Durabilidade de perfis pultrudidos de poliéster reforçado com fibras de vidro (GFRP) utilizados em reabilitação

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1 Durabilidade de perfis pultrudidos de poliéster reforçado com fibras de vidro (GFRP) utilizados em reabilitação Bruno Miguel Abreu da Silva Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Civil Júri Presidente: Orientador: Co-orientador: Vogal: Vogal: Prof. Doutor Jorge Manuel Caliço Lopes de Brito Prof. Doutor João Pedro Ramôa Ribeiro Correia Doutora Susana Bravo Cabral da Fonseca Prof. Doutor Pedro Miguel Dias Vaz Paulo Doutor João Eduardo Pereira Custódio Novembro 2012

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3 Durabilidade de perfis pultrudidos de poliéster reforçado com fibras de vidro (GFRP) utilizados em reabilitação Bruno Miguel Abreu da Silva Dissertação para obtenção do 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: Vogal: Prof. Doutor Jorge Manuel Caliço Lopes de Brito Prof. Doutor João Pedro Ramôa Ribeiro Correia Doutora Susana Bravo Cabral da Fonseca Prof. Doutor Pedro Miguel Dias Vaz Paulo Doutor João Eduardo Pereira Custódio Novembro 2012

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5 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO Resumo Os perfis pultrudidos reforçados com fibras de vidro, usualmente denominados de perfis de GFRP (do inglês, Glass Fibre Reinforced Polymer) são materiais compósitos constituídos por uma resina polimérica, reforçada com fibras de vidro e produzidos por um processo de pultrusão. Enquadram-se no grupo dos materiais plásticos reforçados com fibras, geralmente intitulados de FRP (do inglês, Fibre Reinforced Polymer). A presente dissertação teve como objectivo a análise da durabilidade de perfis pultrudidos de GFRP com matriz de poliéster insaturado, utilizados na Engenharia Civil. A investigação realizada procurou caracterizar mecânica e fisicamente os efeitos resultantes da exposição a diversos ambientes de envelhecimento, ao longo do tempo. Foram submetidos provetes obtidos dos perfis de GFRP aos agentes de degradação ambiental com maior incidência em infraestruturas de Engenharia Civil, tais como a temperatura elevada, a humidade, a água salgada, entre outros, através da exposição a ambientes de imersão em soluções aquosas, de condensação em contínuo ou de envelhecimento natural. Ao longo de toda a campanha experimental, foi monitorizada a evolução do desempenho do material através de um conjunto de ensaios normalizados. Os resultados obtidos demonstraram uma redução significativa das propriedades mecânicas, amplamente relacionada com a humidade e com o aumento da temperatura. Alguns dos efeitos de degradação apresentaram um carácter temporário, corroborados pelos resultados explícitos da análise de reversibilidade da exposição à humidade. Parte da redução do desempenho provocada pelos agentes de degradação demonstrou ser reversível, findo o período de exposição. A exposição directa das faces cortadas dos provetes durante a fase de preparação, em comparação com provetes cujas faces foram protegidas, não permitiu concluir de forma clara que os resultados obtidos para os provetes sem as faces protegidas possam ser demasiado conservativos. Palavras-chave GFRP Materiais compósitos Polímeros reforçados com fibras de vidro (GFRP) Polímeros reforçados com fibras (FRP) Durabilidade Ambientes de envelhecimento i

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7 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO Abstract Glass fibre reinforced polymer pultruded profiles, also known as GFRP, are composite materials constituted by a polymeric resin, reinforced with glass fibres and produced by a pultrusion process. These materials are included in the fibre reinforced polymer group, also designated FRP. The main objective of this dissertacion was to study the durability of GFRP pultruded profiles with unsaturated polyester matrix used in civil engineering applications. The experimental research intended to characterize the mechanical and the physical effects on the GFRP material due to the exposure to a variety of ageing environments over time. Samples of specimens taken from the GFRP profiles were submitted to some of the most relevant environmental agents to which civil engineering structures are subjected to such as, temperature, moisture, salt water, among others, by means of the exposure to aqueous immersion environments, continuous condensation and natural ageing. During the experimental campaign, standard tests were made to monitor the GFRP behaviour variation. The results have shown that a significant reduction of the mechanical proprieties occurs, largely related to the moisture and temperature effects. Some degradation effects have shown a temporary character, supported by results obtained from a reversible behaviour analysis, after a moisture exposure period. The analysis demonstrated the reversible part of the properties that were reduced during the ageing period. The experimental study in which the unprotected cut parts of the specimens were coated did not provide clear data to substantially conclude that exposing specimens with some parts unprotected leads to too conservative results. Keywords GFRP Composite materials Glass fibre reinforced polymer (GFRP) Fibre reinforced polymer (FRP) Durability Ageing environments iii

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9 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO Agradecimentos Todo o trabalho de investigação e pesquisa do qual resultou a presente dissertação foi possível devido ao incentivo e ao apoio de um conjunto de pessoas que não poderei deixar de mencionar e a quem desejo prestar o meu mais sincero agradecimento. Agradeço profundamente ao Professor Doutor João Correia e à Engenheira Susana Cabral Fonseca por todo o apoio, incentivo, aconselhamento, espírito crítico e dedicação, realçando a perseverança e a disponibilidade, que foram essenciais para a conclusão deste trabalho. Quero ainda agradecer a sinceridade, o rigor e a transmissão de conhecimento, que em muito contribuiu para o enriquecimento da dissertação. Ao meu colega João Sousa, que desenvolveu um tema de investigação paralelo, pelo seu apoio, disponibilidade e prontidão, companheiro durante toda a fase de preparação do material e durante o período de ensaios e de monitorização. Ao pessoal do Núcleo de Materiais Orgânicos do Laboratório Nacional de Engenharia Civil, em especial, à Senhora Filomena Nobre, ao Engenheiro Hugo Martins, ao Técnico Nuno Silvestre e aos Senhores Miguel Fernandes e Rui Ventosa, pelo acompanhamento e amizade durante a preparação e ensaio do material. Ao pessoal técnico do Laboratório de Construção do Instituto Superior Técnico, nomeadamente ao Senhor Leonel Silva pela disponibilidade e apoio durante os ensaios. À empresa ALTO Perfis Pultrudidos Lda pelo fornecimento dos perfis de GFRP com matriz de poliéster utilizados na investigação. Aos meus amigos que me acompanharam e apoiaram durante esta jornada, pelo seu apoio e incentivo, principalmente nas alturas mais difíceis nas quais sempre me influíram a continuar. Um agradecimento especial ao meu amigo e camarada de longa data Nuno João, pelas suas sugestões e pelo auxílio durante a pesquisa bibliográfica. À minha família, em especial aos meus pais João e Adélia, ao meu irmão João Carlos e aos meus avós Florinda, Maria e Joaquim, pelo incentivo, motivação e orientação não apenas durante o período de elaboração da dissertação, como também pela presença ao longo dos anos. À minha prima Carla Abreu pelas suas sugestões construtivas. Um agradecimento especial à minha amiga, companheira e cara-metade Tânia por todo o seu apoio, motivação, valor e carinho, levando-me sempre a acreditar que é possível. v

10 Ao meu filhote Tomás, pela sua irreverência e personalidade. A minha fonte de motivação e inspiração, e a quem eu dedico este trabalho. Por fim, ao meu amigo Daniel Simões, por todos os momentos que partilhámos e por todos os que gostaria que partilhássemos, ficando presente o seu sentido de dedicação e o seu patriotismo. vi

11 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO Lista de símbolos Letras romanas b h s f A largura do provete espessura do provete deslocamento em flexão frequência área da secção transversal do provete E módulo de armazenamento em flexão E E t F F SBS F T F u L T g W i módulo de perda em flexão módulo de elasticidade em tracção força aplicada em flexão tensão de corte interlaminar força aplicada em tracção força de rotura ao corte interlaminar comprimento do provete temperatura de transição vítrea valor da massa medida no dia i W i-1 valor da massa medida no dia anterior i-1 Letras gregas δ 1 2 ε A ε f ε t ε(t) ângulo de fase deformação igual a 0,0005 em tracção deformação igual a 0,0025 em tracção amplitude inicial do ciclo de deformação deformação em flexão deformação em tracção deformação dinâmica ζ 1 tensão correspondente à extensão 1 vii

12 ζ 2 tensão correspondente à extensão 2 ζ A ζ f ζ t ζ(t) amplitude inicial do ciclo de tensão tensão de rotura à flexão tensão à tracção tensão dinâmica viii

13 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO Índice geral 1. Introdução Enquadramento geral Objectivos da dissertação Organização da dissertação Bibliografia Características gerais dos perfis pultrudidos de GFRP Introdução Principais materiais Fibras de reforço Matriz polimérica Material de enchimento ( cargas ) Aditivos Adesão fibra-matriz Processo de fabrico por pultrusão Propriedades dos perfis pultrudidos de GFRP Vantagens e dificuldades na aplicação de perfis pultrudidos GFRP Áreas de aplicação de materiais FRP na construção Bibliografia Durabilidade dos perfis pultrudidos de GFRP Introdução Definição de durabilidade Principais agentes de degradação Humidade e ambientes aquosos Efeitos na matriz polimérica Efeitos nas fibras de vidro Efeitos na interface matriz-fibras Ambientes alcalinos Temperatura Efeitos higrotérmicos Fluência Fadiga Fogo Exposição à radiação ultravioleta (UV) Bibliografia ix

14 4. Campanha experimental Introdução Programa experimental Estudo prévio da campanha experimental Organização da campanha experimental Material Perfis pultrudidos de GFRP Preparação dos provetes Corte dos provetes Identificação Processo de aplicação do revestimento de protecção Processo de secagem Ambientes de exposição Envelhecimento por imersão Condensação em contínuo a 40 ºC Envelhecimento natural Monitorização e metodologia de controlo Procedimento após o período de exposição dos provetes Caracterização do material Variação de massa Análise mecânica dinâmica (DMA) Ensaios mecânicos Ensaio de corte interlaminar Ensaio de flexão Ensaio de tracção Bibliografia Resultados e discussão Caracterização inicial do material GFRP Absorção de água Análise mecânica dinâmica (DMA) Resultados dos ensaios mecânicos Ensaio de corte interlaminar Ensaio de flexão Ensaio de tracção Discussão dos resultados dos ensaios mecânicos Envelhecimento dos provetes da fase Envelhecimento dos provetes protegidos x

15 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO Envelhecimento dos provetes de secagem Envelhecimento natural Conclusões Bibliografia Conclusões e perspectivas de desenvolvimentos futuros Conclusões Perspectivas de desenvolvimentos futuros Anexos... A.1 Anexo 1 Caracterização inicial do material GFRP... A.2 Anexo 2 Absorção de água... A.3 Anexo 3 Análise mecânica dinâmica (DMA)... A.8 Anexo 4 Ensaio ao corte interlaminar... A.16 Anexo 5 Ensaio à flexão... A.27 Anexo 6 Ensaios à tracção... A.48 Anexo 7 Ficha técnica do ligante epóxido de protecção... A.65 xi

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17 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO Índice de figuras 2. Características gerais dos perfis pultrudidos de GFRP Figura 2.1 Motivos que tem potenciado a aplicação de materiais compósito FRP... 9 Figura 2.2 Processo de fabrico por pultrusão Figura 2.3 Secções transversais de perfis de GFRP produzidos por pultrusão Figura 2.4 Relação tensão-deformação de materiais com funcionalidade estruturais Figura 2.5 Tensão de rotura à tracção e módulo de elasticidade de materiais com funcionalidade estrutural Figura 2.6 Propriedades físicas de materiais com funcionalidade estrutural Figura 2.7 Escada sobre a cobertura da Estação do Rossio Figura 2.8 Passadiço e guarda-corpos sobre os tanques do Oceanário de Lisboa Figura 2.9 Passadiço na linha férrea da ponte 25 de Abril Figura 2.10 Cobertura no centro comercial Colombo Figura 2.11 Betonagem de um tabuleiro de uma ponte em Greene County, Missouri, nos Estados Unidos da América, reforçado com uma malha de perfis de GFRP Figura 2.12 Ponte em Lérida Figura 2.13 Ponte em Kolding Figura 2.14 Edifício Eyecatcher Figura 2.15 Construção estrutura de uma torre de arrefecimento in situ em perfis GFRP Figura 2.16 Estrutura modular de uma torre de arrefecimento em GFRP Figura 2.17 Cobertura de um tanque da ETAR de Vilamoura Figura 2.18 Estrutura de uma cobertura da fábrica da Portucel em Setúbal Figura 2.19 Reabilitação do tecto do castelo de Wörlitz Durabilidade dos perfis pultrudidos de GFRP Figura 3.1 Esquema da aplicação dos conceitos de durabilidade e tolerância à degradação Campanha experimental Figura 4.1 Nomenclatura relativa às dimensões dos provetes Figura 4.2 Guarda-corpos em perfis pultrudidos de GFRP Figura 4.3 Tipos de provete cortados Figura 4.4 Região viável para obtenção de provetes numa secção do perfil tubular Figura 4.5 Identificação tipo de um provete Figura 4.6 Provete protegido e provete totalmente revestido Figura 4.7 Estufa de secagem dos provetes Figura 4.8 Provetes em imersão Figura 4.9 Provetes em condensação em contínuo Figura 4.10 Provetes em envelhecimento natural Figura 4.11 Provetes da Fase 1 e protegidos, selados antes dos respectivos ensaios xiii

18 Figura 4.12 Provete viajante Figura 4.13 Balança Mettler AE Figura 4.14 Equipamento utilizado no ensaio de DMA Figura 4.15 Craveira digital Absolute Digimatic Figura 4.16 Prensa hidráulica Seidner Form Test Figura 4.17 Unidade de aquisição de dados Spider Figura 4.18 Estado do provete após ensaio de corte interlaminar Figura 4.19 Estado do provete após o ensaio de flexão Figura 4.20 Equipamento Instron 4803 utilizado no ensaio à tracção e extensímetro acopolado Resultados e discussão Figura 5.1 Curvas de absorção dos provetes viajantes ao longo do tempo de envelhecimento acelerado Figura 5.2 Curvas de absorção dos provetes viajantes da fase 2 ao longo do tempo de envelhecimento acelerado Figura 5.3 Evolução da T g dos provetes da fase 1 envelhecidos por imersão em água desmineralizada e em solução salina Figura 5.4 Evolução da T g dos provetes da fase 2 envelhecidos por imersão em água desmineralizada e em condensação em contínuo Figura 5.5 Curvas relativas ao E, ao E e à tan δ de um provete protegido e de um provete da fase 1 imersos em água desmineralizada a 40 ºC durante 6 meses Figura 5.6 Evolução da T g dos provetes em envelhecimento natural Figura 5.7 Evolução da tensão de rotura ao corte interlaminar nos provetes da fase 1 envelhecidos por imersão em água desmineralizada e em solução salina Figura 5.8 Variações da tensão de rotura ao corte interlaminar nos provetes da fase 1 e fase 2 envelhecidos durante 6 meses Figura 5.9 Tensão de rotura ao corte interlaminar de provetes em envelhecimento natural durante 12 meses Figura 5.10 Evolução da tensão de rotura em flexão nos provetes da fase 1 envelhecidos por imersão em água desmineralizada e em solução salina Figura 5.11 Evolução da deformação de rotura em flexão nos provetes da fase 1 envelhecidos por imersão em água desmineralizada e em solução salina Figura 5.12 Evolução do módulo de elasticidade em flexão nos provetes da fase 1 envelhecidos por imersão em água desmineralizada e em solução salina Figura 5.13 Variações da tensão de rotura em flexão nos provetes da fase 1 e fase 2 envelhecidos durante 6 meses Figura 5.14 Variações da deformação na rotura em flexão nos provetes da fase 1 e fase 2 envelhecidos durante 6 meses Figura 5.15 Variações do módulo de elasticidade em flexão nos provetes da fase 1 e fase 2 envelhecidos durante 6 meses xiv

19 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO Figura 5.16 Variações da tensão de rotura em flexão nos provetes em envelhecimento natural durante 12 meses Figura 5.17 Variações da deformação na rotura em flexão nos provetes em envelhecimento natural durante 12 meses Figura 5.18 Variações do módulo de elasticidade em flexão nos provetes em envelhecimento natural durante 12 meses Figura 5.19 Evolução da tensão de rotura em tracção nos provetes da fase 1 envelhecidos por imersão em água desmineralizada e em solução salina Figura 5.20 Evolução da deformação de rotura em tracção nos provetes da fase 1 envelhecidos por imersão em água desmineralizada e em solução salina Figura 5.21 Evolução do módulo de elasticidade em tracção nos provetes da fase 1 envelhecidos por imersão em água desmineralizada e em solução salina Figura 5.22 Variações da tensão de rotura em tracção nos provetes da fase 1 e fase 2 envelhecidos durante 6 meses Figura 5.23 Variações da deformação na rotura em tracção nos provetes da fase 1 e fase 2 envelhecidos durante 6 meses Figura 5.24 Variações do módulo de elasticidade em tracção nos provetes da fase 1 e fase 2 envelhecidos durante 6 meses Figura 5.25 Variações da tensão de rotura em tracção nos provetes em envelhecimento natural durante 12 meses Figura 5.26 Variações da deformação na rotura em tracção nos provetes em envelhecimento natural durante 12 meses Figura 5.27 Variações do módulo de elasticidade em tracção nos provetes em envelhecimento natural durante 12 meses xv

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21 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO Índice de quadros 2. Características gerais dos perfis pultrudidos de GFRP Quadro 2.1 Propriedade das fibras comercializadas e utilizadas no fabrico de FRP Quadro 2.2 Características dos principais tipos de fibras de vidro comercializadas Quadro 2.3 Propriedades físicas e mecânicas de resinas termoendurecíveis Quadro 2.4 Propriedades mecânicas de perfis pultrudidos GFRP comercializados Campanha experimental Quadro 4.1 Ensaios a realizar e respectivas normas e dimensões dos provetes Quadro 4.2 Quantidade de provetes para a fase Quadro 4.3 Programa experimental Quadro 4.4 Método de identificação dos provetes por tipo de ensaio Quadro 4.5 Método de identificação dos provetes por ambiente de envelhecimento, temperatura e fase da investigação Quadro 4.6 Tipo de provete analisado para cada ambiente de exposição Quadro 4.7 Provetes viajantes Resultados e discussão Quadro 5.1 Valores das tensões de rotura ao corte interlaminar, à flexão e à tracção dos provetes da fase Quadro 5.2 Valores da deformação e do módulo de elasticidade na rotura dos provetes da fase Quadro 5.3 Valores das tensões de rotura ao corte interlaminar, à flexão e à tracção dos provetes protegidos Quadro 5.4 Valores da deformação e do módulo de elasticidade na rotura dos provetes protegidos Quadro 5.5 Valores da tensão de rotura ao corte interlaminar e à flexão dos provetes de secagem Quadro 5.6 Valores da deformação e do módulo de elasticidade na rotura dos provetes de secagem Quadro 5.7 Valores das tensões de rotura ao corte interlaminar, à flexão e à tracção dos provetes em envelhecimento natural Quadro 5.8 Valores da deformação e do módulo de elasticidade na rotura dos provetes em envelhecimento natural xvii

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23 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO 1. Introdução 1.1 Enquadramento geral A durabilidade dos materiais tradicionais aplicados na construção tem influenciado as práticas de dimensionamento e a própria regulamentação em vigor [1.1]. As limitações de durabilidade, particularmente do aço e do betão armado, aliadas aos exigentes e crescentes ritmos de construção têm tido um efeito impulsionador no desenvolvimento de novos materiais estruturais [1.2;1.3]. No caso dos E.U.A., verifica-se que actualmente uma grande variedade de infra-estruturas de apoio à rede de transportes e com finalidade habitacional, construídas durante um largo período de expansão entre 1950 e 1970, estão a atingir um período de vida crítico devido a sinais de deterioração e de funcionalidade reduzida. Este facto advém da agressão de agentes ambientais, do envelhecimento dos componentes estruturais, do aumento de tráfego no caso de infra-estruturas de apoio rodoviário, do conhecimento insuficiente do impacte da durabilidade dos materiais na fase de dimensionamento e da ausência de planos de manutenção ou do recurso a medidas de manutenção ou de reabilitação inadequadas, ao longo do período de vida da estrutura. A consequente diminuição da capacidade funcional das infra-estruturas devido à deterioração resulta em impactes sócio-económicos relevantes, que deverão ser minorados e o seu aparecimento retardado [1.4]. São aliás as reabilitações crescentes a nível estrutural de diversas infra-estruturas que impulsionaram a necessidade de elaborar planos de inspecção e manutenção para novas estruturas, de modo a prolongar a sua durabilidade [1.5]. É neste contexto que os materiais plásticos reforçados com fibras (FRP, do inglês, fibre reinforced polymer) têm vindo a surgir como uma alternativa no sector da construção. No caso particular de perfis pultrudidos de GFRP (do inglês, glass fibre reinforced polymer), têm sido diversas as áreas de aplicação. Numa fase primordial, os perfis foram aplicados quase exclusivamente em elementos não estruturais ou em estruturas secundárias, onde algumas das suas vantagens potenciais eram evidentes face aos materiais tradicionais. Contudo, nos últimos anos, o número de aplicações em estruturas primárias tem vindo aumentar, quer em novas obras de coberturas, edifícios, pontes pedonais e rodoviárias, quer em obras de reabilitação, sobretudo na substituição de elementos estruturais degradados, tanto em edifícios, como em pontes [1.1;1.3]. Os perfis de GFRP têm demonstrado um elevado potencial, apresentando como vantagens as elevadas relações rigidez/peso próprio, as elevadas relações resistência/peso próprio, o reduzido peso próprio, a durabilidade em ambientes agressivos e quimicamente adversos, a resistência à fadiga e à corrosão, a transparência electromagnética, o bom isolamento eléctrico e a possibilidade do processo de fabrico por pultrusão permitir a produção de diversas formas estruturais [1.1;1.6]. 1

24 1. INTRODUÇÃO No entanto, alguns obstáculos têm retardado a aceitação dos perfis de GFRP [1.1]. A utilização de FRP na construção de navios, gasodutos, tanques de armazenamento e em equipamento quimicamente resistente utilizado na indústria petrolífera comprova o desempenho do material em ambientes severos e corrosivos [1.3]. Contudo, no sector da construção, donos de obra e engenheiros civis exigem dados mais abrangentes e concretos sobre a durabilidade do material, visto que é expectável que o material garanta as suas características estruturais durante um período de vida superior a 50 anos, estando sujeito às condições de serviço previstas e aos diversos agentes de degradação e respectivos efeitos sinergéticos [1.1;1.2;1.4]. Questões técnicas como a deformabilidade, a susceptibilidade a fenómenos de instabilidade e as ligações entre perfis GFRP reforçam a necessidade de se aprofundar o conhecimento sobre as características dos compósitos de GFRP [1.1]. O custo inicial dos perfis de GFRP é outro factor que minora a competitividade em relação aos materiais tradicionais. Contudo, a durabilidade, aliada ao reduzido peso próprio do material, e à consequente facilidade de aplicação e redução do peso próprio das estruturas, pode contribuir para a competitividade do material GFRP tendo em conta o seu custo efectivo e beneficiando da redução dos custos de manutenção e do aumento do período de vida útil da estrutura [1.7]. A durabilidade é identificada por diversos autores como uma das lacunas mais críticas entre o conhecimento necessário e o conhecimento adquirido. Os estudos realizados sobre este tema são ainda reduzidos e os resultados apresentados por vezes divergentes. Em determinadas situações, as condições dos ambientes de envelhecimento acelerado têm sido demasiado exigentes, originando uma degradação excessiva e estimativas relativas à durabilidade do material GFRP demasiado conservativas [1.8]. Países como o Canadá e os EUA, cuja corrosão e degradação das infra-estruturas em aço e betão armado é actualmente um grave problema, já começaram a definir normas relativamente ao ensaio de compósitos de GFRP em ambientes acelerados, promovendo a pesquisa de soluções alternativas aos materiais tradicionais [1.4; 1.8]. O alargamento do conhecimento sobre a durabilidade dos compósitos de GFRP, e a consolidação da informação disponível sobre os fenómenos de deterioração provocados pelos diversos agentes de degradação, são factores primordiais para o aumento da credibilidade do material GFRP como material estrutural e para o desenvolvimento de regulamentação sustentada [1.9]. Não só é importante perceber os fenómenos de degradação, como é igualmente fundamental compreender a actuação de diferentes agentes de degradação, actuando em simultâneo, e quais os efeitos sinergéticos que daí advêm. Conhecer os efeitos é, no entanto, insuficiente, sendo igualmente importante perceber como surgem os fenómenos de degradação ao longo do tempo e como se reflectem na durabilidade dos perfis de GFRP, em condições de envelhecimento natural. É neste contexto que se enquadra o tema da presente dissertação. 2

25 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO 1.2 Objectivos da dissertação O objectivo principal da presente dissertação consiste na análise da durabilidade de perfis pultrudidos de GFRP com matriz de poliéster insaturado, utilizados no sector na construção, sendo a área da reabilitação estrutural um dos exemplos de aplicação. O estudo incidiu essencialmente sobre a durabilidade do material, importando destacar que o conceito de durabilidade se refere à capacidade do material em conservar as suas características iniciais ao longo do tempo. Existem alguns estudos relativos à durabilidade de perfis de GFRP, nomeadamente a nível internacional; contudo, abordam geralmente poucos agentes de degradação ou amostras reduzidas. Nesse sentido, foi desenvolvida uma investigação que englobasse diversos factores de degradação a actuar em simultâneo O projecto de investigação, no qual se integra a presente dissertação, foi iniciado em 2009, no âmbito da parceria entre o Instituto Superior Técnico e o Laboratório Nacional de Engenharia Civil. No seguimento de uma primeira campanha de ensaios, resultaram as dissertações de Costa [1.10] e Carreiro [1.11], que compilaram e analisaram o comportamento do material GFRP de poliéster insaturado e de viniléster, respectivamente, após a exposição a diversos ambientes de envelhecimento acelerado, ao longo de 9 meses. Foram avaliados os impactes da humidade, da água salgada, da temperatura, da radiação ultravioleta (UV) e dos efeitos sinergéticos entre os agentes de degradação. Continuando a análise iniciada por Costa [1.10], surgiu a necessidade de se aprofundar o conhecimento dos efeitos higrotérmicos nos provetes de GFRP de poliéster insaturado para um período de exposição mais alargado (superior a 9 meses). Para além do referido, os fenómenos de degradação que ocorrem nos compósitos GFRP não são todos irreversíveis. A análise da reversibilidade da degradação após a exposição a efeitos higrotérmicos foi outra das questões que motivou o desenvolvimento da presente dissertação. Algumas publicações recentes referem que as condições perante as quais os provetes estão expostos aos diversos ambientes de envelhecimento acelerado poderão originar resultados demasiado conservativos. No caso da investigação em curso, a preparação dos provetes incluiu o corte do material GFRP nas dimensões normalizadas, relativas aos ensaios mecânicos realizados, expondo as faces de corte durante o período de exposição. Em condições usuais, o material não se encontra nestas circunstâncias, podendo ter estado durante a campanha experimental mais susceptível à absorção de humidade e, consequentemente, ter conduzido a resultados mais conservativos. Considerou-se relevante compreender se, pelo facto das faces de corte não se encontrarem nas mesmas condições das restantes faces, isso poderia originar resultados demasiado conservativos. Neste contexto, foram delineados os seguintes aspectos, com o intuito de validar os objectivos referidos: garantir as mesmas características dos ambientes de envelhecimento acelerado definidas durante a primeira fase da investigação; 3

