Áreas de aplicação de materiais FRP na construção

Actualmente, os compósitos FRP (onde se inserem os perfis de GFRP) começam a ser considerados como uma alternativa estrutural aos materiais tradicionais, sendo aplicados em conjugação com estes ou em substituição. A sua utilização abrange já quatro áreas distintas de aplicação: o betão reforçado com FRP, a reparação e reforço de estruturas, estruturas híbridas novas e novas estruturas inteiramente compósitas [2.4; 2.8; 2.13].

No caso dos perfis de GFRP, a sua aplicação na área da construção tem vindo também a ser alargada nos últimos anos. Começou por ser um material aplicado em soluções não estruturais ou em estruturas secundárias, tendo inicialmente como vantagens competitivas, o reduzido peso próprio, a elevada durabilidade em ambientes agressivos e a transparência electromagnética [2.4]. Actualmente, já são vários os exemplos de aplicação estrutural de perfis de GFRP na construção [2.8].

Como elementos secundários, os perfis de GFRP tem tido diversas aplicações, nomeadamente em escadas, guarda-corpos e gradis de pavimento, sendo geralmente mais utilizados em ambientes quimicamente agressivos ou favoráveis a fenómenos de corrosão, existindo diversos exemplos de utilização em Portugal. A figura 2.7 ilustra a utilização de perfis GFRP em escadas colocadas sobre a cobertura da Estação do Rossio, devido ao reduzido peso próprio. No caso dos guarda-corpos e gradis de pavimento presentes na figura 2.8, o recurso aos perfis GFRP deveu-se à agressividade química do ambiente de exposição, provocada pela salinidade da água dos tanques do Oceanário de Lisboa. Já no caso do recurso aos perfis de GFRP para execução dos gradis de pavimento ao longo da linha férrea da ponte 25 de Abril, conforme apresentado na figura 2.9, o motivo principal foi o reduzido peso próprio do material. Outro exemplo de aplicação não estrutural de perfis de GFRP é a cobertura construída no centro comercial Colombo (figura 2.10), sobre as instalações técnicas, cuja

2. CARACTERÍSTICAS GERAIS DOS PERFIS PULTRUDIDOSDE GFRP

funcionalidade é, nesta situação, meramente estética. Os passadiços sobre os tanques do Oceanário de Lisboa (figura 2.8) estão apoiados sobres perfis pultrudidos de GFRP com secção em I. Para além de aplicados como elementos estruturais secundários, os perfis de GFRP surgem também neste exemplo como elementos estruturais primários, vencendo em alguns casos vãos de 35 m, e suportando para além do peso próprio e das sobrecargas relativas à circulação de pessoas, a carga contínua dos focos de iluminação de das tubagens de abastecimento dos tanques [2.8; 2.21].

Figura 2.7 – Escada sobre a cobertura da Estação do Rossio [2.22]

Figura 2.8 – Passadiço e guarda-corpos sobre os tanques do Oceanário de Lisboa [2.21]

Figura 2.9 – Passadiço na linha férrea da ponte 25 de Abril [2.21]

Figura 2.10 – Cobertura no centro comercial Colombo [2.22]

Quanto à aplicação como elementos estruturais primários, nos últimos anos têm sido desenvolvidos novos protótipos em que os perfis de GFRP têm sido utilizados como material alternativo em diversas infra-estruturas, actuando de forma isolada ou em complemento com outros materiais. No caso da utilização dos perfis de GFRP em conjugação com materiais tradicionais, as sinergias mais comuns têm sido encontradas com o betão, actuando geralmente em substituição do aço no betão armado. Contudo, apesar de existirem já diversas soluções testadas, que conjugam a aplicação de betão com os perfis de GFRP, a utilização prática continua ainda a corresponder a um nicho de mercado. O uso mais frequente tem sido em ambientes quimicamente agressivos, como é o caso de tabuleiros de pontes, devido à resistência à corrosão dos perfis de GFRP e à consequente redução significativa

dos custos de manutenção e reabilitação [2.13]. Em Greene County, Missouri, nos Estados Unidos da América, foi construído em 2005 o tabuleiro de uma ponte rodoviária recorrendo a uma malha de perfis de GFRP envolvidos em betão. A malha é composta por perfis de GFRP em I contínuos, dispostos perpendicularmente à direcção do tráfego e igualmente espaçados, actuando no vão mais reduzido à flexão provocada pela passagem dos veículos e pelo peso próprio do tabuleiro. Na direcção paralela ao tráfego, foram dispostos varões de GFRP, que intersectam as almas dos perfis, e cuja principal função é aumentar a rigidez da malha de forma a evitar deslocamentos nos perfis durante o processo de betonagem. A figura 2.11 ilustra a construção do tabuleiro da ponte realizada em Greene County, Missouri, e a malha utilizada [2.23].

