Impressão 3D em concreto e o desafio da estruturação para a construtibilidade

Por Jessica Amanda Hasse, Doutoranda no Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), SC, e Bolsista do CNPq, Brasil

A impressão 3D, inicialmente desenvolvida no âmbito da prototipagem ainda na década de 80, tem recebido nos últimos anos um crescente interesse por parte do setor da construção civil, com promessas de trazer a tão aguardada inovação para o setor. Entre alguns potenciais benefícios do uso dessa tecnologia na indústria da construção estão a redução dos tempos de execução, o abatimento dos custos com mão de obra e gastos atrelados ao desperdício de materiais, bem como o aumento das possibilidades de customização dos produtos entregues aos clientes e, principalmente, a fabricação em massa de peças arquitetônicas diferenciadas (BUCHLI et al., 2018; MALAEB et al., 2015; WU, WANG, WANG, 2016).

No processo de impressão tridimensional com concreto, o desafio de empilhar camadas fortemente unidas umas às outras ainda persiste. Se as sobreposições das camadas ocorrerem muito rapidamente, elas não terão resistência suficiente para evitar deformações causadas por seu próprio peso, e por outro lado, se ultrapassado o tempo ótimo de espera entre as deposições, haverá perda de adesão intercamadas e formação de juntas frias (BUCHLI et al., 2018; MALAEB et al., 2015; WU, WANG, WANG, 2016).

De modo a investigar uma forma de otimizar esta janela de deposição de material, pesquisadores da Universidade Federal de Santa Catarina buscaram uma forma de alterar o comportamento reológico das matrizes cimentícias através do uso de aditivos modificadores da viscosidade (VEAs). Como esses aditivos alteram potencialmente a viscosidade das misturas, sua inserção poderia melhorar a taxa de estruturação de concretos impressos, o que resultaria em um ganho de produtividade no processo de impressão (EXPERTS FOR SPECIALIZED CONSTRUCTION AND CONCRETE SYSTEMS, 2016; KHAYAT, 1998).

No estudo de Hasse et al. (2020), intitulado “Increasing structuration rate of 3D printable concretes: the effect of viscosity enhancing admixtures”, publicado no periódico Revista IBRACON de Estruturas e Materiais (vol. 13, no. 4), quatro modificadores de viscosidade (sendo estes três modificadores poliméricos, e uma argila bentonítica) foram empregados com fins de beneficiar a taxa de estruturação de concretos impressos com o objetivo de melhorar a construtibilidade (taxa de elevação vertical da edificação pela deposição sucessiva de camadas), através do aumento da resistência ao escoamento das misturas. A caracterização das diferentes misturas (incluídas a avaliação do índice de consistência e teor de ar incorporado, calorimetria e reometria rotacional no estado fresco, e resistência à compressão no estado endurecido), indica que os modificadores poliméricos realizaram seu trabalho de promover um aumento na coesão dos concretos, mas que, no entanto, a magnitude com que a bentonita (modificador de viscosidade mineral na forma de pó) produziu tais efeitos, mostrou-se consideravelmente superior a aquelas produzidas pelos modificadores poliméricos convencionais.

Imagem: Jessica Amanda Hasse.

Figura 1. Camadas impressas sobrepostas

Os resultados no estado fresco apontam para a viabilidade técnica do uso de modificadores de viscosidade em favor da capacidade de carga do concreto impresso, devido ao aumento da coesão. Deve-se notar, entretanto, que nem todos os tipos de VEAs seriam capazes de produzir o mesmo efeito, enquanto as bentonitas seriam a melhor das opções, apresentando um comportamento mais eficaz do que qualquer outro modificador de viscosidade. Ainda, os resultados mecânicos, diferentemente do que poderia se esperar quando da adição de uma argila ao concreto, indicam que esta não produziu efeitos negativos à resistência do material. As descobertas, além de serem positivas para a área da impressão de concreto, contribuem ainda para o melhor entendimento do efeito de argilas bentoníticas quando inseridas em matrizes cimentícias.

Referências

BUCHLI, J., et al. Digital in situ fabrication-Challenges and opportunities for robotic in situ fabrication in architecture, construction, and beyond. Cement and Concrete Research [online]. 2018, vol. 112, pp. 66-75, ISSN: 0008-8846 [viewed 11 September 2020]. DOI: 10.1016/j.cemconres.2018.05.013. Available from: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0008884618300206?via%3Dihub

EXPERTS FOR SPECIALIZED CONSTRUCTION AND CONCRETE SYSTEMS. Guidelines for viscosity modifying admixtures for concrete. Berlin: EFCA, 2006.

KHAYAT, K.H. Viscosity-enhancing admixtures for cement-based materials — An overview. Cement Concr. Compos. 1998, vol. 20, no. 2/3, pp. 171-188.

MALAEB, Z., et al. 3D concrete printing: Machine and mix design. Int. J. Civ. Eng. [online]. 2015, vol. 6, no. 6, pp. 14-22, ISSN: 0976-6316 [viewed 11 September 2020]. Available from: https://www.iaeme.com/citearticle.asp?Ed=4817&Jtype=IJCIET&VType=6&Itype=6

WU, P.; WANG, J. and WANG, X. A critical review of the use of 3-D printing in the construction industry. Automation in Construction [online]. 2016, vol. 68, pp. 21-31, ISSN: 0926-5805 [viewed 11 September 2020]. DOI: 10.1016/j.autcon.2016.04.005. Available from: http://hdl.handle.net/20.500.11937/7988

Para ler o artigo, acesse

HASSE, J.A., et al. Increasing structuration rate of 3D printable concretes: the effect of viscosity enhancing admixtures. Rev. IBRACON Estrut. Mater. [online]. 2020, vol. 13, no. 4, e13412. ISSN: 1983-4195 [viewed 25 August 2020]. DOI: 10.1590/s1983-41952020000400012. Available from: http://ref.scielo.org/6tzmtv

Links externos

IBRACON Structures and Materials Journal <http://www.ibracon.org.br/publicacoes/revistas_ibracon/riem/home.asp>

Nanotec UFSC <https://www.facebook.com/pages/category/Information-Technology-Company/Nanotec-UFSC-748145515580238/>

ORCID – Jessica Amanda Hasse <https://orcid.org/0000-0002-0885-2342>

Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil da UFSC <https://ppgec.posgrad.ufsc.br/?lang=en>

Revista IBRACON de Estruturas e Materiais – RIEM: <http://www.scielo.br/riem>