uma série de idéias para conexão dos colmos usando
amarrações e arames (Figura 2.21), mas que não seriam muito adequadas para equipamentos
urbanos contemporâneas. Ligações deste tipo podem ser desmontadas pelo vandalismo.
Figura 2.21 - Ligação proposta por Lopez (1981).
22

) Peças parafusadas
O bambu não resiste às pregações, devido sua constituição ser basicamente composta
por fibras paralelas muito longas, com densidade especifica muito alta, principalmente nas
paredes externas, com grande tendência ao fendimento. As ligações mais indicadas, por
proporcionar maior estabilidade, são as parafusadas, pois há um corte das fibras, sem o
afastamento entre elas, evitando assim as fissuras. A grande vantagem das ligações
parafusadas é permitir a transferência dos esforços por meio de pinos. Na maior parte das
ligações observadas, utilizam-se peças cilíndricas de madeira no interior do bambu ou
concreto injetado nos internós que fazem parte das ligações para evitar fissuras. Esta ligação é
citada em várias bibliografias como “Ligação Vélez” (Figura 2.22) que foi o primeiro
arquiteto a experimentar esta ligação. Usam-se chapas metálicas para aumentar a baixa
resistência à tração da ligação parafusada (Figura 2.23).
(a)
(b)
Figura 2.22 – Ligação Vélez: (a) detalhe injeção do concreto; (b) detalhe Zeri-Pavillon,
Alemanha (SPACE-BAMBOO, 2006).
23

(a)
(b)
Figura 2.23 – Ligações com chapas metálicas: (a) Simon Vélez (LOPEZ, 2002)
(b) Renzo Piano (SPACE-BAMBOO, 2006).
Moreira (1991) propõe ligações para estruturas treliçadas espaciais de bambu (Figura
2.24), usando pinos metálicos e chapas de aço. Para melhor aproveitamento das treliças, à
exceção do peso próprio dos seus elementos constituintes, as demais cargas, oriundas de sua
relação com o meio ambiente, foram aplicadas nos nós. Deste modo idealizado, somente
forças axiais seriam transmitidas entre os elementos, podendo-se distinguir um campo de
tensões de tração contínuo, que mecanicamente, equilibra um campo de tensões de
compressão, também contínuo. Definindo-se a eficiência da ligação como a razão entre força
resistente da ligação e a capacidade de carga do bambu. Esta ligação estudada mostra-se
eficiente na compressão de elementos esbeltos e semi-esbeltos e pouco eficientes para
compressão de elementos curtos e elementos tracionados.
24

(a)
(b)
Figura 2.24 – (a) Protótipo; (b) Ruptura da ligação proposta pelo Moreira (1991).
O uso de pinos possibilita a transferência das cargas assim aumentando a resistência.
Este tipo de conexão tem a vantagem da facilidade de fabricação e a desvantagem de expor o
bambu a carga cisalhante na direção das fibras.
c) Peças Encaixadas
Dotado de uma resina natural protetora, o bambu possuí uma superfície
extremamente lisa, o que dificulta o travamento das ligações. Desta maneira, várias formas de
usinagem foram adotadas para evitar a movimentação das peças. A maneira mais simples de
ligar segmentos de bambu é pela sobreposição de colmos usados de forma côncava,
permitindo a fixação das peças que permanecem em sua forma roliça (Figura 2.25). Os cortes
devem ser feitos sempre o mais próximo a um nó possível, aumentando assim, a resistência da
peça e evitando fissuras.
Figura 2.25 – Ligação encaixada com bambu proposta pelo Lopez (1981).
25

Mas não existe somente a possibilidade de usar o próprio bambu para as ligações
encaixadas. O engenheiro alemão Christoph Töngens apresenta uma série de estudos sobre o
assunto de ligações encaixadas (Figura 2.26). Foi desenvolvido um produto, conbam, que
facilita a ligação de projetos tridimensionais. O material proposto é de aço fino inoxidável ou
um compósito de fibras de vidro. A ligação é usada na forma de bandagem ou encaixamento.
Ensaios de resistência à tração, realizados no instituto de pesquisa de construção civil RTW-
Aachen (Alemanha), confirmam o aproveitamento da força de tração do bambu. Este tipo
mostra bem as possibilidades do planejamento moderno com o bambu.
Figura 2.26 - Ligações propostas pelo Christoph Töngens (2005)
Uma idéia de encaixamento no interior foi realizada pelo arquiteto Tim Laubermann
(2004) junto com a Universidade Medellín (Colômbia) e TU Berlin (Alemanha). Usou-se um
cilindro de aço, encaixado no interior de bambu e fixado com pinos metálicos. A junção com
os outros elementos estruturais foi realizada através de um aço redondo (Figura 2.27).
26

Figura 2.27 - Ligação proposta pelo Tim Laubermann (BAMBOO-SPACE, 2004)
2.3.6.2 Considerações sobre ligações
Um dos problemas mais freqüentes nas ligações é a variação do diâmetro das peças
de bambu. Ocorrem grandes dificuldades na execução de ligações que utilizam segmentos de
madeira, pois a usinagem dessas peças roliças de pequenas dimensões proporcionaria uma
técnica muito artesanal, não sendo compatível com a intenção de produção em larga escala,
portanto pré-fabricada e racionalizada. De acordo com Lopez (1981), as ligações parafusadas
enrijecidas com aglomerados, apresentaram melhor desempenho estrutural e facilidade de
montagem. Na utilização de peças metálicas obtiveram-se resultados satisfatórios,
principalmente em relação à facilidade de montagem.
Apresentando elevados índices de variação dimensionais de retração e inchação, não
é recomendável a utilização de ligações apenas amarradas, pois não atingem a estabilidade
solicitada para estruturas em geral. As peças de bambu quando retraem tornam as amarrações
frouxas e a estrutura perde sua estabilidade.
A utilização de ligações basicamente encaixadas há grande dificuldade na
compatibilidade do diâmetro entre as peças. Pode-se observar que quando a peça entalhada,
apresentada de forma côncava, possui o diâmetro excessivamente maior que a peça roliça, a
ligação torna-se instável pela tendência de rotação entre elas. Por outro lado, quando a peça
côncava possui um diâmetro consideravelmente menor do que a roliça, a extremidade da peça
27

