EBRAMEM_Melanie

UFES/Vitória – 23 a 25 de julho de 2012

Estudo de sistema construtivo modular com compósitos lignocelulósicos e componentes madeira-bambu Study of building systems modular with lignocellulosic composites and bamboo wood components Tomás Queiroz Ferreira BARATA1, Melanie Baptista COSTA1, Marco Antônio dos Reis PEREIRA2; Maximiliano dos Anjos AZAMBUJA3, Ivaldo de Domenico VALARELLI2 Resumo: O conjunto de componentes aplicado no galpão oficina, localizado na comunidade do assentamento rural Horto de Aimorés, em Pederneiras/SP, é composto por diversos materiais e subsistemas. O sistema construtivo misto do escritório do galpão oficina foi projetado com componentes de bambu, madeira, Biokreto, compósitos e ligações metálicas. O projeto do sistema construtivo misto, detalhamento de componentes, peças, ligações e interfaces são apresentados na pesquisa. O desenvolvimento desse tema resgata uso de técnicas construtivas alternativas com materiais de fontes renováveis, buscando caracterizálas, visando a sua aplicação em sistemas construtivos contemporâneos. Pretende igualmente contribuir para diminuir o preconceito que circunda as técnicas construtivas alternativas, valorizando o desenvolvimento tecnológico de materiais e processos de construção sustentáveis. Compostos à base de resíduos vegetais e o estudo da coordenação modular, em projeto de componentes construtivos que empregam a madeira têm sido tema de pesquisas atuais, já a utilização na construção civil de placas pré-moldadas produzidas com compósitos lignocelulósicos é pouco estudada. O projeto executivo do escritório do galpão oficina e seus componentes são apresentados em modelagem 3D e maquete eletrônica para melhor entender a concepção do sistema construtivo.

Palavras-chave: Materiais Renováveis, Biokreto, Conexões, Construção Sustentável Abstract: The components used in the shed, located in the community of rural settlement in the Garden of Aimorés Pederneiras/SP, are composed of various materials and subsystems.

The mixed construction system of office building was designed using bamboo, wood, Biokreto, composites and metallic connection. The design of mixed building system, details of components, parts, connections are presented in the study. The theme recalls alternative building techniques with materials from renewable resources, in characterizing and applying contemporary building systems. The work contributed to a reduction of prejudice the application of alternative building techniques and sustainable building processes. The study of modular coordination in architecture, design and detailing of building components connections that use wood, bamboo, Biokreto a beginner, however, the studies in the area of new composites is current. The executive project and components of office building are presented in 3D modeling and computer model to better understand the construction system.

Keywords: Renewable Materials, Biokreto, Connections, Sustainable Construction.

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Professor do Departamento de Design e discente do Departamento de Arquitetura, Urbanismo e Paisagismo, UNESP, Campus de Bauru, E-mail: barata@faac.unesp.br , mellycosta@hotmail.com 2 Professores do Departamento de Mecânica, UNESP Campus de Bauru, E-mail: pereira@feb.unesp.br , ivaldo@feb.unesp.br 3 Professor do Departamento de Engenharia Civil, UNESP, campus Bauru, E-mail: maximilianoazam@feb.unesp.br

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INTRODUÇÃO A aplicação de conceitos de sustentabilidade na construção civil determinou novos paradigmas para a utilização dos materiais de construção. O emprego prioritário de materiais de fontes naturais renováveis, recicláveis e de procedência local vem ganhando destaque com vistas a um modelo de desenvolvimento regional de baixo impacto ambiental (Scheifer, 2011). O presente trabalho aborda a aplicação de conceitos de sustentabilidade no desenvolvimento de sistemas construtivos com ênfase na utilização de materiais de base florestal, especificamente o bambu in natura, a madeira serrada de reflorestamento e materiais lignocelulósicos.

