DURABILIDADE DE PERFIS PULTRUDIDOS DE VINILÉSTER REFORÇADO COM FIBRAS DE VIDRO (GFRP) Engenharia Civil

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1 DURABILIDADE DE PERFIS PULTRUDIDOS DE VINILÉSTER REFORÇADO COM FIBRAS DE VIDRO (GFRP) João Pedro Girão Meireles de Sousa Dissertação para obtenção de Grau de Mestre em Engenharia Civil Júri Presidente: Orientador: Co-orientador: Vogal: Prof. Doutor Jorge Manuel Caliço Lopes de Brito Prof. Doutor João Pedro Ramôa Ribeiro Correia Doutora Susana Bravo Cabral da Fonseca Doutora Maria Paula Marques da Costa Rodrigues Outubro de 2011

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3 DURABILIDADE DE PERFIS PULTRUDIDOS DE VINILÉSTER REFORÇADO COM FIBRAS DE VIDRO (GFRP) João Pedro Girão Meireles de Sousa Dissertação para obtenção de Grau de Mestre em Engenharia Civil Dissertação elaborada no âmbito do protocolo de cooperação entre o IST e o LNEC Júri Presidente: Orientador: Co-orientador: Vogal: Prof. Doutor Jorge Manuel Caliço Lopes de Brito Prof. Doutor João Pedro Ramôa Ribeiro Correia Doutora Susana Bravo Cabral da Fonseca Doutora Maria Paula Marques da Costa Rodrigues Outubro de 2011

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5 Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) Resumo Os perfis pultrudidos de plástico reforçado com fibra de vidro, ou perfis pultrudidos de GFRP (Glass Fiber Reinforced Polymer) são compostos por materiais compósitos de matriz polimérica, em geral de poliéster ou viniléster, reforçados com fibras de vidro e integram-se no grupo dos materiais plásticos reforçados com fibras, ou materiais FRP (Fiber Reinforced Polymer). Na presente dissertação, pretendeu-se estudar a durabilidade de perfis pultrudidos de GFRP com matriz de viniléster, utilizados no campo da Engenharia Civil. O estudo da durabilidade elaborado nesta dissertação consistiu mais especificamente em quantificar a degradação das propriedades mecânicas, físicas e também estéticas, através da análise de provetes obtidos directamente dos perfis pultrudidos, submetidos a vários agentes de degradação ambiental. Consideraram-se alguns dos agentes de degradação ambiental mais frequentes em aplicações na Engenharia Civil, como sejam a temperatura, a humidade, o contacto por imersão com água e soluções salinas, entre outros. A campanha experimental realizada monitorizou o desempenho mecânico e físico do material através de ensaios normalizados, considerados mais relevantes para o efeito. Foram verificadas alterações a nível estético do material após envelhecimento. Os resultados indicaram ainda perdas significativas de propriedades mecânicas com uma relação fortemente relacionada com o aumento de temperatura e humidade. No entanto, a dada altura foi possível verificar em alguns casos uma atenuação da degradação sentida no material ou até alguma recuperação de propriedades mecânicas, o que poderá estar associado a efeitos de pós-cura. Os resultados mostraram ainda uma influência importante do processo de reversibilidade de absorção de humidade e do revestimento de partes de material desprotegidas nos processos de degradação do material, contribuindo para o aumento da sua durabilidade. Palavras-chave: Materiais compósitos, Perfis pultrudidos de polímeros reforçados com fibra de vidro (GFRP), Plásticos reforçado com fibras (FRP), Durabilidade, Ambientes de envelhecimento. i

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7 Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) Abstract Glass Fiber Reinforced Pultruded Profiles (GFRP profiles) are made of composite materials consisting of glass fibers embedded in a polymeric matrix (usually polyester or vinylester) and are included in the group of fiber reinforced plastic materials, also known as FRP materials. The main goal of the present dissertation was to study the durability of GFRP profiles used in civil engineering applications. More specifically, this study aims to quantify the mechanical, physical and also aesthetical degradation, through the analysis of sample specimens taken from the profiles, which were exposed to several accelerated and natural ageing environments. Some of the most frequent ageing environments (for civil engineering applications) were chosen to assess this study, such as temperature, moisture or immersion in water and salt solutions. The experimental campaign aimed to quantify the material degradation phenomena, monitoring the variation of physical and mechanical properties of the GFRP material, by means of standard tests. The results of this study have shown that significant degradation of mechanical properties occurs, caused by temperature and moisture. However, some of the mechanical degradation was slowed at some particular time period, even showing some signs of mechanical recovery, which may be caused by post-curing effects. Other results point to the reversibility of moisture absorption effects and the effective coatings of unprotected material parts being significant and consequently contributing to increase the material durability. Keywords: Composite materials, Glass Fiber Reinforced Polymer (GFRP), Fiber Reinforced Polymer (FRP), Durability, Ageing environments. iii

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9 Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) Agradecimentos Todo o trabalho de investigação que culminou com a redacção desta dissertação foi desenvolvido durante mais de um ano. Os inúmeros obstáculos e dificuldades que surgiram foram ultrapassados com o apoio e o incentivo de algumas pessoas, às quais quero expressar o meu sincero agradecimento. Ao Professor Doutor João Correia, orientador científico desta dissertação, expresso o meu profundo agradecimento, não apenas pela dedicação e exigência que prestou a este trabalho, mas também pela amizade, apoio e disponibilidade apresentados. Quero ainda agradecer o sentido crítico, ideias e o rigor que trouxe à dissertação, que em muito a enriqueceram. À Doutora Susana Fonseca, co-orientadora deste trabalho, pela orientação e apoio prestados, pelas ideias e opiniões construtivas que prestou à dissertação. Quero agradecer pela ajuda na transmissão de conhecimentos e ideias, que muito enriqueceram o trabalho, e especialmente a sua total disponibilidade independente do dia ou hora. Quero ainda agradecer a amizade, sinceridade, rigor e incentivo que sempre ofereceu, mesmo nos períodos mais críticos. Aos meus colegas Bruno Silva e Tiago Santos, que desenvolveram as suas teses paralelamente à minha, quero agradecer a companhia prestada na preparação do material e durante os ensaios realizados. Ao Laboratório Nacional de Engenharia Civil, especialmente ao Núcleo de Materiais Orgânicos (LNEC/NMO), na pessoa da Engenheira Maria Paula Rodrigues, por me ter proporcionado uma experiência de aprendizagem única no desenrolar o meu trabalho. A todo o pessoal técnico do LNEC/NMO, dos quais fiquei com as melhores opiniões, sendo que agradeço de um modo mais particular à senhora Filomena Nobre, ao Engenheiro Hugo Martins, ao técnico Nuno Silvestre e também aos senhores Miguel Fernandes e Rui Vensosa, o apoio e companheirismo prestados durante a preparação e ensaio do material. A todo o pessoal técnico do Laboratório de Construção do Instituto Superior Técnico, em particular a Leonel Silva, agradeço a disponibilidade e ajuda na realização dos ensaios. À empresa ALTO agradeço o fornecimento dos perfis pultrudidos de GFRP, sem os quais seria impossível a realização deste trabalho. Aos meus amigos Mário Garrido e Pedro Pereira pela ajuda e companhia em alguns dos ensaios realizados. v

10 A todos os meus amigos, família por mim escolhida, pela amizade e apoio, por acreditarem em mim, quando eu recusava fazê-lo. À Joana, a minha namorada, agradeço o amor, apoio e compreensão nas alturas mais decisivas ao longo da minha vida pessoal e académica e também a sua ajuda constante em tudo o que necessitei para o trabalho. Aos meus pais, agradeço do fundo do coração por me terem tornado na pessoa que sou hoje. Agradeço a confiança, força e amor incondicional ao longo de toda a minha vida. Aos meus irmãos José e Inês e respectivas caras-metades agradeço todo o apoio, ajuda e carinho que sempre vão mostrando. Sem a sua ajuda, sem dúvida que este trabalho teria sido mais difícil. À Virgínia pela enorme ajuda que facilitou o meu dia-a-dia. À minha avó Madalena e à Céu por todo o amor e carinho que me demonstram, aos meus avôs que permanecem todos os dias no meu coração e memória por me terem ensinado a distinguir o certo do errado e em especial à minha avó Maria a quem eu dedico esta tese. vi

11 Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) Simbologia γ m coeficiente de segurança para perfis pultrudidos de GFRP segundo a norma europeia EN taxa de transferência por unidade de área perpendicular à difusão coeficiente de difusão de Fick energia de activação constante universal dos gases perfeitos temperatura temperatura de transição vítrea massa de um provete no ar massa de referência de um provete no seu estado seco (oven dry) coordenadas do sistema espacial de cor CIE 1976 variação global de cor segundo o sistema espacial de cores, e variação das coordenadas segundo este sistema espacial de cores módulo de armazenamento módulo de perda, tensão e deformação dinâmicas, amplitudes iniciais do ciclo de tensão e deformação frequência dinâmica ângulo de fase módulo de armazenamento em flexão módulo de perda em flexão tensão máxima de flexão vii

12 carga aplicada em flexão espaçamento entre apoios do ensaio de flexão espessura do provete, w largura do provete deformação máxima em flexão deslocamento a meio vão em flexão tensão de rotura em flexão deformação de rotura em flexão deslocamento de rotura em flexão tensão de tracção força de tracção aplicada área da secção transversal deformação nominal de tracção distância inicial entre grampos de tracção módulo de elasticidade em tracção tensões correspondentes às deformações de 0,0005 e 0,0025 em tracção tensão de corte interlaminar carga de corte aplicada comprimento do provete absorção máxima durante o período de exposição viii

13 Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) Índice geral Resumo... i Palavras-chave:... i Abstract... iii Keywords:... iii Agradecimentos... v Simbologia... vii Índice geral... ix Índice de figuras... xiii Índice de quadros... xix 1 Introdução Enquadramento Geral Objectivos da dissertação Organização da dissertação Referências bibliográficas Estado da arte Introdução Materiais poliméricos reforçados com fibras FRP na engenharia civil O significado da durabilidade em engenharia civil Características gerais de materiais poliméricos reforçados com fibras (FRP) Constituição dos FRP Matriz Reforço sob a forma de fibras Agentes de polimerização Cargas (fillers) Aditivos ix

14 Interface fibra-matriz Processos de produção de materiais compósitos reforçados com fibras A durabilidade e o controlo de qualidade na fase de produção Caracterização geral de polímeros reforçados com fibras de vidro (GFRP) Propriedades típicas dos perfis pultrudidos de GFRP Características estruturais de perfis pultrudidos de GFRP Aplicações de perfis de GFRP em engenharia civil Vantagens e limitações Durabilidade de polímeros reforçados com fibras de vidro (GFRP) Soluções aquosas e humidade Efeitos na matriz Efeitos nas fibras Efeitos nas interface fibra-matriz Efeitos gerais em sistemas FRP Notas finais Ambientes alcalinos Efeitos térmicos Radiação ultravioleta Efeitos de radiação ultravioleta em polímeros Efeitos de radiação ultravioleta em polímeros reforçados com fibras Fogo e temperaturas elevadas Fadiga Efeitos nas fibras Efeitos na resina Efeitos na interface fibra-matriz Fluência Referências bibliográficas Campanha experimental Introdução Considerações iniciais sobre a campanha experimental Programa experimental Organização das colheitas x

15 Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) Ambientes de exposição Imersão em água desmineralizada Imersão em água salgada Condensação em contínuo Envelhecimento natural Preparação de provetes Corte dos provetes Sistema de identificação dos provetes Isolamento lateral Análise no estado seco Colheitas dos provetes Métodos de caracterização do material Variação da massa Ensaios de determinação da cor e do brilho Ensaio de determinação da cor Ensaio de determinação do brilho Análise mecânico-dinâmica Ensaio de flexão Ensaio de tracção Ensaio de corte interlaminar Referências bibliográficas Resultados e discussão Introdução Caracterização inicial dos perfis GFRP Caracterização das propriedades físicas dos perfis GFRP Absorção de água e variação da massa Variação da cor Variação do brilho Caracterização das propriedades mecânicas dos perfis GFRP Análise mecânico-dinâmica Análise das propriedades em flexão Análise das propriedades em tracção xi

16 4.4.4 Análise das propriedades em corte interlaminar Síntese dos resultados Referências bibliográficas Conclusões e perspectivas de desenvolvimentos futuros Conclusões Perspectivas de desenvolvimentos futuros Anexos A Resultados do ensaio de absorção de água, variação de massa e regularização de massa no processo de secagem B Curvas experimentais da análise mecânico-dinâmica C Curvas experimentais da análise em flexão D Curvas experimentais da análise em tracção E Curvas experimentais da análise por corte interlaminar F Ficha técnica da resina selante xii

17 Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) Índice de figuras 2 Estado da arte... 5 Figura 2.1- Ruínas localizadas na Mesopotâmia Figura Gráficos representativos do crescimento anual total, descrevendo a variação de consumo em cada ano (a) por sector de mercado (b) do consumo de materiais compósitos nos Estados Unidos Figura Representação do uso de materiais compósitos por diferentes segmentos de mercado nos Estados Unidos em Figura Classificação de compósitos baseados na forma da fase de reforço Figura Reforços unidireccionais: mechas de fio contínuo e cordões entrelaçados Figura Diferentes tipos de mantas de reforço: reforço disposto aleatoriamente, com uma ou várias orientações, ou uma mistura dos dois estados Figura Relação constitutiva de várias fibras de reforço, comparando com o aço Figura Processo de transformação dos materiais Figura Sistema de manuseamento de fibras da empresa Fiberlin Figura Princípio de funcionamento do processo de pultrusão Figura Relação constitutiva de perfis pultrudidos GFRP de dois fabricantes e comparação com outros materiais Figura Massa volúmica, coeficientes de dilatação e condutividade térmica de GFRP Figura Perfis de primeira geração da empresa Strongwell Figura Disposição normal de camadas num material pultrudido Figura Novos sistemas estruturais de perfis pultrudidos FRP, Figura Corrimão de um sistema de defensas na Flórida e de uma plataforma flutuante no Canadá Figura Escadas utilizadas numa plataforma offshore do estado México e de uma estação de processamento químico em Chicago Figura Gradis de pavimentos da expansão ferroviária da Ponte 25 de Abril e de uma estação de processamento químico em Wisconsin Figura Passadiço de 400 m localizado em Espanha a 500 m de profundidade, placas de cobertura de estações de tratamento de água Figura Aqueduto de 36 m construído em perfis GFRP sobre um caminho ferroviário no Reino Unido, e pormenor da ligação com a estrutura em aço Figura Ponte pedestre Aberfeldy e ponte rodoviária Bonds Mill xiii

18 Figura Ponte pedestre Pontresina Figura Cobertura suspensa de Lindevang e estrutura utilizada Figura Estações de compatibilidade electromagnética Figura 2.25 Edificio Eyecatcher Figura Degradação de uma fibra de vidro aproximada x, visualizada com um microscópio electrónico Figura Aspecto de compósitos GFRP de viniléster e poliéster (respectivamente) após 10 meses de exposição em solução salina com resolução x Figura Espectro Ultravioleta Figura Mecanismos envolvidos na decomposição térmica de compósitos poliméricos Figura Variação típica de uma propriedade mecânica com a temperatura Campanha experimental...63 Figura 3.1- Aspecto dos perfis de viniléster produzidos pela empresa ALTO Figura Guarda corpos tipo da empresa ALTO Figura Campanha experimental Figura Dimensões de um provete Figura Posicionamento correcto dos provetes no recipiente Figura (a) Recipientes do condicionamento à temperatura de 20 ºC; (b) Aspecto de uma estufa usada no condicionamento às temperaturas de 40 ºC e de 60 ºC; (c) Interior da estufa, com provetes distribuídos no interior de caixas de plástico Figura Câmara de condensação em contínuo e respectivos provetes (como se encontra ilustrado na figura, existe humidade nas paredes) Figura Instalação de envelhecimento natural dos provetes Figura Serra com refrigeração a água do Laboratório de Construção do IST Figura Serra refrigerada a água pertencente ao LNEC/NMO Figura Esquema de corte dos diferentes tipo de provetes retirados do perfil RHS. (a) - Ensaios de flexão, corte interlaminar e DMA; (b) - Ensaio de tracção Figura Identificação tipo de dois provetes Figura Resina Icosit K 101 N da Sika Figura 3.14 Laboratório condicionado e material de protecção utilizado neste trabalho Figura Esquema do reforço lateral nas superfícies de corte dos provetes teste Figura Provetes teste após isolamento lateral Figura Estufa de secagem de provetes teste Figura Colheita experimental Figura Balança analítica Mettler xiv

19 Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) Figura Sistema CIELab Figura Colorímetro Figura Ensaio de cor em execução Figura 3.23 Brilhómetro Novo-Gloss statistical glossimeter Figura Brilhómetro e superfícies de calibração Figura Ângulo de fase e módulo complexo Figura 3.26 Aparelho utilizado no ensaio de DMA Figura Eixos principais de teste e sistema de flexão em três pontos Figura Craveira digital Figura Equipamento utilizado para o ensaio de flexão Figura Aquisição automática de dados por sinal eléctrico (Spider 8) Figura Digimatic Indicator da Mitutoyo Figura Aspecto de um provete de tracção antes do ensaio Figura Máquina de ensaios mecânicos utilizado na determinação das propriedades em tracção Figura 3.34 Equipamento usado no ensaio de corte interlaminar Resultados e discussão Figura 4.1 -Curvas experimentais da variação de massa dos provetes viajantes imersos em água desmineralizada do Grupo I Figura Curvas experimentais da variação de massa dos provetes viajantes em imersões salinas do Grupo I Figura Curvas experimentais da variação de massa dos provetes viajantes imersos em água desmineralizada a 20 ºC do Grupo II Figura Curvas experimentais da variação de massa dos provetes viajantes imersos em água desmineralizada a 40 ºC do Grupo II Figura Curvas experimentais da variação de massa dos provetes viajantes em condensação em contínuo a 40 ºC do Grupo II Figura Curvas experimentais da variação de massa obtidas em investigações semelhantes Figura Variação de cor registada após dois anos de exposição nos provetes teste Figura 4.8 Comparação da evolução do brilho do material Figura Comparação de um provete não envelhecido com três provetes após dois anos de envelhecimento natural Figura 4.10 Evolução da temperatura de transição vítrea retirado da curva tan δ dos ambientes do Grupo I xv

20 Figura Evolução da temperatura de transição vítrea retirado da curva E dos ambientes do Grupo I Figura Evolução da temperatura de transição vítrea retirado da curva tan δ dos ambientes do Grupo II Figura Evolução da temperatura de transição vítrea retirado da curva E dos ambientes do Grupo II Figura Curvas experimentais de tensão-deformação tipicamente observadas no ensaio de flexão Figura Rotura típica de um provete do ensaio de flexão Figura Evolução da tensão de rotura à flexão ao longo do tempo para provetes de Grupo I Figura Evolução da deformação na rotura à flexão ao longo do tempo para provetes de Grupo I Figura Evolução do módulo de elasticidade em flexão ao longo do tempo para provetes do Grupo I Figura Evolução da tensão de rotura à flexão ao longo do tempo para provetes de Grupo II Figura Evolução da deformação na rotura à flexão ao longo do tempo para provetes de Grupo II Figura Evolução do módulo de elasticidade em flexão ao longo do tempo para provetes do Grupo II Figura Curvais experimentais de tensão-deformação tipicamente observadas no ensaio de tracção Figura Rotura típica de um provete do ensaio de tracção Figura Evolução da tensão de rotura à tracção ao longo do tempo para provetes de Grupo I Figura Evolução da deformação na rotura à tracção ao longo do tempo para provetes de Grupo I Figura Evolução do módulo de elasticidade em tracção ao longo do tempo para provetes do Grupo I Figura Evolução da tensão de rotura à tracção ao longo do tempo para provetes de Grupo II Figura Evolução da deformação na rotura à tracção ao longo do tempo para provetes de Grupo II Figura Evolução do módulo de elasticidade em tracção ao longo do tempo para provetes do Grupo II xvi

21 Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) Figura Curvais experimentais da força-deslocamento tipicamente observadas no ensaio de corte interlaminar Figura Rotura típica de um provete do ensaio de corte interlaminar Figura Evolução da tensão de rotura ao corte interlaminar ao longo do tempo para provetes de Grupo I Figura Evolução da tensão de rotura ao corte interlaminar ao longo do tempo para provetes de Grupo II xvii

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23 Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) Índice de quadros 2 Estado da arte... 5 Quadro 2.1- Propriedades típicas dos polímeros termoendurecíveis usados como matriz FRP. 14 Quadro 2.2 Propriedades típicas das fibras mais utilizadas Quadro Vantagens e limitações das fibras de carbono e aramida Quadro Classificação de processos Quadro Propriedades mecânicas na direcção axial de perfis pultrudidos GFRP disponíveis comercialmente Quadro Propriedades mecânicas na direcção normal de perfis pultrudidos GFRP disponíveis comercialmente Quadro 2.7 Vantagens e limitações de perfis pultrudidos GFRP Campanha experimental...63 Quadro Ambientes de exposição propostos no trabalho realizado anteriormente Quadro Norma de ensaio e dimensões dos provetes utilizados nos ensaios de caracterização do material envelhecido Quadro Quantidades de provetes por nova variante de investigação Quadro Organização da campanha experimental Quadro Correspondência do sistema de identificação adoptado Quadro Quantidade de provetes necessários em cada colheita Resultados e discussão Quadro Propriedades físico-químicas iniciais do material em estudo Quadro Coeficiente de difusão aparente e percentagem de variação máxima de massa Quadro Comparação dos resultados com outras investigações prévias Quadro 4.4 Coordenadas cromáticas Quadro Resultados do ensaio da variação de brilho (reflectância) Quadro 4.6 Resumo dos resultados aos dois anos Quadro Resultados de DMA do Grupo I Quadro Resultados de DMA do Grupo II Quadro Resultados médios obtidos dos ensaios de flexão para o Grupo I Quadro Resultados médios obtidos dos ensaios de flexão para o Grupo II xix

24 Quadro Resultados médios obtidos dos ensaios de tracção para o Grupo I Quadro Resultados médios obtidos dos ensaios de tracção para o Grupo II Quadro Resultados médios obtidos dos ensaios ao corte interlaminar para o Grupo I Quadro Resultados médios obtidos dos ensaios ao corte interlaminar para o Grupo II xx

25 Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) 1 1 Introdução 1.1 Enquadramento Geral Os elevados custos de manutenção e reparação que hoje se fazem sentir em estruturas construídas com materiais tradicionais, devido aos problemas de durabilidade do aço e do betão armado, têm vindo a solicitar a procura de alternativas viáveis na indústria da construção. Assiste-se, assim, ao crescimento do interesse em novos materiais estruturais, mais resistentes à degradação ambiental, mais leves e que apresentem menores exigências de manutenção, mantendo as suas características resistentes [1.1]. O aumento dos custos de manutenção e reparação de estruturas, relacionadas com a durabilidade dos materiais tradicionais tem provocado alterações nas práticas de dimensionamento e na própria regulamentação. Este factor e também as maiores exigências de velocidade de construção têm contribuído para o desenvolvimento de novos materiais, que apresentem menos deterioração face aos agentes de degradação comuns em engenharia civil, sejam mais leves e apresentem menores exigências de reparação [1.2]. A procura de soluções alternativas aos materiais tradicionais tem também como efeito impulsionador o recente aumento da preocupação com a sustentabilidade na construção. A utilização extensa de recursos não renováveis no sector, bem como o tratamento dos resíduos resultantes, surge como um dos maiores problemas actuais com necessidade de resolução. 1

26 1 Introdução Os perfis pultrudidos de GFRP (Glass Fiber Reinforced Polymer) são materiais compósitos constituídos por fibras de vidro dispostas essencialmente de modo unidireccional, embebidas numa matriz que geralmente é constituída por viniléster ou poliéster insaturado, e enquadram-se no grupo de materiais poliméricos reforçados com fibras (FRP). Desde 1940 que os materiais compósitos, formados pela combinação de dois ou mais materiais distintos, têm vindo a ganhar relevo e popularidade em diferentes campos da engenharia embora apenas a partir da década de 1980, tenha surgido um aumento nas aplicações destes materiais na indústria da construção [1.2]. Este aumento deveu-se à existência de algumas vantagens no uso destes materiais dentro das quais se destaca o baixo peso específico, a elevada relação entre a resistência e o seu peso, a sua facilidade de montagem e transporte, os baixos custos de manutenção ou mesmo a transparência electromagnética. No entanto, o custo de produção é ainda pouco competitivo na maioria das situações [1.3]. O uso actual de perfis de GFRP requer ainda um estudo extensivo, focando entre outros aspectos a sua durabilidade, uma vez que a vida útil normal esperada para construções correntes, nos dias de hoje, é no mínimo 50 anos. A análise da durabilidade deste tipo de materiais tem sido considerada como um aspecto fulcral, relativamente à informação necessária para a sua aplicação e utilização [1.4]. Nos últimos anos, a temática da durabilidade e compreensão dos fenómenos de degradação destes materiais tem vindo a ganhar relevo, procurando-se a caracterização destes materiais sob condições adversas a curto e longo prazo. 1.2 Objectivos da dissertação Esta dissertação tem por objectivo principal o estudo da durabilidade de perfis de GFRP com matriz de viniléster, de modo a avaliar as suas características para aplicações na indústria da construção. Deste modo, foram utilizados perfis pultrudidos comerciais, fornecidos pela produtora ALTO, Perfis Pultrudidos Lda, Portugal. O estudo da durabilidade elaborado nesta dissertação consiste mais especificamente em quantificar a degradação das propriedades mecânicas, físicas e também estéticas, através da análise de provetes obtidos directamente dos perfis pultrudidos, submetidos a vários agentes de degradação ambiental. 2

27 Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) Este estudo desenvolve-se no âmbito de um projecto de investigação cujos trabalhos foram iniciados em 2009, e dos quais resultaram as dissertações de Costa [1.5] e Carreiro [1.6], realizados no âmbito do protocolo de colaboração entre o Instituto Superior Técnico e o Laboratório Nacional de Engenharia Civil. Desta forma é dado seguimento ao estudo do envelhecimento acelerado do material sujeito a imersões em água desmineralizada, e numa solução salina a 20 ºC, 40 ºC e 60 ºC. Através da variação das propriedades físicas e químicas consideradas mais relevantes é efectuada uma análise do desempenho do material ao longo do tempo, de modo a quantificar a sua degradação. Para controlo dos resultados obtidos é também analisado o ambiente de envelhecimento natural. Foram também utilizadas técnicas de identificação de parâmetros relacionados com a estética do material, nomeadamente da cor e do brilho, após o envelhecimento natural dos provetes expostos à luz solar natural, possibilitando deste modo a sua comparação com ensaios acelerados de exposição a raios ultravioleta. Outro objectivo desta dissertação prende-se com o estudo da influência da protecção lateral aplicada nos provetes, de modo a isolar as partes desprotegidas resultantes do corte, submetendo o material protegido aos ambientes de envelhecimento acelerado, situação mais próxima das condições de serviço normalmente verificadas. Finalmente, é também objecto de estudo desta dissertação a reversibilidade do processo de degradação. O estudo deste processo consiste na secagem do material, permitindo uma análise no estado seco, e a comparação com os resultados obtidos no estado húmido, onde decorre a maioria dos ambientes de envelhecimento. 1.3 Organização da dissertação A presente dissertação encontra-se organizada em 5 capítulos. No primeiro capítulo, é efectuado um enquadramento geral, procurando-se introduzir a temática da durabilidade dos perfis de GFRP no contexto da engenharia civil e o propósito desta dissertação, apresentando-se os objectivos a alcançar. No segundo capítulo, são apresentadas as propriedades mais importantes dos materiais FRP, aprofundando o caso de estudo dos materiais compósitos de GFRP, incluindo a sua constituição, o seu processo de produção, as suas vantagens e limitações, as suas características mecânicas, as formas estruturais e o seu campo de aplicação em engenharia civil. Ainda neste capítulo, é analisada a problemática da durabilidade e a importância do seu estudo, apresentando-se os efeitos dos principais agentes de degradação nestes materiais. 3

28 1 Introdução No terceiro capítulo, é apresentada a campanha experimental realizada, identificando-se os agentes de degradação e os ensaios mecânicos e físicos a efectuar, bem como a quantidade necessária de material. Posteriormente, são descritos os ambientes de envelhecimento e também os procedimentos experimentais seguidos. No quarto capítulo, descrevem-se os resultados experimentais obtidos na monitorização de algumas propriedades físicas, mecânicas e estéticas que quantificam a durabilidade do material, confrontando-os com resultados previamente obtidos no âmbito deste projecto e também com resultados de outras investigações. No quinto capítulo, são apresentadas as conclusões gerais da dissertação e são também propostas matérias para investigações futuras de questões que sejam consideradas relevantes no âmbito desta dissertação. 1.4 Referências bibliográficas [1.1] J.R. Correia, F.A. Branco, J.G. Ferreira, Comportamento mecânico de perfis pultrudidos de fibra de vidro (GFRP) e das suas ligações, Construção 2004, Congresso Nacional da Construção, FEUP, Porto, [1.2] J.R. Correia, Perfis pultrudidos de fibra de vidro (GFRP). Aplicação de vigas mistas GFRP-Betão na construção, Dissertação para obtenção de grau de mestre em Construção, Instituto Superior Técnico, Lisboa, Março 2004, 242p. [1.3] J.R. Correia, GFRP Pultruded Profiles in Civil Engineering: hybrid solutions, bonded connections and fire behaviour, Dissertação para obtenção de grau de Doutor em Engenharia Civil, Instituto Superior Técnico, Universidade Técnica de Lisboa, Lisboa, 2008, 420p. [1.4] V.M. Karbhari, J.W. Chin, D. Hunston, B. Benmokrane, T. Juska, R. Morgan, J.J. Lesko, U. Sorathia and Reynaud, Durability Gap Analysis for Fiber-Reinforced Polymer Composites in Civil Infraestructure, ASCE Journal of Composites in Construction, 7, 2003, [1.5] R. Costa, Durabilidade de perfis pultrudidos de poliéster reforçado com fibras de vidro (GFRP), Dissertação para obtenção de grau de mestre em Engenharia Civil, Instituto Superior Técnico, Lisboa, Novembro 2009, 108p. [1.6] A. Carreiro, Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP), Dissertação para obtenção de grau de mestre em Engenharia Civil, Instituto Superior Técnico, Lisboa, Maio 2010, 122p. 4

29 Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) 2 2 Estado da arte 2.1 Introdução O presente capítulo pretende contextualizar o trabalho efectuado, indicando os resultados mais relevantes da pesquisa bibliográfica efectuada no âmbito do estudo da durabilidade de materiais compósitos, enfatizando o caso de estudo dos compósitos de polímero reforçado com fibras de vidro (GFRP). O capítulo é iniciado com uma pequena resenha histórica dos materiais compósitos em geral, aprofundando a crescente importância no uso de materiais poliméricos reforçados com fibras (FRP) ao longo do tempo, as suas aplicações e o seu significado no sector da engenharia civil. De seguida, são abordadas, várias propriedades importantes dos materiais reforçados com fibras, incluindo a sua constituição, os processos de produção, sendo dado enfâse à pultrusão (processo de fabrico dos perfis utilizados no estudo experimental da dissertação), as suas vantagens e limitações e o efeito da fase de produção deste tipo de material em termos de durabilidade e controlo de qualidade. Posteriormente, é aprofundado o caso de estudo dos materiais compósitos de GFRP, onde se enfatizam as suas propriedades típicas de produção e formas estruturais recorrendo a informação de vários fabricantes. Refere-se ainda o domínio das aplicações de GFRP em engenharia civil, apresentando-se vários exemplos, finalizando com um quadro resumo das vantagens e limitações destes materiais. 5

30 2. Estado da arte Por último, é analisada a problemática da durabilidade destes materiais e a importância do seu estudo, onde os efeitos de factores externos como a temperatura, a humidade e soluções aquosas, os carregamentos cíclicos, a exposição à radiação ultravioleta, o fogo, os efeitos térmicos e os fenómenos de fadiga. Estes factores introduzem várias alterações em muitas propriedades dos materiais, de natureza física, térmica, química ou mesmo estética. 2.2 Materiais poliméricos reforçados com fibras Um material compósito resulta da combinação de dois ou mais materiais cuja utilização em separado poderá não apresentar propriedades adequadas ao seu uso como materiais de construção. No entanto, a sua combinação, mantendo-se de uma superfície de interface identificável, pode constituir um novo material que combina as melhores propriedades dos materiais que lhe deram origem. Desde o início dos tempos que o Homem recorreu à combinação de materiais distintos de modo a corrigir certos defeitos e melhorar as propriedades dos materiais utilizados nas suas construções. Historicamente, por volta de 5000 a.c. é datado o primeiro uso de materiais compósitos na Mesopotâmia. Com efeito, adicionava-se à argila fragmentos de rocha e outros materiais de origem mineral, em formas e quantidades distintas, para minimizar a contracção dos produtos durante a secagem e melhorar a sua resistência ao choque. Existem registos entre 4000 e 2000 a.c., de que os tijolos utilizados nas edificações eram reforçados com palha de modo reduzir a fissuração durante o processo de secagem, como se ilustra na Figura 2.1 [2.1,2.2]. Existem registos à data de 3500 a.c. de uma colina de 57 m de altura constituída por tijolo de barro cozido ao sol a que se adicionou palha. Os romanos utilizavam crinas de cavalos nas suas argamassas. A construção em adobe consiste numa técnica que se propagou desde a Antiguidade, baseando-se nos mesmos princípios [2.3]. Embora a produção e utilização de materiais compósitos remonte à Antiguidade, o fabrico de polímeros reforçados com fibras (FRP) é bem mais recente. Por volta de 1940 foram utilizadas pela primeira vez fibras de vidro como reforço de materiais plásticos. As suas propriedades de resistência e o seu reduzido peso próprio motivaram a escolha destes materiais na construção de radares. 6

31 Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) Figura 2.1- Ruínas localizadas na Mesopotâmia [2.4]. Na década seguinte, iniciaram-se as aplicações na indústria aeronáutica e aeroespacial, onde os materiais compósitos reforçados com fibras de vidro foram substituindo lentamente alguns materiais metálicos. Estas indústrias foram a força impulsionadora do desenvolvimento dos materiais compósitos de elevado desempenho. Como resultado dos esforços iniciados na década de 1960, surgiram as fibras de boro e de carbono. Na década de 1970 surgem as fibras de aramida e, dez anos mais tarde, assistiu-se ao desenvolvimento de novos métodos de processamento de fibras de carbono com excelentes propriedades mecânicas, a preços inferiores [2.2]. Durante os últimos cinquenta anos, ocorreu um aumento do uso sustentável de materiais FRPs. O uso de compósitos poliméricos tem crescido a um ritmo elevado desde 1960 e, actualmente, estes materiais têm um leque muito variado e extenso de aplicações na indústria da aviação, aeroespacial, naval ou mesmo em barcos, automóveis, infra-estruturas civis, material desportivo e vários outros produtos. A Figura 2.2 ilustra o crescimento do uso de materiais compósitos nos Estados Unidos da América (E.U.A) desde 1960 até 2000 ou seja há 10 anos atrás. Durante este período, o consumo cresceu cerca de trinta vezes e é expectável que a sua taxa de crescimento se mantenha elevada nos próximos anos [2.5]. De facto estas previsões confirmaram-se e os maiores incrementos ocorreram no sector da construção (destaca-se um grande aumento em dez anos neste sector, de cerca de 24%) e transporte, embora o uso de compósitos também se faça sentir de um modo substancial na protecção contra a corrosão, como por exemplo a sua aplicação em tubagens ou também na indústria marítima e electrónica 7

32 2. Estado da arte (a) (b) Figura Gráficos representativos do crescimento anual total, descrevendo a variação de consumo em cada ano (a) por sector de mercado (b) do consumo de materiais compósitos nos Estados Unidos [2.5].. A Figura 2.3 indica o uso de matériais compósitos pelos diferentes sectores de mercado nos Estados Unidos da América em Figura Representação do uso de materiais compósitos por diferentes segmentos de mercado nos Estados Unidos em 2008, adaptado de [2.6]. O crescimento da utilização de compósitos chegou a um nível onde o seu uso começa a rivalizar com o dos materiais tradicionais, como por exemplo as vigas de aço e alumínio em vários mercados, particularmente na indústria aeronáutica, naval, e processamento químico. Embora a substituição do aço por estes compósitos como o material mais utilizado em engenharia seja de certo modo irrealista, é expectável que o mercado de compósitos se mantenha forte. As vendas 8

33 Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) de materiais compósitos nos Estados Unidos aumentaram fortemente em Este aumento deriva da inserção destes materiais de um modo mais aprofundado em mercados estabelecidos como na construção e indústria aeroespacial, e a sua participação em mercados emergentes. O objectivo de redução de custos e o aumento de qualidade e desempenho estrutural destes compósitos, aliado aos desenvolvimentos em nano-compósitos poliméricos são factores essenciais ao aumento do uso de FRPs. O uso de compósitos numa grande variedade de aplicações deve-se ao seu bom desempenho físico, térmico, químico e mecânico. As principais vantagens destes materiais na aplicação em engenharia civil incluem a baixa densidade, elevada resistência e rigidez específica, boa resistência a fenómenos de fadiga, resistência a corrosão e baixa expansão térmica. Salienta-se também a sua versatilidade de propriedades, multiplicidade de técnicas de fabrico, custos de manutenção reduzidos e facilidade de aplicação. No entanto, nenhum material é perfeito e, como tal, estes materiais possuem também desvantagens que certamente causaram impacto no seu crescimento em alguns mercados, como por exemplo a susceptibilidade dos compósitos ao fogo, que tem sido um factor chave nas limitações do seu uso em muitas infra-estruturas e aplicações em engenharia [2.5] FRP na engenharia civil Entre o período de 1950 até ao início dos anos 70, assistiu-se a uma forte expansão de infra-estruturas na indústria da construção para o transporte e alojamento de pessoas, serviços e mercadorias, que está agora a chegar a um ponto crítico com o aumento de registos de deteriorações e perda de funcionalidade das estruturas. As deficiências notadas no ambiente de construção em geral, variam desde aquelas que são relacionadas com o uso, degradação ambiental, envelhecimento dos componentes estruturais. O detalhe e conhecimento insuficiente na altura de construção, erros de projecto e de construção, uso de materiais com qualidade insuficiente nas fases iniciais de construção e a inexistência ou existência inadequada de medidas de manutenção e reabilitação tomadas ao longo da vida útil da estrutura. Os impactes na sociedade derivados da deterioração são grandes a nível socioeconómico, resultando muitas vezes na incapacidade de fornecer os serviços a que as estruturas são propostas, resultando por exemplo em atrasos, acidentes e irregularidades em abastecimentos [2.7]. Materiais convencionais como o aço, o betão e a madeira têm um número de vantagens, incluindo o custo relativamente baixo de materiais e construção. No entanto, é de notar que embora adequados e com um historial de boa aplicabilidade, os materiais convencionais carecem de longevidade em certos casos e são susceptíveis à rápida deterioração noutros, enfatizando a necessidade de melhorar os padrões de qualidade dos mesmos ou de novas tecnologias que possam complementar os materiais utilizados tradicionalmente. É também de 9

34 2. Estado da arte notar que, várias vezes, existem alternativas de projecto de algum modo constrangidas, derivadas de limitações actuais dos materiais utilizados, como por exemplo no comprimento duma ponte de vão livre por constrangimentos de peso. De um modo semelhante, a utilização de materiais convencionais é normalmente ineficaz em termos de funcionalidade ou mesmo impossível em casos de melhoramento de estruturas. Em muitos casos, existe uma necessidade crítica para o uso de novos materiais e novas tecnologias emergentes, com a finalidade de facilitar a funcionalidade e eficiência estrutural [2.7] O significado da durabilidade em engenharia civil Os FRP estão cada vez mais a ser utilizados em infra-estruturas de engenharia civil numa grande variedade de aplicações como varões de reforço, encamisamento para melhoramento sísmico de colunas, reforço externo para aumento de resistência de paredes, vigas e lajes, tabuleiros de pontes (composite bridge decks) e até combinações híbridas de FRP com materiais convencionais ou mesmo os sistemas estruturais inteiramente compósitos (all-composite). Uma das problemáticas levantadas nestes materiais, muito derivada do seu desconhecimento relativo ao engenheiro civil no exercício das suas funções, está relacionada com a durabilidade destes materiais, especialmente nos casos de capacidade resistente e desempenho sob condições ambientais adversas e em contínua mudança. Embora os FRP tenham sido utilizados inúmeras vezes com sucesso em vários sectores industriais, como na indústria automóvel, marinha e aeroespacial, existem diferenças críticas entre a natureza e intensidade das cargas aplicadas, ambientes de exposição e mesmo nos tipos de materiais e processos utilizados nestas aplicações quando comparados com os provavelmente utilizados para aplicações de engenharia civil. No entanto, a informação actual e os respectivos dados sobre a durabilidade é de certo modo escassa e encontra-se dispersa, pouco documentada e com dificuldade de acesso ao engenheiro civil. Esta ausência de informação juntamente com o nível elevado de padrões de segurança levou ao uso em certos casos de elevados factores de segurança na área dos reservatórios e tubagens [2.8]. A determinação da durabilidade a longo prazo de materiais FRP com aplicação em engenharia civil e o desenvolvimento de uma metodologia capaz de lidar com as particularidades destes materiais quando expostos a ambientes nem sempre bem definidos são críticos para a generalização do uso e aceitação geral dos FRP na engenharia civil. Existe também uma imaturidade relativa nas metodologias utilizadas para reabilitação, escolha e forma dos materiais a utilizar, o que leva à necessidade de desenvolvimento e implementação de um sistema não destrutivo de avaliação de patologias, eficiente e relativamente simples, que possa ajudar à identificação de sistemas e monitorização de estruturas durante largos períodos de tempo. [2.7]. 10

35 Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) O termo durabilidade é amplamente utilizado, sendo o seu significado e implicações por vezes ambíguas. Muitas vezes o termo é utilizado erradamente como a degradação do compósito face às condições ambientais mas, no entanto, acarreta uma definição mais abrangente. Interessa notar que neste sentido, a durabilidade de um material ou estrutura é definida como a capacidade para resistir à fendilhação, oxidação, degradação química, delaminação, uso e/ou efeitos danificadores de objectos externos durante um período de tempo e condições ambientais específicos, sob as condições de carregamento apropriadas. A utilização eficiente de dados de durabilidade em projecto pode ser efectuada não apenas pelo uso de coeficientes de segurança, mas também pelo uso de princípios básicos actuais e pela implementação de tolerância ao dano onde os níveis de desempenho possam ser garantidos. Neste sentido, a tolerância ao dano é definida como a capacidade de um material ou estrutura resistir à rotura e continuar com condições de serviço, prescritos em níveis de desempenho na presença de falhas, fendilhações ou outras formas de dano e degradação durante um determinado período de tempo sob certas condições ambientais [2.7]. 2.3 Características gerais de materiais poliméricos reforçados com fibras (FRP) O conhecimento da constituição e processos de fabrico é fundamental no reconhecimento da importância dos FRP como materiais de construção, pois ambos os factores revelam-se determinantes nas propriedades apresentadas pelo produto final bem como do tipo de aplicações em que podem ser utilizados Constituição dos FRP Nos FRP, as propriedades físico-químicas dos polímeros (que são utilizadas como matriz), são conjugados com as elevadas propriedades mecânicas das fibras de reforço. Na sua constituição, além destes dois elementos, são ainda incorporados aditivos com o objectivo de melhorar e optimizar as suas propriedades ou características, como por exemplo aceleradores, fillers ou agentes desmoldantes [2.2] Matriz Estritamente, a palavra matriz refere-se à fase contínua num material compósito que contenha uma outra fase dispersa, descontínua como as fibras ou partículas de filler e a matriz poderia ser em princípio uma resina, cimento, vidro, carbono, metal ou cerâmico. Nesta dissertação a matriz 11

36 2. Estado da arte será sempre uma resina polimérica. Salienta-se que a matriz desempenha várias funções e não serve apenas para servir de ligação da fase de reforço. Aspectos como protecção ambiental e ao dano à fase de reforço. Confere rigidez, propriedades mecânicas e permite o material ser moldado [2.9]. Segundo Cabral-Fonseca [2.2], as funções gerais da matriz são: Assegurar a posição e orientação das fibras, através de uma impregnação eficaz durante o processo de fabrico. Distribuir pelas fibras as tensões resultantes das cargas externas aplicadas. Absorver a energia e reduzir a concentração de tensões, contribuindo para a detenção da propagação de fissuras. Proteger as fibras da abrasão e das agressões do meio ambiente. Os materiais poliméricos dividem-se em dois grupos principais: os polímeros termoplásticos e os polímeros termoendurecíveis. Os polímeros podem distinguir-se uns dos outros pela forma como as cadeias de ligação dos polímeros se encontram ligadas quando estes se encontram na sua forma sólida [2.9]. Polímeros termoplásticos: Quando aquecidos, são materiais que fundem, podendo ser enformados nesse estado pois assumem essa forma após o arrefecimento. Uma propriedade destes polímeros consiste na reversibilidade do processo, pois é possível efectuar o seu reprocessamento sem perda significativa das suas propriedades, o que se torna vantajoso no âmbito da reciclagem e reprocessabilidade. Estes polímeros não sofrem qualquer transformação química durante o processamento, e são fáceis de armazenar pois não requerem refrigeração. No entanto, além de serem mais difíceis de processar que os polímeros termoendurecíveis, devido à sua elevada viscosidade e aumentando consequentemente os custos de produção, os polímeros termoplásticos apresentam piores propriedades de impregnação e adesão às fibras. As ligações macromoleculares são efectuadas através de ligações secundárias (forças de Van der Waals ou pontes de hidrogénio), mais fracas que as covalentes. Dentro destes polímeros destacam-se o polipropileno, a poliamida, o polietileno e o polibutileno [2.2, 2.9]. Polímeros termoendurecíveis: São formados através de uma reacção química de polimerização na presença de calor, onde uma estrutura amorfa com formato em rede tridimensional é sintetizada. Estas reacções são de cariz irreversível, o que significa que após a cura, os polímeros termoendurecíveis deixam de poder ser reprocessadas. Os polímeros termoendurecíveis apresentam baixa viscosidade, o que permite velocidades de processamento elevadas. Salienta-se também que estes polímeros apresentam boas capacidades de impregnação 12

37 Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) das fibras e excelentes propriedades adesivas. Caracterizam-se ainda por serem materiais mais rígidos e menos sensíveis à temperatura que os polímeros termoplásticos. [2.2, 2.9]. Segundo Correia [2.9], as propriedades de ambos os tipos de polímeros tornam as resinas termoendurecíveis mais adequadas para a aplicações estruturais e inclusive, são utilizadas em quase todos os produtos FRP disponíveis no mercado. No entanto, regista-se um despontar de novas técnicas de fabrico e campos de aplicação inovadores para os FRP de matriz termoplástica. Os polímeros termoendurecíveis, com aplicações mais comuns são o poliéster insaturado, o viniléster, as resinas epoxídicas e as fenólicas, que podem ser consideradas como materiais isotrópicos e viscoelásticos [2.2]. O poliéster insaturado é o tipo de polímero termoendurecível mais utilizado como matriz em FRP, quer no âmbito das aplicações em geral, quer na indústria da construção, onde ainda tem maior importância relativa [2.2]. É um material que apresenta baixa viscosidade, susceptível de ser misturados com grandes quantidades de fillers e apresenta um equilíbrio entre as suas propriedades mecânicas, químicas e eléctricas, boa estabilidade dimensional e facilidade de processamento, a um preço relativamente baixo [2.10]. O viniléster foi desenvolvido de modo a combinar as propriedades melhoradas dos polímeros epoxídicos, com a facilidade de processamento do poliéster [2.10]. Estes polímeros apresentam boa resistência ao impacto e à fadiga, têm baixa permeabilidade à água e também as boas propriedades de isolamento térmico e eléctrico. São compatíveis e apresentam boas propriedades adesivas em relação às fibras de carbono, de vidro e aramídicas. Como consequência, o custo de produção destas resina-se encontra-se a um nível intermédio, maior que o poliéster. No entanto, se for pretendida maior durabilidade para os materiais FRP, estes polímeros assumem maior relevância [2.2, 2.9]. O Quadro 2.1 apresenta propriedades típicas de quatro polímeros utilizados como matriz de FRP. 13

