projeto de um protótipo sustentável
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PROJETO DE UM PROTÓTIPO SUSTENTÁVEL 117 PROJETO DE UM PROTÓTIPO SUSTENTÁVEL Lívia Ferraz Damasceno Arquitetura urbanista pela Unesp-Bauru, e-mail: [email protected] Rosane Aparecida Gomes Battistelle Docente do Departamento de Engenharia Civil e do Curso de Pós-graduação em Engenharia de Produção, Unesp-Bauru, e-mail: [email protected] Maria Fernanda Nóbrega dos Santos Arquiteta urbanista, mestranda em Engenharia de Produção na área de Gestão Ambiental pela Unesp-Bauru. Bolsista do CNPq, e-mail: [email protected] Francisco Antonio Rocco Lahr Docente do Departamento de Engenharia de Estruturas e da Pós-graduação da Engenharia de Materiais, Interunidades, EESC-USP, São Carlos, e-mail: [email protected] Resumo A construção civil tem se destacado como área promissora em relação à busca da sustentabilidade, pois possibilita assimilar tanto tecnologias mais limpas quanto materiais mais sustentáveis. Desse modo, algumas empresas estão destinando atenção especial a essa possibilidade, como as cooperativas de reciclagem de resíduos plásticos, papel, borracha e alumínio, e arquitetos e engenheiros, com sua capacidade técnica, vêm aplicando materiais alternativos em seus projetos. As universidades também têm incentivado os conceitos de sustentabilidade junto à comunidade universitária. Assim, o objetivo deste trabalho é o desenvolvimento de um projeto para uma habitação ecológica, na qual é proposta a utilização de materiais e técnicas de construção sustentáveis, desenvolvidos pelos discentes e docentes dos cursos de Arquitetura, Engenharia de Produção, Engenharia Civil e Desenho Industrial da Unesp, Bauru. O resultado é apresentado na forma de pranchas arquitetônicas, com a descrição das técnicas construtivas empregadas. Palavras-chave: arquitetura sustentável, materiais de construção, chapas de partículas. Introdução Na atualidade, o aumento da população, aliado ao processo crescente de urbanização, tem evidenciado os problemas ambientais, como a crise energética, os padrões insustentáveis de consumo da sociedade e os impactos da geração e descarte dos resíduos sólidos. Paralelamente, observase que as questões ambientais são cada vez mais discutidas nos meios político, social e, principalmente, acadêmico. Os índices de poluição apresentam-se cada vez mais alarmantes nas cidades, tanto pelas contribuições atmosféricas da frota de carros, quanto pelo acúmulo de resíduos nas vias públicas, terrenos baldios, rios e fundo de vales, que não são enviados para o correto descarte final. Ou, mesmo, pela produção desenfreada de materiais sintéticos, como os produtos descartáveis, que ao final de sua vida útil são rejeitados na íntegra, contribuindo para o crescente aumento dos resíduos. Outro aspecto que colabora para esse panorama é a exploração dos recursos naturais (como o petróleo e a água potável) sem o devido planejamento, que também traz como consequência ambiental o incremento exponencial de resíduos industriais. Segundo John (2000), no modelo adotado por nosso processo de industrialização, os resíduos sempre são gerados na produção de bens de consumo, e ao final de sua vida útil apresentam-se em quantidades superiores aos produtos desenvolvidos. Em relação ao setor da construção civil, GauzinMüller (2002) comenta a margem muito significativa de participação desse empreendimento na degradação ambiental. De acordo com o pesquisador, a fase de construção e sua “vida útil” consomem mais de 50% dos recursos naturais extraídos e 40% de toda a energia produzida no planeta. Minerva, 6(2): 117-125 118 DAMASCENO ET AL. Em contrapartida, segundo Cincotto (1988), esse mesmo setor está apto a empregar grande diversidade de materiais descartados durante as diferentes etapas de construção e uso, podendo, assim, incorporar vários resíduos (desde que viáveis tecnologicamente) e oferecer uma alternativa para minimizar os danos ambientais. A motivação básica deste trabalho está sintetizada na tentativa de englobar alguns trabalhos científicos previamente desenvolvidos na Unesp de Bauru, nas