Ariosvaldo S. Vieira Coord. Desenvolvimento Novos Produtos e Processos

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1 Ariosvaldo S. Vieira Coord. Desenvolvimento Novos Produtos e Processos

2 Introdução Concreto, aço e madeira têm sido os materiais proeminentes utilizados na indústria da construção civil por muitas décadas, esta situação vai mudando em função do desenvolvimento de compósitos avançados, sendo que esta combinação produz uma nova geração de estruturas compósitas que superam sistemas estruturais usando apenas materiais individuais convencionais. Estaremos apresentado essas combinações aplicadas na indústria da construção civil, sendo desenvolvidas através das habilidades criativas relacionadas a composição do plastico reforçado com fibra (FRP) e processos de fabricação.

3 Existem cinco tipos de fibras que dominam a indústria de engenharia civil : A tabela abaixo apresenta as propriedades destas fibras. Propriedades E - glass S - Glass Aramida Carbono Basalto Densidade (g/cm³) 2.5 ~ ~ ~ ~ ~ 2.80 Resistência a tração (GPa) 2.3 ~ ~ ~ ~ ~ 4.8 Módulo de elasticidade (GPa) 72,5 ~ 75,5 83 ~86 58 ~ ~ ~110 Alongamento a ruptuta (%) 4,7 5,3 2,4 ~ 3,6 0,5 ~ 1,5 3,1 ~ 6 Temperatura máxima de aplicação ( C) ~ 380 ~ 500 ~ 250 ~ 400 ~ 650

4 Exemplos de fibra Fibra de vidro Unidirecional Fibra de Basalto Fibra de Carbono Fibra de Aramida Fibra de vidro Roving Fibra de carbono Roving

5 Existem 5 tipos de resina que dominam a indústria de engenharia civil : A tabela abaixo apresenta as propriedades. Propriedades Poliéster Ester Vinilica Epóxi Fenólica Poliuretano Densidade (g/cm³) Varias Módulo de elasticidade (GPa) Resistência a tração (MPa) Alongamento máximo (%)

6 O que é FRP? FRP é um compósito: Compósito = combinação de dois ou mais materiais que formam um novo e útil material com propriedades melhoradas em comparação com os componentes individuais (Ex.: concreto, madeira, aço, etc). Fibras de Alta resistência FRPs consiste em: 1. Fibras 2. Matrix Matrix polimérica ISIS EC Module 8

7 Estrutura de FRP Fibras Vidro Aramida Carbono Basalto Resistência ao impacto Resistencia a tração Resistência térmica Resistência química Fillers Carbonato de cálcio Alumínio Tri Hidratada Resistencia mecânica Resistencia ao fogo Acabamento da superfície FRP Matrix Aditivos Resina Poliéster Resina Fenólica Resina Epóxi Resina Ester Vinilica Catalizadores Iniciadores Peróxido Inibidores Resistência ao impacto Resistência a degradação Resistência química Resistencia ao fogo Aumento Dureza Estabilidade Térmica Resistência a UV Controle viscosidade

8 Stress [MPa] Comportamento tensão-deformação FRP Fibras FRP Matrix >10 Strain [%]

9 Tensile strength (MPa) Tensão-deformação diferentes FRP Fibra de carbono Fibra de Aramida Fibra de basalto Fibra de vidro E Cabo de Aço 500 Barra de Aço Strain (µɛ)

10 Propriedades FRP com Fibra de Carbono. Propriedades Concreto Aço Grade 60 Fibra de Carbono Compósito FRP Fibra de Carbono No sentido das fibras 90 no sentido das fibras Densidade (g/cm³) 1,61 7, ~ Módulo de tração (GPa) Resistência a tração (MPa) ~ Elongamento a Quebra (%) ~ Coeficiente de Poisson ~ ~0.02 Condutividade térmica (W m -¹ K -¹) Coeficiente de expansão térmica (10-6/ C) ~ ~18 2 ~ ~ FRP composto por Fibra de Carbono e resina poliéster.