38 2. Estado da arte Quadro 2.1- Propriedades típicas dos polímeros termoendurecíveis usados como matriz FRP, adaptado de [2.11, 2.12]. Propriedade Poliéster insaturado Viniléster Epoxídicas Fenólicas Resistência à tracção [MPa] Módulo de elasticidade [GPa] 2,0-3,0 3,5 2,0-4,0 3,6 Extensão na rotura [%] 1,0-5,0 3,0-4,0 1,0-8,0 1,8-2,5 Massa volúmica [g/cm 3 ] 1,20-1,30 1,12-1,16 1,20-1,30 1,00-1,25 Temperatura de transição vítrea [ºC] Reforço sob a forma de fibras A principal função das fibras é suportar as solicitações mecânicas dos elementos estruturais, fornecendo resistência e rigidez ao longo da direcção em que se desenvolvem. Quando é aplicada uma carga exterior, esta é transferida, através da interface fibra-matriz, para as fibras que embora mais frágeis, a sua rotura em zonas localizadas não se repercute na rotura global da estrutura. A fase de reforço revela-se de extrema importância nos materiais compósitos e é possível efectuar a sua classificação baseada na forma de reforço utilizada, visível na Figura 2.4. Figura Classificação de compósitos baseados na forma da fase de reforço, adaptado de [2.2]. Estes reforços são geralmente utilizados na forma de feixes, de onde se destacam várias configurações destes como as mechas de fio contínuo, ou cordões. Em alguns casos o reforço é especialmente formado utilizando processos têxteis num molde tridimensional. Este caso específico permite o esqueleto inteiro de reforço ser produzido antes da introdução da resina, funcionando de um modo análogo às armaduras no betão armado. 14

39 Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) Segundo Cabral-Fonseca [2.2], destacam-se as seguintes configurações possíveis das fibras de reforço, ilustradas nas Figuras 2.5 e 2.6. Mechas de fio contínuo, resultantes de uma fiação preliminar, obtidas pela ligação de feixes paralelos sem torção intencional. Cordão, ou fio entrelaçado, resultante da união dos feixes com torção. Tecido, construído pelo cruzamento de fios ou cordões segundo duas direcções, em geral, perpendiculares. Manta, formada por troços de fios ou feixes, dispostos sobre um plano segundo direcções aleatórias e mantidos em conjunto por um aglutinante fraco. Fibras cortadas, que podem ser consideradas em função do seu comprimento, como moídas, curtas ou compridas. Figura Reforços unidireccionais: mechas de fio contínuo e cordões entrelaçados, adaptado de [2.8]. Figura Diferentes tipos de mantas de reforço: reforço disposto aleatoriamente, com uma ou várias orientações, ou uma mistura dos dois estados, adaptado de [2.2]. A maior parte dos reforços sob a forma de fibras recebem tratamentos superficiais com uma substância, normalmente feita de óleo, amido ou cera, que actua como lubrificante e protege as fibras de danos durante o processamento. Salienta-se também que este tratamento incorpora também um agente aglutinador que promove a ligação com a matriz e para as fibras de vidro, desempenha funções de protecção contra a degradação [2.9]. Os factos considerados acima permitem a verdadeira criação de materiais feitos à medida uma vez que as propriedades e o desempenho podem ser projectados através da escolha dos materiais constituintes, orientação da fase de reforço e uma composição em diferentes camadas (layer design) numa estrutura laminada. É possível deste modo a produção de um leque abrangente de 15

40 2. Estado da arte materiais, desde isotrópicos e homogéneos até aos anisotrópicos e heterogéneos, como também todas as combinações intermédias [2.7]. Os principais tipos de reforços utilizados em aplicações comerciais são as fibras de vidro, carbono e aramida. De um modo análogo às matrizes polímericas analisadas, o Quadro 2.2 apresenta as propriedades típicas destes tipos de fibras. Quadro 2.2 Propriedades típicas das fibras mais utilizadas, adaptado [2.12]. Propriedade Vidro Tipo E Carbono Aramida Resistência à tracção [MPa] Módulo de elasticidade [GPa] Extensão na rotura [%] 4,5 0,6-1,5 2,0-4,0 Massa volúmica [g/cm 3 ] 2,6 1,7-1,9 1,4 Coeficiente de expansão térmica [10-6 /K] 5,0-6,0 axial : -1,3 a -0,1 radial: 18-3,5 Diâmetro das fibras [µm] As fibras de vidro, utilizadas nos perfis pultrudidos GFRP (caso de estudo) são produzidas a partir de vidro fundido que é feito passar a velocidades elevadas por fieiras com orifícios que determinam os seus diâmetros. Posteriormente, as fibras são arrefecidas e impregnadas com um acabamento superficial. Este tipo de fibras é o mais utilizado no reforço de materiais compósitos de matriz polimérica, pois combinam elevadas resistências com um custo moderadamente baixo. As suas principais desvantagens estão relacionadas com o seu baixo módulo de elasticidade, perda de resistência por fadiga e resistência reduzida em ambientes ácidos e alcalinos. Existem vários tipos de fibras de vidro: A, C, D, R, ECR e R/S, onde todas apresentam o mesmo módulo de elasticidade, apenas variando nos valores de resistência e na durabilidade. As fibras do tipo E (electrical), possuem boas propriedades isoladoras e são as mais utilizadas, apresentando uma composição com baixo teor alcalino [2.2, 2.9]. A Figura 2.7 representa as relações constitutivas de várias fibras largamente utilizadas, incluindo três tipos de fibras de vidro. 16

41 Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) Figura Relação constitutiva de várias fibras de reforço, comparando com o aço, adaptado de [2.13] Uma vez que os restantes tipos de fibras apresentados não correspondem ao caso de estudo, apresenta-se de uma forma menos exaustiva a sua caracterização no Quadro 2.3. Tipo de Fibra Carbono Aramídicas Quadro Vantagens e limitações das fibras de carbono e aramida, adaptado de [2.2]. Vantagens Excelentes características mecânicas em tracção e compressão Boa resistência a temperaturas elevadas (excepto em atmosferas oxidantes) Coeficiente de expansão térmica baixo e negativo: boa estabilidade dimensional Boa condutividade térmica Baixa densidade Resistência específica em tracção muito elevada Excelente resistência ao choque, a vibrações e ao desgaste. Conservação das propriedades mecânicas na gama de -70ºC a +180ºC Bom comportamento ao fogo Boa resistência química Desvantagens Sensibilidade ao choque Fraca resistência à abrasão Corrosão do tipo galvânico quando em contacto com metais São atacados pelo oxigénio do ar a temperaturas superiores a 400ºC Cor negra Fraco comportamento à compressão Aderência medíocre à maioria das matrizes poliméricas Absorção de humidade relativamente elevada Sensibilidade aos UV Má resistência química aos ácidos fortes concentrados 17

42 2. Estado da arte Agentes de polimerização Adicionados à resina base, os agentes de polimerização induzem o início da reacção de polimerização da resina. Numa resina de poliéster ou viniléster, são tipicamente utilizados peróxidos orgânicos para iniciar a cura da resina, em quantidades na ordem dos 0,25% até 1,50% do peso da resina. As resinas epoxídicas são muitas vezes polimerizadas pela adição de aminas endurecedoras, que são adicionadas numa razão mássica de 25-50% [2.9] Cargas (fillers) As cargas, mais conhecidas na indústria da construção como fillers, são o conjunto de produtos quimicamente inertes, cujo principal objectivo é a redução dos custos de produção de um dado produto. Por outro lado, os fillers permitem melhorar certas propriedades, que não seriam atingidas utilizando apenas resina e fibras. Em geral, salienta-se o aumento da viscosidade da resina, a redução dos efeitos exotérmicos e a redução da contracção durante a cura, o que contribui para a prevenção do desenvolvimento de fissuração em zonas de descontinuidades ou com excesso de teor em resina. A adição de fillers à matriz pode melhorar outras propriedades que incluem a resistência à fadiga, o comportamento em fluência ou a resistência química. Por outro lado, salienta-se que a incorporação de fillers diminui geralmente as propriedades mecânicas e a resistência a corrosão dos FRP. Dentro dos fillers mais utilizados destacam-se o carbonato de cálcio, o caulino e o sulfato de cálcio. O uso de fillers em componentes não estruturais pode representar até 65% do peso da peça, embora nas aplicações estruturais, nomeadamente em perfis pultrudidos e varões de FRP, contém apenas entre 10-30% do seu peso [2.2, 2.9] Aditivos Existe uma grande variedade de aditivos que podem ser incorporados na matriz de modo a facilitar o processamento do material, melhorar o desempenho do produto final ou apenas modificar algumas propriedades. Estas substâncias são adicionadas geralmente em pequenas quantidades. De acordo com Busel e Lockwood [2.10], os aditivos têm normalmente as seguintes funções: Redução de produção de fumo e melhoramento da resistência ao fogo (aditivos retardadores de chama). 18

43 Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) Inibição da oxidação de polímeros (antioxidantes). Redução da retracção. Redução do teor de vazios. Aumento da condutividade eléctrica (partículas de carbono ou de metal) e interferência electromagnética (materiais condutores). Aumento da dureza (borracha ou outros materiais elastoméricos). Redução da tendência à atracção de cargas eléctricas (agentes anti-estáticos). Redução da massa volúmica e retracção (aditivos precursores de espumas), que também aumentam o isolamento térmico e eléctrico. Prevenção de perda de cor e brilho devido a radiação UV (estabilizadores UV). Obtenção de cor (pigmentos). Facilitar a desmoldagem (agentes descofrantes). Salienta-se que, além de aditivos serem incorporados em quantidades muito reduzidas em relação aos restantes componentes, tipicamente menores do que 1% do peso da resina, podem introduzir alterações significantes nas propriedades físicas e mecânicas do produto final Interface fibra-matriz Os materiais reforçados constituídos por combinações de fibras e matrizes criam entre si uma importante área de contacto. Embora ambos retenham a sua identidade físico-química, o conjunto destes constituintes confere uma combinação de propriedades difíceis de alcançar separadamente [2.2]. Para este efeito, é necessário assegurar uma boa interacção entre ambos, cuja importância no desempenho dos FRP é crucial. As propriedades mecânicas da interface fibra-matriz dependem essencialmente da adesão e compatibilidade mecânica entre as fibras e a matriz e também do ângulo entre as fibras e a direcção de aplicação do carregamento [2.8]. De acordo com Keller [2.12], de modo a garantir uma boa interacção mecânica entre as fibras e a matriz, as suas propriedades mecânicas devem ser adaptadas entre si. Por exemplo, de modo a reduzir a microfissuração da matriz antes de se atingir a capacidade de deformação última das fibras, a extensão de rotura na matriz deve ser superior à das fibras. Em simultâneo, a matriz necessita de garantir rigidez suficiente para impedir a encurvadura local das fibras. 19

44 2. Estado da arte Salienta-se ainda que a resistência e rigidez da interface fibra-matriz são altamente dependentes desse ângulo e têm os valores máximos quando as fibras estão alinhadas com a direcção do carregamento [2.12]. No desenvolvimento de FRP, foi imediatamente reconhecida a importância da elevada área superficial das fibras em contacto com a matriz polimérica e o seu efeito no desempenho destes materiais. Têm-se vindo a registar esforços no sentido de melhorar a adesão das superfícies das fibras às resinas através de tratamentos específicos [2.2] Processos de produção de materiais compósitos reforçados com fibras No âmbito da durabilidade de materiais compósitos FRP, os métodos de produção e processamento são factores importantes na selecção de materiais e configuração de projectos, uma vez que a integração com sucesso das fibras de reforço os materiais que compõem a matriz utilizada na formação do compósito é dependente do método. A escolha do método de produção de compósitos é, em geral, mais crítica para os compósitos do que para a maioria de materiais convencionais. Cada processo é limitado pelas formas e microestruturas que podem ser produzidas, como também pelas combinações de materiais que podem ser utilizados. Os processos de produção típicos para materiais compósitos consistem numa série de passos ou etapas, ilustradas na Figura 2.8. Dentro de cada etapa, existem várias escolhas possíveis, incluindo em alguns casos o salto de uma etapa. Obviamente que a economia do processo e a sua fiabilidade estão ligadas ao número de etapas necessárias ao processo desde as matérias primas até ao seu estado final. Figura Processo de transformação dos materiais, adaptado de [2.7]. 20

45 Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) A correcta integração efectuada entre as fibras de reforço e os materiais da matriz para criar um compósito é extremamente dependente da escolha do método de produção. Existem vários tipos de métodos de processamento e cada processo possui atributos específicos. No geral, o esquema de produção de uma estrutura compósita pode ser delineada utilizando oito etapas genéricas descritas abaixo: i. Projecto forma geométrica e tensões expectáveis. ii. Escolha dos materiais. iii. Esquema (orientação e configuração) do reforço. iv. Montagem do reforço e do sistema de resina. v. Exposição a temperatura e pressão apropriada de modo a concretizar o processo de cura da resina. vi. Processos de acabamento. vii. Controlo de qualidade e inspecção através de métodos não destrutivos. Um cenário ideal será aquele que apresente elevada produtividade, minimizando os custos de conversão das matérias primas e os acabamentos, maximizando a flexibilidade geométrica e capacidade de customização das propriedades, suportado por um bom sistema de controlo da qualidade montado na linha de montagem, que não cause mudanças significativas ao processo de produção [2.14]. Os processos de produção podem ser divididos, de uma forma genérica, em métodos directos e métodos indirectos. Os métodos directos utilizam o reforço e a resina directamente, sem qualquer pré-processamento. Pelo contrário, os métodos indirectos requerem que as fases de reforço e matriz sejam pré-processadas em formas adequadas para o seu processamento. A preparação de prepregs (material pré-impregnado sem carga), cofragens de moldagem para injecção e suportes para moldagem de folhas são exemplos de formas de material pré-processado utilizado nos métodos indirectos. Existem alguns processos como a pultrusão e enrolamento filamentar que pertencem às duas categorias pois podem utilizar o reforço na forma de mechas de fio contínuas, cordões e tecido (modo directo). O Quadro 2.4 apresenta os processos mais comuns no fabrico de FRP consoante a sua classificação. Embora a qualidade dos métodos indirectos seja tipicamente superior, os custos associados podem ser substancialmente maiores, resultando num controlo dimensional ou outros factores por vezes efectuados de um modo exagerado, do que é normalmente requerido para reabilitação estrutural [ ]. 21

46 2. Estado da arte Quadro Classificação de processos, adaptado de [2.7]. Métodos directos Métodos indirectos Moldagem por contacto Moldagem por compressão Projecção simultânea Pultrusão Pultrusão Autoclave Enrolamento filamentar Enrolamento filamentar Moldagem por injecção Moldagem por transferência A pultrusão, modo de produção utilizado no fabrico do material em estudo na presente dissertação, é um método desenvolvido, que melhorou em muito a eficiência na construção deste tipo de materiais. Este método consegue aumentar a produtividade em relação aos restantes, permitindo obter materiais de elevada resistência, minimizando os custos e garantido um alto padrão de qualidade e poucos desperdícios. Nos anos 1950, W. Brant Goldsworthy desenvolveu um processo baseado numa linha de fabrico onde os compósitos passavam através de um molde aquecido, criando assim perfis contínuos de material. Neste método as dimensões dos perfis são apenas condicionadas pela capacidade de transporte dos mesmos. O termo pultrusão surge da combinação das palavras pull e extrusão. Extrusão, muito sucintamente, consiste na passagem forçada de material através de fieiras de geometria específica, de modo a se obterem os formatos pretendidos. Este processo é muito utilizado na produção de perfis e chapas de aço. Neste caso, o material é puxado através de fieiras de préforma conferindo o formato desejado à secção do perfil [2.18]. Em materiais compósitos, o processo de pultrusão inicia-se em rolos de suporte que contêm as mechas de filamentos contínuos e paralelos, cuja função consiste em proporcionar o reforço longitudinal da peça. No caso de estudo, o reforço utilizado é a fibra de vidro mas, no entanto, o processo é independente do tipo de fibras, sendo possível utilizar outros tipos de reforços, como o carbono ou a aramida. Outras fieiras contêm mantas com fibras dispersas em várias direcções, cuja finalidade consiste em oferecer resistência a solicitações de corte, e confere resistência e rigidez na direcção transversal. Finalmente existem outras mantas de reforço superficial, contendo um elevado teor em resina, providenciando assim maior resistência aos agentes de degradação. O sistema de manuseamento das fibras permite pré-posicionar os rolos de materiais na posição pretendida, como ilustra a Figura

47 Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) Figura Sistema de manuseamento de fibras da empresa Fiberline [2.11]. As fibras são guiadas através de um banho de resina, impregnadas num molde, ou então a aplicação de resina e cargas (fillers) é efectuada por injecção quando as fibras passam através do molde metálico. No primeiro processo, o excesso de resina acumulado é retirado na passagem pela pré-forma. O processo de cura da matriz líquida ocorre no interior do molde aquecido. Este processo origina retracção no material, forçando a sua separação das paredes do molde. Posteriormente, dá-se a passagem pelo sistema de corte, em que o material já possui estabilidade dimensional. O material, após curado, é puxado através de um sistema de tracção até ao conjunto de serras móveis que corta os perfis, obtendo-se assim o produto final [2.19]. A Figura 2.10 indica a disposição típica de uma linha de fabrico de compósitos por pultrusão. Figura Princípio de funcionamento do processo de pultrusão [2.11]. A pultrusão apresenta um leque variado de vantagens sobre outros tipos de processamento de materiais compósitos. A grande automatização do processo diminui muitos erros de operação associados à interface manual. Torna-se possível garantir, dependendo do grau de calibração do sistema, a mesma qualidade e consistência verificada entre os primeiros 10 metros de perfil produzido e os perfis produzidos após 100 metros de pultrusão. Normalmente, 80 a 90% do custo registado consiste no custo unitário dos materiais em si. O custo amortizado da maquinaria e o custo de operação e manutenção das máquinas revela-se apenas como uma 23

48 2. Estado da arte pequena fracção do custo inicial. Os perfis obtidos por pultrusão são na sua maioria mais resistentes do que os perfis elaborados manualmente ou com outro tipo de processamento [2.19]. O teor volumétrico de fibras é muito elevado, pois todo o excesso de resina acumulada é confinada na sua entrada para o molde antes de ser recolhida. Uma desvantagem deste processo consiste na limitação a secções de geometria constante dos perfis. Este processo tem sido extensamente utilizado no fabrico de perfis estruturais, treliças de suporte em edifícios temporários e corrimões [2.16] A durabilidade e o controlo de qualidade na fase de produção A garantia e controlo da qualidade são factores importantes no processamento de compósitos, ambos relacionados com o desempenho, a integridade geral e a durabilidade dos componentes resultantes. No âmbito global das estruturas de engenharia, estes factos ganham relevância pois as componentes serão provavelmente expostas a condições de exposição ambiental agressivas e em constante mutação durante extensos períodos de tempo (mais de 75 anos em alguns casos) sem o mesmo nível de inspecção e manutenção utilizados na indústria aeroespacial. Salienta-se também que, em variadas situações, os FRP serão produzidos in situ resultando numa redução da qualidade durante a produção. Atingir um padrão de produtos fiáveis assenta no uso de procedimentos de boa qualidade, elevado treino da mão-de-obra, níveis apropriados de monitorização dos processos e controlo do ambiente de fabrico. No mínimo, o controlo de qualidade é necessário nos seguintes pontos: Recepção de material bruto. Armazenamento dos constituintes. Mistura dos componentes da resina. Processamento. Pós-processamento, após a colocação no terreno. Durante e depois da aplicação. Factores que possam ser monitorizados incluem o tipo de fibras e tecidos, o número de camadas de tecido, detalhes da orientação das fibras, constituintes das resinas e propriedades finais determinadas através de características mecânicas e físicas. Vários testes podem ser conduzidos durante o processamento e na fase final dos componentes. Defeitos atribuídos na recepção dos materiais, ou relacionados com o processamento, podem ter um efeito substancial na durabilidade e fiabilidade dos FRP e respectivas componentes fabricadas [2.20]. 24

49 Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) 2.4 Caracterização geral de polímeros reforçados com fibras de vidro (GFRP) Propriedades típicas dos perfis pultrudidos de GFRP As propriedades dos perfis pultrudidos de GFRP dependem das características dos materiais que os constituem, ou seja, do tipo de fibras, matriz polimérica e restantes constituintes. A orientação das fibras de reforço e a interacção fibra-matriz também influenciam as suas propriedades, tal como acontece na maioria dos materiais poliméricos reforçados com fibras [2.9]. As inúmeras possibilidades de combinação desses elementos tornam a definição típica do material mais difícil. Deste modo, é apenas possível referir as características normalmente verificadas no fabrico destes perfis, fornecidos por algumas produtoras. Comparam-se nos Quadros 2.5 e 2.6 algumas propriedades mecânicas de diferentes produtoras de perfis pultrudidos de GFRP, na direcção paralela e normal às fibras, respectivamente. Os materiais produzidos apresentam comportamento anisotrópico, pois são obtidos pelo processo de pultrusão já referido, obtendo-se como produto final perfis com as fibras orientadas numa direcção preferencial, sendo as propriedades mecânicas altamente dependentes desta orientação, neste caso a direcção axial de pultrusão, ao longo do alinhamento das mechas de fio contínuas. Segundo Correia [2.1], as propriedades mecânicas dos perfis pultrudidos de GFRP podem variar significativamente entre fornecedores. Deste modo, o European Committee for Standardization (CEN) publicou em 2002 uma norma europeia designada de EN [2.21], que define especificações para os perfis pultrudidos. Esta norma define duas categorias de perfis, especificando as propriedades mínimas que um perfil deve apresentar para pertencer a cada categoria. Além desta divisão, a norma também determina os tipos de ensaios mecânicos, físicos e térmicos normalizados que se devem utilizar para caracterizar estas propriedades dos perfis. Através da análise dos Quadros 2.5 e 2.6, observa-se ainda que a resistência ao corte e o módulo de distorção não dependem da orientação das fibras e têm o mesmo valor para qualquer configuração, sendo apenas apresentados no primeiro quadro. Correia [2.9] define propriedades típicas destes perfis de um modo mais geral apresentando um quadro onde abrange as variações de produção demonstradas acima. 25

50 2. Estado da arte Quadro Propriedades mecânicas na direcção axial de perfis pultrudidos GFRP disponíveis comercialmente, adaptado de [2.11, 2.22, 2.23]. Propriedade Produtora Fiberline Strongwell Creative P. Inc. Resistência à tracção [MPa] Resistência à compressão [MPa] Resistência à flexão [MPa] Resistência ao corte [MPa] Módulo de elasticidade [GPa] Módulo de distorção [GPa] 3,0 2,9 2,9 Coeficiente de Poisson 0,23 0,33 0,35 Quadro Propriedades mecânicas na direcção normal de perfis pultrudidos GFRP disponíveis comercialmente, adaptado de [2.11, 2.22, 2.23]. Propriedade Produtora Fiberline Strongwell Creative P. Inc Resistência à tracção [MPa] Resistência à compressão [MPa] Resistência à flexão [MPa] Módulo de elasticidade [GPa] 8,5 5,5 5,5-6,9 Coeficiente de Poisson 0,09 0,14 0,15 Para efeitos de dimensionamento, todos os valores das resistências deverão ser afectados do coeficiente de segurança γ m de acordo com a norma EN [2.21] para os estados limites últimos. Este coeficiente é obtido através da multiplicação de quatro coeficientes parciais (γ m1 a γ m4 ) que têm em consideração o método de produção, grau de pós-cura, estabilidade dimensional em função da temperatura e a temperatura de operação. O dimensionamento de estruturas de perfis pultrudidos apresenta várias semelhanças com perfis metálicos (inclusive na forma estrutural, discutida no próximo ponto). Deste modo, na maioria das vezes, as condicionantes serão o controlo de deformabilidade em situações de serviço e os fenómenos de instabilidade. Para o primeiro caso, a EN [2.21] especifica vários tipos de combinações possíveis, desde as combinações A1 para o controlo geral de deformações e as combinações A2 para os níveis máximos de deformação. Em quaisquer destas combinações não é necessária a consideração de factores de segurança para as propriedades mecânicas dos perfis. De modo, a comparar as propriedades mecânicas apresentadas com as dos materiais tradicionais apresenta-se na Figura 2.11 as relações constitutivas de dois tipos de perfis GFRP, produzidos pela empresa ALTO (fornecedora dos perfis utilizados nesta dissertação). A notação Pul 1 indica um perfil pultrudido com reforço unidireccional de fibra de vidro enquanto Pul 2 referese a um perfil pultrudidos com reforço unidireccional e manta de fibra de vidro. 26

51 Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) Simultaneamente, a mesma figura apresenta também a mesma relação, mas para uma produtora internacional, a Fiberline. Os materiais tradicionais utilizados na comparação consistem no aço, alumínio e também a madeira e o PVC. Figura Relação constitutiva de perfis pultrudidos GFRP de dois fabricantes e comparação com outros materiais, adaptado de [2.9, 2.24]. Da análise da Figura 2.11, os perfis pultrudidos de GFRP destacam-se dos restantes materiais pois apresentam na maioria das vezes tensão última superior à do aço. Comportam-se como materiais com comportamento elástico linear até a rotura, não apresentando um patamar de ductilidade visível no aço, PVC e alumínio. Salienta-se também que o módulo de elasticidade é reduzido (cerca de 15-20% do aço). Este factor é associado a um aumento da deformabilidade das estruturas. Como também mencionado, o dimensionamento de estruturas de perfis de GFRP é geralmente condicionado por estados limites de serviço. Por outro lado, um baixo módulo de elasticidade é também responsável pelo aumento de susceptibilidade a fenómenos de encurvadura em estados limites últimos [2.8]. Em relação às propriedades físicas e térmicas, os perfis em causa apresentam um peso específico muito inferior ao do aço, bem visível pela baixa massa volúmica apresentada (cerca de 4 a 5 vezes inferior à do aço). Em termos de coeficiente de dilatação térmica são materiais semelhantes aos tradicionais; no entanto, a condutibilidade térmica é muito reduzida nestes perfis. A Figura 2.12 indica a comparação destas propriedades dos perfis de uma produtora internacional com os mesmos materiais tradicionais. 27

52 2. Estado da arte Figura Massa volúmica, coeficientes de dilatação e condutividade térmica de GFRP, adaptado de [2.9] Características estruturais de perfis pultrudidos de GFRP De acordo com Keller [2.12], existem duas razões principais para a constatação de uma regularidade histórica no uso de novos materiais de construção e a evolução das suas formas estruturais. A primeira está relacionada com a ausência de conhecimento das formas mais adaptáveis a um material recentemente introduzido, existindo assim uma razão científica e técnica para uma fase de substituição. Por outro lado, a reprodução de formas estruturais de materiais já amplamente conhecidos e divulgados garante um maior reconhecimento do novo material. No caso específico dos FRP, o material encontra-se na fase de substituição, o que significa que é necessário ainda bastante desenvolvimento de formas adaptadas, para este material. Deste modo, as formas estruturais dos perfis pultrudidos têm sido reproduzidas da construção metálica, através de perfis de secção aberta ou fechada, ilustradas na Figura 2.13, consistindo nos perfis de primeira geração. Desta forma, encontram-se vários manuais de produtores, indicando de um modo análogo ao dos perfis metálicos, indicações e tabelas de cálculo necessárias ao dimensionamento de estruturas deste tipo. Figura Perfis de primeira geração da empresa Strongwell [2.25]. 28

53 Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) Como referido, os perfis são obtidos através do processo de pultrusão. Desta forma, os laminados mais típicos que formam estes perfis combinam conjuntos de feixes de fibras longitudinais que conferem propriedades mecânicas na direcção axial, com mantas de fibras orientadas em várias direcções cuja função é conferir resistência fora do plano, na direcção transversal e a solicitações de corte. Como camada superficial de protecção é usual o recurso a mantas de fibras cortadas, que contêm fibras curtas dispostas aleatoriamente, visíveis na Figura Esta camada contém um teor de resina elevado, desempenhando papéis de protecção contra a degradação ambiental ou abrasão e também criando uma camada lisa. Salienta-se ainda que estes laminados são caracterizados mecanicamente na secção anterior pela notação Pul 2 (Figura 2.11). Figura Disposição normal de camadas num material pultrudido, adaptado de [2.23, 2.24]. Segundo Correia [2.9], os perfis de primeira geração utilizados na maioria das aplicações estruturais apresentam várias desvantagens relacionadas com a sensibilidade ao impacto e com a estabilidade em geral, quando submetidos a solicitações de compressão que provocam fenómenos de encurvadura. São necessárias novas formas adaptadas a este material de modo a melhorar o seu desempenho. No entanto, várias produtoras já começaram a apresentar novos sistemas estruturais consistindo em sistemas multicelulares fechados de perfis pultrudidos, ligados entre si por encaixe ou colagem, formando elementos de placa. Na Figura 2.15, são visíveis estes novos sistemas estruturais evidenciando os vários tipos de encaixe e também sistemas multicelulares contínuos. Estes sistemas tornam possíveis as estruturas GRFP abrangerem um leque muito variado de aplicações na construção. Figura Novos sistemas estruturais de perfis pultrudidos FRP, adaptado [2.25, 2.26]. 29

54 2. Estado da arte Aplicações de perfis de GFRP em engenharia civil Após uma pequena consideração introdutória das aplicações gerais de materiais FRP no âmbito da engenharia civil, destaca-se agora o caso específico dos perfis pultrudidos GFRP. Os perfis pultrudidos de GFRP tiveram o seu início de aplicação em engenharia civil em aplicações essencialmente não estruturais, onde factores como o baixo peso específico, ou a resistência a ambientes mais agressivos se tornaram essenciais na sua escolha. Desta forma, encontram-se várias aplicações na indústria sanitária, estações de tratamento de água e esgotos, portos, indústria ferroviária e indústria termoeléctrica [2.9]. Vários produtos produzidos através de perfis pultrudidos de GFRP tiveram aplicações nestas indústrias, como por exemplo, corrimões expostos a ambientes marítimos (Figura 2.16), escadas de apoio (Figura 2.17), gradis de pavimento e guarda corpos (Figura 2.18) utilizadas em plataformas offshore e indústrias químicas [2.25]. Figura Corrimão de um sistema de defensas na Flórida e de uma plataforma flutuante no Canadá, adaptado de [2.25, 2.26]. Figura Escadas utilizadas numa plataforma offshore do estado México e de uma estação de processamento químico em Chicago, adaptado de [2.25, 2.26]. 30

55 Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) Figura Gradis de pavimentos da expansão ferroviária da Ponte 25 de Abril e de uma estação de processamento químico em Wisconsin, adaptado de [2.26]. Destaca-se também, de um modo já mais elaborado, o uso destes perfis em projectos de pequenas dimensões, onde do mesmo modo, as suas propriedades de resistência a agressões ambientais, o baixo peso específico e manutenção mínimas são imperativos na sua escolha. O dimensionamento de passadiços inteiramente neste material (Figura 2.19), placas de cobertura de estações de tratamento de resíduos (Figura 2.19) e a reabilitação de uma parte de um aqueduto de aço corroído (Figura 2.20) são alguns exemplos destes projectos [2.27]. Figura Passadiço de 400 m localizado em Espanha a 500 m de profundidade, placas de cobertura de estações de tratamento de água, adaptado de [2.27]. Figura Aqueduto de 36 m construído em perfis GFRP sobre um caminho ferroviário no Reino Unido, e pormenor da ligação com a estrutura em aço, adaptado de [2.25]. 31

56 2. Estado da arte Finalmente, destacam-se projectos inovadores que utilizam aplicações mais relevantes no sentido da importância do uso deste material, em estruturas mais complexas. Encontram-se já efectuadas várias pontes pedonais e rodoviárias onde a estrutura é toda elaborada com perfis GRFP. Entre as mais conhecidas, destaca-se a Ponte Aberfeldy (Figura 2.21) pois consiste na primeira ponte construída apenas com materiais compósitos, em 1990 no Reino Unido. Esta ponte, que faz a ligação entre dois campos de golfe, foi projectada para uso pedestre e de pequenos veículos associados ao desporto e tem o comprimento de 113 metros [2.25]. Além desta, salientam-se duas pontes que apresentam as vantagens significativas do baixo peso específico destes perfis. A ponte rodoviária Bonds Mill (Figura 2.21), que combina no seu tabuleiro painéis ACCS com perfis de GFRP foi a primeira ponte rodoviária feita com materiais compósitos. O factor peso faz-se notar na particularidade de ser uma ponte elevatória, o que permite poupanças consideráveis no sistema elevatório. A ponte pedonal Pontresina na Suíça (Figura 2.22) é constituída por duas vigas simplesmente apoiadas utilizando apenas perfis pultrudidos de GFRP. A ponte foi projectada para ser removida no final do Inverno antes de haver riscos de inundações devido à fusão da neve, sendo reinstalada assim que o risco passar. Figura Ponte pedestre Aberfeldy e ponte rodoviária Bonds Mill, adaptado de [2.25]. Figura Ponte pedestre Pontresina [2.9]. Referem-se ainda projectos de grandes coberturas e pequenos edifícios inteiramente construídos nestes materiais. Novamente, factores como o baixo peso específico e a reduzida manutenção 32

57 Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) tornam estes produtos competitivos. Salienta-se uma cobertura suspensa de uma estação de metro em Copenhaga (Figura 2.23), construída inteiramente em perfis pultrudidos de GFRP, com 60 metros de comprimento e 7,5 metros de largura. A cobertura foi pré-fabricada numa placa única que liga solidamente os banzos superiores dos perfis pultrudidos GFRP. Outro projecto que salienta as vantagens deste tipo de material são as estações de medição de compatibilidade electromagnética (Figura 2.24). Estas estruturas utilizam perfis de GFRP no seu projecto e aproveitam a transparência electromagnética dos mesmos de modo a eliminar interferências eléctricas. Por estas razões, o recurso a materiais não metálicos torna-se imperativo, uma vez que poderiam afectar os resultados dos ensaios. Para finalizar, apresenta-se também um edifício de 5 andares, originalmente apresentado numa exposição na Suíça, feito com materiais FRP. O edifício Eyecatcher tem a estrutura em perfis pultrudidos GFRP, três pórticos trapezoidais em que dois deles constituem as fachadas laterais do edifício. No final da feira, o edifício foi desmantelado e encontra-se agora como um edifício de escritório em Basileia (Figura 2.25). Figura Cobertura suspensa de Lindevang e estrutura utilizada, adaptado de [2.26, 2.27]. Figura Estações de compatibilidade electromagnética, adaptado de [2.27]. 33

58 2. Estado da arte Figura 2.25 Edificio Eyecatcher, adaptado de [2.27] Vantagens e limitações De modo a finalizar a caracterização dos perfis pultrudidos de GFRP, apresenta-se no Quadro 2.7 um resumo das suas vantagens e limitações, apresentadas ao longo deste subcapítulo. Quadro 2.7 Vantagens e limitações de perfis pultrudidos GFRP, adaptado de [2.1, 2.9]. Vantagens Baixo peso específico Elevada relação entre a resistência mecânica e o peso próprio Possibilidade de produção de qualquer forma estrutural Elevada resistência à fadiga Elevada resistência à corrosão Transparência electromagnética Facilidade no transporte para o estaleiro e instalação em obra Baixos custos de manutenção Limitações Reduzido módulo de elasticidade Comportamento frágil Necessidade de desenvolvimento de novas formas estruturais para materiais inteiramente compósitos e soluções híbridas Necessidade de desenvolvimento de novas tecnologias de processamento ao nível das ligações Ausência de regulamentação específica Custos iniciais ainda pouco competitivos na maioria das aplicações 2.5 Durabilidade de polímeros reforçados com fibras de vidro (GFRP) Na generalidade, os materiais FRP e respectivos componentes utilizados em aplicações de engenharia civil estão sujeitos a uma variedade de ambientes de exposição que podem agir individualmente ou interagir de uma forma sinergética. Naturalmente, esta interacção é importante pois os materiais estão sujeitos, de um modo geral, a vários factores de degradação. Salienta-se que a resistência individual de um material aos efeitos a que está exposto não implica necessariamente a deterioração do mesmo quando considerada a combinação simultânea dos mesmos factores [2.28]. 34

59 Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) Após vários anos de serviço, as propriedades dos materiais não se mantêm iguais, mesmo na ausência de danos mecânicos visíveis. Usualmente, mudanças nas propriedades de um material com o tempo são vistas como uma medida da extensão da deterioração. No entanto, nem todas as propriedades se alteram à mesma velocidade e a escolha das propriedades mais significativas necessita de consideração cuidada [2.28]. Deve ser relembrado que os sistemas de materiais FRP utilizados em aplicações de engenharia civil possuem diferenças críticas em termos de carregamento, ambientes de exposição e até tipos de materiais e processos de produção utilizados, quando comparados com as mesmas combinações normalmente visíveis na indústria aeroespacial [2.7]. Existem várias causas potenciais de degradação. A identificação das causas mais condicionantes torna-se num processo difícil de generalizar, devido à ausência de dados detalhados sobre estes assuntos. Estes factos levam, como mencionado, a situações típicas de sobredimensionamento, dificultando a aceitação geral destes materiais como soluções a adoptar [2.1]. No entanto, verifica-se actualmente um aumento de vários estudos e investigações sobre o assunto. Desta forma, Karbhari [2.5] definiu os factores que são frequentemente considerados como sendo mais críticos em termos de degradação a longo prazo de materiais FRP: Soluções aquosas e humidade. Ambientes alcalinos. Efeitos térmicos. Radiação ultravioleta. Fogo e temperaturas elevadas. Fadiga. Fluência. Efeitos sinergéticos 1 (combinação de vários factores em simultâneo de modo a amplificar a degradação). Descrevem-se de seguida os factores ambientais considerados, enfatizando de um modo mais detalhado as soluções aquosas, a humidade e a radiação ultravioleta, pois são os aspectos mais pertinentes para o estudo experimental desenvolvido na presente dissertação. 1 Embora não sendo um factor em si, este ponto encontra-se na lista devido à sua importância na degradação dos materiais. Note-se que apenas os restantes pontos serão aprofundados. 35

60 2. Estado da arte Soluções aquosas e humidade A exposição a humidades ou soluções aquosas incluem efeitos de exposição directa à chuva, à humidade atmosférica ou a difusão através de outros substratos, como também a imersão destes materiais em soluções aquosas referindo-se como exemplos pilares de pontes ou estruturas utilizadas em portos marítimos [2.7]. A humidade difunde-se em todos os polímeros orgânicos resultando em mudanças nas suas características mecânicas, termofísicas e químicas. O efeito primário da absorção situa-se na matriz polimérica em si onde, através de fenómenos de hidrólise, plasticização, saponificação, entre outros mecanismos, ocorrem mudanças reversíveis e irreversíveis na estrutura polimérica. Em muitos casos, a humidade propaga-se também por capilaridade para a região de interface fibra-matriz onde causa efeitos nocivos ao nível das ligações entre as fibras e a matriz, resultando muitas vezes em perda da sua integridade. Tem sido mostrado que a humidade e a presença de produtos químicos também podem ser responsáveis pela degradação ao nível das fibras. No caso das fibras de vidro, o processo começa com a extracção de iões das fibras através da humidade, alterando a sua estrutura. É no entanto possível proteger as fibras de degradação rápida de modo significativo, através da escolha de resinas apropriadas, condições de processamento, revestimentos protectores ou gel coats [2.7]. Antoon e Koening [2.29] constataram que os tipos de condições ambientais a que o material é sujeito e o respectivo tempo de exposição afectam as propriedades mecânicas devido à absorção de fluidos. Estas alterações podem ser classificadas em reversíveis, irreversíveis ou uma combinação das duas. No processo reversível, as propriedades mecânicas podem ser recuperáveis por secagem do material, tendo o processo como base a plastificação e o aumento de volume (incorporação de moléculas de água) da matriz polimérica. Por outro lado, o processo irreversível envolve roturas nas fibras ou na matriz, rotura ao nível da interface entre as fibras e a matriz ou mesmo delaminação provocada por variações dimensionais ou pela geração de tensão internas. As propriedades mecânicas ficam assim permanentemente alteradas. A maioria dos efeitos de degradação relacionados com a humidade e as soluções aquosas actuam ao nível da perda de resistência mecânica, com mudanças diminutas nos módulos de elasticidade na maioria dos casos, geralmente na ordem dos 10% durante um período de anos em materiais FRP. No entanto, salienta-se que, quando as fibras ou a interface fibra-matriz se encontram suficientemente degradadas, estas mudanças podem ser significativas [2.8]. Embora muitos trabalhos de investigação estejam concentrados no estudo dos efeitos da humidade nas propriedades dos compósitos, os mecanismos de degradação ainda não são completamente conhecidos. Tendo em conta que a maioria das aplicações de engenharia civil 36

61 Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) vão estar em contacto com humidade e várias soluções aquosas, ou devido a especificações de projecto, acidentes, ou devido a causas naturais e localização, é essencial que os seus efeitos a curto e longo prazo estejam bem compreendidos e documentados [2.7] Efeitos na matriz Devido à importância das funções (já apresentadas) das matrizes poliméricas, é de crucial importância determinar os efeitos da água nas propriedades da matriz, uma vez que a absorção de moléculas de água pela matriz pode causar uma degradação lenta mas significativa nas propriedades do compósito. Segundo Apicella et al. [2.30], certos problemas ao nível das ligações entre as moléculas da matriz e a presença de várias ligações éster reduzem a temperatura de estabilidade e aumentam a susceptibilidade da degradação relacionada com a humidade. As resinas de viniléster são quimicamente estáveis em soluções aquosas e menos susceptíveis à hidrólise do que as resinas de poliéster insaturado devido à protecção dos grupos éster por grupos de metilo. Deste modo, constata-se que as resinas de viniléster absorvem menos humidade que as de poliéster em água a 22 ºC e têm uma temperatura de transição vítrea superior [2.31]. É geralmente aceite que a humidade absorvida pode actuar por plasticização, hidrólise ou agente pós-cura, aumentando ou diminuindo a integridade mecânica da matriz dependendo da temperatura de exposição [2.30]. Inicialmente, a penetração de água em polímeros termoendurecíveis provoca plasticização. A plasticização resulta num aumento da mobilidade molecular devido à intromissão de moléculas de água nas cadeias de éster, aumentando por sua vez a distância intermolecular, diminuindo as forças intermoleculares de coesão. Este processo reversível resulta também numa diminuição da temperatura de transição vítrea [2.32]. No caso da exposição durante largos períodos de tempo em água, o envelhecimento químico ocorre simultaneamente através de hidrólise, verificando-se ataques químicos aos grupos éster da resina [2.30]. A hidrólise de grupos de éster resulta na formação de grupos hidroxilos e carboxilos, capazes de autocatalisar a degradação da matriz [2.31]. A hidrólise afecta de um modo irreversível a estrutura química da resina e causa diminuição na sua temperatura de transição vítrea [2.32]. No entanto, o envelhecimento químico da matriz também pode ocorrer na forma de pós-cura aumentando a temperatura de transição vítrea [2.30]. O efeito de pós-cura afecta directamente o nível de reticulações na resina, uma vez que favorece as reacções de polimerização. Este 37

62 2. Estado da arte aumento melhora as propriedades mecânicas do compósito [2.34]. De acordo com Ghorbel e Valentin [2.32], a resina, na presença de fibras, aumenta o envelhecimento higrotérmico (plasticização e hidrólise) da matriz, acelerando a diminuição da temperatura de transição vítrea. No entanto, o envelhecimento químico de compósitos de viniléster através de hidrólise é contrabalançado, no limite, pelos efeitos de pós-cura. Appicella et al. [2.30] sugerem também este efeito competitivo durante a plasticização da matriz como resultado de absorção de água e um aumento de rigidez Efeitos nas fibras As matrizes poliméricas são sensíveis à humidade. No entanto, não deve ser ignorado que as fibras podem igualmente sofrer fenómenos de degradação devido ao mesmo factor. Existem duas teorias principais para a explicar a corrosão das fibras de vidro pela água. A primeira postula que a absorção de humidade provoca diminuição na energia de superfície das fibras de vidro, reduzindo a força coesiva do material. A segunda considera que a perda de resistência das fibras de vidro, expostas a um ambiente húmido, está relacionada com o lento crescimento de fissuras até atingirem um tamanho crítico que leva à sua rotura [2.35]. De acordo com Metcalfe e Schmitz [2.35], os mecanismos de corrosão das fibras são iniciados pela troca de iões Na + e K + (iões metálicos alcalinos) do vidro, com iões H - pertencentes ao fluido agressor. Estes autores propõem também que o processo de corrosão consiste em duas etapas. O primeiro, período de incubação, que compreende aproximadamente 95% da vida da fibra, é controlado pela interacção de água com os catiões nas fissura, aumentando o ph até atingir níveis críticos; o segundo consiste num período de corrosão rápida, onde as falhas se propagam até atingirem um tamanho crítico sob os efeitos de corrosão e carregamento, levando à rotura da fibra. Vauthier et al. [2.36] afirmam que as fibras em GFRP os efeitos de envelhecimento são mais condicionantes ao compararem com fibras não envelhecidas com uma redução inicial das suas resistências. Segundo Bascom [2.37], a rotura da fibra começa-se a desenrolar com o início da formação de falhas superficiais ou fissuras no vidro que se vão propagar sob determinada tensão. O estado do crescimento da fissura que provoca a rotura global da fibra depende das suas dimensões e da maneira como a solicitação é aplicada. A redução da resistência das fibras de reforço devido à humidade está relacionada com a redução na energia de superfície devido à absorção de humidade à medida que a fissura se propaga. Duas outras maneiras em que a humidade pode favorecer a rotura incluem a corrosão superficial da fibra pela água e também a abertura de 38

63 Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) falhas, através de pressão capilar, exercida pela condensação de água na extremidade da fissura. A Figura 2.26 ilustra a degradação numa fibra de vidro, a nível microscópico. Figura Degradação de uma fibra de vidro aproximada x, visualizada com um microscópio electrónico, adaptado de [2.38] Efeitos nas interface fibra-matriz O efeito da humidade na degradação interface fibra-matriz divide-se em duas vertentes. Na primeira verifica-se a redução química da força das ligações entre as fibras e a matriz, pela reacção da água com agentes aglomerantes ou de acoplamento e também por capilaridade ao longo das interfaces. O outro efeito consiste no aumento de volume da matriz que geralmente acompanha a absorção de humidade. Neste caso, as tensões residuais que se desenvolveram durante a cura da resina (nos fenómenos de retracção) e no arrefecimento do compósito após cura, tipicamente paralelas às fibras, produzem um efeito de compressão na interface. No entanto, o referido aumento de volume da matriz reduz as tensões residuais, relaxando o efeito compressivo na interface, reduzindo a resistência interfacial ao corte [2.39]. Salienta-se também que os rápidos processos de cura e arrefecimento durante a pultrusão da resina, resultam na microfissuração do compósito, acelerando os fenómenos de degradação [2.40]. De acordo com Ishai [2.41, 2.42], a região de interface entre as fibras e a matriz desempenha um papel fundamental na durabilidade de compósitos inseridos em meios aquosos. O ataque do fluido de inserção na região de interface pode provocar vários destacamentos entre as fibras e a matriz. O recurso à utilização de agentes de ligação (substâncias químicas capazes de reagir com as fibras e também com a matriz de um material compósito, que promovem ou formam 39