entalhada poderá sofrer fissuras, dependendo da carga aplicada sobre a mesma. Mas, apesar
das dificuldades na compatibilidade do diâmetro entre as peças, torna-se necessário a
utilização de encaixes entre os bambus em qualquer tipo de ligação, seja parafusada ou
amarrada, porém se faz necessária uma análise da finalidade do uso desta ligação para
verificar a viabilidade de sua aplicação.
Outro fator que requer certo cuidado na montagem de estruturas de bambu é a
possibilidade de esmagamento das peças horizontais. Deve-se evitar a ocorrência deste fato,
procurando utilizar os segmentos horizontais com nós na região onde ocorra o
descarregamento das cargas verticais. Porém, não sendo possível a coincidência dos nós nas
ligações, os segmentos horizontais devem ser enrijecidos com uma peça de madeira, concreto
ou alguma resina com resistência adequada ao esforço solicitado.
O domínio físico-matemático do comportamento estrutural dos bambus, bem como o
desenvolvimento de conexões eficientes e de custo competitivo, é fundamental para que o
bambu possa participar do mercado ocidental de materiais de construção. Sem este amparo,
sua aplicação estaria restrita a estruturas simples ou um uso exclusivamente intuitivo, o que
não seria suficiente para tornar o bambu um elemento estrutural manipulável pela engenharia.
2.4 COMPÓSITOS
Materiais compósitos encontram-se em muitos produtos usados no nosso dia-adia,como
por exemplo em carros, barcos, equipamentos esportivos, etc. Além disso,
compósitos são utilizados
na construção civil, sobretudo para formas livres, estádios e
coberturas (Figura 2.28). As características mais vantajosas são: a baixa densidade, rigidez,
resistência às forcas aplicadas, ao impacto, à abrasão e a resistência à corrosão. Segundo
Mallick e Newman (1990) materiais compósitos são os resultados de novas técnicas com
vistas a substituir materiais tradicionais tais como aço, alumínio, madeira e concreto.
28

Figura 2.28 – Estruturas cobertas com materiais compósitos (CENO-TEC, 2005)
Um compósito consiste na combinação física de dois ou mais materiais capaz de aliar
as propriedades dos componentes individuais, atendendo as demandas não atingidas pelos
mesmos materiais separadamente. Assim, podem-se obter produtos com melhor desempenho
e com vantagens econômicas. Num compósito há normalmente a fase continua também
chamada matriz, na qual é colocado um material de reforço, fase descontinua, na forma de
fibra. A fase continua tem a função de proteger e separar os elementos de reforço, transferir
tensões e ser responsável pelas características superficiais, como resistência às solventes e à
umidade. As propriedades mecânicas teóricas de um compósito dependem dos fatores
seguintes: propriedades dos materiais constituintes (fibras e matriz), concentração das fibras e
orientação das fibras conforme Dantas (2004), Cavalcanti (2000) e Rowel (1996).
2.4.1 Processos de fabricação
A fabricação de plásticos reforçados com fibras continua acontece de diversas
maneiras. Fatores como resistência, acabamento e economia determinam à escolha do método
ideal para fabricação. De acordo com Quirino (1997) existem vários processos de moldagem,
dentre esse serão apresentados os mais utilizados:
29

• A pultrusão é utilizada para a fabricação de componentes que possuem
comprimento continuo e uma área de seção transversal de amostra (varas de pescar,
traves, hastes, etc). Com esta técnica fibras contínuas são impregnadas com uma
resina termofixa; estes são puxados através de um molde de aço que pré-forma a
amostra desejada e também estabelece a razão resina/fibra. A porcentagem de
produção é alta e uma extensa variedade de formas é possível.
• O enrolamento (filament winding) é um processo em que o material de reforço,
cordões ou fitas de fibra, após passar por tanques de impregnação, é enrolado sobre
mandril apropriado formando peças cilíndricas como tubos e recipientes. Permite
fabricar uma extensa variedade de formas estruturais que não são limitadas em suas
formas de superfícies e adaptar a forma de enrolar o material de reforço às exigências
de máxima resistência de cada caso particular.
• A laminação à pistola (spray-up) trata-se de processo de molde aberto adequado a
baixas e médias escalas de produção. Esse processo requer baixo investimento em
equipamentos e é extremamente simples.
• A laminação manual (hand-lay-up) pode ser obtida pela impregnação com um
pincel ou um rolo de cada uma das camadas de reforço com a resina. Esse método
tem sido utilizado também para a produção de baixo custo, em pequena escala, de
componentes estruturais.
No projeto de estudo foi utilizado o ultimo método por causa das vantagens do baixo
investimento em equipamentos, a flexibilidade do projeto e da simplicidade do processo.
Embora tal processo produza peças de boa qualidade, ele não permite um controle rigoroso da
proporção entre resina e fibra no composto resultante, o qual e responsável para as
propriedades mecânicas. Assim é importante desenvolver métodos que permitem estimar as
30

propriedades mecânicas de uma lamina de resina reforçada por fibra com uma proporção
arbitraria entre os materiais constituintes (ALMEIDA et al.).
2.5 FIBRAS
As fibras naturais, em abundância no Brasil, se forem direcionadas para
investimentos em novos materiais compósitos, podem conter o êxodo rural e impulsionar o
crescimento econômico no setor agrícola (YOUNG, 1997). Não sempre foi assim, na década
de 60, o Brasil foi o maior exportador de sisal mundialmente. Mais, na década de 70 o
descobrimento de uma nova alternativa em matéria-prima para produção de fios e cordas
sintéticos, derivados do petróleo foi responsável para o abandono de sisal no Brasil
(QUIRINO, 1997).
Muitas fibras naturais têm sido utilizadas como reforços para compósitos, entre elas
destacam-se: linho, coco, juta, rami, algodão e sisal. O sisal apresentou uma serie de
vantagens que já estão viabilizando a sua aplicação em várias indústrias, como compósito no
ramo automobilístico, e como fio na agricultura.
O uso de fibras naturais em compósitos reforçados não constitui uma novidade.
Como pesquisadores alemães afirmam o uso de compósitos reforçados com fibras naturais na
indústria automóvel para revestimentos interiores já foi muito tempo aprovado (BLEDZKI,
1998).
2.5.1 Fibras vegetais e suas propriedades físicas e mecânicas
As fibras vegetais apresentam as vantagens de baixo custo, leveza, provém de fontes
renováveis de matéria–prima, são biodegradáveis não poluem o ambiente e mostram
31

