ADEQUAÇÃO DE MATERIAL COMPÓSITO EM DESIGN RESISTENTE AO TSUNAMI: PRODUÇÃO E MATERIAIS II

UNIVERSIDADE DE CAXIAS DO SUL – UCS

ADEQUAÇÃO DE MATERIAL COMPÓSITO EM DESIGN RESISTENTE AO TSUNAMI:

PRODUÇÃO E MATERIAIS II

RODOLFO ROLIN DALLA COSTA

DAIANE BORSATO

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RESUMO

O trabalho de pesquisa sobre a seleção de materiais de construção adequados para estruturas resistentes ao tsunami ainda está nas fases iniciais. Uma tentativa é feita para avaliar a adequação de materiais compostos reforçados com coco, vidro e fibras de sansevieria cilíndrica. Um modelo de construção é fabricado com base em compostos de fibra de coco, que teve melhores resultados entre os três compostos de fibra é testado em uma bacia de ondas do tsunami. Os sensores de força são colocados no nível do piso e do piso do prédio para avaliar o impacto da força das ondas. O desempenho do edifício é estudado sob orientação normal e diagonal e o último parece ter melhor desempenho. A análise numérica da distribuição do estresse por impacto no modelo de construção baseado em compostos de fibra de coco é realizada no software ABACUS (FEA) é comparado com o modelo de construção convencional. O estudo revela que compostos baseados em fibra de coco podem suportar impactos elevados, oferecem grande força de flexão e tem menor absorção de umidade quando expostos ao meio ambiente do litoral.

1 – INTRODUÇÃO

As ondas do tsunami são um efeito que leva ao colapso de uma estrutura, ainda não foram compreendidas completamente. Muitos trabalhos foram feitos sobre como simular a interação das ondas de tsunami com um modelo de construção, em uma instalação experimental e analisando as forças, pressões, etc (Arikawa, 2009; John van delindt, 2009; Lukkunaprasit, 2009; Nistor, 2010; Thusyanthan, 2008; Oshnack, 2009). Muitos estudos insistiram que varios danos estruturais foram reportados nos tsunamis anteriores, devido ao impacto de objetos carregados pelas ondas do tsunami (Maheswari, 2005; Kavinda Manoj, 2008). As conclusões de tais estudos podem ser adequadamente usadas para projetar estruturas resistentes ao tsunami. Contudo, devido a muitas incertezas envolvidas no modo de falha de uma estrutura, etc., a pesquisa ainda está aberta na busca de informações mais profundas. Pesquisadores no passado usaram modelo feito de vidro, madeira, etc. (Thusyanthan, 2008; Nistor, 2010; Meyyappan, 2013).

 No momento recente, os materiais compostos chamaram a atenção dos pesquisadores para superar o problema enfrentado pelos materiais de construção convencionais nas catástrofes passadas, porque há muitas vantagens, especialmente a melhoria da força de flexão, resistência ao cisalhamento e resistência a corrosão (MIT Report 2004; Biswas, 2009). Neste estudo, uma tentativa é feita para desenvolver materiais compostos e estudar suas propriedades em relação à força de impacto, força de flexibilidade e absorção de água. Além disso, um modelo de construção (feito do material composto proposto) é testado no tanque de onda de tsunami em duas orientações diferentes e as forças que atuam em diferentes níveis no modelo são determinadas. A distribuição do estresse por impacto no material composto a base de fibra de coco é realizada utilizando o software ABACUS (FEA) e o mesmo é comparado com o concreto convencional.

        

2 - DESENVOLVIMENTO ADEQUADO DE MATERIAL COMPOSTO

• 2.1 - FIBRAS E DESENVOLVIMENTO DE MATERIAIS COMPÓSITOS

Neste estudo, as fibras naturais, como as de coco, sansevieria cilíndrica e fibras artificiais, como as de vidro são utilizadas, para desenvolver o material composto. Entre as três fibras (exceto a fibra sansevieria cilíndrica), estão em forma de fibra de tapete. Todas as fibras no seu estado bruto são processadas antes de fabricação, como mostradas na figura 1. A resina do poliéster isoftálico é usada para converter monômeros em polímeros, enquanto que o peróxido de butanona (methyl ethyl ketone), e é usado como catalisador para iniciar a polimerização de resinas de poliéster e o naptanato de cobalto é usado como acelerador para acelerar a resina à temperatura ambiente. As malhas de fibra são cortadas no tamanho necessário de 15cm x 15cm para caber no molde. As malhas de fibra são molhadas com as resinas de poliéster cuidadosamente antes de serem colocadas no molde, camada por camada. Isto é feito para garantir que as soluções misturadas de resina, catalisador e acelerador se espalhem uniformemente quando são simultaneamente derramadas. Houve cuidado de que este processo de fabricação seja concluído rapidamente, já que o acelerador é misturado.

[pic 1]

2.2 - RESULTADOS E DISCUSSÕES

Os materiais compostos são testados quanto à flexão, resistência ao impacto e teor de umidade. O teste de flexão é conduzido em uma máquina de teste universal para materiais compósitos. As dimensões dos espécimes são 127mm x 12mm x 3mm. A carga e deflexão são tabuladas na tabela 1 para 3 amostras, cada uma para diferentes fibras. Do mesmo modo, o teste de impacto é realizado na máquina para os materiais compósitos fabricados para espécimes de tamanho 65 mm x 13 mm x 3 mm e um teste de conteúdo de umidade para exposição à água marinha por 7 dias. Resultados são tabelados na TABELA 1:

[pic 2]

No teste de flexão, o material compósito de fibra de coco leva a carga máxima de 7.310kg com uma deflexão máxima correspondente de 1,63mm, enquanto a fibra sansevieria cilíndrica e a fibra de vidro baseadas em material compósito, resistiram uma carga de 5.950kg e 5.1kg, respectivamente e uma deflexão de 2.680mm e 4.720mm, respectivamente. Os compósitos à base de fibra de coco funcionam muito melhor do que as outras duas fibras. 

          No teste de impacto, é observado que o material compósito de fibra de coco é tão bom como sansevieria cilíndrica, com uma carga de impacto máxima de cerca de 4 joules. 

          No teste de absorção de umidade, o material compósito de fibra de coco absorve um máximo de 0,62% de água do mar (por um período de teste de 7 dias), enquanto as fibras sansevieria cilíndrica e as fibras de vidro absorvem 2 vezes e 2,32 vezes mais que o material composto de fibra de coco, respectivamente. 

          Das discussões anteriores, pode-se concluir que das três fibras consideradas, o material compósito de fibra de coco parece ser bom para a exposição marinha.

 3 - TESTE DE MATERIAL COMPÓSITO DE FIBRA DE COCO EM SIMULADOR DE ONDAS