11 As propriedades do material FRP. Tipo de fibra e matrix Percentual de fibra Orientação das fibras

12 Exemplo de compósito Espessura total 32,0mm Estrutura 1 camada de Gel Coat 1 camada véu de superfície Resina poliéster em todas camadas 1 camada de Fibra de basalto 5 camadas de manta Núcleo de PET, 10 mm espessura 2 camadas de manta Núcleo de PET, 10 mm espessura 5 camadas de manta

13 Por que usar Compósitos? Compósitos são capazes de atender às diversas exigências de projeto com reduções significativas de peso, bem como uma elevada relação resistência-peso, em comparação com os materiais convencionais. Algumas vantagens de materiais compósitos sobre um convencional são mencionadas a seguir: A resistência à tração dos compósitos é de quatro a seis vezes maior que a do aço ou de alumínio. Compósitos tem maior limite de resistência a fadiga (até 60% da resistência à tração). Os materiais compósitos são 30-45% mais leve do que estruturas de alumínio destinadas às mesmas exigências funcionais. Baixa energia incorporada em comparação com outros materiais estruturais tais como aço, alumínio, etc. Os compósitos são menos ruidosos durante a operação, e proporciona a transmissão de vibrações mais baixo do que os metais.

14 Os compósitos são mais versáteis do que metais e pode ser adaptado para atender às necessidades de desempenho e requisitos de projeto complexas. Longa vida oferece excelente resistência a fadiga, impacto e manutenção reduzida. Compósitos apresentam excelente resistência à corrosão e retardante de fogo. Melhora a aparência com superfícies lisas e facilmente incorporáveis, como melamina decorativo integral são outras características de compósitos. Peças em compósito pode eliminar juntas / fixadores, proporcionando simplificação, permitindo um design integrado em comparação com peças metálicas convencionais. Compósitos permitem um custo do ciclo de vida reduzida em comparação com metais.

15 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO SPRAY UP FILAMENT WINDING PRENSAGEM A QUENTE HAND LAY UP RTM LIGHT RTM AT PULTRUSÃO INFUSÃO

16 Propriedades mecânicas relacionadas aos processos de fabricação. Propriedades Hand Lay Up Spray Up RTM / RRIM SMC Filamento Continuo Pultrusão Resistência a tração (MPa) 9 ~ 50 5 ~18 20 ~28 8 ~ ~ ~ 180 Módulo de tração (GPa) 0.6 ~ ~ ~ ~ ~ ~ 6 Resistência a flexão (GPa) 16 ~80 12 ~ ~ ~ ~ ~ 210 Módulo de flexão (GPa) 0.9 ~ ~ ~ ~ ~ 7 3 ~ 6 Resistência a compressão (MPa) 18 ~50 15 ~ ~ ~ ~ 100 Todos os compositos reforçados com ~30% com fibra de vidro.

17 APLICAÇÃO DE COMPOSITOS NA CONSTRUÇÃO CIVIL Infra- estrutura, instalações industriais Reabilitação estrutural Novas construções Revitalização Reparação Estrutural Elemento Estrutural Reforço Concreto

18 CONJUNTO PORTA, CAIXILHO E VISTA Material: SMC Resina poliéster reforçada com fibra de vidro. Processo: Moldagem por compressão a quente. Resistência a Umidade (Impermeável ). Resistência a imersão a água. Resistencia a altas temperaturas. Resistência química. Imune ao ataque de cupins e pragas. Menor peso de comparado com a madeira. Baixo custo de manutenção. Aplicação de tinta PU, melhor qualidade superficial e resistência em função da dureza 1,8H a 2,5H.

19 DECK Material: SMC - Material: SMC Resina poliéster reforçada com fibra de vidro pigmentado. Processo: Moldagem por compressão a quente Resistência a Umidade (Impermeável ) Resistência a imersão a água Resistencia a altas temperaturas Resistência química Imune ao ataque de cupins e pragas Material pigmento com resistência UV

20 COBERTURA DE AEROPORTO Material: Material: Resina poliéster reforçada com fibra de vidro Processo: Laminação Resistência a Umidade (Impermeável ). Resistencia a altas temperaturas. Resistência química. Imune ao ataque de cupins e pragas. Redução de peso significativa se compararmos com outros, Ex. Aço, concreto.

21 CASA MODULAR Laminação continua Laminação continua Poliuretano Perfil pultrudado Poliuretano Material: Resina poliéster reforçado com fibra de vidro. Isolamento acústico e térmico. Redução de peso. Resistencia a corrosão. Resistência ao intempéries. Resistencia Química. Menor tempo de fabricação.

22 REFORÇO ESTRUTURAL PARA O CONCRETO PERFIL APLICAÇÃO DE CIMENTO PONTE Material: Resina Ester-vinilica reforçado com fibra de vidro Processo: Pultrusão União através de adesivo estrutural. Cada painel tem a dimensão de Largura 7,06m e comprimento 2,44m. Peso aproximado de 409 Kg (23,7 Kg m2). Função de reforço ao concreto em substituição ao aço. Livre de corrosão.