esistência especifica elevada. De forma geral um bom conjunto de propriedades mecânicas
como a tabela 2.2 apresenta.
Tabela 2.2 – Propriedades físicas e mecânicas das fibras vegetais (TOLEDO FILHO, 1997)
Fibras
Diâm.
(mm)
Comp.
(cm)
Peso
Especifico
(KN/m³)
Absorção
Água
(%)
Resist.
à tração
(MPa)
Def.
ruptura
(%)
Módulo
Elasticidade
(GPa)
Sisal 0,05-0,5 38-94 12-14,5 123-250 227-1002 3-7 9-27
Juta 0,1-0,4 18-80 10 25-214,1 240-550 1,2-3 17,4-32
Coco 0,1-0,6 5-35 6,7-14 67-180 60-200 10-51 2-6
Piaçava 0,1-0,9 17-218 8-11 34-108 50-143 4-6 5,6-21,8
Bambu 0,35 22-27 - - 270-575 3,2 28,8-270
Apesar de um grande numero de pesquisas estarem sendo executadas visando o uso
de fibras vegetais como reforço em matrizes, elas ainda não se apresentam como uma escolha
automáticA. Os principais problemas observados sobre tal uso estão relacionados com o baixo
módulo de elasticidade, a alta absorção de água, a susceptibilidade a ataque de fungos e
insetos, a durabilidade das fibras em meio alcalino e a variação das propriedades das fibras de
mesmo tipo (TOLEDO FILHO, 1993).
2.5.2 Fibras vegetais e suas composições químicas
A qualidade das fibras naturais é influenciada por diferentes fatores: condições
climáticas, idade, tipo de solo e processo de extração. Os componentes químicos principais
das fibras são celulose, hemicelulose, lignina, pectina, ceras e substancias solúveis em água.
Valores médios da composição química são mostrados na Tabela 2.3.
32

A quantidade relativa de celulose e lignina influi diretamente nas propriedades
adesivas da fibra. Em geral, nos compósitos reforçados por fibras vegetais, a celulose é
responsável pela ligação ao polímero, enquanto a lignina atua impedindo a difusão da celulose
na matriz, dificultando a aderência da fibra ao polímero e também impedindo que a fibra se
difunda extensivamente na matriz (DE PAULA et al., 1996). Assim o algodão, com a
inexistência de lignina, teria as melhores condições visando somente à interface polímero e
fibra, mais em relação à resistência, que é mais importante, como mostrando no capitulo
anterior, a juta e o sisal demonstram os melhores valores.
Tabela 2.3 – Composição química de diferentes fibras naturais (BLEDZKI, 1996)
juta sisal algodão linho
Celulose 64,4 65,8 82,7 64,1
Hemicelulose 12,0 12,0 5,7 16,7
Pectina 0,2 0,8 5,7 1,8
Lignina 11,8 9,9 - 2,0
Água soluvel 1,1 1,2 1,0 3,9
Cera 0,5 0,3 0,6 1,5
Agua 10,0 10,0 10,0 10,0
33

3 MATERIAIS E METODOS
3.1 MATERIAIS
3.1.1 Bambu
Foram usados bambus maduros da espécie Bambusa vulgaris, que é a espécie mais
encontrada no estado da Paraíba, na forma de colmos inteiros. A idade dos colmos foi
estimada entre dois e três anos. A secagem dos mesmos foi feita ao ar livre, em ambiente de
laboratório (Figura 3.1). . Os colmos foram submetidos a tratamentos imunizantes com óleo
Diesel (Figura 3.1a). A secagem dos mesmos foi feita ao ar livre, em ambiente de laboratório
(Figura 3.1b).
(a) (b)
Figura 3.1 – (a) Tratamento com óleo Diesel; (b) Secagem dos colmos.
As resistências à compressão medidas em corpos-de-prova com altura igual ao
diâmetro (Figura 3.2) indicaram resistências à compressão entre 39 e 64 MPa, medidas em 9
amostras não do mesmo colmo, da base (B), do centro (M) e do topo (T) de acordo com a
norma AC 162 (ICBO) proposta pelo INBAR (International Network of Rattan and Bamboo).
Estes valores são coerentes com os indicados pelo Barbosa et al. (1991), de 35 a 60 MPa para
34

esta espécie de bambu. Note-se a enorme variação de resistência do material vegetal, também
atestada por outros autores.
Figura 3.2 – corpos-de-prova Bambusa vulgaris em teste de compressão
3.1.2 Fibras vegetais
Foram utilizadas fibras vegetais de sisal e de juta na forma de mantas. Estas são
empregadas na produção de revestimentos de piso (carpete), com trama de fios de 2,0 mm de
diâmetro em média, malha estreita e peso teórico de 1285 g/m 2 (Figura 3.3a). Já o tecido de
juta é usado em sacaria, com trama de fios de 1,5 mm de diâmetro em média, malha
relativamente estreita e peso teórico 340 g/m 2 (Figura 3.3b). A malha de sisal é bem mais
rígida que a de juta.
35

(a) – sisal
( b) – juta
Figura 3.3 – Mantas de fibras vegetais
3.1.3 Matriz polimérica
Utilizou-se como matriz resina de poliéster pré-acelerado, fornecido pela empresa RF
Químicos LTDA, sob o código L-110. Foi adicionado um catalisador, para aceleração do
processo de polimerização.
3.1.4 Talco
Nos estudos mais avançados foi experimentada a adição de talco industrial, para
tornar a resina mais viscosa. O talco foi adicionado na proporção de 10 %.
3.2 METODOS
3.2.1 Características físicas da resina
O tempo e a velocidade de endurecimento da resina polimérica são sensíveis ao teor
de catalisador. Foi então feito o ensaio de tempo de pega, de forma semelhante à que se faz
com o cimento (aparelho de Vicat). Foram usados tubos de PVC, como molde, de diâmetro de
36