Nos últimos anos a utilização da madeira na construção civil vem sofrendo restrições devido à escassez de espécies nativas. Isso conduziu à difusão do reflorestamento planejado e do manejo sustentável para garantir não só a matéria prima para a construção de edificações, mas principalmente a preservação das florestas nativas. A madeira possui uma importante função no que se refere à fixação e depósito de carbono roubado da atmosfera; outra característica importante é o baixo consumo energético ao longo da cadeira produtiva, principalmente nas etapas de desdobro, processamento primário e secundário, pré-fabricação e montagem em canteiro de obras.

O bambu também é um material alternativo de elevada importância. Tal como a madeira ele também desempenha um papel importante no sequestro do carbono contribuindo para evitar novas emissões de gases estufa e o consequente aquecimento global. Tem como característica um crescimento rápido, levando menos tempo para atingir a maturidade se comparado à madeira proveniente de florestas plantadas. Segundo Beraldo (2003), as características físicas do bambu, bem como sua forma geométrica peculiar, o baixo custo e a facilidade para a sua obtenção, o tornam largamente utilizado como material de construção em vários países, principalmente nas zonas tropicais e subtropicais da Ásia e em alguns países da América Latina.

Os compósitos lignocelulósicos elaborados à base de resíduos vegetais têm sido tema de pesquisas atuais. No caso desse trabalho utilizou-se o Biokreto1, pois se trata de um concreto leve, constituído pela mistura de pasta de cimento e pela substituição do agregado graúdo (pedras ou pedregulhos), por partículas vegetais de bambu. Em certos casos até pode-se eliminar o agregado miúdo (areia), diminuindo sua resistência mecânica. Segundo Pereira e Beraldo (2008), esse material compósito pode ser utilizado sem reforço mineral na confecção de peças decorativas, em substituição de argila expandida ou placas prensadas. No caso da matriz com reforço mineral (areia), podem-se obter pisos sextavados, telhas de ótima resistência, assim como blocos vazados, com resistência de tensão mínima dentro de normas vigentes. Para produzir esse compósito lignocelulósico, os resíduos de processamento mecânico de bambu podem ser aproveitados, mas podem igualmente ser produzidos no meio rural, adequando-se as peneiras colocadas em equipamentos destinados a trituração de grãos.

Por fim, cabe destacar que a principal justificativa para a pesquisa é aprofundar o conhecimento de técnicas construtivas com materiais de fontes renováveis, especificamente, a aplicação em sistemas construtivos que empreguem componentes elaborados com madeira, bambu e compósitos de bambu. O objetivo do trabalho é demonstrar as possibilidades e o detalhamento dos componentes construtivos, ligações e conexões com vistas à sua utilização em um sistema construtivo modular para a área administrativa do Galpão Oficina do assentamento rural Horto de Aimorés, localizado na cidade de Pederneiras/SP. 1

Segundo o professor Antonio Ludovico Beraldo, do Departamento e Construções Rurais e de Laboratório de Ensaios de Materiais e Estruturas da FEAGRI-UNICAMP, as experiências realizadas comprovam que o Biokreto apresenta algumas vantagens em comparação com o concreto comum. A primeira delas é a questão econômica, o material tem custo reduzido e é matéria-prima natural e renovável. Por apresentar de 25% a 50% do peso do concreto comum, o Biokreto pode garantir maior resistência ao fogo e servir como isolante térmico e acústico.

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METODOLOGIA A metodologia adotada no trabalho se baseia no processo de projeto abordado por Lawson (2011), que organiza o mapeamento e as atividades projetuais em quatro momentos: 1) Assimilação (organização das informações gerais e específicas relacionadas ao problema em questão), 2) Estudo geral (exame da natureza do problema, investigação de alternativas e possíveis soluções); 3) Desenvolvimento (refinamento e detalhamento de soluções possíveis) e; 4) Comunicação (apresentação dos resultados e da proposta final).

A Figura 1 apresenta um fluxograma com a estrutura metodológica do trabalho, que se divide nas seguintes etapas: 1) Concepção geral do projeto arquitetônico; 2) Componentes do sistema construtivo e; 3) Projeto de sistema construtivo com detalhamento de ligações e interfaces.