23 VIGAS E COLUNA Material: Resina Ester-vinilica reforçado com fibra de vidro. Processo: Pultrusão Redução de peso. Resistencia a corrosão. Resistência ao intempéries. Resistencia Química.

24 ELEMENTOS DE FIXAÇÃO Material: Resina Epóxi reforçada com fibra de vidro. Processo: Pultrusão. Resistente a corrosão. Baixo custo de manutenção. Alternativa onde os sistemas de metal não são permitidos em função da corrosão.

25 SISTEMA DE CONSTRUÇÃO MODULAR Material: Resina Ester-vinilica reforçada com fibra de vidro. Processo: Pultrusão Aplicação estrutural. Sistema de construção modular. Resistencia a compressão em função da construção geométrica.

26 PERFIS Material: Resina Ester-vinilica reforçado com fibra de vidro. Processo: Pultrusão. Redução de peso. Resistencia a corrosão. Resistente a ambientes salinos.

27 MOVEIS E ELEMENTOS DE DECORAÇÃO MARMORE SINTETICO Material: Resina Poliéster reforçado com cargas minerais (pedra calcária ou à base de sílica). Processo: Vácuo / Manual. Resistência mecânica. Resistência Química. Resistência Térmica. Excelente acabamento. Leveza.

28 COMPOSITO ESTRUTURAL PAINEIS SANDUICHE Folha FRP Camada de adesivo Núcleo Camada de adesivo Folha FRP Baixa densidade do núcleo. Alta rigidez a flexão. Núcleo resistente á deformação perpendicular. Face externa suporta as cargas de tensões a flexão.

29 PAINEIS SANDUICHE TIPOS NUCLEO HONEYCOMB DE ARAMIDA Núcleo é constituído por células pequenas verticais ( 3mm) na forma de favo de mel. A parede da célula é feita de Aramida e o centro da célula de ar (vazio). O benefício deste núcleo sobre a espuma é que ele é ultra flexível, portanto, não recebem as mesmas cargas de compressão e tensão que a espuma.

30 PAINEIS SANDUICHE TIPOS NUCLEO NUCLEO DE ESPUMA POLIURETANO Espuma de poliuretano é rígida, de células fechadas, o núcleo de espuma possui retardam-te de chama e isento de CFC. Poliuretano possui elevada relação resistência-peso, devido à sua estrutura celular e resina reticulada. Devido à sua estrutura de células fechadas, espuma de poliuretano tem grande resistência à absorção de água, e não vai inchar se exposta à água.

31 PAINEIS SANDUICHE APLICAÇÕES FIXAÇÃO ACABAMENTO VEDAÇÃO SISTEMA FIXAÇÃO PAREDE PERFIL DE AÇO Montagem modular Isolamento térmico Isolamento acústico

32 Um fator primário levando à degradação extensa. Corrosão Concreto Reforço Aço Umidade, oxigênio e cloretos penetram Através do concreto Através de rachaduras Forma a corrosão Ocorre expansão do volume Propagação da corrosão Resultado final

33 REABILITAÇÃO ESTRUTURAL FIBRA DE CARBONO Colocação da fibra de carbono longitudinal Colocação da fibra de carbono transversal Aplicação massa de concreto Colocação da fibra de carbono transversal Colocação da fibra de carbono transversal Proteção final

34 REABILITAÇÃO ESTRUTURAL FIBRA DE CARBONO Aplicação de resina epóxi e adesivo revestindo a coluna com fibra de carbono

35 SUBSTITUIÇÃO DE MATERIAL FIBRA DE BASALTO Material: Fibra de Basalto com resina poliéster. Processo: Pultrusão. Não oxida. Isolamento elétrico. Não é magnético. Resistência aos ácidos alcalinos.

36 Volume de produção GRP na Europa desde 2005 (quilotoneladas, milhões) *2015 *2015 Estimado Fonte: AVK - Federação Alemã de plástico reforçado Relatório Setembro/2015

37 Produção GRP na Europa por Segmentos (Ano : *2015) Esporte e Lazer 15% Outros 1% Transporte 35% Construção 34% *2015 Estimado Fonte: AVK - Federação Alemã de plástico reforçado Relatório Setembro/2015 Energia 15%

38 Indicadores de Desempenho da Indústria de Compósitos Brasil (Fechamento de 2014) Fonte: ALMACO Associação Latino Americana de Materiais Compósitos Relatório Fevereiro/2015

39 Indicadores de Desempenho da Indústria de Compósitos Brasil (Fechamento de 2014) Compósitos de Poliéster: Segmentação 2014 Fonte: ALMACO Associação Latino Americana de Materiais Compósitos Relatório Fevereiro/2015

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