áreas de Resíduos, Materiais de Construção e Sustentabilidade, a fim de apresentar uma aplicação conjunta desses materiais. Para tanto, foi elaborado um projeto de uma habitação diferenciada, para a qual é proposto o uso de materiais e técnicas de construção mais “sustentáveis”, empregando diferentes materiais compostos de resíduos, a fim de minimizar a utilização de materiais impactantes e otimizar o uso de água e energia. No entanto, é importante salientar que esta pesquisa é estritamente teórica, não apresentando qualquer experimento, salvo os testes de caracterização do solo na região indicada para sua futura instalação, a fim de sugerir uma fundação mais adequada. Objetivo Visando contribuir com as metas do desenvolvimento sustentável, o objetivo deste trabalho é desenvolver um projeto de habitação ecológica, na qual serão empregados materiais e técnicas construtivas considerados de baixo impacto ambiental. Os resultados serão apresentados por meio de desenhos técnicos e imagens de simulações em 3D. Além disso, busca-se demonstrar a viabilidade construtiva e econômica da edificação proposta. Desenvolvimento do Trabalho Este trabalho foi dividido em duas partes. A primeira se constituiu no levantamento dos materiais a serem aplicados na construção do projeto e na elaboração dos desenhos técnicos, assim como das imagens de simulação do protótipo em 3D. A segunda etapa se constituiu no desenvolvimento do projeto do teto verde e do sistema de capitação e reaproveitamento de águas pluviais. Alguns detalhes de acabamento (como pergolados, maçanetas e beirais) foram incorporados ao projeto. O projeto está apresentado na forma de desenhos técnicos e imagens de simulações do protótipo em 3D, desenvolvidos nos programas AutoCAD, Google SketchUp e 3D Studio MAX, tendo como ficha técnica: l l l l Destino: protótipo de uma habitação de um pavimento para três pessoas. Localização: Av. Edmundo C. Coube, Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho”, na área situada atrás dos Laboratórios da Engenharia, Figura 1. Superfície do lote: aproximadamente 238 m² de área disponível. Superfície a ser construída: 102 m² de área total e 53 m² de área interna. Minerva, 6(2): 117-125 l Função: no interior da universidade este local poderá ser utilizado para pequenas reuniões de trabalho, biblioteca específica de construções sustentáveis ou uma área de descanso para professores visitantes. Também poderá servir como habitação para atender a três pessoas. É importante ressaltar que foram realizados estudos de orientação solar para a correta implantação do protótipo, a fim de aproveitar eficientemente a iluminação natural e ofereceer qualidade térmica e salubridade aos ambientes propostos. Classificação do solo O estudo do solo, conforme Zimback (2003), tem por objetivo determinar as características do solo e classificálo, estabelecendo, assim, seu comportamento para diferentes aplicações. Para este trabalho, foram colhidas amostras do solo na área sugerida para a futura instalação do projeto. Após as análises, os resultados constataram que o solo possui 69% de areia, 23% de silte e 8% de argila. Desta forma, o solo do local está constituído por uma areia fina argilosa residual de arenito, com característica colapsível (Ferreira, 1991), apropriado para a fabricação de adobes e de solo-cimento. Segundo pesquisas anteriores de Faria (2000) e Neves (2000), o melhor solo para a confecção dos tijolos de adobe é aquele que apresenta um traço de cerca de 70% de areia e 30% de argila. Tipo de fundação A partir da análise realizada com o solo local (considerando-se sua formação e propriedades) e tendo por base as experiências de construções realizadas no entorno e as características do projeto em questão, optouse pela fundação do tipo sapata corrida de solo-cimento com a inserção de resíduos de garrafas PET. O material foi testado por Carbonieri (2002) na pesquisa sobre reciclagem de garrafas PET em fôrma de fibras, para reforço de solos colapsíveis. Foram utilizadas fibras de formato retangular com dimensões de 2,5 mm por 40 mm. Os resultaram demonstraram que a adição dessas