64 2. Estado da arte uma ligação mais resistente na sua interface [2.43]), tende a atrasar o processo de corrosão na interface minimizando as perdas mecânicas. Antoon e Koening [2.29] sugerem ainda que o desgaste da matriz em si por absorção de fluido revela-se apenas como um processo secundário quando comparado com a degradação das fibras e da região de interface. Em termos de comparação entre vários tipos de temperaturas de exposição, Dewimille e Bunsell [2.43] observaram na sua pesquisa degradações significativas de GFRP constituídos por resinas epoxídicas para temperaturas a partir de 70 ºC. Os resultados obtidos indicaram a plasticização da matriz combinada com o destacamento verificado em regiões da interface, o que levou à posterior delaminação do material Efeitos gerais em sistemas FRP A humidade pode penetrar num sistema polimérico por difusão ou capilaridade. O mecanismo geralmente aceite para a penetração de humidade em polímeros é um processo activo de absorção-difusão. As moléculas de água são dissolvidas na superfície do polímero e simultaneamente, enquanto se difundem pela estrutura, começam a formar uma solução com o polímero [2.44]. De acordo com Chin et al. [2.45], o comportamento da difusão da humidade em polímeros amorfos, como as resinas termoendurecíveis utilizadas em aplicações de engenharia civil classificam-se do seguinte modo: Caso I ou Fickiano: a taxa de difusão de humidade é muito menor do que a mobilidade dos segmentos poliméricos. Caso II: a taxa de difusão de humidade é muito maior do que a mobilidade dos segmentos poliméricos e fortemente dependente da cinética da dilatação verificada. Caso não-fickiano: a taxa de difusão é comparável com a mobilidade dos segmentos poliméricos. Usualmente, a difusão dos líquidos e gases é modelada utilizando o Caso I, neste caso expresso pela relação de Fick, (2.4) onde F é a taxa de transferência por unidade de área perpendicular à difusão, c é a concentração da substância difusora, x o espaço de coordenadas medido paralelamente à difusão e D é o coeficiente de difusão [2.46]. Na realidade, a maioria dos processos de difusão em materiais 40

65 Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) poliméricos seguem um comportamento não-fickiano. No entanto, os estados iniciais de difusão podem ser aproximados aos casos Fickianos, pois o processo de difusão é mais célere. [2.47]. Tipicamente, o coeficiente de difusão é função da temperatura e pode ser modelado utilizando uma abordagem de Arrhenius clássica, (2.5) onde T é a temperatura (em Kelvin), R é a constante universal dos gases, D 0 e E a (energia de activação) são propriedades dos materiais independentes da temperatura. Destaca-se também a distinção entre a absorção e adsorção, que correspondem a fenómenos completamente distintos. A absorção é a retenção de humidade capilar através de poros existentes, vazios, ou outros defeitos na estrutura polimérica. Deste modo, o efeito não produz a plasticização da matriz e gera pouco calor ou dilatação. Por outro lado, a adsorção é um processo pelo qual uma solução é formada, através de interacções físicas entre as moléculas polares de água e grupos polares do polímero. Por exemplo, a capacidade de ligações de hidrogénio dos viniléster (grupos OH) com a água, pode ter efeitos significativos no seu conteúdo de saturação de humidade [2.45]. O processo de adsorção gera calor, variações dimensionais consideráveis e promove a plasticização. Este fenómeno pode ocorrer na estrutura polimérica ou nas superfícies das fibras de vidro, promovendo o seu destacamento [2.48]. As propriedades mecânicas dos compósitos são geralmente menos sensíveis ao envelhecimento higrotérmico quando comparadas com as resinas em si, devido à presença e forte influência das fibras. No entanto, o destacamento das fibras através de processos de hidrólise da matriz pode levar à sua delaminação [2.37]. Adicionalmente, as propriedades em tracção, por exemplo, podem ser influenciadas pela plasticização da matriz devido à absorção de água, como também por um aumento de rigidez provocado pela perda de substâncias de baixo peso molecular da matriz [2.44]. De acordo com Liao et al. [2.49], cuja pesquisa incidiu sobre provetes de viniléster reforçados com fibras de vidro inseridos em água desmineralizada a diferentes temperaturas (25 e 75 ºC) e também em soluções salinas com concentrações de 5% e 10% de cloreto de sódio, ocorre degradação das propriedades do material compósito quando sujeito ao envelhecimento em água e água salgada. No entanto, a concentração de sal não parece afectar as propriedades mecânicas dos perfis de um modo relevante. O nível evidente de desgaste das fibras e a contribuição da região de interface entre as fibras e a matriz para a degradação ambiental. A Figura 2.27 apresenta microfissuração nas resinas, registada numa investigação dos efeitos da exposição em soluções aquosas de compósitos GFRP de matriz de viniléster e poliéster. Denota-se a maior 41

66 2. Estado da arte fissuração na matriz de poliéster, pela grande fractura localizada na parte inferior da Figura [2.50]. Figura Aspecto de compósitos GFRP de viniléster e poliéster (respectivamente) após 10 meses de exposição em solução salina com resolução x1000, adaptado de [2.50]. Como consequência da degradação relacionada com a humidade, das fibras, matriz e interface são observadas frequentemente reduções na resistência à tracção longitudinal e transversal, na resistência à compressão, na resistência ao corte e na resistência à flexão [2.39, 2.40, 2.49, 2.51, 2.52] Notas finais Embora a resina de viniléster e as fibras de vidro-e sejam susceptíveis à deterioração como resultado de exposição hidrotérmica, a selecção cuidadosa dos materiais, o controlo de qualidade durante o processamento, e o uso de revestimentos superficiais das fibras apropriados pode resultar em materiais FRP e componentes com melhor desempenho que os materiais tradicionais em termos de durabilidade sob estas condições de exposição. De acordo com Karbhari et al. [2.8], devem ser seguidas as seguintes recomendações: Uma vez que as resinas poliméricas desempenham um papel fundamental na protecção das fibras e no atraso do processo de difusão, deve ser dada preferência ao uso de resinas epoxídicas e vinilésteres apropriados. De modo a diminuir a possibilidade de movimento de humidade e químicos em solução dentro da estrutura compósita em direcção às fibras, é crítico que exista uma espessura apropriada de resina em compósitos FRP sujeitos a estes ambientes. Reconhecendo o efeito dos compósitos não estarem totalmente curados no aumento da susceptibilidade à humidade, é recomendado que a resina seja curada totalmente antes do uso in situ. Salienta-se que os testes realizados em pequenos períodos de tempo, seguidos de resultados extrapolados podem levar a resultados erróneos. 42

67 Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) Devido ao efeito da humidade na temperatura de transição vítrea, os compósitos devem ser curados de modo a que o valor de T g atingido seja superior à temperatura de serviço máxima, recomendando-se um mínimo de 30 ºC superior. Tendo em conta os efeitos da degradação e tolerância ao dano e à presente falta de informação, os níveis de tensão nos compósitos devem ser limitados sob factores de carregamento uniforme a menos de 25 % da resistência garantida pelo fornecedor de GFRP Ambientes alcalinos Os compósitos FRP podem estar em contacto com soluções alcalinas através da interacção com uma variedade de fontes, incluindo químicos alcalinos, solos (ou difusão de substâncias pelo solo) e betão, sendo este último a maior preocupação actual devido aos potenciais efeito de degradação devido a soluções aquosas formadas nos poros do betão em utilizações na área do reforço. Acrescenta-se ainda que o ph desta solução está perto de 13,5 [2.7, 2.49]. Os FRP possuem várias aplicações de contacto, como é o caso de encamisamento de pilares (Figura 2.9), ou soluções mistas de betão e FRP. Existem inclusivamente cada vez mais estudos na tentativa de incorporação de materiais FRP e GFRP como reforço de betão, alguns deles realizados no Instituto Superior Técnico [2.53]. Existem várias pesquisas sobre a degradação de fibras de vidro em contacto com ou imersas em soluções alcalinas, especialmente soluções derivadas do betão e verifica-se que as fibras de vidro expostas a este ambiente sofrem degradações severas devido a combinações de mecanismos que incluem a formação de pequenas cavidades por oxidação (pitting), a hidroxilação e a hidrólise, afectando os óxidos de silício das fibras [2.1, 2.7]. Segundo Benmokrane et al. [2.54], a exposição em ambientes alcalinos de perfis de GFRP potencia a sua degradação em termos de resistência e rigidez. De facto, investigações anteriores determinaram que esta exposição pode reduzir a resistência à tracção em 64% durante o período de testes [2.55]. Esta problemática necessita assim de mais investigações de modo a aprofundar a compreensão sobre o efeito dos ambientes alcalinos, onde se verifica a maioria das pesquisas em GFRP com matriz de viniléster [2.8]. Vijay e GangaRao [2.55] observaram resistências superiores em ambientes alcalinos ao utilizarem GFRP de vidro-e com matriz de poliuretano modificado e viniléster (UMVE). Os seus resultados indicaram que os GFRP UMVE resistem mais em ambientes alcalinos que apenas utilizando uma matriz de viniléster. Já Cho e Mounts [2.56] realizaram uma experiência 43

68 2. Estado da arte comparativa entre GFRP com matriz de poliuretano e GFRP com matriz UMVE. Ambos os tipos sofreram problemas de degradação em ambientes alcalinos. No entanto, as amostras de poliuretano sofreram degradação mecânica (em tracção) mais severa sob carregamento, com reduções na ordem dos 57,5% enquanto as de UMVE diminuíram 27,3%. Nesse estudo, a redução de resistência à tracção em provetes analisados na ausência de carregamento durante 6 meses apresentou valores entre 6-9%. Os coeficientes de difusão registados (assumindo um comportamento Fickiano) revelaram-se maiores em ambos os casos que em matrizes de viniléster na ordem dos 8-11 x 10-9 cm 2 /s. Salienta-se ainda que os valores registados de absorção de solução alcalina foram maiores nos GFRP de poliuretano (0,52%), do que nos de UMVE foram (0,11%). Este diferencial é apontado como a principal razão dos efeitos distintos na degradação entre ambos os compósitos [2.56]. Registaram-se também microfissuras devido ao aumento da porosidade, contribuindo para a plasticização da matriz e consequente deterioração da sua interface com as fibras. As reduções verificadas neste ambiente são também consideravelmente maiores que a imersão em água, devido à sua maior degradação superficial [2.56] Efeitos térmicos Os efeitos térmicos incluem mudanças do material em reposta a variações de temperatura, ciclos térmicos, temperaturas acima da temperatura de cura do compósito e ciclos gelo-degelo. É reconhecido que nem todas as exposições térmicas são nefastas, pois em vários casos fomentam o já referido efeito de pós-cura. No entanto, a exposição a temperaturas acima da temperatura de processamento podem resultar na degradação severa da estrutura da matriz polimérica e da interface fibra-matriz [2.8]. Os polímeros e agentes aglomerantes amolecem a determinadas temperaturas, provocando um aumento na resposta visco-elástica do material e consequente redução do desempenho mecânico, verificando-se em alguns casos um aumento da susceptibilidade à absorção de humidade [2.7]. Com o aumento do uso de compósitos FRP em aplicações de engenharia civil, a consideração da exposição a baixas temperaturas e ciclos gelo-degelo revela-se igualmente importante. De acordo com Bates e Bilello [2.57], a definição de regiões frias significa: Temperatura do ar abaixo de 0 ºC e de -18 ºC com 50% de probabilidade anual. Mantas de gelo em rios navegáveis. 44

69 Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) Média anual de profundidade de neve elevada. Isolinhas baseadas na permanência, profundidade e continuidade do solo gelado. Desta definição, uma grande parte do continente Norte Americano, por exemplo, pode ser considerada como uma região fria, mostrando a relevância deste assunto [2.57]. Adicionalmente, é de notar que os materiais poliméricos absorvem humidade em quantidades variáveis (secção 2.5.1), onde os efeitos de baixas temperaturas em material com água incorporada são importantes. Normalmente, os polímeros possuem coeficientes de expansão térmica semelhantes às fibras de vidro. Uma redução de temperatura, que no caso de materiais isotrópicos causaria retracção do material, resulta na formação de tensões residuais na interface fibra-matriz uma vez que a contracção da estrutura polimérica é constrangida pelas fibras de vidro, que são mais rígidas. No caso das fibras de carbono, este efeito é mais relevante, uma vez que a fibra é em si anisotrópica apresentando diferentes coeficientes de expansão térmica consoante a direcção considerada (Quadro 2.2), o que resulta no destacamento das fibras da zona matricial circundante. A exposição a baixas temperaturas resulta também num aumento da fragilização do polímero, causando um aumento da rigidez efectiva, mas também uma diminuição da tolerância ao dano [2.58]. De acordo com Dutta [2.59], registam-se perdas de resistência unidireccional de tracção, após exposição a baixas temperaturas na ordem de -10 ºC a -40 ºC. No entanto, a resistência fora do plano aumenta em alguns casos devido ao endurecimento da matriz. O aumento dos ciclos a baixa temperatura acentua também as tensões residuais. A exposição a ciclos gelo-degelo, além do dano progressivo no material FRP devido à expansão e contracção da água incorporada, pode também afectar severamente as ligações entre os laminados. Salienta-se ainda que o efeito das baixas temperaturas e ciclos gelo-degelo é mais severo em compósitos expostos directamente às condições ambientais do que quando protegidos, como por exemplo barras de FRP para reforço de betão [2.60]. Geralmente, as temperaturas abaixo de zero podem resultar no endurecimento e microfissuração da matriz, e na degradação das ligações na interface fibra-matriz. Os ciclos gelo-degelo podem resultar na degradação acelerada de sistemas FRP devido às dilatações e à ocorrência de vazios, devido à expansão (gelo) e secagem de água absorvida. Nota-se que a presença e expansão de depósitos de sal nos vazios promovem ainda mais este efeito [2.8]. 45

70 2. Estado da arte Radiação ultravioleta As aplicações de FRPs nos tempos actuais têm-se tornado cada vez mais importantes em ambientes exteriores. A matriz polimérica de um compósito FRP, como de qualquer outro sistema polimérico, encontra-se sujeita a degradação causada por radiação ultravioleta (UV) solar. Esta radiação é considerada um dos elementos mais críticos de envelhecimento ambiental pois inicia reacções fotoquímicas que levam à degradação de material de modo irreversível, embora muitos dos seus efeitos em compósitos FRP não sejam totalmente conhecidos. Assim, tendo em conta a função da matriz polimérica, os danos nesta componente crítica podem ter efeitos nas propriedades mecânicas gerais do compósito e limitar a sua vida útil [2.7] Efeitos de radiação ultravioleta em polímeros Os polímeros comerciais estão sujeitos a foto-degradação iniciada pela componente UV da radiação solar. A matriz polimérica de um compósito FRP está propensa aos mesmos danos fotoquímicos que ocorrem em estruturas poliméricas não reforçadas e em camadas superficiais poliméricas. Deste modo, para compreender os efeitos da radiação UV em materiais GFRP é necessário um conhecimento geral do seu efeito em materiais poliméricos [2.7]. O alcance espectral de radiação solar que chega à Terra varia entre aproximadamente 295 nm perto da região UV até mais de 2500 nm perto da região infra-vermelha. A radiação UV está situada entre os 200 e 400 nm, sendo dividida em três grupos: UVC ( nm), UVB ( nm) e UVA ( nm) representados na Figura 2.28 [2.61]. Figura Espectro Ultravioleta, adaptado de [2.62]. Muitos materiais poliméricos possuem energia de dissociação de ligações correspondentes aos comprimentos de onda entre nm e são fortemente afectados por este espectro de exposição solar. Quanto menor for o comprimento de onda da radiação incidente, maiores são as energias de radiação dos fotões e maior será o potencial de degradação. No entanto, apenas as radiações absorvidas pelo material lhe causam danos, independentemente da sua intensidade. A radiação absorvida por um polímero depende das características do material, bem como das 46

71 Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) propriedades da fonte emissora. Por exemplo, nas resinas de poliéster, constata-se que os comprimentos de onda de 330 nm são os que produzem maiores efeitos degradantes [2.63]. Da radiação absorvida, apenas uma percentagem é efectiva na iniciação das reacções de degradação. Quando a radiação UV é absorvida por uma material polimérico na presença de oxigénio, é iniciada uma série de reacções fotoquímicas complexas, levando a mudanças químicas no material. Os primeiros efeitos de um polímero sujeito a radiação UV encontram-se ao nível molecular [2.63]. Segundo Chin et al. [2.64], a exposição acelerada a radiação UV durante 1200 horas em resinas de viniléster e poliéster registou mudanças na topografia da superfície. Ambas as resinas apresentaram um nível substancial de fissurações e algumas crateras. No entanto, não foram observadas quaisquer mudanças na temperatura de transição vítrea. Foi registado um aumento da concentração de oxigénio na superfície da resina, o que é indicativo da formação de novos grupos funcionais contendo oxigénio. As mudanças químicas e morfológicas induzidas por uma exposição UV são precursoras de mudanças nas propriedades físicas, mecânica e ópticas dos polímeros, variando desde o brilho e a cor (mudanças estéticas), até à degradação mecânica. Os primeiros sinais de danos a um nível macroscópico são usualmente a perda de cor e brilho, os riscos e o amarelecimento. Após períodos mais prolongados de exposição, podem ocorrer danos mais severos sob a forma de fissuração superficial [2.65]. Signor et al. [2.66] notaram um aumento da fragilação nas superfícies de exposição à radiação UV em resinas de viniléster, o que diminuiu as suas resistências ao impacto e tracção a capacidade de deformação Efeitos de radiação ultravioleta em polímeros reforçados com fibras Como em qualquer sistema polimérico, a durabilidade, o desempenho e a degradação de compósitos FRP são influenciados pelas condições ambientais e climáticas a que estão expostos. A degradação ultravioleta induzida em compósitos FRP segue tipicamente a seguinte sequência [2.7]: Perda de brilho superficial; Descoloração superficial; Riscos; Descamação da superfície de resina; Formação de pequenas cavidades por oxidação (pitting); Microfissuração; 47

72 2. Estado da arte Formação de bolhas; Perda severa de resina da superfície exterior Fibras visíveis e desligadas da superfície; Delaminação da superfície. De acordo com Bogner e Borja [2.67], as propriedades físicas de perfis pultrudidos de viniléster e poliéster após horas de exposição UV acelerada em laboratório foram alteradas. A resistência e rigidez de flexão sofreram diminuições entre 0 e 4% nas amostras de teste. Correia [2.1], ao realizar ensaios sobre a durabilidade em perfis de GFRP, registou uma perda de 5% na resistência à flexão após 7 meses de exposição à radiação UV. Constatou também que a extensão na rotura apresentou variações pouco significativas. As publicações sobre os efeitos da radiação UV nas propriedades mecânicas de compósitos FRP reportam muitos resultados cruzados e contraditórios, além de conclusões diversificadas sobre o efeito nestes materiais. Geralmente, observam-se diminuições de espessura de provetes e efeitos maiores nas propriedades transversais (dominadas pela resina) do que nas axiais [2.8]. Em termos de mitigação destes efeitos em sistemas FRP, a inibição ou atraso da fotodegradação polimérica pode ser alcançada com a introdução de estabilizadores na matriz e também com a aplicação de revestimentos. Os estabilizadores podem controlar a quantidade de radiação incidente ou inibir as reacções químicas iniciadas pela absorção de radiação. Os revestimentos são normalmente poliméricos, podendo ser ou não da mesma resina do sistema (gel coatings) [2.63] Fogo e temperaturas elevadas Uma importante consideração no uso de compósitos poliméricos é a ameaça de fogo, quer seja fogo posto, ataques terroristas, acidentes ou eventos naturais. O fogo pode aquecer a superfície de uma estrutura compósita até mais de 100 ºC em poucos segundos e até mais de 400 ºC em alguns minutos. Nos compósitos expostos a altas temperaturas (tipicamente acima de 100 ºC) a matriz polimérica amolece, podendo causar fenómenos de distorção, encurvadura ou rotura em estruturas compósitas. Os FRP utilizados em engenharia civil apresentam perigos acrescidos a este respeito, pois são altamente inflamáveis e libertam grandes quantidades de calor, gases e fumos tóxicos quando ardem [2.5]. A combustão de compósitos pelo fogo é um processo complexo, controlado por muitos factores, entre os quais se destacam como mais importantes a fonte de combustível, o teor em oxigénio, a temperatura da chama e a composição química da matriz polimérica. Tipicamente, o tipo de 48

73 Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) fogo mais comum nestes materiais é o chamado fogo turbulento, que consiste em três zonas conhecidas como a região sólida, a região intermitente e a pluma térmica. A região sólida é a zona onde a maior parte das reacções de combustão que alimentam o incêndio ocorrem. Na região intermitente, ocorre uma pequena percentagem de reacções de combustão, e a temperatura diminui continuamente até à ponta da chama. Finalmente, a pluma térmica consiste em gases de combustão, fuligem, fumos quentes e gases tóxicos [2.5]. Os eventos envolvidos na decomposição de um material compósito numa situação de incêndio são complexos e sumarizados na Figura Quando o material é exposto a um fluxo de calor suficientemente grande, a matriz polimérica e as fibras orgânicas decompõem-se termicamente. Os polímeros degradam-se através de uma série de reacções químicas donde resultam sólidos carbonizados e gases voláteis, num ciclo de combustão. Este ciclo apenas acaba quando a fonte de combustível termina, o que normalmente está associado à decomposição total da matriz ou à redução do oxigénio circundante. Os mecanismos principais de decomposição geram grandes quantidades de gases voláteis retendo apenas pequenas quantidades da massa do compósito (cerca de 10-20%). Estas reacções de decomposição são exotérmicas, o que pode resultar num aumento da temperatura da chama [2.5]. Figura Mecanismos envolvidos na decomposição térmica de compósitos poliméricos, adaptado de [2.5]. A resistência à chama e o risco em relação ao fogo de materiais compósitos são determinados pelas suas propriedades de reacção ao fogo. Estas propriedades de reacção incluem o tempo até 49

74 2. Estado da arte à ignição, o índice de limitação de oxigénio e a taxa de libertação de calor [2.5]. O tempo até a ignição consiste numa propriedade importante pois define a rapidez com que ocorre a combustão em chama de um material, exposto a uma fonte de calor. As resinas orgânicas como o poliéster e o viniléster podem sofrer ignição em pouco tempo [2.68]. O índice de limitação de oxigénio é utilizado para quantificar a resistência à chama do material. É definido como a percentagem mínima de oxigénio necessária para suster a chama em combustão [2.69]. A taxa de libertação de calor é a propriedade de reacção ao fogo mais importante pois o calor libertado pelo material após sofrer ignição pode contribuir mais ou menos para o desenvolvimento e propagação do incêndio [2.70]. Outro dos problemas relacionados com o fogo em materiais FRP consiste na grande geração de fumo, que pode ser extremamente denso e reduzir a visibilidade, causar desorientação e dificultar o processo de combate às chamas. Além do mais, a produção de fumos tóxicos pode causar vários problemas de saúde, desde irritações na pele e nos olhos ou até problemas respiratórios graves [2.5]. As propriedades mecânicas de materiais compósitos podem ser fortemente afectadas quando aquecidas a temperaturas moderadamente elevadas, inferiores à temperatura de pirólise da matriz (usualmente entre os ºC). A resistência e rigidez são severamente degradadas quando aquecidas até perto da temperatura de transição vítrea. Esta temperatura depende da composição química e grau de cura do compósito [2.5]. A Figura 2.32 representa a relação típica entre uma propriedade mecânica de um laminado e a temperatura (considerada constante no material). Nessa figura, P u representa o valor da propriedade à temperatura ambiente, P r o valor da propriedade a temperatura elevada, T cr representa a temperatura até à qual o material retém a maioria das suas propriedades, T g,mech indica uma redução de 50% na propriedade e T g a temperatura de transição vítrea [2.8]. 50

75 Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) Figura Variação típica de uma propriedade mecânica com a temperatura, adaptado de [2.9]. Os compósitos de espessura maior são capazes de suportar solicitações externas durante um período de tempo considerável, antes da superfície aquecida iniciar a sua decomposição térmica e queimar. Após a extinção do fogo num material compósito ser extinto e o arrefecimento à temperatura ambiente, é possível que o material recupere alguma rigidez e resistência. Em várias investigações notaram-se grandes perdas de resistência em vários tipos de compósitos, sendo os de resina epoxídica os que apresentaram piores resultados e os de resina fenólica os melhores [2.5]. De modo a melhorar o desempenho ao fogo de materiais FRP, podem ser tomadas várias medidas cuja classificação corrente as divide em dois tipos: medidas passivas de protecção ao fogo e medidas activas de protecção ao fogo. As medidas passivas não requerem intervenção humana ou resposta automática e são focadas na prevenção da ignição do fogo, na limitação do seu crescimento e na minimização do impacto de materiais expostos ao fogo, reduzindo a libertação de calor, gases emitidos ou fumos tóxicos. Tipicamente, estas medidas são alcançadas através do isolamento de elementos estruturais ou da criação de compartimentos anti-fogo. Estes tipos de medidas incluem retardadores de chama, protecções superficiais específicas e camadas espessas de material protector. As medidas activas requerem resposta humana ou automática que reagem às condições causadas pelo fogo e são focadas na sua extinção, dissipando o calor e fumo existentes. Os exemplos mais comuns destas medidas incluem os sistemas internos de arrefecimento com água e os sistemas de sprinklers [2.9]. 51

76 2. Estado da arte Fadiga A fadiga é geralmente definida como o fenómeno físico que causa danos ou a rotura de um material ou componente estrutural após a aplicação de solicitações cíclicas, mesmo que o nível da solicitação não seja suficientemente elevado para produzir efeitos no primeiro ciclo [2.7]. A solicitação de fadiga pode ser mecânica, térmica ou química. Para solicitações mecânicas, a rotura por fadiga ocorre tipicamente em nós com ligações ou descontinuidades geométricas, iniciando-se por microfendilhação da matriz e degradação das ligações na interface fibramatriz [2.1]. Será necessário um esforço de investigação futuro significativo de modo a aprofundar a compreensão dos fenómenos e mecanismos associados à rotura por fadiga [2.8] Efeitos nas fibras O desempenho à fadiga de um material FRP é bastante afectado pelo tipo de fibras e pela sua arquitectura (orientação e disposição). As propriedades mecânicas das fibras desempenham, entre os restantes constituintes do compósito, o papel mais importante em relação à degradação por fadiga. Em geral, fibras com módulo de elasticidade mais elevado possuem maior resistência à fadiga [2.71]. As fibras de vidro-e sofrem uma redução dos níveis de resistência e rigidez de um modo gradual, na ordem de 8-12% por década de vida, embora mais recentemente Keller et al. [2.72] tenham registado valores na gama 3-5%. A maior parte dos dados publicados indicam que o mecanismo de degradação por fadiga em materiais compósitos é dominado pelas fibras, para o que factores como a orientação das fibras parecem afectar desempenho. Varias investigações apontam para a importância das fibras unidireccionais quer em solicitações com de poucos ciclos (< ciclos) a tensões elevadas (> 50% da tensão última) quer a solicitações com mais ciclos (entre e ciclos) a tensões inferiores (30-50% da tensão última) [2.71]. O esquema direccional de fibras no compósito também pode influenciar a resistência à fadiga. Um laminado contendo camadas alternadas de fibras, variando a sua orientação entre ± 5º possui maior resistência à fadiga que um laminado unidireccional [2.73]. 52

77 Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) Efeitos na resina A matriz polimérica não afecta apenas as propriedades transversais e de corte de um compósito, mas também as suas propriedades axiais. Para compósitos FRP unidireccionais o efeito da matriz faz-se sentir no modo de rotura. Se a matriz for mais dúctil do que a fibra, as fibras fracturam múltiplas vezes ao longo do seu comprimento, resultando numa transmissão de carga por corte, entre as fibras fracturadas e a matriz. No entanto, se a matriz for menos dúctil do que a fibra, a matriz fendilha, levando eventualmente à fractura de fibras ou delaminação da interface entre a fibra-matriz [2.71]. De acordo com Demers [2.74], uma avaliação do efeito das resinas no desempenho à fadiga de compósitos reforçados com fibras de vidro-e não revelou diferenças significativas entre compósitos com resinas de vinilésteres, de poliéster e epoxídicas. A investigação sugere também que a modificação das resinas com a incorporação de aditivos específicos também não afecta de um modo concreto o seu desempenho nestas condições Efeitos na interface fibra-matriz O desempenho da interface fibra-matriz é geralmente quantificada pela adesão entre a fibra e a matriz. Uma má adesão desta interface provoca frequentemente roturas por desligamento entre as fibras e a matriz resultando em reduções significativas das propriedades mecânicas dos compósitos [2.71]. Para compósitos com uma forte adesão entre as fibras e a matriz, a degradação por fenómenos de fadiga está associada à fissuração na matriz ou à fractura das fibras. Estas fissurações matriciais ao se acoplarem, levam à perda de adesão da interface, resultando na separação entre os dois componentes e na delaminação da interface [2.71]. A interface fibra-matriz possui um efeito profundo na variação das quantidades de absorção de humidade e resistência em compósitos. De acordo com Liao et al. [2.49] o envelhecimento de perfis pultrudidos de GFRP com matriz de viniléster em água ou soluções salinas a 20 ºC até 6570 horas, não resultam em perdas significativas de rigidez de flexão, situando-se as perdas entre 5 e 13%. Ao invés, na exposição a 75 ºC notaram-se alterações desta resistência em 40%, diminuindo a vida de fadiga. Estes ensaios foram realizados em vários ciclos cuja solicitação se situava em 45% da força última de rotura. Registaram-se ainda que os efeitos dos danos na interface fibra-matriz no desempenho à fadiga são evidentes e muito condicionantes. 53

78 2. Estado da arte Fluência A resposta no tempo de componentes estruturais está frequentemente associada aos fenómenos de fluência. A fluência é a resposta no tempo ao aumento de deformação sob tensão constante. A fluência é normalmente um fenómeno indesejado pois é muitas vezes o factor que limita a vida útil do material. A relaxação é o inverso da fluência onde o material é sujeito a deformação constante e verificam-se reduções de tensão ao longo do tempo [2.76]. O comportamento em fluência de compósitos FRP depende da orientação das fibras, da taxa de fibras no compósito e da própria estrutura do material. No entanto, a fluência destes materiais é dominada predominantemente pela fluência da matriz polimérica [2.76]. A ocorrência de fluência em compósitos pode ser atribuída à combinação da deformação da estrutura do material com o início da ocorrência de microfissuração da matriz e também do destacamento ao nível da interface fibra-matriz, sendo ambos os mecanismos dependentes da natureza viscoelástica da matriz polimérica. As microfissurações em materiais compósitos podem resultar de um variado número de factores incluindo a fadiga ou as condições ambientais, susceptíveis de alterar o comportamento dos deslocamentos de fluência, diminuindo a vida útil do componente. Salienta-se deste modo a necessidade de compreensão dos efeitos sinergéticos na investigação da resposta no tempo destes materiais [2.77]. Ao contrário dos materiais tradicionais, como o aço ou o betão, os compósitos FRP são mais susceptíveis a fenómenos de fluência devido à natureza viscoelástica das resinas e aditivos utilizados durante a sua produção [2.76]. As fibras de vidro são susceptíveis à rotura por fluência para níveis de tensão relativamente reduzidos. De acordo com Morgan et al. [2.78], existe uma probabilidade de rotura das fibras de 10%, após 75 anos de exposição às condições ambientais, para um nível de tensão de cerca de 5% da tensão última do material. A durabilidade de um compósito FRP corresponde às condições de carregamento na componente de aplicação estrutural. Não existe nenhuma solução universal para os problemas de durabilidade. De acordo com Shao [2.79], em perfis pultrudidos de FRP sujeitos a fenómenos de fluência por um período de um ano, registaram-se deformações entre 13-19% da deformação estática inicial. Por outro lado, as previsões de deformação por fluência excederam 70% da deformação inicial para um período de 30 anos, sugerindo a importância deste factor e a necessidade de estabelecer um critério de limitação da deformação. À luz dos factores ambientais ou fenómenos de fadiga em estruturas, a resposta no tempo de materiais compósitos terá um impacto crítico na vida útil. No entanto, a interacção sinergética 54

79 Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) não é normalmente levada em conta nas previsões de fluência. É necessário deste modo um aumento da compreensão da interacção entre os vários factores que possam permitir aperfeiçoar os modos de previsão analítica [2.80]. 55

80 2. Estado da arte 2.6 Referências bibliográficas [2.1] J.R. Correia, Perfis pultrudidos de fibra de vidro (GFRP). Aplicação de vigas mistas GFRP-Betão na construção, Dissertação para obtenção de grau de mestre em Construção, Instituto Superior Técnico, Universidade Técnica de Lisboa, Lisboa, Março 2004, 242p. [2.2] S. Cabral-Fonseca, Materiais Compósitos de Matriz Polimérica Reforçada com Fibras Usados na Engenharia Civil Características e aplicações Laboratório Nacional de Engenharia Civil, ICTM 35, Lisboa, [2.3] L. Evangelista, Betão reforçado com fibras de aço - aplicação em pavimentos industriais, Construlink Press, Nº11, Janeiro 2003, 32p. [2.4] American Colony (Jerusalem), Photo Dept, G. Eric and Edith Matson Photograph Collection, Library of Congress Prints and Photographs Division Washington, September [2.5] A.P. Mouritz, A.G. Gibson, Fire Properties of Polymer Composite Materials, Springer Publisher, Dordrecht, [2.6] J. Ridgeway Minnesota s Composites Cluster, Minnesota economic TRENDS, December 2009 [2.7] V.M. Karbhari, Durability of composites for civil structural applications, Woodhead publishing, July [2.8] V.M. Karbhari, J.W. Chin, D. Hunston, B. Benmokrane, T. Juska, R. Morgan, J.J. Lesko, U. Sorathia and Reynaud, Durability Gap Analysis for Fiber-Reinforced Polymer Composites in Civil Infraestructure, ASCE Journal of Composites in Construction, 7, 2003, [2.9] J.R. Correia, GFRP Pultruded Profiles in Civil Engineering: hybrid solutions, bonded connections and fire behaviour, Dissertação para obtenção de grau de Doutor em Engenharia Civil, Instituto Superior Técnico, Universidade Técnica de Lisboa, Lisboa, 2008, 420p. [2.10] J.P. Busel, J.D. Lockwood, Product Select Guide: FRP Composite Products For Bridge Application, The market development alliance of the FRP composites industry, Harrison, NY, [2.11] Fiberline Composites. Fiberline desing manual, [2.12] T. Keller, Use of Fibre Reinforced Polymers in Bridge Construction, In Structural Engineering Documents, Volume 7, IABSE, Zurich,

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87 Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) 3 3 Campanha experimental 3.1 Introdução O propósito desta campanha experimental é a avaliação da durabilidade de perfis pultrudidos de GFRP com matriz de viniléster, investigando diversas propriedades físicas, químicas e mecânicas deste material. O material utilizado para a realização do estudo foi disponibilizado pela empresa ALTO Perfis Pultrudidos, Lda. e consiste em vários perfis de formato tubular quadrado do tipo Rectangular Hollow Section (RHS). Estes perfis foram produzidos através do processo de pultrusão, sendo constituídos por uma matriz de resina de viniléster reforçada com fibras de vidro. Estes perfis apresentam uma tonalidade cinzenta, como se pode verificar pela Figura 3.1. Figura 3.1- Aspecto dos perfis de viniléster produzidos pela empresa ALTO. 63

88 3. Campanha experimental Em termos dimensionais, os perfis foram fornecidos em comprimentos de aproximadamente 2 metros, sendo a sua secção transversal caracterizada por 50 mm de largura e 5 mm de espessura. Os perfis GFRP produzidos nesta empresa encontram várias aplicações típicas deste material como escadas verticais, guardas de segurança ou grelhas. Na Figura 3.2, está representado um exemplo de aplicação deste material. Figura Guarda corpos tipo da empresa ALTO [3.1]. De modo a permitir a quantificação da degradação do material, foram preparados vários conjuntos de provetes tipo, para sujeitar a um leque variado de condições de exposição. O formato e número dos provetes preparados tiveram em consideração os diferentes tipos de ensaios de caracterização para cada ambiente tipo bem como a análise de vários períodos de exposição ao longo do tempo. A diversidade de condições de exposição pretendeu fazer reflectir no material a influência da agressividade de meios tipicamente associados a aplicações correntes de engenharia civil. A presente campanha, desenvolvida na sequência do trabalho anteriormente realizado [ ], organiza-se em dois tópicos de investigação (Figura 3.3). O primeiro (Tópico I) compreende a continuação da investigação previamente iniciada pela secção de Construção do Instituto Superior Técnico em parceria com o Laboratório Nacional de Engenharia Civil (LNEC) [3.2,3.3]. Neste tópico, consideram-se vários conjuntos de provetes já expostos em diferentes ambientes de exposição, encontrando-se em estado já envelhecido aquando do início da presente dissertação. No Quadro 3.1, explicitam-se os ambientes e condições previamente estudadas em por Carreiro [3.3] 64

89 Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) Quadro Ambientes de exposição propostos no trabalho realizado anteriormente [3.3] Ambiente de exposição Colheita Propriedades Imersão em água desmineralizada 3, 6, 9 meses Imersão em água salgada Condensação em 3, 6, 9 meses contínuo Ciclos Térmicos 70, 120 e 190 Temperaturas: 20 (±2) ºC, 40 (±1) ºC e 60 (±1) ºC Composição: 35g/l NaCl Temperaturas: 20 (±2) ºC, 40 (±1) ºC e 60 (±1) ºC Temperatura: 40 (±2) ºC Humidade relativa: 100% 6 horas a -5 ºC intercalado com 6 horas a +40 ºC Nevoeiro salino 1000,2000 e 3000 horas ph: 6,9 Salinidade: 52 Temperatura: 35 ºC Câmara QUV 1000,2000 e 3000 horas Temperatura: ciclos secos a 60 (±3) ºC e ciclos de condensação a 50 (±3) ºC O segundo (Tópico II) incide sobre as novas variantes de investigação onde são inseridos novos provetes teste, divididos por sua vez em dois subgrupos, em que se pretendem analisar o efeito do isolamento das faces laterais dos provetes e a análise da reversibilidade da degradação. No primeiro grupo, os provetes têm superfícies laterias de corte revestidas com uma resina epoxídica. Pretende-se que esta protecção lateral permita averiguar a influência das superfícies não protegidas, formadas durante o corte e preparação dos provetes teste, na degradação e decaimento das propriedades em estudo. Por outro lado, todas as análises efectuadas consideram a saturação permanente do material. No entanto, tal nem sempre se verifica na aplicação do material em casos práticos de construção. A excepção são as obras marítimas ou costeiras, onde a presença de água é praticamente permanente. Neste sentido, pretende-se estudar propriedades do material tendo em conta a influência do estado de saturação e, deste modo, o efeito da reversibilidade da degradação. A análise no estado seco compreende assim o estudo da reversibilidade da degradação, sendo que os provetes teste passam por um processo de secagem antes de se realizarem os ensaios para 65

90 3. Campanha experimental determinação das suas propriedades. Estes são definidos com diferentes geometrias, consoante o tipo de ensaio a que se destinam, com base em especificações normativas (Quadro 3.1). Os provetes são agrupados em conjuntos de cinco amostras para cada ambiente de exposição e cada tipo de ensaio a efectuar, exceptuando o ensaio de análise mecânico-dinâmica (DMA), onde são utilizados apenas três, o que requer um extenso número de provetes. A campanha encontra-se organizada em várias colheitas de material envelhecido, sendo cada uma definida como o levantamento de material em estudo em número adequado para satisfazer as condições de ensaio, a uma dada duração de envelhecimento. Figura Campanha experimental. Este capítulo pretende expor a organização da campanha experimental, incluindo a descrição pormenorizada dos métodos de preparação de ensaio, suportados pelas respectivas normas. 66

91 Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) 3.2 Considerações iniciais sobre a campanha experimental A fase inicial consistiu em quantificar o material disponível para análise. Aqui, foi definido todo o âmbito inovador do estudo, ou seja, as novas variantes de investigação, considerando diferentes possibilidades de análise do material. Nesta fase, foi necessária a elaboração de um estudo através do qual se definiram as quantidades de provetes teste que se conseguiram elaborar, os agentes de degradação a considerar e o número de colheitas passíveis de realizar em função do material disponível. Este estudo considera os resultados obtidos em trabalhos prévios [3.4]. Toda a campanha experimental baseou-se na quantidade e variedade de objectos passíveis de realizar e testar. Esta análise teve como premissa o facto de o material disponível não ser ilimitado. Assim sendo, foi necessária a definição do número máximo de provetes que se conseguiram realizar, permitindo a identificação dos ambientes de degradação a considerar na campanha experimental. Considera-se um provete como o representado na Figura 3.4, tendo comprimento l, largura b e espessura h. Figura Dimensões de um provete. Para o corte de provetes teste teve-se em consideração as dimensões necessárias para a elaboração de ensaios mecânicos de tracção, corte interlaminar e flexão simples, bem como para a análise DMA. Não se levou em linha de conta a caracterização das propriedades mecânicas em compressão deste material devido à elevada dispersão de resultados obtidos em investigações anteriores [3.3,3.4] No Quadro 3.2, encontram-se as dimensões dos provetes teste preparados com base nas normas dos respectivos ensaios. 67

92 3. Campanha experimental Quadro Norma de ensaio e dimensões dos provetes utilizados nos ensaios de caracterização do material envelhecido. Ensaio Norma l (mm) b (mm) h (mm) Tracção ISO Flexão ISO Corte interlaminar ASTM D DMA ISO Tendo presente o objectivo a atingir, tornou-se necessário um estudo sobre a quantidade de material disponível, bem como a quantidade de provetes teste possíveis de retirar de cada secção RHS, considerando efeitos de processamento como a não perpendicularidade dos cantos ou a espessura das serras, de modo a optimizar o uso do material. Salienta-se ainda a necessidade de considerar uma margem de erro que preveja a existência de eventuais imprecisões de corte. Em função do material disponível, seleccionaram-se três tipos de ambientes de exposição. Para cada ambiente de exposição, foi possível preparar provetes que permitissem, para os novos objectos de estudo, a realização de três colheitas. Verificou-se a necessidade de dezoito provetes por colheita, em conjunto com nove provetes viajantes adicionais, cuja função reside no controlo da variação de massa e absorção de água ao longo do tempo. No Quadro 3.3 apresenta-se um esquema da quantidade de provetes necessários em função das novas variantes do trabalho. Quadro Quantidades de provetes por nova variante de investigação Tipo de exposição Número de Número de provetes Número de colheitas por colheita provetes viajantes Totais a (a) 57 b (a) 39 c (a) (a) O número de provetes viajantes refere as duas variantes de investigação. A consideração destas duas variantes de estudo permitiu a preparação de um total de 297 provetes, para três tipos de exposição distintos. 1 As letras a, b e c referem-se a imersões em água desmineralizada a 20 ºC, 40 ºC e condensação em contínuo a 40 ºC, respectivamente. 68

93 Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) 3.3 Programa experimental Após a análise prévia, foi possível definir um programa para a campanha experimental. Nesta secção serão descritos os vários tipos de exposição considerados em toda a campanha bem como o número de colheitas de material proposto para este estudo Organização das colheitas Os provetes previamente em exposição já se encontravam organizados nos laboratórios do Núcleo de Materiais Orgânicos do LNEC (LNEC/NMO), aquando do início desta investigação. Deste modo, foi necessária a avaliação da quantidade de material a caracterizar, bem como a sua distribuição ao longo do tempo nas respectivas colheitas. Esta avaliação permitiu definir três ambientes de envelhecimento, designadamente por imersão em água desmineralizada, em água salgada, e a exposição a envelhecimento natural. Ambos os envelhecimentos por imersão foram efectuados a três temperaturas distintas (20 ºC, 40 ºC e 60 ºC). A análise apresentada no subcapítulo 3.2 permitiu concluir que se dispunha de material suficiente para oito colheitas de três tipos de ambientes de exposição. A partir de estudos previamente realizados, definiram-se os três ambientes passíveis de considerar para cada uma das novas variantes em estudo[ ]. Não se tendo verificado grande disparidade entre os resultados obtidos com água desmineralizada e salgada [3.3], apenas o primeiro caso é considerado para estudo. Para a água desmineralizada, a resina de protecção aplicada apresentou-se incompatível com temperaturas superiores a 50 ºC, pelo que a temperatura de 60 ºC não foi considerada. A condensação em contínuo consistiu também um factor essencial, que permitiu aprofundar a pesquisa no âmbito da reversibilidade através da secagem, pelo que foi também considerado. Assim, consideraram-se os estados I (Isolated) e D (Dried) como dois novos casos de estudo. O Quadro 3.4 resume as colheitas e ambientes de exposição da campanha experimental realizada. 69

94 3. Campanha experimental Quadro Organização da campanha experimental 1. Ambiente de exposição Colheita Propriedades Grupo I W-20 Imersão em água Temperaturas: 20 (±2) ºC, W-40 desmineralizada 40 (±1) ºC e 60 (±1) ºC W-60 12, 18, 24 meses S-20 Composição: 35g/l NaCl Imersão em água S-40 Temperaturas: 20 (±2) ºC, salgada S (±1) ºC e 60 (±1) ºC Situado no terraço das instalações do LNEC onde a Envelhecimento NE 1, 2, 5, 10 anos (a) temperatura, humidade natural relativa e radiação UV são monitorizadas Grupo II WI-20 Imersão em água WI-40 Temperaturas: 20 (±2) ºC, 6, 12, 18 meses (a) desmineralizada WD (±1) ºC WD-40 Condensação em CCI-40 Temperatura: 40 (±2) ºC 6, 12, meses contínuo CCD-40 Humidade relativa: 100% (a) As colheitas realizáveis aos 5 e 10 anos de envelhecimento natural, bem como as representadas aos 18 meses no Grupo II, serão objecto de investigações futuras. É importante salientar ainda a coincidência no prazo das colheitas dos dois grupos de investigação. De modo a optimizar a investigação, os provetes pertencentes ao Grupo II foram introduzidos nos ambientes de imersão aquando da colheita dos 12 meses dos provetes do grupo I, em Outubro de Consequentemente, as colheitas seguintes foram sempre efectuadas em simultâneo tendo a correspondência de 12 meses de diferença entre a idade dos grupos. 1 Os acrónimos considerados encontram-se na secção

95 Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) Ambientes de exposição Os tipos de exposição a que o material está sujeito podem ser variados. Assim, foram escolhidas condições ambientais comuns na prática da engenharia civil, que possam ser prejudiciais à durabilidade do material [3.2]. De seguida, encontram-se descritos os respectivos ambientes escolhidos e suas características. Exceptuando o ambiente de condensação em contínuo, todos os ambientes já se encontravam operacionais (proveniente do estudo anterior - Grupo I). Deste modo, é apenas necessária a introdução dos novos casos de estudo. Este factor permite alguma poupança na montagem dos ambientes de envelhecimento. Realça-se ainda a extrema importância da monitorização e controlo dos condicionamentos dos ambientes em estudo, devido à inexistência de sistemas isolados perfeitos, o que leva à evaporação de água nos recipientes. Esta evaporação prejudica quer a imersão dos provetes testes em água, quer a própria concentração de cloreto de sódio simulada, descrita no subcapítulo Para contornar este problema, elaboraram-se controlos semanais dos níveis de água dos recipientes, bem como a sua reposição Imersão em água desmineralizada O primeiro ambiente caracterizado correspondeu à imersão do material em água desmineralizada. Este ambiente compreendeu três temperaturas diferentes (20 ºC, 40 ºC e 60 ºC), bem como sete tipos de exposição (W-20, W-40, W-60, WI-20, WI-40, WD-20 e WD-40) 1. A primeira temperatura encontrava-se definida como a representação da temperatura média tipicamente registada em países mediterrâneos, como Portugal, optando-se depois pela escolha de duas temperaturas mais elevadas, de modo a acelerar o processo de envelhecimento dos provetes por intensificação dos fenómenos de difusão. Para estabelecer este ambiente, foram colocados vários conjuntos de provetes testes em recipientes de plástico de modo a perfazer todos os elementos necessários para as colheitas consideradas acima. Tentou-se limitar ao máximo possível trocas de calor com o exterior no sentido de obter o melhor isolamento possível. Foi essencial o cuidado na imersão dos provetes nos seus locais, de modo a garantir que a sua totalidade dos se encontravam submersos (Figura 3.5) 1 O acrónimo W surge do Inglês Water. WI de Water Isolated e WD de Water Dried, seguidos das respectivas temperaturas de exposição. 71

96 3. Campanha experimental Figura Posicionamento correcto dos provetes no recipiente. Os recipientes encontravam-se colocados em estufas programadas para duas temperaturas (40 e 60 ºC), do LNEC/NMO. A temperatura ambiente de 20 ºC foi obtida com recurso a um laboratório com temperatura controlada. Na Figura 3.6, encontram-se os referidos contentores bem como uma das estufas utilizadas, demonstrando o modo como foram colocados os provetes. (a) (b) (c) Figura (a) Recipientes do condicionamento à temperatura de 20 ºC; (b) Aspecto de uma estufa usada no condicionamento às temperaturas de 40 ºC e de 60 ºC; (c) Interior da estufa, com provetes distribuídos no interior de caixas de plástico Imersão em água salgada De um modo análogo ao ambiente de envelhecimento anterior, considerou-se importante para o estudo experimental o uso de um ambiente salgado. Com efeito, é corrente existirem aplicações de engenharia civil que se encontram em zonas costeiras e marítimas [3.2]. Este ambiente de 72