Figura 1: Fluxograma da estrutura metodológica do trabalho

No decorrer do processo de desenvolvimento do projeto arquitetônico foram definidos o programa de necessidades, o posicionamento das aberturas para favorecer a ventilação e iluminação natural e os fluxos de circulação internos do Galpão Oficina. Os materiais a serem utilizados no sistema construtivo são: bambu in natura da espécie Dendrocalamus giganteus, madeira serrada de eucalipto citriodora (Eucalyptus citriodora) e placas de compósitos lignocelulósicos.

Sendo o foco do trabalho o desenvolvimento de um sistema construtivo modular, procurou-se definir inicialmente a concepção estrutural através de um sistema pilar-viga com os seguintes componentes: a) Pilar de bambu in natura com espessura de 14,0cm de diâmetro, b) Vigas dupla de madeira serrada de seção 6,0x12,0 c) Barrotes de madeira serrada de seção 6,0x12,0cm, d) Vedações com painéis de bambu, madeira e argamassa de cimento com espessura total de 16,0cm, e) Laje de piso e laje de forro produzidos com compósitos lignocelulósicos com 6,0cm de espessura. A última etapa apresenta o detalhamento do sistema construtivo, as conexões e interfaces entre os componentes e a seqüência de montagem do módulo, para tanto são utilizadas representações gráficas em 3D e detalhes construtivos em 2D.

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RESULTADOS E DISCUSSÕES São apresentados nessa seção os aspectos mais relevantes referentes à concepção do projeto arquitetônico, os componentes, as ligações e os detalhes do sistema construtivo. É também apresentado um quadro quantitativo de consumo de madeira e bambu e representações gráficas com a seqüência de montagem do módulo administrativo.

Concepção do projeto arquitetônico e do sistema construtivo Na concepção do projeto arquitetônico e do sistema construtivo do módulo administrativo pretendeu-se demonstrar a viabilidade do emprego do bambu e de compósitos lignocelulósicos como principal material de construção, tanto no que se refere ao uso estrutural como elemento de vedação. Adotou-se uma forma cúbica para o módulo administrativo com 30,80m² de área construída. O programa de necessidades compreende: uma sala de reuniões com 20,30m², uma cozinha com 4,60m² e um banheiro com 5,90m². A estrutura do escritório é definida por pilares de bambu com vigamento duplo e seção de 5,5x15,5cm, barroteamento simples de 5,5x11,0cm para apoio das lajes pré-moldadas e fechamento com painéis de vedação elaborados com bambu, madeira e argamassa de cimento e areia. A laje de piso e a laje de forro foram projetadas com placas moldadas de Biokreto de dimensões variadas e espessura 6,0cm.

Um aspecto relevante na concepção do sistema construtivo foi a utilização de coordenação modular para a definição da distribuição dos componentes estruturais e dos painéis de vedação vertical. Adotou-se como dimensão básica do módulo 1,0m, este aspecto poderá ser visualizado nas representações em 3D. A Figura 2 apresenta a planta com o layout do galpão oficina com destaque para a distribuição dos equipamentos, indicação de acessos e bancadas de trabalho e a posição do módulo administrativo.

Figura 2: Layout do galpão oficina com a indicação da área administrativa

No projeto procurou-se posicionar as janelas de forma a favorecer a ventilação cruzada nos espaços internos do modulo administrativo. Também optou-se por elevar a construção para permitir a circulação de ar por baixo da edificação, contribuindo desta forma para a

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ventilação na parte inferior do mesmo, evitando o acúmulo de umidade nas peças, interfaces e componentes, favorecendo a preservação e uma maior durabilidade do sistema construtivo. A Figura 3 representa uma vista geral da implantação do galpão, abaixo da cobertura verifica-se a área do módulo administrativo.

Figura 3: Vista geral do galpão-oficina e do módulo administrativo

O sistema construtivo do módulo administrativo foi concebido para uma produção de componentes em unidades de pré-fabricação, especificamente no caso desta obra está prevista a utilização da área agrícola do Laboratório Experimental de Bambu e Processamento de Madeiras da UNESP/FEB, Bauru/SP. Após a etapa de pré-fabricação dos componentes e pré-moldagem das placas de piso e laje, os componentes e peças são transportadas para o canteiro de obras, em seguida inicia-se o processo de montagem do sistema construtivo. Na Tabela 1 são descriminados a quantidade de peças e componentes e o volume de madeira do sistema construtivo.

