Numatsmail
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Avaliação do Ciclo de Vida
Aspectos arquitetônicos da construção sustentável
Bambu
Bioconcreto
Biotecnologia do concreto
Construção com terra crua estabilizada e reforçada
Materiais compósitos a base de cimento
Materiais avançados e inteligentes
Materiais cimentícios de baixo impacto ambiental
Mecânica ambiental e da durabilidade: modelagem computacional
Resíduos
Sistemas estruturais sustentáveis
Esta linha de pesquisa visa estudar os potenciais impactos ambientais dos materiais e produtos desenvolvidos no NUMATS, visando a eficiência energética e sustentabilidade do ambiente construído. A Avaliação do Ciclo de Vida (ACV) é reconhecida internacionalmente como uma das metodologias mais completas e robustas para a quantificação dos impactos ambientais de processos, produtos e serviços. Em conjunto com a avaliação dos impactos ambientais, o grupo de pesquisadores do NUMATS está trabalhando na obtenção de indicadores de desempenho e durabilidade para medir a ecoeficiência dos materiais, produtos e sistemas construtivos em desenvolvimento no laboratório.
As pesquisas em andamento incluem:
I - A quantificação da redução dos gases de efeito estufa;
II - a contabilização das emissões evitadas como resultado do aproveitamento dos materiais dispostos no meio ambiente;
III - avaliação da eficiência energética das edificações;
IV - a relação mudanças climáticas-edificações-cidades;
V - ACV social e econômico.
Nesta linha de pesquisa estuda-se:
I - Projeto arquitetônico em consonância com o emprego dos materiais ecológicos (bambu, bioconcreto, construção com terra);
II - Eficiência energética do ambiente construído;
III - Conforto térmico ambiental;
IV - Isolamento acústico;
V - Análise do ciclo de vida (ACV).
As pesquisas utilizando o bambu estendem-se do uso do colmo e das ripas de bambu aos resíduos oriundos dos processamentos primários.
As principais linhas de atuação são:
I - uso estrutural dos colmos de bambu;
II - uso de ripas de bambu como reforço do concreto e bioconcreto;
III - aderência bambu-concreto (bioconcreto);
IV - durabilidade do bambu frente às ações climáticas e ao ataque microbiológico;
V - resistência ao fogo do bambu;
VI - comportamento a altas temperaturas do bambu;
VII - fluência do bambu;
VIII - uso de resíduos de bambu para a produção de bioconcreto;
IX - desenvolvimento de argamassas de revestimento à base de terra crua e bambu;
X - comportamento termo-hídrico, durabilidade térmica e resistência ao fogo de bioconcretos de bambu.
Esta linha de pesquisa é direcionada para o desenvolvimento de bioconcretos usando resíduos vegetais na forma de agregados em matrizes cimentícias.
As linhas de ação são:
I - dosagem científica dos bioconcretos,
II - desenvolvimento de matrizes com baixo teor de cimento para uso em bioconcretos,
III - desenvolvimento de painéis sanduíches com núcleos em bioconcretos para aplicações estruturais e retrofitting,
IV - desenvolvimento de painéis de bioconcreto reforçados com de ripas de bambu,
V - comportamento termo-hídrico do bioconcreto,
VI - resistência ao ataque biológico do bioconcreto,
VII - resistência ao fogo e durabilidade térmica do bioconcreto,
VIII - durabilidade natural e acelerada do bioconcreto.
Nessa linha de pesquisa são utilizados processos naturais para a melhoria e desenvolvimento de propriedades do concreto e seus materiais, com o foco na biomineralização. Algumas bactérias são capazes de produzir biominerais através do seu metabolismo celular, entre eles o carbonato de cálcio, materiais com grande afinidade com a matriz cimentícia. Atualmente, o chamado de Precipitação de CaCO3 induzida por bactérias (MICP em inglês) é o meio mais comum de utilização da biomineralização no concreto. As principais utilizações dessa tecnologia no concreto e seus matéria são:
I - auto-cicatrização;
II - tratamento de superfícies;
III - melhoramento das características mecânicas;
IV - tratamento de agregados.
Nesta linha de pesquisa estuda-se:
I - Solo-cimento;
II - Solo-cal;
III - Solo-asfalto;
IV - Solo reforçado com fibras vegetais;
V - Solo-biomassa vegetal;
VI - Solo-bambu.
A linha de pesquisa sobre o uso de reforço fibroso no concreto é abrangente e inclui as fibras vegetais (ex: juta, curauá, sisal, bambu, coco, fibras de celulose), fibras de aço, fibras sintéticas (carbono, polipropileno e polivinil álcool) e minerais (volastonita e basalto).
