[pt] A busca por materiais alternativos que possam substituir as fibras de amianto, compondo o fibro-cimento, tem-se tornado objeto de estudos recorrentes. As fibras vegetais surgem como opção econômica, salubre e ecologicamente adequada. O objetivo deste trabalho foi estudar o comportamento da adição da fibra de curauá em compósitos cimentícios, visando substituir o amianto. Essa fibra mineral é bastante conhecida pelos danos que provoca à saúde humana, já tendo sido banida em muitos países industrializados. Desde 1979, o Grupo de Pesquisas em Materiais não Convencionais da PUC-Rio tem desenvolvido trabalhos sobre a aplicação das fibras vegetais, disponíveis em abundância no Brasil, na fabricação de componentes para a construção civil, visando, principalmente, a produção de habitação popular. A fibra de curauá é de uso popular, na região conhecida como Baixo- Amazonas, oeste do Estado do Pará, na manufatura de cordas, cestas e tapetes, já existindo os primeiros plantios em escala comercial. Pouco conhecida nas demais regiões do país, a fibra de curauá ainda carece de estudos específicos sobre suas propriedades físicas, químicas e mecânicas, que possibilitem sua aplicação segura em compósitos para a construção civil. Nesse trabalho, foram estudadas as propriedades físicas, mecânicas e microestruturas das fibras de curauá, bem como de compósitos cimentícios que as tiveram como reforço. Buscou-se comparar o desempenho das fibras de curauá e de seus compósitos, com as fibras e compósitos de amianto e de outras fibras vegetais, tais como sisal, coco e juta. Os dados das fibras de sisal e coco, tomados para efeito de comparação, foram oriundos de trabalhos anteriores do mesmo grupo de pesquisas da PUC-Rio. Para as fibras de juta e compósitos cimentícios com reforço de juta e de sisal, foram obtidos dados através de ensaios realizados no escopo desse trabalho. Os resultados mostraram que a fibra de curauá possui características físicas e mecânicas que as habilitam à aplicação como reforço de matrizes cimentícias, principalmente quando for almejada uma maior ductilidade e capacidade de resistência após a fissuração da matriz. / [en] In recent years, there has been an intense search worldwide for an alternative material, which can substitute the asbestos fibre, a component of the asbestos cement, which has been found to be hazardous to human and animal health and has been banned already in many countries. Since 1979 the Non- conventional Materials Research Group of PUC-Rio has carried out works on the application of vegetable fibres, available in abundance in Brazil, for the fabrication of construction components, aiming mainly at the fabrication of popular housing. The curaúa fibre has been studied as it is already of popular use in the manufacturing of ropes, baskets and carpets in the region, known as Baixo Amazonas, in the state of Para, where the first plantations have been organized on a commercial scale. In this work, the physical, mechanical and micro-structural properties of the curauá fibres, as well as their application as a cimenticious matrix reinforcement, have been studied. The performance of curauá fibres and its composites was compared with other vegetable fibres, such as sisal, coconut and jute, as a substitute for asbestos fibres and its composites. The data on sisal and coconut fibres from previous works by the same research group at PUC-Rio was considered for comparison. The behaviour of jute fibres, as well as cimenticious composites, reinforced with jute and sisal fibres, have also been studied in this work. The results have shown that the curauá fibre has good physical and mechanical characteristics that make it suitable to be used as reinforcement of cimenticious matrices, with a high ductility and post-cracking resistance capacity.

