O Grupo de Estudos em Materiais Sustentáveis para a Construção (GEMASC), vinculado ao Centro de Tecnologia da UFSM, está coordenando um novo projeto: o Centro de Inovação em Compósitos de Matriz Cimentícia de Alto Desempenho para o Fortalecimento da Cadeia de Ferramental na Indústria de Autopeças (CMACFER). A iniciativa é resultante de uma parceria entre a Universidade Federal de Santa Maria, a Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) e o Instituto Hercílio Randon (IHR).

O CMACFER prevê estudos em conjunto entre pesquisadores do curso de Engenharia Civil das três instituições sobre matrizes cimentícias, material que é composto por aglomerantes minerais, podendo conter agregados, que dão origem a pastas, argamassas ou concretos. O objetivo é o desenvolvimento de materiais compósitos que possam ter diferentes aplicações industriais, sendo melhores utilizados e aproveitados do que os materiais convencionais, trazendo como benefício um melhor desempenho nas obras e redução de custos para a construção civil.

As especificações do trabalho a ser desenvolvido ainda estão em sigilo, mas cada instituição deve executar um subprojeto para a obtenção do produto final. Na UFSM, o subprojeto desenvolvido é coordenado pelo professor Erich Rodríguez, do Departamento de Estruturas e Construção Civil, e também conta com a participação de outros docentes da Universidade, como o professor Paulo Ricardo de Matos, do campus de Cachoeira do Sul, e com estudantes de graduação e pós-graduação.

De modo geral, para elucidar como o projeto funciona, Erich explica que o concreto com que fazemos nossas casas é um material compósito em que os agregados (pedras) seriam as partículas de reforço e o aço seria uma fibra contínua de elevada resistência. A partir daí, a iniciativa tem como objetivo fazer um material compósito de alto desempenho em que, em vez de agregados (pedras), terão partículas de dimensões muito menores (pó) e fibras curtas de apenas alguns milímetros e de diferentes naturezas, podendo ser cerâmica e/ou metálica. Até o momento já estão sendo desenvolvidos pela equipe alguns compósitos com elevada resistência mecânica e estudos de otimização e estabilidade térmica e dimensional.

A proposta foi aprovada no edital do Programa Rota 2030, uma iniciativa federal voltada para o desenvolvimento do setor automotivo no país. Com isso, o projeto recebeu o investimento de aproximadamente R$1,78 milhão da Financiadora de Estudos e Projetos S.A (FINEP) e pela e FRAS-LE SA, ligado ao Rota 2030. Este recurso será compartilhado entre as instituições e a UFSM atuará na gestão e coordenação do CMACFER.

O professor coordenador explica que para a UFSM esses recursos agregam na consolidação de parcerias com empresas privadas, formação dos docentes e participantes do projeto, além do reconhecimento como instituição de pesquisa. Esse valor também será utilizado na compra de equipamentos necessários para o desenvolvimento da iniciativa, materiais de consumo e eventuais bolsas aos participantes.

A parceria

Com início em maio de 2022, o projeto está previsto para ter uma duração de 24 meses. A iniciativa se desenvolve através de uma parceria entre UFSM, UFRGS e IHR e objetiva promover uma rede de pesquisa entre os envolvidos, utilizando das especialidades de cada um dos centros: o projeto da UFSM tem focado no desenvolvimento do material, a UFRGS vai ser responsável pela caracterização micro estrutural e reológica e o IHR vai trazer sua experiência na aplicação e validação de um elemento protótipo.

Na UFRGS, o subprojeto é coordenado pela professora Ana Paula Kirchheim, líder do grupo de pesquisa Laboratório de Inovação em Cimentos Ecoeficientes (LINCE) e no IHR é coordenado pelo pesquisador Robinson Carlos Dudley da Cruz.

As reuniões de alinhamento entre os integrantes são realizadas semanalmente, de forma coletiva, e havendo necessidade, são feitas reuniões individuais, para os membros que precisam de auxílio ou queiram mostrar os resultados obtidos de acordo com as metas estabelecidas. Por meio dessa maneira de gestão, cada integrante possui atividades específicas designadas, tendo autonomia para tomar decisões rápidas e assertivas, explica o coordenador.

Esse formato de trabalho tem trazido bons resultados, conforme avalia a estudante de Engenharia Civil, Gabriela Iansen Silveira, integrante do grupo na UFSM. Ela conta que vê no projeto a oportunidade de explorar e estudar materiais que normalmente não teria contato, nem mesmo dentro da graduação. “Fazer parte de um projeto grande como esse agrega tanto como universitária como na construção da profissional que busco me tornar, pois me capacita para experiências futuras no ramo da Engenharia” destaca a acadêmica.

Texto: Tatiane Paumann, estudante de jornalismo e voluntária da Agência de Notícias
Foto de capa: Luísa Monteiro
Edição: Mariana Henriques, jornalista

A impressão 3D vem sendo amplamente utilizada em vários campos de pesquisa, tornando-se uma das tecnologias criativas que mais irão contribuir para o futuro. Moldando produtos sólidos através do empilhamento de materiais camada a camada, esse tipo de produção pode encurtar o ciclo de desenvolvimento dos produtos e diminuir os custos, em comparação com os métodos tradicionais de fábrica.