fibras proporcionou acréscimo na resistência do solo com aumento de sua ductilidade e queda em seu valor de ruptura. A autora constatou que a porcentagemlimite de fibras inseridas no solo deveria ser de 1% de PET, acrescidos 9% de cimento (Figura 2). Tijolos de adobe O adobe consiste numa técnica milenar de preparo com terra crua, preferencialmente com solo arenoso, que deve ser umedecido e moldado juntamente com as fibras naturais (capim, palha, resíduos de celulose, cinzas de madeira, esterco animal, etc.) ou artificiais (cal, resíduos de garrafa PET, embalagens Tetra Pak, cimento, gesso, betume, etc.) em fôrmas, geralmente, de madeira. Essa mistura é compactada a golpes e, logo em seguida, os PROJETO DE UM PROTÓTIPO SUSTENTÁVEL blocos são extraídos, permanecendo um período na sombra e depois ao sol, para a secagem completa. Os materiais adicionados ao barro (estabilizadores) têm a função de garantir homogeneidade à mistura, melhorando sua resistência ao impacto e diminuindo o aparecimento de fissuras e retração durante a secagem. Neste projeto, será utilizada a técnica para confeccionar tijolos de adobe descrita no trabalho de Battistelle (2002), sendo misturado ao barro o resíduo proveniente do processo de fabricação de celulose e papel, em diferentes porcentagens. Os compósitos originados dessa mistura apresentam maior “liga” e menor retração, saindo com maior facilidade das fôrmas de madeira sem o esfarelamento de suas bordas. A quantidade de estabilizante inserido na mistura deve ser de no máximo 25%. Estruturas de bambu O bambu é um dos materiais usados pelo homem desde a mais remota antiguidade, seja para construir sua casa, para se alimentar ou mesmo em artesanatos, produzindo objetos de uso doméstico (de cestas a móveis), entre muitas outras aplicações (Pereira & Beraldo, 2007). Como o campus da Unesp de Bauru possui uma plantação de diferentes espécies em seu campo experimental 119 agrícola, optou-se pelo bambu da espécie Dendrocalamus giganteus (Figura 3), conhecido como bambu-gigante, que será utilizado no projeto: l l l l l cobertura do projeto, como base para o teto jardim, beiral e forração da platibanda; estrutura para sustentar a cobertura; delimitação da área da casa (fechamento); calhas e estrutura de sustentação para o equipamento de tratamento das águas pluviais coletadas pelo teto jardim; construção de alguns detalhes como as maçanetas, o pergolado e o gradil da varanda. A cobertura (Figura 4) será estruturada para receber um jardim, assim, os bambus deverão ser colocados lado a lado e unidos com outros bambus cortados ao meio. A união deverá ser realizada com parafuso, para evitar o rompimento das peças. Essa “laje de bambu” será parafusada nas vigas que se apoiam nos pilares locados nos cantos internos de cada cômodo. As vigas e os pilares também serão de bambu. Paralelamente, será montado um beiral de aproximadamente 80 cm de projeção, que servirá de proteção para as paredes de adobe. Fundeb Acesso Área de implantação Lab. Eng. I Lab. Eng. II N Av. Edmundo Carrijo Coube Figura 1 Localização do protótipo no interior do campus da Unesp-Bauru. Fonte: Damasceno (2009). Figura 2 Amostras das fibras utilizadas na moldagem dos corpos-de-prova, com fibras de PET. Fonte: Carbonieri (2002). Minerva, 6(2): 117-125 120 DAMASCENO ET AL. Figura 3 Detalhe das moitas de bambu da espécie Dendrocalamus giganteus no campus da Unesp, Bauru. Fonte: Santos (2006). Platibanda de chapas Cobertura 1 Cobertura 2 Beiral de bambu Pergolado de bambu Cobertura 3 Figura 4 Vista superior da cobertura do protótipo. Fonte: Damasceno (2009). Chapas de partículas As chapas de partículas são chapas compostas de aglomerados oriundos de diferentes materiais, que podem ser rejeitos ou não das indústrias, da construção civil e até mesmo da natureza (fibras e cascas). Esses materiais também podem estar misturados a outros produtos. Podese mencionar alguns exemplos de resíduos que são utilizados para a produção dessas chapas, como os das embalagens Tetra Pak, garrafas PET, fibras de vidro, bagaço da canade-açúcar, bambu, dentre outros. Essas chapas são destinadas a