Otimização da orientação de fibras em estruturas compósitas utilizando o método de otimização topológica.
Estima-se que sejam fabricados 2 bilhões de toneladas de concreto por ano. Considerando o combustível para mineração e transporte, para se produzir uma tonelada de concreto consome-se 1785 kWh fazendo com que o consumo energético seja uma das maiores preocupações ambientais relacionadas a produção de cimento. A emissão de dióxido de carbono também é uma questão preocupante. Considerando toda a cadeia produtiva, estima-se que a produção de 1 tonelada de cimento libera para atmosfera 1,25 toneladas de CO2.
Estruturas de concreto geralmente são compostas por geometrias simples (seções retangulares constantes), em função de seu método usual de manufatura. Essas geometrias, na maioria dos casos, não representam a melhor distribuição de material para os carregamentos suportados. A distribuição ótima pode ser determinada por meio do Método de Otimização Topológica (MOT) e fabricada através da Manufatura Aditiva (MA).
Com a utilização da MA, as possibilidades de se fabricar estruturas complexas são quase ilimitadas, porém, como inserir os reforços de aço na estrutura ainda é um desafio a ser vencido. Atualmente a possibilidade de se utilizar fibras de aço em vez de armaduras tem sido explorada.
De forma similar a distribuição ótima de material, existe um posicionamento das fibras que reforçam o concreto que tornam a estrutura mais eficiente para uma determinada solicitação. Neste trabalho, a distribuição ótima de materiais e a orientação ótima das fibras são determinados por meio da aplicação do MOT. O procedimento do MOT para obtenção de uma estrutura otimizada de um material reforçado por fibras é demonstrado na Figura 1.
Figura 1: Processo de obtenção de uma estrutura otimizada por meio do MOT.