26 1. INTRODUÇÃO caracterizar física e mecanicamente o material GFRP de poliéster insaturado em estudo; analisar as propriedades físicas e químicas do material ao longo dos diversos períodos de envelhecimento e para os vários ambientes de exposição (envelhecimento acelerado e natural); avaliar o efeito das condições ambientais na durabilidade do material, através do seu desempenho mecânico e físico; averiguar a reversibilidade da variação das características constatada ao longo do tempo, perante os diversos ambientes de envelhecimento acelerado; verificar se os resultados obtidos durante a primeira fase da investigação são passíveis de apresentar um carácter conservativo. O material utilizado na campanha experimental que integrou o âmbito da presente dissertação foi fornecido pela empresa ALTO Perfis Pultrudidos, Lda. e pertencem ao mesmo lote do material utilizado durante a primeira fase da investigação realizada por Costa [1.10]. Os perfis utilizados apresentavam uma secção quadrada oca. O material GFRP com matriz de poliéster insaturado foi exposto a ambientes de envelhecimento acelerado e natural. No caso dos ambientes de envelhecimento acelerado, procurou-se replicar os efeitos higrotérmicos da temperatura e da humidade, agentes cujos efeitos demonstraram um maior impacte durante a primeira fase da investigação. No caso do envelhecimento natural, apenas foi possível averiguar os resultados após um ano de exposição às condições da região de Lisboa. A exposição em condições naturais manter-se-á durante 10 anos, com o objectivo de se obter dados que permitam sustentar a elaboração de um modelo de previsão da durabilidade do material GFRP de matriz de poliéster insaturado. Foram definidos três tipos de provetes com o intuito de se analisar os objectivos propostos, através dos ambientes de envelhecimento acelerado. O primeiro grupo contemplou a caracterização mecânica imediatamente após a exposição aos agentes de degradação, com o objectivo de se avaliar os efeitos provocados por estes no desempenho do material. Este conjunto de provetes esteve alinhado com a metodologia adoptada durante a primeira fase da investigação. O segundo grupo caracterizou-se pela exposição dos provetes a um período de secagem, após a permanência durante um determinado tempo aos diversos ambientes de envelhecimento acelerado, com o intuito de se analisar a reversibilidade dos fenómenos de degradação. O terceiro conjunto foi constituído por provetes cujas faces de corte foram revestidas com uma camada de protecção, com a finalidade de se compreender qual o impacte que a exposição directa das faces de corte aos agentes de degradação tem nos resultados obtidos e, consequentemente, se os dados obtidos para os provetes nestas condições são efectivamente conservativos. 4

27 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO 1.3 Organização da dissertação A presente dissertação encontra-se organizada em seis capítulos. Este primeiro capítulo visa introduzir o tema desenvolvido e contextualizar a sua importância na área da engenharia civil. Engloba ainda a descrição dos objectivos propostos a alcançar. O segundo capítulo refere-se às características gerais dos perfis pultrudidos de GFRP. São definidos os principais materiais constituintes e é descrito o processo de fabrico. O capítulo apresenta também as propriedades físicas e mecânicas de perfis pultrudidos de GFRP comercializados pelo fabricante do material utilizado na investigação, por uma empresa de referência europeia e por outra empresa de referência americana. São ainda abordadas as vantagens e dificuldades da aplicação dos perfis na Engenharia Civil e exemplificadas algumas áreas onde já foram utilizados. O terceiro capítulo é dedicado ao estudo bibliográfico relativo à durabilidade de perfis pultrudidos de GFRP. Descreve-se o conceito de durabilidade de forma mais pormenorizada e são abordados os principais agentes de degradação, baseando a fundamentação numa vasta pesquisa bibliográfica e nos resultados e conclusões obtidos por diversos autores. No caso da humidade e da exposição a ambientes aquosos, os fenómenos de degradação que ocorrem no material são detalhados com base nos impactes que ocorrem na matriz, nas fibras e na interface matriz-fibras. A pesquisa bibliográfica sobre este agente de degradação é mais minuciosa, pelo facto de diversos autores se referirem a ele como um dos principais impulsionadores da degradação do material GFRP e pela maioria dos ambientes de envelhecimento da campanha experimental terem como objectivo a análise da influência da humidade e da exposição a ambientes aquosos a diversas temperaturas. O quarto capítulo aborda os procedimentos experimentais adoptados ao longo da campanha experimental. Refere o programa experimental adoptado, com base no estudo prévio realizado e apresenta a sua organização. Neste capítulo é mencionada a origem dos perfis pultrudidos GFRP de matriz de poliéster insaturado e descrita a preparação dos provetes, a metodologia de identificação, as características dos ambientes de exposição e os respectivos métodos de monitorização. O capítulo engloba ainda os procedimentos dos ensaios de caracterização física e mecânica do material estudado. No quinto capítulo, são apresentados os resultados experimentais obtidos e é realizada a respectiva discussão. Procurou-se ainda correlacionar os valores obtidos e a evolução do comportamento do material GFRP analisado com dados e conclusões publicadas por outros autores. O sexto capítulo refere-se às conclusões e aborda as perspectivas de desenvolvimentos futuros, propostas com base no estudo realizado. 5

28 1. INTRODUÇÃO Em anexo, são apresentados de forma mais detalhada os resultados obtidos durante a campanha experimental que integrou a presente dissertação. 1.4 Bibliografia [1.1] Correia, J. R., Perfis pultrudidos de fibra de vidro (GFRP). Aplicação de vigas mistas GFRP-Betão na construção, Dissertação para a obtenção do Grau de Mestre em Construção, Instituto Superior Técnico, Universidade Técnica de Lisboa, Março, [1.2] Cabral-Fonseca, S., Correia, J. R., Costa, R., Carreiro, A., Rodrigues, M. P., Eusébio, M. I., Branco, F. A., Environmental degradation of GFRP pultruded profiles made of polyester and vinylester resins, 15 th International Conference on Composite Structures, Porto, [1.3] Correia, J. R., Branco, F. A., Ferreira, J. G., Perfis pultrudidos de fibra de vidro: um material para a reabilitação estrutural, Construção Magazine, No. 28, 21-26, [1.4] Karbhari, V. W., Durability of composites for civil structural applications, Woodhead Publishing Limited, Cambridge, England, [1.5] Appleton, J., Inspecção e reabilitação de pontes, Palestra realizada no Instituto Superior Técnico, 15 de Setembro de [1.6] Kim, H., Park, Y., You, Y., Moon, C., Short term durability test for GFRP rods under various environmental conditions, Composite Structures, Vol. 83, No. 1, 37-47, [1.7] Pritchard, G., Reinforced plastics durability, Woodhead Publishing Limited, Cambridge, England, November, [1.8] Robert, M., Wang, P., Cousin, P., Benmokrane, B., Temperature as an accelerating factor for long-term durability testing FRPs: should there be any limitations? Journal of Composites for Construction, Vol. 14, No. 4, , [1.9] Karbhari, V. M., Gap analysis for durability of fiber reinforced polymer composites in civil infrastructures Chapter 1: Introduction, CERF, [1.10] Costa, R. L., Durabilidade de perfis pultrudidos de poliéster reforçado com fibras de vidro (GFRP), Dissertação para a obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Civil, Instituto Superior Técnico, Universidade Técnica de Lisboa, Novembro,

29 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO [1.11] Carreiro, A., Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP), Dissertação para a obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Civil, Instituto Superior Técnico, Universidade Técnica de Lisboa, Maio,

30 1. INTRODUÇÃO 8

31 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO 2. Características gerais dos perfis pultrudidos de GFRP 2.1 Introdução Os materiais compósitos FRP têm vindo a alargar o seu campo de aplicação nos últimos anos. No caso particular da construção, é crescente o número de estudos que se têm vindo a efectuar, com o intuito de comprovar a viabilidade da aplicação de compósitos FRP em detrimento dos materiais tradicionais. Vantagens como a maior durabilidade, a elevada resistência em ambientes agressivos, a maior leveza e a inexistência de interferência electromagnética são factores que têm potenciado a aplicabilidade dos materiais compósitos FRP na construção [2.1]. A figura 2.1 exemplifica os motivos mais relevantes, segundo os quais se têm vindo a basear diversos estudos. - Problemas de durabilidade devido à corrosão. - Reabilitação e reforço estrutural. - Eficiência dos processos construtivos; - Reabilitação e reforço estrutural; - Aplicações electromagnéticas. Figura 2.1 Motivos que tem potenciado a aplicação de materiais compósito FRP (adaptado de [2.1]) Os materiais convencionais como o aço, a madeira e o betão, vastamente aplicados na construção, têm vindo a revelar um acréscimo dos custos de manutenção e reparação, nomeadamente em infra-estruturas com períodos de vida a ultrapassar 40 anos. Factores como o envelhecimento dos materiais, os efeitos ambientais, a utilização das infra-estruturas ou a sua sobreutilização, e manutenções ou medidas de reabilitação inadequadas têm influenciado a celeridade da deterioração e a redução da funcionalidade de diversas infra-estruturas, com impactos sócio-económicos relevantes em determinados casos [2.2]. São exemplo desse facto o número de pontes que necessitam de reparação só nos Estados Unidos da América. Estima-se que, neste país, das aproximadamente pontes, 42% necessitem de reabilitação, nomeadamente devido a problemas de corrosão nos tabuleiros [2.3]. O recurso aos materiais convencionais na reabilitação de infra-estruturas é, em diversos casos, bastante limitativo. A rápida degradação em ambientes agressivos e a limitação da adaptação dos materiais às estruturas existentes são factores condicionantes. Outro aspecto é o aumento 9

32 2. CARACTERÍSTICAS GERAIS DOS PERFIS PULTRUDIDOS DE GFRP substancial do peso próprio que a utilização de materiais convencionais, nomeadamente o aço, confere quando aplicados em reabilitação, o que restringe a eficiência da estrutura em termos de funcionalidade. É com base nestes condicionalismos que surge a necessidade de se desenvolverem novos materiais e tecnologias, que permitam melhorar o desempenho das estruturas, de forma funcional, eficiente e duradoura [2.2]. Os perfis de GFRP surgem na reabilitação de infra-estruturas como um material de grande potencial. Apresentam como vantagens as elevadas relações rigidez/peso próprio e resistência/peso próprio, o reduzido peso próprio, a durabilidade em ambientes agressivos, a resistência à fadiga e à corrosão, a transparência electromagnética, o isolamento eléctrico e a possibilidade de produzir qualquer forma [2.2;2.4]. Pritchard [2.5] complementa que o recurso a perfis compósitos de GFRP pode ser igualmente bastante competitivo ao se analisar comparativamente o custo efectivo em relação aos materiais convencionais. Por outras palavras, tendo em conta as vantagens associadas à sua durabilidade e a consequente redução de custos de manutenção e aumento do período de vida da estrutura, bem como o reduzido peso próprio dos perfis de GFRP que facilitam a sua aplicação. Neste capítulo, são descritas as características gerais dos perfis pultrudidos de GFRP e referenciados alguns casos de aplicação. 2.2 Principais materiais Um material compósito resulta da combinação macroscópica de pelo menos dois materiais distintos, interligados através de uma interface finita [2.6]. Um dos constituintes são as fibras de reforço, cujo papel é proporcionar grande parte da rigidez e resistência mecânica. O outro constituinte base é a matriz, cuja função é unificar os diversos componentes, proporcionando a transferência das cargas aplicadas no perfil compósito, entre as diversas fibras constituintes. É precisamente a existência de um material de reforço (fibras) que distingue um material compósito de um material plástico [2.3; 2.6]. Ao material compósito são adicionadas em diversas ocasiões materiais de enchimento, denominados de fillers, e aditivos, com intuito de melhorar determinadas características, como por exemplo a protecção electromagnética, a condutividade eléctrica e a redução da inflamabilidade, ou apenas com o objectivo de reduzir o custo [2.6]. Neste subcapítulo 2.2, são descritas as características dos referidos constituintes Fibras de reforço As fibras passíveis de serem utilizadas como constituinte conferidor da resistência mecânica e rigidez do material compósito podem advir de diversos materiais, com origem natural ou sintética. Na 10

33 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO engenharia civil, as fibras frequentemente utilizadas são as de vidro (G 1 ), de aramida (A 2 ) (ou Kevlar (K 3 )) e as de carbono (C 4 ) [2.4; 2.8; 2.9]. O recurso aos diferentes tipos de fibras dependerá da avaliação das condições de utilização, da resistência, da rigidez, da durabilidade e do custo exigido [2.7; 2.9]. Na aplicação de perfis compósitos em FRP como material estrutural, as fibras são o constituinte responsável pela resistência mecânica. Quando o material é solicitado por uma carga exterior, a força aplicada é transferida para as fibras por intermédio da interface fibra-matriz. Contudo, as fibras são um constituinte que, isoladamente, apresenta fragilidade, ocorrendo nomeadamente roturas em zonas localizadas. Este facto não implica a incapacidade de uma estrutura resistir ao colapso mas reforça a importância da interacção dos diversos constituintes que originam o material compósito. A matriz desempenha o papel sinergético de conter a propagação de roturas nas fibras e transferir uma carga exterior às diversas fibras do material FRP, potenciando a sua capacidade resistente [2.10]. É portanto importante definir a quantidade de fibras e a respectiva orientação, de acordo com o tipo e com os esforços a que a estrutura estará sujeita [2.9]. No quadro 2.1, são apresentadas as características mecânicas e físicas de fibras usualmente comercializadas. Quadro 2.1 Propriedade das fibras comercializadas e utilizadas no fabrico de FRP (adaptado de [2.11]) Propriedades Resistência à tracção (MPa) Módulo de elasticidade (GPa) Extensão na rotura (%) Massa volúmica (g/cm 3 ) Fibra poliacrilonitrila Elevada resistência Elevado módulo de elasticidade Carbono Aramida Vidro Origem betuminosa Comum Elevado módulo de elasticidade Kevlar 49 Twaron Technora ,5 Tipo E ,5-73,5 Alcalina resistente ,6-70 1,3-1,8 0,4-0,8 2,1-2,5 0,4-1,5 2,3 4,6 4, ,7-1,8 1,8-2,0 1,6-1,7 1,9-2,1 1,45 1,39 2,6 2,27 Diâmetro (μm) Das fibras referidas, as de vidro são as mais utilizadas na construção, nomeadamente devido à elevada resistência e ao preço mais atractivo. São ainda vantagens a assinalar a resistência à temperatura, a isotropia de expansão térmica, a boa aderência às matrizes poliméricas e a boa 1 Sigla do inglês Glass 2 Sigla do inglês Aramid 3 Sigla do inglês Kevlar 4 Sigla do inglês Carbon 11

34 2. CARACTERÍSTICAS GERAIS DOS PERFIS PULTRUDIDOS DE GFRP resistência química. Apresentam, no entanto, um módulo de elasticidade inferior ao das restantes fibras e reduzida resistência à humidade, à rotura por fadiga e a ambientes alcalinos [2.9]. São comercializados diversos tipos de fibras de vidro, sendo exemplo as fibras designadas de E, S, AR e C. As fibras C definem-se por uma resistência à corrosão melhorada, enquanto as fibras AR se caracterizam por uma resistência melhorada aos álcalis. As fibras E e S são as mais comercializadas, sendo o primeiro tipo utilizado em muito maior percentagem. As fibras E apresentam uma elevada resistência mecânica, química e bom isolamento eléctrico. As fibras S apresentam uma resistência mecânica superior às fibras E mas, em contrapartida, um preço mais elevado [2.4; 2.8]. No quadro 2.2, encontram-se discriminadas as propriedades físicas e mecânicas de três tipos das principais fibras de vidro comercializadas. Quadro 2.2 Características dos principais tipos de fibras de vidro comercializadas (adaptado de [2.1]) Tipo de fibra Massa volúmica Resistência à tracção Módulo de elasticidade Extensão na rotura Coeficiente de dilatação térmica Kg/m 3 MPa GPa % 10-6 /ºC Coeficiente de Poisson Vidro E ,4 2,4 5 0,22 Vidro S ,5 3,3 2,9 0,22 Vidro AR ,0-3,0 - - O rácio entre o comprimento e o diâmetro das fibras influencia as características mecânicas dos materiais compósitos. Na produção de um perfil de GFRP, as fibras de reforço podem ser aplicadas de forma descontínua ou contínua. As fibras descontínuas apresentam um rácio comprimento/diâmetro reduzido e, quando aplicadas aleatoriamente, proporcionam ao material compósito um comportamento isotrópico. Influenciam ainda a rigidez, promovendo o comportamento visco-elástico do perfil de GFRP. Em contrapartida, as fibras contínuas aumentam a rigidez e a resistência mecânica do material compósito. A optimização da resistência mecânica e rigidez de um perfil de GFRP não equivale a que o comprimento das fibras seja equivalente ao comprimento do perfil; contudo deverá ser tal que, para acréscimos de comprimento, a resistência mecânica e o módulo de elasticidade se mantenham constantes [2.6]. As fibras são produzidas em filamentos contínuos e geralmente aplicadas sob a forma de mechas ou de mantas. No caso das mechas, os filamentos podem ser torcidos (yarn) ou não (rovings), ou disponibilizados em fibras curtas (chopped). As mantas adequam-se à execução de formas planas e são produzidas através da tecelagem dos filamentos em padrões pré-definidos. As mantas de reforço podem ser concebidas mediante uma diversidade de padrões, recorrendo a fibras contínuas ou curtas, dispostas aleatoriamente ou direccionadas e entrelaçadas ou aglutinadas entre elas. Em determinados casos, as fibras de reforço podem ser combinadas, com base em processos têxteis, 12

35 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO numa cofragem tridimensional. Isto permite a execução de toda a estrutura de reforço antes do envolvimento da matriz, em analogia ao realizado no betão armado [2.4; 2.6]. Às fibras são genericamente aplicados lubrificantes anti-estáticos, que as protegem de danos infligidos durante o fabrico, e aglutinadores resinosos que contribuem para a aglomeração dos filamentos em mechas. Estes produtos favorecem ainda a adesão entre as fibras e a matriz do material compósito e protegem as fibras da degradação dos agentes ambientais [2.4]. Em suma, as fibras de reforço são a primeira de diversas opções, mediantes as quais os materiais compósitos apresentam a capacidade única de se adaptarem ao desempenho pretendido, agregando ainda a optimização económica ao design mais eficiente [2.7] Matriz polimérica A matriz, em concordância com as fibras de reforço, é um componente base na produção de um material compósito. Desempenha um papel fundamental na resistência do material e na sua durabilidade [2.6]. A primeira função da matriz é aglutinar as fibras de reforço e aglomerar os diversos constituintes, dando origem a um material compósito. Aliada a esta funcionalidade, a matriz permite que as tensões exteriores aplicadas no material sejam distribuídas pelas diversas fibras, aumentando a capacidade resistente do material e garantindo que as fibras se mantenham na posição pretendida. O envolvimento das fibras garante ainda a sua protecção a agentes de degradação ambientais, a resistência à abrasão e evita a encurvadura das fibras devido a tensões internas de compressão. Durante a selecção da matriz para um determinado material compósito, é muito importante avaliar se a matriz é química, térmica e mecanicamente compatível com as fibras de reforço [2.6; 2.8; 2.9]. Os polímeros sintéticos utilizados como matriz de um material compósito podem ser de dois tipos: do tipo termoendurecível ou do tipo termoplástico. Os polímeros termoendurecíveis são materiais de estrutura tridimensional que são endurecidos através de um processo de cura, geralmente pela acção do calor, o qual provoca reacções químicas de polimerização. Após o processo de cura, o material apresenta-se no seu estado final como um produto insolúvel e infusível, ou seja, devido à reticulação sofrida durante o processo de cura, o estado do material não é reversível. No caso dos polímeros termoplásticos, o material pode alternar entre um estado plástico e um estado rígido quando aquecido e arrefecido respectivamente [2.12]. Os polímeros termoplásticos apresentam a vantagem de poderem ser reprocessados, contudo devido à viscosidade que apresentam, não permitem a facilidade de impregnação das fibras nem a capacidade de adesão que caracterizam as resinas termoendurecíveis [2.8]. Estes são materiais com maior resistência a impactos e micro-fissurações, nomeadamente por apresentarem maior ductilidade e tenacidade [2.12]. 13

36 2. CARACTERÍSTICAS GERAIS DOS PERFIS PULTRUDIDOS DE GFRP Os polímeros termoendurecíveis são os mais utilizados no fabrico de FRP, nomeadamente devido à capacidade de adesão e de impregnação das fibras, o que permite uma melhor transmissão de esforços e um suporte físico contra a instabilidade das fibras sob acções de compressão [2.12]. Esta capacidade é conseguida a um nível intermédio de polimerização, ao qual corresponde um estado líquido de reduzida viscosidade [2.8]. Proporcionam ainda uma melhor estabilidade térmica e química, e menor retracção e relaxação. No caso das resinas termoplásticas, o elevado grau de viscosidade dificulta o fabrico de compósitos de FRP, através de um sistema de produção viável, particularmente na combinação com fibras contínuas [2.12]. No quadro 2.3, apresentam-se algumas propriedades das resinas termoendurecíveis mais utilizadas. Quadro 2.3 Propriedades físicas e mecânicas de resinas termoendurecíveis [2.13] Propriedades Unidades Poliéster Viniléster Epóxi Fenólicas Resistência à tracção MPa Módulo de elasticidade GPa 4,0 3,5 3,0 2,5 Extensão na rotura % 2,5 6,0 8,0 1,8 Massa volúmica g/cm 3 1,2 1,12 1,2 1,24 Entre os polímeros termoendurecíveis, a resina de poliéster insaturado é a mais utilizada. Apresenta como principais vantagens a reduzida viscosidade, o reduzido tempo de cura, a estabilidade dimensional e o baixo custo. Caracteriza-se ainda por uma elevada resistência química e eléctrica e pelo seu desempenho mecânico. A retracção volumétrica durante o processamento surge como uma desvantagem, uma vez que pode originar tensões internas [2.3; 2.12] Material de enchimento ( cargas ) Os materiais de enchimento (ou cargas ) são constituintes inorgânicos, utilizados sem funcionalidade estrutural e com o intuito de melhorar determinadas características, como é o caso da resistência ao fogo (devido à origem inorgânica), da tenacidade do material, da fluência, da condutividade térmica e do isolamento electromagnético [2.6]. A utilização de materiais de enchimento aumenta a viscosidade da resina e diminui a retracção durante o processo de cura. Como consequência, reduz o aparecimento de fissuras em zonas de descontinuidade e em zonas com elevado teor de resina. As cargas melhoram ainda a resistência química e a resistência aos agentes ambientais de degradação. Em contrapartida, afectam negativamente a resistência mecânica do material compósito, apesar de favorecerem o aumento da rigidez [2.8]. A sua aplicação tem ainda a vantagem de reduzir os custos do produto final, podendo representar cerca de 50 % do peso total dos constituintes de um perfil de GFRP destinado a fins não estruturais [2.4]. 14

37 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO As substâncias mais utilizadas são o carbonato de cálcio, a alumina, o caulino e o sulfato de cálcio. A alumina e o sulfato de cálcio são geralmente utilizados com o propósito de minorar a inflamabilidade e a produção de fumo durante uma situação de incêndio [2.4] Aditivos Entre os constituintes de um material compósito FRP, encontram-se frequentemente aditivos que visam melhorar as suas propriedades e facilitar o processamento. Utilizados em quantidades reduzidas, são integrados no produto final, tendo por base as propriedades específicas exigidas à matriz, os agentes de degradação a que o material estará sujeito e a coloração pretendida [2.12]. Os objectivos mais comuns com o recurso a aditivos são a diminuição da retracção, a diminuição do teor de vazios e a diminuição da inflamabilidade e da produção de fumos tóxicos em caso de incêndio. Através da adição de partículas metálicas, é possível melhorar a condutividade eléctrica e aumentar a interferência electromagnética através da utilização de materiais condutores. Na situação inversa, quando se pretende reduzir a atracção de cargas eléctricas que podem provocar incêndios, choques eléctricos ou atrair poeiras, recorre-se a agentes anti-estáticos. Os efeitos da radiação ultra-violeta, nomeadamente a perda de brilho, a descoloração, a fendilhação e a desintegração podem ser reduzidos através da adição de estabilizadores ultra-violeta. No caso da oxidação dos polímeros, esta pode ser retardada ou inibida com recurso a antioxidantes. A utilização de precursores de espuma promove o aumento da capacidade de isolamento térmico e a redução da retracção. Numa vertente estética, é ainda possível atribuir uma coloração pretendida através da aplicação de corantes [2.4] Adesão fibra-matriz Um material compósito FRP consiste na combinação de uma resina polimérica com fibras de reforço, com propriedades físicas, químicas e mecânicas próprias de cada material. A interface fibra-matriz desempenha o papel relevante de conjugar e estabelecer sinergias entre as propriedades que caracterizam os constituintes. A optimização das ligações na interface fibra-matriz melhora o desempenho do material compósito, nomeadamente as suas características mecânicas, propriedades cujos constituintes (fibras de reforço e matriz) não conseguiriam alcançar de forma isolada. A adesão entre a matriz e as fibras é, no entanto, bastante influenciada pelos efeitos higrotérmicos e pela difusão da humidade, que podem originar reacções químicas e fenómenos de plasticização que se repercutem na durabilidade do material compósito FRP [2.14]. A área de contacto entre os principais constituintes é outro factor com um impacto relevante na resistência mecânica do material compósito FRP. Uma área de interface maior permite uma melhor transferência de cargas entre a matriz e as fibras de reforço e, consequentemente, melhora a resistência mecânica do material FRP [2.14]. Contudo, a resistência e rigidez da interface fibra-matriz é também influenciada pelo ângulo entre as cargas aplicadas e as fibras. Os valores mais favoráveis de rigidez e resistência na interface são obtidos quando as direcções das solicitações e das fibras 15