diferentes aplicações na construção civil, sendo utilizadas como vedações, forros, divisórias e para a produção de mobiliário. As chapas baseiam-se em materiais cujas características são semelhantes a alguns já utilizados, como o compensado e o MDF (Medium Density Fiberboard) ou a chapa de fibras de madeira de média densidade, conforme apresentado por Lahr (2008). Dois tipos diferentes de chapas desenvolvidas na Unesp serão utilizados neste trabalho: Minerva, 6(2): 117-125 l l As chapas estudadas por Miyazato (2007), compostas por resíduos de celulose, provenientes da Indústria Votorantin Celulose e Papel, adicionadas ao refugo das embalagens cartonadas do tipo Tetra Pak (polietileno e alumínio). As chapas desenvolvidas por Santos (2006), compostas por resíduos de celulose, adicionadas às fibras das folhas caulinares do bambu triturado da espécie Dendrocalamus giganteus, como mostra a Figura 5. Estas chapas serão utilizadas para a produção dos seguintes itens: l l l l módulos pré-moldados para a cobertura, espécie de caixotes que estarão apoiados na base de bambu e que receberão o jardim da cobertura; portas divisórias dos ambientes, todas de correr; janelas e esquadrias que seguram o vidro e o pano externo, para barrar a luz incidente; proteção da platibanda, que funcionará como uma forração para a mesma. PROJETO DE UM PROTÓTIPO SUSTENTÁVEL Teto jardim O teto jardim, também conhecido como telhado verde, tem por princípio a construção de um jardim sobre a superfície de uma cobertura (laje), seja ela de uma construção residencial, comercial ou industrial. Esta técnica é bastante antiga, embora não seja muito disseminada, podendo ser encontrada tanto em países de frio intenso (Europa, Estados Unidos e Canadá) quanto em locais onde o calor predomina (América Central). O principal objetivo do teto jardim (Figura 6), neste projeto, é o de testar uma nova técnica de sustentação da vegetação, pois será utilizada uma combinação de materiais: chapas de partículas fabricadas a partir da reciclagem das embalagens de Tetra Pak e celulose, tendo um papel de base sobre os bambus (módulos préelaborados). O telhado proposto é composto por barras de bambu, lona plástica, bandejas elaboradas com as chapas, uma camada de pedrisco médio para drenagem e, sob estes, aproximadamente 20 cm de terra. Para a vegetação, é importante que a espécie não cresça demasiadamente, possua raízes curtas e se comporte bem à exposição direta do sol e chuva (Figura 7). As barras de bambu deverão ser colocadas lado a lado e unidas com parafuso, para evitar o rompimento das peças. Essa “laje de bambu” será parafusada nas vigas também de bambu. Paralelamente, será montado um beiral de aproximadamente 80 cm de projeção. Sobre a laje serão usadas as bandejas de chapas (Tetra Pak e celulose). Com relação ao sistema de captação de água a ser instalado neste projeto, deve-se optar pelo mesmo modelo proposto por Vecchia et al. (2006), sendo que os coletores serão modificados, ou seja, também deverão ser utilizadas barras de bambus (Figura 8), além de um tanque de armazenamento. residência, mas também para qualquer outro tipo de uso que seja conveniente (biblioteca ou sala de reuniões). O ordenamento do espaço obedece ao seguinte aspecto: a entrada se faz pela varanda frontal, ou seja, pela face sul (Figura 9). A partir da varanda se acessa a copa, que faz a conexão da cozinha com a sala. Ela também funciona como varanda, pois está numa área externa a casa. Apesar de externa, porém, essa área é coberta por um pergolado revestido com chapas de policarbonato e vegetação. A varanda também poderá ser fechada por um sistema de “parede-porta”, constituído pelas chapas de Tetra Pak e celulose que estão fixadas de maneira a poderem correr de um lado a outro, funcionando como portas corrediças (Figura 10). A cozinha, localizada do lado direito da copa (do ponto de vista da entrada da casa), é separada desta também pelo sistema de “parede-porta”, que, quando aberta, permite a integração de ambos os ambientes. Do lado esquerdo da copa está o setor sala/quarto/ banheiro. A separação, neste caso, se faz por uma parede