97 Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) envelhecimento abrangeu apenas três tipos de exposição, todos pertencentes ao primeiro grupo (S-20, S-40 e S-60) 1. De forma a simular um ambiente deste tipo, utilizaram-se recipientes comportando uma solução aquosa de água salgada, onde se submergiram os provetes teste. A solução salina foi previamente elaborada, contendo uma mistura de cloreto de sódio com água desmineralizada numa concentração de 3,5%, ou seja, 35 g de cloreto por cada litro de água, de acordo com a norma ASTM D1141 [3.5]. Estes recipientes seguem o mesmo protocolo de armazenamento já referido no subcapítulo (Figura 3.6). Como tal, a única diferença significativa em relação ao ambiente anterior é a solução de imersão utilizada Condensação em contínuo É de conhecimento geral que ambientes muito húmidos e quentes têm normalmente efeitos negativos na durabilidade dos materiais, muitas vezes de uma forma acelerada. Para tal, foi considerado um ambiente de envelhecimento onde os provetes se encontravam num laboratório do LNEC/NMO, dentro de uma câmara própria, onde foram mantidos a temperatura constante de 40 ºC numa atmosfera saturada (humidade relativa de 100%). O ambiente em questão abrangeu apenas provetes do segundo grupo nomeadamente CCI-40 e CCD Baseada na primeira parte da norma NP EN ISO 6270 [3.6], que estabelece condições para a condensação em contínuo e determinação da resistência à humidade, a introdução dos provetes na câmara foi realizada de um modo diferente dos ambientes anteriores. De forma a garantir a correcta exposição e separação dos provetes no interior da câmara, foi utilizada linha de nylon onde se amarraram as extremidades dos provetes teste, dividindo-os verticalmente em grupos de cinco. A linha foi então colocada em ganchos de plástico pendurados nos suportes no interior da câmara, ficando todos os provetes suspensos e devidamente separados, como se ilustra na Figura 3.7. O modo de funcionamento da câmara consiste numa resistência eléctrica, que aqueceu a água desmineralizada localizada no fundo da mesma, produzindo o efeito desejado de temperatura e humidade. Salienta-se que também aqui se notam perdas de água sendo necessário efectuar, do mesmo modo descrito no subcapítulo 3.2.2, um controlo e manutenção do nível de água. 1 O acrónimo S surge do Inglês Salt, seguido da respectiva temperatura de exposição. 2 Analogamente aos restantes ambientes, CCI vem do Inglês de Continuous Condensation Isolated e CCD de Continous Condensation Dried. 73

98 3. Campanha experimental Figura Câmara de condensação em contínuo e respectivos provetes (como se encontra ilustrado na figura, existe humidade nas paredes) Envelhecimento natural O último ambiente, cujo tempo de exposição ultrapassa inclusivé o âmbito desta dissertação, compreendeu o envelhecimento natural dos provetes. Não haverá possivelmente melhor termo de comparação em termos de ambientes de envelhecimento, que a exposição do material às condições ambientais exteriores. Deste modo, encontrava-se nos terraços do LNEC a localização perfeita para este ambiente de exposição, uma vez que os efeitos que afectam os provetes, (temperatura, humidade e radiação ultra violeta) se encontravam, constantemente monitorizados. Tornou-se assim relevante estudar o efeito do clima e suas componentes sendo que a temperatura, o efeito da chuva, o vento e a radiação influenciaram os resultados. Este tipo de exposição é singular pelo que apenas compreendeu um tipo possível de exposição: NE 1. Neste último ambiente, os provetes encontravam-se inseridos em calhas de plástico, presas por arames à estrutura dos escaparates de exposição, fazendo um ângulo de 45º de inclinação em relação ao solo, como ilustrado na Figura O acrónimo NE significa Natural Environment. 74

99 Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) Figura Instalação de envelhecimento natural dos provetes [3.4] Este ambiente foi totalmente preparado em estudos anteriores, tendo todo o trabalho descrito neste capítulo não só a importante função de recolha da informação das colheitas prévias, mas também a consequente análise de resultados. 3.4 Preparação de provetes Nesta secção, encontra-se uma descrição pormenorizada da elaboração e preparação dos provetes desde a sua fase inicial (secção tubular), até à sua colocação nos ambientes de exposição descritos nos subcapítulos anteriores Corte dos provetes A recepção do material foi efectuada no IST. Este material é composto pela secção RHS apresentada na Figura 3.1. A partir desta secção tubular comprida foi necessário a sua transformação em provetes de vários tamanhos consoante o tipo de caracterização adoptada (Quadro 3.2). Este processo de execução consistiu em realizar dois passos de corte de provetes: longitudinais e transversais. Devido ao elevado comprimento longitudinal inicial e à grande quantidade de material a cortar, a primeira etapa de corte consistiu apenas em cortes nesta direcção, trabalho efectuado numa serra de fita das oficinas do Laboratório do DECivil do IST. Assim, foi aplicada uma marcação a tinta ao longo dos provetes, indicando a zona de corte, perfazendo distâncias equivalentes de um metro. Em seguida, a secção tubular foi colocada numa calha metálica castanha da serra, (Figura 3.9), iniciando-se o movimento de corte da serra, ao mesmo tempo que a água de refrigeração era bombeada na secção de modo a inibir o volume de pó que se soltava aquando 75

100 3. Campanha experimental do corte. O resultado final encontrava-se do outro lado da serra, constituído por secções tubulares de um metro. A espessura da lâmina é de cerca de 1 mm, efeito que é necessário ter em conta na marcação dos provetes para corte. Figura Serra com refrigeração a água do Laboratório de Construção do IST. Após a execução desta etapa, o material foi transportado para um laboratório do LNEC/NMO, onde se armazenou em ambiente seco. Realizaram-se seguidamente os cortes de precisão do compósito. Para tal, foi necessário o recurso a uma serra diamantada refrigerada a água (Figura 3.10), localizada nessa instalação. Este tipo de serra permitiu uma maior facilidade em qualquer tipo de corte por forma a ajustar os provetes a todas as dimensões pretendidas. Mais uma vez, o efeito da lâmina encontra-se presente, sendo a espessura desta serra de 1 mm. Figura Serra refrigerada a água pertencente ao LNEC/NMO. Resta ainda acrescentar a esquemática de corte utilizada nesta fase de processo final de corte, pois a secção RHS apresenta características de produção cujo efeito na forma dos provetes poderia ter consequências no resultado final, bem como alterar o aspecto dimensional dos provetes obtidos. Esta característica consiste na não perpendicularidade dos cantos dos perfis. Analisando o esquema da Figura 3.11, conclui-se que os cortes na secção transversal apenas se puderam realizar nas áreas indicas, excluíndo os cantos. 76

101 Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) (a) (b) Figura Esquema de corte dos diferentes tipo de provetes retirados do perfil RHS. (a) - Ensaios de flexão, corte interlaminar e DMA; (b) - Ensaio de tracção Em particular, foi possível a obtenção de dois provetes teste por cada lado da secção para a maioria dos ensaios (perfazendo um total de oito) exceptuando o ensaio de tracção, para o qual a maior largura dos mesmos, apenas permite a realização de um por cada lado. Este factor dimensional teve influência directa no número de provetes possíveis de obter (ver 3.2). Em suma, é imperativo referir que o processo de corte foi um processo moroso, onde a exactidão, concentração e destreza do operador foi bastante significativa e reflectiu-se no resultado final. Todos os factores de segurança foram tidos em consideração, pelo que foi absolutamente necessário o recurso a luvas e máscara de protecção, e ainda todo o trabalho foi supervisionado e elaborado na presença de um ténico de laboratório devidamente qualificado Sistema de identificação dos provetes A correcta identificação de cada provete foi essencial para uma boa organização e estruturação da campanha experimental. Com este intuito, foi adoptado um sistema de identificação que, através da sua leitura, informa o operador sobre o tipo de provete, o seu destino, o seu número característico e o respectivo ambiente de degradação em que se encontrou ou encontra. A Figura 3.12 mostra um exemplo de dois provetes tipo, devidamente identificados, onde o primeiro número indica o tipo de agente de degradação, o segundo a temperatura de exposição (caso seja necessária), a letra o tipo de destino do provete e, por fim, o seu número de identificação. Figura Identificação tipo de dois provetes. 77

102 3. Campanha experimental O Quadro 3.5 indica a correspondência da correcta identificação de todos os provetes teste utilizados na campanha experimental. Quadro Correspondência do sistema de identificação adoptado Ambiente Identificação Ensaio Identificação W Tração T W Flexão F W Corte interlaminar C S DMA D S S NE 8 WI P WD S WI P WD S CCI P CCD S WFI PT WFI PT CCFI PT Isolamento lateral De modo a tornar possível o isolamento lateral como variante do estudo, aplicaram-se aos provetes cortados um isolante apropriado. Neste caso, a protecção aplicada foi constituída pela resina epoxídica Icosit K 101 N, fornecida pela empresa Sika (Figura 3.13). Figura Resina Icosit K 101 N da Sika. 1 Esta classificação é apenas utilizada para o estudo de absorção de massa com a protecção aplicada totalmente nos provetes. O acrónimo FI surge do Inglês para Fully Isolated. Ver subcapítulo

103 Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) Este procedimento teve lugar num laboratório condicionado do LNEC/NMO, onde as condições de humidade e temperatura são constantemente monitorizadas, ilustrado na Figura 3.14 Figura 3.14 Laboratório condicionado e material de protecção utilizado neste trabalho. A resina Icosit K 101 N aplicado nas superfícies laterais, conforme especificado na Figura 3.15, encontra-se em conformidade com a norma EN [3.7]. O material encontra-se disponível em conjuntos pré-doseados de 5kg (A + B), de cor acinzentada. A relação de mistura dos dois conjuntos corresponde a: Componente A Componente B = (partes em peso). Cada componente foi previamente homogeneizado em separado, seguindo-se a adição do componente B ao componente A. Subsequentemente, foi necessário uma nova homogeneização do produto até este apresentar uma cor uniforme. A aplicação desta resina nos provetes, limpos de qualquer tipo de sujidade, foi efectuada através de pincéis de pêlo curto. Encontra-se estipulado um tempo de cura de aproximadamente uma semana após a aplicação, de modo a garantir a obtenção de todas as propriedades físico-químicas da resina. O processo de cura foi acelerado submetendo-se os provetes a um processo de secagem numa estufa a uma temperatura de 50 ºC. Figura Esquema do reforço lateral nas superfícies de corte dos provetes teste. A aplicação da protecção lateral nas superfícies de corte foi realizada num número de provetes que perfazem uma das variantes do segundo grupo de investigação, ou seja Esta realizou-se em todos os provetes, exceptuando três provetes viajantes cuja protecção foi feita em todas as faces. A finalidade deste procedimento consiste em avaliar a capacidade de retenção e absorção de água intrínseca da resina. 1 Este valor encontra-se diminuído de 3, pois dos 9 provetes viajantes considerados apenas 6 necessitam de protecção. 79

104 3. Campanha experimental A colocação prévia da totalidade dos provetes na estufa considerou-se adequada na medida em que se atingem mais rapidamente os resultados de cura e se secam simultaneamente os restantes provetes de alguma humidade acumulada no interior aquando do corte dos mesmos. Para este efeito, o material foi transportado para uma estufa com temperatura pré-programada (Figura 3.17) onde estiveram inseridos durante cinco dias, à temperatura de 50 ºC Após a passagem pela estufa, os provetes teste encontravam-se em condições para se iniciarem as suas medições iniciais de massa e futura exposição aos ambientes seleccionados, apresentando uma tonalidade acinzentada na superfície de aresta isolada. Figura Provetes teste após isolamento lateral Análise no estado seco A restante parte dos provetes destina-se à análise da reversibilidade do processo de degradação. Após o corte, foi necessário o recurso a uma estufa situada no LNEC/NMO, onde se secaram os provetes até atingirem massa constante (Figura 3.17). Para acomodar a totalidade dos provetes, estes foram distribuídos pelas vários prateleiras da estufa, preenchendo-a na sua totalidade. Figura Estufa de secagem de provetes teste. Baseando-se na norma ASTM D 5229 [3.8], que descreve o método de determinação da absorção de água e condicionamento de equilíbrio verificados em materiais compósitos de matriz polimérica, realizaram-se medições de massa diárias a um provete de cada tipo. Estas medições foram efectuadas até se verificar a condição de secagem, onde a diferença de massa 80

105 Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) entre duas medições seguidas em termos relativos, não pode ultrapassar 0,0001, de acordo com a expressão: (3.1) em que, corresponde ao valor da massa medida no dia i; corresponde ao valor da massa obtida na medição anterior; corresponde ao valor da massa de referência. O valor da massa de referência é o valor da massa de um provete, no seu estado seco, do inglês oven dry. Os provetes teste devem ser colocados de modo a evitar vibrações, expondo o máximo de superfície da amostra na estufa. As prateleiras de colocação são compostas por chapas metálicas furadas, permitindo a realização da secagem de um modo eficaz. O procedimento experimental consiste na remoção das amostras da estufa e na sua pesagem após um período de tempo de dez minutos, durante o qual os provetes teste recuperam o equilíbrio com o meio envolvente ao laboratório, arrefecendo. Em termos normativos, o tempo de pesagem fora da estufa não poderá exceder trinta minutos por pesagem, pelo que o intervalo considerado garante esta condição. A atmosfera do laboratório de pesagens encontra-se conforme o especificado, mantendo uma temperatura de 23 ± 2 ºC e humidade relativa na ordem dos 50 ± 10 % [3.8]. A variação percentual de massa efectuada em cada medição é obtida do seguinte modo: (3.2) Os provetes à saída da estufa encontravam-se devidamente preparados para se iniciarem as investigações. A secagem dos provetes teste deste grupo foi também necessária no final de cada colheita, devido à absorção significativa de água imposta pela exposição aos ambientes de degradação. Deste modo, no final das colheitas, os provetes foram secos até temperatura constante segundo a norma ASTM D 5229 [3.8], atrás referida Colheitas dos provetes A campanha experimental consistiu na exposição a diversos modos de degradação do material por longos períodos de tempo. Foi necessário proceder ao levantamento de uma quantidade prédefinida de provetes quando os mesmos atingiram as durações de exposição estabelecidas. Desta forma, no Quadro 3.6, apresenta-se o número de provetes por cada ambiente em cada colheita. 81

106 3. Campanha experimental Quadro Quantidade de provetes necessários em cada colheita. Ensaio Quantidade / colheita. ambiente Tracção 5 Flexão 5 Corte interlaminar 5 DMA 3 Sabendo o número de provetes necessários para cada colheita, foi necessária a remoção dos mesmos dos ambientes de exposição, tendo-se o cuidado de desligar o funcionamento das respectivas estufas aquando da extracção do interior das mesmas. Os provetes foram limpos da água superficial acumulada utilizando papel absorvente, sendo de seguida pesados para controlo de variação de massa. Posteriormente, foram separados por grupos de ensaio, de acordo com as quantidades atrás descritas, e inseridos em sacos de plástico hermeticamente fechados de modo a limitar o contacto dos provetes teste com o ar, até serem ensaiados (exceptuando os provetes destinados à análise do estado seco onde foi necessária a secagem prévia dos provetes). A Figura 3.18 exemplifica uma colheita tipo evidenciando os provetes recolhidos, sua separação e identificação. Figura Colheita experimental. 82

107 Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) 3.5 Métodos de caracterização do material A dissertação teve como objectivo a caracterização da durabilidade do material GFRP. Para tal, são descritos em seguida os métodos adoptados, bem como o seu princípio e objectivos, começando pelos métodos de caracterização de natureza físico-química e culminando com os ensaios de natureza mecânica. Todos os métodos de ensaio de caracterização inicial, nomeadamente a determinação do teor em fibra de vidro, da sua composição química e da massa volúmica do compósito já se encontram realizados em trabalhos anteriores [3.3]. Consequentemente, torna-se desnecessário este tipo de caracterização uma vez que o material considerado é o mesmo. Por outro lado, a acumulação de provetes e colheitas, torna a presente dissertação mais focada no aspecto de caracterização de durabilidade, permitindo uma maior abrangência e número de resultados obtidos ao longo do tempo. Novamente, resta salientar que todos os ensaios foram realizados com a devida supervisão de técnicos qualificados para o efeito Variação da massa Uma característica comum à maioria dos materiais, não sendo este material compósito uma excepção, consiste na sua capacidade de absorção de humidade e incorporação de moléculas de água. Desta forma, a variação de massa assume particular relevância ao longo da campanha experimental. Para a avaliação da capacidade de absorção de água, foram preparados provetes de dimensões aproximadas dos provetes usados no ensaio de DMA, descritas no Quadro 3.1. A função deste tipo de provetes, chamados provetes viajantes, é a sua constante monitorização de massa ao longo do tempo. A monitorização efectuada consiste na sua remoção dos ambientes de exposição e respectiva pesagem periódica. Foram adoptados intervalos semanais de medição. Existem três tipos de provetes viajantes, consistindo o primeiro tipo em provetes normais, o segundo em provetes com a aplicação de isolamento nas superfícies laterais resultantes do corte e o terceiro na aplicação de isolamento total. Este último tipo consistiu na aplicação da resina na totalidade do provete, de modo a estudar a própria capacidade isolante da resina utilizada em termos de absorção de água. O controlo de massa foi também efectuado a todos os provetes aquando da sua inserção nos ambientes de degradação (ou seja, na sua "idade" inicial) e também aquando da realização de cada colheita experimental. Deste modo, foi possibilitada a análise da variação massa dos provetes nas respectivas "idades", permitindo a sua comparação com os provetes viajantes. O benefício principal do uso destes consiste na obtenção de uma evolução temporal monitorizada, em vez de apenas dois pontos de pesagens. 83

108 3. Campanha experimental Todas as pesagens foram realizadas num laboratório com temperatura e humidade controladas pertencentes ao LNEC/NMO. O equipamento utilizado para as pesagens consistiu numa balança analítica de marca Mettler com uma precisão de 0,001 g, representada na Figura Figura Balança analítica Mettler Ensaios de determinação da cor e do brilho Apesar de não influenciar as propriedades mecânicas do material em si, o aspecto e a estética de um material e sua evolução ao longo do tempo assumem cada vez mais relevância nas aplicações da engenharia civil. De facto, nos dias de hoje, existe grande variedade de escolha de materiais de construção o que gera maior competitividade sendo que qualquer ponto forte de um elemento, se torna numa vantagem em relação aos restantes. Em termos de casos de aplicação à vista desarmada, são muitas vezes pedidas em cadernos de encargos qualidades estéticas cada vez mais exigentes, sendo que o controlo do comportamento e susceptibilidade à exposição a raios ultra violetas, vento e chuvas são neste sentido aspectos relevantes, nocivos à cor e brilho dos materiais. Como tal, os provetes utilizados para estes ensaios foram os situados no terraço do LNEC, expostos ao envelhecimento natural Ensaio de determinação da cor O ensaio de determinação da cor foi realizado num laboratório do LNEC/NMO e tem como objectivo a medição da cor de amostras através de um colorímetro esférico. O ensaio teve por base a norma ISO 7724 [3.9,3.10], intitulada de "colorimetria de tintas e vernizes: princípios gerais e medição de cor." Esta norma descreve métodos para a determinação instrumental das coordenadas de cor e suas variações de modo a tornar possível a descrição objectiva destas diferenças entre um provete envelhecido e um provete de referência, não envelhecido. Para a realização do ensaio, foi necessário que os provetes utilizados se apresentassem planos, limpos e as suas dimensões fossem adequadas à porta de entrada do colorímetro, não 84

109 Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) apresentando menos de 10 mm de diâmetro. Para tal, foram utilizados os provetes destinados aos ensaios de tracção, por serem estes os únicos a garantir as dimensões desejadas [3.10]. A cor pode ser caracterizada para um observador e uma fonte luminosa definida, através de coordenadas de um ponto situado num espaço tridimensional formado por três vectores perpendiculares entre si. Existem diversos sistemas de coordenadas de cor, sendo correntemente recomendados dois deles. O sistema colorimétrico standard CIE 1964 e o sistema espacial de cor CIE 1976 (L*a*b*) [3.9]. Optou-se por utilizar o segundo sistema, mais recente, e que actualmente se considera mais adequado para avaliação de diferenças de cor. O sistema CIELab (também conhecido simplesmente por L*,a*,b*) utiliza, como referido, um espaço de definição vectorial, tridimensional. Resumidamente, o eixo vertical é composto pela letra L e o seu valor varia entre 0 e 100, correspondendo 0 à cor preta e 100 à branca. Perpendicularmente, existem os outros dois campos vectoriais, a e b. O campo a varia no seu sentido negativo para tonalidades verdes e positivo para vermelhas, enquanto o campo b varia entre tonalidades azuladas e amareladas da mesma forma. A Figura 3.20 representa um esquema deste sistema. As fórmulas específicas de cálculo de coordenadas foram obtidas automaticamente através do uso de programas específicos, estando referenciadas no ponto 3.2 da norma [3.9]. Figura Sistema CIELab [3.11] O aparelho utilizado (Figura 3.21) consistiu no colorímetro Color eye 3000 de marca Macbeth equipado com esferas ópticas e uma fonte de iluminação a Xénon. O alcance espectral está situado na gama nm com um intervalo de 20 nm. O software associado à marca e consequentemente utilizado para tratamento de dados foi o Color icontrol. 85

110 3. Campanha experimental Figura Colorímetro Inicialmente, foi necessário verificar se todo o equipamento estava devidamente ligado e a adquirir correctamente a informação. O teste realizou-se ao abrir a campânula de protecção do equipamento, colocando o provete na área em que se queria registar a identificação de cor. Essa zona foi estimulada através do disparo da fonte luminosa. O ensaio consistiu na realização de três disparos, tri-estímulo, das zonas a identificar. Finalizado o ensaio, o procedimento foi repetido as vezes consideradas adequadas a uma boa caracterização de cor, pois a norma não é específica neste ponto. Da análise do ensaio, resultam não só valores para os vectores L*, a* e b*, mas também os valores da variação destes campos em relação a um ensaio padrão realizado da mesma maneira. Assim, foi possível obter um novo parâmetro, a variação global de cor, dada pelo símbolo ΔE*, que consiste na soma quadrática da variação dos campos vectoriais a*, b* e L*, respectivamente. (3.2) Optou-se por analisar neste procedimento três provetes teste, juntamente com a inclusão da mistura dos mesmos num único ensaio, de modo a ter um resultado mediano. Na Figura 3.22 encontra-se ilustrado um ensaio em execução. Figura Ensaio de cor em execução. 86

111 Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) Ensaio de determinação do brilho O ensaio de determinação do brilho foi realizado no mesmo laboratório do procedimento descrito acima e tem como finalidade a determinação do brilho através da reflexão especular de revestimentos por pintura não metálica a 20º, 60º e 85º, de acordo com a norma ISO 2813 [3.12, 3.13]. Esta especifica o método experimental para a determinação do brilho especular através de um reflectómetro. O brilho especular consiste no rácio entre o fluxo luminoso reflectido de um objecto na direcção especular para um ângulo específico e o fluxo luminoso reflectido de um vidro com um índice de refracção de 1,567 nessa mesma direcção. De modo a definir a escala de brilho, uma placa de vidro preto polido com a taxa de reflexão de 1,567 é calibrado com um valor de referência para os três tipos de ângulos de incidência. Para a realização do ensaio, encontra-se especificado que os provetes devem ter, se praticável, uma área planar de dimensões mínimas mm, [3.12]. Desta forma, os ensaios referentes a esta secção foram efectuados nos provetes usados para os ensaios de cor, cujas dimensões são as maiores de todos os provetes da campanha experimental. A escolha da realização do ensaio sobre os mesmos provetes permite a análise de brilho e cor simultânea e complementar. A escolha do ângulo de incidência depende do tipo de brilho de material. A utilização de 60º está preconizada como aplicação geral em qualquer tipo de superfície, embora seja mais adequado um ângulo de incidência menor, de 20º, para superfícies com elevado brilho, bem como um maior, de 80º, para superfícies que apresentem pouco brilho [3.12]. Realizaram-se os ensaios na totalidade dos ângulos, efectuando-se seis medições por amostra como especificado na norma, uma vez que o ensaio é simples e de rápida execução. As medições são efectuadas com recurso a um brilhómetro da marca Novo-Gloss, representado na Figura Figura 3.23 Brilhómetro Novo-Gloss statistical glossimeter. 87

112 3. Campanha experimental O procedimento de ensaio iniciou-se com a definição do ângulo de incidência, a calibração inicial do aparelho e a posterior medição do brilho das amostras. A calibração é efectuada de acordo com a especificação do manual de utilização, existindo para o efeito uma caixa com duas superfícies de referência padrão. A primeira consiste numa esponja preta cujo brilho tem o valor de 0, indicando ausência de reflexão, e a segunda consiste numa cerâmica preta polida, referida acima, cujo brilho tem um valor pré-definido para cada ângulo de incidência, fornecido no respectivo certificado de calibração. Procedeu-se à colocação do aparelho em cada uma das superfícies efectuando a respectiva medição e ajuste de valor de brilho obtido, até este se encontrar em conformidade com o valor padrão. A Figura 3.24 indica a zona de incidência do aparelho e as duas superfícies de calibração. Figura Brilhómetro e superfícies de calibração Estando o ângulo definido com a respectiva calibração efectuada, foi necessária a medição do brilho dos provetes a ensaiar. Para realizar a medição, a zona de incidência do foco de luz foi colocada em seis zonas diferentes da amostra, três em cada lado, sendo registado o valor correspondente. Foram realizadas três medições de cada lado devido à diferença de aspecto observada nas superfícies dos provetes, sendo um lado mais fibroso (parte interior do perfil RHS, não exposta) do que o outro Análise mecânico-dinâmica O procedimento experimental que se apresenta neste ponto permite avaliar o comportamento de materiais visco-elásticos ao nível da sua estrutura molecular. Para tal, foi efectuada uma análise de DMA 1, de acordo com a norma de ensaio ISO 6721 [3.14,3.15] e suas respectivas emendas. O ensaio foi realizado num laboratório específico pertencente ao LNEC/NMO, onde a amostra é sujeita a uma força ou deslocamento sinusoidal a uma frequência bastante menor do que a 1 Sigla proveniente do Inglês para: Dynamic Mechanical Analysis 88

113 Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) frequência de ressonância fundamental. O tempo, temperatura e amplitude do carregamento sinusoidal constituem a par da frequência os principais parâmetros deste tipo de análise. O ensaio permite avaliar as características mecânico-dinâmicas em variadas configurações, como flexão, torsão, tracção ou corte interlaminar. O material compósito em investigação, sendo composto por fibras maioritariamente unidireccionais, torna mais relevante a análise destas propriedades em flexão, sendo esse também o sentido da investigação [3.15]. Encontra-se definido, de um modo geral para os vários tipos de módulos de análise, o chamado módulo complexo,, como sendo o rácio entre uma tensão dinâmica e um deslocamento dinâmico de um material viscoelástico [3.14]. Sendo estes factores sinusoidais, o resultado apresenta-se num número complexo, dependendo das tensões e deformações dinâmicas aplicadas, dados pelas seguintes expressões: onde, (3.3) (3.4) (3.5) é o módulo de armazenamento; é o módulo de perda;, são a tensão e deformação dinâmicas;, são as amplitudes iniciais do ciclo de tensão e deformação; é a frequência; é o ângulo de fase. O módulo de armazenamento M consiste na parte real do complexo e é expresso em Pa. Este é proporcional à máxima energia armazenada durante um ciclo de carregamento e representa a rigidez de um material viscoelástico, revelando a sua capacidade de armazenamento de energia associada a deformações elásticas. No caso específico, o módulo de armazenamento em flexão surge com a sigla. O módulo de perda em flexão compreende à restante parcela do complexo, isto é, à sua parte imaginária. Esta é proporcional à energia dissipada durante um carregamento cíclico, na forma de calor como resultado de vibrações moleculares e é neste caso representado pela sigla [3.14,3.16]. O ângulo de fase refere-se, como o nome indica, à diferença de fase entre as acções dinâmicas num material visco-elástico e é expresso em radianos. Esta grandeza permite a análise do factor de perda. O factor de perda define-se como a tangente do ângulo de fase e consiste num indicador comum do amortecimento num sistema visco-elástico. A grandeza define-se deste modo por: 89

114 3. Campanha experimental (3.6) O ângulo de fase permite analisar, através da diferença de fase, o comportamento do material no sentido da sua viscosidade. Desta forma, se o material se apresentar com uma natureza elástica, esta grandeza assume valores próximos de 0 rad, valor para a sobreposição total das ondas sinusoidais, sendo este o estado limite para um sólido elástico. Por outro lado, o aumento desta diferença indica a aproximação ao comportamento de um líquido viscoso, sendo o limite máximo para a grandeza rad. Os materiais de natureza visco-elástica apresentam um comportamento intermédio aproximando-se mais de cada tipo de comportamento acima referido consoante o seu nível de viscoelasticidade. A Figura 3.25 apresenta uma representação esquemática do módulo complexo atrás mencionado, bem como o ângulo de fase, frequência e amplitudes registadas numa variação do tipo sinusoidal [3.14,3.16]. Figura Ângulo de fase e módulo complexo [3.14] As propriedades térmico-dinâmicas deste tipo de material podem ser avaliadas através da monitorização das características referidas ao longo do tempo e permitem, para a mesma amplitude de carregamento, a obtenção de vários espectros de resposta em função da temperatura e frequência de ensaio. Especificamente, as variações de temperatura permitem determinar as gamas onde o compósito apresenta comportamento rígido e elastomérico, bem como a definição da temperatura de transição entre os dois comportamentos, denominada por temperatura de transição vítrea [3.16]. À medida que aumenta a temperatura, o rápido decréscimo do módulo de armazenamento, bem como o pico registado no módulo e factor de perda, indica a passagem entre os dois estados descritos, em que o estado vítreo e estável do material assume cada vez menos rigidez, devido ao aumento da vibração molecular. 90

115 Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) Os provetes teste utilizados possuem dimensões nominais de 60 mm 15 mm (l b), com 5 mm (e) de espessura, definido-se três amostras por cada grupo de ensaio a realizar [3.14]. O ensaio foi realizado em regime dinâmico e modo oscilatório utilizando o equipamento DMA Q800 da marca TA Instruments, associado a software específico de tratamento de dados do mesmo fabricante (Figura 3.26) e o sistema de flexão considerado foi um sistema de flexão em otrês pontos. O aparelho consiste numa câmara de ensaio com temperatura controlada onde um dispositivo próprio introduz a carga de um modo cíclico e sinusoidal, registando todas as variações na deformação e na tensão associadas e permitindo a análise das características em estudo. Figura 3.26 Aparelho utilizado no ensaio de DMA Ensaio de flexão As características mecânicas assumem particular relevância na análise de durabilidade do material. Sendo o reforço estrutural um possível tipo de aplicação do compósito é importante analisar o efeito de degradação que os ambientes de exposição provocam na resistência do mesmo. Os ensaios de flexão foram efectuados no Laboratório de Construção do Instituto Superior Técnico. O seu objectivo consiste na determinação das propriedades de flexão do material, como a resistência à flexão, a extensão última associada e o módulo de elasticidade em flexão, assentando na norma própria para compósitos reforçados com fibras, ISO [3.17] De acordo com o equipamento disponível, foi utilizado um sistema de flexão de três pontos (Figura 3.27). Para este sistema foram utilizados provetes teste com dimensões nominais de 150 mm 15 mm (l b), com 5 mm (e) de espessura, estando o material em questão definido na classe III, especificada para compósitos uni e multidireccionais. Uma vez que a espessura era necessariamente 5 mm, factor inerente ao fabrico dos perfis RHS, foram adoptados em concordância os valores para a distância entre apoios do ensaio (L) de 100 mm e comprimento 91

116 3. Campanha experimental de 150 mm, de um modo proporcional às indicações normativas que apontam para espessuras na ordem de 2 mm. Foram considerados 5 provetes por condição de ensaio [3.17]. Figura Eixos principais de teste e sistema de flexão em três pontos [3.17] Para este ensaio, a tensão de flexão e a deformação associada definem-se por: (3.3) (3.4) onde, é a tensão máxima de flexão (MPa); é a carga aplicada (N); é o espaçamento entre apoios (mm); é a espessura do provete (mm); é a largura do provete (mm); é a deformação máxima (-); é o deslocamento a meio vão (mm). Deste modo, é possível definir a tensão de flexão na rotura como o valor máximo registado durante o ensaio, bem como o seu deslocamento e deformação de rotura associados ( e, respectivamente). O módulo de elasticidade em flexão como medida de avaliação da rigidez do material é também um factor a ter em conta. Para tal encontra-se especificado na norma o cálculo de dois deslocamentos correspondentes às deformações de 0,0005 e 0,0025, sendo calculado de seguida o módulo de elasticidade com base na diferença entre a força e os deslocamentos entre os dois pontos considerados [3.17]. Uma vez que é possível obter de um modo automático os valores mencionados, torna-se menos trabalhoso o cálculo desta grandeza por um modo equivalente. Recorreu-se desta forma a uma regressão linear entre os dois pontos 92

117 Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) especificados, sendo o módulo de elasticidade definido pelo declive da recta. Acrescenta-se que esta calibração relativamente ao módulo de elasticidade tem de ter em conta os resultados dos ensaios, pelo que é necessária uma análise cuidada e, se necessário, alguma calibração dos extremos da curva força-deslocamento para não considerar zonas não lineares da mesma. O teste começou com a medição da espessura e largura individual de cada provete. Para tal, foi necessário retirar os provetes dos sacos de plástico protector e efectuar três medições para cada uma das grandezas. As medições foram efectuadas no início, meio e fim do terço central de cada provete, isto é, a um terço, dois terços e a meio do provete [3.17]. O equipamento utilizado para estas medições consistiu numa craveira da marca Digimatic, representada na Figura Figura Craveira digital. Após a correcta determinação destas grandezas, colocou-se o provete centrado no local adequado a ensaiar de acordo com a direcção principal a estudar. A prensa utilizada para aplicação e medição do carregamento (Figura 3.29) consistiu no equipamento da marca Seidner, denominado por Form test. Para a medição do deslocamento do material foi utilizado um deflectómetro de 50 mm de curso da marca APEK cuja precisão é 0,01 mm. Associada à prensa e ao deflectómetro, encontrava-se um dispositivo de conversão de leituras, datalogger, que efectuou a passagem de dados da prensa para análise no computador com o devido software. O datalogger utilizado consiste no modelo Spider8, da marca HBM (Figura 3.30) e o software utilizado por Catman Easy. As conversões de sinal eléctrico pelo dispositivo consistiram nas seguintes: a 10kN de carga corresponderam 9,72V enquanto que a 51,6 mm de deslocamento corresponderam 3,7 mv/v. Adicionalmente, refere-se que a velocidade de carregamento foi sempre inferior a 0,2 kn/s adoptando-se para um valor de velocidade optimizada de 0,1 kn/s. 93

118 3. Campanha experimental Figura Equipamento utilizado para o ensaio de flexão. Com o provete centrado, iniciou-se o carregamento até à rotura do mesmo. Os dados medidos foram registados automaticamente no computador a uma frequência entre 2 e 5 Hz, de acordo com o especificado em norma, consistindo nos valores da carga aplicada F e do deslocamento a meio vão correspondente, s f. Obteve-se deste modo todas as grandezas necessárias ao estudo das propriedades em flexão mencionadas. Figura Aquisição automática de dados por sinal eléctrico (Spider 8) Ensaio de tracção Os ensaios de tracção foram realizados no Laboratório de ensaios específico no LNEC/NMO, de acordo com a norma de ensaio ISO 527 partes um e quatro [3.18, 3.19]. Como objectivo de estudo deste ensaio, encontra-se a determinação da resistência à tracção, da deformação última associada e do módulo de elasticidade em tracção. As grandezas foram calculadas com recurso às seguintes expressões [3.18]: (3.5) (3.6) 94

119 Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) (3.7) onde, é a tensão de tracção (MPa); é a força aplicada (N); é a área da secção transversal (mm 2 ); é a deformação nominal de tracção (-); é a distância inicial entre traços de referência (mm); é a variação da distância entre traços de referência (mm); é o módulo de elasticidade em tracção (MPa); são as tensões (MPa) correspondentes às deformações 0,0025, respectivamente., de 0,0005 e É possível definir a tensão de rotura à tracção,, como sendo a tensão máxima registada no ensaio, bem como a sua deformação associada na rotura,. Para a realização do ensaio, foram preconizados provetes de dimensões nominais de 300 mm 25 mm (l b), com 5 mm (e) de espessura em conformidade com a norma [3.19], sendo definidos como materiais de classe II/III (materiais termoplásticos reforçados com fibras). Foi necessária a correcta medição individual das grandezas dimensionais dos provetes, isto é, a sua largura e espessura própria, de um modo análogo ao anterior. Deste modo, foi utilizado um comparador electrónico da marca Mitutoyo, devidamente calibrado, com precisão de 0,001 mm, visível na Figura Figura Digimatic Indicator da Mitutoyo O passo seguinte consistiu na preparação dos provetes (Figura 3.32). Para tal, foram efectuadas marcações nos provetes a 50 mm das extremidades e a 25 mm de cada lado da zona central, definindo-se assim os traços de referência do extensómetro. De seguida, foi cortada uma lixa apropriada de modo a envolver os provetes desde a extremidade até à respectiva marcação e 95

120 3. Campanha experimental aplicou-se um adesivo nas marcações centrais [3.19]. A função da lixa consistiu em impedir o escorregamento no contacto do provete com os mordentes das garras da prensa, tendo o adesivo as mesmas funções, mas em relação aos apoios do extensómetro utilizado. Figura Aspecto de um provete de tracção antes do ensaio. O equipamento utilizado, existente no LNEC/NMO, consistiu numa máquina universal de ensaios mecânicos Instron 4803, tendo uma célula de carga de 100 kn e classe de precisão 0,5. O extensómetro também pertence ao mesmo fabricante, fazendo parte do instrumento. As garras e mordentes utilizados são desmontáveis e adaptáveis às amostras. Após a preparação, os provetes foram colocados no dispositivo de amarração, apertando-se devidamente as garras. O ensaio foi então efectuado em controlo de deslocamentos, até à rotura, a uma velocidade de 2 mm/min, com medição da deformação e da força aplicada [3.18]. Com recurso a computador e software específico, as grandezas referidas foram automaticamente registadas. O esquema de ensaio encontra-se ilustrado na Figura Figura Máquina de ensaios mecânicos utilizado na determinação das propriedades em tracção Ensaio de corte interlaminar O último método de determinação de propriedades de natureza mecânica considerado foi o ensaio de corte interlaminar, uma vez que se consideram os efeitos de compressão como pouco elucidativos e muito variáveis [3.3], sendo este tipo de caracterização pouco útil. O objectivo deste ensaio consiste na determinação das propriedades resistentes do material ao corte interlaminar, pelo ensaio de provetes relativamente curtos, com recurso às normas ASTM D 2344 [3.20] e EN ISO [3.21]. 96

121 Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) Neste tipo de ensaio, encontra-se controlada a força de corte e o deslocamento a meio vão associado. Ambas as normas utilizadas indicam que esta força pode ser calculada através da seguinte expressão: (3.5) onde, é a tensão de corte interlaminar (MPa); é a carga aplicada (N); é a largura do provete (mm); é a espessura do provete (mm). A tensão de corte interlaminar na rotura, ensaio., é dada pelo máximo valor da força registada no A preparação dos provetes preconiza dimensões de acordo com a espessura (e) dos mesmos sendo, o comprimento (l) o sêxtuplo da espessura e a largura (b) o dobro desta [3.20]. Neste sentido, foram utilizadas amostras com dimensões nominais de 30 mm 10 mm (l b) com 5 mm de espessura. De igual modo ao descrito no ensaio de flexão, a largura e espessura necessitam de ser controladas e medidas individualmente para cada provete. Analogamente à flexão, o equipamento utilizado consistiu na prensa Form test, da marca Seidner, um deflectómetro de 50 mm APEK e também o recurso ao mesmo conversor de sinal eléctrico referido, o datalogger Spider8 da marca HBM (Figura 3.30), e o software Catman Easy. Neste caso, varia o esquema de ensaio sendo o resto do processo em tudo semelhante ao ensaio de flexão (esquematizado na Figura 3.34). Figura 3.34 Equipamento usado no ensaio de corte interlaminar 97

122 3. Campanha experimental O provete foi colocado nos apoios, devidamente centrado, com uma distância entre estes na ordem de grandeza do quádruplo da espessura [3.20], ou seja, 20 mm. De seguida, foi executado o ensaio, carregando o provete até à rotura por corte interlaminar, onde as pequenas dimensões do provete aumentam o efeito da grandeza a analisar. A velocidade do ensaio foi realizada a 0,1 kn/s, [3.21], sendo a frequência de aquisição de dados entre 2 e 5 Hz. Tal permite o controlo e registo da força e do deslocamento em tempo real. A conversão de sinal eléctrico do datalogger procede-se do mesmo modo como descrito no subcapítulo

123 Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) 3.6 Referências bibliográficas [3.1] Página da internet da empresa ALTO Perfis Pultrudidos, Lda: visitada dia 22/11/2010. [3.2] S. Cabral-Fonseca, J.R. Correia, R. Costa, A. Carreiro, M. Paula Rodrigues, M. Isabel Eusébio, F.A. Branco, Environmental degradation of GFRP pultruded profiles made of polyester and vinylester resins, 15th International Conference on Composite Structures, (Editor: A.J.M Ferreira), pp. 1-5, Porto, [3.3] A. Carreiro, Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP), Dissertação para obtenção de grau de mestre em Engenharia Civil, Instituto Superior Técnico, Lisboa, Maio 2010, 122p. [3.4] R. Costa, Durabilidade de perfis pultrudidos de poliéster reforçado com fibras de vidro (GFRP), Dissertação para obtenção de grau de mestre em Engenharia Civil, Instituto Superior Técnico, Lisboa, Novembro 2009, 108p. [3.5] ASTM D1141, Standard practice for preparation of substitute ocean water, American Society for Testing and Materials, West Conshohocken, PA, [3.6] NP EN ISO 6270, Tintas e vernizes. Determinação da resistência à humidade Parte 1: Condensação Contínua, Instituto Português da Qualidade, Caparica, [3.7] EN , Products and systems for the protection and repair of concrete structures. Definitions, requirements, quality control and evaluation of conformity. Surface protection systems for concrete, European Committee for Standardization, Brussels, [3.8] ASTM D 5229 Standard Test Method for Moisture Absorption Properties and Equilibrium Conditioning of Polymer Matrix Composite Materials, American Society for Testing and Materials, West Conshohocken, PA, 2004 [3.9] ISO , Paints and varnishes Colorimetry Part 1: Principles, International Organization for Standardization, Genève, [3.10] ISO , Paints and varnishes Colorimetry Part 2: Colour management, International Organization for Standardization, Genève, [3.11] Página da internet: Figura New Lab Chart, visitada a 17/12/2010. [3.12] ISO 2813, Paints and varnishes Determination of specular gloss of non-metalic paint films at 20º, 60º and 85º, International Organization for Standardization, Genève,

124 3. Campanha experimental [3.13] ISO 2813 Technical Corrigendum 1, Paints and varnishes Determination of specular gloss of non-metalic paint films at 20º, 60º and 85º, International Organization for Standardization, Genève, [3.14] ISO Plastics Determination of dynamic mechanical properties Part:1 General Principles, International Organization for Standardization, Genève, [3.15] ISO Plastics Determination of dynamic mechanical properties Part:5 Flexural vibration - Non-ressonance method, International Organization for Standardization, Genève, [3.16] S. Cabral-Fonseca, Caracterização por análise mecânica dinâmica de um material compósito de matriz polimérica reforçado com fibras de vidro, usado em perfis estruturais Matriz de viniléster, Departamento de Materiais, Núcleo de Materiais Orgânicos, LNEC, pp 1-4, Lisboa, [3.17] ISO 14125, Fibre-reinforced plastic composites Determination of flexural properties, International Organization for Standardization, Genève, [3.18] ISO 527-1, Plastiques Détermination des proprieties en traction Partie 1: Principes généraux, International Organization for Standardization, Genève, [3.19] ISO 527-4, Plastics Determination of tensile properties Part 4: Test conditions for isotropic and orthotropic fibre-reinforced plastic composites, International Organization for Standardization, Genève, [3.20] ASTM D Standard Test Method for Short-Beam Strength of Polymer Matrix Composite Materials and Their Laminates, American Society for Testing and Materials, West Conshohocken, PA, [3.21] EN ISO 14130, Fibre reinforced plastic composites Determination of apparent laminar shear strength by short-beam method, European Committee for Standardization, Brussels,

125 Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) 4 4 Resultados e discussão 4.1 Introdução No presente capítulo são apresentados e discutidos os resultados obtidos nos ensaios realizados durante a campanha experimental descrita no capítulo 3. Quando aplicável, é efectuada uma análise comparativa dos resultados obtidos, considerando resultados obtidos de outros estudos e também os resultados já existentes de investigações anteriores. Desta forma é possível relacionar as características dos materiais que constituem os perfis pultrudidos de GFRP e os efeitos da sua exposição ambiental, nos vários conjuntos definidos no capítulo 3. O capítulo inicia-se com a apresentação dos resultados do material, de modo a contextualizar os resultados obtidos, com os resultados decorrentes de investigações anteriores. De seguida, são apresentados os resultados de caracterização das propriedades físicas do material envelhecido, designadamente os resultados obtidos em termos de variação de massa e absorção de humidade, variação da cor e do brilho e sua consequente análise e discussão. Por fim apresentam-se os resultados de caracterização mecânica que inclui a avaliação das propriedades em flexão, tracção e corte interlaminar, assim como de análise mecânica-dinâmica. 101

126 4. Resultados da campanha experimental 4.2 Caracterização inicial dos perfis GFRP Os perfis de GFRP utilizados no presente estudo, provêm de uma investigação iniciada anteriormente [4.1]. Por esta razão, como já foi descrito no capítulo 3, não foi necessário efectuar a caracterização inicial do material. No entanto, a caracterização inicial do material é importante, pois estabelece o ponto de partida para o estudo realizado. A análise da evolução do desempenho do material em estudo apenas será possível conhecendo o seu historial. Deste modo, apresentam-se os resultados de caracterização físico-química efectuada inicialmente sobre o material que constitui os perfis pultrudidos de GFRP (Quadro 4.1). Quadro Propriedades físico-químicas iniciais do material em estudo, adaptado de [4.2]. Propriedade Método Resultados Teor em fibra de vidro (%) Massa volúmica T g (ºC) Propriedades mecânicas Calcinação 68,7 ± 0,4 Imersão (g/cm 3 ) 2,03 ± 0,052 DMA Tracção Flexão E inicial tan δ σ tu (MPa) E t (GPa) σ fu (MPa) E f (GPa) 98,6 ± 7,0 126,9 ± 2,3 393 ± 51 38,9 ± 4,1 537 ± 73 28,4 ± 3,4 Corte σ u (MPa) 39,2 ± 4,2 Segundo Cabral-Fonseca [4.2], encontra-se no material a presença de éster e de estruturas alifáticas, o que é comum nas estruturas moleculares de viniléster insaturado. Referem-se ainda a presença de sílica, material constituinte das fibras de vidro presentes, e também de carbonato de cálcio que apresentará uma função de filler. Segundo Carreiro [4.1] a massa volúmica dos perfis encontra-se dentro da regularidade. De facto, segundo o fabricante Strongwell, um perfil de GFRP com matriz de viniléster apresenta valores para esta grandeza entre 1,70 a 1,95 g/cm