Tabela 1: Tabela de dimensionamento e quantificação dos componentes Especificação do componente Viga dupla Barrote 1 Barrote 2 Pilar Bambu Placas de Biokreto (bloco) Soleira do painel 1 Soleira do painel 2 Montantes verticais por painel 1 Montantes verticais por painel 2 Montantes horizontais por painel 1 Montantes horizontais por painel 2

Seção (cm) 2x (6 x 12) 5,5 x 11 5,5 x 11 Ø=14 34 x 34 3 x 10 3 x 10 3 x 10 3 x 10 3 x 10 cm 3 x 10 cm

Comprimento (m) 6,32 1,11 5,50 3,33 0,20 5,62 5,93 2,74 2,74 5,62 5,93

Volume (m³) 0,0910 0,0067 0,0332 0,1004 0,1088 0,0337 0,0356 0,0822 0,0904 0,0506 0,0534

Quantidade (unidade) 4 20 4 4 4 2 2 10 11 3 3

Detalhamento do sistema construtivo É apresentado a seguir o detalhamento do sistema construtivo que compreende os tópicos: 1) Detalhamento e interfaces entre pilar-fundação, 2) Ligações entre vigas duplas e barrotes simples, 3) Painel de vedação externa e; 4) Placas pré-moldadas de compósito lignocelulósicos.

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1. Detalhamento e interfaces entre pilar-fundação A Figura 4 representa o detalhamento da fundação com o pilar de bambu in natura. Optouse por não encostar o topo do bambu no bloco de fundação para evitar acúmulo de umidade na base do componente. Na face inferior do pilar será fixada uma chapa para passagem de barras roscadas de ½ polegada, em seguida o interior do pilar será preenchido com graute até os 50,0 cm.

Figura 4: Detalhamento da ligação pilar-fundação e imagem com a representação da ligação em 3D

2. Ligações entre vigas duplas e barrotes simples A Figura 5 apresenta o detalhamento da viga dupla e dos barrotes com o pilar de bambu.

Optou-se aqui por uma viga dupla de seção 5,5cm x 11,0 cm que faceia externamente o pilar, sua fixação é feita por parafusos franceses de 1/2 polegada. Para conectar os barrotes às vigas serão utilizadas cantoneiras metálicas abaixo representadas.

Figura 5: Interface da viga-dupla-barrotes e imagem com a representação da ligação em 3D

3. Painéis de vedação externa A Figura 6 representa as distintas camadas dos painéis de vedação externos. A ossatura dos painéis foi projetada com madeira serrada, esta permite uma grande flexibilidade de acordo com a dimensão dos vãos de fechamento. Os montantes verticais da ossatura, de seção 3,0x10,0cm, distam-se entre si aproximadamente 50,0 cm e tem comprimento máximo de 2,7m.

Os painéis são pregados em soleiras com seções de 3,0 x 10,0cm.

Para fechar os vãos de parede entre as ossaturas dos painéis, será fixada tiras horizontais de esterillas de bambu com espessura de 5,0 cm de largura. Essas tiras serão

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pregadas sobre a estrutura do painel, mas anteriormente é fixada na ossatura uma manta com função de barreira de umidade. A fixação da esterilla nos montantes verticais será executada com pregos distanciados entre si a cada 10,0 cm. Além dos pregos serão passados arames para permitir que a esterilla fique estática e resistente. Antes de proceder à execução do revestimento é necessário colocar uma pingadeira para impedir que a água penetre entre o painel e o vigamento duplo. Tendo sido instalada a pingadeira procede-se para o revestimento da parede. Primeiramente aplica-se o chapisco depois segue-se para a etapa do emboço e finaliza-se com o reboco.