As pesquisas desenvolvidas nesta área tem como objetivo estudar:
I - tratamentos para melhoria da interface fibra-matriz dos compósitos;
II - avaliar o desempenho mecânico (tração, compressão uniaxial e triaxial, flexão) dos compósitos;
III - a cicatrização de fissuras e a durabilidade dos compósitos visando aplicações na indústria da construção civil, geração de energia, cimentação de poços de petróleo, etc;
IV - o uso das fibras como reforço nos elementos estruturais em conjunto com barras de aço para uso em barragens e estruturas eólicas;
V - o uso de tecidos em compósitos têxteis;
VI - o sequestro de carbono em compósitos com fibras vegetais e fibras de PVA;
VII - o desenvolvimento de compósitos híbridos;
VIII - a modelagem numérica dos compósitos fibrosos;
IX - a modelagem numérica de estruturas de barragens e de torres eólicas utilizando sistemas híbridos de reforço (barra + fibras).
Na linha de materiais cimentícios avançados, os pesquisadores do NUMATS buscam desenvolver matrizes de alto desempenho e autoadensáveis à base de cimento aproveitando as ferramentas da ciência dos materiais, da química e da modelagem numérica. A avaliação do desempenho da matriz não é feita somente em termos da resistência, enfoque tradicional da tecnologia do concreto, mas usando uma ampla gama de propriedades tais como trabalhabilidade, densidade, deformabilidade, permeabilidade e durabilidade. Adicionalmente, aplicações da nanotecnologia permitem obter matrizes de cimento inteligentes, mudando a ênfase dos desenvolvimentos dessas matrizes para a multifuncionalidade.
Na área do concreto de alto e ultra-alto desempenho o principal objetivo é obter compósitos de alta resistência à tração e flexão e alta capacidade de deformação com controle da abertura de fissuras, usando reforços têxteis, fibras metálicas, poliméricas, minerais ou vegetais como elementos de reforço. Materiais pozolânicos, resíduos minerais, biomassa, nanopartículas e nanofibras são usados como elementos para modificar as propriedades dos compósitos na nano, micro, meso e macro-escalas.
Na área dos concretos inteligentes, o objetivo é desenvolver materiais multifuncionais à base de cimento, que além de cumprir suas funções como elementos estruturais, consigam responder a estímulos ambientais. Concretos autolimpantes, auto-sensitivos, cicatrizantes e armazenadores de calor latente, são algumas das funcionalidades adicionais que estão sendo estudadas. Na área dos materiais para construção digitalizada à base de cimento, a reologia é usada como principal ferramenta para entender os requisitos mínimos das matrizes cimentícias em estado fresco, para serem aplicadas em processos de extrusão, pultrusão, corte em estado fresco, impressão 3D e prensagem. Os sistemas adaptáveis ou ativos, e a IoT aplicada às edificações também são objeto de estudo no NUMATS.
Ao longo dos últimos anos, o NUMATS vem desenvolvendo pesquisas sobre materiais cimentícios de baixo impacto ambiental tais como pozolanas naturais e agroindustriais. Destacam-se dentro dessa linha de pesquisa:
I - a utilização das cinzas resultantes da queima do bagaço da cana-de- açúcar, após seu aproveitamento calorífico na produção de energia, como material cimentíceo suplementar;
II - a utilização das cinzas resultantes da queima da casca de arroz após seu aproveitamento calorífico na produção de energia;
III - a produção de pozolanas altamente reativas a partir da queima controlada casca de arroz e do bagaço da cana-de-açúcar;
IV - a produção de nano-sílica gel a partir da cinza do bagaço de cana-de-açúcar e da casca do arroz;
V - o desenvolvimento de blendas cimentícias com baixo teor de hidróxido de cálcio, a partir do uso de sílica ativa, metacaulinita e cinza volante, para uso em compósitos com fibras naturais e bioconcretos;
VI - o estudo das propriedades reológicas, físicas e mecânicas de concretos com cinza do bagaço da cana de açúcar e cinza da casca de arroz de classe de resistência variada;
VII - o estudo da durabilidade, fluência e retração de concretos contendo cinza do bagaço de cana de açúcar e casca de arroz;
VIII - o estudo da cinza da casca de arroz na mitigação da retração autógena de concretos de alto desempenho.