[pt] Nesta dissertação foram desenvolvidos elementos estruturais passíveis de industrialização, utilizando o bambu como matéria prima principal, dando prosseguimento às pesquisas desenvolvidas pelo grupo de Materiais e Tecnologias Não Convencionais nesta Instituição, desde o final da década de 1970. Foram elaborados nós em bambu laminado contraplacado e ponteiras em material compósito polimérico, manufaturado com resíduo particulado proveniente da laminação do bambu Dendrocalamus giganteus. Foram ainda estudados colmos da espécie Phyllostachys aurea reforçados por toda a sua extensão com sisal trefilado embebido em poliéster. Estes componentes são destinados fundamentalmente à construção de treliças espaciais, retilíneas ou arqueadas, do tipo grelha em múltiplas camadas, aliando sustentabilidade e variabilidade formal para projetos de coberturas. Mediante pequenas adaptações, estes elementos podem ainda encontrar uso em outros tipos de estrutura como domos geodésicos, tensegritys e treliças planas, de caráter temporário ou permanente. A partir da análise experimental de materiais e componentes e de dados obtidos em literatura específica estudaram-se, os esforços solicitantes e deslocamentos desenvolvidos em diferentes geometrias de estruturas, via modelagem em programa comercial de elementos finitos, obtendo-se vãos livres de até 12m e áreas cobertas sobre 4 apoios com capitéis de até 324 metros quadrados com vão livre de 9m e balanços de 4,5m, elaboradas utilizando estes elementos. Os procedimentos desenvolvidos foram satisfatórios, permitindo a execução de elementos passíveis de industrialização e estocagem, de aplicação versátil e com acabamento variado, favorecendo a convencionalização do uso do bambu como material de construção. / [en] The research on non conventional materials and technologies has been carried out at the Civil Engineering Department of PUC-Rio since 1979, in order to stimulate its use in civil construction, reducing the pollution and the energy consumption provoked by industrialized materials such as steel and cement. To disseminate the application of the non-conventional materials and technologies (NOCMAT) in a very large scale, it is necessary to develop industrial methods to process them, ensuring high production with quality and durability. As a continuation of this line of research, the present study is concerned with the development of structural elements designed for space structures, using bamboo as the main material. For this purpose the bamboo Dendrocalamus giganteus, has been selected to prepare laminated composite for the joints. In turn, using its plaining residuals as an addition to a polyester matrix composite. This was molded as a conical capped connection designed and produced to provide safe links between the joints and the bar of the space truss elements. For the latter the Phyllostachys aurea bamboo transversally reinforced with a polyester treated sisal string along its entire length. These components were used to assemble plain or arched multiple layers space structures, binding sustainability and formal freedom to roof structures design. The load-displacement for different structural geometries were evaluated, using a commercial FEM software, based on the experimental data from this work and the available literature, presented 12m maximum free spans and 324 square meters covered area supported by four columns. The developed procedures were satisfactory, allowing the production of industrial processed elements, easy storage, different finishing and versatile application.

[pt] As lâminas de bambu foram criadas para padronização da matéria prima de modo a aumentar sua resistência, controlar sua forma e desenvolver elementos estruturais sustentáveis e inovadores. O bambu é um material gradualmente funcional (FGM) devido a sua progressiva distribuição de fibras por toda a espessura de sua parede. Esta pesquisa apresenta os resultados de uma série de investigaçóes experimentais em que o colmo de bambu (Dendrocalamus giganteus) foi dividido em 6 segmentos de análise. Três divisões ao longo do seu comprimento, em sua porção baixa, média e alta, e, em seguida, duas divisões de sua espessura, interior e exterior. Na primeira série, os espécimes de cada segmento foram testados separadamente para estabelecer o seu módulo de elasticidade à tração Et. Seis tipos de vigas de bambu uniaxial-laminados, de 2,5 cm de largura, altura 5 centímetros e 50 cm de comprimento, foram montadas com camadas de cada segmento específico do colmo do bambu, utilizando resina adesiva de mamona. Quatro ensaios de flexão pontual foram realizados em amostras de viga para estabelecer o módulo de elasticidade em flexão, Eb. Os valores experimentais de ambos os grupos de amostra foram comparados com os valores teóricos, aplicando a teoria da mecânica dos sólidos. Os resultados forneceram informações para melhorar o arranjo dos segmentos das vigas de lâminas de bambu sujeitas a cargas de flexão. Baseado nos resultados, também é possível introduzir valores equivalentes para análises das propriedades mecânicas das vigas usando a teoria da mecânica de sólidos. / [en] Laminated bamboo was created to standardize the raw material in order to increase its strength, control its shape and develop sustainable and innovative structural elements. Bamboo is a Functionally Graded Material (FGM) due to the progressive distribution of the fibers across its wall thickness. This research presents the results of an experimental investigation series in which bamboo culm, of Dendrocalamus giganteus, was divided into 6 segments of analysis. Three divisions along its length, bottom, middle and top, and then two divisions across its wall thickness, inner and outer. In the first series, the specimens of each segment were tested separately to establish their tensile modulus of elasticity Et. Six types of bamboo uniaxial-laminated beam specimens of 2.5 cm width, 5cm height and 50 cm length were assembled with layers from each particular segment of bamboo culm, using resin of mamona adhesive. Four point bending tests were conducted on beam specimens to establish the bending modulus of elasticity Eb. Experimental values of both specimen groups were compared to those of theoretical values, applying solid mechanics theory. The results provide information to improve the segment arrangement of bamboo-laminated beams upon subjection to bending loads. Based on the results, it is also possible to introduce equivalent values for the analysis of the mechanical properties of the beams, using solid mechanics theory.

