Alunos projetam ponte resistente feita de compósito de fibra de piaçava – AUN – Agência Universitária de Notícias
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Projeto ficou em 3º lugar na quarta edição do "Desafio Acadêmico em Composites" da Sampe Brasil 2017
22/11/2017 Marcella Affonso Ciência e Tecnologia 0
Frame do vídeo de apresentação do projeto. Modificação: Marcella Affonso
Fibra de palmeira piaçava e resina epóxi, plástico que endurece quando misturado a um agente endurecedor. Foi utilizando um composto desses materiais que os estudantes Alfredo Hydamos e Thiago Omena — alunos de mestrado e doutorado, respectivamente, da Faculdade de Arquitetura e Urbanismo (FAU) da USP — projetaram uma ponte relativamente leve e, ao mesmo tempo, capaz de resistir a uma força de 1,5 toneladas. O projeto rendeu à dupla o 3º lugar na categoria de fibras naturais do quarto Desafio Acadêmico em Composites da Sampe Brasil 2017, prêmio que vem se consolidando como um importante elo entre universidades brasileiras e a indústria de compósitos.
Fibra utilizada em protótipo foi retirada das cerdas de uma vassoura. Fonte: Frame do vídeo de apresentação.
Em linhas gerais, a regra do desafio é simples: em cada categoria, vence a ponte mais leve capaz de resistir à carga mínima solicitada — no caso, de 1.500 kg —, sem deformar além do limite estabelecido. De acordo com o professor Arthur Hunold Lara, orientador dos alunos participantes, apesar de faltarem pesquisas em relação às características da fibra de piaçava, o material foi escolhido por sua aparente resistência e flexibilidade e por sua grande disponibilidade no mercado. Nesse sentido, vale mencionar que as fibras utilizadas no protótipo da ponte foram retiradas das cerdas de uma vassoura. "Imaginamos que ela seria resistente porque ela costuma 'aguentar o tranco'", observa.
Todo o projeto foi desenvolvido digitalmente. O processo de design da peça partiu das restrições geométricas preestabelecidas pelo concurso, que definia que a ponte precisaria ter, no mínimo, 61 cm de comprimento e apresentar uma seção transversal quadrada e aberta de até 10,16 cm tanto de altura quanto de largura. Para tornar esse modelo inicial mais leve, foi utilizado o software de modelagem 3D Fusion 360, programa pelo qual a ponte foi otimizada topologicamente e redesenhada: ao simular o desafio final sobre a peça inicial, foi possível identificar através do software como a ponte reagiria no mundo real ao ser submetida à massa estipulada no concurso e quais regiões poderiam ter seu material retirado sem que a resistência da peça diminuísse.
Como resultado dessa etapa, obteve-se uma peça de massa reduzida e com uma forma final estabelecida. "Esse oval no centro, por exemplo, nós não imaginávamos que iria existir, foi o programa que nos indicou que ele poderia ser feito", comentou o engenheiro Fernando Palermo Simões, que participou do processo de criação da ponte. "Mas essas formas fazem sentido estruturalmente falando, nós não aceitamos simplesmente o resultado do programa", complementou Alfredo, líder do grupo.
Distribuição das tensões na ponte, antes e depois da otimização topológica. Modificação e montagem: Marcella Affonso
Com base nos resultados obtidos, foi possível identificar os locais mais críticos da peça, nos quais as fibras de piaçava deveriam ser concentradas, e a forma como elas deveriam ser posicionadas. Com o desenho final estabelecido, deu-se início à fabricação dos moldes e, por fim, do protótipo da ponte.
Um ganho para a arquitetura
Não por acaso, os estudantes disputaram o concurso com seis escolas de engenharia. De acordo com o professor Lara, o método de otimização topológica utilizado, chamado de "análise de elementos finitos", é comum na área dos grupos concorrentes, mas inédito na arquitetura. O procedimento digital divide a estrutura da peça em inúmeras subestruturas chamadas "elementos finitos", analisa uma por uma, identifica e elimina pontos problemáticos e, por fim, reanalisa tudo o que sobra. O mecanismo de análise é realizado repetidas vezes até se chegar a um resultado ideal. "A gente trabalhou com uma força que não se vê e com a precisão da indústria automobilística, aeronáutica e aeroespacial, que é de décimos de mililitros. […] O arquiteto nunca se preocupou com isso", ressalta o professor.
Conforme o engenheiro Fernando destaca, o método pode ser aplicado para a construção de elementos comuns à arquitetura e o trabalho que realizaram para o concurso já rendeu frutos nesse sentido. Segundo ele, passada a competição, o procedimento já foi utilizado por uma aluna da Faculdade para construir uma escada residencial com o mínimo de material possível. De acordo com Alfredo, o material comumente utilizado em peças de barco e avião, por exemplo, também pode ser aplicado em peças estruturais de uma residência. "Deu para a gente aprender bastante sobre o material e sobre os programas e cálculos que utilizamos", comenta o estudante.
O grupo que participou do processo de criação do projeto da ponte irá transformar toda essa experiência em um artigo acadêmico para "facilitar o caminho" de outras pessoas. De acordo com o professor Arthur ele já está sendo escrito. A ideia é que nele a fibra de piaçava seja devidamente caracterizada e inclusa no programa de modelagem. "Esse conhecimento vai se sedimentando aos poucos".