2,15 cm e altura de 4,3 cm. A resina foi misturada com diferentes teores de catalisador,
variando entre 1% e 5%, e colocada nos moldes de PVC. A cada cinco minutos foi anotado o
valor de penetração da agulha do aparelho indicado na Figura 3.3. Assim obteve-se o tempo
em que à resina permanecia líquida e o intervalo em que ocorria a solidificação. Chamou-se
então, início de pega o tempo posterior quando a agulha já não toca mais a base do
equipamento de medição, e fim de pega o tempo em que a agulha não penetra mais no corpo
de prova. Depois do endurecimento de 24h foi medida a resistência à compressão dos corposde-prova
de resina (Figura 3.4) em uma maquina universal dos ensaios.
(a) (b)
Figura 3.4 – (a) Aparelho de Vicat; (b) corpos-de-prova para ensaio de compressão
3.2.2 Processo de moldagem
No presente trabalho foi utilizado o método de laminação manual (hand-lay-up) por
causa das vantagens do baixo investimento em equipamentos, da flexibilidade e da
simplicidade do mesmo. Foram pensadas inicialmente em se realizar dois tipos de ligação,
uma na forma de bandagem e outra com um molde de madeira, tipo pré-fabricado.
3.2.2.1 Ligação por bandagem
Primeiro se preparo à lâmina do compósito, mostrada na Figura 3.5, com uma
proporção de catalisador de 2 %. Foram utilizados dois pedaços de bambusa vulgaris com
37

uma altura de 10 cm. Antes do endurecimento, com ela se envolve, como uma bandagem, os
dois pedaços de bambu a serem unidos. Para evitar o escoamento da resina foi colocado um
filme plástico em volta e fixado com um cordão de sisal.
(a) (b)
Figura 3.5 – (a) Preparação de um compósito; (b) uma ligação realizada
Um processo parecido foi aplicado para confeccionar ligações tridimensionais.
Foram empregados três pedaços de bambu e juntados através de bandagem de mantas de sisal
impregnados com a resina (Figura 3.6.)
Figura 3.6 – Ligação tridimensional
3.2.2.2 Ligação pré-fabricada
A ligação tubular pré-fabricada faz e uso de uma forma de madeira, como se vê na
Figura 3.7. Com objetivo de facilitar a desmoldagem, usou se uma cera líquida para formas de
concreto, DESMOL, e um filme plástico, devido à tendência que o poliéster tem de aderir às
superfícies. O tecido de sisal como recebido foi cortado e pesado. Pesou-se o poliéster e o

catalisador (2% em peso) e fez-se a mistura dos mesmos. Depois de cerca de 10 min de
espera, correspondendo quase que ao inicio de pega a resina foi colocada no tecido de sisal e
espalhada manualmente até a fibra ficar completamente encharcada. Fechou-se o molde
quando a resina estava próximo do ponto de gelificação. Depois de mais ou menos 15 min,
colocou-se um dispositivo comprimindo e deixou-se endurecer à temperatura ambiente por
um período de 24h. Devido à aplicação de uma compressão radial, melhorou-se a distribuição
da resina no compósito. Foram produzidas ligações de comprimento variando de 60 mm a
100 mm. O diâmetro depende das dimensões do molde, que pode variar como se queira. A
intenção é a fixação dessa ligação tubular nos colmos através de pinos.
Figura 3.7 – Ligação pré-fabricada
Foram confeccionadas também ligações tridimensionais. Usou-se um molde de PVC
(tubulações de esgoto, Figura 3.8 a) e tecido de sisal, cortado e fixado no molde com um
cordão. Neste caso fui adicionado 10 % de talco para facilitar o processo de impregnação. A
resina foi aplicada com um pincel (Figura 3.8 b), endureceu por 24h e finalmente o compósito
foi retirada do molde (Figura 3.8 c).

(a) (b) (c)
Figura 3.8 – (a) Molde de PVC; (b) Aplicação da resina; (c) Ligação endurecida.
Para produzir o compósito plano, a ser usado em testes de resistência à tração,
adotou-se o mesmo procedimento. Foram moldados pequenas placas com dimensões 150mm
x 150mm x 4mm, com aproximadamente 30 % de fibra (Figura 3.9).
Também foram
moldadas placas planas só com a resina.
Figura 3.9 – Compósito plano para extração de corpos-de-prova para ensaio de tração
3.2.2.3 Teor de fibras
O teor de fibras foi determinado por gravimétrica. O tecido de sisal após ter sido
cortado nas dimensões do molde, foi pesado antes e após o laminado ser produzido. O teor de
fibras foi calculado como a relação entre o peso do reforço e o peso do laminado produzido.

3.2.3 Ensaios mecânicos
O bambu e os compósitos foram testados visando à determinação das suas
resistências mecânicas. Também foi verificada a resistência da resina e da fibra
separadamente.
3.2.3.1 Comportamento no ensaio de compressão
Em principio tentou-se verificar como se comportaria a ligação por bandagem num
ensaio de compressão. Foram então feitas ligações em dois pedaços de colmo com altura de
10 cm, afastados entre si por uma pequena camada de EPS (Figura 3.10) e com diferentes
comprimentos de contato com o colmo. O processo de moldagem foi feito como descrito em
item 3.2.2.1. Foram testados compósitos com sisal e com juta. O ensaio foi realizado em
máquina de ensaio à compressão em corpos-de-prova tubulares.
Figura 3.10 – Ensaios de compressão da ligação por bandagem (sisal/juta) com EPS
Em seguida foram feitos teste de compressão com os colmos em contato entre si. Foi
ensaiado um corpo-de-prova com e sem ligação, conforme mostra a Figura 3.11. Procurou-se
manter aproximadamente a mesma esbeltez.

(a) (b)
Figura 3.11 – Ensaio de compressão de colmos em contato nas extremidades
(a) com e sem (b) ligação
Também foi verificado o comportamento da ligação pré-fabricada isolada em
compressão (Figura 3.12). O corpo-de-prova foi confeccionado como descrito em item
3.2.2.2. Usou-se altura igual diâmetro para se poder comparar a tensão máxima com a de
corpos-de-prova de bambu.
Figura 3.12 – Ensaio de compressão da ligação pré-fabricada
3.2.3.2 Comportamento no ensaio de flexão
Foram unidos colmos de bambu formando uma peça única, conforme Figura 3.13,
para ensaio de flexão simples (quatro pontos). A distancia entre os apoios foi de 59 cm e
distancia media das cargas aplicadas de 23 cm. Foram feitas ligações sem e com nó no centro

