estrutura da cupula etc

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P.P.P.P. 1111 SCARABELLI, Patricia Ceroni ACESSIBILIDADE ATUAO PROFISSIONAL E NBR 9050 Complexus Instituto Superior de Engenharia Arquitetura e Design CEUNSP, Salto-SP, ano. 1, n.1, p.81-98, maro de 2010. Disponvel em: www.engenho.info

Ano 01 n. 01

p.

81-98

ESTRUTURA EM BAMBU PARA REA DE USO PBLICO

Instituto de Engenharia Arquitetura e Design INSEAD

Centro Universitrio Nossa Senhora do Patrocnio CEUNSP Salto-SP

Lourdes Abbade RIVERO Pedro Srgio MORETON Carlos Eduardo GOMES

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ESTRUTURA EM BAMBU PARA REA DE USO PBLICO

RIVERO, Lourdes Abbade - Arqt. Mestre em materiais alternativos UNICAMP Campinas SP- Professora do Centro Universitrio Nossa Senhora do patrocnio - CEUNSP- Salto-SP e-mail: [email protected]

MORETON, PEDRO SRGIO (IN MEMORIAN) - CONSTRUTOR EM BAMBU CAMPINAS - SP

GOMES, Carlos Eduardo - EngProf.Dr. em Estruturas - Barretos SP, e-mail: [email protected]

RESUMO: A utilizao do bambu no meio construtivo no Brasil muito recente. As pesquisas realizadas com esse material esto avanando, mas ainda inexistem ferramentas e normas adequadas para sua utilizao. Este trabalho mostra a execuo do primeiro estrutural em bambu construdo em Shopping Center no pas, para uma loja de produtos Asiticos. O material utilizado para a confeco do mezanino foi o Phyllostachys edulis, conhecido popularmente como bambu moss. Os resultados obtidos em ensaios de caracterizao fsico-mecnica denotaram a viabilidade da utilizao do bambu Phyllostachys edulis, como elemento estrutural, comprovando as antigas tcnicas Asiticas do uso deste material em construes.

Palavras-chave: Bambu, estrutura, material no convencional

INTRODUO

A escassez dos recursos naturais, associada ao desenvolvimento de novas tecnologias, vem incentivando novas pesquisas com materiais alternativos, visando a preservao da natureza e melhoria da qualidade de vida do homem. As boas caractersticas fsicas do bambu, bem como sua forma geomtrica peculiar, seu baixo custo e facilidade para a sua obteno, o tornam largamente utilizado como material de construo em vrios pases nos quais cresce com abundncia, principalmente nas zonas tropicais e subtropicais da sia.

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A China desde a Antigidade reconhecida pela tradio na utilizao do bambu, chegando, nesse pas, a ser estimado em cerca de 4000 diferentes usos para esse material, abrangendo desde um simples utenslio at uma complexa construo de residncia ou templo (HSIUNG, 1988).

De acordo com HIDALGO LOPEZ (1978) a ndia foi um dos primeiros pases a aproveitar a elasticidade do bambu, construindo modelos arquitetnicos com arcos e abbadas de diferentes formas. Um dos grandes exemplos a construo da cpula de um dos grandes monumentos da ndia o Taj Mahal, conforme observa-se na figura 01, a estrutura da cpula em bambu.

Figura 1 Estrutura da Cpula do Taj Mahal (ndia) Fonte: HIDALGO LOPEZ (1978)

Na Costa Rica e Colmbia destaca-se a espcie Guadua, sendo muito utilizada no meio construtivo desde pontes tirantadas, habitao popular a arquitetura mais arrojada.

No Brasil no existem muitas espcies de bambu adequadas para o uso estrutural, podendo-se destacar a espcie Denrocalamus giganteus, porm rica em amido ponto de fragilidade para ataque de fungos como o Dinoderus minutus, podendo ser tratada com produtos qumicos conforme AZZINI e BERALDO (2001). Alm de espcies adequadas para o uso estrutural, outro fator que dificulta a utilizao do bambu na arquitetura como elemento estrutural a inexistncia de

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normas para materiais no convencionais, principalmente em lugares pblicos, onde tem-se que trabalhar com um ndice maior de segurana em funo da proteo contra incndio, afim de poder gerar seguro aos estabelecimentos.

