Análise de Materiais para Construção de Domos Geodésicos

1. Introdução aos Domos Geodésicos

1.1. Definição e Princípios Estruturais

Domos geodésicos são estruturas arquitetônicas esféricas ou semiesféricas que se distinguem por serem construídas a partir de uma intrincada rede de polígonos interconectados, predominantemente triângulos [3]. Ao contrário das construções que dependem de superfícies curvas contínuas, um domo geodésico é formado pela união de uma série de linhas retas curtas, que em conjunto, aproximam uma forma esférica ou arredondada [3]. Um exemplo familiar dessa geometria é a estrutura de uma bola de futebol [3].

A escolha da geometria triangular como elemento construtivo fundamental para os domos geodésicos não é aleatória; ela é intrínseca à sua excepcional resistência e leveza. A estabilidade de um triângulo é notavelmente superior à de um retângulo sob pressão, sendo o triângulo duas vezes mais rígido [3]. Essa propriedade geométrica permite que a estrutura distribua as forças aplicadas de maneira homogênea por todo o corpo do domo. O resultado é uma edificação que é inerentemente leve e robusta, operando sob o princípio da tensão em vez da compressão, uma característica que Fuller descreveu como "leve, tenso e profundamente forte" [9], similar à engenharia de uma aeronave [9]. A utilização de triângulos não é meramente uma escolha estética, mas o alicerce da eficiência estrutural dos domos geodésicos, permitindo que eles cubram grandes vãos com uma quantidade mínima de material [3].

1.2. História e Contribuições de Buckminster Fuller

O conceito do domo geodésico ganhou proeminência e foi amplamente difundido graças ao trabalho do arquiteto e engenheiro americano R. Buckminster Fuller, que o desenvolveu na década de 1940 [36]. Fuller dedicou grande parte do início do século XX à busca por melhorias no abrigo humano, visando aplicar o conhecimento tecnológico moderno para criar construções mais confortáveis, eficientes e economicamente acessíveis [36]. Ele cunhou o termo "Domo Geodésico" [36], enfatizando a inter-relação entre os componentes estruturais e destacando a liberdade espacial e a agilidade na construção que essas estruturas proporcionam [9].

A filosofia de Fuller de "fazer mais com menos" [9] foi um pilar no desenvolvimento dessas estruturas, que encarnam os ideais de versatilidade, flexibilidade, eficiência energética e leveza estrutural [9]. A relevância de Fuller transcende a invenção do domo; sua abordagem sistêmica e antecipatória ao design continua a inspirar a arquitetura sustentável e a engenharia de materiais contemporâneas [36]. A patente de Fuller para o domo geodésico na arquitetura precedeu a descoberta, na química, da molécula esférica de carbono-60, que foi nomeada "buckminsterfullerene" em sua homenagem, devido à notável semelhança estrutural [36]. Essa conexão sublinha que a escolha de materiais para domos geodésicos deve considerar não apenas as propriedades imediatas, mas também o ciclo de vida e o impacto ambiental, alinhando-se à visão original de Fuller para uma aplicação consciente dos princípios da ciência ao design de nosso ambiente total, a fim de otimizar os recursos finitos da Terra sem perturbar os processos ecológicos do planeta [36].

1.3. Vantagens Estruturais e Energéticas

As vantagens dos domos geodésicos são vastas e residem fundamentalmente em sua forma esférica altamente eficiente [3]. Uma esfera é a forma que consegue envolver o maior volume de espaço interno com a menor quantidade de área de superfície externa [13]. Essa característica resulta em economia de materiais e, consequentemente, em redução de custos de construção [13]. Fuller observou que, ao dobrar o diâmetro de uma esfera, sua área quadrada é quadruplicada e seu volume é multiplicado por oito [13], o que demonstra a escalabilidade e a eficiência volumétrica dessas estruturas.

Em termos de desempenho energético, os domos oferecem benefícios substanciais:

• Redução da Área de Superfície: A menor área de superfície por volume exige menos material de construção, o que também se traduz em menor área para troca térmica com o ambiente [13].
• Exposição Reduzida: A forma esférica minimiza a área exposta por unidade de volume, diminuindo a perda de calor no inverno e o ganho de calor no verão [13].
• Fluxo de Ar Natural: O interior côncavo promove um fluxo de ar natural e eficiente, permitindo que o ar quente ou frio circule uniformemente por todo o domo, muitas vezes com o auxílio de dutos de retorno de ar [13].
• Redução da Turbulência do Vento: A aerodinâmica da forma esférica permite que os ventos fluam suavemente ao redor do domo, reduzindo a turbulência extrema que pode levar à perda de calor e danos estruturais [13].
• Reflexão de Calor: O domo atua como um refletor gigante, concentrando e refletindo o calor interno, o que ajuda a prevenir a perda de calor por radiação [13].

A Oregon Dome Co. estima que os proprietários de domos podem alcançar uma economia anual de energia de 30% em comparação com residências retilíneas convencionais [13]. Além disso, a engenharia dos domos geodésicos os capacita a suportar ventos fortes e temperaturas extremas, como evidenciado por sua utilização em regiões polares [15]. A eficiência energética dos domos geodésicos é uma consequência direta de sua geometria otimizada, o que os torna uma solução intrinsecamente sustentável, contribuindo para a redução da pegada de carbono operacional. A redução do consumo de energia ao longo da vida útil da estrutura é um componente crítico da sustentabilidade. Portanto, a seleção de materiais para domos geodésicos deve priorizar propriedades que complementem essa eficiência inerente, como o isolamento térmico e a durabilidade, para maximizar o desempenho ambiental geral.