da ligação. O carregamento foi aplicado de forma crescente e verificada a carga máxima e o
estado da ligação após o ensaio. Em um dos casos, usaram-se pinos de aço. Os colmos
testados tinham aproximadamente as mesmas dimensões.
Figura 3.13 – Ensaio de flexão em colmos unidos pela ligação proposta
3.2.3.3 Comportamento no ensaio de tração
Foram produzidos corpos-de-prova na forma de barras retangulares a partir dos
laminados do item 3.1.3.2 nas dimensões prescritas em pela Norma ASTM D 3039, serrados e
com o acabamento feito por lixas n° 100 e n° 180. As dimensões reais utilizadas foram:
Comprimento: 90 mm; Largura: 10 mm; Espessura: 4 mm; Comprimento útil: 40 mm.
Também foram preparadas barras retangulares com as mesmas dimensões só com a
resina e só com o tecido de sisal.
Em seguida foram confeccionados corpos-de-prova tubulares (Figura 3.15), que foram
fixados por um pino de bambu nos colmos e o conjunto submetido o ensaio de tração. Foram
testados três afastamentos do pino à extremidade da ligação em compósito: 3 cm, 4 cm e 5cm.
Os testes foram realizados em uma maquina de ensaios de marca SHIMADZU,
modelo Servopulser 50 kN (Figura 3.14) com velocidade de carregamento de 4,8 mm/min. A
resistência da ligação corresponde à carga máxima obtida.

Figura 3.14 – Ensaio de tração em compósitos
Figura 3.15 – Ensaio de resistência à tração da ligação
3.2.4 Proposição de equipamentos urbanos
Através de maquetes, desenhos e plantas realizaram-se diferentes proposições para
equipamentos urbanos como barraca de ambulantes, parada de ônibus, cobertura de
estacionamento de automóvel, etc, com base no bambu e as ligações desenvolvidas. As
estruturas foram calculadas de sorte a se ter as forças atuantes nos elementos de bambu e nas
ligações.

4 RESULTADOS E DISCUSSÃO
4.1 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DA RESINA
Os resultados dos tempos de inicio e de fim de pega da resina e a resistência à
compressão estão dispostas na Tabela 4.1 e na Figura 4.1. Vê-se que o aumento de teor de
catalisador não faz diminuir linearmente o inicio e o fim de pega. O resultado pode ser
influenciado pela realização dos ensaios durante diferentes dias. Até o teor de 2 % observa-se
certa continuidade tanto na diminuição de tempo de pega quanto no aumento da resistência. A
partir daí já não se observa mais continuidade, nem no tempo de pega nem na resistência. A
melhor resistência à compressão ocorreu com o teor de 2 % de catalisador, portanto foi este o
escolhido para a laminação do compósito. Também o intervalo entre inicio e fim de pega é
suficiente para se executar o processo de confecção da ligação.
Note-se a excelente resistência da resina, que, embora medida em corpos-de-prova de
pequena dimensão (o que sobre-valoriza o valor medido), chegou a superar 120 MPa.
Tabela 4.1 – Tempos de inicio e de fim de pega e resistência ã compressão
de corpos-de-prova de resina
Teor catal.
(%)
Início
(min)
Fim
(min)
Resistência
(MPa)
1,0 25 35 95,26
1,5 20 25 106,73
1,9 10 15 114,77
2,0 15 20 127,39
2,1 10 15 110,18
2,2 10 15 103,29
2,5 15 20 89,52
3,0 15 20 107,88
3,5 10 20 113,62
5,0 10 15 61,97

45
penetracao (mm)
40
35
30
25
20
15
10
5
1,00%
1,50%
1,90%
2,00%
2,10%
2,20%
2,50%
3,00%
3,50%
5,00%
0
0 5 10 15 20 25 30 35
tempo (min)
(a)
140,00
2,00%
120,00
100,00
1,00%
1,50%
1,90%
2,10%
2,20%
2,50%
3,00% 3,50% 5,00%
Ten sao (MPa)
80,00
60,00
40,00
20,00
0,00
% de catalisador
(b)
Figura 4.1 – (a) Tempos de inicio e de fim de pega; (b) resistência à compressão da resina

4.2 PROCESSO DE MOLDAGEM
O conhecimento obtido pelos ensaios sobre a resina, possibilitou melhorar bastante o
processo de laminação. A partir de então, passou-se a realizar a fixação das mantas de sisal
seja nos colmos de bambu a serem ligados, seja no molde interior para a ligação pré-fabricada
no inicio de tempo de pega. Assim, deixa de ocorrer o escoamento da resina.
Observou se também que os corpos-de-prova confeccionados com molde de madeira
mostram uma superfície mais homogênea e de melhor acabamento.
4.3 DESEMPENHO DAS LIGAÇÕES
4.3.1 Comportamento no ensaio de compressão
4.3.1.1 Ligação por bandagem
Nos casos em que os colmos ficaram separados houve diferente comportamento das
ligações com os compósitos com juta e com sisal. No primeiro caso, verificou-se que a
ligação flambou no espaçamento entre os colmos (Figura 4.2), a tensão transversal de tração
surgida chegou mesmo a rasgar, depois de flambar, a manta de juta. No caso da ligação com
sisal, a rigidez é muito maior, assim como a resistência à tração. Assim, em vez de flambar,
há perda de aderência e os colmos deslizam até encontrarem-se os topos.
Figura 4.2 – Ligação com juta: flambagem; ligação com sisal, deslizamento sem ruptura

Para efeito de comparação, foi admitida uma tensão convencional correspondendo à
força aplicada dividida pela área da seção transversal média dos colmos unidos. Nas Tabelas
4.2 e 4.3 vê-se que o comprimento da ligação em contato com o colmo não influiu na
capacidade de carga. Isto quer dizer que a aderência não é determinante na carga última. Na
realidade, durante o ensaio, tem-se um primeiro pico de carga que indica a perda de aderência,
essa sim, função do comprimento da ligação. Infelizmente, por deficiência da instrumentação,
não se conseguiu determiná-lo com precisão.
Tabela 4.2 – Ligação com o compósito com sisal
amostra 7 amostra 8 amostra 9
Comprimento (cm) 7 8 9
Diâmetro ext (cm) 5,2 5,3 5,35
Diâmetro int (cm) 3,95 4 4,15
Área (cm²) 8,98 9,50 8,95
Força max (kN) 275 230 163
Tensão max (MPa) 30,61 24,22 18,15
Tabela 4.3 – Ligação com o compósito com juta
amostra 10 amostra 11 amostra 12
comprimento (cm) 8 9 10
diâmetro ext (cm) 5,7 5,525 5,75
diâmetro int (cm) 4,675 4,475 4,475
Área (cm²) 8,35 8,25 10,24
Força (kN) 120 113 168
Tensão (MPa) 14,37 13,64 16,36
Nas Tabelas 4.3 e 4.4 pode-se ver que a ligação com juta conduziu a menores cargas
últimas que a ligação com sisal. No caso da juta, a carga máxima está sendo a que provocou a
flambagem da ligação. No caso do sisal há um deslizamento lento dos colmos dentro da