Figura 2.11 – Betonagem de um tabuleiro de uma ponte em Greene County, Missouri, nos Estados Unidos da América, reforçado com uma malha de perfis de GFRP [2.23]

A aplicação de perfis de GFRP como elemento isolado tem sido efectuada de duas formas. No caso das estruturas híbridas, os perfis de GFRP são utilizados como substitutos de certos componentes, usualmente executadas com materiais tradicionais, como por exemplo vigas ou lajes. A outra forma de aplicação é em estruturas totalmente compósitas, construídas com recurso a materiais de FRP [2.8]. A figura 2.12 apresenta uma ponte pedonal em arco em Lérida, na qual a superestrutura foi totalmente executada com perfis de GFRP, e onde se exigia uma ponte com reduzida necessidade de manutenção e sem interacção com o campo electromagnético gerado pela catenária da linha ferroviária que passa sob a ponte [2.4]. Na Dinamarca, foi adoptada uma solução semelhante para vencer um vão de 40 metros sobre uma linha ferroviária, neste caso com recurso a uma ponte atirantada (figura 2.13).

2. CARACTERÍSTICAS GERAIS DOS PERFIS PULTRUDIDOSDE GFRP

No caso de edifícios, a utilização de perfis de GFRP a nível estrutural tem tido um impacto ainda muito reduzido. Uma das razões para essa utilização reduzida é a necessidade de se desenvolver formas de ligação dos diversos perfis, mais económicas e eficientes. As ligações entre os perfis de GFRP são genericamente efectuadas com base nas ligações efectuadas entre perfis de aço, que, para perfis de GFRP, não são o tipo de ligações que permitem optimizar a capacidade resistente dos mesmos. Em 1999, foi construído em Basileia (Suíça), um edifício de 5 pisos (15 metros de altura) utilizando uma estrutura de perfis de GFRP e painéis sanduíche de GFRP com resina de poliéster a envolver um material isolante para executar as fachadas [2.14]. O objectivo deste projecto foi demonstrar o potencial dos perfis pultrudidos de GFRP. Na figura 2.14, apresenta-se uma imagem do edifício após a construção.

Figura 2.14 – Edifício Eyecatcher [2.4]

O crescimento da aplicação estrutural de perfis de GFRP tem sido superior em projectos cujas propriedades do material, tais como a transparência electromagnética, o reduzido peso próprio e a elevada durabilidade surgem como requisitos de elevada relevância. Um dos exemplos é a utilização em torres de arrefecimento industrial. Devido ao ambiente agressivo e à presença da humidade elevada provocada pelo vapor de água, a utilização de materiais tradicionais exigiria uma elevada manutenção, nomeadamente devido à corrosão. As vantagens inerentes aos perfis de GFRP posicionaram-os como um material estrutural extremamente competitivo. Devido ao reduzido peso próprio, a construção in situ é relativamente simples e célere, uma vez que os perfis são previamente produzidos em fábrica de acordo com as formas e dimensões projectadas. Os perfis de GFRP têm sido ainda utilizados na reparação de diversas torres de arrefecimento, em substituição do material degradado, como é o caso de vigas e pilares em madeira deteriorados. Neste caso, a possibilidade de se produzirem diversas formas por pultrusão permite o fabrico de perfis de GFRP similares aos elementos a substituir [2.13; 2.16]. Nas figuras 2.15 e 2.16, apresentam-se exemplos de torres de arrefecimento com estrutura em GFRP. Outro tipo de infra-estruturas onde os perfis de GFRP são também utilizados como elementos estruturais são as estações de tratamento de águas residuais (ETAR), devido à agressividade química [2.24].