1.4. Tipos de Domos Geodésicos e Aplicações

Os domos geodésicos podem ser categorizados com base em sua configuração estrutural e na complexidade de sua triangulação, conhecida como "frequência". A estrutura fundamental é composta por quadros triangulares, que conferem leveza, resistência e facilidade de montagem e desmontagem [3].

A complexidade e a esfericidade de um domo geodésico são diretamente proporcionais à sua frequência (V), que indica o número de segmentos em que cada aresta dos triângulos do domo é dividida [3].

• Domos 1V: Representam o tipo mais básico, consistindo em 20 triângulos [3].
• Domos 2V: Cada aresta dos triângulos é subdividida em dois segmentos [3].
• Domos 3V e 4V: São os mais empregados na prática, pois oferecem um equilíbrio favorável entre apelo estético e viabilidade construtiva. À medida que a frequência aumenta, a construção se torna mais desafiadora, mas a superfície do domo adquire uma forma mais lisa e esférica [3].

Em termos de tipologia estrutural mais ampla, os domos podem ser geodésicos, monolíticos, infláveis ou de ménsula [33]. Quanto à sua forma, podem ser bulbosos, hemisféricos, abobadados ou ovais [33].

As aplicações dos domos geodésicos são notavelmente diversas [30]:

• Estruturas temporárias e para eventos: Incluem feiras comerciais, recepções de casamento, concertos, conferências e ativações de marca [30].
• Residências e abrigos: Utilizados como casas, estruturas para glamping, casas-domo e abrigos temporários [30].
• Estruturas funcionais: Abrangem aviários, armazéns, depósitos, estufas, coberturas de piscinas e domos esportivos [30].
• Monumentos e edifícios públicos: Um exemplo icônico é a Biosfera de Montreal [36].

Os materiais de cobertura para domos geodésicos são igualmente variados, incluindo lona (translúcida ou blackout), cristal temperado, plástico cristal, madeira, painel W, malha metálica, cimento/concreto, policarbonato e fibra de vidro [3].

A versatilidade dos domos geodésicos em termos de aplicação e complexidade (frequência) implica que a seleção de materiais não pode ser uma abordagem padronizada. Um domo 1V projetado para um abrigo temporário terá requisitos de material muito distintos de um domo 4V destinado a uma residência permanente em uma região de clima extremo. A escolha do material deve, portanto, estar intrinsecamente ligada à frequência do domo e à sua aplicação final, que por sua vez definirá as cargas esperadas, a durabilidade necessária e os requisitos estéticos. A frequência do domo é um fator crítico de design que influencia diretamente a complexidade construtiva e, consequentemente, a viabilidade de certos materiais. Materiais que são mais fáceis de cortar e unir em grandes quantidades, como madeira ou PVC para domos de baixa frequência, podem ser menos adequados para domos de alta frequência que exigem maior precisão e uniformidade, onde metais ou compósitos podem ser superiores.

2. Propriedades Físicas e Mecânicas de Materiais para Domos Geodésicos

A seleção dos materiais para a estrutura e revestimento de um domo geodésico é um componente crítico que impacta diretamente o desempenho, o custo, a durabilidade e o impacto ambiental do projeto. A seguir, são detalhadas as propriedades de diversos materiais comumente utilizados ou de grande potencial para essa aplicação.

2.1. Aço Estrutural

O aço é um material amplamente empregado na construção civil devido à sua notável resistência e durabilidade [42]. Para domos geodésicos, o aço galvanizado é uma opção frequente, especialmente em ambientes com baixa umidade, e pode ser complementado com revestimento de pintura eletrostática para proteção adicional.

O aço apresenta uma combinação de propriedades que o tornam adequado para estruturas que exigem alta capacidade de carga e rigidez. Sua densidade varia tipicamente entre 7,7 e 7,86 g/cm³ [43], e seu ponto de fusão situa-se em torno de 1500-1570°C [37]. Em termos de condutividade térmica, o aço 1025 possui 51,9 W/m-K [37], enquanto o aço inoxidável 316, por ser um material altamente ligado, apresenta uma condutividade menor, de 15,9 W/m-K [37], o que o torna mais resistente ao transporte de calor. O coeficiente de dilatação térmica linear do aço 1025 é de 12,0 x 10⁻⁶ °C⁻¹ [37], com o aço inoxidável 316 apresentando um valor ligeiramente superior de 16,0 x 10⁻⁶ °C⁻¹ [37]. O aço em geral possui um coeficiente de 11,7 x 10⁻⁶ L/°C [42].

A rigidez do aço é caracterizada por um Módulo de Elasticidade (Es) de 210 GPa (210.000 MPa) [6]. Este módulo é uma medida da capacidade do material de deformar-se temporariamente sob carga e retornar à sua forma original, sendo crucial para o dimensionamento de estruturas que suportam grandes cargas sem deformação excessiva [6]. O Módulo de Cisalhamento (G) é de 81 GPa [6], e o Coeficiente de Poisson (ν) é de 0,3 [43].