Na UFSM, o Grupo de Estudos em Materiais Sustentáveis para Construção (Gemasc), do Centro de Tecnologia (CT), está desenvolvendo um projeto de impressão 3D em concreto. Estão sendo realizadas as primeiras impressões, ainda em estágio inicial de experimentação. O objetivo da equipe, formada por docentes e estudantes de graduação e pós-graduação em Engenharia Civil, é contribuir para o desenvolvimento, caracterização e entendimento de materiais tradicionais e alternativos para a construção civil, reduzindo seu impacto ambiental. 

Tuani Zat, doutoranda pelo Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil (PPGEC), explica que a ideia do grupo é utilizar a pesquisa científica como ferramenta de mudança na sociedade, diminuindo o impacto ambiental produzido pela indústria da construção civil e garantindo uma melhor qualidade de vida para a população.

A atuação do grupo é voltada para a reciclagem de resíduos de outras indústrias (lodo de esgoto e de tratamento de água e resíduos da queima de carvão), assim como o desenvolvimento de cimentos mais “verdes”, como por exemplo os de tipo álcali-ativados (ou geopolímeros) e com baixo teor de clínquer. Desse modo, o grupo vem desenvolvendo a impressão 3D em concreto, com o intuito de proporcionar uma maior rapidez, eficiência, diminuição de mão de obra e também, de maneira significativa, da quantidade de resíduos gerados pela indústria civil.

Processo de impressão 3D em concreto

A tecnologia da impressão 3D tem uma vantagem especial para a construção de componentes geométricos complexos, que pode dar aos designers grande liberdade, e o mais importante, pode ser utilizada na indústria da construção civil, contribuindo significativamente para o seu avanço.

Tuani explica como funciona o processo: “A impressão 3D necessita de equipamentos e materiais adequados ao que se deseja construir. Quando se trata da construção civil, já que a construção é robotizada (impressora), necessita-se de baixa quantidade de mão de obra. Os sistemas de impressão podem variar de acordo com o equipamento utilizado, mas em geral, para ser impresso, o material precisa de características muito específicas, principalmente em estado fresco, e é em cima disso que estamos mantendo nosso foco de trabalho”, explica ela. Além disso, para se fixar e endurecer durante o processo de impressão, o concreto só pode ser utilizado em um método de extrusão contínua. 

O processo de impressão 3D em concretos divide-se em quatro etapas. Tuani explica como funciona cada uma delas: 

1. modelação 3D: é pensado no que se gostaria de construir. Alguns projetos são avaliados através da análise de imagem, e alguns são para produção de corpos de prova ou protótipos em escala reduzida;
2. segmentação 3D (fatiagem): é a linguagem que a impressora entende. São adicionados os parâmetros de impressão adequados ao material que será utilizado e ao que se pretende imprimir;
3. produção do compósito cimentício (concreto, pasta ou argamassa): o material produzido para impressão é pensado cuidadosamente, desde a escolha dos materiais e dosagem, para que tenha as características de impressibilidade e suporte de camadas. É realizado um teste de consistência antes de colocar o material na impressora para conferir se está adequado;
4. orientando a impressora a imprimir: é o momento em que ocorre o acompanhamento para verificar se tudo funcionou como planejado ou ainda há pontos a serem melhorados na parte de projeto ou de dosagem de material. 

A avaliação é de que o processo realizado pelo Gemasc torna a eficiência da construção mais elaborada, garantindo a qualidade da construção. A impressão 3D possibilita diminuir a produção de resíduos e de mão de obra envolvida, além de trabalhar com projetos muito mais esbeltos e geometrias mais complexas que a construção civil tradicional. Entretanto, ainda é considerado um método de construção de elevado custo, devido à tecnologia e equipamentos necessários.

Uma alternativa para viabilizar o alto custo da impressão 3D em larga escala é o desenvolvimento de materiais com propriedades que permitam atingir os diferentes critérios de imprimibilidade, assim como o desempenho mecânico e durabilidade e que sejam ambientalmente sustentáveis.

Desse modo, como a pesquisa feita pelo grupo de estudos é voltada para o desenvolvimento de materiais para impressão, é avaliado se o mesmo possui capacidade de imprimibilidade, se suporta bem as camadas, a aderência entre as camadas, propriedades como resistência à compressão, cisalhamento e flexão do material já endurecido. 

Trabalho do Gemasc

O laboratório do Grupo de Estudos em Materiais Sustentáveis para Construção é voltado para o estudo das propriedades de diferentes materiais de construção, trabalhando principalmente com concretos, argamassas, cimentos alternativos e materiais de natureza cerâmica (principalmente tijolos). Frequentemente, o grupo caracteriza os materiais com o objetivo de entender seu desempenho em serviço, correlacionando diferentes características microestruturais. Também é estudado o desenvolvimento de materiais alternativos mais sustentáveis, com o objetivo de viabilizar sua utilização na indústria da construção civil. 

Texto: Mariana Souza, acadêmica de Jornalismo, bolsista da Agência de Notícias
Fotos: Ana Alícia Pontelli Flores, acadêmica de Desenho Industrial, bolsista da Agência de Notícias
Edição: Ricardo Bonfanti, jornalista