[pt] Durante as ultimas três décadas, as pesquisas cientificas sobre bambu como material de engenharia concentraram-se na caracterização física e mecânica nos níveis macro, meso, micro e alguns trabalhos no nível nanoestructural. As praticas de uso de bambu inteiro mostram ao longo do tempo trincas na superfície que são provocadas por razão da variação da umidade, da temperatura e entalhes gerados durante o processo de fabricação de peças estruturais. A presença das trincas tem grande influenciam na resistência desses elementos. Este aspecto do comportamento do bambu ainda é assunto de estudo na fase inicial. O presente trabalho apresenta os resultados da pesquisa teórico-experimental realizada para a determinação dos valores característicos dos fatores de intensidade de tensões, K(C), e as taxas de dissipação de energia, G(C), para os modos I e II, utilizando metodologias experimentais aplicadas aos materiais compósitos. Foi estudada a espécie Dendrocalamus Giganteus da parte basal do bambu do campus da PUC-Rio. A dimensão do corpo-de-prova tinha seção transversal retangular de 10x10mm e 100 mm de comprimento do vão livre com entalhes induzidos. Os corpos-deprova foram submetidos à flexão em quatro pontos para diferentes valores de tamanho de entalhe. São apresentados os resultados de carga-deslocamento na metade do comprimento e as deformações relativas nas faces externa, interna e lateral dos corpos-de-prova. Os valores das taxas dissipação de energia e fatores de intensidade de tensões foram calculados a partir da curva de carga - deslocamento. / [en] During the last three decades, the research on bamboo as engineering material was carried on through the physical and mechanic characterizations in the levels macro, meso, micro and some works in the nano-structural level. In practice, the use of entire bamboo shows cracks on the surface throughout the time, that are provoked by variation of the moisture, the temperature and notches generated during the process of manufacture of structural parts. The crack presence has influences on the resistance of these elements. This aspect of the bamboo behaviour is still subject of study in the initial phase. This work presents the results of a theoretical and experimental research for the determination of the characteristic values of the intensity stress factors, K(C), and the release energy, G(C), for modes I and II, using methodologies applied to the composites materials. It was studied the basal part of the specie Dendrocalamus Giganteus of the Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro campus (PUC-Rio). The specimens had rectangular shape with transversal section of 10x10mm and 100mm of length with notch; each one was tested in four points bend for different values of notch size. The results correspond to curves load-displacement in the half span; and strain in the external, internal and lateral sides of the specimen. The values of release energy and intensity stress factors have been calculated from the curve loaddisplacement.