38 2. CARACTERÍSTICAS GERAIS DOS PERFIS PULTRUDIDOS DE GFRP coincidem, sendo mais elevados consoante a área de adesão e as ligações estabelecidas entre os constituintes do material compósito FRP [2.8, 2.13]. A interface fibra-matriz, apesar de não ser um material constituinte de um compósito FRP, perante determinada complexidade e através das ligações que se estabelecem entre as fibras de reforço e a matriz, também se pode diferenciar fisicamente dos restantes materiais constituintes. No caso em que se estabelecem ligações fortes, gera-se uma zona finita que estabelece uma continuidade entre as fibras e a matriz e que apresenta características mecânicas e físicas, intermédias aos dois constituintes [2.8]. Por este motivo e pelo facto de a interface ser uma região de adesão entre a matriz e as fibras, ocorrem determinados impactos característicos nesta zona devido aos principais agentes de degradação, a cargas aplicadas no material compósito FRP e a tensões internas que poderão surgir como consequência dos dois motivos referidos, e que afectam a durabilidade do compósito [2.14]. Contudo, nem sempre é possível identificar fisicamente a interface, nomeadamente nos casos em que as ligações entre os constituintes são fracas [2.8]. No caso dos estudos efectuados a materiais compósitos FRP, são diversos os autores que destacam o papel da interface fibra-matriz que, apesar de não ser um constituinte distinto, se revela como um componente cada vez mais relevante, devido às suas particularidades físicas, mecânicas e químicas, e à influência que possui na durabilidade no material compósito FRP [2.14]. 2.3 Processo de fabrico por pultrusão A qualidade da coesão e integração das fibras de reforço com a matriz depende consideravelmente do processo de fabrico, existindo diversos métodos de produção com atributos específicos e adequados à funcionalidade do material compósito a produzir [2.6]. No caso da produção de perfis com aplicação estrutural, o fabrico por pultrusão é o processo mais utilizado, nomeadamente pelas vantagens que apresenta e pela sua competitividade económica [2.1]. O fabrico por pultrusão permite a produção de perfis com secção constante, oca ou maciça, com reforço essencialmente unidireccional. O processo ocorre de forma contínua, no qual as fibras de reforço vão sendo introduzidas num molde e embebidas na resina polimérica. As fibras impregnadas na resina vão sendo traccionadas por um molde aquecido, que confere a forma ao perfil e que permite que o compósito atinja o nível de cura desejado, através da polimerização da resina. Finalmente, o perfil passa por uma zona de arrefecimento e termina numa secção de corte, na qual o perfil é seccionado de acordo com o comprimento pretendido ou segundo outros critérios, como por exemplo o comprimento máximo estipulado para o transporte [2.6; 2.8]. A figura 2.2 representa esquematicamente o processo de fabrico por pultrusão de perfis de GFRP. 16

39 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO Filamentos contínuos Posicionamento das fibras Impregnação da resina Véu de superfície Fieira a quente Sistema de tracção Sistema de corte Mantas de reforço Reforços impregnados e enformados Figura 2.2 Processo de fabrico por pultrusão (adaptado de [2.15]) O reforço é concebido com base em filamentos contínuos e paralelos, sendo passível a conciliação com mantas que permitam o reforço transversal e ao corte e a utilização de véus de superfície (mantas de reforço com uma quantidade de resina mais elevada), incrementando a resistência química do compósito polimérico [2.6; 2.8]. De acordo com Bakis et al. [2.16], a velocidade de produção através do processo de pultrusão pode atingir 3 m/min, dependendo do tipo de perfil que se pretende executar. As principais vantagens deste método são a celeridade do fabrico de perfis, aliado à competitividade económica dos reduzidos custos de produção e de equipamento, em comparação com outros processos de fabrico. Permite ainda o controlo da quantidade de fibras e da respectiva direcção, garantindo uma qualidade elevada [2.1; 2.8]. O automatismo do processo e a produção a velocidade constante favorece a uniformidade do perfil, não só a nível da forma como também das características ao longo do perfil, permitindo a optimização da eficiência dos constituintes do material compósito FRP e o fabrico de diversos tipos de secção. [2.6]. Na figura 2.3 apresentam-se algumas secções correntes de perfis de GFRP. Figura 2.3 Secções transversais de perfis de GFRP produzidos por pultrusão (adaptado de [2.15]) 17

40 2. CARACTERÍSTICAS GERAIS DOS PERFIS PULTRUDIDOS DE GFRP A desvantagem do processo de pultrusão é a restrição da produção a perfis de secção constante. Foram desenvolvidos alguns moldes inovadores que permitem ligeiras alterações da secção do perfil, contudo são variações de secção limitadas e de transição suave [2.6]. 2.4 Propriedades dos perfis pultrudidos de GFRP As propriedades dos perfis pultrudidos de GFRP são influenciadas por diversas variáveis, desde o tipo de constituintes, a percentagem de cada um, a disposição das fibras de reforço até ao processo de fabrico. A utilização estrutural de material compósito GFRP está intimamente relacionada com as suas propriedades mecânicas, físicas e com a durabilidade e o consequente nível de manutenção ao longo do período de vida da estrutura [2.1]. Por outro lado, a estrutura interna dos laminados que constituem os perfis apresenta um comportamento anisotrópico, sendo as propriedades mecânicas mais elevadas na direcção dos filamentos longitudinais contínuos (rovings). A conjugação de todos estes factores influencia as propriedades dos perfis, pelo que para um tipo de perfil pultrudido de GFRP poderão ocorrer flutuações de fabricante para fabricante [2.4]. No quadro 2.4, apresentam-se as propriedades mecânicas típicas de perfis pultrudidos de GFRP, produzidos por uma empresa de renome americana, a Strongwell, por uma influente empresa europeia, a Fiberline e pela empresa portuguesa Alto. Quadro 2.4 Propriedades mecânicas de perfis pultrudidos GFRP comercializados (adaptado de [2.17; 2.18; 2.19]) Propriedades Unidades Direcção longitudinal da fibras Strongwell Fiberline Alto Resistência à tracção MPa Resistência à flexão MPa Resistência ao corte MPa Módulo de elasticidade em tracção GPa 17,9 29,7 23 Módulo de distorção GPa 2, Os ensaios dos três fabricantes foram realizados de acordo com normas em vigor. As variações de valores prendem-se, por exemplo, com a percentagem dos diversos constituintes do compósito. Comparando a percentagem de fibras de reforço, os perfis da Strongwell apresentam uma percentagem de cerca de 50%, enquanto os perfis da Alto podem incorporar até 80%. Outro factor que influi na variação de valores da resistência mecânica é a utilização de mantas para aumentar a resistência mecânica transversal [2.17; 2.18; 2.19]. 18

41 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO Nas figuras 2.4 e 2.5, apresenta-se uma análise comparativa das propriedades mecânicas relativamente a outros materiais utilizados estruturalmente. O material Pul 1 corresponde a perfis pultrudidos com reforço unidireccional de fibras de vidro, no sentido longitudinal do perfil, e o material Pul 2 representa um perfil pultrudido com reforço unidireccional, intercalado por mantas em fibra de vidro [2.19]. Figura 2.4 Relação tensão-deformação de materiais com funcionalidade estruturais [2.19] Tensão de rotura à tracção (MPa) Módulo de elasticidade (GPa) Figura 2.5 Tensão de rotura à tracção e módulo de elasticidade de materiais com funcionalidade estrutural [2.19] Analisando a figura 2.4, constata-se que, em oposição ao comportamento dúctil do aço, os perfis de GFRP apresentam um comportamento elástico-linear até à rotura. Na figura 2.5, verifica-se que a tensão de rotura à tracção é superior à do aço 1, nomeadamente no caso de perfis do tipo Pul 1, que atinge uma capacidade resistente acima do dobro do aço considerado. Relativamente ao módulo de 1 Os valores apresentados são genéricos, existindo aços com maior resistência, como é o caso do aço A

42 2. CARACTERÍSTICAS GERAIS DOS PERFIS PULTRUDIDOS DE GFRP elasticidade, o valor é relativamente reduzido em comparação com o aço, situando-se entre 10% a 15% do módulo de elasticidade do aço [2.19]. Ao nível das propriedades físicas, apresentam-se na figura 2.6 valores de peso específico e de coeficiente de expansão térmica, para perfis de GFRP e diversos materiais com funcionalidades estruturais. Peso específico (kg/m 3 ) Coeficiente de expansão térmica (x10-6 ºC) Figura 2.6 Propriedades físicas de materiais com funcionalidade estrutural [2.19] Os perfis de GFRP apresentam um peso específico bastante reduzido, sendo cerca de 4 vezes mais leves que o aço, e um coeficiente de expansão térmica bastante similar ao do aço. Apesar dos dados genéricos apresentados, a utilização de perfis de GFRP a nível estrutural é por vezes preterida devido à necessidade de garantias de que os perfis de GFRP realmente corresponderão às necessidades estruturais. Uma forma de aumentar a confiança da aplicabilidade estrutural deste material compósito é através da sua certificação com base na norma europeia EN 13706, destinada a perfis pultrudidos de FRP, que define e uniformiza as propriedades mínimas que um perfil deve apresentar, nomeadamente ao nível da resistência mecânica, da rigidez e da qualidade, especificando ainda as tolerâncias geométricas máximas que o perfil poderá apresentar. [2.20]. 2.5 Vantagens e dificuldades na aplicação de perfis pultrudidos GFRP A aplicação de perfis pultrudidos de GFRP a nível estrutural apresenta diversas vantagens, nomeadamente em comparação com os materiais tradicionais e usualmente aplicados, como é o caso do aço e do betão armado. Entre as principais vantagens destaca-se a elevada relação resistência mecânica/peso específico, o reduzido peso específico, a elevada resistência à fadiga, à fluência e à corrosão e a transparência electromagnética. Devido ao peso reduzido, é um material de fácil manipulação e montagem. Os perfis apresentam um bom isolamento eléctrico, térmico e magnético e uma boa capacidade de amortecer vibrações mecânicas. Têm ainda a particularidade de 20

43 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO poderem ser produzidos com diversas formas estruturais e coloração [2.8; 2.19]. O custo efectivo é outra vantagem a considerar, uma vez que a manutenção exigida durante o período de vida útil é muito reduzida [2.5]. Através da disposição das fibras de reforço, incorporação de aditivos e/ou variações das percentagens dos diversos constituintes, é ainda possível proporcionar aos perfis de GFRP uma boa resistência química, à radiação ultra-violeta, à abrasão e favorecer uma boa integridade estrutural [2.7]. Contudo, os perfis pultrudidos de GFRP apresentam ainda algumas desvantagens em comparação com o aço e o betão armado. Os principais obstáculos à aplicação estrutural são o reduzido módulo de elasticidade, o comportamento frágil, os custos iniciais elevados, comparativamente com o custo dos materiais tradicionais, e o comportamento ao fogo [2.4]. 2.6 Áreas de aplicação de materiais FRP na construção Actualmente, os compósitos FRP (onde se inserem os perfis de GFRP) começam a ser considerados como uma alternativa estrutural aos materiais tradicionais, sendo aplicados em conjugação com estes ou em substituição. A sua utilização abrange já quatro áreas distintas de aplicação: o betão reforçado com FRP, a reparação e reforço de estruturas, estruturas híbridas novas e novas estruturas inteiramente compósitas [2.4; 2.8; 2.13]. No caso dos perfis de GFRP, a sua aplicação na área da construção tem vindo também a ser alargada nos últimos anos. Começou por ser um material aplicado em soluções não estruturais ou em estruturas secundárias, tendo inicialmente como vantagens competitivas, o reduzido peso próprio, a elevada durabilidade em ambientes agressivos e a transparência electromagnética [2.4]. Actualmente, já são vários os exemplos de aplicação estrutural de perfis de GFRP na construção [2.8]. Como elementos secundários, os perfis de GFRP tem tido diversas aplicações, nomeadamente em escadas, guarda-corpos e gradis de pavimento, sendo geralmente mais utilizados em ambientes quimicamente agressivos ou favoráveis a fenómenos de corrosão, existindo diversos exemplos de utilização em Portugal. A figura 2.7 ilustra a utilização de perfis GFRP em escadas colocadas sobre a cobertura da Estação do Rossio, devido ao reduzido peso próprio. No caso dos guarda-corpos e gradis de pavimento presentes na figura 2.8, o recurso aos perfis GFRP deveu-se à agressividade química do ambiente de exposição, provocada pela salinidade da água dos tanques do Oceanário de Lisboa. Já no caso do recurso aos perfis de GFRP para execução dos gradis de pavimento ao longo da linha férrea da ponte 25 de Abril, conforme apresentado na figura 2.9, o motivo principal foi o reduzido peso próprio do material. Outro exemplo de aplicação não estrutural de perfis de GFRP é a cobertura construída no centro comercial Colombo (figura 2.10), sobre as instalações técnicas, cuja 21

44 2. CARACTERÍSTICAS GERAIS DOS PERFIS PULTRUDIDOS DE GFRP funcionalidade é, nesta situação, meramente estética. Os passadiços sobre os tanques do Oceanário de Lisboa (figura 2.8) estão apoiados sobres perfis pultrudidos de GFRP com secção em I. Para além de aplicados como elementos estruturais secundários, os perfis de GFRP surgem também neste exemplo como elementos estruturais primários, vencendo em alguns casos vãos de 35 m, e suportando para além do peso próprio e das sobrecargas relativas à circulação de pessoas, a carga contínua dos focos de iluminação de das tubagens de abastecimento dos tanques [2.8; 2.21]. Figura 2.7 Escada sobre a cobertura da Estação do Rossio [2.22] Figura 2.8 Passadiço e guarda-corpos sobre os tanques do Oceanário de Lisboa [2.21] Figura 2.9 Passadiço na linha férrea da ponte 25 de Abril [2.21] Figura 2.10 Cobertura no centro comercial Colombo [2.22] Quanto à aplicação como elementos estruturais primários, nos últimos anos têm sido desenvolvidos novos protótipos em que os perfis de GFRP têm sido utilizados como material alternativo em diversas infra-estruturas, actuando de forma isolada ou em complemento com outros materiais. No caso da utilização dos perfis de GFRP em conjugação com materiais tradicionais, as sinergias mais comuns têm sido encontradas com o betão, actuando geralmente em substituição do aço no betão armado. Contudo, apesar de existirem já diversas soluções testadas, que conjugam a aplicação de betão com os perfis de GFRP, a utilização prática continua ainda a corresponder a um nicho de mercado. O uso mais frequente tem sido em ambientes quimicamente agressivos, como é o caso de tabuleiros de pontes, devido à resistência à corrosão dos perfis de GFRP e à consequente redução significativa 22

45 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO dos custos de manutenção e reabilitação [2.13]. Em Greene County, Missouri, nos Estados Unidos da América, foi construído em 2005 o tabuleiro de uma ponte rodoviária recorrendo a uma malha de perfis de GFRP envolvidos em betão. A malha é composta por perfis de GFRP em I contínuos, dispostos perpendicularmente à direcção do tráfego e igualmente espaçados, actuando no vão mais reduzido à flexão provocada pela passagem dos veículos e pelo peso próprio do tabuleiro. Na direcção paralela ao tráfego, foram dispostos varões de GFRP, que intersectam as almas dos perfis, e cuja principal função é aumentar a rigidez da malha de forma a evitar deslocamentos nos perfis durante o processo de betonagem. A figura 2.11 ilustra a construção do tabuleiro da ponte realizada em Greene County, Missouri, e a malha utilizada [2.23]. Figura 2.11 Betonagem de um tabuleiro de uma ponte em Greene County, Missouri, nos Estados Unidos da América, reforçado com uma malha de perfis de GFRP [2.23] A aplicação de perfis de GFRP como elemento isolado tem sido efectuada de duas formas. No caso das estruturas híbridas, os perfis de GFRP são utilizados como substitutos de certos componentes, usualmente executadas com materiais tradicionais, como por exemplo vigas ou lajes. A outra forma de aplicação é em estruturas totalmente compósitas, construídas com recurso a materiais de FRP [2.8]. A figura 2.12 apresenta uma ponte pedonal em arco em Lérida, na qual a superestrutura foi totalmente executada com perfis de GFRP, e onde se exigia uma ponte com reduzida necessidade de manutenção e sem interacção com o campo electromagnético gerado pela catenária da linha ferroviária que passa sob a ponte [2.4]. Na Dinamarca, foi adoptada uma solução semelhante para vencer um vão de 40 metros sobre uma linha ferroviária, neste caso com recurso a uma ponte atirantada (figura 2.13). Figura 2.12 Ponte em Lérida [2.4] Figura 2.13 Ponte em Kolding [2.24] 23

46 2. CARACTERÍSTICAS GERAIS DOS PERFIS PULTRUDIDOS DE GFRP No caso de edifícios, a utilização de perfis de GFRP a nível estrutural tem tido um impacto ainda muito reduzido. Uma das razões para essa utilização reduzida é a necessidade de se desenvolver formas de ligação dos diversos perfis, mais económicas e eficientes. As ligações entre os perfis de GFRP são genericamente efectuadas com base nas ligações efectuadas entre perfis de aço, que, para perfis de GFRP, não são o tipo de ligações que permitem optimizar a capacidade resistente dos mesmos. Em 1999, foi construído em Basileia (Suíça), um edifício de 5 pisos (15 metros de altura) utilizando uma estrutura de perfis de GFRP e painéis sanduíche de GFRP com resina de poliéster a envolver um material isolante para executar as fachadas [2.14]. O objectivo deste projecto foi demonstrar o potencial dos perfis pultrudidos de GFRP. Na figura 2.14, apresenta-se uma imagem do edifício após a construção. Figura 2.14 Edifício Eyecatcher [2.4] O crescimento da aplicação estrutural de perfis de GFRP tem sido superior em projectos cujas propriedades do material, tais como a transparência electromagnética, o reduzido peso próprio e a elevada durabilidade surgem como requisitos de elevada relevância. Um dos exemplos é a utilização em torres de arrefecimento industrial. Devido ao ambiente agressivo e à presença da humidade elevada provocada pelo vapor de água, a utilização de materiais tradicionais exigiria uma elevada manutenção, nomeadamente devido à corrosão. As vantagens inerentes aos perfis de GFRP posicionaram-os como um material estrutural extremamente competitivo. Devido ao reduzido peso próprio, a construção in situ é relativamente simples e célere, uma vez que os perfis são previamente produzidos em fábrica de acordo com as formas e dimensões projectadas. Os perfis de GFRP têm sido ainda utilizados na reparação de diversas torres de arrefecimento, em substituição do material degradado, como é o caso de vigas e pilares em madeira deteriorados. Neste caso, a possibilidade de se produzirem diversas formas por pultrusão permite o fabrico de perfis de GFRP similares aos elementos a substituir [2.13; 2.16]. Nas figuras 2.15 e 2.16, apresentam-se exemplos de torres de arrefecimento com estrutura em GFRP. Outro tipo de infra-estruturas onde os perfis de GFRP são também utilizados como elementos estruturais são as estações de tratamento de águas residuais (ETAR), devido à agressividade química [2.24]. 24

47 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO Figura 2.15 Construção estrutura de uma torre de arrefecimento in situ em perfis GFRP [2.15] Figura 2.16 Estrutura modular de uma torre de arrefecimento em GFRP [2.15] Em Portugal já existem vários exemplos da aplicação de perfis de GFRP como elementos estruturais em ambientes de elevada corrosão. Alguns exemplos são as coberturas construídas na ETAR de Vilamoura (figura 2.17) e na ETAR de Almoçageme. Foram também utilizados perfis de GFRP na construção de uma cobertura de uma estrutura integrada no ciclo de produção de papel, na fábrica da Portucel em Setúbal (figura 2.18), onde os componentes químicos necessários ao fabrico de papel tornam o ambiente bastante agressivo [2.22; 2.25]. Figura 2.17 Cobertura de um tanque da ETAR de Vilamoura [2.22] Figura 2.18 Estrutura de uma cobertura da fábrica da Portucel em Setúbal [2.22] Um tipo de infra-estrutura na qual os perfis de GFRP poderão vir a ter impacto relevante será na construção e na reabilitação de marinas. Portugal possui uma vasta orla costeira e dispõe de diversas marinas ao longo da sua costa. A exposição à água salgada e à agressividade da orla costeira eleva os custos de manutenção de construções com recurso a materiais tradicionais, nomeadamente devido à corrosão e à celeridade da degradação provocada pelos agentes ambientais. No Canadá, país com diversas infra-estruturas marítimas e condições climatéricas exigentes, a utilização de materiais tradicionais tem originado custos de manutenção e reparação elevados, geralmente devido a problemas de corrosão. A aplicação de perfis de GFRP tem demonstrado ser uma alternativa viável. O cais do porto de Hall, na Nova Escócia, sofreu uma reabilitação profunda após uma catástrofe natural, onde se aplicaram diversas técnicas com recurso a GFRP, entre as quais a utilização de perfis de GFRP em substituição do aço. Após 6 anos de serviço e exposição aos esforços provocados pelas ondas do mar, à humidade salina e aos ciclos de gelo-degelo, realizaram-se uma 25

48 2. CARACTERÍSTICAS GERAIS DOS PERFIS PULTRUDIDOS DE GFRP série de ensaios não destrutivos e destrutivos que demonstraram a ausência de alterações relevantes a nível químico e físico nos perfis, sendo expectável que o período de via útil aumente 30 anos em comparação com a solução alternativa em betão armado [2.26]. A área da reabilitação e reforço estrutural têm sido um campo onde os materiais FRP mais se têm evidenciado como uma solução alternativa aos materiais tradicionais. Os sistemas geralmente utilizados são, no entanto, mantas e laminados de FRP, devido à elevada adequabilidade do material às estruturas existentes e à facilidade de aplicação, conferindo um aumento significativo da capacidade resistente da estrutura. Tendo em conta que o reforço corresponde ao aumento da capacidade resistente de uma estrutura, motivado, por exemplo, pelo aumento das acções a que estará sujeita ou por erros de projecto, e que a reparação equivale à recuperação estrutural, em consequência da degradação dos materiais ou devido a situações de acidente, é neste último campo que os perfis de GFRP têm sido mais utilizados, no entanto, ainda de forma reduzida. Uma das aplicações mais usuais dos perfis de GFRP é na substituição total ou parcial de elementos estruturais de madeira degradados, geralmente devido ao reduzido peso próprio e à elevada durabilidade [2.8; 2.12]. Na Alemanha, no castelo de Wörlitz, foram utilizados perfis de GFRP para substituir os tramos em estado crítico de degradação das vigas de madeira que suportam os valiosos tectos em estuque (figura 2.19). A degradação era mais acentuada junto às paredes, devido às pontes térmicas originadas pelas reduzidas temperaturas exteriores em confronto com o ar quente do interior do edifício. O recurso a vigas de aço não era uma solução possível, uma vez que a elevada condutividade térmica poderia originar condensações, colocando em causa a preservação do estuque dos tectos. Os perfis foram colocados e aparafusados às vigas de madeira, permitindo uma reabilitação cuidada dos tectos, sem a necessidade de recurso a equipamento de elevação pesado [2.25]. Em Portugal, foram reabilitadas várias estruturas recorrendo a perfis de GFRP, como por exemplo os edifícios de habitação junto ao castelo de S. Jorge, em Lisboa, cujo traçado pombalino apresentava sinais de degradação exigindo-se, no entanto, a continuidade da sua configuração estrutural [2.24]. Figura 2.19 Reabilitação do tecto do castelo de Wörlitz [2.25] 26

49 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO 2.7 Bibliografia [2.1] Tavares, D. H., Análise teórica e experimental de vigas de concreto armadas com barras não metálicas de GFRP, Dissertação para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil, Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade de São Paulo, [2.2] Karbahari, V. M., Durability of composites for civil structural applications Introduction: the use of composites in civil structural applications, Woodhead Publishing Limited, Cambridge, England, [2.3] Correia, J. R., Branco, F. A., Ferreira, J. G., Perfis pultrudidos de fibra de vidro: um material para a reabilitação estrutural, Construção Magazine, edição Inovação e Reabilitação, No. 28, 21-26, [2.4] Correia, J. R., Perfis pultrudidos de fibra de vidro (GFRP). Aplicação de vigas mistas GFRP- Betão na construção, Dissertação para a obtenção do Grau de Mestre em Construção, Instituto Superior Técnico, Universidade Técnica de Lisboa, Março, [2.5] Pritchard, G., Reinforced plastics durability, Woodhead Publishing Limited, Cambridge, England, November, [2.6] Karbahari, V. M., Durability of composites for civil structural applications Fabrication, quality and service-life issues for composites in civil engineering, Woodhead Publishing Limited, Cambridge, England, [2.7] Composite Processing Association, FRP composites What are they & why are they used?, The representative body of the UK composites industry, Pontyclun, Reino Unido, [2.8] Costa, R. L., Durabilidade de perfis pultrudidos de poliéster reforçado com fibras de vidro (GFRP), Dissertação para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil, Instituto Superior Técnico, Universidade Técnica de Lisboa, Novembro, [2.9] Rodrigues, T. J. S., Reforço de estruturas com FRP s, Dissertação para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil, Universidade de Aveiro, [2.10] Cabral-Fonseca, S., Materiais compósitos de matriz polimérica reforçada com fibras usados na Engenharia Civil Características e aplicações, Informação Científica e Técnica, LNEC, Lisboa,

50 2. CARACTERÍSTICAS GERAIS DOS PERFIS PULTRUDIDOS DE GFRP [2.11] Uomoto, T, Mutsuyoshi, H., Katsuki, F., Misra, S., Use of fiber reinforced polymer composites as reinforcing material for concrete, Journal of Materials in Civil Engineering, Vol. 14, No. 3, , Maio 2002 (citado por [2.1]) [2.12] Soares, C. M., Martins, J. G., Reforço de estruturas de betão com CFR, Monografia, Universidade Fernando Pessoa, [2.13] Bank, L. C., Composites for construction, John Wiley & Sons Inc., New Jersey, USA, [2.14] Sethi, S., Ray, B. C., Interface assessment in composite materials, International Conference on Recent Trends in Materials and Characterization, RETMAC, de Fevereiro, [2.15] Página da internet da empresa Strongwell: visitado a12/06/2011 [2.16] Bakis, C. E., Bank, L. C., Brown, V. L., Consenza, E., Davalos, J. F., Lesko, J. J., Machida, A., Rizkalla, S. H., Triantafillou, T. C., Fiber-reinforced polymer composites for construction State-ofthe-art review, Journal of Composites for Construction, Vol. 6, No. 2, 73-87, Maio, [2.17] Strongwell, FRP Specifications, section Fiberglass Reinforced Polymer Products and Fabrications, USA, Março, [2.18] Institute of Steel Construction, Certificate of conformity of the material grade E23 for Fiberline contruction profiles made of pultruded glass fiber reinforced polymers according to EN :2002, Aachen, 20 de Agosto, [2.19] ALTO, Catálogo empresarial, ALTO perfis pultrudidos Lda., [2.20] En , Reinforced plastics composites Specifications for pultruded profiles Part 2: Methods of test and general requirements, European Committee for Standardization, October, [2.21] Martins, J. L. M. B., Manual de Controle de Qualidade e Durabilidade de Estruturas em GFRP Dissertação para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil, Instituto Superior Técnico, Universidade Técnica de Lisboa, Maio, [2.22] Página da internet da empresa STEP, Sociedade Técnica de Estrutura Pultrudidas: visitado a15/06/2012. [2.23] Matta, F., Nanni, A., Ringlstetter, T., Bank, L., Nelson, B., Orr, B., Jones, S., Pultruded FRP reinforcement for bridge repair, Composites Manufacturing, American Composites Manufactures Association, USA, Agosto,