ligação e a carga última depende de como os colmos entram em contato de topo. Quanto
maior a área de contato, maior a capacidade da ligação. Como o Bambusa vulgaris apresenta
muitas imperfeições, é grande a disparidade nos resultados. Casos houve de um dos colmos
fraturarem e penetrarem no outro, como mostra a Figura 4.3.
Figura 4.3 – Colmo penetrando um no outro nos limites de carga
Os testes mostraram que:
• A ligação é sensível às variações geométricas (diâmetro, paralelismo, etc.).
• Podem ocorrer penetrações entre os colmos por falta da linearidade.
• A aderência do bambu com a ligação conduz a relativamente pequena
capacidade de carga. Em compressão é necessário que os topos dos colmos
estejam em contato entre si e esse contato seja o mais regular possível.
No caso dos testes realizados com os colmos diretamente em contato entre si,
percebeu-se que a função da ligação é mais de não permitir a separação do colmo fraturado
por conta das tensões de tração radiais. Sendo baixa a resistência à tração do bambu
transversalmente às fibras, ocorre a trinca que se pode ver na Figura 4.4. Havendo a ligação
com o compósito, as tensões de tração são resistidas pelo mesmo e no trecho da ligação

aquela fissura não aparece. A Tabela 4.4 mostra que o compósito não influi na tensão média
final.
Figura 4.4 – Ligação impedindo fissura longitudinal
Tabela 4.4 – Tensão máxima no contato dos colmos
com ligação sem ligação
diâmetro ext (cm) 6,7 5,45
diâmetro int (cm) 5,5 4,3
Área (cm²) 11,50 8,81
Força (kN) 425 313
Tensão (MPa) 36,96 35,49
4.3.1.2 Ligação pré-fabricada
Na ligação feita por bandagem, não se consegue determinar com precisão o teor de
fibras, porque não é possível pesar o laminado endurecido separadamente do colmo. Já na
ligação pré-fabricada há essa possibilidade.
A Figura 4.5 demonstra que existe uma relação entre o teor de fibra e a resistência à
compressão: quanto menor o teor de fibras, maior a resistência. Cada resultado corresponde à
média de 2 corpos-de-prova.

30,00
25,00
26,90%; 25,18
20,00
Tension (MPa)
15,00
10,00
28,40%; 14,48
29,50%; 10,07
5,00
0,00
1
Composites
Figura 4.5 – Relação entre teor de fibra e resistência à compressão
Na Figura 4.6 vê-se que ocorreu flambagem no topo do corpo de prova em vez de
acontecer no centro. Isto pode ser atribuído a imperfeições dos elementos testados e da altura
igual diâmetro. A ruptura não é brusca, percebendo-se que o trecho descendente da curva
carga-deformação é bastante longo, indicando ductilidade e tenacidade do compósito.
Figura 4.6 – Ensaio de compressão e corpos-de-prova da ligação pré-fabricada após ensaio

4.3.2 Comportamento no ensaio de flexão
Nas Figuras 4.7 a 4.10 podem-se ver os casos em que foram testadas as ligações em
flexão. Os corpos-de-prova foram submetidos a ensaio de quatro pontos. Assim, no trecho
com esforço cortante constante, a tensão de cisalhamento é determinante na ruptura. Isto
porque a resistência ao cisalhamento paralelo às fibras é baixa, quando comparada com a
resistência à tração.
Na Figura 4.7 vê-se o ensaio de um colmo único, sem emenda. A fissura de
cisalhamento ocorre exatamente onde às tensões são máximas, ou seja, a meia altura da seção.
Depois de formada essa fissura, ocorreu o esmagamento da extremidade. A força máxima
passou de 4,0 kN.
Figura 4.7 - Colmo inteiro de bambu sem nó nos apoios
Na Figura 4.8 pode-se notar que a presença do nó na extremidade melhorou o
desempenho do colmo no ensaio. Houve a formação da fissura a meia altura do colmo, mas o
esmagamento foi evitado, havendo significativo acréscimo na capacidade de carga.

Figura 4.8 – Colmo inteiro com nó nos apoios
Na Figura 4.9 vê-se o ensaio de uma peça emendada por bandagem. No caso, notouse
uma flexibilidade maior que nos casos anteriores. Isto após haver descolamento na parte
inferior da ligação. Nas vizinhanças da carga última, além da fissura de cisalhamento, chegou
a haver ligeiro esmagamento no contato da carga.
Figura 4.9 – Colmos ligados no centro
A ligação com pinos metálicos indicada na Figura 4.10 teve excelente desempenho.
Agora não houve separação da ligação, impedida pelos pinos. A flexibilidade foi maior que
nos colmos sem emendas, mas já menor que no caso da ligação sem pinos. Após o ensaio a
ligação permaneceu em muito boas condições, a ruptura acontecendo mais por esmagamento
localizado do colmo nos pontos de aplicação da carga.