A variedade de fontes precursoras e de ativadores alcalinos permite a obtenção de geopolímeros com uma variabilidade de propriedades e vantagens frente aos cimentos Portland convencionais. Dentre as vantagens destacam-se principalmente o baixo impacto ambiental, quando concebidos a partir de resíduos e/ou insumos locais e por não serem cáusticos, tóxicos ou inflamáveis; além de seu alto desempenho e durabilidade químico-mecânica, em função da baixíssima permeabilidade e porosidade de sua matriz. Estas características permitem inúmeras aplicações, dentre as quais listam-se: cimentos, compósitos e concretos; revestimentos, adesivos e resinas; encapsulamento de resíduos; materiais resistentes ao fogo e refratários; isolamento térmico. O NUMATS desenvolve pesquisas relacionadas a
I - avaliação da reatividade de precursores contendo altos teores de impurezas minerais, a fim de viabilizar a dosagem e desempenho de matrizes geopoliméricas visando sua aplicação em poços do pré-sal;
II - o desempenho e compatibilidade de matrizes, argamassas e concretos geopoliméricos termicamente ativados e reforçadas com fibras termo-resistentes;
III - o desempenho e compatibilidade de matrizes geopoliméricas reforçadas com fibras naturais quimicamente modificadas;
IV - a durabilidade de concretos geopoliméricos frente ao ataque acelerado de íons cloreto.
Esta linha de pesquisa dedica-se à modelagem de fenômenos característicos dos materiais sustentáveis, podendo ser destacada:
I - O escoamento e transporte em meios porosos;
II - os acoplamentos termo-químico-mecânicos;
III - a mecânica dos materiais compósitos sustentáveis;
IV - a modelagem computacional em nano, micro, meso e macro-escala.
Exemplos de modelagem numérica de estruturas massivas incluem: usinas hidrelétricas e fundações de aerogeradores; modelagem da bainha de cimentação de poços de petróleo submetida a carregamentos e estados de tensão complexos e a modelagem numérica dos concretos refratários para refinarias de petróleo submetidos a altas temperaturas (550ºC). Todos estes casos de modelagem envolvem geometrias tridimensionais e modelos constitutivos complexos o que exige um alto desempenho computacional. Sendo assim, os diversos modelos acima referidos são implementados em arquiteturas computacionais otimizadas que permitem a execução de exemplos cada vez mais próximos da realidade.
Esta linha de pesquisa visa estudar as possíveis aplicações de Resíduos de Construção e Demolição (RCD) em novos materiais da construção civil. A reciclagem dos Resíduos de Construção e Demolição (RCD) como agregados para materiais cimentícios (concreto e argamassa) é uma alternativa com grande potencial ambiental, pois pode minimizar o impacto causado tanto pela extração de recursos naturais quanto pela disposição inadequada desses resíduos. As pesquisas em andamento englobam todo o processo de produção, desde as etapas de processamento dos resíduos em escala industrial até a extensa caracterização de diversas propriedades dos materiais reciclados. Os materiais cimentícios produzidos com agregados reciclados são avaliados quanto às propriedades físicas, mecânicas, estruturais e de durabilidade, além de seu comportamento sob condições extremas como incêndios, carbonatação, ciclos de congelamento e descongelamento e ciclos de molhagem e secagem.
Nesta linha de pesquisa estuda-se:
I - A utilização de escórias resultantes da incineração dos resíduos sólidos urbanos, após seu aproveitamento calorífico na produção de energia, como materiais suplementares no concreto;
II - a utilização da cinza do lodo de Estações de Tratamento de Esgotos (ETEs) como materiais suplementares no concreto.
Nesta linha de pesquisa estuda-se:
I - A utilização de resíduos da indústria siderúrgica tais como escórias de alto forno, escórias de cobre, etc., como constituintes do concreto;
II - a utilização de resíduos da indústria automotiva (borracha de pneu) como agregado reciclado no concreto;
III - o uso de resíduos da indústria petro-química tais como os resíduos de unidades de craqueamento catalítico fluido (FCC) e da perfuração de poços de petróleo como constituintes do concreto;
IV - o uso de resíduos de termo-elétricas tais como cinzas volantes como aditivos minerais no concreto;
V - o uso de resíduos da indústria mineral tais como o pó-de-pedra resultante da produção de brita e os resíduos da produção de pedras ornamentais como agregado miúdo ou filer no concreto;
VI - o uso de resíduos da indústria cerâmica como material cimentíceo suplementar;
VII - o uso de resíduos da indústria de papel tais como o caulim, o calcáreo e os resíduos de celulose como material cimentíceo suplementar
VIII - a destinação sustentável dos rejeitos de mineração.
Nesta linha de pesquisa estuda-se:
I - O projeto estrutural em consonância com o emprego dos materiais sustentáveis;
II - análise experimental;
III - durabilidade estrutural;
IV - resistência ao fogo;
V - modelagem computacional.