127 Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) 4.3 Caracterização das propriedades físicas dos perfis GFRP Absorção de água e variação da massa Conforme descrito no capítulo anterior, os provetes denominados viajantes foram sujeitos a uma medição semanal de controlo de massa e temperatura de exposição, permitindo a construção de curvas que ilustram a variação desta grandeza ao longo do tempo. As fichas individuais das medições encontram-se no Anexo A, representando-se nas Figuras 4.1, a 4.5 os resultados conjuntos obtidos nos dois grupos. Encontra-se também, na Figura 4.6, a representação de resultados semelhantes, sempre em relação ao material em estudo, obtidos noutras investigações [ ]. Refere-se ainda que, no Anexo A, se encontram representados ainda o resultado da regularização das massas que foram efectuadas após as colheitas de modo a atingir o estado seco. Cada ponto apresentado nas Figuras 4.1 a 4.6 representa a variação de massa para um determinado ambiente de exposição. Nos sistemas de viniléster, a absorção de humidade pode ser acompanhada por um processo de cura residual. No entanto, o desvio efectivo das distribuições clássicas de difusão são insignificantes a um nível global [4.5], permitindo a utilização destas aproximações. Assumindo então, que a absorção de humidade segue a lei de Fick, o coeficiente de difusão aparente D, que aproxima este comportamento de um modo relativo, pode ser determinado pela seguinte expressão [4.4]: (4.1) onde L e, w e h são o comprimento, largura e espessura do provete, respectivamente, e M 1 e M 2 correspondem à variação de massa no tempo t 1 e t 2, respectivamente. O tempo t 1 e t 2 são tais que a variação de massa pode ser assumida como tendo uma variação linear em relação à raiz quadrada do tempo. Os valores da variação máxima de absorção verificada obtidos durante o período de exposição correspondem a M m (registados sob a forma de percentagem de massa ganha) e D é o coeficiente de difusão aparente. Os valores obtidos para estas duas grandezas encontram-se no Quadro 4.2. O Quadro 4.3 apresenta os valores das mesmas grandezas provenientes de outras investigações. Liao et al. [4.3] para estudar os efeitos de envelhecimento acelerado em perfis pultrudidos de GFRP com matriz de viniléster investigou sobre a capacidade de absorção dos mesmos registou a variação da massa do material ao longo do tempo em imersões em soluções salgadas e em 103

128 4. Resultados da campanha experimental água desmineralizada a 25 ºC e 75 ºC. Kharbari e Zhang [4.4] e Chu et al. [4.6] utilizaram em ambas as investigações materiais compósitos com matriz de viniléster reforçados uniaxialmente com fibras de vidro, de modo a investigarem a durabilidade deste material em ambientes de imersão em água desmineralizada e a avaliação da influência do processo de secagem, respectivamente. 104

129 Variação de massa (%) Variação de massa (%) Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0, Tempo (h) W-20 W-40 W-60 Figura 4.1 -Curvas experimentais da variação de massa dos provetes viajantes imersos em água desmineralizada do Grupo I 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0, Tempo (h) S-20 S-40 S-60 Figura Curvas experimentais da variação de massa dos provetes viajantes em imersões salinas do Grupo I 105

130 Variação de masa (%) Variação de masa (%) 4. Resultados da campanha experimental 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0, Tempo (h) WD-20 WI-20 WFI-20 Figura Curvas experimentais da variação de massa dos provetes viajantes imersos em água desmineralizada a 20 ºC do Grupo II 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 WD-40 WI-40 WFI Tempo (h) Figura Curvas experimentais da variação de massa dos provetes viajantes imersos em água desmineralizada a 40 ºC do Grupo II 106

131 Variação de massa (%) Variação de masa (%) Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) 1 0,8 0,6 0,4 0,2 CCD-40 CCI-40 CCFI Tempo (h) Figura Curvas experimentais da variação de massa dos provetes viajantes em condensação em contínuo a 40 ºC do Grupo II. 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0, Tempo (h) W-25 K.Liao W-75 K.Liao S-25 (5% sal) K. Liao S'-25 (10% sal) K. Liao W-23 V.M. Karbhari (UM2403) Figura Curvas experimentais da variação de massa obtidas em investigações semelhantes, adaptado [ ] 107

132 Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) Quadro Coeficiente de difusão aparente e percentagem de variação máxima de massa. Grupo I Grupo II Ambiente M m (%) D (x10-7 mm 2 /s) Ambiente M m (%) D (x10-7 mm 2 /s) W-20 0,62 1,69 WD-20 0,64 11,1 W-40 0,64 1,22 WI-20 0,68 3,52 W-60 0,77 2,26 WFI-20 0,74 3,22 S-20 0,34 1,47 WD-40 1,04 2,70 S-40 0,31 1,65 WI-40 0,96 2,46 S-60 0,45 6,14 WFI-40 0,64 2,30 CCD-40 0,44 5,55 CCI-40 0,91 3,00 CCFI-40 0,77 2,67 Quadro Comparação dos resultados com outras investigações prévias, adaptado [4.3, 4.4, 4.6]. Ambiente M m (%) D (x10-7 mm 2 /s) Ambiente M m (%) D (x10-7 mm 2 /s) W-25 K.Liao 0,81 - W-60 W. Chu 0,569 2,70 W-75 K.Liao 0,73 - W-23 Karbhari 0,20 4,3 S-25 K. Liao 0,51 - W-60 Karbhari 0,31 8,2 S -25 K.Liao 0,45 - W-23 W. Chu 0,164 1,39 O comportamento observado nos provetes do Grupo I encontra-se em conformidade com os resultados verificados anteriormente, ou seja, é possível admitir um comportamento Fickiano, que mostra um rápido crescimento inicial, que abranda e se aproxima da saturação ao longo do tempo, após imersão prolongada, que é consistente com os resultados obtidos por Liao et al. [4.3] e por Karbhari e Zhang [4.4] perceptíveis na Figura 4.4. Como seria expectável, as variações neste grupo registam-se já num patamar temporal relativamente avançado (> 8700 horas) o que sugere à partida que o material já se encontre relativamente perto da saturação. Ainda assim é de notar que: A variação de massa dos provetes imersos na solução salina manteve-se inferior à da água desmineralizada, com uma diferença entre os dois tipos de imersão situada em 0,25-0,35%. A maior diferença registada entre ambas foi à temperatura de 40 ºC. Uma possível explicação para este resultado reside na ocupação preferencial dos poros da matriz por partículas de cloreto de sódio, resultando numa inferior capacidade de absorção de água pelo material em si. Liao et al. [4.3] registou uma diminuição da 108

133 Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) absorção de humidade, em ambientes sucessivamente mais salinos, o que vai de encontro ao verificado no presente estudo. (Figura 4.4, curvas W-25, S-25 e S 25 do autor). As curvas de variação de massa registadas em soluções salinas obtiveram algumas oscilações, que podem ser explicadas pela mudança de operador semanalmente e alguma diferença na técnica de remoção de água superficial, o que pode afectar ligeiramente o resultado obtido. No entanto, a partir das horas, todas as curvas revelam uma estagnação acentuada, com valores muito semelhantes aos verificados às 8000 horas, indicando a continuação da saturação já atingida do material ao longo do tempo. As curvas de variação de massa W-20 e W-40, revelaram também algumas oscilações, mantendo uma tendência de aumento ao longo do tempo, embora oscilante e ligeira, na ordem dos 0,1-0,2%. A partir das 7700 horas a curva de variação de massa W-60 já teria começado a evidenciar sinais de redução de massa, o que é comprovado ao longo do tempo de uma forma lenta, mas tendencial, culminando numa redução na ordem dos 0,25% em relação ao valor máximo registado (0,77%). Este facto pode ser devido a fenómenos de pós-cura de algumas partes no seio do material, que não se encontravam devidamente curados, resultando subsequentemente num aumento da densidade de reticulação, diminuindo a absorção [4.7]. Na sua pesquisa, Liao et al. [4.3] também se deparou com este fenómeno nos perfis pultrudidos GFRP de viniléster, embora o mesmo se tenha registado mais cedo. Verificou que se notava, a altas temperatura, uma elevada variação de massa que decresceria a partir das 200 horas de exposição. A perda de massa a temperaturas elevadas está fortemente relacionado com a hidrólise ou com a separação de grupos da cadeia polimérica, como explicitado no subcapítulo 2.5. Salienta-se ainda que os coeficientes de difusão aparentes se encontram consistentes com os obtidos por Chu et al. [4.6] onde se observa um aumento consistente deste coeficiente entre 20 e 60 ºC, embora tenham ocorrido menor variação de massa. Em relação ao Grupo II, é possível admitir-se o mesmo tipo de comportamento Fickiano. No entanto, existem vários pontos a destacar da análise deste grupo entre os quais: 109

134 4. Resultados da campanha experimental Em relação à temperatura de 20 ºC os valores da variação de massa foram muito semelhantes variando entre os 0,64%, 0,68% e os 0,74% para os estados WD (Water Dried), WI (Water Isolated) e WFI (Water Fully Isolated) respectivamente. Estes resultados embora aparentem uma certa discrepância em relação ao esperado, são de certo modo inconclusivos por serem muito semelhantes. Uma possível explicação reside no facto da absorção destes provetes poder ter sido menor nos provetes não protegidos. Isto deve-se à existência de algum grau de saturação prévia, através de contacto com o ar, previamente à sua inserção nos ambientes de exposição, o que explica a cadência de resultados registados. No entanto, e apoiando-se no coeficiente de difusão registado (válido para qualquer temperatura de exposição) o valor desta grandeza diminui, à medida que o grau de protecção aumenta, ou seja, exactamente na ordem inversa da variação de massa. Desta forma, registam-se os valores de 11, mm 2 /s, 3, mm 2 /s e 3, mm 2 /s para os mesmos ambientes de onde se destaca uma redução significativa deste coeficiente entre os provetes não protegidos dos protegidos lateralmente e outra redução, embora menor, para os provetes totalmente protegidos, evidenciando a capacidade de retenção do isolante. Note-se que a diferença entre as reduções é facilmente explicada pela ausência da protecção do fabricante, nas superfícies laterais dos provetes aquando do corte dos mesmos. À temperatura de 40 ºC registam-se maiores variações de massa do que a 20 ºC como era expectável. Os valores registados foram de 1,04%, 0,96% e 0,64% para os estados WD, WI e WFI, respectivamente. O seu coeficiente de difusão registou-se em 2, mm 2 /s, 2, mm 2 /s e 2, mm 2 /s. Neste caso, observa-se uma diminuição sucessiva na variação de massa e no coeficiente de difusão o que indica a capacidade de impedir a absorção de água do isolante. Destaca-se também que a variação do coeficiente de difusão evolui da mesma forma como na temperatura de 20 ºC, sugerindo conclusões semelhantes. Relativamente à condensação em contínuo a 40 ºC, os valores registados estão de acordo com o previsto, com excepção da variação de massa para o estado WD, sendo inferior aos restantes de um modo análogo aos 20 ºC. Os valores registados foram de 0,44%, 0,91% e 0,77% para os estados CCD (Continuous Condensation Dried), CCI (Continuous Condensation Isolated) e CCFI (Continuous Condensation Fully Isolated) respectivamente. Seriam expectáveis valores ligeiramente superiores. Segundo Cabral-Fonseca [4.8], a absorção de humidade pode ser superior perante condições de presença de vapor de água a elevadas temperaturas, face ao contacto 110

135 Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) directo com a humidade (imersão), sugerindo maiores degradações e danos consequentes do material. Todos estes resultados são relativamente semelhantes à variação média máxima registada nas colheitas do restante material destinado a ensaios mecânicos, ocorrendo variações de ± 1,5% aos 18 meses, em relação aos provetes viajantes e ± 2% aos 24 meses, o que aponta para a fiabilidade do sistema de controlo de variação de massa efectuado Variação da cor De modo a verificar a variação da cor do material, foram seleccionados provetes destinados a ensaios de tracção do Grupo I, do ambiente de exposição de envelhecimento natural aos 2 anos de exposição, pois o factor mais relevante nesta propriedade é a influência ambiental (mais aproximado de condições de serviço possível). Desta forma, as coordenadas vectoriais cromáticas, do sistema de cor CIE 1976, encontram-se no Quadro 4.4. Quadro 4.4 Coordenadas cromáticas. Amostra L * a * b * L * a * b * E * Não envelhecido 74,15-0,88 1, anos 8T13 72,31-1,70 7,94-1,85-0,82 6,82 7,11 2 anos 8T14 73,56-1,81 10,05-0,60-0,93 8,92 8,99 2 anos 8T15 75,09-1,77 8,44 0,94-0,88 7,32 7,43 2 anos Ensaio mediano 74,33-1,80 8,47 0,07-0,92 7,34 7,40 Relativamente ao material não envelhecido, os valores observados estão em conformidade com as coordenadas esperadas. De facto, um valor elevado de L * (74,15 em 100) indica uma tonalidade clara do material e os valores perto de 0 dos parâmetros a * e b * indicam uma tonalidade acinzentada, como se verifica nos provetes em estudo. Em relação aos valores registados aos dois anos de exposição, verifica-se que todos os testes efectuados indicam que existe variação global de cor pois E* é superior a zero em todos os ensaios. Salienta-se também o facto de todos os provetes evoluírem no mesmo sentido em termos destas variações: Os valores de L* oscilaram entre -1,85 e 0,94, sendo registado um valor positivo de 0,07 para o teste mediano. Estes resultados indicam uma ligeira variação desta escala 111

136 4. Resultados da campanha experimental sendo a tendência verificada para o escurecimento do material, embora esta seja tão pequena que possa ser desprezada. Da mesma forma, as variações do vector a* são sempre no mesmo sentido, variando entre -0,82 e 0,92, ou seja, à volta de uma unidade na escala. Estes resultados revelam que a tendência ao longo do tempo do material será a ganhar tonalidade no sentido da cor verde (aproximadamente 1% mais verde ao fim de dois anos de exposição), embora estas variações também sejam muito pouco significativas. O mesmo já não se pode concluir sobre o vector b *. Este vector é o vector que assume maior relevância na variação global de cor. Os resultados registados encontram-se entre 6,82 e 8,92, estando o teste mediano associado ao valor de 7,34. O sentido positivo desta escala indica-nos o amarelecimento do material ao longo dos dois anos (cerca de 7,5% mais amarelo passados dois anos de exposição), que se traduz em mudanças de cor bastante identificáveis. A Figura 4.7, obtida através do software de processamento de imagem utilizado nos ensaios, ilustra o amarelecimento registado estabelecendo assim a correspondência esperada entre os valores registados e o que é efectivamente visível no material. Desta forma, encontram-se alterações de cor relevantes ao final de 2 anos de exposição o que está de acordo com o descrito por Bogner et al. [4.9]. Este último refere que a alteração de cor apenas deixa de ser relevante a partir dos 3 a 5 anos de material exposto em condições de serviço. Figura Variação de cor registada após dois anos de exposição nos provetes teste. Carreiro [4.1] elaborou ensaios do mesmo tipo, em provetes do mesmo tipo material, inserido numa câmara de envelhecimento artificial acelerado (QUV). Verificou-se do mesmo modo o 112

137 Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) amarelecimento do material, sendo que o vector b * foi o mais condicionante, enquanto os restantes apresentaram apenas ligeiras variações. Após 1000, 2000 e 3000 horas de exposição a variação global de cor registou o valor de 8,83, 8,85 e 11,33 unidades, respectivamente. Os resultados observados ao fim de dois anos aproximam-se desta forma dos valores num ensaio QUV, variando apenas cerca de 1,40% em relação aos ensaios às 1000 e 2000 horas de exposição, contribuindo para uma correcta validação dos resultados obtidos Variação do brilho Em relação à variação do brilho, foram seleccionados os mesmos provetes que no ponto anterior (provetes de envelhecimento natural destinados ao ensaio mecânico de tracção), pelas mesmas razões já explicitadas previamente. Assim sendo, o Quadro 4.5 mostra os resultados obtidos neste ensaio. Como uma das superfícies corresponde à superfície interna do perfil original, encontram-se diferenças entre as superfícies. Ensaiaram-se ambas, distinguindo-se uma da outra pelas designações: fibrosa e lisa, uma vez que a superfície interna possui fibras de vidro visíveis por observação directa. Quadro Resultados do ensaio da variação de brilho (reflectância). Amostra Superfície 20º 60º 85º anos 8T11 Fibrosa 1,0 0,9 0,9 2,4 2,3 2,4 1,5 1,6 1,5 Lisa 4,6 4,4-26,3 25,9-27,2 27,6-2 anos 8T12 Fibrosa 0,9 1,0 0,9 2,6 2,8 2,9 1,6 1,5 1,9 Lisa 7,1 7,1-35,5 35,2-32,5 32,7-2 anos 8T13 Fibrosa 2,5 2,4 2,9 16,9 17,4 20,0 14,2 14,5 16,5 Lisa 0,8 0,8-1,8 1,6-1,0 1,0-2 anos 8T14 Fibrosa 2,1 1,8 2,1 12,7 12,5 13,2 10,0 9,7 9,7 Lisa 0,8 0,8-1,7 1,5-1,1 1,0-2 anos 8T15 Fibrosa 2,4 2,0 2,2 14,2 13,0 13,2 14,4 12,3 12,0 Lisa 0,9 0,8-1,7 1,6-1,6 1,4-113

138 4. Resultados da campanha experimental Relativamente aos resultados obtidos é de salientar os seguintes dois aspectos: A grande perda de brilho verificada nas superfícies expostas ao sol na calha é independente do tipo de superfície. De facto, os primeiros dois provetes tinham a superfície fibrosa exposta directamente ao sol, enquanto os restantes três tinham a superfície lisa e os resultados obtidos são todos muito semelhantes, variando entre 0,8-1,0 a 20º de incidência, 1,6-2,4 a 60º de incidência e 1,0-1,9 a 85º de incidência. No entanto, na superfície que se encontrava à sombra (menor incidência de radiação UV durante a maior parte do dia), nota-se que a superfície fibrosa possui menor brilho que a superfície lisa, de forma algo considerável. A distinção da superfície exposta ao sol, relativamente à exposta à sombra, apresenta-se no Quadro 4.6. Este quadro apresenta o resumo do estado do brilho do material, aos dois anos de exposição, conjugados com resultados obtidos no mesmo ensaio, para o mesmo material num estado não envelhecido, e expostos a um envelhecimento acelerado na câmara de QUV [4.1], analogamente ao ensaio de variação da cor. Quadro 4.6 Resumo dos resultados aos dois anos. Ambiente de exposição Superfície Inclinação 20º 60º 85º Não envelhecido - 4,3 27,7 27,4 QUV 1000h - 3,8 24,3 18,0 QUV 2000h - 0,8 2,6 1,2 QUV 3000h - 0,7 1,4 0,9 2 anos - Env. natural Sol 0,9 2,0 1,4 Sombra 3,7 21,2 19,6 Com base nestes resultados, é possível construir um gráfico que reflicta a perda de brilho ao longo do tempo, de uma forma comparativa, representado na Figura 4.8. Os resultados obtidos neste ensaio encontram-se de acordo com o esperado. Além da norma do ensaio [4.10, 4,11] indicar o valor do ângulo de incidência de 60º como universal, realça-se que para todos os ângulos de incidência testados a percentagem de brilho do material decresceu em valores muito significantes devido à exposição solar, onde se regista a retenção de apenas 7% do brilho original, para um ângulo de incidência de 60º, ao fim de dois anos de exposição. Estes valores são comparáveis aos valores obtidos no ensaio de QUV durante 3000 horas de exposição, onde as diferenças em termos comparativos são reduzidas, na ordem dos 2-5% consoante o grau de incidência considerado. 114

139 % de brilho do material Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) Não QUV 1000h QUV 2000h QUV 3000h 2 anos - sol 2 anos - envelhecido sombra 20º 60º 85º Figura 4.8 Comparação da evolução do brilho do material. O brilho do material à sombra corresponde a aproximadamente 77% do brilho original do material, a 60 º de incidência. Uma vez que este estado implica apenas a maioria do dia solar à sombra e não a totalidade do mesmo, é expectável alguma perda de brilho, embora pouca, comprovada pelos resultados obtidos. Bogner et al. [4.9], indica que a perda de brilho decorre de uma exposição prolongada a radiações ultravioletas, facto que se verifica fortemente, passados dois anos em condições de serviço, e que se pode confirmar facilmente pelo aspecto dos provetes em comparação com um não envelhecido, representados na Figura 4.9. Figura Comparação de um provete não envelhecido com três provetes após dois anos de envelhecimento natural. 115

140 4. Resultados da campanha experimental 4.4 Caracterização das propriedades mecânicas dos perfis GFRP Análise mecânico-dinâmica A análise destes resultados é efectuada tendo em consideração a apreciação de dois valores da temperatura de transição vítrea considerados mais importantes, obtidos através da curva de tan δ e do módulo de armazenamento (E ). O valor desta grandeza obtido através da primeira curva situa-se no pico da mesma, ou seja, a temperatura onde se verifica o seu máximo. De um modo mais conservativo, na outra curva considerada, também é efectuada uma análise da temperatura onde se inicia o decaimento do módulo de armazenamento, ao longo do tempo. Esta análise é importante em termos de aplicações estruturais, pois o decaimento desta grandeza (E ) traduz-se de forma prática numa redução significativa do desempenho mecânico do material. De modo a possibilitar uma análise comparativa, referem-se no Quadro 4.7 os resultados médios obtidos para a temperatura de transição vítrea, da análise das curvas individuais (tan δ e E ) de cada provete testado do Grupo I (Anexo B), e do seu módulo de armazenamento na região vítrea (considerou-se 30ºC). 116

141 Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) Tempo Ambiente de exposição [meses] Quadro Resultados de DMA do Grupo I. Temperatura de transição vítrea [ºC] tan δ E inicial E região vítrea [MPa] Não envelhecido 0 126,9 ± 2,3 98,6 ± 7, ± ,2 ± 3,0 99,2 ± 1, ± 3339 W ,2 ± 3,5 87,9 ± 4, ± ,8 ± 3,0 93,3 ± 2, ,4 ± 0,7 99,5 ± 8, ± 2548 W ,9 ± 1,1 93,3 ± 5, ± ,3 ± 1,9 90,3 ± 3, ± ,2 ± 12,8 92,8 ± 4, ± 3636 W ,5 ± 9,4 94,4 ± 8, ± ,3 ± 1,8 97,5 ± 1, ± ,5 ± 2,9 93,5 ± 2, ± 2685 S ,9 ± 1,9 98,7 ±4, ± ,6 ± 1,6 96,3 ± 2, ± ,3 ± 1,0 96,2 ± 2, ± 1763 S ,9 ± 0,2 94,5 ± 8, ± ,5 ± 1,7 99,2 ± 5, ± ,6 ± 2,2 100,5 ± 2, ± 4134 S ,3 ± 0,3 100,2 ± 0, ± ,5 ± 0,4 96,1 ± 8, ± 3128 Com base nos resultados obtidos e complementando com os resultados obtidos [4.1], é possível a construção de um gráfico que ilustre a evolução desta propriedade em função do tempo, representada nas Figuras 4.10 e 4.11, para as duas temperaturas a analisar, em relação às curvas tan δ e E, respectivamente. 117

142 Tg (E') [º C] Tg (tan δ) [º C] 4. Resultados da campanha experimental W-20 W-40 W-60 S-20 S-40 S Tempo (meses) Figura 4.10 Evolução da temperatura de transição vítrea retirado da curva tan δ dos ambientes do Grupo I W-20 W-40 W-60 S-20 S-40 S Tempo (meses) Figura Evolução da temperatura de transição vítrea retirado da curva E dos ambientes do Grupo I. Da análise dos resultados obtidos, pode-se considerar que: Até aos 9 meses de exposição por imersão em água às diferentes temperaturas, observa-se um decréscimo acentuado do valor médio de ao longo do tempo, em ambas as curvas consideradas. Contudo, entre os 9 e os 12 meses nota-se uma alteração nesta tendência verificando-se uma recuperação desta grandeza. 118

143 Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) Várias curvas experimentais individuais obtidas a partir dos 12 meses apresentam alterações significativas em relação ao material não envelhecido. Estas alterações ocorreram mais concretamente em imersão em água à temperatura mais elevada (W-60), e também na solução salina (S-60) embora com menor intensidade. As alterações em causa indiciam a coexistência de zonas no seio do material com diferentes graus de plasticização. A recuperação torna-se evidente nas restantes curvas (mais evidenciada para temperaturas elevadas, de forma geral), terminando em resultados próximos entre si para todos os ambientes e registando uma diferença de 5-7 ºC face ao valor inicial. Nota-se que, ambos os tipos de imersões em água desmineralizada e solução salina, às diferentes temperaturas, causam variações semelhantes no valor médio de ao longo do tempo, quando retirado da curva tan δ. No entanto, estas variações nem sempre são concordantes quando retiradas da curva E. Analisando a curva tan δ, verifica-se que a diminuição máxima da temperatura de transição vítrea ocorre em todos os ambientes considerados aos 9 meses, embora nunca decresça mais do que 10%. A única excepção é o ambiente W-40 que tem o seu mínimo registado aos 6 meses. A recuperação constatada a partir dos 9 meses de exposição, situa-se aos dois anos de exposição com valores entre 92-94% e 94-98% do valor original de, para a curva tan δ em relação à imersão em água e solução salina, respectivamente. Por outro lado, a recuperação no início do decaimento do módulo de armazenamento situa-se entre 92-99% e %. Os valores registados para o módulo de armazenamento na zona vítrea (valor de E aos 30 ºC) ao longo de todas as colheitas foram pouco consistentes. De facto, os valores registados aos 12, 18 e 24 meses apresentam-se díspares entre si, registando coeficientes de variação elevados, o que confirma a tendência verificada neste ponto. No entanto, note-se que os valores obtidos apresentam uma tendência decrescente com o passar do tempo a partir dos 12 meses de exposição, verificando-se os maiores decréscimos nas temperaturas de exposição mais reduzidas. 119

144 4. Resultados da campanha experimental Em termos globais e de acordo com Cabral-Fonseca [4.12], verifica-se que a diminuição do valor médio de, nos primeiros meses, indica a ocorrência de um fenómeno de plasticização do material a curto prazo, e hidrólise a longo prazo, normalmente verificado no contacto entre soluções aquosas e materiais poliméricos. A temperatura, responsável por aumentar a velocidade dos fenómenos de difusão, pode acelerar a este processo. Este facto é confirmado pelo rápido decaimento inicial às temperaturas mais elevadas e também pela sua recuperação, onde se verificam declives maiores, comparativamente às restantes temperaturas. A partir de um determinado período de imersão situado entre os 9 e 12 meses, o fenómeno de plasticização sofre um abrandamento, existindo recuperação dos valores de, principalmente para as temperaturas mais elevadas. Este acontecimento sugere a ocorrência de fenómenos de pós-cura da matriz de viniléster, estando em concordância e confirmando alguns dos valores do ensaio de variação de massa, como refere Chin et al. [4.13]. De uma forma geral, os resultados das imersões em água seguem as mesmas tendências que as soluções salinas, embora as últimas apresentem menor intensidade nas suas variações. Chu et al. [4.6] ao estudar os fenómenos de absorção de humidade em perfis pultrudidos de GFRP com matriz de viniléster, constatou que o declínio inicial de absorção encontra um patamar de recuperação, embora verificado mais cedo, às cerca de 10 a 15 semanas de exposição. O autor apresenta posteriormente uma queda até as 50 semanas, verificando-se posteriormente um patamar de alguma estagnação, com reduções máximas na gama 5,7-8%. Não são referidas as espessuras dos provetes utilizados para o controlo da absorção, apenas os utilizados nos ensaios mecânicos. Tal facto poderá ter influência na ocorrência deste fenómeno de forma mais célere. No entanto, nos ambientes expostos a maiores temperaturas coincidiram as menores reduções verificadas. De forma global, os resultados obtidos pelo autor são consistentes com os resultados aqui registados. De modo análogo, apresenta-se o Quadro 4.8, que inclui os resultados de DMA para os provetes testados do Grupo II. 120

145 Tg (tan δ) [º C] Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) Tempo Ambiente de exposição [meses] Quadro Resultados de DMA do Grupo II. Temperatura de transição vítrea [ºC] tan δ E inicial E região vítrea [MPa] Não envelhecido 0 126,9 ± 2,3 98,6 ± 7, ± 149 WD ,7 ± 1,5 102,7 ± 2, ± ,2 ± 8,3 98,0 ± 3, ± 2646 WD ,3 ± 6,5 94,3 ± 4, ± ,0 ± 3,6 94,7 ± 2, ± 3094 CCD ,0 ± 4,4 96,0 ± 2, ± ,3 ± 7,6 96,3 ± 8, ± 724 WI , 6 ± 7,2 90,3 ± 9, ± ,0 ± 2,6 88,3 ± 7, ± 1531 WI ,3 ± 3,1 103,0 ± 7, ± ,5 ± 2,1 69,3 ± 5, ± 1789 CCI ,0 ± 6,2 86,3 ± 25, ± ,0 ± 4,6 92,7 ± 1, ± 2525 Com base nos resultados obtidos é possível a construção de um gráfico que ilustre a evolução desta propriedade em função do tempo, representada nas Figuras 4.12 e 4.13, para as duas temperaturas a analisar, em relação às curvas tan δ e E, respectivamente WD-20 WD-40 CCD-40 WI-20 WI-40 CCI Tempo (meses) Figura Evolução da temperatura de transição vítrea retirado da curva tan δ dos ambientes do Grupo II. 121

146 Tg (E') [º C] 4. Resultados da campanha experimental WD-20 WD-40 CCD-40 WI-20 WI-40 CCI Tempo (meses) Figura Evolução da temperatura de transição vítrea retirado da curva E dos ambientes do Grupo II. Da análise dos resultados obtidos, pode-se constatar que: As curvas individuais registadas para os provetes protegidos lateralmente foram bastante diferentes das obtidas para o Grupo I. É possível observar na maioria das curvas tan δ a existência de dois picos pronunciados em vez de apenas um. A explicação lógica para este facto consiste na existência de revestimento protector e da sua passagem para o estado elastomérico. Assim sendo, o revestimento tem um comportamento viscoelástico diferente do resto do material, contribuindo para uma variação global positiva da temperatura de transição vítrea. No entanto, a espessura deste revestimento não é sempre exactamente a mesma, o que produz um ligeiro aumento do erro associado aos resultados obtidos. Relativamente à curva E, nota-se na maioria dos casos a existência de dois declives diferentes para a grandeza, sugerindo também um efeito do revestimento protector, que neste caso cederá primeiro que o resto do material. Na análise destas curvas o erro associado ainda é ligeiramente superior ao registado para as outras curvas como se pode constatar no Quadro 4.8. As curvas dos provetes para análise do estado seco apresentam um andamento semelhante às do Grupo I. Na análise do estado seco (curvas WD) destaca-se o aumento generalizado da temperatura de transição vítrea em relação aos valores iniciais. Para a curva tan δ verifica-se que todas as curvas têm a mesma evolução. Destaca-se um aumento em 122

147 Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) relação ao valor inicial, seguido de uma descida. O aumento máximo registado nunca excede um valor de 7,1%. Apenas à temperatura de 20 ºC o aumento é relativamente reduzido aos 6 meses, registando-se uma perda de 3% aos 12 meses. Os valores registados na curva E apresentam uma tendência decrescente embora relativamente reduzida ao longo do tempo, não se registando perdas superiores a 4,4%. Verifica-se ainda um ligeiro aumento à temperatura de 20 º C aos 6 meses. Na análise do estado protegido (curvas WI) regista-se uma tendência relativamente constante da grandeza ao longo do tempo em ambas as curvas. Na primeira curva, aos primeiros 6 meses nota-se um ligeiro aumento de (máximo de 1,3%) seguido de uma fase descendente, apresentando valores próximos dos iniciais aos 12 meses, à excepção da curva CCI-40 que mantém a sua fase crescente até um valor médio 2,1 ºC acima do inicial. A curva E apresenta uma tendência decrescente ao longo do tempo, embora de uma forma mais errática e com maior erro associado. As perdas desta grandeza chegam mesmo a valores na ordem de 20,9% para uma das curvas (WI-40), sendo este o valor máximo de perda associada. Os valores registados para o módulo de armazenamento na zona vítrea (valor de E aos 30ºC) ao longo de todas as colheitas foram pouco consistentes. De facto, como constatado no Grupo I, registaram-se coeficientes de variação elevados, sendo os resultados obtidos algo inconclusivos. Analisando o estado seco, é sugerido que a recuperação da propriedade verificada seja devida ao processo de reversibilidade na secagem do material. Como já explicitado, do processo de secagem resulta uma melhoria das propriedades pois acelera de um modo efectivo os fenómenos pós-cura da matriz de viniléster, permitindo maiores recuperações e mais céleres desta grandeza em questão. Em relação aos provetes protegidos, constata-se que o revestimento protector confere resistência à degradação de, pelo que até aos 12 meses de exposição a variação máxima nesta grandeza é de 1,3%, estando os valores médios registados muito próximos dos valores iniciais. De uma forma geral, conclui-se que as temperaturas mais elevadas e o grau de humidade acentuam as mudanças verificadas no material, ou seja maiores variações ou mais acentuadas. A única excepção verificada foi a curva CCI-40 de onde se pode 123

148 4. Resultados da campanha experimental concluir que o revestimento protector funcionou como uma barreira eficaz à humidade instalada, influenciando os resultados obtidos Análise das propriedades em flexão Para o estudo desta propriedade e tendo em conta todas as condicionantes de durabilidade pretendidas na investigação, salienta-se que foram realizados ensaios individuais a 160 provetes, cujos resultados individuais são apresentados no Anexo C, tal como no ensaio de DMA. Os ensaios e os modos de rotura associados vão de encontro ao esperado, como indicado no capítulo 3 e encontram-se representados nas Figuras 4.14 e Desta forma, é possível a verificação da rotura na zona central, onde se verifica a quebra da matriz e também a separação e rotura das fibras. Figura Curvas experimentais de tensão-deformação tipicamente observadas no ensaio de flexão Figura Rotura típica de um provete do ensaio de flexão. 124

149 Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) De modo a possibilitar uma análise comparativa, referem-se no Quadro 4.9 os resultados médios obtidos para a tensão axial de flexão na rotura, a deformação axial na rotura e o módulo de elasticidade em flexão, para provetes do Grupo I. Quadro Resultados médios obtidos dos ensaios de flexão para o Grupo I. Ambiente de exposição Tempo E f [meses] [MPa] [GPa] Não envelhecido 0 537,0 ± 73,0 0,025 ± 0,005 28,4 ± 3, ,1 ± 41,8 0,022 ± 0,001 19,1 ± 2,7 W ,4 ± 31,6 0,023 ± 0,001 19,7 ± 0, ,1 ± 69,5 0,021 ± 0,003 20,8 ± 0, ,9 ± 17,2 0,020 ± 0,001 20,0 ± 1,6 W ,1 ± 34,8 0,018 ± 0,003 23,2 ± 4, ,0 ± 52,9 0,018 ± 0,002 22,8 ± 2, ,1 ± 31,5 0,020 ± 0,001 15,5 ± 1,6 W ,1 ± 19,5 0,017 ± 0, ,8 ± 1, ,1 ± 34,8 0,017 ± 0,002 21,6 ± 2, ,3 ± 28,3 0,024 ± 0,002 17,8 ± 1,9 S ,4 ± 28,8 0,020 ± 0,004 23,6 ± 1, ,6 ± 53,6 0,022 ± 0,002 22,2 ± 2, ,4 ± 43,2 0,022 ± 0,001 19,0 ± 2,7 S ,9 ± 60,0 0,021 ± 0,002 22,0 ± 3, ,6 ± 16,5 0,021 ± 0,001 21,9 ± 0, ,9 ± 40,0 0,020 ± 0,001 18,5 ± 1,9 S ,3 ± 23,6 0,019 ± 0,001 18,1 ± 1, ,4 ± 29,2 0,019 ± 0,001 20,6 ± 1,5 NE ,1 ± 13,5 0,030 ± 0,002 18,0 ± 2, ,8 ± 42,9 0,031 ± 0,002 22,0 ± 2,7 Através dos resultados obtidos, complementados com resultados anteriores [4.1] é possível a obtenção de gráficos que ilustrem a evolução destas propriedades ao longo do tempo de exposição, de um modo análogo à análise dinâmico-mecânica, apresentadas nas Figuras 4.16, 4.17 e

150 Deformação na rotura Tensão de rotura [MPa] 4. Resultados da campanha experimental W-20 W-40 W-60 S-20 S-40 S-60 NE Tempo (meses) Figura Evolução da tensão de rotura à flexão ao longo do tempo para provetes de Grupo I. 0,035 0,030 0,025 0,020 0,015 0,010 0,005 W-20 W-40 W-60 S-20 S-40 S-60 NE 0, Tempo (meses) Figura Evolução da deformação na rotura à flexão ao longo do tempo para provetes de Grupo I. 126

151 Modulo de elasticidade em flexão [GPa] Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) Tempo (meses) W-20 W-40 W-60 S-20 S-40 S-60 NE Figura Evolução do módulo de elasticidade em flexão ao longo do tempo para provetes do Grupo I. Analisando os resultados obtidos, pode-se constatar que: Verifica-se uma tendência de degradação geral da tensão de rotura à flexão ao longo do tempo. No entanto, aos 12 meses de exposição denota-se uma recuperação desta propriedade, ocorrendo um ligeiro aumento da mesma (na ordem dos 3%) para os ambientes imersos em água, com excepção da temperatura de 60 ºC, que se mantém descendente ao longo de dois anos. A recuperação é mais evidente nos ambientes imersos em soluções salinas prolongando e acentuando a recuperação até aos 18 meses de exposição até um máximo de 12,5%, seguida de uma nova queda. Esta recuperação pode ser justificada de um modo semelhante ao ensaio de DMA, evidenciando um patamar de pós-cura no seio da matriz de viniléster, comprovada pela recuperação de massa registada nestas alturas (apresentadas no subcapítulo 4.3.1). No entanto, problemas mecânicos registados na utilização da máquina para os ensaios, atrasaram alguns dos ensaios de ambos os Grupos de exposição aos 18 meses, o que poderá ter interferir de certo modo nos resultados Todos os ambientes registam perdas finais evidenciando a degradação ao longo dos dois anos de exposição, com excepção dos provetes de envelhecimento natural. De facto, registam-se perdas de 21,1%, 27,4% e 47,7% para os provetes imersos em água a 20 ºC, 127

152 4. Resultados da campanha experimental 40 ºC e 60 ºC, respectivamente. Já nas soluções salinas observam-se perdas de 17,8%, 25,8% e 32,9% para os ambientes expostos a 20 ºC, 40 ºC e 60 ºC, respectivamente. Destaca-se deste modo a aceleração da degradação desta propriedade consoante o aumento de temperatura, sendo maior o seu efeito em imersões em água. Todos os ambientes apresentam maior degradação que os provetes de envelhecimento natural. Estes sofrem uma descida de 7,7% passado um ano de exposição mas o seu valor médio apresenta uma recuperação aos dois anos de exposição, terminando com uma redução na ordem dos 2%. Destaca-se a grande diferença na degradação desta propriedade, quando em contacto pontual com a água ou na forma de imersão. Em relação à deformação na rotura verifica-se, além de alguma oscilação geral da grandeza nos primeiros meses de exposição, nota-se uma tendência decrescente a partir dos 9 meses, prolongando-se até aos 18 meses de exposição. No restante tempo de exposição existem apenas ligeiras variações mantendo-se o valor médio praticamente constante. A única excepção a esta tendência volta a ser o ambiente de exposição natural, que apresenta um aumento do deslocamento na rotura de 24%. As maiores diferenças na deformação verificam-se nos ambientes com temperaturas mais elevadas, sendo maiores também nos ambientes imersos em água. Registam-se perdas máximas de 32% para o ambiente W-60 e perdas mínimas de 12% verificadas no ambiente S-20. Já o módulo de elasticidade em flexão continua a apresentar uma tendência decrescente que já vinha manifestando até aos 12 meses de exposição, atingindo nesta data as suas perdas máximas. Posteriormente, esta propriedade apresenta uma recuperação evidenciada até aos 24 meses de exposição. Este aumento de rigidez é compatível com a possível existência de alguma pós-cura já referida. As perdas máximas continuam a ser verificadas para maiores temperaturas de exposição registando-se uma perda de 45,4% para o ambiente W-60. As perdas mínimas registam-se na curva experimental W-40 para a qual ocorre uma redução de 29,6% da propriedade. 128

153 Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) Na propriedade em questão já não é conclusivo que as imersões em água apresentem mais degradação que as imersões salinas. Ao fim de 24 meses de exposição a recuperação atingida implica perdas entre 19,7% e 27,5% para os ambientes W-40 e S-60, respectivamente, em relação aos valores iniciais, evidenciando a recuperação bem visível na Figura De modo análogo, apresenta-se o Quadro 4.10, que inclui os resultados de flexão para os provetes do Grupo II. Quadro Resultados médios obtidos dos ensaios de flexão para o Grupo II. Ambiente de exposição Tempo E f [meses] [MPa] [GPa] Não envelhecido 0 537,0 ± 73,0 0,025 ± 0,005 28,4 ± 3,4 WD ,4 ± 36,3 0,022 ± 0,002 23,7 ± 2, ,8 ± 60 0,027 ± 0,003 21,1 ± 0,8 WD ,2 ± 53,9 0,023 ± 0,002 21,8 ± 4, ,5 ± 65,3 0,025 ± 0,003 20,2 ± 2,5 CCD ,7 ± 11,7 0,023 ± 0,002 22,7 ± 2, ,2 ± 61,1 0,022 ± 0,002 21,1 ± 3,6 WI ,0 ± 17,0 0,024 ± 0,003 21,4 ± 2, ,6 ± 37,8 0,023 ± 0,002 20,1 ± 1,5 WI ,9 ± 42,5 0,024 ± 0,002 20,1 ± 2, ,9 ± 83,9 0,020 ± 0,001 20,9 ± 3,7 CCI ,9 ± 27,1 0,018 ± 0,003 27,1 ± 20, ,6 ± 46,8 0,022 ± 0,002 19,3 ± 1,8 Com base nos resultados, obtidos é possível a construção de gráficos que demonstrem a evolução destas propriedades em função do tempo, representados nas Figuras 4.19, 4.20 e

154 Deformação na rotura Tensão de rotura [MPa] 4. Resultados da campanha experimental WD-20 WD-40 CCD-40 WI-20 WI-40 CCI Tempo (meses) Figura Evolução da tensão de rotura à flexão ao longo do tempo para provetes de Grupo II. 0,035 0,030 0,025 0,020 0,015 0,010 0,005 WD-20 WD-40 CCD-40 WI-20 WI-40 CCI-40 0, Tempo (meses) Figura Evolução da deformação na rotura à flexão ao longo do tempo para provetes de Grupo II. 130

155 Módulo de elasticidade em flexão [GPa] Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) WD-20 WD-40 CCD-40 WI-20 WI-40 CCI Tempo (meses) Figura Evolução do módulo de elasticidade em flexão ao longo do tempo para provetes do Grupo II. Através dos resultados obtidos, pode-se constatar que: A tensão de rotura tende a degradar-se ao longo do tempo, embora de um modo menos acelerado em comparação com o Grupo I, como resultado de fenómenos de plasticização e hidrólise do material. As perdas registadas ao fim de 12 meses atingiram um máximo de 27,5% e um mínimo de 10,6% nos ambientes WI-40 e WD-20 respectivamente. De um modo geral, a temperatura acentua os fenómenos de degradação desta propriedade, verificando-se ainda um impacto maior da humidade constante nas curvas de condensação em contínuo em comparação com as restantes. Ao fim de 12 meses, os provetes protegidos evidenciam maiores perdas que os provetes que foram secos antes de serem ensaiados. É evidenciada uma recuperação da tensão de rotura para os provetes de secagem imersos em água à temperatura de 20 ºC e de 40 ºC. Este facto, também verificado no primeiro grupo, pode ser resultado dos possíveis efeitos de pós-cura na matriz de viniléster já mencionados. De facto, todo o processo de secagem pode contribuir para este efeito, igualmente verificado nos ensaios de DMA. No entanto, o ambiente exposto à humidade não apresenta esta melhoria de desempenho. 131

156 4. Resultados da campanha experimental O coeficiente de variação é relativamente grande, para alguns ambientes de exposição. Tal facto pode estar relacionado com a espessura do revestimento aplicado não ser exactamente igual em todos os provetes, o que poderá ter induzido diferentes taxas de deterioração da mesma, contribuindo assim para uma degradação menos homogénea nos provetes de isolamento lateral, onde se nota um aumento do erro com o passar do tempo. Nos provetes de secagem estes valores poderão estar relacionados com a reversibilidade na secagem, visto que esta se processa de modo diferente consoante o grau de degradação dos provetes. A deformação na rotura apresenta uma tendência decrescente ao fim de 6 meses, registando-se diminuições na ordem dos 10%. A sua maior redução encontra-se no ambiente CCI-40. Já aos 12 meses os valores apresentam tendências distintas, registando-se aumentos para os mesmos provetes que evidenciam recuperação de tensão de rotura e diminuições nos restantes. As perdas ao fim de 12 meses variam entre um ganho de 8% e uma perda de 20% em relação ao valor inicial para os ambientes WD-20 e WI-40, respectivamente. O módulo de elasticidade em flexão encontra-se com uma tendência descendente para todas as curvas durante todo o intervalo de tempo considerado. De facto a degradação desta propriedade é relativamente linear para todas as curvas apresentadas, encontrando-se todas com valores algo próximos uns dos outros passado um ano. As perdas máximas registadas situam-se entre os 25,7% e os 32,0% para os ambientes WD-20 e CCI-40, respectivamente. Os fenómenos de recuperação desta grandeza verificados no Grupo I apenas ocorrem a partir de um ano de exposição, pelo que a tendência decrescente desta propriedade poderá não se manter. A comparação desta propriedade com os provetes do Grupo I não apresenta grandes diferenças, sendo a degradação verificada ligeiramente menor. De uma forma geral, os provetes de secagem apresentam degradações menos acentuadas que os de protecção lateral, sendo sempre influenciadas pelo aumento de temperatura e exposição a humidade prolongada. 132

157 Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) Realça-se, por fim, que comparativamente aos provetes do Grupo I, ambas as variantes demonstram menor degradação ao longo do tempo, sugerindo que a protecção lateral aplicada e a reversibilidade do processo de secagem influenciam a taxa de degradação desta propriedade, aumentando consequentemente a retenção desta propriedade. Os resultados obtidos encontram-se em conformidade com as colheitas já realizadas aos 3, 6 e 9 meses de exposição [4.1]. Liao et al. [4.3] caracterizou as propriedades em flexão de material retirado de perfis pultrudidos GFRP com matriz de viniléster, num sistema de flexão em 4 pontos. De um modo semelhante, o autor registou degradação da tensão de rotura ao longo do tempo, onde ao fim de 3900 horas de exposição, provetes imersos em água desmineralizada e numa solução salina com 5% de concentração de sal apresentaram reduções de 12% e 13%, respectivamente, à temperatura ambiente. Aqueles autores reportaram também o forte efeito da temperatura, onde após 2400 horas de exposição em água a 75 ºC se registou uma redução de 40% nesta propriedade. Em relação ao módulo de elasticidade, registou-se uma perda de 10% para este ultimo ambiente. As restantes perdas revelaram-se pouco significativas ao longo da experiência Análise das propriedades em tracção Num processo análogo ao ensaio anterior, foram realizados ensaios individuais a 160 provetes, cujos resultados individuais são apresentados no Anexo D. Os ensaios e modos de rotura apresentados decorreram como esperado e encontram-se representados nas Figura 4.22 e Neste, a zona de rotura e a delaminação associada são bem visíveis. 133

158 4. Resultados da campanha experimental Te ns ão de tr ac çã o Deformação em tracção ( ) [%] Figura Curvais experimentais de tensão-deformação tipicamente observadas no ensaio de tracção Figura Rotura típica de um provete do ensaio de tracção. De modo a possibilitar uma análise comparativa, encontra-se o Quadro 4.11 lista os resultados médios obtidos para a tensão de tracção axial na rotura, a deformação axial na rotura e o módulo de elasticidade em tracção, para provetes do Grupo I. 134