Figura 4.10– Colmos ligados no centro com presença de pinos metálicos
Do exposto, pode-se perceber a importância de se fazer com que no apoio haja a presença
de nó.
4.3.3 Comportamento no ensaio de tração
4.3.3.1 Materiais básicos e compósito
A Figura 4.11 apresenta três curvas carga-deformação da matriz polimérica. Nota-se um
comportamento aproximadamente linear, até proximidades da ruptura que ocorre de maneira
brusca. Para deformações de 1 % a resina apresentou uma tensão da ordem de 10 MPa. A
tensão máxima ficou próxima de 35 MPa.
Na Figura 4.12 vê-se o comportamento do tecido de fibra. Aqui, a área considerada foi a
largura da manta vezes sua espessura, não representando os resultados a resistência do
material em si. As fibras individuais podem ter resistência superior a 600 MPa (TOLEDO
FILHO, R. D. 1997). No caso, a tensão convencional adotada chegou a 20 MPa, mas para
deformações de 1 % tem-se somente uma tensão de 2 MPa. Isto porque, no corpo-de-prova ao
ser tracionado, primeiro começa a ocorrer a retificação dos fios e cordões, resultando em uma

curva convexa no inicio do gráfico tensão-deformação. Depois que as fibras ficam bem
esticadas o material começa a aumentar a rigidez.
A curva relativa à amostra dois da Figura 4.12 tem pico de tensão inferior aos
demais porque nela constavam apenas quatro cordões longitudinais ao passo que as demais
apresentavam cinco cordões.
Na Figura 4.13 tem-se agora as curvas tensão-deformação do compósito. Veja-se que
se chegou a uma tensão máxima de 24 MPa, mas com uma deformação alta. Para tensões de 6
– 12 MPa o material apresentou uma pequena deformação em torno de 1% que é valor
satisfatório na construção civil. Foram testadas duas formas de corpos-de-prova, indicados na
Figura 4.13, mas o comportamento tensão-deformação foi semelhante.
40
amostra 2 amostra 3 amostra 4
35
30
tensão (MPa)
25
20
15
10
5
0
0 1 2 3 4 5 6
deformação (%)
Figura 4.11– Relação deformação - tensão da resina

amostra 1 amostra 2 amostra 3
25
20
tensão (MPa)
15
10
5
0
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
deformação (%)
Figura 4.12 – Relação tensão - deformação de sisal
test 1 test 4 test 5 test 7
25
Test 1,7
20
Test 4,5
tensão (MPa)
15
10
5
0
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
deformação (%)
Figura 4.13 – Relação tensão-deformação do compósito

4.3.3.2 Ligação
Nas ligações tubulares submetidas à tração foram testadas diferentes distancias do
pino à extremidade. As Tabelas 4.5 e 4.6 mostram os resultados e as Figura 4.14 e 4.15 os
corpos-de-prova após do ensaio. Usaram-se neste ensaio pinos de bambu e pinos de aço.
Observa-se nos ensaio tanto com pino de bambu como com pino de aço, quanto maior a
distância entre extremidade e pino quanto maior a resistência. Para 3 e 4 centímetro de
afastamento ocorreu rasgamento da ligação, ao passo que com 5 cm, a ligação ficou quase
intacta e quem falhou foi o pino de bambu.
Em virtude de o pino de bambu não ter ficado com a circular, difícil fica achar uma
tensão de contato entre ele e a parede do tubo. No entanto, com o pino metálico, pode-se
obter este parâmetro, que está indicado na Tabela 4.6. Vê-se que com o pino de aço, material
muito mais rígido, a resistência aumenta em relação ao ensaio com pino de bambu. A tensão
de contato é bastante elevada. Para aumentar a capacidade de carga da ligação, pode-se
aumentar o diâmetro e/ou o número de pinos.
Tabela 4.5 – Resultados do ensaio de tração (pino bambu)
Unidade
Corpo
de prova
Corpo de
prova
Corpo de
prova
Distância até extremidade cm 5 4 3
Força máx. kN 2,9 2,7 2,6
Tabela 4.6 – Resultados do ensaio de tração (pino aço: d=9mm)
Unidade
Corpo
de prova
Corpo de
prova
Corpo de
prova
Distância até extremidade cm 5 4 3
Força máx. kN 4,6 4,3 3,4
Tensão de contato MPa 60,5 56,7 44,7

5
4 3
(a)
(b)
Figura 4.14 – (a) Ensaio de tração (pino bambu); (b) Corpos-de-prova após do ensaio.
5
4 3
(a)
(b)
Figura 4.15 – (a) Ensaio de tração (pino aço); (b) Corpos-de-prova após do ensaio.

4.4 PROJETO ARQUITECTÕNICO
4.4.1 Projeto
Ressalta-se que o projeto arquitetônico dos equipamentos urbanos visa demonstrar a
viabilidade das estruturas feitas com materiais não convencionais, neste caso o bambu e o
sisal, através de propostas arquitetônicas sustentáveis que empreguem materiais disponíveis
na região e busquem a harmonia com o meio ambiente.
Objetivo do projeto arquitetônico foi o desenvolvimento de um elemento estrutural
que possa ser utilizado em várias soluções. Este elemento é pré-fabricado para reduzir os
custos produtivos e evitar os problemas no processo de produção. Foi escolhida a geometria
da treliça (Figura 4.16) que possibilita atender a este requerimento. Primeiro foram elaboradas
os detalhes da treliça (Figura 4.17), usando as ligações desenvolvidas com fibras de sisal em
matrizes poliméricas. Após, foram projetadas diversos propostas demonstradas nas Figuras
4.18 a 4.23, incluindo os detalhes da fundação proposta com concreto armado.
Figura 4.16 – Treliça de bambu

Figura 4.17 – Detalhes da treliça de bambu

(a)
(b)
Figura 4.18 - Proposta 1: (a) barraca de ambulante, (b) detalhes

(a)
(b)
Figura 4.19 - Proposta 1: (a) variação da estrutura, (b) detalhes

(a)
(b)
Figura 4.20 – Proposta 2: (a) parada de ônibus, (b) detalhe

(a)
(b)
Figura 4.21 – Proposta 3: (a) cobertura pequena (uso diverso), (b) detalhe

Figura 4.22 – Proposta 4: cobertura grande (uso diverso)

Figura 4.23 – Proposta 5: estacionamento coberto

4.4.2 Verificação estrutural da proposta arquitetônica
Foram analisadas através de um programa de cálculos (Ftool) a proposta um
apresentada no item anterior.
Foi considerado peso próprio da telha (tipo Onduline) de 5 kgf/m 2 e uma sobrecarga
vertical correspondente a vento a 20 kgf/m 2 . Considerando-se que há dois pórticos, metade do
carregamento vai para cada um deles. A área de influência é aproximadamente 4,8 m 2 o que
implica numa carga total de 4,8 x 25 = 120 kgf, por pórtico. Como há terças de bambu para
apoio das telhas, pode-se admitir carga concentrada de 120/6 =20 kgf, ou seja, 0,2 kN. No nó
central apoiam-se duas terças, daí o maior valor da força ali aplicada. Na Figura 4.24 tem-se o
esquema de cálculo. Foi também verificado o pórtico com carga horizontal de correspondente
a uma ação de vento de 20 kgf/m 2 .
Na Figura 4.25 vêm-se os esforços normais. Observa-se que o maior esforço normal
na treliça é de 1 KN. Nos ensaios realizados o menor valor resistido pela ligação foi 3,4 KN,
usando-se pino de aço e 2,6 KN quando se usou pino de bambu. Tem-se então um fator de
segurança superior a 3.
Na Figura 4.26 tem-se o momento fletor. O esforço de flexão encontrado no banzo
superior foi apenas de 0,1 KNm, que é facilmente suportada pela ligação.