2. OBJETIVO

Este trabalho relata a execuo de uma estrutura em bambu construda em rea pblica, abrigando o mezanino de uma loja de produtos Asiticos.

3. BAMBU

3.1. Caractersticas do bambu

um material ecolgico e, de fcil propagao, podendo ser produzido em larga escala mesmo em rea reduzida, suporta elevadas solicitaes quando tracionado, resiste muito bem a cargas dinmicas; possui colmos assexuado anos aps ano, onde segundo UEDA(1968) as espcies Phyllostchys, duram de 60 a 100 anos.

Para uma melhor maximizao da utilizao do bambu, torna-se necessrio um conhecimento adequado de suas propriedades fsicas e mecnicas. Estudos demonstraram que essas propriedades muitas vezes dependem da espcie, das condies climticas, silvicultura, estao de colheita, idade de corte, teor de umidade, posio da amostra com relao altura do colmo, presena ou ausncia de ns nos corpos-de-prova, e condio fitossanitria (LEE et al., 1994).

A idade do corte um fator importante e depende do uso previsto e da espcie que ir se utilizar. Para elementos estruturais, deve-se utilizar somente colmos maduros e completamente lignificados.

O bambu, no entanto, apresenta vrias limitaes para seu emprego em construes devido sua geometria particular, pois os colmos se assemelham a longos troncos de cone, de pequena espessura (varivel ao longo da altura do colmo) e com muitos ns, os quais representa pontos de menor resistncia.

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Conforme AZZINI e BERALDO (2001), as espcies de bambu nativas do Brasil so conhecidas geralmente como: taquara, taboca, jativoca, taquaru ou taboca-a, conforme a regio de ocorrncia. As espcies de bambu mais difundidas no Brasil so: Bambusa tuldoides, B. vulgaris var. vittata, Dendrocalamus giganteus, e algumas espcies pertencentes ao gnero Phyllostachys (AZZINI et al., 1978). BERALDO (1987) afirmou, em estudos realizados sobre as caractersticas fsico-mecnicas de algumas espcies de bambu, que o principal obstculo a ser vencido refere-se inexistncia de normas para ensaio. Em trabalhos realizados, o mesmo autor, baseando-se em normas da Associao Brasileira de Normas Tcnicas (ABNT) para madeira, concluiu que as diferenas anatmicas entre tais materiais so muito distintas, no sendo possvel obter determinadas propores entre os elementos constituintes do bambu, fazendo-se necessrio a criao de normas especficas para este material.

BERALDO e AZZINI (2004) afirmam a grande possibilidade de uso do bambu como material de construo, apesar de possuir massa especifica reduzida, apresenta grande resistncia mecnica, sobretudo em trao. Sendo que o bambu consome pouca energia para sua produo, o que no ocorre com os outros matriais. A tabela 01, comparando as propriedades mecnicas do bambu, pinus e concreto, comprovam esta afirmao.

Tabela 01 - Propriedades mecnicas do bambu, pinus e concreto. Caractristica Bambu Pinus Concreto

Massa especfica (kg/m) 580-700 530 2400 Trao axial(kgf/cm) 2400 1000 20

Compresso axial (kgf/cm) 1200 1200 240 Energia de produo (Mj/m) 30 80 240

Fonte: BERALDO E AZZINI 2004

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4. MATERIAL E MTODOS

4.1. Espcies utilizadas

A espcie Phyllostacys edulis (bambu moss), foi escolhida para o desenvolvimento deste trabalho, em funo de suas propriedade fsicas e mecnicas, esttica e melhor aproveitamento do colmo uniformidade (dimetro variando de 10 a 11,5 cm). Colmos de bambu, com 6 anos de idade, com aproximadamente 20 metros de comprimento foram retirados da propriedade do Sr. Takasi Myazaky.

4.2. Processo de preparo para o tratamento

Os colmos foram cortados em 4 metros e tratados por tcnicas japonesas, sistema de auto-clave, ou seja os colmos ficaram a uma temperatura de 100C, depois defumado e colocados para secagem natural por um perodo de 2 meses.