A resistência à tração (tensão última) do aço varia significativamente com a classe e espessura. Por exemplo, para aços S235, a tensão última é de 360 MPa; para S275, varia de 410 a 430 MPa; para S355, de 470 a 510 MPa; para S420, 520 MPa; e para S460, 540 MPa. A tensão de cedência (limite de escoamento) também é dependente da classe e espessura, com valores para espessuras de até 16mm sendo: S235 (235 MPa), S275 (275 MPa), S355 (355 MPa), S420 (420 MPa) e S460 (460 MPa) [37]. Para aços dúcteis, a resistência à compressão é geralmente considerada similar ao limite de escoamento na tração.

A seleção do aço para domos geodésicos envolve ponderar sua robustez estrutural contra as implicações de peso e desempenho térmico. Embora o aço seja muito rígido e capaz de suportar grandes cargas, permitindo vãos maiores e estruturas mais esbeltas, sua densidade é consideravelmente maior do que a do alumínio. Isso pode se tornar um fator importante na logística de transporte, montagem e na carga total sobre a fundação. Além disso, a condutividade térmica do aço, embora menor que a do alumínio, ainda é significativa e pode levar à formação de pontes térmicas na estrutura do domo, exigindo soluções de isolamento adicionais para manter a eficiência energética. Para domos em ambientes frios ou que buscam alta eficiência energética, a escolha de aços inoxidáveis ou a implementação de isolamentos robustos é crucial, mesmo que isso aumente o custo total do projeto.

Tabela 1: Propriedades Físicas e Mecânicas Típicas do Aço Estrutural

Propriedade	Valor Típico	Unidade	Fonte(s) [6], [37], [42], [43]
Densidade	7.7 - 7.86	g/cm³
Ponto de Fusão	~1500 - 1570	°C
Condutividade Térmica	15.9 - 51.9	W/m-K
Coeficiente de Dilatação Térmica	11.7 - 16.0 x 10⁻⁶	°C⁻¹
Módulo de Elasticidade (Es)	210	GPa
Módulo de Cisalhamento (G)	81	GPa
Coeficiente de Poisson (ν)	0.3	-
Tensão de Cedência (Escoamento)	235 - 460	MPa
Resistência à Tração (Última)	360 - 540	MPa
Resistência à Compressão	Similar ao Escoamento	MPa

2.2. Alumínio e Ligas Estruturais

O alumínio é um material altamente valorizado na construção de domos geodésicos, especialmente em ambientes costeiros, devido à sua leveza e excepcional resistência à corrosão marinha [19].

A densidade do alumínio é de aproximadamente 2,70 g/cm³ [40], o que o torna significativamente mais leve que o aço, representando cerca de 35% do peso do aço e 30% do peso do cobre [40]. Ligas específicas, como a 2219, podem ter uma densidade ligeiramente maior, de 2,84 g/cm³ [1]. O ponto de fusão do alumínio é de 660°C [40], enquanto para a liga 2219, varia de 543 a 643°C [1].

Uma característica proeminente do alumínio é sua alta condutividade térmica, que pode variar de 120 W/m-K para a liga 2219 [1] a 247 W/m-K para o alumínio em geral [40], sendo 4,5 vezes maior que a do aço [40]. Essa elevada condutividade faz do alumínio um excelente dissipador de calor. O coeficiente de dilatação térmica linear do alumínio é de 23,6 x 10⁻⁶ °C⁻¹ [40] ou 23,10⁻⁶ L/°C [34], valores significativamente maiores que os do aço, o que implica em maior expansão e contração com variações de temperatura.

O Módulo de Elasticidade (Es) do alumínio puro é de cerca de 70 GPa (70.000 MPa) [34], com ligas estruturais variando entre 69 e 73,1 GPa [19]. O Módulo de Cisalhamento para a liga 2219 é de 27 GPa [1], e o Coeficiente de Poisson é de 0,33 para várias ligas [34].

Em termos de resistência mecânica, o alumínio puro possui baixa resistência à tração (60 MPa), mas ligas comerciais podem variar de 90 a 140 MPa, e ligas de alta performance, com tratamentos específicos, podem atingir até 600 MPa [19]. A liga 2219, por exemplo, apresenta uma resistência à tração final de 414 MPa e um limite de escoamento de 290 MPa [1]. Ligas da série 2XXX (Al-Cu), como o Duralumínio 2017 e 2024, são conhecidas por sua alta resistência (até 430 MPa após envelhecimento) [19]. As ligas da série 7XXX (Al-Zn-Mg) são consideradas as mais resistentes entre todas as ligas de alumínio, oferecendo uma relação resistência-peso superior a muitos aços de alta resistência [19]. A resistência ao cisalhamento para a liga 2219 é de 255 MPa [1]. O alumínio também exibe alta ductilidade, com alongamento que pode exceder 40% [19], e a liga 2219 possui uma resistência à fadiga de 103 MPa [1]. A resistência à corrosão do alumínio é elevada devido à formação de uma fina e protetora camada de óxido de Al₂O₃ [40]. Além disso, o alumínio é infinitamente reciclável sem perda de suas propriedades físico-químicas [19].