de adobe que contém uma porta de correr simples, para acesso ao ambiente, e um pano de vidro que integra visualmente a sala e a copa. Essa estrutura se faz necessária para o caso de a copa ficar aberta. Neste bloco sala/quarto/ banheiro também está presente o sistema “parede-porta”, porém, somente entre o quarto e a sala. Ou seja, quando necessário, será possível integrar essas áreas correndose as chapas para detrás da parede do banheiro, transformando a sala e o quarto num único ambiente. O esquema de distribuição dos cômodos pode ser melhor visualizado na Figura 11, que contempla o layout interno da residência. Resumidamente, no projeto serão utilizados os seguintes materiais e técnicas construtivas: z A concepção do espaço A idéia inicial da divisão dos espaços teve o propósito de tornar o projeto menos rígido, sem uma função obrigatória. Assim, poderá ser utilizado não só como 121 Fundação: sapata corrida feita de solo-cimento com adição de fibras de garrafa PET, opção empregada para reduzir a quantidade de cimento e reciclar o plástico, já que ambos são produtos que carregam altos valores de energia incorporada, além de serem muito poluentes. Figura 5 Diferentes chapas de partículas com rejeitos agroindustriais. Fonte: Santos (2006). Minerva, 6(2): 117-125 122 l l l l l DAMASCENO ET AL. Estrutura: todas as paredes externas serão de adobe. A terra deverá ser retirada no próprio local (poderá ser a terra que sobrará da escavação das fundações e do próprio nivelamento do terreno), já o estabilizante será obtido com as fibras presentes no resíduo de celulose e papel. Divisões internas: confeccionadas com chapas de partículas. Piso: a base será em solo-cimento com adição de garrafa PET, que depois de seca receberá uma aplicação de impermeabilizante acrílico transparente como revestimento, de forma a facilitar a visualização do resíduo na mistura. Janelas e portas: também produzidas com chapas (celulose e bambu). Teto: a estrutura do teto será toda projetada em bambu. Sobre ele serão dispostas chapas (celulose com Tetra l l Pak) que servirão de apoio para o teto jardim; o beiral para proteger o adobe também será constituído de bambu; a platibanda será forrada com a chapa, também para proteger a parede de adobe da ação das intempéries. Captação de águas pluviais: sistema adaptado com canos de bambu. Detalhes: as maçanetas, gradis e pergolados serão confeccionados com bambu. Custo da edificação Uma estimativa do custo da mão-de-obra e dos valores dos materiais necessários para realizar a construção do projeto proposto perfaz um total de aproximadamente R$ 21.000,00 (Tabela 1). Nesse montante não estão consideradas as etapas de limpeza do terreno, serviço de terraplenagem, bem como colocação das peças sanitárias. Figura 6 Esquema de implantação do teto jardim, ou telhado verde. Fonte: Damasceno (2009). Calha captação água da chuva Cobertura do beiral com Legenda: chapa de policarbonato Camada terra Camada seixos Camada lona Chapa partículas Camada bambu Pilar de bambu que sustenta a cobertura Todas as uniões entre os bambus e a viga são feitas com parafuso Bambu de d = 15 cm que atua como viga de apoio para os bambus menores i = 3% Figura 7 Detalhe do teto jardim e do beiral. Fonte: Damasceno (2009). Minerva, 6(2): 117-125 PROJETO DE UM PROTÓTIPO SUSTENTÁVEL Canos coletores em bambu 123 Encaixe do tipo “boca de peixe” Amostradores em bambu Figura 8 Proposta de calha e amostradores de bambu para a captação das águas da chuva. Fonte: Damasceno (2009). Figura 9 Perspectiva da entrada e fachada principal da residência. Fonte: Damasceno (2009). Figura 10 Perspectiva da varanda e área de serviço da residência. Fonte: Damasceno (2009). Minerva, 6(2): 117-125 124 DAMASCENO ET AL. Figura 11 Esquema do layout interno da edificação com mobiliário. Fonte: Damasceno (2009). Tabela 1 Levantamento dos materiais e custos da edificação proposta. Fonte: Damasceno (2009). Especificação dos materiais propostos Quant Unid Preço unid Total 3 Fundação sapata corrida com 7,4 m de volume feita de solo-cimento e fibras 924 de garrafa PET, sendo utilizado 9% de cimento (único