159 Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) Quadro Resultados médios obtidos dos ensaios de tracção para o Grupo I. Ambiente de exposição Tempo E t [meses] [MPa] [%] [GPa] Não envelhecido 0 394,0 ± 52,0 1,12 ± 0,15 38,9 ± 4, ,0 ± 6,0 1,13 ± 0,11 40,3 ± 3,6 W ,0 ± 8,6 1,19 ± 0,11 37,3 ± 3, ,0 ± 66,0 0,91 ± 0,31 36,2 ± 4, ,0 ± 52,0 0,88 ± 0,08 35,3 ± 5,5 W ,0 ± 41,2 1,05 ± 0,17 34,1 ± 3, ,0 ± 38,5 1,05 ± 0,14 33,9 ± 2, ,0 ± 43,0 0,83 ± 0,17 35,4 ± 5,5 W ,0 ± 26,6 0,71 ± 0,13 36,1 ± 4, ,0 ± 19,0 0,76 ± 0,12 34,7 ± 2, ,0 ± 51,0 1,08 ± 0,08 35,7 ± 2,6 S ,0 ± 45,3 1,16 ± 0,13 32,8 ± 1, ,0 ± 39,4 1,06 ± 0,04 37,6 ± 3, ,0 ± 50,0 1,02 ± 0,11 35,9 ± 4,6 S ,0 ± 45,3 1,01 ± 0,09 38,8 ± 3, ,0 ± 52,4 1,15 ± 0,18 32,7 ± 1, ,0 ± 50,0 1,04 ± 0,13 32,8 ± 1,4 S ,0 ± 21,5 0,88 ± 0,16 36,8 ± 3, ,0 ± 28,0 0,93 ± 0,13 32,6 ± 4,0 NE ,0 ± 42,0 1,10 ± 0,11 38,9 ± 4,0 24 Através dos resultados obtidos, complementados com resultados anteriores [4.1], é possível a definição de gráficos que demonstrem a evolução destas propriedades ao longo do tempo de exposição, apresentados nas Figuras 4.24, 4.25 e

160 Deformação na rotura [%] Tensão de rotura [MPa] 4. Resultados da campanha experimental Tempo (meses) W-20 W-40 W-60 S-20 S-40 S-60 NE Figura Evolução da tensão de rotura à tracção ao longo do tempo para provetes de Grupo I. 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 W-20 W-40 W-60 S-20 S-40 S-60 NE Tempo (meses) Figura Evolução da deformação na rotura à tracção ao longo do tempo para provetes de Grupo I. 136

161 Módulo de elasticidade em tracção [GPa] Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) W-20 W-40 W-60 S-20 S-40 S-60 NE Tempo (meses) Figura Evolução do módulo de elasticidade em tracção ao longo do tempo para provetes do Grupo I. Analisando os resultados obtidos, constata-se que: A tensão de rotura observada degrada-se, de um modo geral, ao longo do tempo. No entanto, a partir dos 9 meses verifica-se a recuperação desta propriedade, exceptuando o ambiente W-60. De facto, a existência por esta altura de fenómenos de pós-cura, já evidenciados nos outros ensaios, também se faz sentir. As maiores recuperações verificam-se nos ambientes com menor temperatura de exposição, onde o menor efeito degradativo pode contribuir para este facto, chegando a atingir 21,8% na curva W-20. As maiores perdas verificadas registam-se para os ambientes submetidos a temperaturas mais elevadas, atingindo uma perda máxima de 38,1% para água desmineralizada e 23,9% para água salgada, sugerindo um maior efeito degradativo consoante o aumento da temperatura de imersão. Ao fim de dois anos de exposição verifica-se, de um modo geral, que as imersões em água desmineralizada apresentam maiores efeitos degradantes do que as imersões salinas, análogo ao constatado em flexão no primeiro grupo. As perdas verificadas ao fim deste tempo variam entre 1,0-35,1%, evidenciando ainda sinais da recuperação desta propriedade nos ambientes sujeitos às temperaturas de 20 ºC e de 40 ºC. 137

162 4. Resultados da campanha experimental Os provetes expostos de envelhecimento natural apresentam menor degradação do que a maioria dos restantes ao fim de um ano de exposição, apresentando uma perda de apenas 3,3%. Salienta-se ainda que os coeficientes de variação registados neste ensaio para a tensão de rotura foram relativamente elevados para alguns ambientes. Em relação à deformação na rotura observam-se valores tendencialmente decrescentes, apresentando ligeiros aumentos ao fim de um ano de exposição, à excepção do ambiente W-40. De igual modo às restantes propriedades, as imersões em água à temperatura mais elevada são os que apresentam maiores reduções, sendo o factor temperatura mais condicionante. A redução máxima registada é de 36,7%, no ambiente W-60. Esta propriedade apresenta mudanças desprezáveis para o ambiente de envelhecimento natural onde ao fim de ano apenas varia 1,8%. Ao fim de dois anos de exposição a deformação na rotura encontra-se muito semelhante aos valores iniciais, exceptuando o ambiente W-60 com uma variação de 32,2 %. As restantes encontram-se entre um aumento de 2,6% para o ambiente S-40 e 18,8%. Para o ambiente W-20. Salienta-se também que de forma geral, esta propriedade em tracção assume variações muito reduzidas ao longo de toda a exposição, nunca atingindo variações significativas. O módulo de elasticidade em tracção apresenta uma tendência decrescente ao longo do tempo. No entanto, salienta-se que todos os ambientes de exposição apresentam oscilações iniciais. A partir dos 12 meses de exposição, verificam-se recuperações já evidenciadas noutras propriedades. A redução máxima desta propriedade verifica-se ao fim de 2 anos de exposição para o ambiente S-60, atingindo 16,2%. A redução mínima consiste apenas em 3,4% verificada no ambiente S-20 que evidencia sinais de pós-cura na última colheita realizada. Apresenta-se, de seguida, os restantes resultados médios do ensaio de tracção para os provetes do Grupo II, apresentados no Quadro

163 Tensão de rotura [MPa] Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) Quadro Resultados médios obtidos dos ensaios de tracção para o Grupo II. Ambiente de exposição Tempo E t [meses] [MPa] [GPa] Não envelhecido 0 394,0 ± 52,0 1,12 ± 0,15 38,9 ± 4,0 WD ,0 ± 49,9 0,90 ± 0,25 36,7 ± 5, ,0 ± 43,1 1,22 ± 0,09 35,9 ± 4,6 WD ,0 ± 58,0 1,14 ± 0,18 34,3 ± 3, ,0 ± 57,7 1,21 ± 0,14 33,8 ± 2,2 CCD ,0 ± 52,0 1,12 ± 0,15 36,2 ± 3, ,0 ±47,9 1,11 ± 0,14 34,1 ± 3,9 WI-20 WI-40 CCI ,0 ± 24,2 1,23 ± 0,11 37,5 ± 2, ,0 ± 46,1 1,09 ± 0,19 33,8 ± 1, ,0 ± 39,7 1,15 ± 0,11 36,1 ± 2, ,0 ± 45,8 1,06 ± 0,12 36,5 ± 5, ,0 ± 11,0 1,19 ± 0,13 36,5 ± 4, ,0 ± 33,7 1,06 ± 0,11 33,7 ± 4,5 Nas Figuras 4.27, 4.28 e 4.29, apresentam-se do mesmo modo a evolução destas propriedades ao longo do tempo Tempo (meses) WD-20 WD-40 CCD-40 WI-20 WI-40 CCI-40 Figura Evolução da tensão de rotura à tracção ao longo do tempo para provetes de Grupo II. 139

164 Módulo de elasticidade em traçcão [GPa] Deformação na rotura [%] 4. Resultados da campanha experimental 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 WD-20 WD-40 CCD-40 WI-20 WI-40 CCI Tempo (meses) Figura Evolução da deformação na rotura à tracção ao longo do tempo para provetes de Grupo II Tempo (meses) WD-20 WD-40 CCD-40 WI-20 WI-40 CCI-40 Figura Evolução do módulo de elasticidade em tracção ao longo do tempo para provetes do Grupo II. Analisando os resultados dos provetes do Grupo II, verifica-se que: A tensão de rotura apresenta pequenas variações para todos os ambientes ao longo de um ano de exposição. Ao fim de um ano de exposição, a variação desta propriedade encontra-se entre uma recuperação máxima de 11,4%, verificada no ambiente WI-20, e uma redução de apenas 140

165 Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) 1,53%, em WI-40. Note-se que esta recuperação máxima é verificada apenas num ambiente. O segundo maior aumento desta propriedade (CCI-40) é de 4,6%. No entanto, do final de um ano de exposição já se nota o efeito da degradação em alguns ambientes de exposição, tendo mais relevância os expostos a temperaturas mais elevadas e a condições de humidade. A perda máxima de propriedade registada foi de 8,13% para o ambiente CCI-40. Apenas a curva WD-20 apresenta a continuação da recuperação atingindo um aumento de 4,8%. A protecção lateral introduzida e o processo de reversibilidade na secagem contribuíram para uma menor degradação geral dos provetes em estudo. A deformação na rotura também regista pequenas alterações semelhantes às do grupo I, tendo a sua diminuição máxima o valor de 19,7%. O módulo de elasticidade em tracção apresenta valores muito próximos em todos os ambientes ao longo do tempo. Esta propriedade regista uma tendência descendente estando a redução máxima situada aos 12 meses de exposição. O valor máximo e mínimos registados ao final de um ano de exposição corresponde a 13,4% para a curva CCI-40, e 6,2% para a curva WI-40. Destaca-se também que nos ambientes a temperaturas elevadas, o aumento da humidade produziu as maiores degradações registadas. Kharbari e Zhang [4.4], ao analisar esta propriedade em materiais com matriz polimérica de viniléster reforçados com fibras de vidro uniaxialmente, constatam que em imersões em água a 23 ºC e 60 ºC, produzem efeitos de degradação significativos. Uma vez mais, nesse estudo os efeitos da degradação foram maiores a 60 ºC chegando a atingir os 47,5% de redução em termos da tensão de rotura em tracção. Os autores notam também a existência de um efeito de pós-cura, situado entre as 4 e as 8 semanas. O módulo de elasticidade em tracção apresentou uma perda de 11,6% ao fim de 57 semanas de exposição apresentando-se oscilante como constatado nos resultados aqui obtidos. Já Chu et al. [4.6] constataram, uma redução na tensão de rotura ao fim de 50 semanas de aproximadamente 28%, 42% e 56% para imersões em água a 23 ºC, 40 ºC e 60 ºC, respectivamente, utilizando perfis pultrudidos de GFRP com matriz de viniléster. No entanto, os 141

166 4. Resultados da campanha experimental autores analisaram o processo de reversibilidade, secando os provetes durante 28 dias após remoção dos ambientes de exposição, e verificara que este processo melhorou as propriedades em tracção, nomeadamente a tensão de rotura onde comparando com valores obtidos, registaram um aumento de 27,3%, 11,8% e 6,9% ao fim do mesmo tempo de exposição, para as imersões a 23 ºC, 40 ºC e 60 ºC, respectivamente Análise das propriedades em corte interlaminar Foram realizados ensaios individuais a 160 provetes de modo a permitir uma análise do comportamento ao corte interlaminar deste material ao longo do tempo, cujos resultados individuais se encontram no Anexo E. Os ensaios e os modos de rotura associados vão de encontro ao esperado e encontram-se representados na Figura 4.30 e Constata-se a deformação do provete e a delaminação do mesmo em várias camadas. Figura Curvais experimentais da força-deslocamento tipicamente observadas no ensaio de corte interlaminar. Figura Rotura típica de um provete do ensaio de corte interlaminar. 142

167 Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) Os resultados médios obtidos no ensaio ao corte interlaminar para provetes do Grupo I encontram-se listados no Quadro Quadro Resultados médios obtidos dos ensaios ao corte interlaminar para o Grupo I. Ambiente de exposição Tempo [meses] [MPa] Não envelhecido 0 39,2 ± 4, ,8 ± 2,6 W ,5 ± 1, ,6 ± 2, ,0 ± 3,3 W ,4 ± 2, ,5 ± 2, ,7 ± 1,7 W ,2 ± 1, ,7 ± 1, ,5 ± 1,9 S ,6 ± 3, ,6 ± 3, ,0 ± 3,0 S ,4 ± 2, ,1 ± 6, ,3 ± 1,8 S ,1 ± 1, ,4 ± 1,5 NE 12 40,5 ± 2, ,5 ± 3,4 Os resultados obtidos, complementados com resultados anteriores [4.1] permitiram a obtenção de um gráfico que ilustra a evolução desta propriedade ao longo do tempo de exposição, apresentado na Figura

168 Tensão de rotura [MPa] 4. Resultados da campanha experimental Tempo (meses) W-20 W-40 W-60 S-20 S-40 S-60 NE Figura Evolução da tensão de rotura ao corte interlaminar ao longo do tempo para provetes de Grupo I. Analisando os resultados obtidos, constata-se que: A tendência da tensão de rotura é de diminuição ao longo do tempo. No entanto, a partir dos 9 meses ocorre uma recuperação desta propriedade, verificada em todos os ambientes de imersão. A recuperação máxima desta propriedade ocorre aos 18 meses de exposição para o ambiente W-20, onde se nota uma melhoria de 10,3% em relação à colheita anterior, atingindo praticamente os valores iniciais de rotura. De forma geral, verifica-se um patamar de estagnação entre os 12 e os 18 meses, retomando-se posteriormente a degradação desta propriedade. As perdas finais ao fim de dois anos de exposição variam entre um mínimo de 6,6% para o ambiente W-20 e um máximo de 52,3% para o ambiente W-60. Para esta propriedade, é evidente a influência da temperatura de exposição na sua degradação onde as temperaturas elevadas contribuíram para a sua diminuição de um modo mais acentuado. Existe também uma ligeira tendência para as perdas ao longo do tempo serem maiores nos ambientes de água desmineralizada que nos dos de imersão salina, quando comparados às mesmas temperaturas. No entanto, as diferenças são muito reduzidas e na colheita final, este facto não se verifica à temperatura de 40 ºC. 144

169 Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) Relativamente ao ambiente de envelhecimento natural, esta propriedade apresenta ao final de um ano de exposição uma recuperação de 3,3% em relação ao valor inicial, sugerindo a existência dos mesmos fenómenos de pós-cura registados nos outros ambientes. No entanto, a degradação desta propriedade acentua-se ao fim de dois anos de exposição, registando valores menores comparativamente às imersões a 20 ºC, terminando com uma redução de 19,7% em relação ao valor inicial. Do mesmo modo, apresentam-se no Quadro 4.14 os resultados do Grupo II e na Figura 4.28 a evolução da tensão de rotura ao longo do tempo de exposição. Quadro Resultados médios obtidos dos ensaios ao corte interlaminar para o Grupo II. Ambiente de exposição Tempo [meses] [MPa] Não envelhecido 0 39,2 ± 4,2 6 36,5 ± 2,4 WD ,3 ± 6,3 6 38,2 ± 1,1 WD ,3 ± 3,0 6 36,4 ± 3,9 CCD ,5 ± 1,4 6 42,7 ± 1,7 WI ,5 ± 2,1 6 38,0 ± 3,3 WI ,4 ± 1,5 6 36,6 ± 2,0 CCI ,4 ± 4,7 145

170 Tensão de rotura [MPa] 4. Resultados da campanha experimental Tempo (meses) WD-20 WD-40 CCD-40 WI-20 WI-40 CCI-40 Figura Evolução da tensão de rotura ao corte interlaminar ao longo do tempo para provetes de Grupo II. Analisando os resultados obtidos, é possível notar que: A tensão de rotura degrada-se ao longo do tempo. No entanto, apresenta apenas ligeiras variações ao fim de seis meses, evidenciando uma recuperação de 8,9% apenas no ambiente WI-20. Os restantes apresentam perdas entre 7,2% (CCD-40) e 2,6% (WD-40). Ao fim de um ano de exposição já é mais evidente o fenómeno de degradação, especialmente nos ambientes expostos a temperaturas mais elevadas. Nota-se reduções entre os 6,9% e 35,2% para os ambientes WD-20 e CCI-40. Tal como no Grupo I, é evidente a influência da temperatura e da presença da humidade na degradação desta propriedade. De uma forma geral, os ambientes em estudo apresentam menores degradações quando comparadas com os provetes à mesma temperatura do primeiro Grupo, relativamente aos 6 meses de exposição. No entanto, comparativamente ao primeiro Grupo, o fenómeno de pós-cura não é evidenciado aos 12 meses, com excepção do ambiente WD-20. Em alguns casos, o fenómeno de pós cura verificado ocorreu mais tarde, o que poderá também acontecer neste caso. 146

171 Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) Karbhari [4.14] analisou o efeito desta propriedade em materiais com matriz polimérica de viniléster reforçados com fibras de vidro uniaxialmente, em soluções imersas a 23 ºC, 40 ºC e 60 ºC, onde constatou que os valores de um modo geral, apresentaram um rápido decaimento inicial seguido de uma recuperação associada a efeitos de pós-cura e terminando depois com uma lenta redução ao longo do tempo durante o restante tempo de exposição. A temperatura voltou a ser uma grande condicionante da degradação tendo-se registado as perdas maiores à temperatura de 60 ºC com uma redução de 41% ao fim de 225 semanas de exposição. Após um ano, as perdas variaram entre os 3% e 15%, o que se encontra em conformidade com os resultados aqui obtidos. Chu et al. [4.6], utilizando material retirado de perfis pultrudidos de GFRP com matriz de viniléster, de modo análogo ao ensaio de tracção, constataram uma redução na tensão de rotura do corte interlaminar ao fim de um ano de aproximadamente 13%, 32% e 38% para imersões em água desmineralizada a 23 ºC, 40 ºC e 60 ºC, respectivamente. O processo de reversibilidade foi também efectuado, onde se registou que o processo melhorou as propriedades da tensão de rotura por corte interlaminar, embora de um modo menos acentuado que no ensaio de tracção. As perdas em relação aos provetes iniciais para os provetes secos foram de 10%, 29% e 36% ao fim de 1 ano de exposição, para as imersões a 23 ºC, 40 ºC e 60 ºC, respectivamente. 4.5 Síntese dos resultados O estudo da absorção de humidade permite concluir que, como esperado, todos os provetes viajantes apresentam um comportamento aproximadamente Fickiano. A absorção é superior ao longo de 24 meses de exposição nos ambientes de imersão em água desmineralizada em relação aos ambientes em solução salina. Note-se também que a temperatura demonstra, de um modo geral, acelerar a absorção de humidade em ambos os Grupos, suportada pelo aumento consistente do coeficiente de difusão à medida que a temperatura aumenta. Os resultados sobre a influência do revestimento protector na absorção de humidade apresentam algumas discrepâncias em relação ao esperado. De facto, o revestimento não consistiu numa barreira totalmente eficaz à absorção de humidade em termos de variação de massa, registando-se resultados de absorção muito semelhantes. Uma possível explicação reside na existência de algum grau de saturação prévio que influencie os resultados. No entanto, os coeficientes de difusão registados diminuem à medida que o grau de protecção aumenta o que suporta esta suposição. O material sujeito a envelhecimento natural apresenta variações significativas de cor e brilho, comparáveis ao envelhecimento acelerado em câmara QUV a 1000 e 2000 horas. A perda de cor 147

172 4. Resultados da campanha experimental e brilho é directamente observável e comprovada pelas técnicas de análise utilizadas para a quantificação destas grandezas. Os resultados obtidos através do ensaio de DMA indicam que os maiores decréscimos da temperatura de transição vítrea se observaram inicialmente nos ambientes expostos a temperaturas mais elevadas. De facto é possível que esta grandeza tenha um efeito que acelere os fenómenos de degradação do material, pelo que os fenómenos de pós-cura se fazem sentir mais rapidamente e com maior efeito à medida que a temperatura aumenta. Confere-se ainda que o processo de reversibilidade por secagem e o revestimento protector aplicado produzem um efeito positivo ao atenuar os processos de degradação verificados, resultando inclusive em melhorias desta propriedade. Esta melhoria é maior no processo de reversibilidade por secagem. Salienta-se ainda que o grau de humidade também é um factor que acentua as mudanças verificadas no material. Em todos os ensaios mecânicos (flexão, tracção e corte interlaminar), o material apresenta perdas no seu desempenho mecânico, sendo mais susceptível às perdas por corte interlaminar onde se verificam as maiores reduções. Todos os ensaios são consistentes, de onde se destaca da mesma forma do que nos ensaios de DMA a influência da temperatura e da humidade na alteração das propriedades estudadas. Os diferentes ensaios também oferecem informações complementares, pois a perda das propriedades em tracção depende em grande parte da resistência das fibras do material enquanto no ensaio de corte interlaminar esta perda está sobretudo associada à degradação da matriz e da sua interface com as fibras. As maiores reduções verificadas no ensaio de corte interlaminar sugerem que a perda de desempenho do material não se verifica apenas ao nível das fibras, mas na totalidade do compósito. Destaca-se que todos os ensaios apresentaram a certa altura uma recuperação no seu desempenho mecânico o que sugere um possível efeito de pós-cura verificada na matriz do material, que pode estar relacionada com a cura incompleta do material no processo de fabrico. Salienta-se ainda que o efeito do revestimento protector e o processo de reversibilidade por secagem correram como esperado. De facto notaram-se melhorias na redução do desempenho mecânico na maioria dos ensaios para os ambientes deste Grupo. 148

173 Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) 4.6 Referências bibliográficas [4.1] A. Carreiro, Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP), Dissertação para obtenção de grau de mestre em Engenharia Civil, Instituto Superior Técnico, Lisboa, Maio 2010, 122p. [4.2] S. Cabral-Fonseca, J.R. Correia, R. Costa, A. Carreiro, M.P. Rodrigues, M.I. Eusébio, F.A. Branco, Environmental degradation of GFRP pultruded profiles made of polyester and vinylester resins, 15th International Conference on Composite Structures, (Editor: A.J.M Ferreira), pp. 1-5, Porto, [4.3] K. Liao, C.R. Schultheisz, D.L. Hunston, Effects of environmental aging on the properties of pultruded GFRP, Composites: Part B, 30, 1999, [4.4] V.M. Karbhari, S. Zhang, E-Glass/Vinylester Composites in Aqueous Environments I: Experimental Results, Applied Composite Materials, 10, 2003, [4.5] Y.J. Weitsman, Effects of Fluids on Polymeric Composites a Review, Report to Office of Naval Research, Mechanical and Aerospace Engineering and Engineering Science, University of Tennessee, Report MAES CM, [4.6] W. Chu, L. Wu, V.M. Karbhari, Durability evaluation of moderate temperature cured E- glass/vinylester systems, Composite Structures. 66, 2004, [4.7] V.M. Karbhari, Durability of composites in sub-zero and freeze-thaw conditions, Durability of Composites For Civil Structural Applications, Woodhead Publishing Limited, Cambridge, England, 72-79, [4.8] S.C. Fonseca, Materiais Compósitos de Matriz Polimérica Reforçada com Fibras Usados na Engenharia Civil Características e aplicações Laboratório Nacional de Engenharia Civil, ICTM 35, Lisboa, [4.9] B.R. Bogner, P. P. Borja, Strenght retention of pultruded composites after exposure to ultra-violet (UV) light, BP Amoco research center, Naperville Illinois, EUA. [4.10] ISO 2813, Paints and varnishes Determination of specular gloss of non-metalic paint 4films at 20º, 60º and 85º, International Organization for Standardization, Genève, [4.11] ISO 2813 Technical Corrigendum 1, Paints and varnishes Determination of specular gloss of non-metalic paint films at 20º, 60º and 85º, International Organization for Standardization, Genève,

174 4. Resultados da campanha experimental [4.12] S. Cabral-Fonseca, Avaliação da durabilidade de um material compósito de matriz de viniléster reforçada com fibras de vidro, usado em perfis estruturais caracterização por análise mecânica dinâmica, Relatório 102/2001 NMO, LNEC, Lisboa. [4.13] J. W. Chin, W.L. Hughes, A. Signor, Elevated temperature aging of glass fiber reinforced vinyl ester and isophthalic polyester composites in water, salt water and concrete pore solution Proceedings of the 16 th ASC Conference, Blacksburgh, 2001, 12pp [4.14] V. M. Karbhari, E-Glass/Vinylester Composites in Aqueous Environments: Effects on Short-Beam Shear Strength Journal of Composites for Construction, 8:2, 2004,

175 Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) 5 5 Conclusões e perspectivas de desenvolvimentos futuros 5.1 Conclusões O presente trabalho foi realizado para estudar a durabilidade de perfis pultrudidos de GFRP com matriz de viniléster utilizados na construção. Para esse efeito, foram testadas várias propriedades mecânicas e físicas do material em estudo, que foi submetido a vários ambientes de envelhecimento. Em termos gerais, os objectivos propostos para esta dissertação foram alcançados, pois foi obtida informação relevante, através de uma extensa campanha experimental, sobre o comportamento do material exposto a vários agentes de degradação bem como a influência da protecção das superfícies laterais e do processo de reversibilidade por secagem. O material em estudo, já devidamente caracterizado, consiste num perfil pultrudido de GFRP com matriz de viniléster apresentando um teor em fibra de vidro de 69% e uma massa volúmica de 2,03 g/cm 3. Os ambientes de envelhecimento foram seleccionados de modo a simular os factores de degradação mais comuns na prática da Engenharia Civil. Desta forma foram definidas 151

176 5. Conclusões e desenvolvimentos futuros condições ambientais que incluem ambientes de imersão em água desmineralizada, imersão em solução salina, condensação em contínuo, expondo deste modo o material a diferentes condições de temperatura, humidade e presença de sais. Também foi considerado o envelhecimento natural de forma a servir de controlo, possibilitando uma análise comparativa da degradação acelerada, com a exposição a condições ambientais exteriores e permitindo uma análise ao efeito da radiação solar no material. A avaliação de absorção de humidade e variação de massa foi uma característica com particular relevância ao longo deste estudo. De facto, a capacidade de absorção do material e incorporação de moléculas de água está relacionado com o meio em que está inserido e as temperaturas a que está exposto. Notou-se que as taxas de absorção apresentaram um patamar inicial elevado, seguido de um patamar de estagnação correspondente à saturação do material, revelando um comportamento aproximadamente Fickiano. Salienta-se também que as absorções iniciais foram mais elevadas para as temperaturas de exposição mais elevadas. No entanto, a imersão em água desmineralizada a 60 ºC (W-60) apresentou uma tendência decrescente de variação de massa a partir de aproximadamente 8000 horas de exposição. A perda de massa a temperaturas elevadas está fortemente relacionada com a hidrólise. Os ambientes do Grupo I que verificaram as maiores variações de massa foram os de imersão em água desmineralizada a 60 ºC, apresentando uma variação máxima de 0,77% ao longo de dois anos de exposição. Relativamente ao Grupo II, o ambiente à temperatura mais elevada, nomeadamente a imersão a 40 ºC (WD-40) foi o que obteve maior variação de massa, tendo ocorrido uma variação máxima de 1,04%. Os coeficientes de difusão de ambos os grupos diminuíram com a diminuição de temperatura e com o uso de revestimento protector, tendo-se registado os valores mais baixos desta grandeza nos provetes totalmente protegidos. Desta forma, conclui-se que a temperatura actua como um agente de aceleração da absorção e que o revestimento de protecção lateral actua como uma barreira à absorção. Refere-se que todos os resultados de absorção obtidos são relativamente semelhantes à variação média máxima registada nas colheitas do restante material destinado a ensaios mecânicos, ocorrendo variações de aproximadamente 2%, o que aponta para a fiabilidade deste sistema. A variação da cor e do brilho medidas apontam para degradações estéticas significativas nos provetes expostos a envelhecimento natural ao longo de dois anos. Inicialmente de cor acinzentada, o material apresenta cerca de 7,5% de amarelecimento observável directamente nos provetes, o que se traduz em mudanças de cor bastante identificáveis. Em relação ao brilho, o material reteve pouca percentagem do mesmo (aproximadamente 20% de retenção a um ângulo 152

177 Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) de incidência de 20º de acordo com a técnica utilizada) sendo esta perda comparável à exposição acelerada em câmara QUV. Os resultados da análise dinâmica-mecânica mostraram que o comportamento viscoelástico do material depende da temperatura de exposição e da quantidade de humidade absorvida. Todos os ambientes do Grupo I apresentaram o maior decréscimo da temperatura de transição vítrea aos 9 meses de imersão em ambas as soluções (imersão em água desmineralizada e solução salina). Note-se, contudo, que em nenhuma situação essa diminuição ultrapassou os 10%. Observa-se ainda que, quer a imersão em água desmineralizada, quer a imersão na solução salina, às diferentes temperaturas, causaram variações idênticas na evolução dos valores de retirados do pico da curva de tan δ, ao longo do tempo. Os resultados das soluções salinas seguiram de uma forma geral as mesmas tendências do que as imersões em água, mas com menor intensidade. A diminuição da temperatura de transição vítrea nas primeiras colheitas indicia a ocorrência de um fenómeno físico de plasticização, comum quando os materiais poliméricos se encontram em contacto com soluções aquosas. A temperatura, responsável por aumentar a velocidade dos processos de difusão, pode ser responsável por acelerar este processo. Note-se que a partir de determinado período de exposição, este fenómeno pareceu atenuar-se existindo alguma recuperação dos valores registados, principalmente às temperaturas superiores, o que sugere a ocorrência de fenómenos de pós-cura da matriz de viniléster. Registou-se ainda que as curvas experimentais dos provetes com a aplicação do revestimento protector são diferentes das restantes. De facto, notou-se na curva de tan δ a existência de dois picos, possivelmente correspondentes a passagem para o estado do revestimento e do restante material para o estado elastomérico, a diferentes temperaturas de transição. O revestimento de protecção lateral contribuiu para a manutenção geral da não se tendo verificado perdas significativas ao longo de um ano de exposição quando comparadas com os ambientes do Grupo I às mesmas temperaturas. Analisando o estado seco, destacou-se o aumento generalizado da em relação aos valores iniciais ao fim de seis meses apresentando alguma degradação, embora pouco significativa ao fim de doze meses. É possível que a recuperação da propriedade verificada se deva ao processo de reversibilidade na secagem do material. Como já explicitado, do processo de secagem resulta uma melhoria das propriedades pois a secagem acelera de um modo efectivo os fenómenos de pós-cura da matriz de viniléster, permitindo maiores recuperações e mais céleres da grandeza em questão. Em termos do desempenho do material em flexão o ambiente de exposição que apresentou as maiores perdas foi a imersão em água desmineralizada a 60 ºC, registando uma perda de 47,7% 153

178 5. Conclusões e desenvolvimentos futuros na sua tensão de rotura. Novamente, a temperatura contribuiu para o aumento generalizado da degradação do material, devido ao possível aumento dos processos de difusão, e possibilitou a ocorrência da recuperação da tensão de rotura e do módulo de elasticidade em flexão devido à ocorrência de fenómenos de pós-cura. As imersões em soluções salinas seguiram as mesmas tendências mas de forma menos acentuada. Os provetes de envelhecimento natural no entanto apenas sofreram ligeiras variações terminando apenas com uma redução de 2% em relação ao valor inicial. Destacou-se a grande diferença na degradação desta propriedade, quando em contacto pontual com a água ou na forma de imersão. De um modo geral, na análise dos provetes do Grupo II, o processo de reversibilidade por secagem apresentou melhorias em comparação com os provetes revestidos de protecção lateral. No entanto, ao fim de 12 meses os provetes com revestimento aplicado apresentaram uma redução máxima de 27,5%, verificada na imersão em água desmineralizada a 40 ºC. Note-se ainda que o efeito da humidade também contribuiu para a degradação das propriedades em flexão, tendo os ambientes de condensação em contínuo sido dos que provocaram maiores perdas. No ensaio de tracção onde o desempenho mecânico depende essencialmente das fibras, observou-se uma tendência decrescente das suas propriedades com o tempo, especialmente às temperaturas mais elevadas. Novamente, as soluções salinas seguiram, de forma geral, a tendência das imersões em água desmineralizada mas de modo menos acentuado. Também se salienta a recuperação desta propriedade a dado período de exposição, resultado que é consistente com os fenómenos de pós-cura observados nos outros ensaios. A maior redução da tensão de rotura do Grupo I verificou-se no ambiente de imersão em água desmineralizada a 60 ºC, apresentando uma redução de 38,1%. Analisando o efeito dos processos de reversibilidade e protecção lateral no desempenho desta propriedade, registaram-se melhorias no desempenho em tracção. De facto existiu apenas uma redução máxima da tensão de rotura à tracção de 8,13%, o que é indicativo de uma influência significativa destes processos no desempenho do material. Na degradação da resistência ao corte interlaminar, verificou-se que a tendência geral da evolução temporal da tensão de rotura para todos os ambientes é a sua diminuição. De modo semelhante ao ensaio de tracção, o efeito da temperatura e humidade foi muito significativo, registando-se as perdas máximas desta grandeza nos ambientes expostos às temperaturas mais elevadas. A redução máxima foi de 52,3% em água desmineralizada a 60 ºC ao fim de dois anos de exposição. Novamente os ambientes de solução salina seguiram as mesmas tendências do 154

179 Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP) que os de imersão em água desmineralizada, mas de modo menos acentuado. O ambiente de envelhecimento natural apresentou ao final de dois anos uma perda de 19,7% que foi bastante significativa em comparação com a menor degradação nas outras propriedades mecânicas. Analisando a influência do estado seco e do processo de reversibilidade de secagem, estes processos apresentam reduções de desempenho algo significativas, onde as condições de humidade e temperatura acentuaram os processos de degradação. A redução máxima ao final de um ano foi de 35,2% na tensão de rotura ao corte interlaminar. Ainda assim, todos os ambientes apresentaram ligeiras melhorias quando comparados com os ambientes do Grupo I ao final de um ano, o que sugere alguma influência destes processos nesta propriedade mecânica. Analisando os resultados obtidos nos diversos ensaios mecânicos, a maior degradação verificada no ensaio de corte interlaminar sugere que a matriz e a sua interface tenham sofrido maiores degradações do que propriamente as fibras de reforço, o que é consistente com a bibliografia consultada. Em síntese, nos ensaios mecânicos o material apresentou um comportamento elástico e linear até à rotura. Todas as propriedades mecânicas verificaram uma tendência de degradação ao longo do tempo. Esta degradação está fortemente relacionada com o aumento da temperatura e condições de humidade. No entanto, a dada altura de exposição foi registada uma recuperação de algumas propriedades, especialmente às temperaturas mais elevadas, devido a possíveis efeitos de pós-cura no seio da matriz do compósito, atenuando também o efeito de plasticização que se foi verificando no mesmo. Salienta-se também a importância dos novos aspectos em estudo. De facto, o processo de reversibilidade por secagem e a protecção lateral aplicada (a última, em geral, de um modo mais atenuado) apresentaram melhorias significativas no desempenho do material, de acordo com o esperado. Tal factor é decisivo para melhorar a compreensão do comportamento real do material, quando aplicado em condições normais de exposição ambiental, podendo até servir para a correcção dos coeficientes de minoração das propriedades dos materiais, possibilitando menores custos de aplicação e tornando-o mais competitivo. 5.2 Perspectivas de desenvolvimentos futuros O trabalho de investigação desenvolvido permitiu aumentar o estado do conhecimento da durabilidade de perfis de GFRP com matriz de viniléster para aplicações em engenharia civil e esclarecer algumas questões relativamente à influência da protecção lateral e do processo de reversibilidade na degradação do material. Deste modo, espera-se ter reforçado a perspectiva de que estes materiais possuem capacidade para surgir como concorrentes aos materiais 155

180 5. Conclusões e desenvolvimentos futuros tradicionais na indústria da construção, sobretudo em ambientes com requisitos particulares de durabilidade Contudo, após a conclusão deste trabalho, restam várias questões que suscitam esclarecimentos. Haverá interesse em avaliar de um modo mais extensivo a influência da protecção lateral e do processo de reversibilidade de secagem. Sugere-se então que se prossiga o trabalho até aqui elaborado, realizando-se os mesmos ensaios de caracterização por períodos mais longos de exposição, comparando os resultados obtidos com os apresentados nesta dissertação. Devem ser estudados também os efeitos de outros factores de degradação referidos no capítulo 2 que não foram objecto de estudo do presente trabalho, como por exemplo o efeito de fenómenos de fadiga, de fluência, de ambientes alcalinos, a acção gelo-degelo e a exposição ao fogo na durabilidade de perfis de GFRP. A combinação de efeitos também consiste num factor a considerar, especialmente as condições de envelhecimento ambiental em conjunto com aplicações de carga (situações usualmente recorrentes em aplicações estruturais). Outro aspecto a considerar em futuras investigações consiste na previsão de efeitos a longo prazo no material, tendo por base os ensaios e o conhecimento do seu comportamento a curto prazo, de um modo análogo ao betão. Salienta-se também que os perfis pultrudidos de GFRP também costumam apresentar muitas vezes outros tipos de matrizes, em particular de poliéster. Desta forma um estudo comparativo sobre os perfis de GFRP mais comercializados e o seu desempenho sob os mesmos efeitos de degradação contribuiria em muito para aumentar o conhecimento sobre este tipo de materiais. Outro tópico possível de futuro desenvolvimento, de um modo mais abrangente, prende-se com a avaliação da qualidade do processo de produção dos perfis de GFRP e a sua influência na durabilidade dos mesmos. A falta de informação e o difícil acesso dos perfis de GFRP também influencia a sua possível preferência face a outros materiais, pelo que é sugerido a elaboração de um estudo comparativo sobre a sua rentabilidade económica, a sua durabilidade, os seus efeitos ambientais e a sua sustentabilidade em relação aos materiais tradicionais avaliando e resumindo a informação existente, que se encontre dispersa. 156

181 Anexos 157

182 158

183 Anexo A Anexo A Resultados do ensaio de absorção de água e variação de massa Regularização de massa no processo de secagem Fichas individuais de controlo de variação de massa dos provetes viajantes; Fichas individuais e gráficos de provetes aleatórios de cada tipo de ensaio para controlo de regularização de massa no processo de secagem. A Resultados do ensaio de absorção de água, variação de massa e regularização de massa no processo de secagem 159

184 Anexo A 160

185 Anexo A De modo a ilustrar a percepção do controle de variação de massa dos provetes viajantes, encontram-se de seguida as fichas individuais dos mesmos, que permitiram a obtenção dos gráficos apresentados nesse ensaio (capítulo 4). Note-se que o sistema de identificação de provetes está apresentado no capítulo 3. Quadro A.1 - Ficha de variação de massa do provete viajante 1.1. Data Temperatura (ºC) Tempo Massa (g) Variação total de massa (%) dia horas 10/10/09 16:00 22,0 365, ,1918 0,40 16/10/09 11:10 22,1 370, ,1923 0,40 24/10/09 10:21 23,2 378, ,2009 0,49 30/10/09 10:00 23,0 384, ,1971 0,45 7/11/09 10:45 22,1 392, ,1983 0,47 20/11/09 9:10 23,0 405, ,1921 0,40 26/11/09 16:30 20,8 412, ,1920 0,40 3/12/09 12:45 21,0 419, ,1934 0,41 14/12/09 14:51 20,8 430, ,1906 0,38 21/12/09 13:40 21,8 437, ,1998 0,48 30/12/09 13:05 22,0 446, ,2008 0,49 4/1/10 13:45 21,2 451, ,2022 0,51 11/1/10 12:55 21,6 458, ,2051 0,54 23/1/10 14:47 20,5 470, ,2067 0,56 30/1/10 10:20 20,9 476, ,2089 0,58 8/2/10 14:30 19,7 486, ,2104 0,60 17/2/10 14:12 17,4 495, ,2120 0,62 2/3/10 14:16 19,5 508, ,2110 0,61 9/3/10 14:28 19,6 515, ,1949 0,43 22/3/10 13:30 20,4 528, ,2001 0,49 5/4/10 13:54 20,9 542, ,2034 0,52 9/4/10 15:14 21,9 546, ,1961 0,44 14/4/10 14:05 19,2 551, ,2097 0,59 27/4/10 13:40 20,6 564, ,2113 0,61 30/4/10 14:04 22,0 567, ,1960 0,44 10/5/10 13:35 20,1 577, ,2046 0,54 18/5/10 13:45 21,0 585, ,1960 0,44 25/5/10 15:30 20,6 592, ,1964 0,45 1/6/10 14:00 19,6 599, ,2054 0,54 8/6/10 13:15 20,5 606, ,2034 0,52 15/6/10 16:15 19,8 613, ,2089 0,58 22/6/10 13:50 21,6 620, ,1998 0,48 29/6/10 17:00 21,2 627, ,1973 0,46 13/7/10 15:25 20,0 641, ,1969 0,45 20/7/10 11:39 20,2 647, ,1967 0,45 27/7/10 9:10 19,8 654, ,1943 0,42 3/8/10 16:20 21,4 662, ,1913 0,39 13/8/10 12:30 19,8 672, ,1939 0,42 23/8/10 11:30 19,8 681, ,1998 0,48 7/9/10 15:00 20,1 697, ,2022 0,51 17/9/10 10:17 21,6 706, ,2003 0,49 27/9/10 17:02 18,7 717, ,1982 0,47 11/10/10 16:40 17,8 731, ,1991 0,48 161

186 Anexo A Quadro A.2 - Ficha de variação de massa do provete viajante 1.2. Data Temperatura (ºC) Tempo Massa (g) Variação total de massa (%) dia horas 10/10/09 16:20 41,4 360, ,9823 0,48 16/10/09 11:30 39,9 365, ,9814 0,47 24/10/09 11:15 40,9 373, ,9817 0,47 30/10/09 10:40 40,9 379, ,9829 0,49 7/11/09 11:00 40,8 387, ,9940 0,61 21/11/09 9:30 42,0 401, ,9819 0,47 26/11/09 16:30 40,6 407, ,9828 0,48 3/12/09 13:30 41,0 413, ,9839 0,50 14/12/09 15:02 39,9 425, ,9843 0,50 21/12/09 14:15 40,4 432, ,9893 0,56 30/12/09 13:30 40,9 440, ,9917 0,58 4/1/10 14:15 38,8 446, ,9859 0,52 11/1/10 13:40 40,9 452, ,9863 0,52 23/1/10 15:00 41,9 465, ,9877 0,54 30/1/10 11:10 40,8 471, ,9899 0,56 8/2/10 14:40 41,0 481, ,9920 0,59 17/2/10 14:22 40,9 490, ,9921 0,59 2/3/10 14:26 40,9 503, ,9937 0,61 9/3/10 14:48 40,7 510, ,9887 0,55 22/3/10 13:45 40,2 522, ,9894 0,56 5/4/10 13:40 41,1 536, ,9913 0,58 9/4/10 15:30 40,9 541, ,9905 0,57 14/4/10 13:55 40,7 546, ,9946 0,62 27/4/10 13:30 40,9 558, ,9961 0,63 30/4/10 14:19 39,5 562, ,9898 0,56 10/5/10 14:10 40,6 572, ,9965 0,64 18/5/10 13:55 41,2 580, ,9920 0,59 25/5/10 16:05 40,8 587, ,9910 0,58 1/6/10 14:23 39,8 594, ,9940 0,61 8/6/10 13:40 38,8 600, ,9935 0,60 15/6/10 16:35 40,5 608, ,9910 0,58 22/6/10 14:15 39,8 615, ,9907 0,57 29/6/10 17:20 41,0 622, ,9931 0,60 13/7/10 15:35 40,2 636, ,9945 0,62 20/7/10 11:57 40,5 642, ,9935 0,60 27/7/10 9:25 38,8 649, ,9912 0,58 3/8/10 16:35 39,4 657, ,9903 0,57 13/8/10 12:50 38,8 666, ,9920 0,59 23/8/10 11:55 40,2 676, ,9945 0,62 7/9/10 15:15 39,9 692, ,9937 0,61 17/9/10 10:37 39,5 701, ,9914 0,58 27/9/10 16:52 39,1 712, ,9899 0,56 11/10/10 16:58 39,0 726, ,9950 0,62 162

187 Anexo A Quadro A.3 - Ficha de variação de massa do provete viajante 1.3. Data Temperatura (ºC) Tempo Massa (g) Variação total de massa (%) dia horas 10/10/09 16:09 59,7 365, ,2274 0,63 16/10/09 11:00 58,9 370, ,2220 0,57 24/10/09 10:45 59,8 378, ,2237 0,59 30/10/09 10:15 59,2 384, ,2272 0,63 7/11/09 11:00 59,5 392, ,2208 0,56 20/11/09 9:30 60,0 405, ,2231 0,59 26/11/09 16:30 59,1 412, ,2222 0,58 3/12/09 13:13 59,6 419, ,2232 0,59 14/12/09 15:22 59,0 430, ,2216 0,57 21/12/09 13:50 58,7 437, ,2206 0,56 30/12/09 13:12 59,5 446, ,2201 0,55 4/1/10 13:45 59,7 451, ,2209 0,56 11/1/10 13:10 59,7 458, ,2213 0,57 23/1/10 15:22 58,9 470, ,2225 0,58 30/1/10 10:55 59,6 476, ,2234 0,59 8/2/10 14:10 59,7 486, ,2241 0,60 17/2/10 14:05 59,7 495, ,2204 0,56 2/3/10 14:05 59,7 508, ,2240 0,60 9/3/10 15:16 59,2 515, ,2187 0,54 22/3/10 13:34 59,8 528, ,2219 0,57 5/4/10 13:30 59,7 542, ,2244 0,60 9/4/10 16:00 58,8 546, ,2181 0,53 14/4/10 13:45 59,6 551, ,2279 0,64 27/4/10 13:20 59,4 564, ,2300 0,66 30/4/10 14:42 60,0 567, ,2174 0,52 10/5/10 13:25 59,7 577, ,2198 0,55 18/5/10 13:34 59,2 585, ,2208 0,56 25/5/10 15:45 59,2 592, ,2172 0,52 1/6/10 14:00 59,8 599, ,2215 0,57 8/6/10 13:20 60,1 606, ,2203 0,56 15/6/10 16:15 59,7 613, ,2197 0,55 22/6/10 14:00 58,6 620, ,2183 0,53 29/6/10 16:45 58,4 627, ,2179 0,53 13/7/10 15:10 59,1 641, ,2185 0,54 20/7/10 11:29 58,2 647, ,2180 0,53 27/7/10 9:10 60,1 654, ,2173 0,52 3/8/10 16:15 58,9 662, ,2175 0,52 13/8/10 12:30 59,4 672, ,2143 0,49 23/8/10 11:35 59,2 681, ,2155 0,50 7/9/10 14:45 58,7 697, ,2164 0,51 17/9/10 10:17 59,4 706, ,2173 0,52 27/9/10 15:35 58,1 717, ,2161 0,51 11/10/10 16:33 59,6 731, ,2170 0,52 163

188 Anexo A Quadro A.4 - Ficha de variação de massa do provete viajante 2.1. Data Temperatura (ºC) Tempo Massa (g) Variação total de massa (%) dia horas 10/10/09 16:00 22,0 365, ,5 8,9788 0,20 16/10/09 11:10 22,1 370, ,7 8,9789 0,20 24/10/09 10:21 23,2 378, ,8 8,9864 0,29 30/10/09 10:00 23,0 384, ,5 8,9861 0,28 7/11/09 10:45 22,1 392, ,2 8,9904 0,33 20/11/09 9:10 22,4 405, ,7 8,9785 0,20 26/11/09 16:30 20,8 412, ,0 8,9796 0,21 3/12/09 12:45 21,0 419, ,2 8,9824 0,24 14/12/09 14:51 20,8 430, ,4 8,9776 0,19 21/12/09 13:40 21,8 437, ,2 8,9804 0,22 30/12/09 13:05 22,0 446, ,6 8,9867 0,29 4/1/10 13:45 21,2 451, ,2 8,9873 0,30 11/1/10 12:55 21,6 458, ,4 8,9907 0,34 23/1/10 14:47 20,5 470, ,3 8,9887 0,31 30/1/10 10:20 20,9 476, ,8 8,9872 0,30 8/2/10 14:30 19,7 486, ,0 8,9895 0,32 17/2/10 14:12 17,4 495, ,7 8,9868 0,29 2/3/10 14:16 19,5 508, ,8 8,9906 0,33 9/3/10 14:28 19,6 515, ,0 8,9798 0,21 22/3/10 13:30 20,4 528, ,0 8,9834 0,25 5/4/10 13:54 20,9 542, ,4 8,9827 0,25 9/4/10 15:14 21,9 546, ,7 8,9803 0,22 14/4/10 14:05 19,2 551, ,6 8,9903 0,33 27/4/10 13:40 20,6 564, ,2 8,9875 0,30 30/4/10 14:04 22,0 567, ,6 8,9800 0,22 10/5/10 13:35 20,1 577, ,1 8,9884 0,31 18/5/10 13:45 21,0 585, ,2 8,9802 0,22 25/5/10 15:30 20,6 592, ,0 8,9817 0,24 1/6/10 14:00 19,6 599, ,5 8,9814 0,23 8/6/10 13:15 20,5 606, ,8 8,9820 0,24 15/6/10 16:15 19,8 613, ,8 8,9825 0,24 22/6/10 13:50 21,6 620, ,3 8,9836 0,26 29/6/10 17:00 21,2 627, ,5 8,9814 0,23 13/7/10 15:25 20,0 641, ,9 8,9805 0,22 20/7/10 11:39 20,2 647, ,2 8,9812 0,23 27/7/10 9:10 19,8 654, ,7 8,9826 0,25 3/8/10 16:20 21,4 662, ,8 8,9833 0,25 13/8/10 12:30 19,8 672, ,0 8,9815 0,23 23/8/10 11:30 19,8 681, ,0 8,9819 0,24 7/9/10 15:00 20,1 697, ,5 8,9823 0,24 17/9/10 10:17 21,6 706, ,8 8,9831 0,25 27/9/10 17:02 18,7 717, ,5 8,9809 0,23 11/10/10 16:40 17,8 731, ,2 8,9815 0,23 164