4.3. Ensaios aplicados ao bambu

4.3.1. Ensaio de compresso.

Foram cortados 6 corpos-de-prova medindo 75 cm de comprimento, da regio internodal, ou seja com o n ao meio. Para a realizao deste ensaio, foi utilizada uma prensa universal EMIC, do Laboratrio de Ensaios de Materiais da Faculdade de Engenharia Agrcola da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) de 30 toneladas.

A resistncia do bambu proporcional quantidade de fibras do mesmo. A maior concentrao destas se d prximo casca (at 70%) e diminui medida que se caminha em direo ao centro.

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4.3.2. Ensaio de flexo simples

Este ensaio foi realizado no Laboratrio de Materiais da Faculdade de Engenharia Civil da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP), utilizando uma prensa DINATEST, com uma clula de carga de 40 toneladas. Os colmos de bambu foram cortados com 1,50 metro de comprimento, sendo utilizados seis (6) corpos de prova. A figura 2 mostra o corpo de prova no momento do ensaio.

Figura 2 Corpo de prova no momento do ensaio.

4.3.3. Estrutura do mezanino

4.3.3.1. O projeto

O mezanino foi projetado seguindo as normas do Shopping, onde no permitida fixao nas paredes divisrias do local. Desta forma a estrutura encontra-se recuadas das paredes divisrias 0,05 cm, foram dimensionados (25) vinte e cinco pilares de bambu, com dimetro mdio de 10 cm complementados por vigas principais e secundrias. As vigas secundrias recebem um reforo de amarrao de parafusos tipo rosca sem fim galvanizados com 10 mm de espessura revestido com bambu da espcie Phyllostachys . A figura 03 mostra o projeto do mezanino com a modulao das vigas e painel wall.

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Figura 03. Planta baixa do mezanino.

O sistema estrutural adotado compe-se de colunas, vigas principais, vigas secundrias ou nervuras e piso painel wall, fixado nas nervuras, revestidos com carpete de madeira. As figuras 4 e 5 mostram este processo.

Figura 04. Pilar principal e estrutural do guarda-corpo.

Figura 05. Vigas principais e secundrias, amarrao das vigas secundrias.

As colunas foram compostas por dois elementos engastados nas suas bases ao solo, atravs de um bloco de concreto enterrado no solo, com a profundidade de 1 metro. Um terceiro elemento foi instalado junto coluna para amarrao das vigas

Viga secundria

Viga principal

Pilar principal

Pilar estrutural Guarda-corpo

Pino revestido com bambu (amarrao das vigas)

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e guarda-corpo, ambas colunas receberam um tratamento com asfalto frio antes da concretagem. A figura 06 mostra detalhes da fundao das colunas.

PISO ACABADO

BLOCO DE

CONCRETOBLOCO DE

ALVENARIA

BLOCO DECONCRETO

COLUNAS

15

70

70

202570 80

25

50

25

25

50 20

5

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Figura 06 Detalhes da fundao das colunas.

4.3.4. Formas de encaixe.

Para os encaixes dos colmos de bambu foram utilizados cortes biselar, nas unies utilizou-se parafuso de rosca sem fim de 10 milmetros fixadas ao colmo preenchidas com concreto leve com partculas de carvo de bambu. No preenchimento o colmo recebeu um revestimento interno por uma borracha da espessura de 0,02 milmetros com a finalidade de evitar trincas, melhorar o trabalho de dilatao bambu e concreto. A figura 07 os desenhos inseridos mostram detalhes desse encaixe.

Figura 07 Detalhe do tipo de unio.

concreto

parafuso

borracha corte

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4.3.4. Escada

Para a confeco da escada foram utilizados feixes contendo 5 bambus Phyllostachys edulis, cortados na base de unio com ngulo de 45 graus, unidos por parafusos de rosca sem fim de 10 milmetros no sentido transversal, os feixes de bambus so sustentados por (10) dez pilares, recebendo os mesmos procedimentos adotados para as fundaes dos pilares da estrutura do mezanino. Os degraus so em madeira jatob, com largura til de 1,00 metro, 30 cm de largura e 05 cm de espessura, encaixados nos feixes de bambu apoiados por borracha de 10 mm. As figuras 08 (A e B) mostram os bambus de sustentao e detalhe do encaixe dos degraus.

Figura 08 A. Detalhe do feixe de bambu que estrutura a escada.

Figura 08 B. Detalhe do encaixe da madeira no feixe de bambu.