A alta condutividade térmica do alumínio, embora seja uma vantagem em algumas aplicações, pode representar um desafio significativo para a eficiência energética de domos geodésicos em climas com grandes variações de temperatura. Se o material estrutural for um condutor de calor muito eficiente, a vantagem da eficiência energética passiva dos domos pode ser mitigada. Para compensar essa característica e manter a eficiência energética prometida, o uso de alumínio exigiria soluções de isolamento térmico mais robustas e cuidadosamente projetadas para evitar pontes térmicas, o que pode aumentar a complexidade e o custo da construção. Assim, embora a leveza e a resistência à corrosão do alumínio sejam atributos atraentes, sua alta condutividade térmica é uma propriedade crítica que exige atenção especial no projeto de domos geodésicos, podendo levar à preferência por perfis de alumínio com ruptura de ponte térmica ou a sistemas de revestimento e isolamento mais avançados.

Tabela 2: Propriedades Físicas e Mecânicas Típicas do Alumínio e Ligas Estruturais

Propriedade	Valor Típico	Unidade	Fonte(s) [1], [19], [34], [40], [41]
Densidade	2.70 - 2.84	g/cm³
Ponto de Fusão	543 - 660	°C
Condutividade Térmica	120 - 247	W/m-K
Coeficiente de Dilatação Térmica	22.3 - 23.6 x 10⁻⁶	°C⁻¹
Módulo de Elasticidade (Es)	69 - 73.1	GPa
Módulo de Cisalhamento (G)	27	GPa
Coeficiente de Poisson (ν)	0.33	-
Resistência à Tração	60 - 600	MPa
Tensão de Cedência (Escoamento)	290	MPa
Resistência à Compressão	Similar à Tração	MPa
Resistência ao Cisalhamento	255	MPa
Ductilidade	>40	%
Resistência à Fadiga	103	MPa

2.3. Madeira Estrutural

A madeira é um material de construção tradicional e renovável, que oferece uma excelente relação resistência-densidade, sendo aproximadamente três vezes maior que a do aço e dez vezes maior que a do concreto [18]. É amplamente utilizada em domos para glamping e em diversas aplicações construtivas.

As propriedades da madeira variam consideravelmente entre as espécies. A densidade básica (DEb) pode variar de 0,40 g/cm³ para o Pinheiro do Paraná a 0,80 g/cm³ para a Aroeira [18]. Espécies amazônicas apresentam uma faixa de densidade de 0,561 a 0,904 g/cm³ [20]. O teor de umidade da madeira verde, por exemplo, em espécies amazônicas, não difere significativamente entre a base e o topo do tronco, com médias de 65% na base e 68% no topo [20]. Espécies mais leves tendem a possuir maior quantidade de água livre e secam com mais facilidade [20].

A estabilidade dimensional da madeira é um fator crítico; a madeira seca proporciona maior estabilidade e resistência, minimizando variações dimensionais (a umidade pode causar um inchaço de até 30% do volume da madeira) e o surgimento de fissuras devido à retração das fibras durante a secagem tardia [25]. A consistência do teor de umidade ao longo do tronco é um indicador de estabilidade dimensional [20].

O Módulo de Elasticidade (rigidez) da madeira também varia. Em flexão estática (FEe), para Pinus caribaea var. hondurensis, a média é de 7558 MPa (seca) e 6861 MPa (saturada) [29]. Para outras espécies comerciais, pode variar de 5956 MPa (Pinho do Brejo) a 15004 MPa (Aroeira) [29]. Para madeiras tropicais, o módulo de elasticidade em compressão paralela às fibras (Ec0) é estatisticamente equivalente ao módulo de elasticidade em tração paralela às fibras (Et0) [36]. Uma relação importante é que o módulo de elasticidade em flexão (EM) é aproximadamente 0,98 vezes o módulo de elasticidade em compressão paralela às fibras (Ec0) [36], uma correção em relação a valores anteriores de normas brasileiras.

A resistência à flexão (Módulo de Ruptura FEr) para Pinus caribaea var. hondurensis é de 68 MPa (seca) e 45 MPa (saturada) [29]. Para outras espécies, varia de 56 MPa (Pinho do Brejo) a 136 MPa (Aroeira) [29]. A resistência à compressão paralela às fibras (CPpar) para Pinus caribaea var. hondurensis é de 32 MPa (seca) e 16,5 MPa (saturada) [29], enquanto para outras espécies, varia de 29 MPa a 82 MPa [18]. A resistência à compressão perpendicular às fibras (CPpel) para a mesma espécie é de 5,5 MPa (seca) e 2,9 MPa (saturada) [29]. A resistência ao cisalhamento paralelo às fibras (CIr) para Pinus caribaea var. hondurensis é de 9,5 MPa (seca) e 4,9 MPa (saturada) [29], variando de 8,5 MPa a 16,8 MPa para outras espécies [18].

A durabilidade da madeira é influenciada por fatores como a composição do solo, o clima, a posição da árvore na mata, a época do corte e o processo de extração [25]. Para estruturas externas, como domos geodésicos, é fundamental o uso de madeiras mais duras e resistentes ao tempo, como o Ipê [25]. No entanto, a durabilidade da madeira em domos geodésicos externos depende mais das práticas de design e manutenção do que da resistência intrínseca da espécie [25]. A madeira é suscetível a fungos e insetos, e sua longevidade é diretamente afetada pela exposição à umidade e intempéries [25]. Tratamentos com pintura ou verniz, com manutenção periódica (máximo a cada dois anos), são essenciais para proteger o material [25]. O design das conexões também é crucial; deve-se evitar o engastamento rígido, que pode causar fendilhamento, e preferir encaixes com peças metálicas parafusadas ou apoios simples que permitam o movimento da madeira [44]. A durabilidade da madeira não é uma propriedade estática, mas uma função dinâmica de como ela é protegida e mantida. Para domos de madeira, a sustentabilidade e a longevidade não residem apenas na escolha de uma espécie resistente, mas na implementação de um rigoroso regime de design que minimize a exposição à umidade e um plano de manutenção proativo. Ignorar esses fatores pode levar a falhas prematuras, apesar das vantagens de renovabilidade e relação resistência-peso da madeira.