189 Anexo A Quadro A.5 - Ficha de variação de massa do provete viajante 2.2. Data Temperatura (ºC) Tempo Massa (g) Variação total de massa (%) dia horas 10/10/09 16:20 41,4 360, ,5327 0,19 16/10/09 11:30 39,9 365, ,5281 0,14 24/10/09 11:15 40,9 373, ,5291 0,15 30/10/09 10:40 40,9 379, ,5375 0,25 7/11/09 11:00 40,8 387, ,5331 0,19 20/11/09 9:30 42,0 400, ,5278 0,13 26/11/09 16:30 40,6 407, ,5288 0,14 3/12/09 13:30 41,0 413, ,5301 0,16 14/12/09 15:02 39,9 425, ,5283 0,14 21/12/09 14:15 40,4 432, ,5307 0,17 30/12/09 13:30 40,9 440, ,5331 0,19 4/1/10 14:15 38,8 446, ,5324 0,19 11/1/10 13:40 40,9 452, ,5357 0,23 23/1/10 15:00 41,9 465, ,5361 0,23 30/1/10 11:10 40,8 471, ,5372 0,24 8/2/10 14:40 41,0 481, ,5388 0,26 17/2/10 14:22 40,9 490, ,5431 0,31 2/3/10 14:26 40,9 503, ,5338 0,20 9/3/10 14:48 40,7 510, ,5299 0,16 22/3/10 13:45 40,2 522, ,5312 0,17 5/4/10 13:40 41,1 536, ,5319 0,18 9/4/10 15:30 40,9 541, ,5301 0,16 14/4/10 13:55 40,7 546, ,5324 0,19 27/4/10 13:30 40,9 558, ,5376 0,25 30/4/10 14:19 39,5 562, ,5287 0,14 10/5/10 14:10 40,6 572, ,5338 0,20 18/5/10 13:55 41,2 580, ,5324 0,19 25/5/10 16:05 40,8 587, ,5290 0,15 1/6/10 14:23 39,8 594, ,5335 0,20 8/6/10 13:40 38,8 600, ,5345 0,21 15/6/10 16:35 40,5 608, ,5323 0,19 22/6/10 14:15 39,8 615, ,5299 0,16 29/6/10 17:20 41,0 622, ,5310 0,17 13/7/10 15:35 40,2 636, ,5315 0,18 20/7/10 11:57 40,5 642, ,5298 0,16 27/7/10 9:25 38,8 649, ,5323 0,19 3/8/10 16:35 39,4 657, ,5335 0,20 13/8/10 12:50 38,8 666, ,5345 0,21 23/8/10 11:55 40,2 676, ,5349 0,22 7/9/10 15:15 39,9 692, ,5338 0,20 17/9/10 10:37 39,5 701, ,5350 0,22 27/9/10 16:52 39,1 712, ,5355 0,22 11/10/10 16:58 39,0 726, ,5362 0,23 165

190 Anexo A Quadro A.6 - Ficha de variação de massa do provete viajante 2.3. Data Temperatura (ºC) Tempo Massa (g) Variação total de massa (%) dia horas 10/10/09 16:10 59,7 365, ,1993 0,26 16/10/09 11:00 58,9 370, ,2066 0,35 24/10/09 10:45 59,8 378, ,2006 0,27 30/10/09 10:15 59,2 384, ,2000 0,27 7/11/09 11:00 59,5 392, ,2083 0,37 20/11/09 9:30 60,0 405, ,2014 0,28 26/11/09 16:30 59,1 412, ,2028 0,30 3/12/09 13:13 59,6 419, ,2068 0,35 14/12/09 15:22 59,0 430, ,2029 0,30 21/12/09 13:50 58,7 437, ,2037 0,31 30/12/09 13:12 59,5 446, ,2061 0,34 4/1/10 13:45 59,7 451, ,2073 0,36 11/1/10 13:10 59,7 458, ,2104 0,39 23/1/10 15:22 58,9 470, ,2089 0,38 30/1/10 10:55 59,6 476, ,2067 0,35 8/2/10 14:10 59,7 486, ,2046 0,32 17/2/10 14:05 59,7 495, ,2148 0,45 2/3/10 14:05 59,7 508, ,2067 0,35 9/3/10 15:16 59,2 515, ,2039 0,31 22/3/10 13:34 59,8 528, ,2117 0,41 5/4/10 13:30 59,7 542, ,2099 0,39 9/4/10 16:00 58,7 546, ,2039 0,31 14/4/10 13:45 59,6 551, ,2107 0,40 27/4/10 13:20 59,4 564, ,2129 0,42 30/4/10 14:42 60,0 567, ,2033 0,31 10/5/10 13:25 59,7 577, ,2030 0,30 18/5/10 13:34 59,2 585, ,2087 0,37 25/5/10 15:45 59,2 592, ,2040 0,32 1/6/10 14:00 59,8 599, ,2015 0,28 8/6/10 13:20 60,1 606, ,2033 0,31 15/6/10 16:15 59,7 613, ,2049 0,33 22/6/10 14:00 58,6 620, ,2057 0,34 29/6/10 16:45 58,4 627, ,2023 0,29 13/7/10 15:10 59,1 641, ,2035 0,31 20/7/10 11:29 58,2 647, ,2041 0,32 27/7/10 9:10 60,1 654, ,2033 0,31 3/8/10 16:15 58,9 662, ,2027 0,30 13/8/10 12:30 59,4 672, ,2024 0,30 23/8/10 11:35 59,2 681, ,2018 0,29 7/9/10 14:45 58,7 697, ,2009 0,28 17/9/10 10:17 59,4 706, ,2019 0,29 27/9/10 15:35 58,1 717, ,2027 0,30 11/10/10 16:33 59,6 731, ,2006 0,27 166

191 Anexo A Quadro A.7 - Ficha de variação de massa do provete viajante 1.1 PT. Data Temperatura (ºC) Tempo Massa (g) Variação total de massa (%) dia horas 10/10/09 12:00 20,0 0,00 0,00 9,0043 0,00 11/10/09 18:45 22,4 1, ,0197 0,17 12/10/09 15:15 22,1 2, ,0138 0,11 13/10/09 15:30 22,0 3, ,0162 0,13 14/10/09 14:15 22,1 4, ,0174 0,15 15/10/09 15:40 22,1 5, ,0188 0,16 16/10/09 10:40 22,1 5, ,0201 0,18 24/10/09 10:21 23,2 13, ,0331 0,32 30/10/09 10:00 23,0 19, ,0447 0,45 7/11/09 10:45 22,1 27, ,0471 0,48 20/11/09 9:10 23,0 40, ,0394 0,39 26/11/09 16:30 20,8 47, ,0417 0,42 3/12/09 12:45 21,0 54, ,0436 0,44 14/12/09 14:51 20,8 65, ,0455 0,46 21/12/09 13:40 21,8 72, ,0691 0,72 30/12/09 13:05 22,0 81, ,0713 0,74 4/1/10 13:45 21,2 86, ,0585 0,60 11/1/10 12:55 21,6 93, ,0647 0,67 23/1/10 14:47 20,5 105, ,0503 0,51 30/1/10 10:20 20,9 111, ,0571 0,59 8/2/10 14:30 19,7 121, ,0590 0,61 17/2/10 14:12 17,4 130, ,0666 0,69 2/3/10 14:16 19,5 143, ,0671 0,70 9/3/10 14:28 19,6 150, ,0571 0,59 22/3/10 13:30 20,4 163, ,0602 0,62 5/4/10 13:54 20,9 177, ,0644 0,67 9/4/10 15:14 21,9 181, ,0597 0,62 14/4/10 14:05 19,2 186, ,0659 0,68 27/4/10 13:40 20,6 199, ,0683 0,71 30/4/10 14:04 22,0 202, ,0613 0,63 10/5/10 13:35 20,1 212, ,0667 0,69 18/5/10 13:45 21,0 220, ,0625 0,65 25/5/10 15:30 20,6 227, ,0633 0,66 1/6/10 14:00 19,6 234, ,0639 0,66 8/6/10 13:15 20,5 241, ,0635 0,66 15/6/10 16:15 19,8 248, ,0652 0,68 22/6/10 13:50 21,6 255, ,0645 0,67 29/6/10 17:00 21,2 262, ,0659 0,68 13/7/10 15:25 20,0 276, ,0655 0,68 20/7/10 11:39 20,2 282, ,0664 0,69 27/7/10 9:10 19,8 289, ,0630 0,65 3/8/10 16:20 21,4 297, ,0621 0,64 13/8/10 12:30 19,8 307, ,0639 0,66 23/8/10 11:30 19,8 316, ,0698 0,73 7/9/10 15:00 20,1 332, ,0684 0,71 17/9/10 10:17 21,6 341, ,0676 0,70 27/9/10 17:02 18,7 352, ,0700 0,73 11/10/10 16:40 17,8 366, ,0705 0,74 167

192 Anexo A Quadro A.8 - Ficha de variação de massa do provete viajante 1.1 P. Data Temperatura (ºC) Tempo Massa (g) Variação total de massa (%) dia horas 10/10/09 12:00 20,0 0,00 0,00 9,0069 0,00 11/10/09 18:45 22,4 1, ,0264 0,22 12/10/09 15:15 22,1 2, ,0171 0,11 13/10/09 15:30 22,0 3, ,0203 0,15 14/10/09 14:15 22,1 4, ,0201 0,15 15/10/09 15:40 22,1 5, ,0214 0,16 16/10/09 10:40 22,1 5, ,0220 0,17 24/10/09 10:21 23,2 13, ,0464 0,44 30/10/09 10:00 23,0 19, ,0480 0,46 7/11/09 10:45 22,1 27, ,0417 0,39 20/11/09 9:10 23,0 40, ,0397 0,36 26/11/09 16:30 20,8 47, ,0412 0,38 3/12/09 12:45 21,0 54, ,0438 0,41 14/12/09 14:51 20,8 65, ,0449 0,42 21/12/09 13:40 21,8 72, ,0568 0,55 30/12/09 13:05 22,0 81, ,0601 0,59 4/1/10 13:45 21,2 86, ,0649 0,64 11/1/10 12:55 21,6 93, ,0604 0,59 23/1/10 14:47 20,5 105, ,0621 0,61 30/1/10 10:20 20,9 111, ,0638 0,63 8/2/10 14:30 19,7 121, ,0680 0,68 17/2/10 14:12 17,4 130, ,0666 0,66 2/3/10 14:16 19,5 143, ,0707 0,71 9/3/10 14:28 19,6 150, ,0597 0,59 22/3/10 13:30 20,4 163, ,0642 0,64 5/4/10 13:54 20,9 177, ,0659 0,66 9/4/10 15:30 21,9 181, ,0638 0,63 14/4/10 14:05 19,2 186, ,0699 0,70 27/4/10 13:40 20,6 199, ,0678 0,68 30/4/10 14:04 22,0 202, ,0648 0,64 10/5/10 13:35 20,1 212, ,0709 0,71 18/5/10 13:45 21,0 220, ,0663 0,66 25/5/10 15:30 20,6 227, ,0680 0,68 1/6/10 14:00 19,6 234, ,0664 0,66 8/6/10 13:15 20,5 241, ,0639 0,63 15/6/10 16:15 19,8 248, ,0693 0,69 22/6/10 13:50 21,6 255, ,0753 0,76 29/6/10 17:00 21,2 262, ,0695 0,70 13/7/10 15:25 20,0 276, ,0680 0,68 20/7/10 11:39 20,2 282, ,0720 0,72 27/7/10 9:10 19,8 289, ,0750 0,76 3/8/10 16:20 21,4 297, ,0695 0,70 13/8/10 12:30 19,8 307, ,0735 0,74 23/8/10 11:30 19,8 316, ,0729 0,73 7/9/10 15:00 20,1 332, ,0749 0,75 17/9/10 10:17 21,6 341, ,0768 0,78 27/9/10 17:02 18,7 352, ,0766 0,77 11/10/10 16:40 17,8 366, ,0776 0,78 168

193 Anexo A Quadro A.9 - Ficha de variação de massa do provete viajante 1.1 S. Data Temperatura (ºC) Tempo Massa (g) Variação total de massa (%) dia horas 11/10/09 12:00 20,0 0,00 0,00 8,6422 0,00 12/10/09 15:15 22,1 1, ,6497 0,09 13/10/09 15:30 22,0 2, ,6511 0,10 14/10/09 14:15 22,1 3, ,6516 0,11 15/10/09 15:40 22,1 4, ,6516 0,11 16/10/09 10:40 22,1 4, ,6526 0,12 24/10/09 10:21 23,2 12, ,6655 0,27 30/10/09 10:00 23,0 18, ,6900 0,55 7/11/09 10:45 22,1 26, ,6732 0,36 20/11/09 9:10 23,0 39, ,6694 0,31 26/11/09 16:30 20,8 46, ,6713 0,34 3/12/09 12:45 21,0 53, ,6738 0,37 14/12/09 14:51 20,8 64, ,6709 0,33 21/12/09 13:40 21,8 71, ,6843 0,49 30/12/09 13:05 22,0 80, ,6845 0,49 4/1/10 13:45 21,2 85, ,6826 0,47 11/1/10 12:55 21,6 92, ,6841 0,48 23/1/10 14:47 20,5 104, ,6857 0,50 30/1/10 10:20 20,9 110, ,6884 0,53 8/2/10 14:30 19,7 120, ,6945 0,61 17/2/10 14:12 17,4 129, ,6902 0,56 2/3/10 14:16 19,5 142, ,6973 0,64 9/3/10 14:28 19,6 149, ,6816 0,46 22/3/10 13:30 20,4 162, ,6862 0,51 5/4/10 13:54 20,9 176, ,6873 0,52 9/4/10 15:14 21,9 180, ,6840 0,48 14/4/10 14:05 19,2 185, ,6898 0,55 27/4/10 13:40 20,6 198, ,6936 0,59 30/4/10 14:04 22,0 201, ,6852 0,50 10/5/10 13:35 20,1 211, ,6922 0,58 18/5/10 13:45 21,0 219, ,6845 0,49 25/5/10 15:30 20,6 226, ,6868 0,52 1/6/10 14:00 19,6 233, ,6945 0,61 8/6/10 13:15 20,5 240, ,6873 0,52 15/6/10 16:15 19,8 247, ,6883 0,53 22/6/10 13:50 21,6 254, ,6850 0,50 29/6/10 17:00 21,2 261, ,6904 0,56 13/7/10 15:25 20,0 275, ,6875 0,52 20/7/10 11:39 20,2 281, ,6892 0,54 27/7/10 9:10 19,8 288, ,6833 0,48 3/8/10 16:20 21,4 296, ,6868 0,52 13/8/10 12:30 19,8 306, ,6914 0,57 23/8/10 11:30 19,8 315, ,6899 0,55 7/9/10 15:00 20,1 331, ,6923 0,58 17/9/10 10:17 21,6 340, ,6914 0,57 27/9/10 17:02 18,7 351, ,6936 0,59 11/10/10 16:40 17,8 365, ,6937 0,60 169

194 Anexo A Quadro A.10 - Ficha de variação de massa do provete viajante 1.2 PT. Data Temperatura (ºC) Tempo Massa (g) Variação total de massa (%) dia horas 10/10/09 18:00 38,0 0,00 0,00 8,0779 0,00 11/10/09 10:00 41,2 0, ,0944 0,20 12/10/09 15:20 40,6 1, ,0951 0,21 13/10/09 15:40 41,0 2, ,0975 0,24 14/10/09 14:30 41,0 3, ,0988 0,26 15/10/09 15:20 40,8 4, ,1012 0,29 16/10/09 11:00 39,9 5, ,1017 0,29 24/10/09 11:15 40,9 13, ,1091 0,39 30/10/09 10:40 40,9 19, ,1148 0,46 7/11/09 11:20 40,8 27, ,1241 0,57 20/11/09 9:30 42,0 40, ,1176 0,49 26/11/09 16:30 40,6 46, ,1189 0,51 3/12/09 13:30 41,0 53, ,1208 0,53 14/12/09 15:02 39,9 64, ,1202 0,52 21/12/09 14:15 40,4 71, ,1218 0,54 30/12/09 13:30 40,9 80, ,1239 0,57 4/1/10 14:15 38,8 85, ,1246 0,58 11/1/10 13:40 40,9 92, ,1231 0,56 23/1/10 15:00 41,9 104, ,1250 0,58 30/1/10 11:10 40,8 111, ,1277 0,62 8/2/10 14:40 41,0 120, ,1340 0,69 17/2/10 14:22 40,9 129, ,1288 0,63 2/3/10 14:26 40,9 142, ,1256 0,59 9/3/10 14:48 40,7 149, ,1238 0,57 22/3/10 13:45 40,2 162, ,1271 0,61 5/4/10 13:40 41,1 176, ,1277 0,62 9/4/10 15:30 40,9 180, ,1241 0,57 14/4/10 13:55 40,7 185, ,1293 0,64 27/4/10 13:30 40,9 198, ,1261 0,60 30/4/10 14:19 39,5 201, ,1247 0,58 10/5/10 14:10 40,6 211, ,1278 0,62 18/5/10 13:55 41,2 219, ,1257 0,59 25/5/10 16:05 40,8 226, ,1257 0,59 1/6/10 14:23 39,8 233, ,1234 0,56 8/6/10 13:40 38,8 240, ,1228 0,56 15/6/10 16:35 40,5 247, ,1207 0,53 22/6/10 14:15 39,8 254, ,1198 0,52 29/6/10 17:20 41,0 261, ,1238 0,57 13/7/10 15:35 40,2 275, ,1259 0,59 20/7/10 11:57 40,5 282, ,1273 0,61 27/7/10 9:25 38,8 289, ,1289 0,63 3/8/10 16:35 39,4 296, ,1245 0,58 13/8/10 12:50 38,8 306, ,1270 0,61 23/8/10 11:55 40,2 316, ,1255 0,59 7/9/10 15:15 39,9 331, ,1274 0,61 17/9/10 10:37 39,5 341, ,1250 0,58 27/9/10 16:52 39,1 351, ,1267 0,60 11/10/10 16:58 39,0 365, ,1295 0,64 170

195 Anexo A Quadro A.11 - Ficha de variação de massa do provete viajante 1.2 P. Data Temperatura (ºC) Tempo Massa (g) Variação total de massa (%) dia horas 10/10/09 12:00 38,0 0,00 0,00 9,3105 0,00 11/10/09 18:45 41,2 1, ,3341 0,25 12/10/09 15:20 40,6 2, ,3335 0,25 13/10/09 15:40 41,0 3, ,3353 0,27 14/10/09 14:30 41,0 4, ,3374 0,29 15/10/09 15:20 40,8 5, ,3402 0,32 16/10/09 11:00 39,9 5, ,3406 0,32 24/10/09 11:15 40,9 12, ,3536 0,46 30/10/09 10:40 40,9 18, ,3584 0,51 7/11/09 11:20 40,8 26, ,3666 0,60 20/11/09 9:30 42,0 40, ,3649 0,58 26/11/09 16:30 40,6 47, ,3655 0,59 3/12/09 13:30 41,0 54, ,3681 0,62 14/12/09 15:02 39,9 65, ,3709 0,65 21/12/09 14:15 40,4 72, ,3814 0,76 30/12/09 13:30 40,9 81, ,3817 0,76 4/1/10 14:15 38,8 86, ,3773 0,72 11/1/10 13:40 40,9 93, ,3811 0,76 23/1/10 15:00 41,9 105, ,3850 0,80 30/1/10 11:10 40,8 111, ,3882 0,83 8/2/10 14:40 41,0 121, ,3964 0,92 17/2/10 14:22 40,9 130, ,3899 0,85 2/3/10 14:26 40,9 143, ,3974 0,93 9/3/10 14:48 40,7 150, ,3900 0,85 22/3/10 13:45 40,2 163, ,3957 0,92 5/4/10 13:40 41,1 177, ,3902 0,86 9/4/10 15:30 40,9 181, ,3942 0,90 14/4/10 13:55 40,7 186, ,3991 0,95 27/4/10 13:30 40,9 199, ,3999 0,96 30/4/10 14:19 39,5 202, ,3951 0,91 10/5/10 14:10 40,6 212, ,4021 0,98 18/5/10 13:55 41,2 220, ,3966 0,92 25/5/10 16:05 40,8 227, ,3948 0,91 1/6/10 14:23 39,8 234, ,3897 0,85 8/6/10 13:40 38,8 241, ,3883 0,84 15/6/10 16:35 40,5 248, ,3915 0,87 22/6/10 14:15 39,8 255, ,3965 0,92 29/6/10 17:20 41,0 262, ,3909 0,86 13/7/10 15:35 40,2 276, ,3978 0,94 20/7/10 11:57 40,5 283, ,4006 0,97 27/7/10 9:25 38,8 289, ,3957 0,92 3/8/10 16:35 39,4 297, ,3983 0,94 13/8/10 12:50 38,8 307, ,3928 0,88 23/8/10 11:55 40,2 317, ,3976 0,94 7/9/10 15:15 39,9 332, ,4004 0,97 17/9/10 10:37 39,5 341, ,3943 0,90 27/9/10 16:52 39,1 352, ,3902 0,86 11/10/10 16:58 39,0 366, ,4000 0,96 171

196 Anexo A Quadro A.12 - Ficha de variação de massa do provete viajante 1.2 S. Data Temperatura (ºC) Tempo Massa (g) Variação total de massa (%) dia horas 11/10/09 14:00 38,0 0,00 0,00 8,4206 0,00 12/10/09 15:20 40,6 1, ,4470 0,31 13/10/09 15:40 41,0 2, ,4502 0,35 14/10/09 14:30 41,0 3, ,4516 0,37 15/10/09 15:30 40,8 4, ,4542 0,40 16/10/09 11:00 39,9 4, ,4551 0,41 24/10/09 11:15 40,9 11, ,4675 0,56 30/10/09 10:40 40,9 17, ,4728 0,62 7/11/09 11:20 40,8 25, ,4750 0,65 20/11/09 9:30 42,0 38, ,4771 0,67 26/11/09 16:30 40,6 45, ,4800 0,71 3/12/09 13:30 41,0 51, ,4839 0,75 14/12/09 15:02 39,9 62, ,4845 0,76 21/12/09 14:15 40,4 69, ,4921 0,85 30/12/09 13:30 40,9 78, ,4972 0,91 4/1/10 14:15 38,8 83, ,4938 0,87 11/1/10 13:40 40,9 90, ,4951 0,88 23/1/10 15:00 41,9 102, ,4945 0,88 30/1/10 11:10 40,8 109, ,4987 0,93 8/2/10 14:40 41,0 118, ,5032 0,98 17/2/10 14:22 40,9 127, ,5079 1,04 2/3/10 14:26 40,9 140, ,5075 1,03 9/3/10 14:48 40,7 147, ,5000 0,94 22/3/10 13:45 40,2 160, ,5036 0,99 5/4/10 13:40 41,1 174, ,5052 1,00 9/4/10 15:30 40,9 179, ,5037 0,99 14/4/10 13:55 40,7 183, ,5027 0,97 27/4/10 13:30 40,9 196, ,5069 1,02 30/4/10 14:19 39,5 199, ,5017 0,96 10/5/10 14:10 40,6 209, ,5082 1,04 18/5/10 13:55 41,2 217, ,5036 0,99 25/5/10 16:05 40,8 225, ,5047 1,00 1/6/10 14:23 39,8 231, ,4989 0,93 8/6/10 13:40 38,8 238, ,5015 0,96 15/6/10 16:35 40,5 246, ,5067 1,02 22/6/10 14:15 39,8 252, ,5003 0,95 29/6/10 17:20 41,0 260, ,5078 1,04 13/7/10 15:35 40,2 274, ,5021 0,97 20/7/10 11:57 40,5 280, ,5097 1,06 27/7/10 9:25 38,8 287, ,5038 0,99 3/8/10 16:35 39,4 295, ,5089 1,05 13/8/10 12:50 38,8 304, ,5067 1,02 23/8/10 11:55 40,2 314, ,5015 0,96 7/9/10 15:15 39,9 330, ,5058 1,01 17/9/10 10:37 39,5 339, ,5071 1,03 27/9/10 16:52 39,1 350, ,4957 0,89 11/10/10 16:58 39,0 364, ,5081 1,04 172

197 Anexo A Quadro A.13 - Ficha de variação de massa do provete viajante 1.3 PT. Data Temperatura (ºC) Tempo Massa (g) Variação total de massa (%) dia horas 11/10/09 12:00 38,0 0,00 0,00 7,9776 0,00 12/10/09 15:10 40,6 1, ,9885 0,14 13/10/09 15:20 41,0 2, ,9940 0,21 14/10/09 14:00 41,0 3, ,9970 0,24 15/10/09 15:50 39,6 4, ,9983 0,26 16/10/09 11:20 40,0 4, ,9988 0,27 24/10/09 11:45 40,5 12, ,0077 0,38 30/10/09 10:25 40,5 18, ,0186 0,51 7/11/09 10:50 40,0 26, ,0150 0,47 20/11/09 9:50 39,0 39, ,0187 0,52 26/11/09 16:30 37,0 46, ,0204 0,54 3/12/09 13:00 40,0 53, ,0217 0,55 14/12/09 15:12 40,0 64, ,0229 0,57 21/12/09 13:50 43,0 71, ,0279 0,63 30/12/09 13:12 40,5 80, ,0261 0,61 4/1/10 13:45 39,0 85, ,0272 0,62 11/1/10 13:20 40,5 92, ,0277 0,63 23/1/10 15:35 39,0 104, ,0283 0,64 30/1/10 10:40 40,0 110, ,0289 0,64 8/2/10 14:10 41,0 120, ,0295 0,65 17/2/10 13:55 40,0 129, ,0312 0,67 2/3/10 14:00 40,5 142, ,0309 0,67 9/3/10 15:04 38,5 149, ,0299 0,66 22/3/10 13:20 40,0 162, ,0318 0,68 5/4/10 13:17 40,0 176, ,0321 0,68 9/4/10 15:44 40,1 180, ,0312 0,67 14/4/10 13:30 39,5 185, ,0309 0,67 27/4/10 13:00 41,0 198, ,0329 0,69 30/4/10 14:31 42,0 201, ,0324 0,69 10/5/10 13:15 42,0 211, ,0334 0,70 18/5/10 13:25 39,5 219, ,0336 0,70 25/5/10 15:45 38,0 226, ,0332 0,70 1/6/10 14:13 40,1 233, ,0334 0,70 8/6/10 13:30 39,9 240, ,0312 0,67 15/6/10 16:25 40,5 247, ,0345 0,71 22/6/10 14:05 40,3 254, ,0323 0,69 29/6/10 17:10 41,0 261, ,0328 0,69 13/7/10 15:25 40,5 275, ,0315 0,68 20/7/10 11:06 37,5 281, ,0353 0,72 27/7/10 9:15 39,0 288, ,0342 0,71 3/8/10 16:25 39,5 296, ,0355 0,73 13/8/10 12:40 40,5 306, ,0329 0,69 23/8/10 11:15 39,6 315, ,0358 0,73 7/9/10 15:05 40,0 331, ,0361 0,73 17/9/10 10:27 39,9 340, ,0371 0,75 27/9/10 15:25 39,5 351, ,0377 0,75 11/10/10 16:08 43,0 365, ,0387 0,77 173

198 Anexo A Quadro A.14 - Ficha de variação de massa do provete viajante 1.3 P. Data Temperatura (ºC) Tempo Massa (g) Variação total de massa (%) dia horas 11/10/09 12:00 38,0 0,00 0,00 9,2297 0,00 12/10/09 15:10 40,6 1, ,2408 0,12 13/10/09 15:20 41,0 2, ,2458 0,17 14/10/09 14:00 39,1 3, ,2480 0,20 15/10/09 15:50 39,6 4, ,2536 0,26 16/10/09 11:20 40,0 4, ,2547 0,27 24/10/09 11:45 40,5 12, ,2681 0,42 30/10/09 10:25 40,5 18, ,2710 0,45 7/11/09 10:50 40,0 26, ,2764 0,51 20/11/09 9:50 39,0 39, ,2785 0,53 26/11/09 16:30 37,0 46, ,2822 0,57 3/12/09 13:00 40,0 53, ,2864 0,61 14/12/09 15:12 40,0 64, ,2933 0,69 21/12/09 13:50 43,0 71, ,3023 0,79 30/12/09 13:12 40,5 80, ,2976 0,74 4/1/10 13:45 39,0 85, ,2987 0,75 11/1/10 13:20 40,5 92, ,2999 0,76 23/1/10 15:35 39,0 104, ,3018 0,78 30/1/10 10:40 40,0 110, ,3045 0,81 8/2/10 14:10 41,0 120, ,3059 0,83 17/2/10 13:55 40,0 129, ,3066 0,83 2/3/10 14:00 40,5 142, ,3063 0,83 9/3/10 15:04 38,5 149, ,3046 0,81 22/3/10 13:20 40,0 162, ,3059 0,83 5/4/10 13:17 40,0 176, ,3065 0,83 9/4/10 15:44 40,1 180, ,3060 0,83 14/4/10 13:30 39,5 185, ,3027 0,79 27/4/10 13:00 41,0 198, ,3052 0,82 30/4/10 14:31 42,0 201, ,3079 0,85 10/5/10 13:15 42,0 211, ,3068 0,84 18/5/10 13:25 39,5 219, ,2908 0,66 25/5/10 15:45 38,0 226, ,2998 0,76 1/6/10 14:13 40,1 233, ,2956 0,71 8/6/10 13:30 39,9 240, ,2983 0,74 15/6/10 16:25 40,5 247, ,3041 0,81 22/6/10 14:05 40,3 254, ,3058 0,82 29/6/10 17:10 41,0 261, ,3098 0,87 13/7/10 15:25 40,5 275, ,3107 0,88 20/7/10 11:06 37,5 281, ,3116 0,89 27/7/10 9:15 39,0 288, ,3103 0,87 3/8/10 16:25 39,5 296, ,2996 0,76 13/8/10 12:40 40,5 306, ,3098 0,87 23/8/10 11:15 39,6 315, ,3115 0,89 7/9/10 15:05 40,0 331, ,3127 0,90 17/9/10 10:27 39,9 340, ,3107 0,88 27/9/10 15:25 39,5 351, ,3137 0,91 11/10/10 16:08 43,0 365, ,3058 0,82 174

199 Anexo A Quadro A.15 - Ficha de variação de massa do provete viajante 1.3 S. Data Temperatura (ºC) Tempo Massa (g) Variação total de massa (%) dia horas 11/10/09 12:00 38,0 0,00 0,00 8,6575 0,00 12/10/09 15:10 40,6 1, ,6647 0,08 13/10/09 15:20 41,0 2, ,6676 0,12 14/10/09 14:00 41,0 3, ,6688 0,13 15/10/09 15:50 39,6 4, ,6703 0,15 16/10/09 11:20 40,0 4, ,6699 0,14 24/10/09 11:45 40,5 12, ,6788 0,25 30/10/09 10:25 40,5 18, ,6821 0,28 7/11/09 10:50 40,0 26, ,6853 0,32 20/11/09 9:50 39,0 39, ,7090 0,59 26/11/09 16:30 37,0 46, ,6870 0,34 3/12/09 13:00 40,0 53, ,6906 0,38 14/12/09 15:12 40,0 64, ,6860 0,33 21/12/09 13:50 43,0 71, ,6916 0,39 30/12/09 13:12 40,5 80, ,6871 0,34 4/1/10 13:45 39,0 85, ,6896 0,37 11/1/10 13:20 40,5 92, ,6904 0,38 23/1/10 15:35 39,0 104, ,6917 0,40 30/1/10 10:40 40,0 110, ,6931 0,41 8/2/10 14:10 41,0 120, ,6912 0,39 17/2/10 13:55 40,0 129, ,6942 0,42 2/3/10 14:00 40,5 142, ,6942 0,42 9/3/10 15:04 38,5 149, ,6892 0,37 22/3/10 13:20 40,0 162, ,6937 0,42 5/4/10 13:17 40,0 176, ,6940 0,42 9/4/10 15:44 40,1 180, ,6881 0,35 14/4/10 13:30 39,5 185, ,6912 0,39 27/4/10 13:00 41,0 198, ,6953 0,44 30/4/10 14:31 42,0 201, ,6888 0,36 10/5/10 13:15 42,0 211, ,6872 0,34 18/5/10 13:25 39,5 219, ,6898 0,37 25/5/10 15:45 38,0 226, ,6905 0,38 1/6/10 14:13 40,1 233, ,6873 0,34 8/6/10 13:30 39,9 240, ,6893 0,37 15/6/10 16:25 40,5 247, ,6904 0,38 22/6/10 14:05 40,3 254, ,6870 0,34 29/6/10 17:10 41,0 261, ,6923 0,40 13/7/10 15:25 40,5 275, ,6898 0,37 20/7/10 11:06 37,5 281, ,6925 0,40 27/7/10 9:15 39,0 288, ,6907 0,38 3/8/10 16:25 39,5 296, ,6879 0,35 13/8/10 12:40 40,5 306, ,6898 0,37 23/8/10 11:15 39,6 315, ,6912 0,39 7/9/10 15:05 40,0 331, ,6883 0,36 17/9/10 10:27 39,9 340, ,6907 0,38 27/9/10 15:25 39,5 351, ,6876 0,35 11/10/10 16:08 43,0 365, ,6898 0,37 175

200 Anexo A No final de cada colheita foi requerido para o estudo do processo de reversibilidade, a secagem dos provetes recolhidos. Para tal, foi seguida a norma ASTM D 5229 [3.8] de onde se retiram os seguintes resultados de variação de massa, para um provete aleatório de cada um dos ensaios a analisar, até a estabilização dessa variação. Quadro A.16 - Ficha de variação de massa dos provetes em imersão em água desmineralizada a 20 ºC aos 6 meses de exposição. 1.1 S D 2 Massa S C 7 Massa 0 Data (g) (g) (%) Data (g) (g) (%) 16/4/10 13:00 9,08 0,0000 1, /4/10 13:00 3,32 0,0000 1, /5/10 13:20 9,04-0,0421-0, /5/10 13:20 3,29-0,0252-0, /5/10 17:30 9,03-0,0112-0, /5/10 17:30 3,28-0,0065-0, /5/10 15:00 9,03-0,0007-0, /5/10 15:00 3,28-0,0004-0, /5/10 15:51 9,03-0,0023-0, /5/10 15:51 3,28-0,0013-0, /5/10 15:21 9,03-0,0009-0, /5/10 15:21 3,28-0,0002-0,0001 1/6/10 15:03 9,03-0,0004 0,0000 1/6/10 15:03 3,28-0,0001 0,0000 8/6/10 15:30 9,03-0,0017-0,0002 8/6/10 15:30 3,28-0,0007-0, S F 15 Massa S T 4 Massa 0 Data (g) (g) (%) Data (g) (g) (%) 16/4/10 13:00 22,32 0,0000 1, /4/10 13:00 71,13 0,0000 1, /5/10 13:20 22,20-0,1195-0, /5/10 13:20 70,89-0,2461-0, /5/10 17:30 22,17-0,0325-0, /5/10 17:30 70,82-0,0615-0, /5/10 15:00 22,17 0,0023 0, /5/10 15:00 70,80-0,0230-0, /5/10 15:51 22,16-0,0088-0, /5/10 15:51 70,77-0,0270-0, /5/10 15:21 22,16 0,0043 0, /5/10 15:21 70,75-0,0230-0,0003 1/6/10 15:03 22,15-0,0125-0,0006 1/6/10 15:03 70,75 0,0009 0,0000 8/6/10 15:30 22,16 0,0119 0,0005 8/6/10 15:30 70,74-0,0094-0,0001 Figura A.1 - Estabilização de massa na secagem do provete 1.1 S D

201 Anexo A Figura A.2 - Estabilização de massa na secagem do provete 1.1 S C 7. Figura A.3 - Estabilização de massa na secagem do provete 1.1 S F 15. Figura A.3 - Estabilização de massa na secagem do provete 1.1 T F

202 Anexo A Todos os gráficos apresentados são consistentes e idênticos aos já apresentados, pelo que a partir daqui apenas se apresentam as fichas de variação de massa dos restantes ambientes de estudo, na estabilização de massa por secagem. Quadro A.17 - Ficha de variação de massa dos provetes em imersão em água desmineralizada a 40 ºC aos 6 meses de exposição. 1.2 S D 6 Massa S C 1 Massa 0 Data (g) (g) (%) Data (g) (g) (%) 16/4/10 13:00 9,03 0,0000 1, /4/10 13:00 3,35 0,0000 1, /5/10 13:20 9,00-0,0339-0, /5/10 13:20 3,33-0,0215-0, /5/10 17:30 8,98-0,0137-0, /5/10 17:30 3,32-0,0079-0, /5/10 15:00 8,98-0,0008-0, /5/10 15:00 3,32-0,0005-0, /5/10 15:51 8,98-0,0031-0, /5/10 15:51 3,32-0,0017-0, /5/10 15:21 8,98-0,0012-0, /5/10 15:21 3,32-0,0005-0,0002 1/6/10 15:03 8,98-0,0006-0,0001 1/6/10 15:03 3,32-0,0004-0,0001 8/6/10 15:30 8,97-0,0026-0,0003 8/6/10 15:30 3,32-0,0011-0, S F 14 Massa S T 8 Massa 0 Data (g) (g) (%) Data (g) (g) (%) 16/4/10 13:00 23,66 0,0000 1, /4/10 13:00 75,4151 0,0000 1, /5/10 13:20 23,55-0,1115-0, /5/10 13:20 75,1647-0,2504-0, /5/10 17:30 23,52-0,0297-0, /5/10 17:30 75,0523-0,1124-0, /5/10 15:00 23,51-0,0113-0, /5/10 15:00 75,0348-0,0175-0, /5/10 15:51 23,50-0,0108-0, /5/10 15:51 75,0093-0,0255-0, /5/10 15:21 23,49-0,0044-0, /5/10 15:21 74,9978-0,0115-0,0002 1/6/10 15:03 23,49-0,0020-0,0002 1/6/10 15:03 74,9898-0,0080-0,0001 8/6/10 15:30 23,49-0,0035-0,0004 8/6/10 15:30 74,9745-0,0153-0,0002 Quadro A.18 - Ficha de variação de massa dos provetes em condensação em contínuo a 40 ºC aos 6 meses de exposição. 1.3 S D 6 Massa S C 9 Massa 0 Data (g) (g) (%) Data (g) (g) (%) 16/4/10 13:00 8,37 0 1, /4/10 13:00 3,23 0 1, /5/10 13:20 8,35-0,0236-0, /5/10 13:20 3,18-0,0441-0, /5/10 17:30 8,33-0,0141-0, /5/10 17:30 3,17-0,0111-0, /5/10 15:00 8,33-0,0009-0, /5/10 15:00 3,17-0,0003-0, /5/10 15:51 8,33-0,0031-0, /5/10 15:51 3,17-0,0017-0, /5/10 15:21 8,33-0,0014-0, /5/10 15:21 3,17 0,0001 0,0000 1/6/10 15:03 8,33-0,0005-0,0001 1/6/10 15:03 3,17-0,0002-0,0001 8/6/10 15:30 8,32-0,0026-0,0003 8/6/10 15:30 3,17-0,0006-0, S F 1 Massa S T 6 Massa 0 Data (g) (g) (%) Data (g) (g) (%) 16/4/10 13:00 23,79 0 1, /4/10 13:00 76,32 0 1, /5/10 13:20 23,66-0,1275-0, /5/10 13:20 75,93-0,3908-0, /5/10 17:30 23,62-0,0393-0, /5/10 17:30 75,82-0,1145-0, /5/10 15:00 23,61-0,0128-0, /5/10 15:00 75,78-0,0359-0, /5/10 15:51 23,61-0,0005 0, /5/10 15:51 75,76-0,0226-0, /5/10 15:21 23,61-0,0002 0, /5/10 15:21 75,74-0,0156-0,0002 1/6/10 15:03 23,59-0,0164-0,0007 1/6/10 15:03 75,72-0,0208-0,0003 8/6/10 15:30 23,60 0,0131 0,0006 8/6/10 15:30 75,72-0,0009 0,

203 Anexo A Quadro A.19 - Ficha de variação de massa dos provetes em imersão em água desmineralizada a 20 ºC aos 12 meses de exposição. 1.1 S D 9 Massa S C 1 Massa 0 Data (g) (g) (%) Data (g) (g) (%) 11/10/10 13:00 8,43 0,0000 1, /10/10 13:00 3,14 0,0000 1, /10/10 15:45 8,40-0,0340-0, /10/10 15:45 3,10-0,0402-0, /10/10 16:45 8,40-0,0018-0, /10/10 16:45 3,10-0,0011-0, /10/10 11:00 8,39-0,0057-0, /10/10 11:00 3,09-0,0026-0, /10/10 14:30 8,38-0,0058-0, /10/10 14:30 3,09-0,0011-0, S F 10 Massa S T 11 Massa 0 Data (g) (g) (%) Data (g) (g) (%) 11/10/10 13:00 23,46 0,0000 1, /10/10 13:00 67,14 0,0000 1, /10/10 15:45 23,33-0,1302-0, /10/10 15:45 66,88-0,2593-0, /10/10 16:45 23,33-0,0063-0, /10/10 16:45 66,86-0,0203-0, /10/10 11:00 23,31-0,0147-0, /10/10 11:00 66,82-0,0391-0, /10/10 14:30 23,30-0,0096-0, /10/10 14:30 66,81-0,0193-0,0003 Quadro A.20 - Ficha de variação de massa dos provetes em imersão em água desmineralizada a 40 ºC aos 12 meses de exposição. 1.2 S D 1 Massa S C 15 Massa 0 Data (g) (g) (%) Data (g) (g) (%) 11/10/10 13:00 9,18 0,0000 1, /10/10 13:00 3,1056 0,0000 1, /10/10 15:45 9,12-0,0582-0, /10/10 15:45 3,0750-0,0306-0, /10/10 16:45 9,12-0,0029-0, /10/10 16:45 3,0743-0,0007-0, /10/10 11:00 9,11-0,0078-0, /10/10 11:00 3,0712-0,0031-0, /10/10 14:30 9,10-0,0078-0, /10/10 14:30 3,0686-0,0026-0, S F 1 Massa S T 1 Massa 0 Data (g) (g) (%) Data (g) (g) (%) 11/10/10 13:00 23,70 0,0000 1, /10/10 13:00 72,94 0,0000 1, /10/10 15:45 23,52-0,1803-0, /10/10 15:45 72,33-0,6089-0, /10/10 16:45 23,51-0,0137-0, /10/10 16:45 72,30-0,0333-0, /10/10 11:00 23,48-0,0270-0, /10/10 11:00 72,23-0,0726-0, /10/10 14:30 23,45-0,0289-0, /10/10 14:30 72,14-0,0865-0,

204 Anexo A Quadro A.21 - Ficha de variação de massa dos provetes em condensação em contínuo a 40 ºC aos 12 meses de exposição. 1.3 S D 5 Massa S C 1 Massa 0 Data (g) (g) (%) Data (g) (g) (%) 11/10/10 13:00 9,60 0,0000 1, /10/10 13:00 3,22 0,0000 1, /10/10 15:45 9,53-0,0683-0, /10/10 15:45 3,19-0,0343-0, /10/10 16:45 9,53-0,0025-0, /10/10 16:45 3,19-0,0009-0, /10/10 11:00 9,52-0,0081-0, /10/10 11:00 3,19-0,0037-0, /10/10 14:30 9,51-0,0072-0, /10/10 14:30 3,18-0,0031-0, S F 5 Massa S T 1 Massa 0 Data (g) (g) (%) Data (g) (g) (%) 11/10/10 13:00 22,04 0,0000 1, /10/10 13:00 71,50 0,0000 1, /10/10 15:45 21,88-0,1577-0, /10/10 15:45 71,00-0,5033-0, /10/10 16:45 21,88-0,0072-0, /10/10 16:45 70,98-0,0250-0, /10/10 11:00 21,86-0,0205-0, /10/10 11:00 70,91-0,0639-0, /10/10 14:30 21,84-0,0183-0, /10/10 14:30 70,83-0,0774-0,

205 Anexo B Anexo B Curvas experimentais da análise mecânico-dinâmica Apresentação dos resultados individuais dos provetes obtidos Apresentação das curvas experimentais para os provetes do Grupo I e II B Curvas experimentais da análise mecânico -dinâmica 181

206 Anexo B 182

207 Anexo B Apresenta-se de seguida os resultados individuais dos provetes e as as curvas experimentais obtidas do ensaio de análise mecânico-dinâmica (DMA) da curva tan δ e do módulo de armazenamento (E ), para os dois Grupos em estudo. Os valores médios e a sua análise encontram-se no capítulo 4. Quadro B.1 - Valores da temperatura de transição vítrea (Tg) para provetes envelhecidos em imersão em água desmineralizada do Grupo I aos 12 meses de exposição. Temperatura de imersão (ºC) Provete Temperatura de transição vítrea (ºC) E região vítrea tan δ E inicial (MPa) ,0 97, ,0 99, ,7 100, ,0 93, ,4 95, ,7 109, ,9 92, ,8 88, ,9 97, Quadro B.2 - Valores da temperatura de transição vítrea (Tg) para provetes envelhecidos em imersão em solução salina do Grupo I aos 12 meses de exposição. Temperatura de imersão (ºC) Provete Temperatura de transição vítrea (ºC) E região vítrea tan δ E inicial (MPa) ,8 91, ,2 94, ,6 94, ,2 94, ,0 99, ,7 94, ,7 103, ,1 97, ,0 100,

208 Anexo B Quadro B.3 - Valores da temperatura de transição vítrea (Tg) para provetes envelhecidos em imersão em água desmineralizada do Grupo I aos 18 meses de exposição. Temperatura de imersão (ºC) Provete Temperatura de transição vítrea (ºC) E região vítrea tan δ E inicial (MPa) ,8 84, ,1 85, ,7 93, ,6 88, ,0 99, ,1 91, ,6 102, ,1 86, ,9 94, Quadro B.4 - Valores da temperatura de transição vítrea (Tg) para provetes envelhecidos em imersão em solução salina do Grupo I aos 18 meses de exposição. Temperatura de imersão (ºC) Provete Temperatura de transição vítrea (ºC) E região vítrea tan δ E inicial (MPa) ,8 94, ,7 102, ,1 98, ,7 100, ,0 88, ,5 99, ,9 101, ,5 99, Quadro B.5 - Valores da temperatura de transição vítrea (Tg) para provetes envelhecidos em imersão em água desmineralizada do Grupo I aos 24 meses de exposição. Temperatura de imersão (ºC) Provete Temperatura de transição vítrea (ºC) E região vítrea tan δ E inicial (MPa) ,1 95, ,4 93, ,9 90, ,3 94, ,4 86, ,2 90, ,0 99, ,3 95, ,5 97,

