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Corpo de prova de fibra natural enrolada fixado com cintas de carga para teste estrutural no ITKE Stuttgart.

Assistente de Pesquisa ITKE para Enrolamento Filamentar sem Núcleo

Data 2020-10-01
Autor ITKE - University of Stuttgart
Diretor Achim Menges
Gerente Marta Gil Pérez
Equipe Daniel Nunes Locatelli
Local Botanic Garden Freiburg
Link livMatS Pavilion 2020-21

O Pavilhão livMatS — uma colaboração entre o ICD, o ITKE e o Cluster de Excelência livMatS da Universidade de Freiburg — expandiu os limites do enrolamento filamentar sem núcleo ao utilizar fibras naturais em vez de carbono ou vidro. O pavilhão foi eventualmente instalado no Jardim Botânico de Freiburg, mas antes que isso pudesse acontecer, os componentes estruturais precisavam ser rigorosamente testados.

O desafio

Diferentemente dos compósitos de fibra de carbono, que possuem décadas de dados de engenharia, os compósitos de fibra natural são muito menos previsíveis. As propriedades mecânicas variam dependendo da origem da fibra, do teor de umidade e dos padrões de enrolamento. Na época, não havia um método confiável para simular computacionalmente o comportamento estrutural desses elementos enrolados com fibra natural. A única forma de validar o projeto era por meio de testes de carga físicos em escala real.

Meu papel

Como assistente de pesquisa sob a supervisão de Marta Gil Pérez, ajudei a preparar e executar os testes de carga. Os corpos de prova — grandes elementos enrolados com fibra natural fabricados pela turma ITECH 2020 — foram montados em plataformas hidráulicas e submetidos a forças controladas utilizando cintas de carga industriais.

Equipe de pesquisa preparando um corpo de prova de fibra natural enrolada para teste de carga no laboratório do ITKE. Um protótipo de torre de fibra de carbono é visível ao fundo.
Equipe de pesquisa preparando um corpo de prova de fibra natural enrolada para teste de carga no laboratório do ITKE. Um protótipo de torre de fibra de carbono é visível ao fundo.
Detalhe do corpo de prova de fibra natural enrolada mostrando o complexo padrão entrelaçado, fixado com cintas de carga laranjas para teste estrutural.
Detalhe do corpo de prova de fibra natural enrolada mostrando o complexo padrão entrelaçado, fixado com cintas de carga laranjas para teste estrutural.

Simulação vs. realidade

O que tornou essa experiência marcante foi testemunhar em primeira mão a lacuna entre a previsão computacional e o comportamento físico. Pesquisas de ponta como essa ainda não possuem métodos confiáveis de análise estrutural apenas por simulação computacional. Para alcançar um resultado estruturalmente seguro, testes físicos em escala real são essenciais.

A experiência e a intuição de Marta com estruturas semelhantes foram fundamentais. Após cada teste, ela conseguia identificar quais ajustes deveriam ser feitos no projeto — embasada por uma combinação de dados medidos e anos de experiência prática com compósitos de fibras. Essa interação entre simulação, experimento e intuição é o que torna a pesquisa na fronteira da tecnologia da construção tão fascinante.

Detalhe do corpo de prova de fibra natural sob carga, mostrando a densidade do padrão de enrolamento.
Detalhe do corpo de prova de fibra natural sob carga, mostrando a densidade do padrão de enrolamento.
Configuração completa do teste de carga com o corpo de prova de fibra natural fixado em uma plataforma hidráulica.
Configuração completa do teste de carga com o corpo de prova de fibra natural fixado em uma plataforma hidráulica.