Utilização de Polímeros Reforçados com Fibras na Construção de Estruturas

Um dos maiores desafios para a indústria da construção civil no início deste século prende-se com os custos de manutenção das estruturas e infraestruturas, geralmente ligados a fenómenos de corrosão em estruturas de aço e de betão armado. Neste contexto, a utilização de polímeros reforçados com fibras (em inglês, fibre reinforced polymers, FRP), já amplamente adotados noutros ramos da engenharia (Aeronáutica, Naval, Automóvel, etc.), tem sido sugerida devido às excelentes propriedades mecânicas (resistência), físicas (leveza) e de durabilidade (resistência à corrosão).

Dentro dos materiais FRP, os perfis pultrudidos (produzidos através do processo de pultrusão, semelhante à extrusão mas puxado (pull) em vez de empurrado contra um molde) em polímeros reforçados com fibras de vidro (GFRP) são aqueles que apresentam maior potencial como materiais estruturais já que aliam um bom comportamento mecânico a custos de produção bastante competitivos.

Principais características dos perfis GFRP
Os perfis pultrudidos em GFRP são materiais compósitos constituídos por uma matriz polimérica e pelo reforço em fibra de vidro, sendo este o principal responsável pelo comportamento mecânico e aquela pela distribuição de tensões entre fibras, estabilidade dimensional e proteção das fibras contra agentes agressivos. A matriz é normalmente composta por resinas epoxídicas, fenólicas, poliéster ou viniléster, que podem ser misturadas com elementos secundários para obter determinadas características (diferente cor, melhor resistência ao fogo, etc.). O reforço de fibras, por sua vez, é normalmente composto pela combinação de mechas unidirecionais e mantas bi ou multidirecionais.

A tabela seguinte apresenta as propriedades comuns dos perfis pultrudidos em GFRP, de especial interesse para o engenheiro projetista de estruturas, enquanto a figura compara o comportamento tensão-extensão destes materiais com outros materiais estruturais.

 

Aplicações
O potencial dos perfis GFRP como materiais estruturais e as suas vantagens em relação aos materiais tradicionais, em particular o seu baixo peso e durabilidade melhorada, têm tornado este material estrutural cada vez mais atrativo para aplicações em pontes e edifícios. Por exemplo, a ponte basculante de Bonds Mill no Reino Unido, foi construída em 1994 inteiramente com perfis pultrudidos em GFRP. Neste caso paradigmático, a primeira ponte rodoviária inteiramente em GFRP no Reino Unido, a leveza do material estrutural permitiu a redução significativa dos custos com a maquinaria que faz o levantamento da ponte. Mais recentemente em Portugal (Viseu) foi construída uma ponte pedonal mista GFRP-aço recorrendo a perfis pultrudidos (ver imagem inicial).

O primeiro edifício com estrutura inteiramente em perfis pultrudidos de GFRP foi o edifício Eye Catcher em Basileia, na Suíça. Desde aí a utilização destes elementos em estruturas de edifícios tem vindo a aumentar, apresentando-se como exemplo da sua aplicação em Portugal os passadiços técnicos do Oceanário de Lisboa (ver figura seguinte). Estas estruturas são suportadas pela cobertura do edifício que é autoportante. Nesse sentido, a leveza do material (para além da sua durabilidade em ambientes corrosivos) foi determinante para a sua escolha nesta aplicação.

 

Desafios para o futuro
Apesar da competitividade do material GFRP e das suas vantagens face aos materiais tradicionais quando são considerados os custos de ciclo-de-vida, a verdade é que ainda não há uma verdadeira aceitação destes elementos como materiais estruturais por parte da comunidade da construção civil em geral e, em particular, por parte dos engenheiros projetistas de estruturas.
Para combater este facto têm sido determinantes as investigações científicas levadas a cabo pelas Universidades Portuguesas, em particular pelo Instituto Superior Técnico e pela Universidade do Minho. Por outro lado, surgem agora novos grupos de projetistas que fazem do seu conhecimento destes materiais uma mais-valia que os destaca da demais concorrência.
Em resumo, a tendência crescente da utilização estrutural do GFRP faz antever que nas próximas décadas a utilização destes materiais se generalize, quer em estruturas inteiramente em GFRP, quer em estruturas mistas GFRP-betão ou GFRP-aço.

 

Sobre a STIN Engineering
A STIN Engineering – Estruturas para a Inovação – assume-se como um coletivo de trabalhadores independentes com o principal objetivo de prestar um serviço de qualidade no apoio e desenvolvimento de projetos de estruturas de edifícios, pontes e outras obras de construção civil.
O know-how específico dos seus membros na utilização de novos materiais avançados, nomeadamente os materiais FRP (fibre reinforced polymers), permite a apresentação de soluções estruturais em que os materiais tradicionais e estes novos materiais estruturais funcionam em conjunto, criando estruturas mais leves e de durabilidade melhorada, deste modo criando mais-valia única para os seus parceiros e clientes.
A STIN Engineering surgiu como ideia no ano de 2013; criada por um grupo de engenheiros formados no Instituto Superior Técnico procurando dinamizar e promover novas ideias na engenharia de estruturas de um modo sustentável. Especializados na área dos materiais avançados e com experiência em investigação e em diversas empresas de projeto de estruturas e construção, os membros da STIN Engineering têm diversos trabalhos publicados em revistas internacionais tendo sido uns dos vencedores do Concurso de Eng. Civil do Prémio Secil Universidades 2012.
Num mercado exigente como o da construção civil, o sucesso passa muitas vezes pela diferenciação dos serviços prestados relativamente à atual oferta. Assim, a STIN Engineering pretende explorar as novas tecnologias da construção civil, aliadas a uma forte componente de inovação, procurando distinguir-se da construção tradicional contribuindo para um crescimento consciente e sustentável da construção.

 

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Fontes
– ASCE. 2013 Report Card for American’s Infrastructure. Sítio on-line: http://www.infrastructurereportcard.org/, consultado em 10/10/2014.
– Bank LC. Composites for construction: Structural design with FRP materials. John Wiley & Sons, Inc., Nova Jersey, 2006.
– M. Vasile. Sítio on-line da Mogapan: http://www.mogapan.ro/, consultado em 21/8/2014.
– Composite Construction Laboratory (CCLAB). Sítio on-line: cclab.epfl.ch/, consultado 14/8/2014.

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