Tabela 3: Propriedades Físicas e Mecânicas Típicas da Madeira Estrutural (Exemplos)

Propriedade	Valor Típico	Unidade	Fonte(s) [18], [20], [25], [29], [31], [36]
Densidade Básica (DEb)	0.40 - 0.904	g/cm³
Teor de Umidade (Madeira Verde)	65 - 68	%
Módulo de Elasticidade (FEe - Flexão)	5956 - 15004	MPa
Módulo de Elasticidade (Ec0/Et0)	Estatisticamente Equivalente	MPa
Resistência à Flexão (FEr)	56 - 136	MPa
Resistência à Compressão Paralela	29 - 82	MPa
Resistência à Compressão Perpendicular	2.6 - 7.0	MPa
Resistência ao Cisalhamento Paralelo	8.5 - 16.8	MPa
Estabilidade Dimensional	Varia com umidade	-
Durabilidade	Depende de tratamento e manutenção	-

2.4. Bambu Estrutural

O bambu é um material renovável de rápido crescimento, com um potencial considerável para aplicações estruturais, especialmente no contexto da construção sustentável.

As propriedades físicas e mecânicas do bambu variam significativamente entre as espécies e ao longo do colmo [39]. A densidade básica pode variar de 0,40 g/cm³ na base de Guadua sp. a 0,66 g/cm³ para Dendrocalamus giganteus [39]. Guadua sp. é classificado como material de baixa densidade (média geral de 0,49 g/cm³), enquanto Bambusa vulgaris (média geral de 0,57 g/cm³) é de média densidade e mais homogêneo ao longo do colmo [39].

O teor de umidade também apresenta variações significativas [45]. Para Guadua sp., a média é de 17,80% a 19,24% [45]. Para Bambusa vulgaris, varia de 22,49% no topo a 54,31% na base [45]. Em Dendrocalamus giganteus, a média é de 60% (± 27%), diminuindo da base para o topo [45]. O teor de umidade influencia diretamente as características mecânicas do material [45].

Em termos de estabilidade dimensional, o bambu apresenta variações maiores na direção radial (espessura) do que na tangencial (largura), com uma retração volumétrica de 15,40% para Dendrocalamus giganteus [45]. O coeficiente de anisotropia para Guadua sp. (encolhimento 1,45; inchaço 1,53) indica excelente estabilidade dimensional, enquanto para Bambusa vulgaris (encolhimento 1,93) indica média estabilidade [45].

O Módulo de Elasticidade Longitudinal em tração para Guadua angustifolia varia de 11,10 GPa a 18,36 GPa, com uma média de 15,11 GPa [39], sendo que amostras sem nós tendem a apresentar valores mais elevados [39]. Em compressão, o módulo de elasticidade longitudinal para Guadua angustifolia tem uma média de 12,58 GPa [39], variando de 9,00 GPa na base a 15,80 GPa no topo [39].

A resistência à tração para Guadua angustifolia tem uma média de 86,96 MPa [39], mas a parte central pode atingir 95,80 MPa (sem nós) [39], e a região superior sem nós pode chegar a 115,84 MPa [39]. A presença de nós geralmente reduz a resistência à tração [39]. A resistência à compressão para Guadua angustifolia é, em média, de 29,48 MPa [39], sendo tipicamente três vezes menor que a resistência à tração [39], e aumenta da base para o topo com pouca influência dos nós [39]. A resistência ao cisalhamento interlaminar para Guadua angustifolia tem uma média de 2,02 MPa [39], aumentando da base para o topo [39], com amostras sem nós exibindo maior resistência [39].

A durabilidade do bambu é um aspecto crucial, pois ele é suscetível a ataques de insetos e fungos devido ao seu tecido parenquimático, que armazena água e amido [4]. Para aumentar sua durabilidade, é essencial o tratamento [4]. O método de Difusão por Imersão Vertical (VSD), utilizando uma solução de bórax e ácido bórico, é uma abordagem econômica que remove o amido e elimina insetos [4]. Esse processo geralmente leva cerca de 14 dias, seguido de secagem à sombra [4].

A variabilidade das propriedades do bambu ao longo do colmo e entre as espécies exige uma abordagem de design mais granular e específica para garantir a integridade estrutural em domos geodésicos. As propriedades do bambu, como densidade, espessura da parede, diâmetro e resistências, variam significativamente da base ao topo do colmo e entre as espécies [39]. Além disso, a presença de nós afeta a resistência à tração, embora tenha pouca influência na compressão [39]. Isso significa que um projeto de domo geodésico que utiliza bambu não pode assumir propriedades uniformes para todas as barras. Diferentes seções do colmo podem ser mais adequadas para diferentes elementos estruturais (por exemplo, a base para elementos de maior compressão, o topo para elementos de menor carga). Essa característica contrasta com materiais como aço e alumínio, onde as propriedades são mais uniformes para uma dada liga ou seção. O uso do bambu em domos geodésicos, embora sustentável, requer uma engenharia mais sofisticada e um planejamento de corte e montagem que leve em conta a heterogeneidade natural do material. Isso pode aumentar a complexidade do processo de fabricação e montagem, mas otimiza o uso do recurso e maximiza a segurança da estrutura.

