Estruturas inspiradas na natureza para construções mais eficientes e sustentáveis com 3DCP

Autores

  • Matheus Frederico Ferreira Henckmaier Universidade do Estado de Santa Catarina (UDESC)
  • Olana Tridapalli UDESC

DOI:

https://doi.org/10.46421/entac.v20i1.6203

Palavras-chave:

Biomimética, Bioinspiração, Manufatura aditiva, Design funcional, Impressão 3D

Resumo

Este artigo apresenta uma revisão da literatura explorando o potencial da impressão 3D de concreto (3DCP) quando combinada com princípios biomiméticos. A revisão, realizada utilizando as bases de dados Science Direct e Scopus, destaca a capacidade de imitar estruturas naturais, permitindo a criação de designs inovadores e complexos, otimizando recursos e melhorando as propriedades estruturais. As principais descobertas focam na aplicação das estruturas de Bouligand, inspiradas na quitina dos crustáceos, que aumentam o desempenho mecânico e a tenacidade em compósitos cimentícios. Os estudos revelam avanços significativos na resistência à flexão e no desempenho ao impacto através de vários padrões e ângulos helicoidais. Apesar dos resultados promissores, permanecem desafios na complexidade dos materiais, barreiras econômicas e a variabilidade dos resultados mecânicos. A pesquisa contínua é crucial para desenvolver regras de design específicas e aproveitar plenamente as capacidades da 3DCP biomimética, abrindo caminho para uma construção mais eficiente, sustentável e resiliente.

Biografia do Autor

Matheus Frederico Ferreira Henckmaier, Universidade do Estado de Santa Catarina (UDESC)

Laboratório de Materiais e Técnicas Construtivas (LMTC), Universidade do Estado de Santa Catarina (UDESC) / Universidade do Sul de Santa Catarina (UNISUL)

Olana Tridapalli, UDESC

Univerdade do Estado de Santa Catarina (UDESC)

Referências

GLOBAL CEMENT AND CONCERTE ASSOCIATION (GCCA). Concrete future: the GCCA 2050 Cement and Concrete Industry Roadmap for Net Zero Concrete, 2021.

AGUSTÍ-JUAN, Isolda et al. Potential benefits of digital fabrication for complex structures: Environmental assessment of a robotically fabricated concrete wall. Journal of Cleaner Production, [s. l.], v. 154, p. 330–340, 2017.

BUSWELL, R. A. et al. A process classification framework for defining and describing Digital Fabrication with Concrete. Cement and Concrete Research, [s. l.], v. 134, n. May, 2020.

AHMED, Ghafur H.; ASKANDAR, Nasih H.; JUMAA, Ghazi B. A review of large-scale 3DCP: Material characteristics, mix design, printing process, and reinforcement strategies. Structures, [s. l.], v. 43, n. April, p. 508–532, 2022

BI, Minghao et al. Topology optimization for 3D concrete printing with various manufacturing constraints. Additive Manufacturing, [s. l.], v. 57, n. May, p. 102982, 2022. Disponível em: https://doi.org/10.1016/j.addma.2022.102982.

FLATT, Robert J.; WANGLER, Timothy. On sustainability and digital fabrication with concrete. Cement and Concrete Research, [s. l.], v. 158, n. April, p. 106837, 2022. Disponível em: https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2022.106837.

GISLASON, Styrmir et al. Porous 3D printed concrete beams show an environmental promise: a cradle-to-grave comparative life cycle assessment. Clean Technologies and Environmental Policy, [s. l.], v. 24, n. 8, p. 2639–2654, 2022. Disponível em: https://doi.org/10.1007/s10098-022-02343-9.

DE MATOS, Paulo Ricardo et al. Effect of the superplasticizer addition time on the fresh properties of 3D printed limestone calcined clay cement (LC3) concrete. Case Studies in Construction Materials, [s. l.], v. 19, n. July, 2023

MOZAFFARI, Salma et al. Digital design and fabrication of clay formwork for concrete casting. Automation in Construction, [s. l.], v. 154, n. May, 2023.

DU PLESSIS, Anton et al. Beautiful and Functional: A Review of Biomimetic Design in Additive Manufacturing. Additive Manufacturing, [s. l.], v. 27, n. March, p. 408–427, 2019. Disponível em: https://doi.org/10.1016/j.addma.2019.03.033.

RIPLEY, Renee L; BRUSHAN, Bharat. Bioarchitecture: bioinspired art and architecture – a perspective. Philosophical Transactions A, 2016. Disponível em: http//dx.doi.org/10.1098/rsta.2016.0192.

NIE, Yunqing; LI, Dongxu. A multiscale fracture model to reveal the toughening mechanism in bioinspired Bouligand structures. Acta Biomaterialia, [s. l.], v. 176, p. 267–276, 2024.

NGUYEN-VAN, Vuong et al. Modelling of 3D-printed bio-inspired Bouligand cementitious structures reinforced with steel fibres. Engineering Structures, [s. l.], v. 274, n. October 2022, p. 115123, 2023. Disponível em: https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2022.115123.

DU, Guoqiang; SUN, Yan; QIAN, Ye. Flexural performance of nature-inspired 3D-printed strain-hardening cementitious composites (3DP-SHCC) with Bouligand structures. Cement and Concrete Composites, [s. l.], v. 149, n. October 2023, p. 105494, 2024. Disponível em: https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2024.105494.

LIU, Junli et al. 3D concrete printing of bioinspired Bouligand structure: A study on impact resistance. Additive Manufacturing, [s. l.], v. 50, n. May 2021, p. 102544, 2022. Disponível em: https://doi.org/10.1016/j.addma.2021.102544.

BOS, Freek et al. Additive manufacturing of concrete in construction: potentials and challenges of 3D concrete printing. Virtual and Physical Prototyping, [s. l.], v. 11, n. 3, p. 209–225, 2016. Disponível em: https://doi.org/10.1080/17452759.2016.1209867.

DU PLESSIS, Anton et al. Biomimicry for 3D concrete printing: A review and perspective. Additive Manufacturing, [s. l.], v. 38, n. November 2020, 2021.

NALEWAY, Steven E. et al. Structural Design Elements in Biological Materials: Application to Bioinspiration. Advanced Materials, [s. l.], v. 27, n. 37, p. 5455–5476, 2015.

ARUMUGAM, Girirajan; KUSUMO, Camelia May Li; MARI, Tamilsalvi. Computer Aided Thematic Review and Analysis of 3D Concrete Printed Building |Envelopes Inspired By Nature. Journal of Engineering Science and Technology, [s. l.], v. 18, n. September, p. 258–273, 2023.

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Publicado

2024-10-07

Como Citar

FREDERICO FERREIRA HENCKMAIER, Matheus; TRIDAPALLI, Olana. Estruturas inspiradas na natureza para construções mais eficientes e sustentáveis com 3DCP. In: ENCONTRO NACIONAL DE TECNOLOGIA DO AMBIENTE CONSTRUÍDO, 20., 2024. Anais [...]. Porto Alegre: ANTAC, 2024. DOI: 10.46421/entac.v20i1.6203. Disponível em: https://eventos.antac.org.br/index.php/entac/article/view/6203. Acesso em: 23 nov. 2024.

Edição

Seção

Tecnologias de Sistemas e Processos Construtivos

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