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fibra de carbono na construção civil

Fibras de carbono na construção civil

Características e uso das fibras de carbono na construção civil, o sistema de reforço estrutural que revolucionou a construção civil

O uso de fibras de carbono na construção civil é uma técnica relativamente recente, mas representa uma solução extraordinária no campo do reforço estrutural. Este artigo explora o mundo inovador do reforço com fibras de carbono, lançando luz sobre suas aplicações revolucionárias. Descubra como esse material de ponta está mudando a face da construção civil moderna, oferecendo soluções versáteis e resistentes para desafios estruturais do futuro.

Se você está interessado nessas novas soluções de design, mas teme não conseguir gerenciá-las totalmente e não cumprir as prescrições das normas técnicas, pode usar um software de cálculo estrutural que o ajudará a projetar com segurança.

O que são fibras de carbono na construção civil

As fibras de carbono (ou CFRP Fiber Reinforced Polymers), fornecidas em fitas ou redes, estão sendo cada vez mais utilizadas na construção para o reforço estrutural de elementos existentes. Em alguns casos, sob a forma de barras de reforço (as chamadas C-Bar), substituem a armadura clássica de aço.

As fitas e redes de fibra de carbono são compostas por:

  • fibras que representam o material estrutural;
  • resina que tem a função de servir como matriz e “ligar” as fibras.

As fibras de carbono na construção civil são utilizadas para o reforço estrutural possuem notáveis propriedades mecânicas e alta resistência, mantendo ao mesmo tempo um peso reduzido. Essa característica permite o uso delas no reforço de edifícios existentes sem comprometer significativamente o peso dos elementos estruturais, evitando assim um aumento excessivo das cargas de operação.

As fibras de carbono também apresentam baixa absorção de água, aproximadamente em torno de 0,1%, o que as torna adequadas até mesmo para uso em ambientes muito úmidos. Elas também atendem aos requisitos de resistência ao fogo devido à sua resistência a altas temperaturas.

No entanto, apesar das vantagens, as fibras de carbono têm algumas desvantagens, principalmente relacionadas ao design e à implementação. É essencial que sejam projetadas cuidadosamente por técnicos especializados e instaladas por pessoal competente e devidamente treinado.

Nos últimos anos, o uso mais evidente das fibras de carbono na construção civil diz respeito ao reforço estrutural dos nós viga-pilar através da aplicação de fitas de fibra. Essas intervenções visam aumentar a resistência ao cisalhamento da viga e do pilar no ponto de convergência.

Os nós viga-pilar representam pontos fracos nas estruturas em concreto armado projetadas considerando principalmente as cargas verticais. Essa vulnerabilidade muitas vezes é causada pela baixa presença de armadura ao corte nessas áreas. Durante o reforço, busca-se restaurar a hierarquia correta das resistências entre os elementos, de acordo com as Normas Técnicas de Construção, através do uso de fitas específicas de fibra de carbono. Isso confere à estrutura uma maior robustez e resistência contra cargas horizontais, como as geradas por um evento sísmico.

As fibras de carbono podem ser classificadas com base na direção em que estão orientadas. As principais categorias incluem fibras unidirecionais, bidirecionais e quadridirecionais.

Aqui estão as principais diferenças entre elas:

  • fibras unidirecionais – estão alinhadas em uma única direção
    • Propriedades mecânicas: Oferecem alto desempenho em termos de resistência e rigidez ao longo do eixo de orientação, mas têm propriedades inferiores em direções diferentes
    • Aplicações: Ideais para aplicações onde a resistência é necessária em uma direção específica, como em vigas de reforço.
  • fibras bidirecionais – estão alinhadas em duas direções ortogonais entre si (normalmente ao longo das direções 0° e 90°).
    • Propriedades mecânicas: Oferecem resistência tanto ao longo do eixo x quanto do eixo y, proporcionando um compromisso entre resistência e flexibilidade.
    • Aplicações: Usadas em situações onde é exigida resistência em mais de uma direção, como no reforço de lajes ou paredes.
  • fibras quadridirecionais – são orientadas ao longo de quatro direções principais (normalmente 0°, 90°, ±45°).
    • Propriedades mecânicas: Oferecem resistência em todas as quatro direções, proporcionando maior flexibilidade e adaptabilidade do que as fibras unidirecionais ou bidirecionais.
    • Aplicações: Adequadas para aplicações complexas onde é necessária resistência omnidirecional, como em componentes estruturais complexos ou em condições de carga variável.

Em resumo, a escolha entre fibras unidirecionais, bidirecionais e quadridirecionais depende das necessidades específicas da aplicação.

Como projetar uma intervenção de reforço com CFRP

As intervenções com fibras reforçadas de carbono são relativamente experimentais. Por isso, projetar intervenções de reforço com essa técnica que respeitem as normas técnicas para a construção pode assustar os profissionais. Para trabalhar com segurança, pode ser muito útil usar um software de cálculo estrutural que permita gerenciar totalmente esse tipo de intervenção, tanto para estruturas de alvenaria portante quanto para estruturas de concreto armado.

A seguir, sugiro alguns vídeos que mostram como proceder sem problemas.

O reforço com CFRP de alvenarias portantes

Veja como aplicar reforços em estruturas de alvenaria.