[pt] O bambu apresenta baixo consumo de energia e baixo custo de produção, além de ser um material renovável e ecológico. É um material potencialmente promissor que vem demonstrando grandes qualidades para a construção civil. Estudos mostraram que a relação resistência à tração e peso específico do bambu é 2,77 vezes maior que a do aço. Este trabalho tem como objetivo a caracterização física, mecânica e meso-estrutural do bambu da espécie Guadua weberbaueri para possível aplicação na engenharia civil como material não convencional. Os resultados dos ensaios mecânicos mostraram valores compatíveis a outras espécies pesquisadas. Concluiu-se que o material quando sujeito a carga de tração, cisalhamento ou compressão apresentou comportamento semelhante ao de outras espécies já estudadas, desde 1979, no Departamento de Engenharia Civil da PUC-Rio, sob a orientação do professor Khosrow Ghavami. Onde foram desenvolvidos vários programas de investigação para o emprego do bambu e outras fibras vegetais na construção de edificações de baixo custo, substituindo produtos de asbesto, aço, cimento e outros materiais poluentes e não renováveis. Podendo este ser utilizado como material alternativo na engenharia civil. / [en] The bamboo presents low consumption of energy and low cost of production, beyond being a renewable and ecological material. It is a potentially promising material that comes demonstrating great qualities for the civil construction. Studies had shown that the relation tensile strenght and specific weight of the bamboo is 2,77 times bigger that of the steel. This thesis presents the results of an experimental investigation to establish the physical, mechanics and meso-structural, of the bamboo of the species Guadua weberbaueri for possible application in the civil engineering as a non- conventional material. The results of the mechanical rehearsals showed compatible values to other researched species. It was concluded that the material when subject to traction loads, shear or compression presented similar behavior to the of other studied species already, since 1979, in the Department of Civil Engineering of PUC-Rio, under the orientation of professor Khosrow Ghavami. Where some programs of inquiry for the vegetal job of the bamboo and other staple fibers in the construction of edifications of low cost had been developed, substituting pollutant products of asbestos, steel, cement and other pollutant materials didn´t renew. Being able this being used as non-conventional material in civil engineering.

[pt] Para desenvolver materiais sustentáveis e estruturais, as técnicas de construção tradicionais são avaliadas em termos de normas técnicas de engenharia e os métodos de construção equivalentes são melhorados para aperfeiçoar o desempenho estrutural. No entanto, o uso de materiais naturais é limitado pelas tradições culturais com pouca ou nenhuma padronização, um exemplo é a diversidade de palmeiras nos trópicos latino-americanos, material para construções indígenas e outros usos. Portanto, este trabalho apresenta resultados da micro-estrutura, meso- estrutura e macro-estrutura para duas idades de troncos de palma Bactris gasipaes Kunth comumente conhecida como Pupunha. A microscopia óptica digital foi usada para a análise micro-estrutural, e para caracterizar a macroestrutura foi utilizado o processamento digital de imagens encontrando-se a variação da fracção de volume de fibras e o elemento de volume representativo (RVE). Além disso, foi realizada uma analise experimental para determinar as propriedades físicas básicas (umidade e gravidade especifica) e as propriedades mecânicas à tensão, flexão e torção, gerando como resultado a força máxima de tração (TS), o módulo de elasticidade de tração (TMO), o módulo de elasticidade de flexão (BMOE) e o módulo de rigidez (MOR). / [en] To develop sustainable and structural materials, traditional construction techniques are evaluated in terms of engineering standards and methods of equivalent design are improved to optimize structural performance. However, the use of natural materials is limited by cultural traditions with little or no standardization, one example is the diversity of palms in the Latin American tropics, material of indigenous constructions and others uses. Therefore, this work presents results of micro-structure, meso-structure and macro-structure for two ages of palm stem Bactris gasipaes Kunth groups commonly known as Peach Palm or Pupunha. Optical microscopy was performed for the micro structural analysis. Digital Image Processing was used to characterize the macrostructure, the variation of fiber volume fraction and the representative volume element (RVE). Furthermore, experimental research was carried out to determine basic physical properties (moisture and specific gravity) and mechanical properties to tension, flexion and torsion, generating as results the maximum tensile Strength (TS), the tensile modulus of elasticity (TMOE), bending modulus of elasticity (BMOE) and Modulus of Rigidity (MOR).