4.3.5. Clculo estrutural

Foi baseado de acordo com as caractersticas mecnicas do bambu, bem como o carregamento no piso e escada conforme as normas adotadas pelo shopping.

Cargas permanentes (peso prprio + revestimento) 2m

kN5,0g =

Sobrecarga de utilizao 2mkN0,2q =

Parafuso que prende o feixe de bambu.

Encaixe da madeira no bambu.

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Total de carga 2m

kN5,2p =

Seo transversal circular vazada para os elementos estruturais, vigas e pilares:

Dimetro externo: cm10e = Dimetro interno: cm5,7i =

Caractersticas geomtricas da seo transversal:

rea: 2cm4,34A =

Inrcia: 4cm335I =

Caractersticas mecnicas adotadas para o bambu:

Resistncia compresso paralela s fibras : MPa71f k,0c =

Resistncia trao paralela s fibras: MPa120f k,0t =

Resistncia mnima flexo: MPa76f k,0b =

Resistncia ao cisalhamento paralelo s fibras: MPa3f k,0v =

Mdulo de Elasticidade longitudinal paralelo s fibras: MPa8000E m,0c =

Mdulo de elasticidade transversal normal s fibras: MPa400E m,90c =

5. RESULTADOS E DISCUSSO

5.1. Compresso Simples

Dos resultados dos ensaios de compresso obteve-se uma mdia prxima de 34 MPa, sendo que no corpo de prova que apresentou maior tenso ocorreu o esmagamento do colmo. Conforme mostra os resultados na figura 09.

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Figura 9 Grfico da Tenso nos corpos de prova.

5.2. Compresso Simples

Nos resultados obtidos observou-se uma carga pontual com uma mdia de 600 Kgf para o momento que o bambu comeou a fletir. Analisando-se uma carga pontual para uma rea de 1 m, obteve-se um resultado de 2.400 Kgf. A figura 10 mostra o grfico da tenso de ruptura a partir dos resultados obtidos.

Figura 10 Grfico da Tenso de ruptura.

32,033,034,035,036,037,038,0

1 2 3 4 5 6

Ten

so

(M

Pa)

380

400

420

440460

480

500

520

1 2 3 4 5 6

Ten

so

de

R

upt

ura

(K

gf/c

m)

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5.3. Valores do Clculo Estrutural

O clculo estrutural seguiu os mesmos princpios utilizados para as estruturas de madeira.

Coeficientes de ponderao para o Estado Limite ltimo Decorrentes de tenso de compresso paralela s fibras 4,10wc =

Decorrentes de tenso de trao paralela s fibras 8,10wt =

Decorrentes de tenso de cisalhamento paralelo s fibras 8,10wv =

Coeficientes de modificao Coeficiente de modificao 1

60,0k 1mod, =

Coeficiente de modificao 2

00,1k 2mod, =

Coeficiente de modificao 3

80,0k 3mod, =

Coeficiente de modificao total

48,0k mod =

Mdulos de elasticidade Longitudinal efetivo paralelo s fibras

MPa3840E ef,0c =

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Transversal efetivo perpendicular s fibras MPa192G ef =

Resistncias de clculo Na compresso paralela s fibras

MPa244,1

7148,0f d,0c ==

Na trao paralela s fibras

MPa328,1

12048,0f d,0t ==

Na flexo

MPa264,1

7648,0f d,0b ==

No cisalhamento MPa3,18,1548,0f d,0v ==

Para o clculo das nervuras ou vigas secundrias adotou-se:

Carregamento m/kN5,160,0.5,2p ==

185 35

p =1,5 kN/m

Re = 1,40kN Rd = 1,90 kN

SEOTRANSVERSAL

10

7,5

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Momento fletor: m.kN64,0M mx =

Cortante: kN40,1Vmx =

Para o clculo esttico das vigas principais adotou-se:

Carregamento: kN90,1RP d ==

V = 1,90 kNR = 5,70 kN

P P

V = 1,90 kN

P = 1,90 kNP

TRANSVERSALSEO

190

10

7,5

65 60 65

Momento Fletor: m.kN24,1M mx =

Cortante: kN90,1Vmx =

Relao der apoio: kN70,5R =

Para as colunas embora sejam compostas por dois elementos elas trabalham de modo independente. O clculo utilizado seguiu as seguintes etapas:

Carregamento de clculo: kN7,5Pd =

Comprimento de flambagem: cm2322908,0L.8,0L fl ===

Raio de girao mnimo: cmimn 12,3=

Esbeltez da coluna: 807412,3

232

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Tenses normais atuantes: MPa7,1cm

kN17,04,34

7,52Nd ===

yI

e.N ddMd =

Excentricidade: cm77,0300232

ea == , portanto cme 77,01 =

kN236232

3353840F 2

2

E =pi

=

cm79,07,5236

236.77,0ed =

=

2dd

Mdcm

kN07,05335

79,0.7,5yI

e.N===

5.4. Estrutura da Escada.

A forma de execuo adotada para a escada pode obter alm de resistncia, um elemento arquitetnico importante no contexto geral do projeto. A figura 09 (A,B e C) mostra a vista frontal do mezanino e lateral da escada em projeto e em loco.

Figura 09 A e B. Detalhe frontal e lateral da escada.

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Figura 09 C. Desenho da vista lateral do mezanino

6. CONCLUSES

A espcie de bambu utilizada Phyllostachys edulis, indicada para a confeco de elementos estruturais, alm da grande resistncia mecnica possui esttica e grande aproveitamento do colmo. A utilizao das borrachas entre as unies das vigas principais e secundarias foi primordial para evitar atrito e facilitar a uniformidade do conjunto, uma vez que os bambus no so totalmente regulares em dimetro.

As dificuldades encontradas referem-se a falta de normas brasileiras no que se refere a utilizao do bambu em construes bem como proteo contra incndio. Para a aprovao deste projeto tivemos que trabalhar com normas internacionais, utilizando elementos super dimensionados referente a proteo contra incndio.

A qualidade da execuo de unies bem como a espcie de bambu adequada para uso estrutural fundamental para um bom projeto.

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7. AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem aos proprietrios da Orient Star: Dr. Francisco Ruette e Sra. Elizabeth por sempre acreditarem neste projeto. Ao Prof. Antnio Ludovico Beraldo por ter cedido o laboratrio para os ensaios.

8. BAMBOO STRUCTURE IN A PUBLIC AREA

ABSTRACT: The use of bamboo as a constructive way in Brazil is very recent. Research conducted with this material are advancing, but still do not exist tools and appropriate standards for using. This work shows the execution of the first structure made by bamboo in a Shopping Center to a shop of Asian products. The material used to confection the mezzanine was Phyllostachys edulis, popularly known as bambu moss. The results of the tests of physico-mechanical characterization denote the feasibility of using bamboo Phyllostachys edulis as structural element, proving the ancient Asian techniques of using this material in construction.

Keywords: Bamboo, structure, non-conventional material.

9. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

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BERALDO, A. L. Bambucreto: O uso do bambu como reforo do concreto. In: XVI CONBEA, Congresso Brasileiro de Engenharia Agrcola. Anais. Jundia, SP, v. II, Jul., p. 521-530. 1987. HIDALGO LOPEZ, O. Bamb, su cultivo y aplicaciones en: fabricacon de papel, construccn, arquitectura, ingenieria, artesania. Ed. Estudos Tcnicos Colombianos Ltda. 1974, 318 p. HIDALGO LOPEZ, O. Nuevas tcnicas de construccin con bamb. Ed. Estudos Tcnicos Colombianos Ltda. 1978, 137 p. HSIUNG, W. Prospects for bamboo development in the world. In: IBC 88, 1988, Prafrance. LEE, A . W.C.; BAI, X..; PERALTA, P. N. Selected physical and mechanical properties of giant timber bamboo grown in South Carolina. Forester Products Journal, v. 44, n 9, setembro, 1968, p. 40-46. LIESE, W. Anatomy of bamboo. In: Bamboo research in Asia: Proceedings of a workshop held in Singapure. Anais, Ottawa, Ont.,IDRC., Mai, p. 165-172, 1980. NOMURA, T.; TOMAZELLO FILHO, M.; AZZINI, A . Production and utilization of bamboo in Brazil. In: IUFRO WORD CONGRESS, XVIII, 1986, Yugoslavia. Anais, Proceedings. Kyoto, Wood Research Institute, 1986, p.61-69.

estrutura da cupula etc

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