209 Anexo B Quadro B.6 - Valores da temperatura de transição vítrea (Tg) para provetes envelhecidos em imersão em solução salina do Grupo I aos 24 meses de exposição. Temperatura de imersão (ºC) Provete Temperatura de transição vítrea (ºC) E região vítrea tan δ E inicial (MPa) ,4 96, ,7 98, ,7 93, ,9 95, ,4 105, ,3 95, ,8 104, ,3 89, ,1 94, Figura B.1 - Curvas experimentais de Tg da imersão em água desmineralizada a 20 ºC aos 12 meses. Figura B.2 - Curvas experimentais de Tg da imersão em água desmineralizada a 40 ºC aos 12 meses. 185

210 Anexo B Figura B.3 - Curvas experimentais de Tg da imersão em água desmineralizada a 60 ºC aos 12 meses. Figura B.4 - Curvas experimentais de Tg da imersão em solução salina a 20 ºC aos 12 meses. Figura B.5 - Curvas experimentais de Tg da imersão em solução salina a 40 ºC aos 12 meses. 186

211 Anexo B Figura B.6 - Curvas experimentais de Tg da imersão em solução salina a 60 ºC aos 12 meses. Figura B.7 - Curvas experimentais de Tg da imersão em água desmineralizada a 20 ºC aos 18 meses. Figura B.8 - Curvas experimentais de Tg da imersão em água desmineralizada a 40 ºC aos 18 meses. 187

212 Anexo B Figura B.9 - Curvas experimentais de Tg da imersão em água desmineralizada a 60 ºC aos 18 meses. Figura B.10 - Curvas experimentais de Tg da imersão em solução salina a 20 ºC aos 18 meses. Figura B.11 - Curvas experimentais de Tg da imersão em solução salina a 40 ºC aos 18 meses. 188

213 Anexo B Figura B.12 - Curvas experimentais de Tg da imersão em solução salina a 60 ºC aos 18 meses. Figura B.13 - Curvas experimentais de Tg da imersão em água desmineralizada a 20 ºC aos 24 meses. Figura B.14 - Curvas experimentais de Tg da imersão em água desmineralizada a 40 ºC aos 24 meses. 189

214 Anexo B Figura B.15 - Curvas experimentais de Tg da imersão em água desmineralizada a 60 ºC aos 24 meses. Figura B.16 - Curvas experimentais de Tg da imersão em água salgada a 20 ºC aos 24 meses. Figura B.17 - Curvas experimentais de Tg da imersão em água salgada a 40 ºC aos 24 meses. 190

215 Anexo B Figura B.18 - Curvas experimentais de Tg da imersão em água salgada a 60 ºC aos 24 meses. Quadro B.8 - Valores da temperatura de transição vítrea (Tg) para provetes revestidos de protecção lateral do Grupo II aos 6 meses de exposição. Ambiente de envelhecimento Provete Temperatura de transição vítrea (ºC) E região vítrea tan δ E inicial (MPa) WI-20 WI-40 CCI ,0 83, ,0 87, ,0 101, ,0 95, ,0 108, ,0 106, ,0 57, ,0 96, ,0 106, Quadro B.9 - Valores da temperatura de transição vítrea (Tg) para provetes do processo de reversibilidade por secagem do Grupo II aos 6 meses de exposição. Ambiente de envelhecimento Provete Temperatura de transição vítrea (ºC) E região vítrea tan δ E inicial (MPa) WD-20 WD-40 CCD ,0 96, ,0 104, ,0 108, ,0 91, ,0 93, ,0 99, ,0 96, ,0 94, ,0 98,

216 Anexo B Quadro B.10 - Valores da temperatura de transição vítrea (Tg) para provetes revestidos de protecção lateral do Grupo II aos 12 meses de exposição. Ambiente de envelhecimento Provete Temperatura de transição vítrea (ºC) E região vítrea tan δ E inicial (MPa) WI-20 WI-40 CCI ,0 94, ,0 91, ,0 80, ,0 66, ,0 66, ,0 76, ,0 93, ,0 94, ,0 91, Quadro B.11 - Valores da temperatura de transição vítrea (Tg) para provetes do processo de reversibilidade por secagem do Grupo II aos 12 meses de exposição. Ambiente de envelhecimento Provete Temperatura de transição vítrea (ºC) E região vítrea tan δ E inicial (MPa) WD-20 WD-40 CCD ,0 99, ,5 101, ,0 94, ,0 93, ,0 98, ,0 93, ,0 90, ,0 106, ,0 93, Figura B.19 - Curvas experimentais de Tg dos provetes revestidos de protecção lateral, imersos em água desmineralizada a 20 ºC, aos 6 meses. 192

217 Anexo B Figura B.20 - Curvas experimentais de Tg dos provetes revestidos de protecção lateral, imersos em água desmineralizada a 40 ºC, aos 6 meses. Figura B.21 - Curvas experimentais de Tg dos provetes revestidos de protecção lateral, em condensação em continuo a 40 ºC, aos 6 meses. Figura B.22 - Curvas experimentais de Tg dos provetes do processo de reversibilidade por secagem, imersos em água desmineralizada a 20 ºC, aos 6 meses. 193

218 Anexo B Figura B.23 - Curvas experimentais de Tg dos provetes do processo de reversibilidade por secagem, imersos em água desmineralizada a 40 ºC, aos 6 meses. Figura B.24 - Curvas experimentais de Tg dos provetes do processo de reversibilidade por secagem, em condensação em contínuo a 40 ºC, aos 6 meses. Figura B.25 - Curvas experimentais de Tg dos provetes revestidos de protecção lateral, imersos em água desmineralizada a 20 ºC, aos 12 meses. 194

219 Anexo B Figura B.26 - Curvas experimentais de Tg dos provetes revestidos de protecção lateral, imersos em água desmineralizada a 40 ºC, aos 12 meses. Figura B.27 - Curvas experimentais de Tg dos provetes revestidos de protecção lateral, em condensação em continuo a 40 ºC, aos 12 meses. Figura B.28 - Curvas experimentais de Tg dos provetes do processo de reversibilidade por secagem, imersos em água desmineralizada a 20 ºC, aos 12 meses. 195

220 Anexo B Figura B.29 - Curvas experimentais de Tg dos provetes do processo de reversibilidade por secagem, imersos em água desmineralizada a 40 ºC, aos 12 meses. Figura B.30 - Curvas experimentais de Tg dos provetes do processo de reversibilidade por secagem, em condensação em contínuo a 40 ºC, aos 12 meses. 196

221 Anexo C Anexo C Curvas experimentais da análise em flexão Apresentação dos resultados individuais dos provetes obtidos Apresentação das curvas experimentais para os provetes do Grupo I e II C Curvas experimentais da análise em flexão 197

222 Anexo C 198

223 Anexo C Apresenta-se de seguida os resultados individuais dos provetes para a tensão axial de flexão na rotura, a deformação axial na rotura, o módulo de elasticidade em flexão e as curvas experimentais obtidas do ensaio para os dois Grupos em estudo. Os valores médios e a sua análise encontram-se no capítulo 4. Quadro C.1 - Resultados individuais do ensaio de flexão para provetes envelhecidos em imersão em água desmineralizada do Grupo I aos 12 meses de exposição. Temperatura de imersão (ºC) Provete E f [MPa] [ - ] [GPa] F 1 529,4 0,021 24,4 1.1 F 5 444,2 0,025 18,0 1.1 F 8 480,1 0,020 18,5 1.1 F ,2 0,023 17,6 1.1 F ,3 0,025 16,8 1.2 F 5 412,1 0,019 20,3 1.2 F 6 459,8 0,021 21,8 1.2 F ,3 0,022 18,2 1.2 F ,0 0,022 18,2 1.2 F ,5 0,019 21,5 1.3 F 4 309,6 0,018 15,5 1.3 F 6 299,9 0,016 16,5 1.3 F ,0 0,019 17,9 1.3 F ,3 0,018 14,7 1.3 F ,5 0,019 13,1 Quadro C.2 - Resultados individuais do ensaio de flexão para provetes envelhecidos em imersão em solução salina do Grupo I aos 12 meses de exposição. Temperatura de imersão (ºC) Provete E f [MPa] [ - ] [GPa] F 4 435,0 0,023 16,8 2.1 F 7 444,3 0,027 14,9 2.1 F ,1 0,027 17,9 2.1 F ,4 0,021 20,6 2.1 F ,8 0,024 18,7 2.2 F ,7 0,023 15,6 2.2 F ,6 0,021 23,6 2.2 F ,8 0,021 19,7 2.2 F F ,3 0,023 17,3 2.3 F 2 414,3 0,019 20,4 2.3 F ,9 0,021 17,7 2.3 F ,0 0,018 21,1 2.3 F ,9 0,020 16,2 2.3 F ,6 0,021 17,0 199

224 Anexo C Quadro C.3 - Resultados individuais do ensaio de flexão para provete des envelhecimento natural do Grupo I aos 12 meses de exposição. Ambiente de envelhecimento Provete E f [MPa] [ - ] [GPa] NE 8 F ,1 0,033 14,5 8 F ,5 0,029 19,1 8 F ,1 0,031 16,1 8 F ,0 0,028 19,1 8 F ,2 0,028 21,3 Quadro C.4 - Resultados individuais do ensaio de flexão para provetes envelhecidos em imersão em água desmineralizada do Grupo I aos 18 meses de exposição. Temperatura de imersão (ºC) Provete E f [MPa] [ - ] [GPa] F 9 490,4 0,024 20,4 1.1 F ,7 0,024 19,2 1.1 F ,4 0,022 20,2 1.1 F ,9 0,021 20,4 1.1 F ,5 0,023 18,6 1.2 F ,5 0,023 17,8 1.2 F ,4 0,015 21,4 1.2 F ,7 0,019 19,4 1.2 F ,9 0,018 29,2 1.2 F ,3 0,016 28,3 1.3 F 5 295,5 0,017 20,6 1.3 F 9 292,7 0,017 16,2 1.3 F ,9 0,017 18,1 1.3 F ,7 0,016 20,1 1.3 F ,7 0,018 19,0 200

225 Anexo C Quadro C.5 - Resultados individuais do ensaio de flexão para provetes envelhecidos em imersão em solução salina do Grupo I aos 18 meses de exposição. Temperatura de imersão (ºC) Provete E f [MPa] [ - ] [GPa] F 2 517,9 0,020 24,9 2.1 F 3 533,5 0,013 13,4 2.1 F 5 466,1 0,022 21,0 2.1 F ,4 0,022 24,4 2.1 F ,2 0,022 24,2 2.2 F 8 417,2 0,019 21,8 2.2 F ,4 0,023 26,6 2.2 F ,8 0,020 24,6 2.2 F ,7 0,021 22,0 2.2 F ,5 0,023 15,2 2.3 F 1 326,2 0,019 16,4 2.3 F 3 364,4 0,020 19,3 2.3 F 5 387,1 0,021 19,1 2.3 F ,0 0,019 15,8 2.3 F ,6 0,018 19,8 Quadro C.6 - Resultados individuais do ensaio de flexão para provetes envelhecidos em imersão em água desmineralizada do Grupo I aos 24 meses de exposição. Temperatura de imersão (ºC) Provete E f [MPa] [ - ] [GPa] F F 6 473,0 0,024 21,4 1.1 F 7 484,2 0,024 21,2 1.1 F ,2 0,021 20,4 1.1 F ,9 0,017 20,2 1.2 F 3 464,1 0,020 25,7 1.2 F ,7 0,015 22,7 1.2 F ,5 0,018 24,4 1.2 F ,0 0,019 20,4 1.2 F ,7 0,016 20,8 1.3 F 7 261,4 0,015 05,2 1.3 F ,8 0,017 22,7 1.3 F ,8 0,015 21,7 1.3 F ,1 0,017 20,1 1.3 F ,3 0,019 18,3 201

226 Anexo C Quadro C.7 - Resultados individuais do ensaio de flexão para provetes envelhecidos em imersão em solução salina do Grupo I aos 24 meses de exposição. Temperatura de imersão (ºC) Provete E f [MPa] [ - ] [GPa] F ,7 0,021 24,6 2.1 F ,8 0,023 23,6 2.1 F ,4 0,025 18,5 2.1 F ,0 0,021 24,7 2.1 F ,9 0,021 19,5 2.2 F 4 380,3 0,020 21,5 2.2 F 5 385,1 0,021 21,8 2.2 F 6 427,2 0,022 22,8 2.2 F ,9 0,021 21,1 2.2 F ,3 0,021 22,2 2.3 F F ,2 0,019 20,5 2.3 F ,5 0,019 22,4 2.3 F ,8 0,019 21,0 2.3 F ,1 0,020 18,3 Quadro C.8 - Resultados individuais do ensaio de flexão para provete des envelhecimento natural do Grupo I aos 24 meses de exposição. Ambiente de envelhecimento Provete E f [MPa] [ - ] [GPa] NE 8 F 9 581,1 0,031 23,5 8 F ,8 0,033 20,7 8 F ,2 0,035 17,5 8 F ,8 0,029 22,6 8 F ,1 0,029 25,6 Figura C.1 - Curvas experimentais de flexão da imersão em água desmineralizada a 20 ºC aos 12 meses. 202

227 Anexo C Figura C.2 - Curvas experimentais de flexão da imersão em água desmineralizada a 40 ºC aos 12 meses. Figura C.3 - Curvas experimentais de flexão da imersão em água desmineralizada a 60 ºC aos 12 meses. Figura C.4 - Curvas experimentais de flexão da imersão em solução salina a 20 ºC aos 12 meses. 203

228 Anexo C Figura C.5 - Curvas experimentais de flexão da imersão em solução salina a 40 ºC aos 12 meses. Figura C.6 - Curvas experimentais de flexão da imersão em solução salina a 60 ºC aos 12 meses. Figura C.7 - Curvas experimentais de flexão de envelhecimento natural aos 12 meses. 204

229 Anexo C Figura C.8 - Curvas experimentais de flexão da imersão em água desmineralizada a 20 ºC aos 18 meses. Figura C.9 - Curvas experimentais de flexão da imersão em água desmineralizada a 40 ºC aos 18 meses. Figura C.10 - Curvas experimentais de flexão da imersão em água desmineralizada a 60 ºC aos 18 meses. 205

230 Anexo C Figura C.12 - Curvas experimentais de flexão da imersão em solução salina a 20 ºC aos 18 meses. Figura C.12 - Curvas experimentais de flexão da imersão em solução salina a 40 ºC aos 18 meses. Figura C.13 - Curvas experimentais de flexão da imersão em solução salina a 60 ºC aos 18 meses. 206

231 Anexo C Figura C.14 - Curvas experimentais de flexão da imersão em água desmineralizada a 20 ºC aos 24 meses. Figura C.15 - Curvas experimentais de flexão da imersão em água desmineralizada a 40 ºC aos 24 meses. Figura C.16 - Curvas experimentais de flexão da imersão em água desmineralizada a 60 ºC aos 24 meses. 207

232 Anexo C Figura C.17 - Curvas experimentais de flexão da imersão em solução salina a 20 ºC aos 24 meses. Figura C.18 - Curvas experimentais de flexão da imersão em solução salina a 40 ºC aos 24 meses. Figura C.19 - Curvas experimentais de flexão da imersão em solução salina a 60 ºC aos 24 meses. 208

233 Anexo C Figura C.20 - Curvas experimentais de flexão de envelhecimento natural aos 24 meses. Quadro C.9 - Resultados individuais do ensaio de flexão para provetes revestidos de protecção lateral do Grupo II aos 6 meses de exposição. Ambiente de envelhecimento Provete E f [MPa] [ - ] [GPa] WI-20 WI-40 CCI P F 1 512,8 0,020 18,5 1.1 P F 2 489,9 0,023 20,7 1.1 P F 3 518,2 0,026 19,7 1.1 P F 5 503,0 0,023 26,0 1.1 P F 6 540,9 0,029 21,9 1.2 P F ,2 0,025 20,0 1.2 P F ,4 0,023 17,9 1.2 P F ,9 0,021 24,6 1.2 P F ,2 0,024 18,1 1.2 P F 15-0, P F 5 426,8 0, P F 6 421,7 0,023 19,6 1.3 P F 7 444,5 0,021 22,4 1.3 P F 8 384,8 0,020 16,8 1.3 P F 9 466,7 0,022 22,2 209

234 Anexo C Quadro C.10 - Resultados individuais do ensaio de flexão para provetes do processo de reversibilidade por secagem do Grupo II aos 6 meses de exposição. Ambiente de envelhecimento Provete E f [MPa] [ - ] [GPa] WD-20 WD-40 CCD S F 2 516,1 0,022 26,7 1.1 S F 7 414,0 0,021 25,7 1.1 S F 9 470,1 0,022 23,8 1.1 S F ,9 0,025 21,0 1.1 S F ,8 0,022 21,6 1.2 S F ,3 0,024 19,5 1.2 S F ,1 0,023 20,2 1.2 S F ,1 0,024 21,3 1.2 S F ,9 0,024 18,1 1.2 S F ,3 0,019 30,0 1.3 S F 1 453,4 0,022 22,3 1.3 S F 2 456,8 0,023 22,6 1.3 S F 3 486,8 0,020 27,0 1.3 S F 4 467,2 0,025 21,2 1.3 S F 6 464,3 0,023 20,2 Quadro C.11 - Resultados individuais do ensaio de flexão para provetes revestidos de protecção lateral do Grupo II aos 12 meses de exposição. Ambiente de envelhecimento Provete E f [MPa] [ - ] [GPa] WD-20 WD-40 CCD P F 4 438,8 0,024 19,9 1.1 P F 8 436,5 0,021 23,0 1.1 P F ,8 0,025 19,8 1.1 P F ,0 0,026 19,4 1.1 P F ,0 0,021 18,5 1.2 P F 1 460,0 0,020 22,9 1.2 P F 2 320,7 0,018 19,8 1.2 P F 4 276,9 0,021 14,3 1.2 P F 8 467,1 0,021 25,2 1.2 P F 9 389,8 0,019 22,5 1.3 P F 1 417,6 0,024 19,6 1.3 P F 2 387,3 0,022 18,8 1.3 P F 3 303,5 0,021 16,1 1.3 P F 9 441,1 0,023 21,1 1.3 P F ,4 0,019 20,7 210

235 Anexo C Quadro C.10 - Resultados individuais do ensaio de flexão para provetes do processo de reversibilidade por secagem do Grupo II aos 12 meses de exposição. Ambiente de envelhecimento Provete E f [MPa] [ - ] [GPa] WD-20 WD-40 CCD S F 4 437,0 0,027 18,7 1.1 S F 5 383,3 0,021 19,6 1.1 S F 6 541,8 0,029 26,0 1.1 S F ,0 0,030 22,6 1.1 S F ,0 0,029 18,6 1.2 S F 1 496,6 0,026 20,4 1.2 S F 2 342,8 0,022 16,1 1.2 S F 5 534,9 0,023 23,9 1.2 S F 8 487,6 0,024 21,2 1.2 S F ,4 0,028 19,2 1.3 S F 5 479,9 0,020 26,6 1.3 S F 7 485,8 0,025 18,7 1.3 S F 8 339,6 0,021 17,7 1.3 S F 9 358,4 0,023 18,3 1.3 S F ,2 0,020 24,4 Figura C.21 - Curvas experimentais de flexão dos provetes revestidos de protecção lateral, imersos em água desmineralizada a 20 ºC, aos 6 meses 211

236 Anexo C Figura C.22 - Curvas experimentais de flexão dos provetes revestidos de protecção lateral, imersos em água desmineralizada a 40 ºC, aos 6 meses Figura C.23 - Curvas experimentais de flexão dos provetes revestidos de protecção lateral, em condensação em contínuo a 40 ºC, aos 6 meses Figura C.24 - Curvas experimentais de flexão dos provetes do processo de reversibilidade por secagem, imersos em água desmineralizada a 20 ºC, aos 6 meses 212

237 Anexo C Figura C.25 - Curvas experimentais de flexão dos provetes do processo de reversibilidade por secagem, imersos em água desmineralizada a 40 ºC, aos 6 meses Figura C.26 - Curvas experimentais de flexão dos provetes do processo de reversibilidade por secagem, imersos em água desmineralizada a 20 ºC, aos 6 meses Figura C.27 - Curvas experimentais de flexão dos provetes revestidos de protecção lateral, imersos em água desmineralizada a 20 ºC, aos 12 meses 213

238 Anexo C Figura C.28 - Curvas experimentais de flexão dos provetes revestidos de protecção lateral, imersos em água desmineralizada a 40 ºC, aos 12 meses Figura C.29 - Curvas experimentais de flexão dos provetes revestidos de protecção lateral, em condensação em continuo a 40 ºC, aos 12 meses Figura C.30 - Curvas experimentais de flexão dos provetes do processo de reversibilidade por secagem, imersos em água desmineralizada a 20 ºC, aos 12 meses 214

239 Anexo C Figura C.31 - Curvas experimentais de flexão dos provetes do processo de reversibilidade por secagem, imersos em água desmineralizada a 40 ºC, aos 12 meses Figura C.32- Curvas experimentais de flexão dos provetes do processo de reversibilidade por secagem, em condensação em contínuo a 40 ºC, aos 12 meses 215

240 Anexo C 216

241 Anexo D Anexo D Curvas experimentais da análise em tracção Apresentação dos resultados individuais dos provetes obtidos Apresentação das curvas experimentais para os provetes do Grupo I e II D Curvas experimentais da análise em tracção 217

242 Anexo D 218

243 Anexo D Apresenta-se de seguida os resultados individuais dos provetes para a tensão axial de tracção na rotura, a deformação axial na rotura, o módulo de elasticidade em tracção e as curvas experimentais obtidas do ensaio para os dois Grupos em estudo. Os valores médios e a sua análise encontram-se no capítulo 4. Quadro D.1 - Resultados individuais do ensaio de tracção para provetes envelhecidos em imersão em água desmineralizada do Grupo I aos 12 meses de exposição Temperatura de imersão (ºC) Provete E t [MPa] [%] [GPa] T 3 426,0 1,306 35,2 1.1 T ,0 1,101 41,8 1.1 T ,0 1,005 43,4 1.1 T ,0 1,208 37,9 1.1 T ,0 1,046 43,0 1.2 T ,0 0,934 43,2 1.2 T ,0 0,793 34,5 1.2 T ,0 0,800 29,4 1.2 T ,0 0,976 38,0 1.2 T ,0 0,890 34,6 1.3 T 6 326,0 0,695 43,6 1.3 T 9 219,0 0,874 35,9 1.3 T ,0 0,608 35,1 1.3 T ,0 0,940 28,1 1.3 T ,0 1,030 34,3 Quadro D.2 - Resultados individuais do ensaio de tracção para provetes envelhecidos em imersão em solução salina do Grupo I aos 12 meses de exposição Temperatura de imersão (ºC) Provete E t [MPa] [%] [GPa] T 6 392,0 1,075 36,5 2.1 T 8 394,0 1,075 39,0 2.1 T ,0 1,196 36,7 2.1 T ,0 1,238 34,4 2.1 T ,0 0,835 32,1 2.2 T 7 310,0 1,050 31,5 2.2 T 9 409,0 0,950 43,2 2.2 T ,0 0,889 32,6 2.2 T ,0 1,180 36,6 2.2 T ,0 1,040 35,5 2.3 T 7 362,0 1,078 34,2 2.3 T 9 362,0 1,162 31,9 2.3 T ,0 1,063 33,7 2.3 T ,0 0,821 30,9 2.3 T ,0 1,058 33,6 219

244 Anexo D Quadro D.3 - Resultados individuais do ensaio de tracção para provetes de envelhecimento antural do Grupo I aos 12 meses de exposição Ambiente de envelhecimento Provete E t [MPa] [%] [GPa] NE 8 T ,0 1,154 36,9 8 T ,0 1,048 39,9 8 T ,0 1,166 27,1 8 T ,0 0,923 34,0 8 T ,0 1,197 36,5 Quadro D.4 - Resultados individuais do ensaio de tracção para provetes envelhecidos em imersão em água desmineralizada do Grupo I aos 18 meses de exposição Temperatura de imersão (ºC) Provete E t [MPa] [%] [GPa] T 5 422,0 1,274 35,3 1.1 T 8 416,0 1,064 40,0 1.1 T ,0 1,297 35,2 1.1 T ,0 1,091 41,0 1.1 T ,0 1,215 34,9 1.2 T 3 396,0 1,156 40,1 1.2 T 5 353,0 1,067 35,3 1.2 T 6 304,0 0,854 30,2 1.2 T 9 294,0 0,926 33,1 1.2 T ,0 1,263 31,9 1.3 T ,0 0,758 37,9 1.3 T ,0 0,801 30,9 1.3 T ,0 0,564 39,6 220

245 Anexo D Quadro D.5 - Resultados individuais do ensaio de tracção para provetes envelhecidos em imersão em solução salina do Grupo I aos 18 meses de exposição Temperatura de imersão (ºC) Provete E t [MPa] [%] [GPa] T 7 333,0 0,969 32,4 2.1 T ,0 1,111 32,8 2.1 T ,0 1,197 31,4 2.1 T ,0 1,323 31,9 2.1 T ,0 1,199 35,4 2.2 T ,0 1,021 44,0 2.2 T ,0 1,000 35,7 2.2 T ,0 0,966 40,4 2.2 T ,0 1,157 38,3 2.2 T ,0 0,909 35,6 2.3 T 2 354,0 0,639 40,3 2.3 T ,0 1,007 34,7 2.3 T ,0 0,961 35,4 2.3 T ,0 0,772 40,5 2.3 T ,0 1,003 33,2 Quadro D.6 - Resultados individuais do ensaio de tracção para provetes envelhecidos em imersão em água desmineralizada do Grupo I aos 24 meses de exposição Temperatura de imersão (ºC) Provete E t [MPa] [%] [GPa] T 9 356,0 0,499 41,9 1.1 T ,0 0,922 34,2 1.1 T ,0 0,760 31,0 1.1 T ,0 1,024 38,8 1.1 T ,0 1,338 35,1 1.2 T 2 341,0 0,926 33,6 1.2 T ,0 1,254 34,5 1.2 T ,0 0,905 31,7 1.2 T ,0 1,085 37,5 1.2 T ,0 1,055 33,2 1.3 T 4 281,0 0,905 33,2 1.3 T 7 254,0 0,630 37,8 1.3 T 8 254,0 0,730 35,8 1.3 T ,0 0,689 35,4 1.3 T ,0 0,860 31,6 221

246 Anexo D Quadro D.7 - Resultados individuais do ensaio de tracção para provetes envelhecidos em imersão em solução salina do Grupo I aos 18 meses de exposição Temperatura de imersão (ºC) Provete E t [MPa] [%] [GPa] T 4 432,0 1,048 38,4 2.1 T 5 391,0 1,082 37,7 2.1 T ,0 1,009 40,4 2.1 T ,0 1,068 32,4 2.1 T ,0 1,105 39,1 2.2 T 1 411,0 1,344 30,8 2.2 T 2 427,0 1,133 35,2 2.2 T 8 294,0 0,867 33,8 2.2 T ,0 1,274 32,5 2.2 T ,0 1,140 31,3 2.3 T 1 321,0 0,952 34,2 2.3 T ,0 0,816 37,4 2.3 T ,0 0,997 26,6 2.3 T ,0 1,093 31,1 2.3 T ,0 0,768 33,8 Te ns ão de tr ac çã o Deformação em tracção ( ) [%] Figura D.1 - Curvas experimentais de tracção da imersão em água desmineralizada a 20 ºC, aos 12 meses. 222

247 Anexo D Te ns ão de tr ac çã o Deformação em tracção ( ) [%] Figura D.2 - Curvas experimentais de tracção da imersão em água desmineralizada a 40 ºC, aos 12 meses. Te ns ão de tr ac çã o Deformação em tracção ( ) [%] Figura D.3 - Curvas experimentais de tracção da imersão em água desmineralizada a 60 ºC, aos 12 meses. Te ns ão de tr ac çã o Deformação em tracção ( ) [%] Figura D.4 - Curvas experimentais de tracção da imersão em solução salina a 20 ºC, aos 12 meses. 223

248 Anexo D Te ns ão de tr ac çã o Deformação em tracção ( ) [%] Figura D.5 - Curvas experimentais de tracção da imersão em solução salina a 40 ºC, aos 12 meses. Te ns ão de tr ac çã o Deformação em tracção ( ) [%] Figura D.6 - Curvas experimentais de tracção da imersão em solução salina a 60 ºC, aos 12 meses. Te ns ão de tr ac çã o Deformação em tracção ( ) [%] Figura D.7 - Curvas experimentais de tracção do envelhecimento natural, aos 12 meses. 224

249 Anexo D Te ns ão de tr ac çã o Deformação em tracção ( ) [%] Figura D.8 - Curvas experimentais de tracção da imersão em água desmineralizada a 20 ºC, aos 18 meses. Te ns ão de tr ac çã o Deformação em tracção ( ) [%] Figura D.9 - Curvas experimentais de tracção da imersão em água desmineralizada a 40 ºC, aos 18 meses. Te ns ão de tr ac çã o Deformação em tracção ( ) [%] Figura D.10 - Curvas experimentais de tracção da imersão em água desmineralizada a 60 ºC, aos 18 meses. 225

250 Anexo D Te ns ão de tr ac çã o Deformação em tracção ( ) [%] Figura D.11 - Curvas experimentais de tracção da imersão em solução salina a 20 ºC, aos 18 meses. Te ns ão de tr ac çã o Deformação em tracção ( ) [%] Figura D.12 - Curvas experimentais de tracção da imersão em solução salina a 40 ºC, aos 18 meses. Te ns ão de tr ac çã o Deformação em tracção ( ) [%] Figura D.13 - Curvas experimentais de tracção da imersão em solução salina a 60 ºC, aos 18 meses. 226

251 Anexo D Te ns ão de tr ac çã o Deformação em tracção ( ) [%] Figura D.14 - Curvas experimentais de tracção da imersão em água desmineralizada a 20 ºC, aos 24 meses. Te ns ão de tr ac çã o Deformação em tracção ( ) [%] Figura D.15 - Curvas experimentais de tracção da imersão em água desmineralizada a 40 ºC, aos 24 meses. Te ns ão de tr ac çã o Deformação em tracção ( ) [%] Figura D.16 - Curvas experimentais de tracção da imersão em água desmineralizada a 60 ºC, aos 24 meses. 227

252 Anexo D Te ns ão de tr ac çã o Deformação em tracção ( ) [%] Figura D.17 - Curvas experimentais de tracção da imersão em solução salina a 20 ºC, aos 24 meses. Te ns ão de tr ac çã o Deformação em tracção ( ) [%] Figura D.18 - Curvas experimentais de tracção da imersão em solução salina a 40 ºC, aos 24 meses. Te ns ão de tr ac çã o Deformação em tracção ( ) [%] Figura D.19 - Curvas experimentais de tracção da imersão em solução salina a 60 ºC, aos 24 meses. 228

253 Anexo D Quadro D.7 - Resultados individuais do ensaio de tracção para provetes com revestimento lateral aplicado do Grupo II aos 6 meses de exposição Ambiente de envelhecimento Provete E t [MPa] [%] [GPa] WI-20 WI-40 CCI P T 1 425,0 1,262 35,3 1.1 P T 2 447,0 1,263 35,5 1.1 P T 3 414,0 1,094 41,0 1.1 P T 5 431,0 1,145 39,7 1.1 P T 6 477,0 1,365 36,3 1.2 P T ,0 1,058 33,9 1.2 P T ,0 1,085 40,6 1.2 P T ,0 1,172 35,2 1.2 P T ,0 1,322 35,5 1.2 P T ,0 1,103 35,3 1.3 P T 1 407,0 1,341 32,3 1.3 P T 7 401,0 1,025 42,6 1.3 P T 8 414,0 1,075 40,4 1.3 P T 9 429,0 1,234 34,3 1.3 P T ,2 1,267 33,1 Quadro D.8 - Resultados individuais do ensaio de tracção para provetes do processo de reversibilidade por secagem do Grupo II aos 6 meses de exposição Ambiente de envelhecimento Provete E t [MPa] [%] [GPa] WD-20 WD-40 CCD S T 1 312,0 0,889 31,2 1.1 S T 2 426,0 0,914 45,1 1.1 S T 3 399,0 1,130 35,3 1.1 S T 4 435,0 1,078 37,1 1.1 S T 5 420,0 0,502 34,6 1.2 S T 8 419,0 1,126 34,2 1.2 S T 9 302,0 1,013 29,7 1.2 S T ,0 0,934 36,6 1.2 S T ,0 1,366 33,3 1.2 S T ,0 1,255 37,9 1.3 S T 6 321,0 0,961 35,8 1.3 S T 7 421,0 1,221 36,2 1.3 S T 8 449,0 1,319 35,5 1.3 S T 9 405,0 1,035 41,3 1.3 S T ,0 1,072 32,2 229

254 Anexo D Quadro D.9 - Resultados individuais do ensaio de tracção para provetes com revestimento lateral aplicado do Grupo II aos 12 meses de exposição Ambiente de envelhecimento Provete E t [MPa] [%] [GPa] WI-20 WI-40 CCI P T 4 441,0 1,326 35,1 1.1 P T ,0 0,945 33,7 1.1 P T ,0 1,046 31,7 1.1 P T ,0 0,891 32,7 1.1 P T ,0 1,228 36,0 1.2 P T 1 313,0 1,093 29,3 1.2 P T 2 430,0 1,019 41,7 1.2 P T 3 420,0 0,977 37,5 1.2 P T 4 383,0 0,965 41,9 1.2 P T 8 383,0 1,258 36,5 1.3 P T 2 383,0 0,915 39,0 1.3 P T 3 308,0 0,989 38,4 1.3 P T 4 383,0 1,197 32,8 1.3 P T 5 338,0 1,125 30,7 1.3 P T 6 398,0 1,094 37,8 Quadro D.10 - Resultados individuais do ensaio de tracção para provetes do processo de reversibilidade por secagem o Grupo II aos 12 meses de exposição Ambiente de envelhecimento Provete E t [MPa] [%] [GPa] WD-20 WD-40 CCD S T 6 446,0 1,201 41,1 1.1 S T 7 439,0 1,173 37,0 1.1 S T 9 439,0 1,303 35,6 1.1 S T ,0 1,103 32,3 1.1 S T ,0 1,315 35,7 1.2 S T 1 375,0 1,127 33,3 1.2 S T 7 425,0 1,338 33,1 1.2 S T ,0 1,259 35,7 1.2 S T ,0 1,307 36,1 1.2 S T ,0 1,003 30,7 1.3 S T 1 418,0 1,149 38,0 1.3 S T 2 393,0 1,036 38,6 1.3 S T 3 317,0 1,019 31,9 1.3 S T 4 318,0 1,017 31,8 1.3 S T 5 397,0 1,342 34,1 230

255 Anexo D Te ns ão de tr ac çã o Deformação em tracção ( ) [%] Figura D.20 - Curvas experimentais de tracção dos provetes revestidos de protecção lateral, imersos em água desmineralizada a 20 ºC, aos 6 meses. Te ns ão de tr ac çã o Deformação em tracção ( ) [%] Figura D.21 - Curvas experimentais de tracção dos provetes revestidos de protecção lateral, imersos em água desmineralizada a 40 ºC, aos 6 meses. Te ns ão de tr ac çã o Deformação em tracção ( ) [%] Figura D.22 - Curvas experimentais de tracção dos provetes revestidos de protecção lateral, em condensação em contínuo a 40 ºC, aos 6 meses. 231

256 Anexo D Te ns ão de tr ac çã o Deformação em tracção ( ) [%] Figura D.23 - Curvas experimentais de tracção dos provetes do processo de reversibilidade por secagem, imersos em água desmineralizada a 20 ºC, aos 6 meses. Te ns ão de tr ac çã o Deformação em tracção ( ) [%] Figura D.24 - Curvas experimentais de tracção dos provetes do processo de reversibilidade por secagem, imersos em água desmineralizada a 40 ºC, aos 6 meses. Te ns ão de tr ac çã o Deformação em tracção ( ) [%] Figura D.25 - Curvas experimentais de tracção dos provetes do processo de reversibilidade por secagem, em condensação em contínuo a 40 ºC, aos 6 meses. 232

257 Anexo D Te ns ão de tr ac çã o Deformação em tracção ( ) [%] Figura D.26 - Curvas experimentais de tracção dos provetes revestidos de protecção lateral, imersos em água desmineralizada a 20 ºC, aos 12 meses. Te ns ão de tr ac çã o Deformação em tracção ( ) [%] Figura D.27 - Curvas experimentais de tracção dos provetes revestidos de protecção lateral, imersos em água desmineralizada a 40 ºC, aos 12 meses. Te ns ão de tr ac çã o Deformação em tracção ( ) [%] Figura D.28- Curvas experimentais de tracção dos provetes revestidos de protecção lateral,em condensação em contínuo a 40 ºC, aos 12 meses. 233

258 Anexo D Te ns ão de tr ac çã o Deformação em tracção ( ) [%] Figura D.29 - Curvas experimentais de tracção dos provetes do processo de reversibilidade por secagem, imersos em água desmineralizada a 20 ºC, aos 12 meses. Te ns ão de tr ac çã o Deformação em tracção ( ) [%] Figura D.30 - Curvas experimentais de tracção dos provetes do processo de reversibilidade por secagem, imersos em água desmineralizada a 40 ºC, aos 12 meses. Te ns ão de tr ac çã o Deformação em tracção ( ) [%] Figura D.25 - Curvas experimentais de tracção dos provetes do processo de reversibilidade por secagem, em condensação em contínuo a 40 ºC, aos 12 meses. 234

259 Anexo E Anexo E Curvas experimentais da análise por corte interlaminar Apresentação dos resultados individuais dos provetes obtidos Apresentação das curvas experimentais para os provetes do Grupo I e II E Curvas experimentais da análise por corte interlaminar 235

260 Anexo E 236

261 Anexo E Apresenta-se de seguida os resultados individuais dos provetes para a tensão de corte rotura e as curvas experimentais obtidas do ensaio para os dois Grupos em estudo. Os valores médios e a sua análise encontram-se no capítulo 4. Quadro E.1 - Resultados individuais do ensaio de corte para provetes envelhecidos em imersão em água desmineralizada e solução salina do Grupo I aos 12 meses de exposição Temperatura de imersão (ºC) Provete Provete [MPa] [MPa] 1.1 C 21 35,3 2.1 C 11 37,6 1.1 C 23 38,3 2.1 C 12 40, C 26 32,1 2.1 C 13 34,6 1.1 C 28 39,0 2.1 C 14 38,7 1.1 C 29 34,2 2.1 C 29 36,6 1.2 C 13 34,0 2.2 C 8 36,1 1.2 C 15 31,0 2.2 C 12 29, C 22 33,3 2.2 C17 29,3 1.2 C 28 25,5 2.2 C 27 29,8 1.2 C C29 35,2 1.3 C 12 22,4 2.3 C 10 21,9 1.3 C 13 24,3 2.3 C 16 24, C 23 21,8 2.3 C 17 24,1 1.3 C 28 23,2 2.3 C 24 27,0 1.3 C30 26,1 2.3 C 25 - Quadro E.2 - Resultados individuais do ensaio de corte para provetes envelhecidos em imersão em água desmineralizada e solução salina do Grupo I aos 18 meses de exposição Temperatura de imersão (ºC) Provete Provete [MPa] [MPa] 1.1 C 14 41,1 2.1 C 16 39,4 1.1 C 16 29,4 2.1 C 20 39, C 17 40,2 2.1 C 21 37,0 1.1 C 18 37,2 2.1 C 27 36,3 1.1 C 24 39,8 2.1 C 30 30,8 1.2 C 10 32,0 2.2 C 10 31,9 1.2 C 11 28,2 2.2 C 11 29, C 12 27,3 2.2 C15 33,9 1.2 C 13 34,0 2.2 C 19 30,7 1.2 C C30 36,1 1.3 C 1 23,8 2.3 C 13 23,0 1.3 C 5 22,8 2.3 C 20 23, C 20 23,9 2.3 C 23 24,1 1.3 C 22 25,2 2.3 C 26 26,0 1.3 C29 20,4 2.3 C 30 22,8 237

262 Anexo E Quadro E.1 - Resultados individuais do ensaio de corte para provetes envelhecidos em imersão em água desmineralizada e solução salina do Grupo I aos 24 meses de exposição Temperatura de imersão (ºC) Provete Provete [MPa] [MPa] 1.1 C 12 35,9 2.1 C 17 28,2 1.1 C 15 33,4 2.1 C 19 28, C 25 41,0 2.1 C C 27 36,4 2.1 C 24 35,8 1.1 C 30 36,1 2.1 C 28 29,0 1.2 C 4 30,6 2.2 C 1 21,2 1.2 C 16 28,5 2.2 C 5 17, C 20 24,3 2.2 C 14 19,9 1.2 C 27 27,0 2.2 C 16 17,2 1.2 C 5 32,0 2.2 C20 21,0 1.3 C 4 16,3 2.3 C 6 29,9 1.3 C 12 19,0 2.3 C 12 48, C 14 17,9 2.3 C 14 35,4 1.3 C 18 20,5 2.3 C 18 34,0 1.3 C19 19,9 2.3 C 28 33,9 Quadro E.4 - Resultados individuais do ensaio de corte para os provetes de envelhecimento natural do Grupo I, aos 12 e 24 meses de exposição Ambiente de envelhecimento Provete Provete (12 meses) [MPa] (24 meses) [MPa] 8 C 12 42,3 8 C 11 33,5 8 C 13 42,7 8 C 17 32,5 NE 8 C 14 35,2 8 C 18 29,9 8 C 15 41,0 8 C 19 31,8 8 C 16 41,1 8 C 20 29,8 Figura E.1 - Curvas experimentais de corte interlaminar da imersão em água desmineralizada a 20 ºC, aos 12 meses. 238

263 Anexo E Figura E.2 - Curvas experimentais de corte interlaminar da imersão em água desmineralizada a 40 ºC, aos 12 meses. Figura E.3 - Curvas experimentais de corte interlaminar da imersão em água desmineralizada a 60 ºC, aos 12 meses. Figura E.4 - Curvas experimentais de corte interlaminar da solução salina a 20 ºC, aos 12 meses. 239

264 Anexo E Figura E.5 - Curvas experimentais de corte interlaminar da solução salina a 40 ºC, aos 12 meses. Figura E.6 - Curvas experimentais de corte interlaminar da solução salina a 60 ºC, aos 12 meses. Figura E.7 - Curvas experimentais de corte interlaminar da imersão dos provetes de envelhecimento natural, aos 12 meses. 240

265 Anexo E Figura E.8 - Curvas experimentais de corte interlaminar da imersão em água desmineralizada a 20 ºC, aos 18 meses. Figura E.9 - Curvas experimentais de corte interlaminar da imersão em água desmineralizada a 40 ºC, aos 18 meses. Figura E.10 - Curvas experimentais de corte interlaminar da imersão em água desmineralizada a 60 ºC, aos 18 meses. 241

266 Anexo E Figura E.11 - Curvas experimentais de corte interlaminar da solução salina a 20 ºC, aos 18 meses. Figura E.12 - Curvas experimentais de corte interlaminar da solução salina a 40 ºC, aos 18 meses. Figura E.13 - Curvas experimentais de corte interlaminar da solução salina a 60 ºC, aos 18 meses. 242

267 Anexo E Figura E.14 - Curvas experimentais de corte interlaminar da imersão em água desmineralizada a 20 ºC, aos 24 meses. Figura E.15 - Curvas experimentais de corte interlaminar da imersão em água desmineralizada a 40 ºC, aos 24 meses. Figura E.16 - Curvas experimentais de corte interlaminar da imersão em água desmineralizada a 60 ºC, aos 24 meses. 243

268 Anexo E Figura E.17 - Curvas experimentais de corte interlaminar da solução salina a 20 ºC, aos 24 meses. Figura E.18 - Curvas experimentais de corte interlaminar da solução salina a 40 ºC, aos 24 meses. Figura E.19 - Curvas experimentais de corte interlaminar da solução salina a 60 ºC, aos 24 meses. 244

269 Anexo E Figura E.20 - Curvas experimentais de corte interlaminar da imersão dos provetes de envelhecimento natural, aos 24 meses. 245

270 Anexo E Quadro E.5 - Resultados individuais do ensaio de corte para os provetes revestidos com protecção lateral e do processo de reversibilidade por secagem do Grupo II, aos 6 e 12 meses de exposição Ambiente de envelhecimento Provete Provete (6 meses) [MPa] (12 meses) [MPa] 1.1 P C 1 40,4 1.1 P C 4 34,2 1.1 P C 2 42,2 1.1 P C 6 33,1 WI P C 3 43,5 1.1 P C 7 33,6 1.1 P C 5 41,8 1.1 P C 10 30,0 1.1 P C 13 45,5 1.1 P C 12 36,5 1.2 P C 3 37,7 1.2 P C 2 27,0 1.2 P C 4 43,0 1.2 P C 8 30,4 WI P C 6 33,5 1.2 P C 9 31,5 1.2 P C 7 36,0 1.2 P C 12 29,0 1.2 P C 10 40,0 1.2 P C 13 29,2 1.3 P C 1 37,0 1.3 P C 4 29,7 1.3 P C 2 32,6 1.3 P C 5 16,7 CCI P C 3 40,6 1.3 P C 8 29,2 1.3 P C 6 35,8 1.3 P C 9 26,3 1.3 P C 7 36,8 1.3 P C 10 25,3 1.1 S C 7 37,2 1.1 S C 1 29,9 1.1 S C 10 39,1 1.1 S C 6 48,3 WD S C 11 32,1 1.1 S C 8 35,4 1.1 S C 12 35,9 1.1 S C 14 34,0 1.1 S C 13 37,9 1.1 S C 15 33,9 1.2 S C 1 36,5 1.2 S C 7 30,7 1.2 S C 2 39,7 1.2 S C 10 30,3 WD S C 5 37,7 1.2 S C 11 31,1 1.2 S C 8 39,2 1.2 S C 14 24,0 1.2 S C 9 37,9 1.2 S C 15 25,3 1.3 S C 3 36,7 1.3 S C 1 27,7 1.3 S C 4 39,6 1.3 S C 2 30,8 CCD S C 7 36,0 1.3 S C 5 28,0 1.3 S C 8 38,6 1.3 S C 6 26,8 1.3 S C 9 31,1 1.3 S C 10 29,1 246

271 Anexo E Figura E.21 - Curvas experimentais de corte interlaminar dos provetes revestidos de protecção lateral, imersos em água desmineralizada a 20 ºC, aos 6 meses. Figura E.22 - Curvas experimentais de corte interlaminar dos provetes revestidos de protecção lateral, imersos em água desmineralizada a 40 ºC, aos 6 meses. Figura E.23 - Curvas experimentais de corte interlaminar dos provetes revestidos de protecção lateral, da condensação em contínuo a 40 ºC, aos 6 meses. 247

272 Anexo E Figura E.24 - Curvas experimentais de corte interlaminar dos provetes do processo de reversibilidade por secagem, imersos em água desmineralizada a 20 ºC, aos 6 meses. Figura E.25 - Curvas experimentais de corte interlaminar dos provetes do processo de reversibilidade por secagem, imersos em água desmineralizada a 40 ºC, aos 6 meses. Figura E.26 - Curvas experimentais de corte interlaminar dos provetes do processo de reversibilidade por secagem, da condensação em contínuo a 40 ºC, aos 6 meses. 248

273 Anexo E Figura E.27 - Curvas experimentais de corte interlaminar dos provetes revestidos de protecção lateral, imersos em água desmineralizada a 20 ºC, aos 12 meses. Figura E.28 - Curvas experimentais de corte interlaminar dos provetes revestidos de protecção lateral, imersos em água desmineralizada a 40 ºC, aos 12 meses. Figura E.29 - Curvas experimentais de corte interlaminar dos provetes revestidos de protecção lateral, da condensação em contínuo a 40 ºC, aos 12 meses. 249

274 Anexo E Figura E.30 - Curvas experimentais de corte interlaminar dos provetes do processo de reversibilidade por secagem, imersos em água desmineralizada a 20 ºC, aos 12 meses. Figura E.31 - Curvas experimentais de corte interlaminar dos provetes do processo de reversibilidade por secagem, imersos em água desmineralizada a 40 ºC, aos 12 meses. Figura E.32 - Curvas experimentais de corte interlaminar dos provetes do processo de reversibilidade por secagem, da condensação em contínuo a 40 ºC, aos 12 meses. 250

275 Anexo F Anexo F Ficha técnica da resina selante F Ficha técnica da resina selante 251

276 Anexo F 252

277 Anexo F 253

278 Anexo F 254