Tabela 4: Propriedades Físicas e Mecânicas Típicas do Bambu Estrutural (Exemplos)

Propriedade	Valor Típico	Unidade	Fonte(s) [4], [39], [45]
Densidade Básica	0.40 - 0.66	g/cm³
Teor de Umidade	17.8 - 60	%
Módulo de Elasticidade Longitudinal (Tração)	11.10 - 18.36	GPa
Módulo de Elasticidade Longitudinal (Compressão)	9.00 - 15.80	GPa
Resistência à Tração	86.96 - 115.84	MPa
Resistência à Compressão	29.48	MPa
Resistência ao Cisalhamento Interlaminar	2.02	MPa
Estabilidade Dimensional	Variável	-
Durabilidade	Requer tratamento e secagem	-

2.5. PVC (Cloreto de Polivinila)

O PVC (Cloreto de Polivinila) é um polímero versátil, disponível em formas rígidas e flexíveis, com uma ampla gama de aplicações na construção, desde tubulações e revestimentos até componentes estruturais secundários em domos geodésicos.

As propriedades físicas e mecânicas do PVC variam significativamente dependendo de sua formulação e forma. A densidade do PVC rígido varia de 1,4 a 1,45 g/cm³ [12], enquanto o PVC expandido é consideravelmente mais leve, com densidade entre 0,50 e 0,80 g/cm³ [7]. O PVC flexível, por sua vez, apresenta densidade entre 1,10 e 1,45 g/cm³ [8].

A temperatura de amolecimento Vicat para o PVC rígido varia de 65 a 100°C [8], e para o PVC expandido, de 65 a 75°C [7]. A temperatura de operação recomendada para o PVC rígido é de -10 a +50°C [8]. A condutividade térmica do PVC rígido é de 0,15 W/m K [8], e seu coeficiente de dilatação térmica linear é de 6,7 x 10⁻⁵ cm/cm °C [8]. A dureza Rockwell do PVC rígido é de 97R [8].

Em termos de resistência mecânica, a resistência à tração do PVC rígido varia de 31 a 60 MPa [8], enquanto a do PVC expandido é bem menor, entre 8 e 20 MPa [7]. O alongamento na ruptura do PVC rígido pode exceder 80% [8], ao passo que para o PVC expandido, varia de 10% a 20% [7]. O módulo de elasticidade em tração para o PVC rígido varia de 2,41 a 4,14 GPa [35].

A resistência à flexão do PVC rígido é de 80 MPa [8], e para o PVC expandido, de 8 a 18 MPa [7]. O módulo de flexão do PVC rígido varia de 2,0 a 3,5 GPa [8], enquanto para o PVC expandido, é de 0,5 a 0,9 GPa (500-900 MPa) [7]. A resistência ao impacto do PVC rígido pode variar de 25 a 1500 J/m [8], e para o PVC expandido, de 5 a 15 KJ/SQM [7].

Em relação à durabilidade, o PVC expandido é resistente a intempéries, o que sugere resistência à radiação UV [16]. Coberturas de domos em PVC também são descritas como resistentes a raios UV e fáceis de limpar [39]. A absorção de água do PVC expandido é inferior a 1% [7], e ele possui boa resistência ao fogo, sendo autoextinguível (extingue-se em menos de 5 segundos) [7].

A grande diferença nas propriedades mecânicas entre o PVC rígido e o PVC expandido, aliada à sua sensibilidade térmica, indica que o PVC é mais adequado para componentes de revestimento e isolamento em domos geodésicos, em vez de elementos estruturais primários. O PVC expandido, sendo muito menos denso e rígido, é ideal para aplicações de isolamento e painéis não estruturais, enquanto o PVC rígido pode ser utilizado para perfis secundários ou revestimentos mais robustos. As limitações de temperatura de operação do PVC (até +50°C) restringem seu uso em domos geodésicos em climas com temperaturas extremas, onde outros materiais seriam mais adequados para a estrutura principal. A versatilidade do PVC reside em sua capacidade de ser moldado em diferentes formas e densidades para atender a necessidades específicas (revestimento, isolamento, vedação), mas sua contribuição estrutural primária em domos geodésicos é limitada em comparação com metais ou madeira. O foco deve ser em sua resistência à água, leveza e propriedades de isolamento, em vez de sua capacidade de carga principal.