Figura 6: Representação do painel de vedação e suas camadas de revestimento

4. Placas pré-moldadas de compósito lignocelulósicos Para o piso optou-se por placas pré-moldadas de compósito lignocelulósicos (Biokreto) com 6,0cm de espessura. Essas placas se encaixam entre si formando a laje de piso e a laje de forro. Nos barrotes são aparafusadas cantoneiras metálicas que permitem a fixação da placas pré-moldadas. Para o forro será adotado o mesmo procedimento que foi adotado para o piso. A Figura 7 mostra a placas pré-moldadas e as cantoneiras fixadas nos barrotes.

Figura 7: Representação das placas pré-moldadas de piso e detalhe das cantoneiras

Sequência de montagem do sistema construtivo O Quadro 1 apresenta através de representações gráficas em perspectiva a seqüência de montagem dos componentes estruturais e de vedação dividida em seis etapas básicas, que são: 1)

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Posicionamento dos pilares e vigas duplas (a); 2) Colocação dos barrotes de piso (b), 3) Painel de vedação externo e respectivas camadas (c), 4) Laje de piso e paineis de vedação executados (d), 5) Execução do barroteamento de laje (e) e; 6) Colocação das placas de laje pré-moldadas (f).

Quadro 1: Sequência de montagem dos componentes estruturais e de vedação do sistema construtivo

Etapa 1 – Posicionamento dos pilares e vigas duplas (a)

Etapa 2 – Colocação dos barrotes de piso (b)

Etapa 3 – Representação em camadas do painel de vedação externa (c)

Etapa 4 – Lage de piso e paineis de vedação executados (d)

Etapa 5 – Execução do barroteamento de Laje (e)

Etapa 6 – Colocação das placas de laje prémoldadas (f)

CONCLUSÕES No trabalho procurou-se descrever detalhadamente com auxílio de imagens, os componentes estruturais e de vedação e as etapas de montagem do sistema construtivo

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para o módulo administrativa do Galpão Oficina do assentamento rural Horto de Aimorés, localizado na cidade de Pederneiras/SP. Pode-se demonstrar com este trabalho a viabilidade e as possibilidades do uso do bambu in natura, da madeira serrada de eucalipto e de compósitos lignocelulósicos no desenvolvimento de componentes para sistemas construtivos pré-fabricados. Os detalhamentos de projeto e as representações em 3D apresentados indicam o elevado potencial de exeqüibilidade do sistema construtivo proposto.

Pode-se verificar também a possibilidade efetiva de se empregar materiais de construção de fontes naturais renováveis e de procedência local. O estudo indica que o sistema estrutural e de vedação proposto para o projeto podem ser resistentes, duráveis e com adequado conforto térmico e acústico.

Como perspectiva de continuidade da pesquisa vê-se necessário à realização das etapas de detalhamento executivo do projeto do sistema construtivo e a efetiva execução da obra, tanto no que se refere à etapa de pré-fabricação como à montagem em canteiro de obra.

AGRADECIMENTOS Os autores desse trabalho agradecem aos Departamentos de Design, Engenharia Civil, Engenharia Mecânica e Arquitetura, Urbanismo e Paisagismo. Agradecem também à FUNDUNESP, ao Laboratório Experimental de Bambu e ao Laboratório de Processamento da Madeira, ao Projeto UNISOL - Universidade Solidária do Grupo Santander, aos alunos que participaram do projeto e aos moradores do assentamento rural Horto de Aimorés.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS GOTZ, Karl-Heinz. (1987) Construire en bois. Lausanne: Polytechniques Romandes,. p.175-190.

JANSSEM, J. A. Design and building with bamboo. Technical University of Eindhoven, Eindhoven, The Netherlands, 2000.

LAWSON, B. Como Arquitetos e Designers pensam. Trad. Maria Beatriz Medina. São Paulo: Oficina de Textos, 2011.

PEREIRA, M. A. R.; BERALDO, A. L. Bambu de corpo e alma. Bauru/SP: Canal 6, 2008.

SCHEIFER, S. K. Casas Eco-sustentáveis, Barcelona: Ilus Books, 2011, 383p.

VÉLEZ, S. Grow your own house. Genevè, Chatelaine: VITRA Design and ZERI Foundation. 2000, 256p.