material a ser comprado). A densidade do cimento é de 1400 kg/m3 Contrapiso com 8,16 m3 de solo-cimento com fibras de garrafa PET. 9% de 1036 cimento equivale a 0,74 m3 do material. Sendo d = 1400 kg/m3, serão necessários 1036 kg de cimento Paredes estruturais de adobe com resíduos de celulose e papel 116,05 Divisões internas, portas e janelas (folha maciça) de chapa-de-partículas com 35 resíduos de Tetra Pak e celulose, considerando -se uma sobra para batentes e possíveis perdas (total de 28,57 m2 arredondados para 35 m2) Esquadrias de chapa-de-partículas com resíduos de Tetra Pak e celulose (7 unid.) Chapas de partículas para segurar o vidro e para o acabamento dos trilhos 20 Vidro 12 Cobertura verde Bambu 300 Módulos pré-elaborados de chapa de partícula de Tetra Pak 41 Pedrisco 2,3 Lona plástica 85 Terra (substrato) 5,7 Vegetação grama amendoim 30 Cobertura de chapas de partículas de Tetra Pak para platibanda 35 Revestimento com azulejo esmaltado liso no banheiro e na cozinha, com 58,5 100% de revestimento 2 Revestimento do piso (102 m ) com impermeabilizante acrílico transparente 2 (Vedacil Aqua, da Vedacit), sendo que 1 litro rende 8 m2 por demão (serão aplicados aprox. 2 demãos); cada balde contém 18 litros Mão-de-obra para a edificação geral com base em entrevista com pedreiros 52,46 Kit de captação da água da chuva proveniente do telhado verde (valor 1 aproximado) Total parcial Instalação elétrica: corresponde a 5% do total da obra 0,05 Instalação hidráulica: corresponde a 5% do total da obra 0,05 Detalhes como parafusos, colas, venenos para proteção do bambu, rejuntes: 0,1 10% do valor total da obra Total aproximado Minerva, 6(2): 117-125 kg 0,43 397,32 kg 0,43 445,48 m2 – – m2 8,82 308,7 m2 m2 8,82 30 176,4 360 – m2 2 m m2 m2 m2 m2 – 8,82 66 1,5 70 4 8,82 – 361,62 151,8 127,5 399 120 308,7 m2 14 819 baldes 89 178 m 2 200 10492 – 2500 2500 – – 17145,52 17145,52 17145,52 857,276 857,276 – 17145,52 1714,552 20574,624 PROJETO DE UM PROTÓTIPO SUSTENTÁVEL Considerações Finais Este trabalho propõe o desenvolvimento de um projeto de habitação ecológica com aplicação de materiais alternativos que, quando não são inteiramente naturais (bambu, adobe ou a própria a cobertura), são constituídos por produtos reciclados, como as chapas e o solo-cimento com garrafas PET. Obviamente, não foi possível realizar um projeto com 100% de materiais não impactantes, pois quando se trata da construção civil sempre será empregado um material tido como não sustentável, como, por exemplo, o uso do cimento como aglomerante, que neste projeto foi utilizado em pequena quantidade para produzir o solocimento, ou mesmo a resina uréia-formaldeído, o adesivo mais empregado para a produção das chapas. É importante salientar que a aplicação de uma resina transparente na base de solo-cimento com resíduos de garrafa PET foi proposta com o objetivo não somente de proteger o pavimento, mas também de deixar à vista o piso para ser avaliado, posteriormente, no ambiente universitário em uso. Outra mudança realizada foi o emprego de dois tipos de chapas. Internamente foi aplicada a chapa desenvolvida por Santos (2006), com resíduos de bambu e celulose. Externamente, porém, será usado o material desenvolvido por Miyazato (2007), que apresenta ótimas características impermeabilizantes, uma vez que as embalagens Tetra Pak possuem o plástico e o alumínio como componentes de seus produtos, o que fornece melhor desempenho e durabilidade diante dos agentes climáticos. Como enfatizado anteriormente, este é um trabalho exclusivamente teórico, feito com base em levantamentos bibliográficos, experiências profissionais de projetos de pesquisas já realizados na Unesp de Bauru e um pouco de imaginação. A próxima etapa será a construção desse protótipo no interior da universidade, que servirá de grande laboratório prático para alunos e professores, que poderão desenvolver novas pesquisas no que diz respeito ao teto jardim, construção com terra, uso do solo-cimento, captação de água da chuva, entre outros. Referências Bibliográficas BATTISTELLE, R. A. G. 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