51 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO [2.24] Correia, M. M., Comportamento estrutural de perfis pultrudidos de GFRP, Dissertação para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil, Instituto Superior Técnico, Universidade Técnica de Lisboa, Março, [2.25] Página da internet da empresa Fiberline: visitado a 18/08/2012. [2.26] Newhook, J. P., Glass FRP reinforcement in rehabilitation of concrete marine infrastructure, The Arabian Journal for Science and Engineering, Vol. 31, No. 1C, 53-75, Junho,

52 2. CARACTERÍSTICAS GERAIS DOS PERFIS PULTRUDIDOS DE GFRP 30

53 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO 3. Durabilidade dos perfis pultrudidos de GFRP 3.1 Introdução A regulamentação em vigor e as práticas correntes de dimensionamento têm sido influenciadas pelas características de durabilidade dos materiais tradicionais [3.1]. As limitações de durabilidade, nomeadamente do aço e do betão armado, e os exigentes ritmos de construção têm contribuído para o desenvolvimento de novos materiais estruturais [3.2;3.3]. Os materiais compósitos poliméricos reforçados com fibras (FRP) têm sido aplicados com sucesso nas indústrias automóvel, marítima e aeroespacial e amplamente utilizados, nos últimos anos, em infra-estruturas de engenharia civil, especialmente quando o reduzido peso próprio, a elevada resistência mecânica e a prolongada durabilidade são requisitos essenciais [3.4;3.5]. A elevada resistência à corrosão dos FRP é outra característica que posiciona este tipo de material como uma alternativa em ambientes corrosivos, suplantando os problemas de corrosão do aço e da consequente fendilhação e descasque do betão, fenómenos que são as principais causas de deterioração do betão armado [3.5]. Entre os diferentes tipos de compósitos FRP, os compósitos poliméricos reforçados com fibras de vidro (GFRP) são os mais utilizados em estruturas de engenharia civil, nomeadamente os GFRP de poliéster insaturado, devido ao custo mais reduzido da matriz [3.5]. No entanto, a carência de informação fidedigna, clara e sustentada sobre a durabilidade dos GFRP aplicados na construção, constitui uma barreira crítica à aceitação deste material, pela generalidade dos engenheiros civis. Os resultados publicados apresentam, por vezes, conclusões contraditórias e a documentação existente encontra-se ainda pouco estruturada [3.6]. Vários autores reconhecem a durabilidade dos GFRP como uma das lacunas mais críticas entre o conhecimento adquirido e o conhecimento necessário, tendo por base o objectivo de credibilizar a aplicação estrutural dos GFRP sem recurso a sobredimensionamentos desnecessários [3.1;3.2;3.4]. Aliado ao difícil acesso a documentação estruturada, também persiste por vezes a ideia de que a elevada durabilidade dos compósitos de GFRP evitará a necessidade de manutenção. De facto, mesmo em ambientes quimicamente agressivos, a durabilidade dos GFRP tem-se demonstrado superior à durabilidade dos materiais tradicionais, no entanto, isso não invalida a necessidade de manutenção. Existem exemplos de aplicação dos GFRP que, perante determinadas condições ambientais, sofreram uma rápida degradação [3.7]. Em suma, a utilização rotineira de compósitos de GFRP na construção carece de um conhecimento aprofundado sobre a durabilidade dos mesmos, sendo importante compreender a influência dos 31

54 3. DURABILIDADE DOS PERFIS PULTRUDIDOS DE GFRP diversos agentes de degradação, dos fenómenos de deterioração associados e dos respectivos efeitos a longo prazo. 3.2 Definição de durabilidade O termo durabilidade é frequentemente aplicado de forma incompleta, definindo-se como a capacidade de determinado material resistir à degradação das suas características ao longo do tempo. Porém, o conceito é bastante mais abrangente. Os perfis de GFRP e respectivos constituintes podem ser afectados por uma multiplicidade de factores, incluindo os relacionados com os ambientes envolventes. O efeito de cada um desses factores, actuando de forma isolada ou combinados, pode ter um impacto substancialmente diferente devido à existência ou à ausência de defeitos ou de danos influídos no compósito e/ou nos respectivos constituintes [3.8]. Karbhari [3.8] define que a durabilidade de um material ou estrutura corresponde à sua capacidade de resistir à fendilhação, oxidação, degradação química, delaminação, desgaste e a danos provocados pelo contacto com outros materiais, durante um certo período de tempo, sob condições de carga adequadas e perante determinadas circunstâncias ambientais. A durabilidade influencia os critérios de dimensionamento e os limites de tolerância à degradação, dentro dos quais o bom desempenho do material deverá ser garantido. É possível definir níveis de desempenho e limites de tolerância à degradação através da relação entre a resistência do material e a degradação acumulada durante um período de tempo específico. Neste contexto, os limites de tolerância à degradação definem-se como a capacidade que um material ou estrutura possui para continuar a manter os níveis de resistência e desempenho exigíveis ao seu correcto funcionamento, perante a existência de falhas, fendas, ou outros tipos de degradação, durante um determinado período de tempo e em condições ambientais específicas [3.8]. A figura 3.1 apresenta uma perspectiva global do conceito de limites de tolerância à degradação. Figura 3.1 Esquema da aplicação dos conceitos de durabilidade e tolerância à degradação (adaptado de [3.8]) 32

55 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO 3.3 Principais agentes de degradação Karbhari et al. [3.9] verificaram que a resistência à aplicação de materiais de FRP na construção, nos quais se englobam os perfis de GFRP, se deve, geralmente, à insuficiente informação sobre a durabilidade dos mesmos em diversas condições de exposição e não à potencial necessidade de se aprofundar o conhecimento relativo às características do próprio material. Com base nesta constatação, definiram as seguintes áreas críticas de investigação, tendo como base as condições de exposição de compósitos de FRP: humidade e soluções aquosas; ambientes alcalinos; efeitos térmicos; fadiga; fluência; exposição à radiação ultravioleta (UV); fogo. No âmbito da presente dissertação foram analisados os efeitos resultantes da humidade e da imersão em soluções aquosas, tendo ainda em consideração os respectivos efeitos higrotérmicos, na durabilidade do material GFRP em estudo Humidade e ambientes aquosos A acção da humidade é um factor crítico na análise de durabilidade dos perfis de GFRP, uma vez que na construção estes estão habitualmente expostos à humidade atmosférica, à chuva, à difusão de humidade através de outros substratos (como o betão) ou, em certos casos, imersos durante o seu período de vida útil [3.4; 3.5; 3.10]. Hunston et al. [3.11] referem que, apesar dos GFRP apresentarem durabilidades elevadas quando expostos a este tipo de ambientes, a humidade difunde-se através dos polímeros orgânicos, originando alterações termofísicas, mecânicas e químicas. A absorção em compósitos de GFRP é inicialmente rápida, tendendo a estagnar para períodos de exposição prolongada [3.12, 3.13; 3.14]. Alawasi et al. [3.13] analisaram a degradação de perfis de GFRP com matriz de poliéster insaturado quando expostos a ambientes com elevadas percentagens de humidade, recorrendo ao microscópio electrónico de varrimento (MEV). Verificaram que a humidade atmosférica é absorvida instantaneamente na superfície e difundida pela matriz, reduzindo a adesão das fibras à matriz e degradando a própria matriz. No entanto, ligações fortes entre as fibras e a matriz melhoram a resistência do material à difusão da água pela cadeia polimérica, prolongando a resistência mecânica e a rigidez [3.14]. 33

56 3. DURABILIDADE DOS PERFIS PULTRUDIDOS DE GFRP A cura do material é outro factor relevante, particularmente em resinas de poliéster, observando-se perdas de rigidez na matriz quando o processo de cura decorre em soluções aquosas, devido a reacções de hidrólise [3.14]. Em suma, é possível definirem-se dois mecanismos de absorção em materiais compósitos reforçados com fibras de vidro. No caso de uma forte ligação na interface matriz-fibras, a absorção decorrerá sobretudo ao nível da matriz. Quando as ligações entre a matriz e as fibras não são tão coesas, os impactos da absorção ocorrem preferencialmente na interface [3.7]. A velocidade de absorção e a importância do tipo de reacções provocadas pela exposição do material à humidade dependem, para além do grau de cura e do tipo de polímero da matriz, da temperatura da água. Relativamente às reacções provocadas pela absorção de água, poderão surgir alterações irreversíveis, nomeadamente na matriz, sendo menos provável a ocorrência de danos irreversíveis quando a absorção acontece pela interface [3.4; 3.7]. Os primeiros efeitos da absorção de água ocorrem habitualmente na matriz [3.4]. Alguns dos efeitos provocam a progressão de fissuras e delaminações no material, facilitando a difusão da humidade, o que poderá provocar alterações físicas, como é o caso da variação volumétrica diferencial, alterações mecânicas, como é o caso da perda de resistência mecânica e de rigidez, e alterações químicas, como por exemplo reacções de hidrólise, que poderão ocorrer tanto ao nível da matriz como das fibras [3.6;3.15]. Apesar de ser na matriz que surgem os primeiros efeitos, não será correcto afirmar que é nesta que ocorrem os maiores impactos ou a deterioração do material. A degradação pode ocorrer ao nível da matriz, das fibras e da interface, com respectivas consequências nas características do compósito de GFRP, pelo que é importante analisar os efeitos em cada zona [3.5; 3.11] Efeitos na matriz polimérica Entre os principais efeitos da absorção de água na matriz, destacam-se os mecanismos de hidrólise, de plasticização e de saponificação, sendo o poliéster insaturado um polímero mais susceptível à degradação por reacções de hidrólise, quando comparado com as outras resinas habitualmente utilizadas [3.4; 3.14]. As alterações nas propriedades mecânicas dos GFRP podem ser reversíveis, irreversíveis ou parcialmente reversíveis, dependendo do tempo e das condições de exposição. A plasticização da matriz, resultado da quebra das ligações de Van der Waals nas cadeias poliméricas, e a variação de volume, até determinados limites, permitem a reversibilidade das propriedades mecânicas através da secagem da matriz. Quando a variação de volume provoca a delaminação e micro-fendilhação da matriz, devido ao desenvolvimento de tensões internas, as perdas de resistência mecânica passam a apresentar um carácter permanente [3.16]. São efeitos irreversíveis, consequentes da absorção de 34

57 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO humidade, a saponificação, que conduz à quebra da matriz polimérica e a hidrólise, resultante da decomposição de componentes de baixo peso molecular, formados durante a reacção química ou presentes na composição da matriz [3.1;3.7]. A matriz de poliéster insaturado revela-se como uma resina mais favorável à ocorrência de reacções de hidrólise. Com o objectivo de clarificar este facto, Visco et al. [3.14] analisaram a reacção de cura da resina de poliéster insaturado em ambiente seco e aquoso. Em ambiente seco a resina apresenta um processo de cura célere, sendo mais rápido a temperaturas mais elevadas. Contudo, num ambiente aquoso, a absorção de água tem uma influência considerável no processo de cura devido à plasticização que fomenta na matriz, provocando a redução da rigidez do material. Devido à porosidade da matriz, apesar do rápido tempo de cura, a estrutura molecular do poliéster insaturado apresenta algum volume disponível, quando comparado, por exemplo, com uma resina de viniléster, o que facilita a difusão de moléculas de água na matriz e origina a quebra de ligações poliméricas devido a processos de hidrólise. A humidade é ainda responsável por diminuir a temperatura de transição vítrea, que separa o comportamento sólido do comportamento viscoso. Este efeito verifica-se quando o comportamento da matriz deixa de ser estável, sólido e elástico e se assemelha ao comportamento de um líquido viscoso. No entanto, a redução da temperatura de transição vítrea pode ser reversível após um período de secagem, dependendo do período de exposição à humidade [3.4;3.7]. Huston et al. [3.11] referem que para ultrapassar o problema da redução da temperatura de transição vítrea provocada pelos efeitos da absorção de água, a matriz deve atingir um nível de cura que corresponda a uma temperatura de transição vítrea superior à temperatura máxima susceptível de ocorrer no ambiente de exposição a que o perfil de GFRP se destina. O valor da temperatura de transição vítrea recomendando é de pelo menos 30ºC acima da temperatura máxima de serviço. Nishizaki et al. [3.17] analisaram outra possível opção para minorar os efeitos da humidade na matriz. Constataram que perfis laminados pultrudidos de GFRP revestidos com uma pintura de base acrílica, apresentaram uma durabilidade superior em relação a perfis não revestidos. As características mecânicas dos perfis de GFRP revestidos com a pintura de protecção apresentaram ao fim de 6 anos em envelhecimento natural, valores de tensão de rotura à flexão e ao corte interlaminar praticamente similares aos obtidos para o material não envelhecido e uma redução de apenas 10% da tensão de rotura à tracção Efeitos nas fibras de vidro A humidade, para além dos efeitos que provoca na matriz, também influi na deterioração das fibras de vidro. Neste caso, a degradação ocorre devido a fenómenos químicos, provocados pela presença 35

58 3. DURABILIDADE DOS PERFIS PULTRUDIDOS DE GFRP de moléculas de água, que alteram a estrutura molecular das fibras de vidro, reduzindo a resistência mecânica e favorecendo a fendilhação das mesmas [3.6]. O processo químico surge devido ao contacto de moléculas de água (H 2 O) com os átomos de sódio (Na) presentes na estrutura molecular das fibras de vidro, provocando a dissociação de iões de sódio alcalinos (Na + ) para solução aquosa (3.1). Este processo de lixiviação origina, por sua vez, a formação de iões de hidróxido (OH ), que, por sua vez, quebraram as ligações entre o silício (Si) e o oxigénio (O), de acordo com o indicado na equação (3.2). Os iões de hidrogénio (OH ) que se ligam ao silício (Si), devido à sua menor dimensão, provocam tensões de tracção, causando fendilhação nas fibras. Este efeito influi significativamente na diminuição da resistência mecânica das fibras de vidro, cuja estrutura molecular se encontra mais fragilizada, originando rupturas prematuras, diminuição da capacidade do material em resistir à propagação de fissuras e perda de resistência ao corte interlaminar [3.4]. As duas reacções descritas são as causas mais relevantes de degradação e diminuição de resistência mecânica das fibras de vidro [3.18]. Si O Na H2O Si OH OH Na (3.1) Si O Si OH Si OH Si O (3.2) As reacções descritas desenvolvem ainda alcalinidade no fluido em contacto com as fibras de vidro em degradação, devido à presença de iões de sódio (Na + ) na solução, o que poderá provocar ataques alcalinos, não só ao nível das fibras, como na interface [3.18]. As fissuras que surgem nas fibras de vidro proporcionam zonas capilares de penetração da humidade ou da solução aquosa. A propagação do fluido por estas zonas pode favorecer o aparecimento de fendas, devido ao aumento da pressão nos capilares. Esta situação tem maior impacte quando ocorrem variações de temperatura [3.4]. A velocidade de degradação das fibras de vidro depende do tipo de solução a que estão expostas, da concentração de fluido, da temperatura e do tempo de exposição [3.16] Efeitos na interface matriz-fibras A presença de humidade na interface pode afectar a adesão entre as fibras e a matriz polimérica, contribuindo acentuadamente para a redução da rigidez à flexão [3.13]. São diversos os autores que referem a elevada importância da interface matriz-fibras na durabilidade do material GFRP, quando exposto a ambientes aquosos ou à humidade, como é o caso de Visco et al. [3.14] e Liao et al. [3.16]. 36

59 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO A perda de adesão entre a matriz e as fibras influi relevantemente na perda de resistência mecânica e de rigidez dos perfis de GFRP. A interface matriz-fibras possibilita a transferência de tensões entre as fibras, fomentando sinergias entre a capacidade resistente de cada uma. Liao et al. [3.16] analisaram, antes e após a exposição de provetes GFRP a ambientes aquosos e à humidade, o estado das fibras e da interface, com recurso ao microscópio electrónico (SEM). Constataram que a perda de resistência não se deve somente à diminuição da capacidade resistente das fibras, sendo parte da responsabilidade da degradação da interface. A interface é uma zona com alguns nanometros, cujas ligações químicas variam de fortes a ligações do tipo Van der Waals, e que estabelecem a união entre dois tipos de componentes com características diferentes. É, portanto, uma área relevante na durabilidade do material compósito de GFRP, quando exposto à humidade ou a ambientes aquosos [3.19]. Durante o processo de cura da matriz, devido ao coeficiente de expansão térmica superior da matriz relativamente ao das fibras, geram-se tensões residuais internas de compressão na interface, favorecendo a coesão matriz-fibras. A absorção de humidade ou de água provoca variações de volume na matriz, reduzindo as tensões residuais referidas, podendo mesmo provocar tensões internas de tracção na interface mariz-fibras, o que poderá levar à diminuição da resistência do material GFRP ao corte interlaminar [3.4]. Outras causas da degradação da interface são os processos de hidrólise e de plasticização, à semelhança do que ocorre nas fibras e na matriz, uma vez que é uma zona de confluência dos dois constituintes. A presença de água na interface pode ainda desenvolver pressões osmóticas que, a elevadas temperaturas, aceleram as reacções de hidrólise [3.10] Ambientes alcalinos A interacção entre perfis de GFRP e ambientes alcalinos pode ocorrer frequentemente através de diversas fontes, nomeadamente pelo contacto com soluções químicas alcalinas, com o solo e por soluções difundidas por este meio e pelo betão. Soluções aquosas presentes nos poros do betão podem atingir o valor de 13,5 de ph, convertendo-o num ambiente de elevada alcalinidade [3.20]. Devido à elevada resistência à corrosão, à rigidez e ao elevado rácio entre a resistência mecânica e o peso próprio, os perfis de GFRP têm demonstrado ser uma alternativa competitiva ao aço, no reforço estrutural do betão armado [3.21]. Também ao nível do reforço e da reabilitação estrutural, os materiais compósitos FRP têm sido uma técnica cada vez mais recorrente, nomeadamente através do encamisamento do betão, devido ao reduzido incremento no peso próprio da estrutura e ao considerável aumento da sua capacidade resistente [3.22]. A influência de ambientes alcalinos é, deste modo, um factor de interacção regular durante o período de vida útil dos perfis de GFRP, 37

60 3. DURABILIDADE DOS PERFIS PULTRUDIDOS DE GFRP principalmente quando em contacto com betão, devido à sua alcalinidade, à frequência com que é aplicado na construção e à elevada probabilidade de contacto entre os dois materiais. A influência de ambientes alcalinos nas fibras vidro tem sido alvo de diversas investigações, que têm demonstrado que o respectivo contacto com as fibras de vidro ao longo do tempo aumenta a susceptibilidade de degradação das fibras através de mecanismos de fendilhação, hidroxiliação, hidrólise e lixiviação [3.5; 3.20]. No entanto, quando as fibras de vidro são utilizadas como reforço de perfis de GFRP, torna-se relevante compreender qual o impacte e o grau de protecção que a resina proporciona [3.20]. Kim et al. [3.5] analisaram a durabilidade de perfis de GFRP quando expostos a um ambiente alcalino, em condições de envelhecimento acelerado. Constataram que, para além da deterioração das fibras, verificou-se uma degradação progressiva na interface matriz-fibras, traduzida por uma redução da resistência mecânica dos perfis e comprovada através dos resultados de ensaios ao corte interlaminar. Karbhari et al. [3.23] verificaram, através de um estudo realizado com base no efeito de soluções de alcalinidade similares à do betão, que a degradação que ocorre nas fibras e na interface matriz-fibras, não surge apenas devido ao ph elevado. É provocada pela combinação da alcalinidade da solução com a difusão e concentração das moléculas de água na interface fibras-matriz. A difusão das soluções alcalinas pela interface matriz-fibras origina pequenas cavidades por oxidação (pitting) na superfície das fibras, enquanto que as moléculas de água podem provocar efeitos similares aos descritos anteriormente sobre o efeito da humidade e de ambientes aquosos nas fibras e na interface matriz-fibras. Karbhari et al. [3.23] constataram ainda que determinados sais alcalinos da solução aquosa desempenham um papel relevante na degradação das fibras e da interface, para além do ph elevado e dos efeitos da humidade. A difusão no compósito de GFRP da solução alcalina ocorre através de poros e fissuras na matriz, ou, por vezes, através de fendilhação provocada pela degradação na adesão matriz-fibras. Alguns tipos de resina são ainda susceptíveis à degradação em ambientes alcalinos, principalmente se não estiverem totalmente curadas [3.20]. Apesar de os mecanismos de degradação das fibras de vidro em ambientes alcalinos estarem substancialmente documentados, a influência deste tipo de ambiente em materiais compósitos GFRP carece de estudos adicionais. Diversos autores referem que ainda existe muito pouca investigação sobre este tema e nos estudos realizados é frequentemente mencionada a necessidade de se realizarem investigações futuras, com o intuito de se compreenderem as razões de determinados resultados obtidos [3.3; 3.5; 3.20; 3.23]. A maioria da investigação realizada é relativa a curtos períodos de exposição em ambientes de envelhecimento acelerado, havendo uma necessidade crescente de se analisar o desempenho de compósitos de GFRP após longos períodos de 38

61 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO envelhecimento acelerado e em envelhecimento natural, com o objectivo de avaliar o impacte dos ambientes alcalinos no desempenho dos compósitos de GFRP ao longo do tempo [3.5] Temperatura Os materiais aplicados na construção estão sujeitos à influência da temperatura e às diversas variações térmicas, durante os respectivos tempos de vida útil. Dependendo da localização geográfica, o intervalo da temperatura a que as infra-estruturas poderão estar sujeitas pode ir de valores negativos a temperaturas de 80 ºC positivos, em exposição directa ao sol e dependendo da coloração da superfície [3.24]. O efeito da temperatura nos perfis de GFRP pode provocar alterações na capacidade de resposta do material. Os impactos da temperatura podem ocorrer a três níveis: no caso de valores acima da temperatura de cura, através de ciclos gelo-degelo e devido a variações de temperatura e ciclos térmicos [3.25]. Os impactos da temperatura não são necessariamente negativos. Em situações em que a resina ainda não se encontra devidamente curada, determinados valores de temperatura podem contribuir beneficamente para a celeridade do processo de pós-cura [3.25]. Os efeitos da temperatura estão, na maioria dos casos, directamente relacionados com o coeficiente de expansão térmica dos constituintes. Genericamente, as resinas poliméricas apresentam coeficientes de expansão térmica bastante superiores às fibras de vidro. Decréscimos na temperatura resultam, no caso dos GFRP que apresentam características isotrópicas, na diminuição volumétrica dos constituintes. Devido à diferença dos coeficientes de expansão térmica, a contracção da matriz é superior às fibras de vidro, sendo esse efeito restringido pela rigidez das fibras e resultando na formação de tensões residuais internas na interface matriz-fibras [3.4]. A exposição a temperaturas negativas aumenta a rigidez da matriz. Aliado a este factor, as tensões residuais na interface matriz-fibras geradas pela contracção da matriz não acompanhada pelas fibras, podem provocar ainda microfissuração. O compósito de GFRP fica assim sujeito a perda de resistência, a aumento da permeabilidade, a diminuição de protecção das fibras à humidade e em situações mais severas, a alterações nos mecanismos de rotura. Shindo et al. [3.25] constataram o efeito de temperaturas negativas através da observação ao microscópio electrónico (SEM), havendo uma fragilização da matriz e um aumento da microfissuração, particularmente na interface matrizfibras, para temperaturas bastante reduzidas. Apesar dos efeitos na interface poderem alterar os mecanismos de rotura em comparação com perfis expostos à temperatura ambiente, Shindo et al. [3.25] verificaram que não são apenas as tensões residuais que surgem na interface que contribuem para essa alteração, havendo uma contribuição importante dos efeitos provocados na matriz. Contudo, é de salvaguardar que os impactes relevantes ocorrem a temperaturas bastante reduzidas. 39

62 3. DURABILIDADE DOS PERFIS PULTRUDIDOS DE GFRP Para temperaturas ligeiramente inferiores a 0 ºC, devido às diferenças de coeficientes térmicos dos componentes, o aumento de rigidez da matriz e a sua contracção permitem que se formem tensões na interface matriz-fibras contrárias às tensões provocadas pelos esforços de flexão, aumentando, neste caso, a capacidade resistente do material compósito [3.26]. Contudo, este efeito é apenas temporário, verificando-se uma degradação mais acelerada ao longo do tempo dos perfis de GFRP, nomeadamente devido à microfissuração e ao equilíbrio instável de tensões que se formam na interface, devido à contracção da matriz que não é acompanhada pela fibras [3.27]. O incremento da rigidez a baixas temperaturas aumenta também a fragilidade do material, tornando-o susceptível a roturas mais repentinas [3.7]. No caso de temperaturas elevadas, a análise do impacte na durabilidade de perfis GFRP não apresenta uma simples linearidade. Como referido, a exposição a elevadas temperaturas poderá, em determinadas circunstâncias, aumentar determinadas características. Crea et al. [3.28] constataram através de ensaios à tracção que, após a exposição a temperaturas elevadas até determinados valores (200 ºC), se verifica um acréscimo do módulo de elasticidade, atribuído, essencialmente, ao incremento das ligações químicas na matriz. Este efeito deixa de ser observado à medida que se expõe o perfil de GFRP a temperaturas cada vez mais elevadas, devido ao aumento da resposta viscoelástica e à quebra de ligações na matriz e na interface fibras-matriz [3.24; 3.28]. O acréscimo de rigidez não é contudo acompanhado pelo valor da tensão última, que decresce à medida que os provetes são expostos a temperaturas mais elevadas. Uma característica que se manteve após a exposição a temperaturas elevadas foi o comportamento elástico-linear do compósito GFRP. Crea et al. [3.28] atribuíram como causa provável do acréscimo de rigidez a determinadas temperaturas elevadas, a formação de ligações químicas na matriz de poliéster associadas ao efeito catalisador da temperatura no processo de cura da resina, sendo esta uma consideração recorrente de diversos autores. Chowdhury et al. [3.29] realizaram uma análise semelhante, contudo apenas a região central dos provetes foi exposta a temperaturas elevadas e os ensaios foram realizados à temperatura de exposição máxima. Os autores verificaram que, para valores de 15 ºC abaixo da T 1 g da matriz, as roturas dos provetes ocorreram tanto na região exposta ao incremento de temperatura como fora dessa zona, sendo as roturas semelhantes às verificadas à temperatura ambiente e constatando-se pouca influência do aumento de temperatura no comportamento mecânico do provete. As alterações das características do material compósito de GFRP são provocadas inicialmente pelas variações de comportamento da matriz, devido à transição vítrea que não se verifica nas fibras de vidro. Masmoudi et al. [3.30] verificaram, mediante a realização de ensaios de arrancamento (pull-out) a varões GFRP embebidos em betão e expostos a temperaturas entre 20 e 80 ºC, durante longos períodos em ambiente seco, que apenas para a exposição a 80 ºC se verificou uma diminuição ligeira 1 Temperatura de transição vítrea 40

