A impressão 3D de materiais cimentícios: conceitos e desafios
A impressão 3D de betão permite reduzir a mão-de-obra e tempo de construção e otimizar a geometria e a eficiência estrutural do betão. Contudo, está numa fase inicial de maturidade tecnológica e o betão produzido por impressão 3D ainda não se popularizou como material estrutural. São apresentados conceitos base e desafios a ultrapassar no curto prazo para que esta tecnologia ganhe aceitação no mercado.
Introdução
A Dupla Transição resulta em desafios complexos para o setor da construção, que são acrescidos pela dificuldade na contratação de mão-de-obra. A impressão 3D de materiais cimentícios em substituição de betão convencional tem potencial para reduzir o volume de materiais, resíduos, custos e mão-de-obra [1]. Contudo, está associada a dificuldades, como a ausência de critérios de dimensionamento, a dificuldade em colocar armaduras e o elevado teor de ligante, aumentando custos económicos e ambientais.
A impressão 3D de materiais cimentícios
A impressão de materiais cimentícios (pastas, argamassas ou betões, doravante designados como betão por simplificação) é realizada pela sua mistura, bombagem, extrusão e deposição camada-a-camada (figura 1). O betão precisa de ser bombeado e extrudido, bem como suportar o peso das camadas subsequentes. Estes requisitos contraditórios implicam que o betão tenha comportamento altamente tixotrópico, resultando num teor elevado de finos, incluindo cimento, o que resulta em custo e impacte ambiental por m3 superiores aos de betão corrente.
Desafios para a aceitação no mercado
Estando a impressão 3D numa fase inicial de maturidade tecnológica, é necessária investigação em diversas áreas, incluindo:
Desenvolvimento material
Há dois aspetos prioritários nesta área:
- a definição de protocolos de ensaio e critérios de desempenho consensuais, pois diferentes laboratórios seguem diferentes critérios, essencialmente empíricos e não generalizáveis [5];
- desenvolvimento de betão com menor teor de clínquer, tendo sido desenvolvidos esforços significativos nos últimos cinco anos. Contudo, o progresso neste tópico requer o desenvolvimento de critérios de desempenho para validação e especificação dos betões (ponto anterior).
Colocação de armaduras no betão e inovação no processo de fabrico
Tal como no betão convencional, o betão produzido por impressão 3D tem reduzida resistência à tração e comportamento frágil, requerendo armaduras. Contudo, não há consenso quanto ao melhor método para as colocar. À data, os métodos mais utilizados são [2]: o recurso a fibras na composição do betão (implementação simples que aumenta a resistência à tração, não constituindo armaduras estruturais), a impressão de fios (com a função de armadura transversal); a colocação de malhas previamente à impressão (reduz a liberdade geométrica); o recurso a armaduras pós-instaladas ordinárias ou pré-esforçadas (com a função de armadura longitudinal) colocadas em bainhas ou secções vazadas (por exemplo, quando o betão produzido por impressão 3D tem a função de cofragem colaborante). (...)
Por João Nuno Pacheco
Investigador Auxiliar,
CERIS / Instituto Superior Técnico - Universidade de Lisboa
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