Tabela 5: Propriedades Físicas e Mecânicas Típicas do PVC (Rígido e Expandido)

Propriedade	Valor Típico	Unidade	Tipo de PVC	Fonte(s) [7], [8], [12], [16], [35], [39]
Densidade	1.4 - 1.45	g/cm³	Rígido
	0.50 - 0.80	g/cm³	Expandido
Temperatura de Amolecimento Vicat	65 - 100	°C	Rígido
	65 - 75	°C	Expandido
Temperatura de Operação	-10 a +50	°C	Rígido
Condutividade Térmica	0.15	W/m K	Rígido
Coeficiente de Dilatação Térmica	6.7 x 10⁻⁵	cm/cm °C	Rígido
Dureza Rockwell	97R	-	Rígido
Resistência à Tração	31 - 60	MPa	Rígido
	8 - 20	MPa	Expandido
Alongamento na Ruptura	>80	%	Rígido
	10 - 20	%	Expandido
Módulo de Elasticidade (Tração)	2.41 - 4.14	GPa	Rígido
Resistência à Flexão	80	MPa	Rígido
	8 - 18	MPa	Expandido
Módulo de Flexão	2.0 - 3.5	GPa	Rígido
	0.5 - 0.9	GPa	Expandido
Resistência ao Impacto	25 - 1500	J/m	Rígido
	5 - 15	KJ/SQM	Expandido
Resistência UV	Resistente	-	Geral
Absorção de Água	<1	%	Expandido
Resistência ao Fogo	Autoextinguível	-	Expandido

2.6. Outros Materiais Relevantes

Além dos materiais primários, outros polímeros e compósitos avançados oferecem propriedades que podem ser vantajosas para a construção de domos geodésicos, especialmente para aplicações específicas que exigem transparência, alta resistência ou leveza extrema.

2.6.1. Policarbonato (PC)

O policarbonato é um termoplástico de engenharia amplamente reconhecido por sua notável resistência ao impacto e alta transparência [21]. É um material 250 vezes mais resistente que o vidro e 30 a 40 vezes mais resistente que o acrílico [11], ao mesmo tempo em que é 50% mais leve que o vidro [11]. O policarbonato é autoextinguível [11] e possui proteção contra raios UV [16].

Sua densidade varia entre 1,19 e 1,24 g/cm³ [23]. A temperatura de transição vítrea do policarbonato é de 140-150°C [26], e sua temperatura de amolecimento Vicat varia de 125 a 146°C [21]. A temperatura máxima de uso contínuo é de 100°C [21]. Em termos de propriedades térmicas, sua condutividade térmica é de 0,19-0,21 W/(m*K) [26], e o coeficiente de dilatação térmica linear (CTE) varia de 58,7 a 80 x 10⁻⁶/K [26].

A resistência à tração na ruptura do policarbonato situa-se entre 63,7 e 78 MPa [21]. O módulo de elasticidade em tração varia de 2,2 a 2,4 GPa (2200-2400 MPa) [35]. O alongamento na ruptura pode ser de 85% a 110% [21]. A resistência à flexão é de 95 MPa [21], e o módulo de flexão varia de 2,3 a 2,51 GPa (2300-2510 MPa) [26]. A resistência ao impacto do policarbonato é muito alta, com valores IZOD de 823-880 J/m [21], e testes Charpy sem encaixe indicam ausência de roturas [21]. A dureza Rockwell varia de 96,7 a 120 HRL [21]. Sua transmitância de luz para o tipo cristal é superior a 85% [11].

2.6.2. Compósitos de Fibra de Vidro (GFRP)

Os Compósitos de Polímero Reforçado com Fibra de Vidro (GFRP) são materiais que combinam filamentos de vidro com uma matriz de resina plástica [41]. Esses compósitos oferecem uma alta relação resistência-peso, boa estabilidade e resistência ao calor, umidade e corrosão [41].

As fibras de vidro, que compõem o GFRP, têm diâmetros que variam de 5 a 20 mícrons [14]. Existem diferentes tipos de fibras de vidro, como E-Glass (alta resistência à corrosão, bom isolamento elétrico e boas propriedades mecânicas), S-Glass (alta resistência ao calor, tração e módulo de Young, porém mais caro), C-Glass (usado em indústrias químicas) e AR/R (melhor resistência química) [14].

O módulo de elasticidade dos compósitos de fibra de vidro é considerado reduzido em comparação com outras fibras, como a fibra de carbono [43]. A resistência à tração para laminados de GFRP varia de 1000 a 2000 MPa [10], e para as fibras de vidro, é de 1517 MPa [10]. A resistência à compressão das fibras de vidro é de aproximadamente 834 MPa (55% da resistência à tração), sendo superior à das fibras de aramida [43]. A rigidez do GFRP permite boa capacidade de deformação, mas o material pode degradar sob a luz solar [43].

Em relação à durabilidade, a resistência à fadiga do GFRP é baixa em comparação com a fibra de carbono e aramida [43]. O coeficiente de dilatação térmica do GFRP é similar ao do concreto [43]. A resistência à umidade é considerada regular devido à alta retenção de água das fibras de vidro, que podem degradar por extração de íons e ataque de bases [43]. No entanto, a resistência à corrosão é excelente, pois as fibras de vidro são isolantes e não transmitem correntes elétricas [17]. A resistência ao impacto do GFRP é baixa em comparação com barras de aço [28]. O custo do GFRP é relativamente baixo em comparação com a fibra de carbono e aramida [28], mas para alcançar o mesmo nível de reforço que a fibra de carbono, uma quantidade significativamente maior de GFRP é necessária [28], o que implica mais resina, mão de obra e, consequentemente, um aumento no custo total do sistema.