O reforço com CFRP de estruturas em concreto armado

Veja como projetar diferentes tipos de reforços em concreto armado.

Como criar o material de reforço

Com um software BIM para cálculo estrutural, você pode personalizar o material de reforço inserindo os dados e as propriedades das fichas técnicas que tem à disposição. Veja como fazer:

Instalação de fibras de carbono para o reforço estrutural do nó viga-pilar

As fibras de carbono são um elemento-chave nas intervenções de consolidação estrutural, usadas em combinação com resinas epóxi. A sinergia entre fibras e resinas constitui um sistema complexo que requer o uso preciso dos “ingredientes” corretos e o cumprimento de procedimentos específicos. Para aplicar corretamente os tecidos de fibra de carbono, é necessário seguir os passos descritos a seguir:

  • Fases da aplicação
    • preparação do suporte a ser reforçado: para superfícies de alvenaria, remova rebocos e materiais frágeis, obtendo um suporte saudável e compacto. Para elementos estruturais em concreto armado, remova completamente o concreto deteriorado e trate as barras expostas, restaurando a seção do elemento estrutural para obter um suporte o mais liso e uniforme possível. Tanto para alvenarias quanto para estruturas em concreto armado, antes de aplicar os tecidos de carbono, é importante arredondar as arestas do elemento a ser reforçado (obtendo um raio mínimo de 20 mm), para evitar danos e possível ruptura das fibras de carbono. Feito isso, é possível realizar uma reconstrução usando argamassas à base de cal ou betões cimentícios.
    • Aplicação do primer: use um primer epóxi em superfícies secas e livres de poeira. O primer elimina o pó residual, aumenta a resistência das superfícies, favorece a adesão subsequente da resina e evita a passagem de água.
    • Aplicação do adesivo para colagem estrutural: aguarde entre 6 e 36 horas após a aplicação do primer para passar para a fase seguinte de aplicação do adesivo tixotrópico. Após o período de espera, aplique uma massa epóxi bicomponente no suporte com uma espátula metálica para nivelar irregularidades.
    • Colagem do tecido de carbono: é uma operação simples, mas deve ser realizada com cuidado. Primeiramente, é necessário pressionar o tecido na resina usando um rolo metálico para evitar bolhas de ar e danos às fibras.
    • Impregnação do tecido de carbono: concluída a fase de colagem, proceda à impregnação do tecido com resina epóxi bicomponente líquida, com pincel ou rolo. A operação deve ser realizada lentamente e em várias etapas. Ao término do ciclo de aplicação, o sistema de reforço pode ser coberto com camadas de acabamento.

Prós e contras do uso de fibras de carbono na construção civil

Em comparação com métodos tradicionais de reforço estrutural, as fibras de carbono se destacam pela alta resistência mecânica e pelo impacto mínimo da intervenção. Vejamos detalhadamente as vantagens e desvantagens.

Vantagens:

  • altas propriedades mecânicas: as fibras de carbono oferecem resistência e rigidez notáveis, melhorando a capacidade de carga e a estabilidade das estruturas.
  • Peso reduzido: apesar das propriedades mecânicas avançadas, as fibras de carbono são leves, o que contribui para não aumentar o peso total das estruturas reforçadas.
  • Resistência às condições ambientais: as fibras de carbono são resistentes à umidade e têm baixa absorção de água, sendo adequadas para uso em ambientes úmidos sem comprometer suas propriedades.
  • Resistência a altas temperaturas: o carbono mantém sua resistência a altas temperaturas, respondendo eficazmente aos requisitos de projeto contra incêndio.
  • Flexibilidade de aplicação: as fibras de carbono podem ser usadas em diferentes formas, como barras, fitas e redes, oferecendo flexibilidade de projeto e aplicação.
  • Seletividade na intervenção: podem ser aplicadas em áreas selecionadas, como nós individuais viga-coluna, abóbadas ou arcos enfraquecidos que necessitam de intervenções de consolidação de urgência.
  • Invisibilidade da intervenção: os reforços estruturais de fibra de carbono têm pouco impacto visualmente porque se adaptam a qualquer forma.
  • Durabilidade: ao contrário do aço, são resistentes à oxidação, chuvas ácidas e ambientes salinos, e sua durabilidade é praticamente ilimitada.
  • Reversibilidade: as intervenções com redes de fibra de carbono são reversíveis em pouco tempo e com recursos mínimos utilizados.

Desvantagens:

  • custos elevados: o custo das fibras de carbono pode ser significativo em comparação com outros materiais de construção, afetando o orçamento geral do projeto.
  • Projeto especializado: o projeto e aplicação das fibras de carbono exigem habilidades especializadas, aumentando a complexidade do processo.
  • Sensibilidade à luz UV: as fibras de carbono podem sofrer degradação a longo prazo devido à exposição à luz ultravioleta, exigindo por vezes o uso de revestimentos protetores.
  • Sensibilidade a fissuras existentes: se aplicadas em superfícies com fissuras já presentes, as fibras de carbono podem não ser eficazes na prevenção da sua propagação.
  • Processo de instalação complexo: a aplicação das fibras de carbono requer procedimentos específicos e atenção aos detalhes, incluindo a preparação do suporte e o uso de resinas epóxi, aumentando a complexidade da instalação.

 

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