Figura 2.15 – Construção estrutura de uma torre de arrefecimento in situ em perfis GFRP [2.15]

Figura 2.16 – Estrutura modular de uma torre de arrefecimento em GFRP [2.15]

Em Portugal já existem vários exemplos da aplicação de perfis de GFRP como elementos estruturais em ambientes de elevada corrosão. Alguns exemplos são as coberturas construídas na ETAR de Vilamoura (figura 2.17) e na ETAR de Almoçageme. Foram também utilizados perfis de GFRP na construção de uma cobertura de uma estrutura integrada no ciclo de produção de papel, na fábrica da Portucel em Setúbal (figura 2.18), onde os componentes químicos necessários ao fabrico de papel tornam o ambiente bastante agressivo [2.22; 2.25].

Figura 2.17 – Cobertura de um tanque da ETAR de Vilamoura [2.22]

Figura 2.18 – Estrutura de uma cobertura da fábrica da Portucel em Setúbal [2.22]

Um tipo de infra-estrutura na qual os perfis de GFRP poderão vir a ter impacto relevante será na construção e na reabilitação de marinas. Portugal possui uma vasta orla costeira e dispõe de diversas marinas ao longo da sua costa. A exposição à água salgada e à agressividade da orla costeira eleva os custos de manutenção de construções com recurso a materiais tradicionais, nomeadamente devido à corrosão e à celeridade da degradação provocada pelos agentes ambientais. No Canadá, país com diversas infra-estruturas marítimas e condições climatéricas exigentes, a utilização de materiais tradicionais tem originado custos de manutenção e reparação elevados, geralmente devido a problemas de corrosão. A aplicação de perfis de GFRP tem demonstrado ser uma alternativa viável. O cais do porto de Hall, na Nova Escócia, sofreu uma reabilitação profunda após uma catástrofe natural, onde se aplicaram diversas técnicas com recurso a GFRP, entre as quais a utilização de perfis de GFRP em substituição do aço. Após 6 anos de serviço e exposição aos esforços provocados pelas ondas do mar, à humidade salina e aos ciclos de gelo-degelo, realizaram-se uma

2. CARACTERÍSTICAS GERAIS DOS PERFIS PULTRUDIDOSDE GFRP

série de ensaios não destrutivos e destrutivos que demonstraram a ausência de alterações relevantes a nível químico e físico nos perfis, sendo expectável que o período de via útil aumente 30 anos em comparação com a solução alternativa em betão armado [2.26].

A área da reabilitação e reforço estrutural têm sido um campo onde os materiais FRP mais se têm evidenciado como uma solução alternativa aos materiais tradicionais. Os sistemas geralmente utilizados são, no entanto, mantas e laminados de FRP, devido à elevada adequabilidade do material às estruturas existentes e à facilidade de aplicação, conferindo um aumento significativo da capacidade resistente da estrutura. Tendo em conta que o reforço corresponde ao aumento da capacidade resistente de uma estrutura, motivado, por exemplo, pelo aumento das acções a que estará sujeita ou por erros de projecto, e que a reparação equivale à recuperação estrutural, em consequência da degradação dos materiais ou devido a situações de acidente, é neste último campo que os perfis de GFRP têm sido mais utilizados, no entanto, ainda de forma reduzida. Uma das aplicações mais usuais dos perfis de GFRP é na substituição total ou parcial de elementos estruturais de madeira degradados, geralmente devido ao reduzido peso próprio e à elevada durabilidade [2.8; 2.12]. Na Alemanha, no castelo de Wörlitz, foram utilizados perfis de GFRP para substituir os tramos em estado crítico de degradação das vigas de madeira que suportam os valiosos tectos em estuque (figura 2.19). A degradação era mais acentuada junto às paredes, devido às pontes térmicas originadas pelas reduzidas temperaturas exteriores em confronto com o ar quente do interior do edifício. O recurso a vigas de aço não era uma solução possível, uma vez que a elevada condutividade térmica poderia originar condensações, colocando em causa a preservação do estuque dos tectos. Os perfis foram colocados e aparafusados às vigas de madeira, permitindo uma reabilitação cuidada dos tectos, sem a necessidade de recurso a equipamento de elevação pesado [2.25]. Em Portugal, foram reabilitadas várias estruturas recorrendo a perfis de GFRP, como por exemplo os edifícios de habitação junto ao castelo de S. Jorge, em Lisboa, cujo traçado pombalino apresentava sinais de degradação exigindo-se, no entanto, a continuidade da sua configuração estrutural [2.24].