Compósitos Poliméricos Reforçados com Fibras

5 Outubro, 2011.

A família dos compósitos de polímeros com fibras (FRP) utilizada no reforço de estruturas de betão resulta, sobretudo, da conjugação de fibras contínuas de reforço orgânicas ou inorgânicas, com a resina termo-endurecível e com as cargas de enchimento designadas por fillers. Para constituintes secundários, estes materiais recorrem a aditivos e a outros produtos, como por exemplo, os agentes catalisadores, os promotores ou os aceleradores.

As estruturas de betão estão, diversas vezes, sujeitas a cargas repetidas e a agentes agressivos que, por acções físicas e químicas, podem originar a fragilização mecânica das estruturas durante o seu período de vida, comprometendo a sua durabilidade. Assim, devem ser previstos, no projecto, materiais com as características mais adequadas às condições de utilização dessas estruturas, bem como planos de manutenção para a obra, de forma a garantir a longevidade desejada. A reduzida durabilidade dos tabuleiros de pontes de betão armado e/ou pré-esforçado tem conduzido a custos directos e indirectos (perturbações de tráfego) consideráveis, perante a necessidade de manutenção e de reabilitação dos mesmos. Em inúmeros casos, torna-se imperativo a necessidade de se ajustar novas técnicas à reabilitação e ao reforço de estruturas.

Apesar duma maneira geral, as estruturas de betão terem um período de vida útil longo, os seus requisitos podem alterar-se nesse período. Uma estrutura poderá, num futuro próximo, ter que suportar um espectro maior de cargas ou subscrever novas exigências normativas. Inúmeros são os casos de estruturas que têm de ser reparadas devido a acidentes. Existem outras situações em que se detectam erros durante a fase de projecto ou de construção, o que obriga a reforçar as estruturas, antes ou mesmo após entrarem em funcionamento.

Cabe ao engenheiro defrontar-se com a avaliação da opção pelo reforço da estrutura existente ou pela substituição por outra nova. Posteriormente, apresentar-se-ão as difíceis tarefas de concretização do tipo de técnica de reforço e da selecção do material a usar.

Um dos mais eficazes processos de reforço de estruturas de betão, recorre à técnica da colagem de armaduras exteriores com a utilização de adesivos de epóxido, originalmente surgida em França nos finais dos anos 60, quando L’Hermite e Bresson efectuaram os primeiros ensaios sobre vigas de betão reforçadas.
Os materiais tradicionais (nomeadamente o betão e o aço) começam a manifestar-se inadequados em determinadas situações, devendo ser encontradas alternativas.

Desse modo, tem-se assistido ao crescimento dos materiais compósitos, utilizados inicialmente nos campos militar e aeronáutico, e posteriormente alargados à generalidade das indústrias. Quando as propriedades destes materiais são convenientemente ajustadas às estruturas de betão, sobretudo, através da garantia de uma adequada ligação ao betão, pela compatibilidade de deformações e da perfeita conjugação química entre eles, permitem a concepção de estruturas mais leves, mais resistentes e mais duráveis.

No século XX, a investigação na área da ciência dos materiais proporcionou aos engenheiros uma certa curiosidade na linha de orientação dos novos materiais destacando-se, com êxito, os Compósitos. O objectivo consiste em abordar materiais, com comportamentos mais eficientes nas aplicações específicas de engenharia, de modo a colmatar as lacunas evidenciadas com a utilização dos tradicionais. Deste modo, nesta última década, tem havido grande empenho na procura de materiais com características apropriadas aos novos projectos de engenharia, visto ser cada vez mais urgente a aplicação de materiais muito resistentes, duráveis, pouco deformáveis e capazes de absorver e dissipar energia, sem ocorrência de rotura frágil.
Devido ao seu êxito em diversas indústrias, foram despertando o interesse da engenharia civil em os aplicar, nomeadamente, sob a forma de produtos polímeros (ou Compósitos) reforçados com fibras de sigla internacional FRP (Fiber Reinforced Polymer), empregues como armaduras não metálicas. Neste âmbito, são de assinalar propriedades como a elevada resistência à tracção, o baixo peso específico, a resistência à corrosão, a elevada resistência à fadiga, o bom amortecimento ao choque e ao isolamento electromagnético.

As principais fibras comercializadas são o vidro, o carbono e a poliamide aromática (aramida ou kevlar), sendo os respectivos compósitos reforçados, denominados internacionalmente por GFRP (Glass Fiber Reinforced Polymer), CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer) e AFRP (Aramid Fiber Reinforced Polymer). O comportamento final de um compósito de FRP é acentuadamente dependente dos materiais que o constituem, da disposição das libras principais de reforço e da interacção entre os referidos materiais. Os factores intervenientes nesse comportamento são a orientação, o comprimento, a forma e a composição das fibras, as propriedades mecânicas da resina da matriz, assim como a adesão ou ligação entre as fibras e a matriz.

Para as situações de reforço e de reabilitação anteriormente referidas, é possível recorrer a armaduras não metálicas e a técnicas executadas com produtos compósitos, como as mantas ou os laminados de FRP (pré-esforçados ou não), que são colados criteriosamente nas faces dos elementos (para resistir à flexão e ao corte), ou como as aplicações exteriores de cabos de FRP pós-tensionados e não aderentes. Para as anomalias surgidas em pilares, devido a sismos, destaca-se a técnica de reforço por encamisamento total ou parcial daqueles elementos com fios ou mantas contínuos de FRP (reforço ao corte e aumento de ductilidade). Em qualquer dos casos, o novo material apresenta imunidade à corrosão e facilidade de aplicação, ao contrário do que ocorre com os elementos metálicos correntes.

Autor: Luís Filipe Pereira Juvandes
Excerto Adaptado
Imagens: University of Nevada, Aslam FRP

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