63 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO na aderência entre os varões GFRP e o betão, devido a alterações das características da matriz provocadas pela temperatura. Em condições normais de serviço, as temperaturas a que as infra-estruturas estão geralmente sujeitas não atingem valores tão elevados que influenciem o comportamento de perfis de GFRP. Os impactes no material compósito de GFRP começam a ser relevantes para temperaturas bastante elevadas, geralmente superiores à T g da matriz. Nestes casos, a matriz altera o seu comportamento rígido para um comportamento visco-elástico, apresentando um decréscimo acentuado da rigidez e da resistência mecânica e iniciando-se a decomposição da resina consoante se prolonga o tempo de exposição ou se incrementa ainda mais a temperatura [3.31]. Para temperaturas superiores à T g da matriz, a capacidade resistente dos perfis de GFRP, após uma perda inicial, poderá voltar a estabilizar a valores mais reduzidos, uma vez que as fibras de vidro continuam a manter a sua capacidade resistente. A diminuição acentuada da capacidade resistente e a consequente estabilização deve-se essencialmente à ineficiente distribuição de esforços que a matriz confere aos perfis de GFRP [3.29]. O material compósito pode ainda aumentar a susceptibilidade de absorção de humidade [3.7]. Os impactes devidos à exposição a temperaturas muito elevadas serão abordados com maior detalhe no subcapítulo relativo aos efeitos da exposição ao fogo. Durante o período de vida útil de uma estrutura, os materiais estão sujeitos a uma amplitude térmica que varia durante as diversas horas do dia e, em valores médios, sazonalmente durante o ano. As variações térmicas estão dependentes de um conjunto de factores, como por exemplo a localização geográfica, a altitude, a exposição ao vento, os níveis de humidade, entre outros [3.28]. É importante compreender como se comportam os perfis de GFRP ao longo do tempo perante ciclos térmicos e de gelo-degelo e como é que estes factores afectam a durabilidade. A exposição a variações de temperatura entre -20 e 22,5 ºC, sem a presença de humidade, não tem um efeito relevante na resistência mecânica. No entanto, ao longo do tempo, poderá resultar na microfissuração da matriz que, na presença de água, poderá acelerar a degradação dos perfis de GFRP [3.32]. É, no entanto, uma situação que apenas poderá ocorrer caso a matriz seja bastante frágil [3.1]. Tam et al. [3.33] observaram, após 300 ciclos gelo-degelo, que a capacidade resistente e o módulo de elasticidade de perfis de GFRP apresentavam apenas diferenças marginais, denotando-se um ligeiro acréscimo da rigidez em alguns provetes. A análise SEM dos provetes revelou que a adesão matriz-fibras permanecia sem fissurações, estando o resultado em conformidade com a análise mecânica. Este comportamento repetiu-se quando um novo conjunto de provetes carregados a 30% da capacidade resistente foi exposto a 300 ciclo gelo-degelo. A influência de ciclos gelo-degelo começa a apresentar relevância quando se carregam os perfis de GFRP entre 25% e 30% da capacidade e após um período de exposição alargado, começando a 41

64 3. DURABILIDADE DOS PERFIS PULTRUDIDOS DE GFRP apresentarem uma redução de resistência mecânica e rigidez. Mantêm, contudo, a integridade quando não existem cargas aplicadas [3.34]. O maior impacte dos ciclos gelo-degelo ocorre nas ligações entre perfis de GFRP ou entre perfis de GFRP e outros materiais, como é o caso do betão. Os diferentes coeficientes térmicos originam tensões nas zonas de ligação durante os frequentes efeitos de contracção e expansão decorrentes das variações de temperatura, o que pode provocar descolamentos ou a diminuição da resistência nas zonas de adesão [3.24] Efeitos higrotérmicos A presença de humidade em conjunto com a temperatura poderá desencadear efeitos sinergéticos de degradação, tanto a nível físico como químico [3.35]. O aumento da temperatura incrementa a velocidade de absorção de água e a exposição a temperaturas mais elevadas é, aliás, um método utilizado por diversos autores como um acelerador dos efeitos de degradação, tendo como fundamento a lei de Arrhenius. Esta lei pressupõe que a degradação de um material ou compósito, exposto a um determinado ambiente, deriva do mesmo processo para um certo intervalo de temperatura. Isto significa que a degradação que ocorre durante um determinado período de tempo a uma determinada temperatura será equivalente à degradação que ocorrerá a uma temperatura superior durante um período de exposição mais reduzido. Deste modo, o mesmo nível de deterioração poderá ser obtido para um período de exposição inferior, aumentando a temperatura e, consequentemente, acelerando o processo de degradação [3.36]. A exposição a condições higrotérmicas pode desencadear a degradação de perfis de GFRP através de possíveis efeitos provocados na matriz, na interface matriz-fibras e nas próprias fibras. Na matriz poderá ocorrer microfissuração, plasticização, hidrólise e saponificação, existindo ainda resultados que demonstram que a humidade diminui a T g da resina de poliéster insaturado. Ao nível da interface, os efeitos mais prováveis são a delaminação e o destacamento. Em relação às fibras de vidro, o fenómeno mais comum é a microfissuração. Neste caso, o desgaste provocado nas fibras poderá originar a formação de capilares, o que favorece a propagação da humidade e a consequente fendilhação e fracturação das fibras, devido à pressão que as moléculas de água exercem no interior dos capilares [3.4; 3.36]. Para temperaturas superiores a 60 ºC, diversos autores têm registado valores de absorção de humidade mais elevados, quando comparados com provetes expostos a temperaturas inferiores, o que seria expectável. Todavia, o aumento da absorção é geralmente acompanhado por uma perda de massa da matriz de poliéster insaturado do compósito GFRP, potencialmente devido a reacções de hidrólise que ocorrem entre o polímero e a solução aquosa [3.36]. 42

65 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO Robert et al. [3.36] constataram que a degradação provocada pelos efeitos higrotérmicos é aproximadamente linear entre 20 e 50 ºC. Contudo, acima de 60 ºC, a capacidade resistente dos provetes diminui de forma exponencial após um determinado período de exposição, para resinas de viniléster e de poliéster insaturado, apesar dos valores da temperatura serem ainda inferiores à T g das resinas. A matriz de poliéster insaturado, para valores acima de 60 ºC e na presença de água, começa a transitar para um comportamento viscoelástico, acompanhado de uma diminuição da densidade provocada pela expansão da resina. Este fenómeno aumenta a porosidade dos perfis de GFRP, facilitando a progressão da humidade até à interface e favorecendo a ocorrência de processos de hidrólise e de delaminação nesta zona. Os factores de degradação descritos não são, contudo, os que habitualmente ocorrem em situações de serviço dos perfis de GFRP. Por esta razão, algumas normas de ensaios de envelhecimento acelerado definem o valor de 60 ºC como a temperatura máxima recomendada, com o objectivo de se obterem estimativas da durabilidade do material GFRP que não sejam demasiado conservativas ou que se devam a fenómenos diferentes dos passíveis de acontecerem em condições normais de serviço [3.37; 3.38]. Karbhari et al. [3.35] expuseram provetes de GFRP imersos em soluções aquosas, a ciclos gelodegelo. Verificaram que a presença de água salgada teve maior impacto na microfissuração da matriz, aparecendo fissuras devido a processos de osmose. A degradação dos provetes de GFRP ocorreu devido à delaminação na matriz e na interface matriz-fibras, favorecida em parte pelo aparecimento prévio de microfissuras. Durante os ciclos de gelo-degelo, a difusão da água pela matriz influencia a sua degradação devido às tensões internas causadas pela alteração do volume da água durante as variações de temperatura, fenómeno que em ambiente seco não acontece. Diversos autores realçam o facto de ainda ser muito reduzida a informação disponível sobre a durabilidade do material quando exposto às variações de temperatura a longo prazo. Alguns estudos relevam informação relevante de ensaios a curto prazo. Contudo, surge ainda a necessidade de se aprofundar em investigações futuras o conhecimento sobre o impacto da temperatura e das variações de temperatura a longo prazo Fluência Os efeitos da fluência em perfis de GFRP e a respectiva análise do fenómeno ao longo do tempo são referidos como características críticas a investigar, com o objectivo de se aumentar a capacidade de previsão da durabilidade dos perfis e de se potenciar a aplicação em infra-estruturas, como material estrutural ou de reforço a longo prazo [3.39]. A fluência em perfis de GFRP é predominantemente um resultado da fluência da matriz polimérica. A resina apresenta um comportamento visco-elástico, estando mais susceptível ao aumento da deformação através da aplicação de uma carga ao longo do tempo, enquanto que o comportamento elástico-linear das fibras de vidro confere maior capacidade resistente a este fenómeno. A 43

66 3. DURABILIDADE DOS PERFIS PULTRUDIDOS DE GFRP durabilidade de um perfil de GFRP é influenciada pela orientação das fibras de vidro e pela percentagem presente no compósito, apresentando um comportamento melhor quando a solicitação é no sentido paralelo às fibras [3.40]. É com base nestas informações que a maioria das medidas para diminuir o efeito da fluência é aplicada ao nível do projecto, beneficiando a orientação das fibras de acordo com a carga aplicada [3.39]. A degradação dos perfis de GFRP pela fluência até atingirem a rotura ocorre através da microfissuração da matriz, o que origina ao longo do tempo o aparecimento de fracturas, a consequente delaminação da interface matriz-fibras e a posterior rotura das fibras. Este último efeito resulta da diminuição da capacidade de distribuição dos esforços aplicados no perfil pela matriz. Contudo, os compósitos de GFRP têm a capacidade de recuperar as suas características no caso de terem sido submetidos a tensões reduzidas [3.40]. Os efeitos da fluência têm um maior impacte nas deformações por corte, nomeadamente quando a solicitação é paralela às fibras [3.1]. No entanto, para além da carga aplicada e da duração a que os perfis de GFRP estão submetidos, os efeitos sinergéticos, nomeadamente a temperatura e a humidade, desempenham um papel relevante na durabilidade do material GFRP. Para temperaturas mais elevadas, nomeadamente quando se aproximam da T g da matriz, a resistência à fluência dos perfis de GFRP diminui, devido ao facto da resina começar a apresentar um comportamento mais visco-eslástico [3.40]. Dutta et al. [3.41] analisaram o comportamento em fluência de provetes de GFRP de poliéster insaturado, submetidos a tensões entre 60 e 80% da tensão de rotura e expostos às temperaturas de 25, 50 e de 80 ºC. Os provetes expostos a 25 ºC não atingiram a rotura, contudo, os provetes expostos a 50 e 80 ºC atingiram a rotura ao fim de algum tempo de exposição, ocorrendo primeiro a rotura nos provetes a 80 ºC em função da tensão aplicada se aproximar da tensão de rotura. Wu et al. [3.34] avaliaram a influência dos efeitos sinergéticos da fluência combinada com ciclos de gelo-degelo. Os perfis de GFRP apresentaram uma degradação superior à que se verifica após a exposição somente a ciclos de gelo-degelo. A susceptibilidade da matriz à fluência depende do seu nível de cura. Resinas com um nível de cura incompleto e sobretudo aquelas cujo processo de cura se realiza à temperatura ambiente, apresentam uma menor capacidade de resistência à fluência, quando comparadas com resinas cujo processo de cura se realizou a temperaturas superiores. As resinas com processos de cura incompletos são ainda mais susceptíveis à microfendilhação [3.40]. A capacidade resistente dos perfis de GFRP à fluência melhora com a evolução do processo de cura da matriz [3.1]. Diversos autores realçam a necessidade de se aprofundar o estudo do impacto da fluência nos materiais GFRP, nomeadamente a influência do nível de cura da matriz na durabilidade do compósito. Um conhecimento mais abrangente sobre este tema poderá permitir o desenvolvimento de técnicas de aperfeiçoamento da durabilidade dos perfis de GFRP, para além dos critérios de tolerância que se têm em conta na fase de projecto. O receio de perdas de resistência prematuras 44

67 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO durante o tempo de vida útil de uma estrutura tem levado ao sobredimensionamento na fase de projecto, em parte devido à pouca informação sobre o comportamento dos perfis de GFRP à fluência a longo prazo [3.42; 3.43]. A aplicação estrutural de perfis de GFRP em pontes e edifícios carece ainda de um conhecimento aprofundado sobre o comportamento do material em fluência, nomeadamente à flexão, a longo prazo e em condições de serviço. No entanto, das investigações realizadas nos últimos anos, apenas num número reduzido se analisaram os efeitos da fluência à flexão, sendo, geralmente, através de provetes de dimensões reduzidas e durante curtos períodos [3.43]. Sá et al. [3.43] verificaram, através de ensaios à fluência em flexão, que o material GFRP atinge a rotura para tensões aplicadas 50% inferiores à tensão última, demonstrando a necessidade de se majorarem significativamente as cargas permanentes durante a fase de projecto. Os mesmos autores aferiram um modelo analítico, obtendo previsões bastante aproximadas dos resultados experimentais, e averiguaram que, uma viga com condições usuais de carregamento (33% da carga última), poderá apresentar um incremento de 35% da deformação após um ano, alcançando os 100% depois de 50 anos de serviço [3.44] Fadiga A fadiga é geralmente avaliada pelo número de ciclos que um determinado material resiste a uma carga aplicada, até ocorrer a rotura. No caso do sector da construção, a degradação está maioritariamente relacionada com ciclos dinâmicos de aplicação de carga, que podem ser de origem mecânica, ambiental ou química [3.45]. O ponto-chave para se compreender a influência da fadiga nos perfis de GFRP passa por se entender o processo de redução da capacidade resistente ao longo dos diversos ciclos, até se atingir a rotura. Se a rotura de um perfil não surge após o primeiro ciclo de aplicação de carga, então a tensão última diminui à medida que o mesmo é submetido a tensões cíclicas, até a tensão última resistente igualar a tensão aplicada e ocorrer a rotura [3.46]. Os primeiros efeitos de degradação ocorrem geralmente ao nível da matriz, através de microfissuração, evoluindo progressivamente para a fracturação da matriz e das fibras. No entanto, a rotura pode ocorrer também por delaminação da matriz ou da interface matriz-fibras, uma vez que, para além das tensões aplicadas e da frequência dos ciclos, o comportamento dos perfis de GFRP à fadiga é ainda influenciado pela qualidade dos constituintes, pela adesão matriz-fibras e pela qualidade do processo de fabrico [3.47]. Os efeitos da fadiga na matriz traduzem-se, em parte, pela redução da capacidade resistente ao corte interlaminar. Numa resina que apresente um comportamento mais dúctil, a rotura ocorre geralmente por múltipla fracturação das fibras. No caso de uma resina com ductilidade reduzida, é mais usual que surja fissuração na matriz originando a diminuição da distribuição de tensões entre as fibras. 45

68 3. DURABILIDADE DOS PERFIS PULTRUDIDOS DE GFRP Relativamente à propagação de fracturas nas fibras de vidro, a interface matriz-fibras desempenha um papel relevante, visto que, no caso de uma adesão fraca, a rotura acaba por ocorrer por delaminação da interface ou por pull-out das fibras. A durabilidade dos perfis de GFRP é ainda significativamente afectada pela orientação e disposição das fibras. À semelhança da fluência, o material compósito de GFRP apresenta um melhor comportamento quando os esforços são aplicados paralelamente às fibras; contudo, perfis com camadas de fibras com orientação alternada ± 5º, demonstraram um melhor desempenho em relação a perfis com fibras alinhadas numa só direcção [3.45]. A investigação dos impactos da fadiga nos perfis de GFRP é um dos grandes desafios da indústria dos compósitos, o no domínio da aplicação estrutural, nomeadamente no caso de perfis pultrudidos de GFRP, cujo processo de fabrico apresenta um rendimento mais elevado e um custo inferior quando comparado com outros métodos de produção [3.15]. Já existe alguma informação sobre a influência de determinados efeitos da fadiga na durabilidade dos perfis de GFRP; contudo, em condições de serviço, não é usual a actuação da fadiga de forma isolada. Alguns autores afirmam a necessidade de se aprofundar o estudo sobre os possíveis efeitos sinergéticos nos perfis de GFRP, que poderão resultar da actuação da fadiga em simultâneo com outros agentes de degradação. Um conhecimento mais alargado poderá possibilitar a dedução de ferramentas de modelação que permitam combinar os diversos factores de degradação e projectar estruturas de forma mais eficiente, para tempos de serviço superiores a 50 anos [3.47] Fogo Os perfis pultrudidos de GFRP têm sido aplicados com sucesso a nível estrutural, particularmente na execução de pontes. Contudo, o mesmo êxito não foi ainda alcançado em edifícios, apesar das características promissoras, devido à sensibilidade do material GFRP a temperaturas elevadas e em particular ao fogo, apresentando neste caso, dificuldades em garantir o desempenho exigido a elementos estruturais primários [3.48]. A temperaturas entre 100 e 200 ºC, os perfis de GFRP transitam para um comportamento viscoelástico, aumentando a fluência do material e reduzindo a resistência mecânica e a rigidez. Quando expostos a temperaturas elevadas (entre 300 a 500 ºC) a matriz orgânica decompõe-se, libertando calor, fumo, fuligem e gases tóxicos [3.49]. A resina polimérica de poliéster insaturado é combustível, começando a perder resistência próximo de 100 ºC, uma temperatura muito inferior à necessária para que ocorra o mesmo efeito no aço. Contudo, os constituintes inorgânicos (fibras e alguns fillers) não são combustíveis, acabando por dificultar a propagação do fogo [3.1; 3.50]. As camadas exteriores dos constituintes inorgânicos, após decomposição da resina, funcionam como isolamento, retardando a penetração do calor e a emissão de gases [3.50]. Uma boa característica dos materiais GFRP é a sua reduzida condutividade térmica, favorecendo a resistência ao desenvolvimento do fogo e 46

69 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO funcionando como uma barreira à produção de calor (a condutividade térmica é cerca de 200 vezes inferior em relação ao aço), de fumo e de gases tóxicos [3.1; 3.49]. O comportamento dos perfis de GFRP pode ser analisado como base na reacção e na resistência do material ao fogo. A reacção ao fogo, para além de se referir à inflamabilidade e à toxicidade do fumo e dos gases, engloba também a condutividade térmica e o tempo de inflamação. A última característica ainda não abordada, corresponde ao período a que o material exposto ao fogo demora a iniciar uma combustão sustentada [3.48]. No caso das resinas orgânicas, a ignição ocorre num curto período de tempo, quando a superfície do compósito está exposta a temperaturas num intervalo entre 250 e 400 ºC [3.51]. Duas outras propriedades relevantes são a densidade do fumo e a toxicidade [3.48]. Existem alguns métodos que poderão melhorar o comportamento dos perfis de GFRP ao fogo, como é o caso da aplicação superficial de tintas intumescentes, da utilização de protecções superficiais cerâmicas, da adição de retardadores de chama e do recurso a sistemas de protecção activa [3.7; 3.49]. Diversos autores analisaram os variados métodos, sendo que o sistema de protecção activa através de arrefecimento a água tem apresentado resultados bastante satisfatórios. Bai et al. [3.52] analisaram o comportamento estrutural de pilares tubulares de GFRP ao fogo, com um sistema de protecção activa de arrefecimento a água e com esforço axial aplicado. Os pilares sem qualquer tipo de protecção e sujeitos à exposição ao fogo, segundo a norma ISO 834 [3.53], em apenas um dos lados, registaram uma capacidade resistente acima de 30 minutos, tempo que poderá ser suficiente para garantir a evacuação em edifícios pequenos. O mesmo ensaio foi realizado a pilares com um sistema de protecção activa de arrefecimento a água. Neste caso, os pilares conseguiram manter a sua capacidade estrutural por mais de 2 horas. Correia et al. [3.49] avaliaram a resistência ao fogo de perfis pultrudidos de GFRP com matriz de poliéster insaturado isofltálico, recorrendo a vários métodos de protecção ao fogo. Para perfis sem qualquer protecção, o colapso ocorreu ao fim de 38 minutos, enquanto que, no caso dos perfis protegidos com tinta intumescente, a capacidade resistente duplicou, ocorrendo a rotura após 65 minutos de exposição ao fogo. O recurso a um sistema de arrefecimento a água foi o método que apresentou os melhores resultados, consideravelmente superiores aos obtidos nos perfis com protecção superficial. Neste caso, os perfis de GFRP garantiram uma resistência ao fogo superior a 120 minutos, à semelhança do verificado por Bai et al. [3.52]. Os mesmos autores desenvolveram um modelo termomecânico, para previsão da capacidade de resposta térmica e mecânica de perfis pultrudidos de GFRP quando expostos ao fogo, que já engloba as vantagens conferidas pelos sistemas de protecção passiva e activa. O modelo permitiu obter resultados razoáveis com a realidade e demonstra que a eficácia das camadas de protecção passiva ao fogo depende directamente das propriedades termofísicas, proporcionando um desempenho melhor para condutividades mais reduzidas e capacidades térmicas mais elevadas [3.54]. 47

70 3. DURABILIDADE DOS PERFIS PULTRUDIDOS DE GFRP Exposição à radiação ultravioleta (UV) A radiação ultravioleta (UV), que atinge a superfície terrestre, corresponde a aproximadamente 6% da radiação solar, com comprimentos de onda entre 290 e 400 nm, sendo o intervalo com maior impacte na generalidade dos polímeros [3.55]. No caso do poliéster insaturado, o maior impacte da radicação UV tem-se verificado para comprimentos de onda próximos de 330 nm, valor corresponde à energia de dissociação do polímero [3.56]. A radiação UV origina processos de fotodegradação, devido à absorção dos fotões e à presença de oxigénio [3.57]. O efeito deste fenómeno nas resinas poliméricas caracteriza-se pela quebra de ligações químicas na superfície da matriz, podendo originar os diversos efeitos descritos em seguida, de forma sequencial [3.56]: redução do brilho superficial; descoloração superficial; esfarelamento superficial da matriz descamação superficial da matriz corrosão alveolar; microfissuração; empolamento; perda superficial da resina sem exposição de fibras; perda superficial de resina com exposição de fibras; redução da adesão das fibras superficias; delaminação das fibras superficiais. Os primeiros quatro efeitos têm consequências essencialmente estéticas, devendo ser dada maior relevância a este fenómeno a partir do momento em que as fibras comecem a ficar visíveis. No entanto, é importante clarificar que, para que haja exposição das fibras superficiais, é necessária uma exposição muito prolongada à radiação UV. Para além disso, nem toda a radiação UV que atinge a superfície dos perfis de GFRP é absorvida pela resina e nem toda a radiação absorvida provoca fotodegradação, apenas uma percentagem afecta efectivamente a durabilidade do material [3.55]. Relativamente aos efeitos da radiação UV nas fibras de vidro, estas também apresentam, à semelhança da matriz, óxidos na sua constituição, estando igualmente sujeitas à quebra de ligações químicas. No entanto, o revestimento das fibras pela matriz confere-lhes protecção, actuando a radiação UV apenas na superfície da resina [3.57]. As reacções de fotodegradação encontram-se geralmente limitadas a uma profundidade de cerca de 50 a 100 μm, tendo um impacte insignificante na resistência mecânica de provetes com espessuras razoáveis [3.55]. A região superficial funciona como protecção à exposição da radiação UV, condicionando de certa forma a degradação a profundidades superiores [3.56]. Gu [3.57] analisou os 48

71 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO efeitos da radiação ultravioleta no comportamento mecânico de provetes laminados de GFRP de 2, 3 e 5 camadas, expostos durante 200 horas. Os resultados comprovaram a pouca relevância dos efeitos a nível mecânico, sendo que no caso de provetes de 5 lâminas não se registou qualquer alteração das características, em relação aos valores obtidos em provetes não envelhecidos. Através de uma análise com microscópio electrónico (SEM), foi possível observar o aparecimento de corrosão alveolar e a identificação de bolhas microscópicas. Micelli et al. [3.58] registaram a mesma irrelevância da exposição à radiação UV na resistência ao corte interlaminar. A ocorrência de possíveis efeitos de degradação relevantes nos perfis de GFRP não ocorre pela actuação isolada da radiação UV, mas através dos possíveis efeitos sinergéticos com outros agentes de degradação, nomeadamente a humidade. A microfissuração e a corrosão alveolar que poderá resultar da exposição à radiação UV, poderá favorecer a difusão da humidade pelo interior da matriz, facilitando o acesso não só ao interior da matriz com à interface matriz-fibras [3.56]. A utilização de perfis de GFRP no exterior é usualmente acompanhada de métodos de protecção à radiação UV. Uma prática comum é a aplicação de uma resina superficial (gel coat) ou de pinturas de protecção. Apesar da protecção fornecida, os revestimentos mencionados são de origem orgânica e, portanto, também eles se encontram sujeitos aos fenómenos de degradação provocados pela radiação UV, carecendo de manutenção periódica. Outra medida de protecção poderá ser o recurso a aditivos que melhorem as propriedades da resina e atrasem a degradação provocada pela radiação UV, contudo o nível de eficiência não é comum a todas as resinas e o método de protecção perde eficácia ao longo do tempo [3.1; 3.56]. 3.4 Bibliografia [3.1] Correia, J. R., Perfis pultrudidos de fibra de vidro (GFRP). Aplicação de vigas mistas GFRP-Betão na construção, Dissertação para a obtenção do Grau de Mestre em Construção, Instituto Superior Técnico, Universidade Técnica de Lisboa, Março [3.2] Cabral-Fonseca, S., Correia, J. R., Costa, R., Carreiro, A., Rodrigues, M. P., Eusébio, M. I., Branco, F. A., Environmental degradation of GFRP pultruded profiles made of polyester and vinylester resins, 15th International Conference on Composite Structures, Porto, [3.3] Correia, J. R., Branco, F. A., Ferreira, J. G., Perfis pultrudidos de fibra de vidro: um material para a reabilitação estrutural, Construção Magazine, No. 28, 21-26, [3.4] Karbhari, V. W., Durability of composites for civil structural applications, Woodhead Publishing Limited, Cambridge, England,