(a)
(b)
Figura 4.24 – (a) Pórtico com cargas verticais; (b) Pórtico com cargas verticais e horizontais
Figura 4.25 – Esforço Normal: (a) carga vertical, (b) carga vertical e horizontal

Figura 4.26 – Momento fletor: (a) carga vertical, (b) carga vertical e horizontal
4.4.3 Construção de protótipo
O elemento estrutural, a treliça, apresentada anteriormente, contendo colmos de
bambu e ligações feitas com sisal em matrizes poliméricas, foi utilizado para a construção de
um primeiro protótipo, que poderia ser uma parada de ônibus, ou barraca de ambulantes. As
Figuras 4.27 a 4.29 mostram as diferentes etapas de fabricação da treliça. Primeiro foram
cortados os colmos de bambu e apos às mantas de sisal para cada tipo de ligação. Em seguida,
elas foram fixadas com cordões de sisal e impregnadas com a resina.
As colunas foram cortadas e furadas para se poder fixar as treliças (Figuras 4.30 a
4.31). Uma fundação de concreto nas dimensões 40 x 40 cm foi preparada. Após de
endurecimento o interno final das colunas foram preenchidas com concreto (Figura 4.32) e
colocadas em cima da fundação (Figura 4.33) onde havia um ferro de espera. Por ultimo se
colocou a treliça na posição final, através de pinos, e se cobriu a estrutura com telhas tipo
Onduline.

(a)
(b)
Figura 4.27 – (a) Corte dos bambus; (b) Treliça sem ligação.
Figura 4.28 – Corte das mantas de sisal
Figura 4.29 – Fixação das mantas de sisal com a matriz

Figura 4.30 – Pré-montagem das colunas com a treliça
Figura 4.31 – Pré-montagem das colunas com a treliça
(a)
(b)
Figura 4.32 – (a) Inserção de concreto nas colunas; (b) Fixação das colunas no fundamento.

Figura 4.33 – Montagem dos banzos e do telhado
Figura 4.34 – Montagem da estrutura
Figura 4.35 – Protótipo concluido

5 CONCLUSÕES
Neste capitulo são apresentadas as principais considerações finais sobre as ligações
desenvolvidas, as propostas de equipamentos urbanos e também algumas sugestões para
trabalhos futuros, que podem vir a contribuir para a utilização de materiais amigáveis.
Resumidamente pode-se dizer que as conexões feitas com sisal em matrizes
poliméricas podem ser uma alternativa viável, podendo substituir as ligações em aço. As
grandes vantagens são a leveza e a simplicidade do processo de fabricação de ligações.
5.1 LIGAÇÕES
• A resina polimérica utilizada apresenta resistência à compressão da ordem de
120 MPa e o teor de catalisador mais apropriado encontrado para este trabalho foi de
2%.
• Em compressão, a ligação estudada funciona muito melhor se houver contato direto
entre as extremidades dos colmos. A capacidade de carga da ligação está ligada à
área de contato entre elas, suas dimensões e linearidade das peças ligadas. A ligação
por bandagem com o compósito de juta apresentou menor resistência que aquela de
sisal, porém ela pode ser melhorada se mais de uma camada do tecido de fibras for
colocada. Na ligação pré-fabricada observa-se a tendência do aumento da resistência
à compressão quando há uma diminuição do número de fibras na mesma camada.
• Em flexão, a ligação tem boa capacidade de cargas, embora conduza a uma maior
flexibilidade que o colmo inteiro. Os testes mostraram que a inclusão de pinos
melhora o comportamento da ligação e, neste caso, pode-se mesmo dizer que não foi
a ligação que limitou a capacidade de carga, mas sim outros fenômenos como o

cisalhamento e/ou esmagamento localizado dos colmos nos pontos de aplicação de
carga.
• Em tração observa-se que a distancia do pino à extremidade da ligação influencia na
capacidade de carga. Afastamentos pequenos fazem o tecido rasgar-se. Uma
distância de 5 cm parece já ser suficiente para que não ocorra o rasgamento e sim um
esmagamento no contato pino-compósito. A capacidade de carga pode ser aumentada
aumentando-se o diâmetro dos pinos ou mesmo seu número.
5.2 PROJETO ARQUITETÔNICO
• O elemento estrutural básico da treliça proposta possibilita uma grande variedade de
projetos arquitetônicos para diversos equipamentos urbanos. A pré-fabricação da
treliça acelera o processo de construção, diminui os custos produtivos e erros na
execução.
• As ligações realizadas por bandagem com mantas de sisal em matrizes poliméricas se
mostraram viáveis apesar de uma superfície menos homogênea que das ligações préfabricadas
lineares.
• A partir dos dados obtidos foram calculadas as tensões nas ligações tridimensionais.
Os resultados indicam que os compósitos tubulares desenvolvidos atingiram
propriedades superiores às requeridas. Portanto, os dados indicam a viabilidade de
empregar este tipo de ligações utilizando os compósitos investigados neste trabalho,
em substituição ao aço, que é o material utilizado normalmente para esta finalidade.

5.3 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS
Em se tratando de um trabalho pioneiro realizado em curto espaço de tempo, certamente
muitos aspectos merecem serem melhor estudados e mais bem estabelecidos.
Pode-se citar:
• Realização de um maior número de ensaios de compressão, flexão e tração nas
ligações tridimensionais, que permitam estabelecer estatisticamente sua resistência.
• Melhorar o processo de confecção das ligações tridimensionais (usando moldes)
para ter um resultado estético melhor e homogêneo.
• Estabelecer com mais precisão a resistência da ligação com pinos sob tração, em
função do diâmetro, número de pinos e afastamentos da extremidade.
• Estudar a durabilidade dos compósitos desenvolvidos para as ligações sob condições
de serviço.

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