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Sistema alternativo de forma para construção de cascas em concreto

Processo: 19/06234-0
Linha de fomento:Bolsas no Exterior - Pesquisa
Vigência (Início): 01 de setembro de 2019
Vigência (Término): 31 de julho de 2020
Área do conhecimento:Engenharias - Engenharia Civil - Estruturas
Pesquisador responsável:Leila Cristina Meneghetti Valverdes
Beneficiário:Leila Cristina Meneghetti Valverdes
Anfitrião: Bhavna Sharma
Instituição-sede: Escola Politécnica (EP). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
Local de pesquisa : University of Bath, Inglaterra  
Assunto(s):Sisal   Fibras naturais

Resumo

O concreto é, dentre os materiais fabricados pelo homem, o segundo mais consumido em todo o mundo e sua produção responde por até 7% do total de emissões de gases do efeito estufa. Diante da necessidade mundial de redução do aquecimento global e deposição de plásticos na natureza é imprescindível a busca por soluções construtivas sustentáveis e renováveis. As estruturas de casca são conhecidas como elementos estruturalmente eficientes e com apelo arquitetônico e estético desejável em função da sua forma ondulada. Por apresentarem comportamento de membrana (somente esforços no plano) com esforços de flexão e cisalhamento reduzidos, necessitam de poucos centímetros de espessura para vencer grandes vãos. Em contrapartida à eficiência estrutural, o sistema construtivo tradicional, que se utiliza de fôrmas de madeira, é altamente complexo e laborioso nestes casos e, consequentemente de alto custo. Essa complexidade do sistema construtivo e o empirismo nos processos de busca da forma predominantes nos projetos dos anos 1960 e 1970, quando as cascas tiveram o seu apogeu, fizeram com que essas estruturas fossem preteridas em relação ao tradicional sistema laje-viga-pilar. O atual avanço nas técnicas de modelagem e computadores com processamento de dados cada vez mais velozes, além do progresso na tecnologia de materiais, abrem novamente a possibilidade de utilização das cascas como sistemas estruturais inovadores. Se por um lado, as técnicas de modelagem permitem a definição de formas altamente eficientes em termos estruturais, é preciso que o sistema construtivo acompanhe esta tendência de maneira a contribuir com um sistema mais ecológico e com menor gasto energético. Os sistemas de fôrmas flexíveis inventados no século XIX são apropriados para produzir elementos estruturais com seções transversais otimizadas. É com este intuito que este projeto de pesquisa propõe o desenvolvimento de alternativas para o sistema construtivo de cascas, utilizando compósitos reforçados com fibras naturais. O Brasil é o maior produtor e exportador da fibra de sisal no mundo, com uma produção anual de cerca de 140.000 toneladas. Um dos principais usos desta fibra no país está no artesanato e na produção de tapetes, enquanto que no exterior são usados essencialmente na amarração de feno, por ser um material ecológico e renovável que pode ser deixado no campo sem prejuízo à saúde do animal se ingerido. Como material de construção, há a possibilidade de utilização como compósito de matriz cimentícia ou de resina. Nesta pesquisa, pretende-se avaliar a potencialidade de tecidos de fibra de sisal compostos com resina vegetal para formação da primeira camada de enrijecimento na construção de cascas com fôrmas pneumáticas. A segunda alternativa a ser estudada é a formação de um concreto têxtil que funcionará também como camada de enrijecimento, mas com contribuição na capacidade resistente da casca. No caso das matrizes cimentícias, serão utilizados cimentos com adições pozolânicas em quantidade suficiente para eliminar o hidróxido de cálcio livre na matriz e garantir a durabilidade do sisal contra o ataque alcalino do cimento. A viabilidade do uso dos compósitos alternativos será verificada através da realização de testes em modelos de casca em escala reduzida. Os parâmetros encontrados nos ensaios dos modelos, juntamente com os dados de caracterização das propriedades mecânicas, servirão para a calibração de modelos numéricos de previsão do comportamento estrutural de cascas com diferentes curvaturas e definição da espessura necessária do compósito. O principal resultado esperado é o desenvolvimento de um sistema construtivo inovador e otimizado em termos de projeto (topologia) e com baixa emissão de carbono - baixa pegada ecológica. Como aspecto social, esta pesquisa contribui para a diversificação da utilização do sisal e desenvolvimento da comunidade rural nordestina que tem no sisal a garantia de subsistência.