PráticasForma · análise · detalhe

Entender o processo.

Do conhecimento do material ao cálculo de cada ligação.

Projetar em bambu é trabalhar com um material natural, de seção oca e propriedades que variam de colmo para colmo. Nossa prática reúne três frentes que se alimentam: o conhecimento do material, os modelos paramétricos que encontram a forma e a análise estrutural que verifica cada peça. Os estudos a seguir partem de uma mesma cobertura longitudinal de bambu.

carregando o modelo…
Fig. 01 — Estudo de cobertura longitudinal em bambu: 1.212 colmos contínuos, cerca de 4,7 km de bambu, beiral a 2,40 m e cumeeira a 6,00 m. Modelo interativo: clique e arraste para girar.

01MaterialDesign especializado em bambu

Projetar com o bambu, não apesar dele.

Design especializado começa pelo material.

Cada colmo é uma peça única: o projeto precisa saber ler o material antes de desenhá-lo.

O bambu é leve, resistente e de crescimento rápido, mas não se comporta como madeira serrada nem como aço. Seus colmos são ocos, têm nós e paredes de espessura variável, e as fibras longitudinais que lhe dão resistência à tração e à flexão também o tornam sensível ao esmagamento e à fissuração quando é cortado, furado ou apoiado no sentido errado.

Por isso o desenho nasce junto com a técnica: a escolha da espécie e do diâmetro, o tratamento e a secagem, a proteção contra a água e o sol, o modo de agrupar colmos em feixes e o caminho de cada esforço até o chão. Numa estrutura bem resolvida, as peças trabalham sobretudo à compressão e à tração ao longo das fibras, e as ligações ficam onde o colmo consegue recebê-las.

Corte transversal na treliça central: arcos treliçados em feixes de bambu apoiados em blocos de fundação
Fig. 02 — Corte transversal na treliça central (vão de 11,85 m): arcos treliçados com banzos em feixe, montantes e diagonais de um colmo.

02FormaFerramentas paramétricas

A forma como resultado do equilíbrio.

Ferramentas paramétricas e busca da forma por simulação física.

Mudar um parâmetro atualiza o sistema inteiro: é assim que a estrutura passa a ser entendida como um todo.

Antes dos computadores, Antoni Gaudí já buscava a forma com modelos físicos: correntes e pesos suspensos que, invertidos, revelavam arcos e abóbadas trabalhando só à compressão. Décadas depois, Frei Otto investigou películas de sabão, redes e modelos suspensos para chegar a coberturas leves e a gridshells como a Multihalle de Mannheim (1975).

Hoje o mesmo princípio vive em modelos matemáticos paramétricos. No Grasshopper, a geometria deixa de ser um desenho fixo e passa a ser descrita por regras e parâmetros: vãos, alturas, curvaturas, seções. Cada parâmetro está ligado aos demais, e por isso o modelo serve tanto para encontrar a forma quanto para testá-la e comparar alternativas.

Fig. 03 — Busca da forma no Kangaroo: presa pelo beiral, a malha recebe pressão para cima até o equilíbrio, com mais pressão no centro do que nas pontas, até o topo chegar à cumeeira de 6,00 m. Arraste o controle para ver cada estado de equilíbrio.
pressão 100 % · topo 6,0 m

Kangaroo · Busca da forma

A física como instrumento de desenho.

O Kangaroo resolve um sistema de partículas e forças até o equilíbrio. Na cobertura, a malha de 4.106 nós fica presa pelo beiral e recebe pressão para cima, maior no centro (1,16 kN/m²) do que nas pontas (0,69 kN/m²). A superfície que surge não é desenhada à mão: é a forma em equilíbrio com a carga, a mesma ideia dos modelos físicos de Gaudí e Frei Otto.

Karamba3D · Elementos finitos

O cálculo dentro do modelo.

O Karamba3D transforma a geometria num modelo de barras: cada colmo vira um elemento com a seção real, e o peso próprio, a cobertura e o vento são aplicados ali mesmo. Como o cálculo vive dentro do modelo paramétrico, cada mudança de forma devolve na hora deslocamentos, esforços e a verificação pela ISO 22156.

Galapagos · Otimização

Comparar para escolher.

O Galapagos é um solver evolutivo: gera variações, mede cada uma por um critério, a aptidão, e mantém as melhores. Na busca da esbeltez seguimos essa lógica com sete versões da estrutura, cada uma calculada e comparada pela massa de bambu entre as que atendem à norma.

deformada ampliada 60 vezes

Fig. 04 — Em busca da esbeltez: sete versões da estrutura, cada uma calculada no Karamba3D e comparada, à maneira do Galapagos, pela massa de bambu entre as que atendem à norma. Da primeira, com 23,1 t, à escolhida, com 13,4 t. Escolha uma versão.

03EstruturaAnálise e projeto estrutural

Da norma ao detalhe.

Análise estrutural, simulação de vento e projeto das ligações.

A confiança na estrutura vem de norma, ensaio e pesquisa.

O projeto estrutural em bambu se apoia numa base técnica que amadureceu nas últimas décadas: a ISO 22156, norma internacional de projeto de estruturas de colmos de bambu; a ISO 22157, que define os ensaios das propriedades físicas e mecânicas; e um corpo crescente de pesquisa acadêmica e manuais de construção. É esse conhecimento que transforma um material tradicional num sistema estrutural confiável.

No modelo de elementos finitos, cada colmo é uma barra com a seção real. Os resultados mostram como a estrutura se deforma, onde trabalha à compressão ou à tração e onde as peças dobram; a leitura da utilização indica, peça a peça, onde o sistema ainda pede ajuste.

Fig. 05 — Utilização de cada feixe pela ISO 22156, a maior entre as oito direções de vento.

O vento como projeto.

Leve e esbelta, uma cobertura de bambu tem no vento uma de suas ações mais sensíveis.

Sucção, inversão de esforços e arrancamento das bases importam tanto quanto o peso próprio. Por isso simulamos o escoamento em CFD a partir de dados locais de vento e levamos as pressões ao modelo estrutural, verificado nas oito direções. Ver o ar atravessar a cobertura ajuda a decidir curvatura, espaçamento da malha e posição dos apoios.

Fig. 06 — Vento norte do litoral norte de São Paulo (4,67 m/s a 10 m de altura) no corte longitudinal, simulado no OpenFOAM: máximo de 5,16 m/s sobre a cumeeira. Passe o mouse sobre a imagem para ver o escoamento.

Fig. 07 — Modelo de barras no Karamba3D, um colmo por barra: deformação sob peso próprio, deformação sob vento, esforço normal e momento fletor.

O encontro também é projeto.

A ligação traduz a lógica da estrutura num elemento construtivo.

O detalhe fecha o ciclo. Cada ligação é desenhada a partir dos esforços do seu encontro, respeitando o que o colmo admite em furos, cortes e apoios: bocas de peixe com barra roscada nos encaixes, parafusos passantes nos cruzamentos, cintas nos feixes e bases metálicas que afastam o bambu da água e levam as reações ao bloco de concreto.

Feixe de quatro colmos com boca de peixe e barra roscada
T1a Boca de peixe com barra roscada e pino
Cruzamento de caibro e anel com parafuso passante
T2 Parafuso passante no cruzamento
Base metálica com vinte colmos sobre bloco de concreto
T7 Base metálica dos 20 colmos
Corte vertical da base metálica com os tubos e parafusos
T7 Corte vertical da base

Fig. 08 — Detalhes de ligação e fundação do Restaurante Trancoso (estrutura de bambu, V3.3), desenvolvidos a partir dos esforços do modelo.

Vamos conversar sobre seu projeto.