72 3. DURABILIDADE DOS PERFIS PULTRUDIDOS DE GFRP [3.5] Kim, H., Park, Y., You, Y., Moon, C., Short term durability test for GFRP rods under various environmental conditions, Composite Structures, Vol. 83, No. 1, 37-47, [3.6] Karbhari, V. M., Chin, J. W., Hunston, D., Benmokrane, B, Juska, T., Morgan, R., Lesko, J. J., Sorathia, U., Reynaud, D., Durability gap analysis for fiber-reinforced polymer composites in civil infrastructure, Journal of Composites for Construction, Vol. 7, No. 3, , [3.7] Costa, R. L., Durabilidade de perfis pultrudidos de poliéster reforçado com fibras de vidro (GFRP), Dissertação para a otenção do Grau de Mestre em Engenharia Civil, Instituto Superior Técnico, Universidade Técnica de Lisboa, Novembro [3.8] Karbhari, V. M., Gap analysis for durability of fiber reinforced polymer composites in civil infrastructures Chapter 1: Introduction, CERF, [3.9] Karbhari, V. M., Chin, J. W., Gap analysis for durability of fiber reinforced polymer composites in civil infrastructures Chapter 2: Overview, CERF, [3.10] Post, N. L., Riebel, F., Zhou, A., Keller, T., Case, S. W., Lesko, J. J., Investigation of 3D moisture diffusion coefficients and damage in a pultruded E-glass/polyester structural composite, Journal of Composite Materials, Vol. 43, No. 1, 75-96, [3.11] Huston, D., Juska, T., Karbhari, V. M., Morgan, R., Williams, C., Gap analysis for durability of fiber reinforced polymer composites in civil infrastructures Chapter 3: Effects of Moisture/Aqueous Solutions, CERF, [3.12] Cabral-Fonseca, S. Materiais compósitos de matriz polimérica reforçada com fibras usados na engenharia civil características e aplicações, Informação Científica e Técnica, LNEC, Lisboa, 2005 (referido por 3.7). [3.13] Alawsi, G., Aldajah, S., Rahmaan, S. A., Impact of humidity on the durability of E-glass/polymer composites, Materials and Design, Vol. 30, No. 7, , [3.14] Visco, A. M., Campo, N., Cianciafara, P., Comparison of seawater absorption properties of thermoset resins based composites, Composites Part A, Vol. 42, No. 2, , [3.15] Liao, K., Schultheisz, C. R., Hunston, D. L., Long term environmental fatigue of pultruded glassfiber-reinforced composites under flexural loading, International Journal of Fatigue, Vol. 21, No ,

73 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO [3.16] Liao, K., Schultheisz, C. R., Hunston, D. L., Effects of environmental aging on the properties of pultruded GFRP, Composites, Part B, Vol. 30, No. 5, , [3.17] Nishizaki, I., Kishima, T., Sasaki, I., Deterioration of mechanical properties of pultruded FRP through exposure tests, 3 rd International Conference on Durability & Field Applications of Fiber Reinforced Polymer (FRP) Composites for Construction, CDCC 2007, , Québec, Canadá, [3.18] Chen, Y., Davalos, J. F., Ray, I., Kim, H.Y., Accelerated aging tests of evaluations of durability performance of FRP reinforcing bars for concrete structures, Composite Structures, Vol. 78, No. 1, [3.19] Sethi, S., Ray, B. C., Interface assessment in composite materials, International Conference on Recent Trends in Materials and Characterization, RETMAC-2010, Fevereiro [3.20] Benmokrane, B., Faze, S., GangaRao, H. V. S., Karbhari, V. M., Porter, M., Gap analysis for durability of fiber reinforced polymer composites in civil infrastructures Chapter 4: Effects of Alkaline Environment, CERF, [3.21] Cheung, M. M. S., Tsang, T. K. C., Behaviour of concrete beams reinforced with hybrid FRP composite rebar, Advances in Structural Engineering, Vol.13, No. 1, 81-93, [3.22] Benzaid, R., Chikh, N. E., Mesbah, H., Study of the compressive behavior of short concrete columns confined by fiber reinforced composite, The Arabian Journal for Science and Engineering, Vol. 34, No. 1B, 15-26, Abril [3.23] Karbhari, V. M., Murphy, K., Zhang, S., Effect of concrete based alkali solutions on short-term durability of E-glass/vinylester composites, Journal of Composite Materials, Vol. 36, No. 17, , Setembro [3.24] Juska, T., Dutta, P., Carlson, L., Weitsman, J., Gap analysis for durability of fiber reinforced polymer composites in civil infrastructures Chapter 5: Thermal Effects, CERF, [3.25] Shindo, Y., Inamoto, A., Narita, F., Horiguchi, K., Mode I fatigue delamination growth in GFRP woven laminates at low temperatures, Engineering Fracture Mechanics, Vol. 73, No. 14, , [3.26] Dutta, P. K., Hui, D., Low-temperature and freeze-thaw durability of thick composites, Composites Part-B, Vol. 27, No. 3, ,

74 3. DURABILIDADE DOS PERFIS PULTRUDIDOS DE GFRP [3.27] Mula, S., Bera, T., Ray, P. K., Ray, B. C., Effects of hydrothermal aging on mechanical behavior of sub-zero weathered GFRP composites, Journal of Reinforced Plastics and Composites Vol. 25, No. 6, , [3.28] Crea, F., Porco, G., Zinno, R., Experimental evaluation of thermal effects on the tensile mechanical properties of pultruded GFRP rods, Applied Composite Materials, Vol. 4, No. 3, , [3.29] Chowdhury, E. U., Eedson, R., Green, M. F., Bisby, L. A., Benichou, N., Mechanical characterization of fibre reinforced polymers materials at high temperature, Fire Tecnhology, Vol. 47, No. 4, , [3.30] Masmoudi, R., Masmoudi, A., Ouezdou, M. B., Daoud, A., Long-term bond performance of GFRP bars in concrete under temperature ranging from 20 ºC to 80 ºC, Construction and Builng Materials, Vol. 25, No. 2, , Fevereiro [3.31] Bai, Y., Nathan, L. P., Lesko, J. J., Keller, T., Experimental investigations on temperature-dependent thermo-physical and mechanical properties of pultruded GFRP composites, Thermochimica Acta, Vol. 469, No. 1-2, 28-35, [3.32] Karbhari, V. M., Rivera, J., Dutta, P. K., Effect of short-term freeze-thaw cycling on composite confined concrete, Journal of Composites for Construction, Vol. 4, No. 4, , [3.33] Tam, S., Sheikh, S. A., Behaviour of fibre reinforced polymer (FRP) and FRP bond under freeze-thaw cycles and sustained load, Fourth International Conference on FRP Composites in Civil Engineering, Zurique, Suíça, 22 a 24 Julho [3.34] Wu, H. C., Yan, A., Time-dependent deterioration of FRP bridge deck under freeze/thaw conditions, Composites: Part B, Vol. 42, No. 5, , Julho [3.35] Karbhari, V. M., Rivera, J., Zhang, J., Low-temperature hygrothermal degradation of ambient cured E-glass/vinylester composites, Journal of Applied Polymer Science, Vol. 86, No. 9, , [3.36] Robert, M., Wang, P., Cousin, P., Benmokrane, B., Temperature as an accelerating factor for long-term durability testing FRPs: should there be any limitations? Journal of Composites for Construction, Vol. 14, No. 4, ,

75 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO [3.37] ACI 440.3R-04, Guide test methods for fiber-reinforced polymers (FRPs) for reinforcing or strengthening concrete structures, American Concrete Institute, Farmington Hills, Mich, (citado por [3.36]) [3.38] CAN/CSA S806-02, Design and construction of building components with fibre-reinforced polymers, Canadian Standards Association, (citado por [3.36]) [3.39] Morgan, R., Dunn, C., Edwards, C., Gap analysis for durability of fiber reinforced polymer composites in civil infrastructures Chapter 6: Effects of Creep and Relaxation, CERF, [3.40] Lee, L. S., Durability of composites for civil structural applications: 8 - Creep and time-dependent response of composites, Woodhead Publishing Limited, Cambridge, England, [3.41] Dutta, P. K., Hui, D., Creep rupture of a GFRP composite at elevated temperatures, Computers and Structures, Vol 76, No.1, , [3.42] Guedes, R. M., Creep and fatigue lifetime prediction of polymer matrix composites based on simple cumulative damage laws, Composites: Part A, Vol. 39, No.11, , Novembro [3.43] Sá, F. M., Gomes, A. M., Correia, J. R., Silvestre, N., Creep behavior of pultruded GFRP elements Part 1: Literature review, Composite Structures, Vol. 93, No. 10, , [3.44] Sá, F. M., Gomes, A. M., Correia, J. R., Silvestre, N., Creep behavior of pultruded GFRP elements Part 2: Analytical study, Composite Structures, Vol. 93, No. 9, , [3.45] Zhou, A., Post, N., Pingry, R., Cain, J., Lesko, J J.,Case, S. W., Durability of composites for civil structural applications: 7 Durability of composites under fatigue loads, Woodhead Publishing Limited, Cambridge, England, [3.46] Lesko, J., Reifsnider, K., Phifer, S., Bakis, C., Nanni, A., Heil, C., Gap analysis for durability of fiber reinforced polymer composites in civil infrastructures Chapter 7: Effects of Fatigue, CERF, [3.47] Cadei, J. M. C., Fatigue in composites Fatigue of FRP composites in civil engineering applications, Woodhead Publishing Limited, Cambridge, England, [3.48] Mouritz, A. P., Gibson, A. G., Fire properties of polymer composite materials, Solida Mechanics and Its Applications, Spring, Holanda,

76 3. DURABILIDADE DOS PERFIS PULTRUDIDOS DE GFRP [3.49] Correia, J. R, Branco, F. A., Ferreira, J. G., Bai, Y., Keller, T., Fire protection systems for building floors made of pultruded GFRP profiles Part 1: Experimental investigations, Composites Part B, Vol. 41, No.8, , [3.50] Sorathia, U., Ohlemiller, T., Lyon, R., Riffle, J., Schultz, N., Gap analysis for durability of fiber reinforced polymer composites in civil infrastructures Chapter 9: Effects of Fire, CERF, [3.51] Mouritz, A. P, Durability of composites for civil structural applications: 6 Durability of composites exposed to elevated temperature and fire, Woodhead Publishing Limited, Cambridge, England, [3.52] Bai, Y., Keller, T., Hugi, E., Ludwig, C., Fire performance of water-cooled cellular GFRP Columns, CICE th International Conference on FRP Composites in Civil Engineering, Pequim, China, Setembro [3.53] ISO 834, Fire resistance tests. Elements of building construction, International Standards Organization, Genève, [3.54] Bai, Y., Keller, T., Correia, J. R, Branco, F. A., Ferreira, J. G., Fire protection systems for building floors made of pultruded GFRP profiles Part 2: Modeling of thermomechanical responses, Composites Part B, Vol. 41, No. 8, , [3.55] Chin, J. W., Martin, J., Nguyen, T., Gap analysis for durability of fiber reinforced polymer composites in civil infrastructures Chapter 8: Effects of ultraviolet (UV) radiation, CERF, [3.56] Chin, J. W., Durability of composites for civil structural applications: 5 Durability of composites exposed to ultraviolet radiation, Woodhead Publishing Limited, Cambridge, England, [3.57] Gu, H., Degradation of glass fibre/polyester composites after ultraviolet radiation, Materials and Design, Vol. 29, No. 7, , [3.58] Micelli, F., Nanni, A., Durability of FRP rods for concrete structures, Construction and Building Materials, Vol.18, No. 7, ,

77 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO 4. Campanha experimental 4.1 Introdução A investigação realizada teve como objectivo a análise do desempenho, químico, físico e mecânico de perfis pultrudidos de GRFP com matriz de poliéster insaturado, quando expostos a diversas condições ambientais frequentes em obras de construção civil. Em ambientes agressivos, como é o caso de zonas costeiras ou de regiões com precipitações regulares ou níveis de humidade elevados, os perfis de GFRP são encarados como uma alternativa viável, tanto na reabilitação de estruturas fortemente afectadas pela corrosão, em substituição de elementos estruturais degradados, como na construção de novas infra-estruturas, surgindo nomeadamente como uma alternativa ao aço. Contudo, o nível de conhecimento relativo ao desempenho do material ao longo do tempo, ainda não proporciona a confiança necessária para a sua utilização generalizada e, nos casos em que se recorre aos perfis de GFRP como elementos estruturais, a sua aplicação é habitualmente acompanhada de um sobredimensionamento da capacidade resistente do material. O conhecimento ainda pouco aprofundado da durabilidade dos perfis de GFRP neste tipo de ambientes suscita ainda dificuldades consideráveis na elaboração de regulamentação [4.1]. Com o objectivo de se procurar avaliar e quantificar a degradação do material GFRP ao longo do tempo, foram preparados diversos provetes, a partir de perfis pultrudidos de GFRP com matriz de poliéster insaturado. Posteriormente, os provetes foram submetidos a diversos ambientes controlados de envelhecimento acelerado e um conjunto de provetes adicional foi exposto às condições naturais da região de Lisboa. A análise do desempenho do material ao longo do tempo foi realizada através de ensaios de caracterização mecânica e física, efectuados no decorrer da investigação, para cada ambiente e em diversas idades de exposição. Os diversos ambientes de exposição foram monitorizados, para que as condições estabelecidas no início da investigação para cada ambiente se mantivessem durante o decorrer do estudo. Com intuito de se definir as propriedades iniciais do compósito de GFRP, realizou-se ainda um conjunto de ensaios de caracterização a provetes não envelhecidos. As características iniciais aferidas serviram de base para se avaliar as alterações de desempenho e os impactes provocados pelos diversos agentes agressivos, durante o processo de envelhecimento dos provetes. O estudo foi realizado em parceria com o Departamento de Engenharia Civil, Arquitectura e Georrecursos do Instituto Superior Técnico (IST) e o Departamento de Materiais do Núcleo de Materiais Orgânicos do Laboratório Nacional de Engenharia Civil (NMO/LNEC), que proporcionaram as sinergias essenciais à realização desta investigação. 55

78 4. CAMPANHA EXPERIMENTAL O presente capítulo tem por objectivo descrever o programa experimental, a origem e a metodologia de preparação dos provetes ensaiados, os diversos ambientes de exposição e os procedimentos experimentais, que foram realizados de acordo com as normas em vigor. 4.2 Programa experimental O programa experimental é composto por duas fases. A fase 1 enquadra-se no prolongamento da investigação iniciada por Costa [4.2], que desenvolveu uma análise de durabilidade exaustiva de provetes compósitos de GFRP com matriz de poliéster insaturado, quando expostos a diversos ambientes durante 9 meses. O objectivo da presente dissertação consiste em analisar a durabilidade dos provetes expostos aos diversos ambientes da fase 1, após 12 e 18 meses de envelhecimento, através da evolução do desempenho mecânico e físico do material em relação aos valores obtidos para os provetes não envelhecidos e para os primeiros 9 meses de exposição. Esta fase engloba ainda a análise de provetes em situação de envelhecimento natural, expostos às condições climatéricas naturais da área de Lisboa durante 12 meses. A fase 2 surge com base em duas questões cuja relevância se enquadra na presente investigação. A primeira baseia-se na possível influência que a inexistência de protecção lateral dos provetes possa ter na durabilidade do material. A segunda consiste na análise da reversibilidade da degradação, após um período de secagem, uma vez que na fase 1, os provetes foram ensaiados em estado húmido. A ausência de protecção lateral advém da fase de preparação dos provetes. Os cortes realizados nos perfis pultrudidos de GFRP fornecidos para esta investigação, para elaboração dos provetes, foram efectuados de acordo com as dimensões estipuladas nas normas relativas aos ensaios executados. No entanto, nas faces cortadas, o interior da matriz, as fibras e a interface matriz-fibras seccionadas ficam em contacto directo com os agentes de degradação, ao contrário do que acontece na realidade, uma vez que a matriz confere ao perfil uma protecção superficial, protegendo também as fibras e a interface. Convém realçar que os resultados obtidos na fase 1 se encontram do lado da segurança. Contudo, o que se pretendeu avaliar neste caso foi o grau de conservadorismo desses valores. Com esse intuito, incluiu-se um grupo de provetes cujas faces laterais foram revestidas com uma resina epóxida, visando a análise da capacidade de absorção dos provetes numa situação teoricamente mais realista, ou seja, sem as faces de corte expostas directamente, e quais os impactos que tal poderá ter na durabilidade do material em estudo. Nishizaki et al. [4.3], num estudo de perfis laminados de GFRP em envelhecimento natural, mostraram que a aplicação de um revestimento superficial de base acrílica aumentava a durabilidade do material. Neste caso, o que se pretende é avaliar a influência da protecção superficial que a própria matriz confere ao compósito, na durabilidade dos perfis de GFRP em estudo. 56

79 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO Relativamente à questão da possível reversibilidade da degradação dos provetes, em diversos casos de aplicação prática de compósitos de GFRP, nem sempre a presença de água ou de humidade é uma constante. Regra geral, à excepção de construções marítimas, o material pode alternar entre períodos de exposição à humidade e períodos de secagem. Vários autores, como é o caso de Karbhari [4.4] e Liao et al. [4.5], referem que determinadas alterações na durabilidade devido à exposição a diversos agentes de degradação até determinados períodos de tempo, podem ter um carácter reversível. Com a fase 2 da investigação, pretende-se analisar um grupo de provetes em condições semelhantes aos ensaiados na fase 1, com a diferença de que a caracterização mecânica é efectuada após um período de secagem. O objectivo é verificar, em diversas idades de exposição e em vários ambientes de envelhecimento, se ocorre reversibilidade das perdas de desempenho no material GFRP em estudo, devido aos agentes de degradação. Durante o presente capítulo, as referências ao termo investigação correspondem ao estudo de durabilidade em perfis pultrudidos de GFRP com matriz de poliéster insaturado, iniciado por Costa [4.2], e no qual se insere a campanha experimental efectuada durante a presente dissertação. O conceito de campanha experimental utilizado tem por base toda a análise e ensaios realizados somente durante o decorrer desta dissertação Estudo prévio da campanha experimental O primeiro passo de toda a campanha experimental foi definir a quantidade de provetes possível de se obter, através dos perfis pultrudidos de GFRP com matriz de poliéster insaturado disponíveis em laboratório, que sobraram da fase 1 da presente investigação. O estudo a realizar para os provetes da fase 2 inclui uma análise comparativa com os resultados alcançados durante a fase 1. Como tal, considerou-se relevante que todos provetes utilizados ao longo da investigação fossem oriundos do mesmo lote de produção, evitando potenciais divergências das características do material devido a variações durante o processo de produção. Só após a aferição do número máximo de provetes possível, foi profícuo definir os ambientes e períodos de exposição para a fase 2 da investigação. Para determinar a quantidade de provetes óptima, foi ainda necessário conhecer as dimensões definidas pelas normas dos respectivos ensaios que se pretendem realizar. A figura 4.1 ilustra a nomenclatura utilizada para representar as dimensões dos provetes. Os ensaios a realizar, respectivas normas e dimensões dos provetes encontram-se descritos no quadro 4.1. b - largura L - comprimento h espessura Figura 4.1 Nomenclatura relativa às dimensões dos provetes 57

80 4. CAMPANHA EXPERIMENTAL Quadro 4.1 Ensaios a realizar e respectivas normas e dimensões dos provetes Ensaios Normas b (mm) h (mm) L (mm) Corte ASTM D2344 e EN ISO Tracção ISO 527 Partes 1 e Flexão ISO DMA ISO Os ensaios mecânicos detalhados no quadro 4.1 foram definidos no início da investigação. O ensaio de compressão, inicialmente previsto, foi abandonado após a sua realização em provetes não envelhecidos e com 3 meses de envelhecimento. A razão prendeu-se essencialmente com a disparidade dos resultados obtidos para as tensões de rotura, deformações e módulos de elasticidade, cuja representatividade se relevou de pouco interesse prático [4.2]. Em investigações futuras, a metodologia do ensaio de corte deverá ser reavaliada, tendo sempre por base a respectiva norma, com a prespectiva de se obterem dados que garantam uma relação com o que poderá ocorrer em aplicações práticas dos perfis de GFRP em estudo. O quadro 4.1 prevê ainda provetes destinados à execução de uma análise mecânica dinâmica (DMA). A avaliação do comportamento viscoelástico e a determinação da temperatura de transição vítrea dos provetes em estudo na fase 2, continuou a ser um factor de estudo relevante devido à variação comportamental que os materiais GFRP podem apresentar. Os ensaios de caracterização de provetes não envelhecidos foram realizados para o material em estudo, no início da investigação. Como tal, não se justificou a repetição dos ensaios de caracterização para provetes não envelhecidos do conjunto testado na fase 2, uma vez que a origem do material utilizado nesta fase é a mesma do material utilizado na fase 1. Em conformidade com o estipulado no início da investigação, foram previstos para cada colheita, cinco provetes por cada tipo de ensaio mecânico e três provetes para cada análise DMA. O número de provetes por ensaio baseou-se nas normas em vigor e na relevância estatística dos resultados, estando em conformidade com as recomendações normativas. A quantidade de provetes possível de se preparar, tendo em conta a quantidade de provetes por colheita para cada ensaio, encontra-se discriminada no quadro 4.2. Quadro 4.2 Quantidade de provetes para a fase 2 Ensaio b (mm) h (mm) L (mm) Nº/colheita Quantidade Corte Tracção Flexão DMA

81 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO Organização da campanha experimental Os provetes relativos à fase 1 foram expostos no início da corrente investigação, tendo todo o processo de envelhecimento do material em estudo decorrido nas instalações do (NMO/DM/LNEC). Para esta fase, foram definidos três ambientes de envelhecimento, a imersão em água desmineralizada e a imersão em água salgada, que correspondem a métodos de envelhecimento acelerado, e a exposição às condições naturais da região de Lisboa, que corresponde a um método de envelhecimento natural. Em ambos os ambientes de imersão, foram expostos provetes a três temperaturas distintas (20, 40 e 60 ºC). No caso dos ambientes de envelhecimento acelerado, foi definido um período de exposição de 24 meses, tendo-se realizado no âmbito desta dissertação, a análise de provetes com 12 e 18 meses de envelhecimento. Relativamente ao envelhecimento natural, o material em estudo ficará submetido às condições naturais da região de Lisboa durante um período de 10 anos. No decorrer desta campanha experimental, foi analisado um conjunto de provetes após 1 ano de exposição. Na fase 2, consideraram-se dois tipos de provetes, os provetes com as faces laterais revestidas, aos quais se denominarão posteriormente de protegidos, e os provetes que, após o período de exposição, foram submetidos a um período de secagem antes dos respectivos ensaios de caracterização, e que serão designados de secagem. Após o estudo prévio mencionado no subcapítulo 4.2.1, constatou-se que o número de provetes era suficiente para se efectuar uma análise de durabilidade em três ambientes de exposição distintos, possibilitando ainda a realização de colheitas aos 6, 12 e 18 meses de envelhecimento. Durante os primeiros 9 meses de envelhecimento da fase 1, não se registou uma disparidade relevante entre os provetes envelhecidos em água desmineralizada e em água salgada [4.2]. Com base neste facto, optou-se por analisar, durante a fase 2 da investigação, a evolução do desempenho dos provetes protegidos e de secagem imersos em água desmineralizada, alargando a exposição às temperaturas de 20 e 40 ºC, e os impactes da condensação em contínuo a 40 ºC. A imersão de provetes à temperatura de 60 ºC foi suspensa devido às características da resina de protecção aplicada como revestimento lateral dos provetes protegidos. De acordo com a ficha técnica do produto de revestimento aplicado (Icosit K 101 N), este garante a resistência térmica quando submerso em água quente sem agressividade química associada, até aproximadamente 40 ºC [4.6]. Os ambientes de envelhecimento definidos para os provetes relativos à fase 2 da investigação foram igualmente analisados, para idades de exposição idênticas ao da fase 1 [4.2]. O quadro 4.3 descreve a organização da campanha experimental. 59

82 4. CAMPANHA EXPERIMENTAL Quadro 4.3 Programa experimental Tipo de Exposição Imersão em água desmineralizada (W-20), (W-40), (W-60) Períodos de Exposição 3, 6, 9, 12, 18 e 24 meses Condições de Exposição - Temperaturas: 20 (±2) ºC, 40 (±1) ºC e 60 (±1) ºC - Temperaturas: 20 (±2) ºC, 40 (±1) ºC Imersão em água salgada 3, 6, 9, 12, 18 e e 60 (±1) ºC (S-20), (S-40), (S-60) 24 meses Fase 1 - Solução aquosa: 35g/l NaCl - Localizado no terraço das instalações do LNEC. Envelhecimento natural 1, 2, 5 e 10 anos - A temperatura, a humidade relativa e a radiação UV são constantemente monitorizados Imersão em água desmineralizada 6, 12 e 18 meses - Temperaturas: 20 (±2) ºC e 40 (±1) ºC (WD-20), (WD-40), (WI-20), Fase 2 (WI-40) Condensação em contínuo - Temperatura: 40 (±2) ºC 6, 12 e 18 meses (CCD-40), (CCI-40) - Humidade: 100% W Imersão em água desmineralizada (Water) S Imersão em solução salina (Salt) D Provete de secagem (Dried) I Provete protegido (Isolated) CC Condensação em contínuo (Continuous condensation) Os provetes da fase 1 com idades de exposição de 3 e 6 meses foram ensaiados por Costa [4.2], durante o primeiro ano da investigação. Os provetes da fase 1 em envelhecimento acelerado a ensaiar aos 24 meses, assim como os provetes em envelhecimento natural a ensaiar aos 2, 5 e 10 anos serão alvo de investigações futuras. Serão igualmente objecto de investigações futuras, os provetes da fase 2 a ensaiar aos 12 e 18 meses Material Perfis pultrudidos de GFRP O material utilizado durante a campanha experimental provem dos perfis pultrudidos de GFRP adquiridos no princípio da investigação. Conforme mencionado no subcapítulo 4.2.1, o facto de se realizar uma análise comparativa dos resultados obtidos entre provetes oriundos de perfis pultrudidos de GFRP do mesmo lote e fabricados durante o mesmo processo de pultrusão, aufere um rigor 60

83 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO acrescido ao estudo, visto que os impactes decorrentes do processo de fabrico e de cura serão supostamente similares em todos os provetes. Até à exposição do material nos diversos ambientes de envelhecimento e após a aquisição dos perfis de GFRP, estes foram mantidos à temperatura ambiente no Laboratório de Construção do IST (LC/IST). Os perfis foram produzidos pela empresa portuguesa ALTO, Perfis Pultrudidos, Lda, sediada na Maia, com aproximadamente 2 metros de comprimento e com uma secção rectangular tubular de 50 mm x 50 mm x 5 mm. São compostos por uma resina termoendurecível de poliéster insaturado, constituindo a matriz, e por fibras de vidro do tipo E. As fibras foram aplicadas maioritariamente como filamentos contínuos, alinhados na direcção longitudinal, existindo ainda uma camada superficial de fibras dispostas em várias direcções (véu de superfície). A tonalidade amarela dos perfis é conferida por um corante adicionado à matriz durante o processo de fabrico. O campo de aplicação mais frequente deste tipo de perfis é em guarda-corpos, escadas, tampas, grelhas, e a sua utilização é particularmente atractiva em ambientes agressivos, como é o caso de estações de tratamento de águas residuais (ETAR), devido à elevada resistência química [4.7]. Na figura 4.2, é possível observarem-se exemplos de guarda-corpos construídos com perfis pultrudidos de GFRP com matriz de poliéster insaturado. Figura 4.2 Guarda-corpos em perfis pultrudidos de GFRP [4.7] Preparação dos provetes Corte dos provetes O processo de corte dos provetes para a fase 2 da investigação foi iniciado no Laboratório de Estruturas e Resistência de Materiais do IST (LERM/IST) e concluído no NMO/DM/LNEC. Os provetes foram executados em conformidade com as dimensões estipuladas no capítulo (quadro 4.1) e segundo as quantidades referidas no quadro