[pt] Entre materiais renováveis de baixo impacto ambiental o bambu se destaca devido ao seu crescimento rápido, alta resistência à tração, baixo peso específico e flexibilidade. É um material compósito natural com fibras longas alinhadas unidirecionalmente, anisotrópico, que não está sendo usado amplamente nas construções civis por razão de falta de informações técnico-científicas. O bambu é um material inteligente com a distribuição das fibras longitudinais como functionally graded composite material (FGM). O objetivo deste trabalho é continuação dos estudos sobre o comportamento de bambu para aplicação nas obras de engenharia, que inicio na PUC-Rio em 1979. Neste estudo específico foi observado comportamento de bambu da espécie Phyllostachys pubescens (Mosô) (através dos ensaios experimentais) sujeito a carga de torção e flexão pura (realizados com utilização do sistema de reconhecimento de imagem) e simulações computacionais em programa de elementos finitos Abaqus. Os ensaios foram feitos para os corpos de prova inteiros (de 1 metro de comprimento) e os mesmos corpos de prova foram posteriormente fissurados no meio, alargando a fissura para cada ensaio até a ruptura. / [en] Among renewable materials with low environmental impact bamboo stands out because of rapid growth, high tensile strength, low specific weight and flexibility. It is a natural composite anisotropic material with unidirectionally aligned long fibers, which is not widely used in civil construction yet due to lack of technical and scientific information. Bamboo is an intelligent material with the distribution of longitudinal fibers as functionally graded composite material (FGM). The objective of this work is to continue the study the behavior of bamboo for application to engineering works, which started at PUC-Rio in 1979. In this specific study was observed the behavior of Moso bamboo (Phyllostachys pubescens) through the experimental observation of pure torsion and bending (realized with utilization of image recognition system) and computer simulations in finite element program Abaqus. The tests were done for the whole bamboo specimens (1 meter long) and the same specimens were subsequently cracked in the middle extending the crack for each test until failure.

[pt] O crescimento populacional descontrolado e o desenvolvimento urbano desordenado têm testemunhado danos severos em assentamentos humanos no mundo. Fenômenos naturais extremos, como consequência de uma mudança climática abrupta, como o intenso aumento do índice pluviométrico, provocaram incidentes de deslizamentos de taludes que dificilmente seriam ignorados desde as últimas décadas. Pilhas feitas de materiais convencionais como a madeira, aço e concreto têm sido tradicionalmente utilizados para a estabilização de taludes, com a finalidade de evitar incidentes de desabamentos de aterros. O presente trabalho estuda o uso de um material não convencional, o bambu da espécie Dendrocalamus Giganteus (DG) para estabilidade de taludes, como uma alternativa de material para pilha mais amigável ao ambiente graças a sua disponibilidade geográfica e capacidade de absorção de gases de efeito estufa. Suas dimensões e mais importantes suas propriedades mecânicas, são totalmente compatíveis com as de um elemento de estaca estabilizadora de taludes. Uma análise do Método dos Elementos Finitos (FEM) foi desenvolvida no software PLAXIS para testes em 2 e 3 dimensões. Usando um modelo de encosta instável reforçada com estacas de bambu para observar a interação do solo-estaca e avaliar o fator de segurança (FS). Os resultados mostraram que as capacidades das pilhas de bambu são uma alternativa promissora para a estabilidade de taludes. / [en] Uncontrolled population growth and disorderly urban development had witnessed severe human settlement damages worldwide. Extreme natural phenomena consequence of abrupt climate change such as intense rainfall index increment had provoked landslides incidents hardly to ignore since last decades. Piles made of conventional materials such as timber, steel and concrete have traditionally been used for slope stabilization in order to prevent landslides incidents. The present paper studies the use of a non conventional material, the bamboo of the Dendrocalamus Giganteus (DG) species as bamboo-pile for slope stability, to become a more environmental friendly pile material alternative. Its dimensions and more important its mechanical properties, besides its geographical availability and greenhouse gases absorbing capabilities totally matches for an ecologic slope stabilizing pile element. Finite Element Method (FEM) analysis of bamboo-pile was developed on PLAXIS software for 2 and 3 dimensional tests. An unstable slope model condition was reinforced with bamboo-piles to observe the soil-pile interaction and evaluate the safety factor (SF). The results showed that the capabilities of the bamboo-piles are a promising alternative for slope stability.