Tabela 6: Propriedades Físicas e Mecânicas Típicas de Outros Materiais (Policarbonato, Compósitos de Fibra de Vidro)

Propriedade	Valor Típico	Unidade	Material	Fonte(s) [10], [11], [14], [16], [21], [23], [26], [28], [35], [41], [43]
Densidade	1.19 - 1.24	g/cm³	Policarbonato
	Baixa	g/cm³	GFRP
Temperatura de Transição Vítrea	140 - 150	°C	Policarbonato
Temperatura de Amolecimento Vicat	125 - 146	°C	Policarbonato
Temperatura Máx. Uso Contínuo	100	°C	Policarbonato
Condutividade Térmica	0.19 - 0.21	W/m-K	Policarbonato
Coeficiente Dilatação Térmica	58.7 - 80 x 10⁻⁶	°C⁻¹	Policarbonato
Resistência à Tração	63.7 - 78	MPa	Policarbonato
	1000 - 2000	MPa	GFRP
Módulo de Elasticidade (Tração)	2.2 - 2.4	GPa	Policarbonato
	Reduzido	GPa	GFRP
Resistência à Flexão	95	MPa	Policarbonato
Módulo de Flexão	2.3 - 2.51	GPa	Policarbonato
Resistência ao Impacto	Muito alta (823-880 J/m)	J/m	Policarbonato
	Baixa	-	GFRP
Dureza Rockwell	96.7 - 120	HRL	Policarbonato
Transmitância de Luz	>85	%	Policarbonato
Resistência UV	Sim	-	Policarbonato
Resistência à Compressão	~834	MPa	GFRP
Resistência à Fadiga	Baixa	-	GFRP
Resistência à Corrosão	Excelente	-	GFRP
Resistência à Umidade	Regular	-	GFRP
Custo	Baixo (relativo)	-	GFRP

3. Conclusões e Recomendações

A pesquisa detalhada sobre domos geodésicos e as propriedades de seus materiais construtivos revela que a escolha do material é um processo multifacetado, que deve ser guiado por uma compreensão profunda das características físicas e mecânicas, bem como das implicações de design e sustentabilidade.

Os domos geodésicos, por sua própria natureza geométrica baseada em triangulações, oferecem uma eficiência estrutural e energética intrínseca. Essa geometria permite uma distribuição homogênea de forças e uma otimização do volume em relação à área de superfície, resultando em economia de materiais e custos operacionais reduzidos. Essa vantagem fundamental do design de Fuller significa que a estrutura já contribui para a sustentabilidade, e a seleção de materiais deve complementar essa eficiência inerente.

• Aço e Alumínio: Metais como o aço e o alumínio são escolhas robustas para a estrutura principal de domos geodésicos. O aço oferece alta rigidez e resistência, permitindo grandes vãos e estruturas esbeltas, mas seu peso e condutividade térmica exigem considerações sobre logística e isolamento adicional. O alumínio, por sua vez, destaca-se pela leveza e excelente resistência à corrosão, tornando-o ideal para ambientes desafiadores como áreas costeiras. Contudo, sua alta condutividade térmica pode comprometer a eficiência energética do domo, demandando soluções de ruptura de ponte térmica e isolamento aprimorado. A decisão entre aço e alumínio deve ponderar a relação custo-benefício entre resistência, peso e desempenho térmico para o clima específico do projeto.
• Madeira e Bambu: Materiais naturais como a madeira e o bambu oferecem vantagens de renovabilidade e uma excelente relação resistência-peso. A madeira, com sua variabilidade de propriedades entre espécies, requer um planejamento cuidadoso do teor de umidade e tratamentos de proteção para garantir a durabilidade, especialmente em ambientes externos. A longevidade de um domo de madeira depende criticamente das práticas de design que minimizam a exposição à umidade e um plano de manutenção proativo. O bambu, embora promissor e sustentável, apresenta uma heterogeneidade significativa de propriedades ao longo do colmo e entre espécies, o que exige uma engenharia mais sofisticada e um planejamento de corte e montagem que otimize o uso de cada seção do material. A necessidade de tratamento contra insetos e fungos é uma consideração fundamental para a durabilidade do bambu.
• Polímeros e Compósitos: O PVC, em suas formas rígida e expandida, é mais adequado para componentes de revestimento, vedação e isolamento em domos geodésicos, devido à sua leveza, resistência à água e propriedades térmicas. Suas limitações de temperatura e resistência mecânica o tornam menos indicado para elementos estruturais primários em comparação com metais. O policarbonato, com sua alta resistência ao impacto e transparência, é uma excelente opção para painéis de cobertura que exigem durabilidade e transmissão de luz, especialmente quando a proteção UV é incorporada. Os compósitos de fibra de vidro (GFRP) oferecem alta resistência à tração e excelente resistência à corrosão, mas sua baixa resistência à fadiga e ao impacto, juntamente com a sensibilidade à umidade, precisam ser cuidadosamente avaliadas para aplicações estruturais primárias, apesar de seu custo relativamente baixo.

Em suma, a seleção de materiais para domos geodésicos transcende a mera análise de propriedades individuais. Ela exige uma abordagem integrada que considere a frequência do domo, sua aplicação final, as condições ambientais do local e o ciclo de vida do material. A otimização do design de um domo geodésico reside na habilidade de harmonizar as vantagens inerentes da forma com as propriedades específicas de cada material, garantindo não apenas a robustez e a segurança, mas também a eficiência energética e a sustentabilidade a longo prazo do projeto.

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