84 4. CAMPANHA EXPERIMENTAL No LERM/IST, realizou-se o corte dos perfis em secções com comprimentos referentes aos valores L indicados no quadro 4.2. O corte foi efectuado numa máquina de corte de fita com arrefecimento a água. Os restantes cortes foram efectuados no NMO/DM/LNEC, numa máquina de corte de disco diamantado com arrefecimento a água. Durante todo o processo de corte, os provetes foram mantidos em ambiente seco, de modo a preservar as suas características iniciais. Na figura 4.3, é possível visualizar os quatro tipos de provetes cortados. Figura 4.3 Tipos de provete cortados Enquadrado nesta fase de preparação de provetes, importa referir os critérios que foram estabelecidos com o objectivo de se garantir a qualidade e a representatividade dos resultados obtidos durante os ensaios. Ao nível da área da secção do perfil que se considerou viável para o corte dos diversos provetes, excluiu-se 1 cm na extremidade de cada face, devido a dois factores: à intersecção com a outra face perpendicular do perfil, de espessura 0,5 cm, e à concordância que se verifica na zona de intercepção entre faces, originando uma região de espessura variável com aproximadamente 0,5 cm. O objectivo foi garantir a espessura constante dos provetes e evitar zonas da secção do perfil com possíveis tensões internas. A figura 4.4 representa a secção tubular do perfil, com a respectiva indicação da região de onde se retiraram os provetes. Outro critério estabelecido foi ao nível do corte dos provetes. Foram rejeitados todos os provetes com diferenças superiores a 1 mm relativamente às dimensões estipuladas no quadro 4.2, com o intuito de se garantir a homogeneidade geométrica dos mesmos. 3 cm 3 cm 5 cm 5 cm Figura 4.4 Região viável para obtenção de provetes numa secção do perfil tubular 62

85 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO Identificação A investigação engloba um grande conjunto de provetes, expostos a diversos ambientes e destinados a determinados ensaios, em estado húmido ou após passarem por um processo de secagem, findo o período de exposição. Aliado a estes factos, encontravam-se ainda no mesmo ambiente, provetes com idades de exposição diferentes, dependendo da fase da investigação a que pertençam. Para além da abrangência do estudo, a investigação decorrerá durante um período previsto de 10 anos, no caso do envelhecimento natural, e durante um período de 24 meses, relativamente ao envelhecimento acelerado. Com base nestas circunstâncias, foi necessário criar um sistema de identificação, conforme se pode visualizar na figura 4.5, que permitisse distinguir os diversos provetes. Figura 4.5 Identificação tipo de um provete Tendo presente a nomenclatura do provete apresentado na figura 4.5, o primeiro número corresponde ao tipo de ambiente de exposição do provete e o segundo número à temperatura em que se encontra o ambiente correspondente. As letras que seguem a numeração inicial equivalem ao ensaio a que se destina o provete e, no caso dos provetes da fase 2, a primeira letra corresponde às duas variantes introduzidas na investigação, a análise de desempenho de provetes com protecção lateral e a análise da reversibilidade das características após um período de secagem. Os dígitos posteriores às letras são o número identificativo de cada provete. Nos quadros 4.4 e 4.5, são descritos os significados dos códigos utilizados no sistema de identificação. Quadro 4.4 Método de identificação dos provetes por tipo de ensaio Tipos de ensaio Tracção Flexão Corte DMA Código T F C D 63

86 4. CAMPANHA EXPERIMENTAL Quadro 4.5 Método de identificação dos provetes por ambiente de envelhecimento, temperatura e fase da investigação Ambiente Temperatura Fase Código Imersão água desmineralizada Imersão água salgada ºC 2 (Protegido) 1.1 P 2 (Secagem) 1.1 S ºC 2 (Protegido) 1.2 P 2 (Secagem) 1.2 S 60ºC ºC ºC ºC Envelhecimento natural (Protegido) 1.3 P Condensação em contínuo 40ºC 2 (Secagem) 1.3 S Processo de aplicação do revestimento de protecção O processo de aplicação do revestimento de protecção correspondeu à fase final da preparação dos provetes designados de protegidos e foi realizado no NMO/LNEC. O revestimento de protecção aplicado foi conferido por um ligante estrutural à base de resinas epóxidas especiais, isentas de solventes e com boa resistência química e térmica. Ao nível da resistência química, a resina de protecção apresenta bons desempenhos na presença de águas brandas agressivas, gorduras, óleos, bases e ácidos diluídos não oxidantes. Relativamente à resistência térmica, suporta temperaturas até 100 ºC em ambiente seco, e temperaturas aproximadas de 40 ºC quando imersa em água sem agressividade química associada [4.6]. O ligante Icosit K 101 N é um produto bi-componente comercializado pela Sika Portugal, SA, detendo marcação CE. É um revestimento espesso de protecção, cuja aplicação é adequada em reservatórios, filtros e outros equipamentos ou infra-estruturas, no domínio da indústria da água [4.6]. O produto encontra-se em conformidade com a norma EN , que fornece as especificações para os produtos ou sistemas utilizados como métodos de protecção superficial para o betão [4.8]. Durante a aplicação do revestimento e o processo de secagem, foram cumpridas as especificações detalhadas na ficha do produto [4.6]. Foram ainda cumpridas as medidas de segurança, nomeadamente devido à irritabilidade do componente B para a pele no seu estado líquido [4.9]. 64

87 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO A aplicação do revestimento foi realizada num ambiente ventilado a 21 ºC e, após a pintura, os provetes foram mantidos durante 8 dias numa sala com temperatura ambiente de 21 ºC e ventilação forçada, com um débito de ar que permitia a sua renovação cinco vezes por hora, durante 24 horas. Após o período de secagem, os provetes foram ainda mantidos 24 horas em estufa, à temperatura de 50 ºC. As condições de aplicação e de secagem foram definidas de modo a suplantar os mínimos indicados pelo fabricante, nomeadamente as condições de secagem antes do contacto com a água. O fabricante aconselha somente a ventilação forçada que permita a renovação de ar cinco vezes por hora, 8 horas por dia, durante 7 dias, e que, após a fase de secagem, o ligante epóxito seja submetido durante 24 horas a 30 ºC [4.6]. O revestimento de protecção foi aplicado nas faces cortadas em 144 provetes, destinados aos diversos ensaios de caracterização do material. Para além destes provetes, foram revestidas as faces de corte de mais 3, com o intuito de se monitorizar, ao longo do tempo, a capacidade de absorção de água. Foram ainda revestidos na totalidade mais 3 provetes, cujo objectivo foi avaliar a capacidade de absorção de água do próprio ligante e averiguar se este confere na realidade a protecção desejada, validando-se desta forma a viabilidade dos resultados obtidos para os provetes protegidos. A figura 4.6 apresenta um provete protegido e um provete totalmente revestido. (a) (b) Figura 4.6 Provete protegido (a) e provete totalmente revestido (b) O revestimento de protecção aplicado teve por objectivo a análise do possível conservativismo dos resultados obtidos para os provetes da fase 1, devido à exposição directa de secções do interior da matriz, das fibras de vidro e da interface matriz-fibras à humidade, como resultado do processo de corte e preparação dos provetes, situação que geralmente não acontecerá em aplicações práticas. Não se enquadrou no objectivo do estudo a adequabilidade da aplicação do ligante como revestimento de protecção em situações práticas de utilização de perfis de GFRP Processo de secagem O processo de secagem foi a última etapa antes do acondicionamento dos provetes protegidos e de secagem, nos diversos ambientes de exposição. Durante as diversas fases de preparação, o material esteve constantemente em ambientes secos, no entanto, em condições naturais existe sempre alguma humidade relativa, nomeadamente durante o processo de corte, devido ao sistema de 65

88 4. CAMPANHA EXPERIMENTAL refrigeração a água do equipamento. Sendo um dos objectivos deste estudo a análise do desempenho do material ao longo do tempo devido à presença de humidade ou à imersão em soluções aquosas, assim como a avaliação da absorção de água, o material deve iniciar a sua exposição em condições óptimas, ou seja sem teor de humidade. Esta consideração tem ainda por base a averiguação da massa inicial dos provetes, isto é, a massa do material em estado seco, sem a presença de componentes alheios à composição do compósito de GFRP, como é o caso das moléculas de água. A massa inicial dos provetes é a massa de referência considerada para a análise da absorção de água do material GFRP em estudo ao longo do tempo. O processo de secagem consistiu no acondicionamento dos provetes da fase 2 numa estufa a 50 ºC, no NMO/DM/LNEC (figura 4.7), durante o período necessário até estabilizarem os valores da massa dos provetes. Realizaram-se medições de massa a cada 24 horas até se alcançar a massa de referência. Devido à quantidade de provetes, o controlo de estabilização de massa foi efectuado por amostragem. Para tal foram eleitos 9 provetes, três provetes por cada tipo de ambiente de exposição, sendo que um é protegido, outro é de secagem e o terceiro é o provete totalmente revestido referido no subcapítulo Os provetes seleccionados para a amostragem foram aqueles que se destinam à monitorização da absorção de água ao longo do tempo, durante toda a investigação. Por este motivo, são também os provetes com maior exigência de rigor na obtenção do valor de massa inicial, uma vez que será o valor de referência ao longo de toda a análise da evolução da absorção de água. Figura 4.7 Estufa de secagem dos provetes A averiguação da massa inicial regeu-se pela norma ASTM D 5229 [4.10], referente à análise das propriedades de absorção de água e equilíbrio condicionado de materiais compósitos de matriz polimérica. O controlo da secagem dos provetes foi efectuado mediante a diferença entre os valores relativos das medições de massa em dias consecutivos, considerando-se que se atingiu a massa de referência quando a desigualdade foi inferior a 0,0001, de acordo com a seguinte expressão, 66

89 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO Wi W W b i t 0, 0001 (4.1) em que: W valor da massa medida no dia i; i Wi 1 W b valor da massa medido no dia anterior i-1; massa de referência. O controlo de massa foi efectuado num laboratório com temperatura controlada a 23 ± 2 ºC e humidade relativa de 50 ± 10%. Os provetes, depois de retirados da estufa ficaram 10 minutos expostos ao ambiente do laboratório, para que pudessem recuperar o equilíbrio com as condições do meio envolvente, período após o qual se procedeu à pesagem. As condições térmicas e de humidade do laboratório estão em conformidade com a norma ATSM D 5224, assim como o período de tempo entre a remoção dos provetes da estufa e a medição, uma vez que a norma permite um intervalo até 30 minutos [4.10]. Atingindo-se a massa de referência, considerou-se que os provetes estavam preparados para serem colocados nos diversos ambientes de exposição. Os provetes foram retirados da estufa de forma faseada e efectuadas as respectivas medições de massa, uma vez que ao se retirar a totalidade dos provetes, não seria possível cumprir com o limite de 30 minutos para se realizar a medição da massa inicial. Após a aferição da massa de referência, os provetes foram colocados nos ambientes de exposição a que se destinavam. 4.4 Ambientes de exposição Os ambientes de exposição definidos no âmbito da investigação foram escolhidos com o intuito de se avaliar os impactes que os diversos factores podem provocar no desempenho do material, nomeadamente a água e a temperatura. Na construção, as infra-estruturas estão constantemente expostas à humidade ou a soluções aquosas, sendo a influência destes agentes considerada por diversos autores como um ponto primordial no estudo da durabilidade dos GFRP [4.11]. Por outro lado, a absorção de água e a temperatura são dois factores com elevada influência na degradação de compósitos poliméricos de GFRP [4.12]. Os diversos ambientes descritos no presente capítulo foram alvo de investigação nas duas fases da campanha experimental, à excepção do envelhecimento natural. A colocação de provetes da fase 2 em envelhecimento natural não permitiria a obtenção de resultados que representassem a evolução de desempenho do material ao longo do tempo, durante realização do presente estudo. Além deste facto, o objectivo do envelhecimento natural foi avaliar a degradação das características do material 67

90 4. CAMPANHA EXPERIMENTAL compósito de GFRP na região de Lisboa e comparar os resultados obtidos com os aferidos nos ambientes de envelhecimento acelerado, procurando-se correlacionar a velocidade dos fenómenos de degradação constatados neste ambientes com a velocidade a que os mesmos fenómenos ocorreram nos provetes em envelhecimento natural. O quadro 4.6 resume os tipos de provetes analisados para cada ambiente de exposição. Os provetes em estado húmido correspondem aos analisados em condições de saturação similiares às que possuíam no final do período de exposição. Os provetes em estado seco correspondem aos denominados provetes de secagem e o terceiro tipo corresponde aos provetes protegidos. Quadro 4.6 Tipo de provete analisado para cada ambiente de exposição Ambiente de Exposição Temperatura Tipo de provete Imersão em água desmineralizada 20 ºC, 40 ºC e 60 ºC Estado húmido Fase 1 Imersão em solução salina 20 ºC, 40 ºC e 60 ºC Estado húmido Envelhecimento natural - Estado húmido Fase 2 Imersão em água desmineralizada 20 ºC e 40 ºC Estado seco e protegido Condensação em contínuo 40 ºC e humidade 100% Estado seco e protegido Envelhecimento por imersão O envelhecimento por imersão foi realizado para dois tipos de soluções aquosas, um ambiente no qual os provetes foram imersos em água desmineralizada e outro onde a imersão ocorreu em solução salina. A opção de se analisarem os provetes em solução salina, em paralelo com o estudo efectuado em água desmineralizada baseou-se em dois motivos. O primeiro prende-se com o facto de vários estudos referirem que os dois tipos de soluções influenciam de forma diferente a durabilidade do material GFRP. São exemplo a investigação realizada por Davies et al. [4.13], que constataram divergências, nomeadamente ao nível da absorção de água, e o estudo elaborado por Silva [4.14], que constatou que a imersão em água salgada levou a um incremento menor da massa dos provetes, comparativamente com a imersão em água desmineralizada. O segundo motivo consiste na elevada resistência química, que define o material GFRP como uma alternativa vantajosa ao aço em ambientes corrosivos, nomeadamente em zonas de humidade elevada e em infra-estruturas imersas em água ou localizadas na orla costeira [4.15]. Para cada tipo de ambiente definiram-se três temperaturas distintas, 20, 40 e 60 ºC. A opção dos 20 ºC teve por objectivo a simulação da temperatura anual média em Portugal. Quanto aos restantes valores, apesar de não representarem temperaturas usuais, podem ser atingidas em situações 68

91 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO extremas, nomeadamente em zonas expostas a radiação solar e durante os períodos mais quentes do ano. No caso das temperaturas de 40 e 60 ºC, o envelhecimento é também mais acelerado, tendo por base a lei de Arrhenius definida no capítulo 3, visto que a exposição a temperaturas mais elevadas favorece a difusão da água, acelerando os processos de degradação [4.2]. Enquadrado na fase 1 da investigação, foram realizadas, durante a presente campanha experimental, colheitas aos 12 meses e aos 18 meses de idade, de provetes expostos aos dois tipos de solução e às três temperaturas mencionadas (W-20, W-40, W-60, S-20, S-40 e S-60 conforme definido no subcapítulo 4.2.2). Ficarão por ensaiar em investigações futuras os provetes com um período de exposição previsto de 24 meses. Os provetes da fase 2, tanto os protegidos como os de secagem, foram imersos em água desmineralizada a 20 e 40 ºC (WI-20, WI-40, WD-20 e WD-40). Não foi considerada a temperatura de 60 ºC pelas razões indicadas no capítulo Durante a presente campanha experimental, foram realizadas colheitas aos 6 meses de idade, mantendo-se em exposição para investigações futuras os provetes destinados a 12 meses e 18 meses de envelhecimento. Os provetes foram acondicionados em caixas de polietileno fechadas, de modo a minimizar as trocas de calor e, consequentemente, as variações de temperatura. De forma a maximizar o rigor da exposição do material em estudo à solução, foi extremamente importante garantir o contacto directo da maior área superficial possível dos provetes. Como tal, os provetes foram acondicionados segundo uma malha rectangular, onde as únicas zonas que não estavam em contacto directo com a solução forma as áreas de apoio entre os provetes transversais consecutivos. As caixas destinadas às temperaturas de 40 e 60 ºC foram colocadas em câmaras de temperatura controlada. As restantes destinadas à temperatura de 20 ºC foram colocados num laboratório com temperatura e humidade controladas. O processo de envelhecimento decorreu no NMO/DM/LNEC. A solução salina foi preparada com o objectivo de simular a concentração de cloreto de sódio (NaCl) existente na água do mar. De acordo com o preconizado na norma ASTM D 1141 [4.16], foram dissolvidos 35 g de NaCl por cada litro de água desmineralizada, correspondendo a uma concentração de 3,5%, valor definido na norma que simula a salinidade da água do mar. Neste caso em particular, foi muito importante a constante monitorização dos níveis de água e a reposição da água desmineralizada evaporada, sempre que necessário, de modo a garantir que a concentração de 3,5% de NaCl permanecesse constante ao longo do tempo. A figura 4.8 ilustra a forma de acondicionamento dos provetes em imersão. 69

92 4. CAMPANHA EXPERIMENTAL Figura 4.8 Provetes em imersão Condensação em contínuo a 40 ºC O contacto directo com a água no seu estado líquido não é a única forma de degradação dos perfis pultrudidos de GFRP. A presença de água no seu estado gasoso pode ser igualmente um factor relevante no desempenho do material compósito GFRP, sendo que a humidade é um agente que está em constante contacto com a generalidade das infra-estruturas, influenciando a durabilidade de diversos materiais, através, por exemplo, do aceleramento do processo de corrosão. A condensação em contínuo permite simular ambientes quentes e húmidos. Enquadrado nesta campanha experimental, foram colocados provetes protegidos e de secagem em condensação em contínuo a 40 ºC (CCI-40 e CCD-40), expostos de acordo com a parte 1 da norma NP EN ISO 6270, que define a determinação da resistência à humidade e as condições de exposição a ambientes de condensação em contínuo [4.17]. Os provetes foram pendurados em ganchos de material plástico, através de um fio de nylon, mantendo praticamente toda a área superficial em contacto directo com o meio. O número de provetes teve em conta, para além dos ensaios a efectuar após a exposição, a realização de três colheitas, a executar aos 6, 12 e 18 meses de idade. No ano inicial da investigação em curso, foi realizada uma análise de durabilidade de provetes da fase 1, após a exposição dos mesmos à condensação contínuo à temperatura de 40 ºC. Os resultados obtidos nos ensaios realizados por Costa [4.2] aos 6 meses de idade serão analisados em conjunto com os resultados obtidos durante a presente campanha experimental, após o mesmo período de exposição, no capítulo 5. O envelhecimento do material à temperatura de 40 ºC e a uma humidade relativa de aproximadamente 100%, decorreu numa câmara de condensação com termóstato incorporado (figura 4.9), que se encontra no NMO/DM/LNEC. 70

93 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO Figura 4.9 Provetes em condensação em contínuo Envelhecimento natural Em paralelo com os ambientes de exposição descritos, considerou-se importante a análise do desempenho do material em estudo ao longo do tempo, quando exposto às condições climatéricas reais da região de Lisboa. A exposição de provetes nestas condições permite comparar o desempenho de provetes em envelhecimento natural com a degradação que se constatou nos provetes em ambientes de envelhecimento acelerado. Percebendo a que velocidade ocorrem os fenómenos de degradação em condições naturais de exposição, poderá ser possível prever qual o tempo necessário de exposição às condições climatéricas reais, para que ocorram os fenómenos de degradação observados nos diversos ambientes de envelhecimento acelerado. Para além disso, o envelhecimento natural permite ainda avaliar a durabilidade do material em estudo às condições climatéricas naturais da região de Lisboa. Os provetes foram fixados em calhas plásticas, preparadas para o efeito, e colocados em escaparates com uma inclinação aproximada de 45º em relação ao solo, no terraço do edifício principal do LNEC (figura 4.10). As condições climáticas foram constantemente monitorizadas, nomeadamente a temperatura, a radiação ultravioleta e a humidade relativa. Figura 4.10 Provetes em envelhecimento natural [4.2] 71

94 4. CAMPANHA EXPERIMENTAL Pelo facto de se tratar de um tipo de envelhecimento natural, não faria sentido efectuar uma colheita de provetes com apenas alguns meses de exposição. Aliado a este facto, considerou-se que a análise do desempenho do material seria mais interessante caso as colheitas se realizassem após ciclos anuais completos, ou seja, após a exposição igualitária às diferentes condições climatéricas, inerentes às quatro estações do ano. Na presente investigação realizou-se a análise das características de provetes após 1 ano de exposição. Os restantes provetes ficarão expostos durante um período mais alargado, com o objectivo de se realizarem colheitas ao fim de 2, 5 e 10 anos de idade Monitorização e metodologia de controlo A evolução do desempenho do material ao longo do tempo é justificada pelas condições definidas para cada ambiente de exposição, pelo que a garantia de que essas condições se mantivessem constantes durante o período de exposição foi de extrema importância. Foram efectuadas monitorizações constantes aos ambientes de exposição de modo a garantir que as temperaturas de exposição se mantivessem nos valores estipulados. No caso da condensação em contínuo e dos provetes imersos em soluções aquosas às temperaturas de 40 e 60 ºC, as câmaras onde estavam acondicionados possuíam de termóstatos. Relativamente aos provetes imersos à temperatura de 20 ºC, estes foram mantidos numa sala fechada com temperatura controlada, vistoriada periodicamente. Nos ambientes de imersão em soluções aquosas, foi extremamente importante que os níveis da solução se mantivessem constantes, nomeadamente para que os provetes se mantivessem totalmente imersos. No caso da solução salina, a importância da manutenção dos níveis da solução era acrescida, uma vez que a diminuição de água aumentaria a concentração de NaCl. Para tal, foram assinalados os níveis óptimos de solução em cada recipiente onde se acondicionaram os provetes, tendo os mesmos sido verificados semanalmente, repondo-se os níveis com água desmineralizada sempre que a solução se encontrava abaixo do valor óptimo. Para o ambiente de condensação em contínuo, foi adoptado um sistema semelhante aos ambientes de imersão, sendo que nesta situação era muito importante que o nível de água desmineralizada se encontrasse acima de um valor mínimo, por forma a garantir que a humidade relativa se aproximasse dos 100% Procedimento após o período de exposição dos provetes Terminado o período de exposição aos diversos ambientes, os diferentes tipos de provetes foram recolhidos e a respectiva massa medida. Os provetes da fase 1 e os provetes protegidos foram fechados em embalagens de plástico hermeticamente seladas (figura 4.11), com a finalidade de se manter o nível de saturação até ao momento do ensaio, uma vez que se pretendia realizar a análise no estado húmido. Os provetes foram mantidos até à altura dos ensaios numa sala com temperatura controlada de 20 ºC. 72

95 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO Figura 4.11 Provetes da Fase 1 e protegidos, selados antes dos respectivos ensaios Esta metodologia foi alterada para os provetes de secagem, uma vez que, neste caso, se pretendia analisar a reversibilidade das características do material após a exposição aos agentes de degradação, ou seja, até que ponto poderão ser os efeitos provocados estes permanentes ou não. Depois de retirados os provetes dos diversos ambientes de exposição, foram medidas as respectivas massas e colocados numa sala à temperatura ambiente. Diariamente foram medidas as massas de uma amostra de provetes até estas tenderem a estagnar, colocando-se por fim os provetes na estufa utilizada para a secagem prévia dos provetes, à temperatura de 50 ºC, com o intuito de se obter a massa de referência antes do início do envelhecimento. As massas dos provetes foram medidas a cada 24 horas, considerando-se que os provetes estavam no seu estado seco, quando se verificasse a condição estipulada na norma ASTM D 5229 [4.10] e mencionada no subcapítulo O período de secagem terminou quando a massa do provete convergiu para um valor constante, mais precisamente quando as variações de massa eram apenas da ordem do miligrama, altura em que os provetes se encontravam preparados para a fase de ensaios. 4.5 Caracterização do material A caracterização do material em estudo foi efectuada a diversos níveis, sendo que no início da investigação adoptou-se um conjunto de métodos para caracterizar inicialmente o material. Foi determinada a percentagem de fibra de vidro do material pelo método da calcinação da matriz orgânica, de acordo com a norma ISO Os materiais constituintes foram identificados por espectroscopia do infravermelho por transformada de Fourier, segundo a norma ASTM-E-1252, e determinou-se a massa volúmica do material, com base na norma ISO 1183 [4.2]. A repetição dos ensaios de caracterização efectuados ao material no início da investigação não foi efectuada no âmbito desta campanha experimental, uma vez que o material em análise é o mesmo. 73

96 4. CAMPANHA EXPERIMENTAL Contudo, continuou a ser relevante a caracterização do material através de ensaios de análise mecânica dinâmica, de ensaios de resistência mecânica e da análise da variação de massa Variação de massa A presença de água é um dos factores que influenciam a degradação dos perfis pultrudidos de GFRP ao longo do tempo. Por este motivo, considerou-se relevante analisar a absorção de água ao longo do tempo, visto que quanto maior é a capacidade de absorção de água do material, mais relevante poderão ser os efeitos de degradação. Para o estudo da variação da massa ao longo do tempo do material GFRP exposto aos diversos ambientes de envelhecimento acelerado, foram elaborados um conjunto de provetes denominados de viajantes, cuja massa foi monitorizada ao longo do tempo. Os provetes viajantes possuem as dimensões semelhantes aos provetes destinados ao ensaio de análise mecânica dinâmica e foram discriminados em quatro tipos distintos. Um primeiro conjunto de provetes viajantes foi colocado aquando do início da fase 1, nos diversos ambientes de imersão, tanto em água desmineralizada como em solução salina. Um segundo conjunto de viajantes foi colocado na fase 2, em simultâneo com a colocação dos restantes provetes desta fase. Relativamente aos provetes da fase 2, foram ainda elaborados três tipos de viajantes: um tipo correspondente aos provetes de secagem e cujas características são semelhantes aos viajantes da fase 1, outro tipo com as faces de corte revestidas, correspondendo aos provetes protegidos, e um terceiro tipo de viajantes totalmente revestidos com ligante epóxido, com o objectivo de se avaliar a influência do revestimento de protecção na absorção de água do material em estudo. No quadro 4.7, definem-se os provetes viajantes por cada ambiente de exposição, sendo que em cada um foram colocados os provetes viajantes de acordo com os tipos de provetes em estudo. Quadro 4.7 Provetes viajantes Tipo W-20 W-40 W-60 S-20 S-40 S-60 CC-40 Viajante fase 1 X X X X X X Viajante secagem X X X X Viajante protegido X X X X Viajante totalmente protegido X X X X As massas dos provetes viajantes foram medidas frequentemente, com uma periodicidade constante, à excepção das primeiras semanas cujo intervalo de tempo entre medições foi bastante mais curto, uma vez que a velocidade de absorção é bastante mais elevada no início da exposição. Todos os restantes provetes destinados a ensaiar foram medidos inicialmente e após o período de exposição, permitindo um controlo da variação de massas dos provetes e a comparação em relação à evolução observada nos viajantes. Os provetes viajantes foram distinguidos com a letra V antes da nomenclatura de identificação (figura 4.12). 74

