Evolução histórica do reforço de estruturas de betão armado com compósitos FRP

Um material compósito é o resultado de uma combinação de pelo menos dois materiais de construção diferentes, com o objectivo de conjugar as melhores propriedades isoladas destes, originando um novo material cujas propriedades e características são ideais para a função que têm que desempenhar aquando da sua aplicação. Desde sempre, houve a tendência por parte do Homem de juntar diferentes materiais, que em conjunto com outros munidos de boas propriedades adesivas, era concretizada a ligação pretendida (barro, resinas vegetais, entre outros)[5]. Segundo arqueólogos que observaram túmulos de tribos pré-históricas do ano 4000 AC, foram encontrados alimentos armazenados em vasos de cerâmica partidos, os quais terão sido reparados com resinas de seiva das árvores[6]. Já nas antigas construções de pedra e madeira das civilizações gregas e romanas, eram utilizadas misturas adesivas com argila para o fabrico de tijolos, melhorando assim o seu desempenho estrutural. São de facto estes registos, e tantos outros, que evidenciam o facto dos materiais compósitos terem acompanhado a evolução da humanidade desde os seus primórdios [5, 7].

Foi no início do séc. XX que se desenvolveu uma melhor compreensão do funcionamento e das características do betão, e portanto, este passou a desempenhar um importante papel como material de construção. Juntando a alteração das ações atuantes nas estruturas, causadas pelo aumento substancial do tráfego na primeira metade do séc. XX, à questão do desconhecimento acerca do comportamento do betão armado, surgiu então a necessidade de reforçar as estruturas concebidas com este material [3].

A década de 1930 ficou marcada pela primeira utilização de adesivos epoxídicos na Alemanha, EUA e Suíça. Na mesma altura, no casco de um barco, começavam a surgir as primeiras aplicações de materiais poliméricos reforçados com fibras [6, 7].

É na década de 1940 que a engenharia espacial e aeronáutica surgem como os principais sectores interessados pela utilização de compósitos de FRP [8]. Novas técnicas de aplicação de materiais compósitos, como fibras de vidro embebidas em poliéster em cascos de navios ou em coberturas de radares, surgem nas indústrias de defesa naval e aerospacial, principalmente devido às suas

características de elevada resistência a ambientes agressivos, bom comportamento térmico ou à sua leveza [7].

Em 1954, Brandt Goldsworthy referiu que é possível utilizar materiais compósitos de FRP no reforço de betão e em todos os tipos de elementos estruturais que estão sujeitos a ações corrosivas derivadas do meio onde se encontram [9]. Ainda durante a década de 1950 as resinas epoxídicas começavam-se a comercializar para a indústria da construção e poucos anos depois já se escrevia sobre as diversas aplicações destas na reparação de elementos estruturais de vias de comunicação ou fendas de estacas e vigas [6].

No que diz respeito à aplicação dos compósitos de fibra de vidro na construção civil, é no período compreendido entre as décadas de 1950 e 1970 que são realizados dois importantes projetos, nos quais aqueles compósitos desempenham as suas funções como revestimentos de fachada. Estes projetos foram denominados “Monsanto House of the Future” (Figura 2.1) e “American Pavillion in Brussels” (Figura 2.2) [5].

Na década de 1960 as fibras de carbono começavam a ser comercializadas, surgindo com a designação de “materiais compósitos avançados”, principalmente devido ao seu elevado módulo de elasticidade e à sua elevada resistência. Nesta altura, devido ao seu elevado custo comercial, apenas a indústria aerospacial e a aviação militar usufruíam destes materiais [5].

O fabrico e respectiva comercialização dos materiais compósitos foram alargados a outros campos de aplicação no decorrer da década de 70. Devido a este facto, a indústria automóvel consolidava o seu papel de principal consumidora de compósitos [5]. É nesta altura que, Universidades, instituições de pesquisa e empresas industriais são envolvidas, tanto em investigações acerca das propriedades do FRP e sua concepção, bem como em ensaios de estruturas fabricadas a partir de compósitos de fibra/polímeros[10].

Em 1984 começavam a ser testadas, em centros de investigação, técnicas de colagem de armaduras não metálicas em CFRP ou GFRP. Ainda durante esta década é executado pela primeira vez um reforço através da colagem de laminados de polímeros reforçados com fibras de carbono (CFRP) com uma resina epoxídicas na ponte suíça “Ibach Bridge” (Figura 2.3) [1].

Figura 2.1: Monsanto House of the

Future [11]

Figura 2.2: American Pavillion in

Brussels [12]

Figura 2.3: Ibach

Bridge [13]

Na transição da década de 1980 para a década de 1990, os processos de fabrico, como a pultrusão, sofrem uma enorme evolução surgindo paralelamente, no mesmo período, campanhas de desenvolvimento de projetos-piloto apoiados pela indústria e organizações governamentais [5]. Ainda nesta fase, cresce bastante o interesse no uso de varões de FRP e já na década de 1990 alguns fabricantes estudavam soluções de barras de CFRP enroladas de forma helicoidal e revestidas com areia ao longo da sua superfície [9].

Só em meados da década de 1990 os engenheiros e arquitetos começaram a utilizar com maior frequência compósitos de FRP nos seus projetos, mesmo sem formação especializada ou adequado conhecimento do seu funcionamento como material de construção [9]. O sistema de mantas e tecidos de FRP desenvolvidos nos finais da década de 1980 pelos Japoneses foi finalmente aplicado pela primeira vez em 1992, numa ponte em Tokyo e, posteriormente a esta data, estes passaram a ser utilizados no reforço sísmico, à flexão e ao corte através do confinamento total ou parcial de pilares, paredes ou vigas de edifícios e pontes de betão armado ou pré-esforçado [1].

Desde o início da primeira década do século XXI até aos dias de hoje, muito se tem investido no estudo e desenvolvimento, tanto de novas técnicas de reforço com materiais compósitos de CFRP, como também em novos formatos destes materiais. Hoje em dia temos à disposição no mercado, compósitos de CFRP em forma de varões ou barras, laminados, mantas ou mesmo cabos de pré- esforço.