97 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO Figura 4.12 Provete viajante As medições foram realizadas no NMO/LNEC, num laboratório com humidade relativa e temperatura controladas. Foi utilizada uma balança analítica Mettler modelo AE240, apresentada na figura 4.13, com uma precisão de 0,0001 g. Figura 4.13 Balança Mettler AE240 A metodologia adoptada para as diversas medições de massa dos provetes consistiu na medição da temperatura da água com recurso a um termómetro digital com precisão de 0,1 ºC, de modo a aferir a temperatura efectiva do ambiente de exposição. No caso do ambiente de condensação em contínuo, a temperatura foi medida por um termómetro incorporado na câmara de condensação. Posteriormente, retiravam-se os provetes viajantes, removia-se a água superficial que não se difundiu pelo material GFRP e efectuavam-se as medições de massa. Após efectuadas as medições, os provetes eram novamente colocados nos diversos ambientes de exposição Análise mecânica dinâmica (DMA) A análise mecânica dinâmica (DMA 1 ) permitiu determinar a temperatura de transição vítrea e avaliar o comportamento viscoelástico do material compósito GFRP em estudo. O ensaio foi realizado no NMO/DM/LNEC, com base na norma ISO 6721 [4.18; 4.19]. Aos diversos provetes foram imputados deslocamentos sinusoidais a uma frequência inferior à frequência de ressonância fundamental. O ensaio de DMA apresenta como condicionantes no estudo 1 Sigla do inglês Dynamic Mechanical Analysis 75

98 4. CAMPANHA EXPERIMENTAL do material, o tempo, a temperatura, a frequência e a amplitude do carregamento sinusoidal, potenciando a análise em solicitações de flexão, tracção, corte interlaminar ou torção [4.19]. O comportamento viscoelástico do material é assim avaliado pela diferença de fases entre a onda sinusoidal da força ou deslocamento imposto e a onda sinusoidal obtida por essa imposição. A norma define um módulo * M, que estabelece a relação entre a tensão e o deslocamento dinâmico de um material viscoelático, como é o caso de materiais de natureza polimérica. O módulo como um número complexo, uma vez que resulta de valores sinusoidais [4.18]. * M revela-se O material compósito GFRP em estudo é constituído por fibras maioritariamente unidireccionais. Por esse motivo, é de maior relevância a análise das propriedades dos provetes quando solicitados à flexão. A norma define as seguintes expressões para a determinação do módulo * M, * M E ' ie '' (4.2) () t (4.3) ( i2 ft) Ae onde, E ' E '' é o módulo de armazenamento; é o módulo de perda; () t e ( i2 ft ) A (4.4) () t é a tensão dinâmica; A é a amplitude inicial do ciclo de tensão; () t é a deformação dinâmica; A f é a amplitude inicial do ciclo de deformação; é a frequência; é o ângulo de fase. O módulo de armazenamento ( E ') é um indicador do comportamento elástico do material. Representa a capacidade que o compósito de GFRP possui para armazenar a energia relativa às deformações elásticas. O módulo de perda ( E '' ) representa a tensão absorvida que não é convertida em deformação elástica. A tensão absorvida provoca vibrações moleculares e a translação da posição das cadeias de moléculas, dissipando a energia acumulada durante o carregamento na forma de calor [4.18]. A diferença entre os ângulos de fase ( ) dos dois tipos de onda permite avaliar o nível de viscosidade do material, sendo que o valor do ângulo de fase se obtém em radianos (rad). Quando o 76

99 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO comportamento de um determinado material se assemelha a um sólido elástico, as ondas sinusoidais tendem a sobrepor-se, aproximando-se a diferença entre os ângulos de fase de 0 rad. Na situação oposta, quando o comportamento de determinado material é similar ao de um líquido viscoso, a diferença aproxima-se de π/2 rad. No caso de materiais viscoelásticos, como por exemplo materiais poliméricos, a diferença dos ângulos de fase apresenta um valor intermédio, consoante o respectivo nível de viscosidade [4.18] A tangente do ângulo de fase permite ainda a análise do factor de perda, o qual é um indicador do amortecimento de um sistema viscoelástico. O ângulo de fase pode ser obtido através da seguinte expressão: E ' tan (4.5) E '' A temperatura de transição vítrea ( T ), obtida através do ensaio de DMA, representa o intervalo de g temperatura que separa o comportamento rígido do comportamento elastomérico do material. A variação do comportamento mecânico pode ser detectada com base na variação das ondas sinusoidais. Um decréscimo considerável da onda do módulo de armazenamento e o registo de um pico no módulo de perda e no factor de perda, representa um indicador do intervalo de temperatura a que ocorre a transição do estado vítreo (rígido) para um comportamento elastomérico. Para a análise DMA foram utilizados provetes com as dimensões nominais de 60 x 15 x 5 mm, cumprindo com as relações geométricas descritas na norma ISO [4.19]. Relativamente ao número de provetes a ensaiar, foram previstos 3 provetes por cada tipo e grupo de exposição ambiental, em conformidade com o recomendado pela norma ISO [4.18]. O ensaio decorreu no NMO/DM/LNEC, recorrendo-se a equipamento específico para a realização de ensaios de DMA, da marca TA instruments, modelo Q800 (figura 4.14). O equipamento encontrava-se ligado a um computador, permitindo o processamento e tratamento dos dados obtidos no decorrer dos ensaios. Figura 4.14 Equipamento utilizado no ensaio de DMA 77

100 4. CAMPANHA EXPERIMENTAL A solicitação à flexão foi realizada através do apoio dos provetes em dois pontos e da aplicação de carga num terceiro de forma cíclica e sinusoidal. O varrimento da temperatura, realizado em simultâneo com o ensaio mecânico, foi executado entre 25 e 200 ºC, à velocidade de aquecimento de 2 ºC/min. Durante o ensaio, os provetes foram sujeitos a uma deformação de 15 μm à frequência de 1 Hz Ensaios mecânicos Após o período de envelhecimento dos provetes nos diversos ambientes de exposição, procedeu-se a um conjunto de ensaios mecânicos com o objectivo de se avaliar as capacidades mecânicas do material e a evolução de desempenho ao longo do tempo. No âmbito da presente dissertação, foram realizados os seguintes ensaios: ensaio de corte interlaminar; ensaio de flexão; ensaio de tracção. O ensaio de compressão não foi considerado na presente investigação, após ensaios de Costa [4.2] em provetes da fase 1 expostos durante 3 meses. O motivo que levou a considerar o ensaio de compressão de pouco interesse prático prendeu-se com os elevados valores de desvio padrão obtidos para a tensão de rotura, deformações e módulos de elasticidade, sugerindo-se a reavaliação da metodologia do ensaio, com base na respectiva norma, proposta no subcapítulo [4.2] Ensaio de corte interlaminar O ensaio de corte interlaminar consiste na aplicação de uma carga concentrada a meio vão do provete, cujo eixo coincide com a direcção das fibras de reforço. O objectivo é determinar a resistência ao corte interlaminar, que ocorre por delaminação das camadas. A rotura ocorre por corte quando o vão é suficientemente reduzido em relação à espessura do provete. A teoria da elasticidade refere que a distribuição de tensões na altura da secção se desenvolve mediante uma forma parabólica, que se verifica em secções relativamente afastadas dos apoios. Neste caso, a distribuição de tensões diverge da forma parabólica, podendo-se considerar que o ensaio fornece valores para o corte interlaminar aparente [4.20]. O ensaio teve por base as normas ASTM D 2344 [4.21] e EN ISO [4.22], relativas à determinação da resistência interlaminar em materiais compósitos e à resistência ao corte interlaminar aparente em materiais compósitos, respectivamente. Ambos definem que a tensão ao corte interlaminar pode ser calculada através da seguinte equação, 78

101 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO F SBS 3 Fu 4 b h (4.6) onde, F SBS é a tensão de corte interlaminar (MPa); F u b h é carga de rotura ao corte interlaminar (N); é a largura do provete (mm); é a espessura do provete (mm). As dimensões dos provetes dependem da respectiva espessura. De acordo com a norma ASTM D 2344 [4.21], o comprimento do provete deverá ser igual a seis vezes a espessura e a largura deverá ser igual ao dobro da espessura. No caso dos perfis em estudo, os provetes foram preparados com as dimensões 30 mm x 10 mm x 5 mm. O primeiro passo do procedimento do ensaio foi medir a espessura e a largura de cada provete. Foram efectuadas três medições por cada grandeza, uma em cada extremo do provete e outra a meio vão, com base nas quais se obtiveram valores médios. As medições foram efectuadas com recurso a uma craveira digital com a precisão de 0,01 mm, da marca Mitutoyo, modelo Absolute Digimatic, identificada na figura Figura 4.15 Craveira digital Absolute Digimatic O ensaio decorreu no Laboratório de Construção do IST (LC/IST). O equipamento utilizado para a aplicação e medição da carga é da marca Seidner Form Test (figura 4.16), composto por uma prensa hidráulica com capacidade máxima de 10 kn. Como complemento à medição e aplicação de carga, foi realizada a medição dos deslocamentos na secção de aplicação do carregamento. Para tal, recorreu-se a um deflectómetro eléctrico APEK HS 50/5521, com curso de 50 mm e precisão de 0,01 mm. 79

102 4. CAMPANHA EXPERIMENTAL Figura 4.16 Prensa hidráulica Seidner Form Test Os valores de carga e deslocamento observados durante o ensaio foram registados em computador, por intermédio de uma unidade de aquisição de dados de 8 canais da marca HBM, modelo Spider 8 (figura 4.17). As conversões do sinal eléctrico recepcionado pela unidade de aquisição de dados corresponderam a 9,72 V para 10 kn de carga aplicada e 3,7 mv/v para 51,6 mm de deslocamento. Os valores da força aplicada e dos deslocamentos a meio vão foram registados com uma frequência entre 2 e 5 Hz. A carga foi aplicada a meio vão dos provetes, sendo que estes se encontravam simplesmente apoiados. Os apoios encontravam-se boleados e espaçados de 20 mm, de acordo com o definido na norma ASTM D 2344 [4.21], correspondente ao quádruplo do valor da espessura. De acordo com o indicado na norma EN ISO [4.22], procurou-se executar o carregamento à velocidade de 0,1 kn/s. A figura 4.18 demonstra o estado final dos provetes após o ensaio de corte interlaminar. Figura 4.17 Unidade de aquisição de dados Spider 8 Figura 4.18 Estado do provete após ensaio de corte interlaminar 80

103 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO Ensaio de flexão Para o ensaio de flexão, procedeu-se de forma muito semelhante ao ensaio de corte interlaminar. Este ensaio foi realizado no LC/IST, com base na norma ISO [4.23], a qual descreve a metodologia a adoptar na determinação das características de compósitos de GFRP, quando submetidos a esforços de flexão. Em conformidade com o método A da norma ISO [4.23], recorreu-se a um sistema de flexão em três pontos. Os provetes foram simplesmente apoiados em dois pontos e carregados através de outro ponto intermédio pela prensa, até ocorrer rotura por tracção das fibras inferiores. Procurou-se evitar a rotura por corte interlaminar através de uma relação elevada entre o vão e a espessura da secção, e que por sua vez permitisse minimizar também a deformabilidade por corte. A tensão de rotura por flexão ( ) e a deformação devido à flexão provocada no provete ( ) foram obtidas com recurso às seguintes equações, f f 3FL f 2 2bh (4.7) 6sh f 2 l (4.8) onde, f F l b h f s é a tensão de rotura à flexão (MPa); é a carga aplicada em flexão (kn); é a distância entre apoios (mm); é a largura do provete (mm); é a espessura do provete (mm); é a deformação em flexão; é o deslocamento em flexão (mm). O módulo de elasticidade foi calculado com base numa regressão linear aplicada aos valores do gráfico tensão-deformação, obtido após o ensaio. A norma recomenda a realização daquela regressão entre os valores de deformação 0,0005 e 0,0025. Contudo, em alguns casos, o troço do gráfico não era linear, obtendo-se para o intervalo mencionado um valor para o módulo de elasticidade que não se aproximaria da realidade. Nestes casos, foi necessário ajustar o intervalo e realizar a regressão num troço aparentemente linear e onde o factor de correlação R 2 fosse superior a 0,98. 81

104 4. CAMPANHA EXPERIMENTAL Relativamente à geometria dos provetes a analisar, a norma recomenda um comprimento igual a 30 vezes a espessura, um afastamento entre apoios de 20 vezes a espessura e uma largura de 15 mm, sendo que o material GFRP em estudo se enquadra na classe III [4.23]. Visto que a espessura dos perfis é de 5 mm, elaboraram-se provetes com as dimensões nominais de 150 x 15 x 5 mm e os apoios foram afastados 100 mm ( l ) entre si. Todos os provetes foram medidos antes de ensaiados, de acordo com a mesma metodologia utilizada no ensaio de corte interlaminar. O ensaio de flexão foi realizado na mesma prensa utilizada no ensaio de corte interlaminar, da marca Seidner Form Test. Apenas foram alterados os apoios para que os 100 mm de afastamento entre estes fossem garantidos. A prensa hidráulica encontrava-se ligada a uma consola que permitiu medir a força de rotura em flexão aplicada no provete. O deslocamento do provete a meio vão devido à aplicação de carga foi medido com recurso a um deflectómetro eléctrico APEK HS 50/5521, com curso de 50 mm e precisão de 0,01 mm. O registo de dados do deslocamento e da força aplicada ao longo do tempo foi efectuado em computador durante o ensaio, através de uma unidade de aquisição de dados da HBM, modelo Spider 8. A carga foi aplicada a uma velocidade constante de aproximadamente 0,1 kn/s, de modo a cumprir com o estipulado na norma ISO [4.23]. A figura 4.19 demonstra o estado do provete após a realização do ensaio de flexão. Figura 4.19 Estado do provete após o ensaio de flexão Ensaio de tracção Este ensaio permitiu avaliar as características do material compósito de GFRP em tracção. O objectivo foi determinar a tensão de rotura ( ), a deformação de rotura ( ) e o módulo de elasticidade em tracção ( E ). t tu tu 82

105 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO O ensaio foi realizado na sala de ensaios mecânicos do NMO/DM/LNEC, de acordo com a norma ISO e 5 [4.24; 4.25], que define a metodologia para determinar as propriedades de tracção de plásticos reforçados com fibras dispostas unidireccionalmente. Os valores para as diversas características foram obtidos com base nas seguintes expressões, F A T t (4.9) t L L (4.10) E t (4.11) onde, t F T é a tensão à tracção (MPa); é a força aplicada em tracção (kn); A é a área da secção transversal (mm 2 ); t L L E t é a deformação em tracção; é variação de comprimento do provete em relação ao comprimento de referência (mm); é o comprimento de referência do provete (mm); é o módulo de elasticidade em tracção (MPa); 1 é a tensão correspondente à extensão 1 = 0,0005; 2 é a tensão correspondente à extensão 2 = 0,0025. Os provetes utilizados para o ensaio possuíam as dimensões nominais de 300 x 25 x 5 mm. No entanto, antes de ensaiado, cada provete foi medido com recurso a um comparador electrónico da marca Mitutoyo, com precisão de 0,001 mm. Foram efectuadas 3 medições por cada grandeza, à semelhança do efectuado nos outros ensaios mecânicos. O ensaio de tracção, ao contrário dos outros ensaios mecânicos realizados, exige uma preparação inicial dos provetes. Foram efectuadas marcações em cada amostra, a 50 mm das extremidades e a 25 mm para cada lado do eixo de simetria. As marcações nas extremidades correspondem à zona onde actuaram as garras e as marcações a 25 mm do centro do provete correspondem à área onde se fixou o extensómetro. Foi colocada lixa para metal com granulometria fina P80 a envolver os cantos até às marcações, aumentando a aderência das garras do equipamento de ensaios, e nas outras marcações foi colocado adesivo para que se garantisse o mesmo propósito relativamente à fixação do extensómetro. 83

106 4. CAMPANHA EXPERIMENTAL A prensa utilizada foi uma máquina universal de ensaios mecânicos Instron 4803, com uma célula de carga de 100 kn e 0,5 de classe de precisão (figura 4.20). Os provetes foram fixados por intermédio de duas garras em cunha. A medição da extensão foi efectuada com o auxílio de um extensómetro eléctrico da marca Instron, com uma base de medida de 50 mm. O ensaio foi realizado com controlo de deslocamentos a uma velocidade de carga de 2 mm/min, aplicada de forma constante até se atingir a rotura, em conformidade com o recomendado pela norma ISO [4.25]. O equipamento encontrava-se ligado a uma unidade de aquisição de dados, registando-se em computador os valores de carga, deslocamento e extensão. Figura 4.20 Equipamento Instron 4803 utilizado no ensaio à tracção (esquerda) e extensímetro acopolado (direita) [4.2] 4.6 Bibliografia [4.1] Newhook, J. P., Glass FRP reinforcement in rehabilitation of concrete marine infrastructure, The Arabian Journal for Science and Engineering, Vol. 31, No. 1C, 53-75, [4.2] Costa, R. L., Durabilidade de perfis pultrudidos de poliéster reforçado com fibras de vidro (GFRP), Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil, Instituto Superior Técnico, Universidade Técnica de Lisboa, Novembro [4.3] Nishizaki, I., Kishima, T., Sasaki, I., Deterioration of mechanical properties of pultruded FRP through exposure tests, CDCC, , [4.4] Karbhari, V. W., Durability of composites for civil structural applications, Woodhead Publishing Limited, Cambridge, England, [4.5] Liao, K., Schultheisz, C. R., Hunston, D. L., Effects of environmental aging on the properties of pultruded GFRP, Composites Part B, Vol. 30, No. 5, ,

107 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO [4.6] Sika, Icosit K 101 N, Ficha de produto, No. Identificação 5.14, Versão nº4, Edição Julho [4.7] Página da internet da empresa ALTO Perfis Pultrudidos, Lda: visitada a 18/01/2011. [4.8] 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, [4.9] Sika, Icosit K 101 N, Ficha dados de segurança, No. Identificação 5.14, Julho [4.10] 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, [4.11] Karbhari, V. M., Chin, J. W., Hunston, D., Benmokrane, B, Juska, T., Morgan, R., Lesko, J. J., Sorathia, U., Reynaud, D., Durability gap analysis for fiber-reinforced polymer composites in civil infrastructure, Journal of Composites for Construction, Vol. 7, No. 3, , [4.12] Merah, N., Nizamuddin, S., Khan, Z., Al-Sulaiman, F., Mehdi, M., Natural weathering and sea water effects on the durability of glass fiber reinforced vinylester: Fractographic analysis, Applied Composite Materials, Vol. 17, No.4, , [4.13] Davies P, Mazeas M, Casari P., Sea water aging of glass reinforced composites: shear behaviour and damage modeling, Journal of Composite Materials, Vol. 35, No. 15, , [4.14] Silva, M. A. G., Aging of GFRP laminates and confinement of concrete columns, Composite Structures, Vol. 79, No. 1, , [4.15] Newhook, J. P., Glass FRP reinforcement in rehabilitation of concrete marine infrastructure, The Arabian Journal for Science and Engineerind, Vol. 31, No. 1C, 53 75, Junho [4.16] ASTM D , Standart pratice for the preparation of substitute ocean water, American Society for Testing and Materials, West Conshohocken, PA, [4.17] NP EN ISO :2007 Tintas e vernizes Determinação da resistência à humidade Parte 1: Condensação contínua, Instituto Português da Qualidade, [4.18] ISO , Plastics Determination of dynamic mechanical properties Part 1: General principles, International Organization for Standardization, Genève,

108 4. CAMPANHA EXPERIMENTAL [4.19] ISO , Plastics Determination of dynamic mechanical properties Part 1: Flexural vibration Non-ressonance method, International Organization for Standardization, Genève, [4.20] Correia, J. R., Perfis pultrudidos de fibra de vidro (GFRP). Aplicação de vigas mistas GFRP- Betão na construção, Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Construção, Instituto Superior Técnico, Universidade Técnica de Lisboa, Março [4.21] ASTM D 2344, Standard test method for short-beam strength of polymer matrix composite materials and their laminates, American Society for Testing and Materials, West Conshohocken, PA, [4.22] EN ISO 14130, Fibre reinforced plastic composites Determination of apparent laminar shear strenght by short-beam method, European Committe for Standardization, Brussels, [4.23] ISO 14125, Fibre-reinforced plastics composites Determination of flexural properties, International Organization for Standardization, Genève, [4.24] ISO 527-1, Plastics Determination of tensile properties Part 1: General principles, International Organization for Standardization, Genève, [4.25] ISO 527-5, Plastics Determination of tensile properties Part 5: Test conditions for unidirectional fibre-reinforced composites, International Organization for Standardization, Genève,

109 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO 5. Resultados e discussão 5.1 Caracterização inicial do material GFRP No início da investigação, na qual se insere a presente dissertação, foi realizado um conjunto de ensaios com o intuito de se caracterizar inicialmente os perfis pultrudidos de GFRP com matriz de poliéster insaturado em estudo. Os constituintes e as respectivas percentagens são factores com influência relevante nos resultados obtidos, nos processos de degradação e nas situações de rotura. Por este motivo, considerou-se importante resumir a caracterização inicial do material efectuada no início da investigação, uma vez que estes dados poderão suportar parte da análise dos resultados obtidos durante a campanha experimental. Os materiais constituintes dos perfis de GFRP em estudo foram identificados por espectroscopia do infravermelho por transformada de Fourier (FTIR 1 ), de acordo com a norma ASTM-E A análise permitiu comprovar que o compósito GFRP é constituído por uma matriz de poliéster insaturado, fibras de vidro e por cargas de carbonato de cálcio [5.1]. O teor de fibras de vidro foi determinado segundo a norma ISO 1172, pelo método da calcinação da matriz orgânica, com recurso a 3 provetes. O valor médio obtido foi de 68% para um desvio padrão de 1,8%, ultrapassando ligeiramente o valor indicado pelo fabricante de 65% [5.1]. Os perfis GFRP apresentaram ainda uma massa volúmica média de 1,87 ± 0,11 g/cm 3. A determinação dos valores foi realizada através do método de imersão (método A) descrito na norma ISO 1183 e aplicável a plásticos rígidos [5.1]. No anexo 1, encontram-se os valores percentuais de fibra de vidro existentes nos provetes ensaiados e os resultados da determinação da massa volúmica. 5.2 Absorção de água As curvas de variação de massa relativas às medições realizadas aos provetes denominados de viajantes durante toda a campanha experimental encontram-se discriminadas no anexo 2. As figuras 5.1 e 5.2 compilam as curvas da variação de massa dos provetes viajantes relativamente às fases 1 e 2 da campanha experimental, respectivamente. 1 Do inglês, Fourier transform infrared spectroscopy 87

110 Variação de massa (%) Variação de massa (%) 5. RESULTADOS E DISCUSSÃO 2,0 1,5 1,0 Água desmineralizada a 20 ºC Água desmineralizada a 40 ºC Água desmineralizada a 60 ºC 0,5 Solução salina a 20 ºC 0,0 Solução salina a 40 ºC Solução salina a 60 ºC -0, Tempo (h) Figura 5.1 Curvas de absorção dos provetes viajantes ao longo do tempo de envelhecimento acelerado 2,5 Protegidos a 20 ºC Totalmente protegidos a 20 ºC 2,0 Secagem a 20 ºC 1,5 Protegidos a 40 ºC Totalmente protegidos a 40 ºC 1,0 Secagem a 40 ºC 0,5 0, Tempo (h) Protegidos condensação em contínuo a 40 ºC Totalmente protegidos condensação em contínuo a 40 ºC Secagem condensação em contínuo a 40 ºC Figura 5.2 Curvas de absorção dos provetes viajantes da fase 2 ao longo do tempo de envelhecimento acelerado A figura 5.1 ilustra as curvas de variação da absorção de água ao longo de 24 meses de envelhecimento em imersão. Analisando o período inicial de exposição até às 840 horas, o que corresponde às primeiras 5 semanas, verifica-se uma maior absorção de água nos provetes imersos a 60 ºC, chegando os provetes imersos em água desmineralizada àquela temperatura a atingir um nível de absorção 35% superior aos provetes imersos em água desmineralizada a 40 ºC e 24% superior aos imersos a 20 ºC, somente após 315 horas de exposição. O mesmo se constata na imersão em solução salina, registando-se, contudo, diferenciais de aproximadamente 20% quando 88

111 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO comparado o provete viajante imerso a 60 ºC, com os provetes expostos a 40 e 20 ºC. Esta situação seria de esperar tendo em conta os efeitos higrotérmicos descritos no capítulo 3. No caso das imersões a 20 e a 40 ºC, a taxa de absorção é relativamente similar durante este período inicial de 840 horas, não se denotando um impacto relevante da diferença de temperatura entre os viajantes imersos em água desmineralizada, assim como entre os colocados em solução salina. Neste caso, os efeitos higrotérmicos começam a ser mais evidentes após um período mais alargado, nomeadamente após horas de exposição. A seguir a este período, o provete imerso em solução salina a 20 ºC mantém a tendência crescente da respectiva massa, enquanto que, o provete imerso no mesmo ambiente a 40 ºC alcança o seu nível de estagnação. Seria contudo expectável que, à semelhança do que ocorre na solução salina, a variação de massa do viajante em água desmineralizada a 40 ºC fosse superior ao provete viajante exposto à mesma solução a 20 ºC. Analisando a variação de massa dos dois provetes viajantes imersos em água desmineralizada a 20 e a 40 ºC respectivamente, constata-se que, sensivelmente após horas de exposição, o provete exposto à temperatura de 20 ºC mantém a sua tendência crescente, atingindo um patamar de estagnação por volta de horas. Quanto ao provete imerso a 40 ºC, este já apresentava um patamar de estagnação da massa por volta das horas, iniciando posteriormente uma tendência decrescente da taxa de absorção até às horas. Isto pode dever-se sobretudo à ocorrência de processos de hidrólise e à consequente degradação da matriz. Teoricamente, a variação de massa deveria ser superior no provete imerso a 40 ºC, mas os dados demonstram que tal não acontece, possivelmente devido à deterioração da resina de poliéster. O mesmo fenómeno de redução de massa acaba por se verifica também no viajante imerso em solução salina a 40 ºC, após horas de exposição. Uma forma de reavaliar esta situação foi através dos provetes viajantes de secagem colocados na fase 2 da investigação. Na figura 5.2, verifica-se que a taxa de absorção dos provetes imersos a 40 ºC foi superior aos provetes imersos a 20 ºC, conforme seria previsto. O provete viajante de secagem imerso a 40 ºC demonstra já, perto de horas de exposição, uma tendência de redução de massa. Os provetes viajantes imersos em água desmineralizada e em solução salina a 60 ºC invertem a tendência crescente de massa aproximadamente após horas de exposição, iniciando um decréscimo sucessivo da massa durante o período posterior. Costa [5.1], que analisou a exposição dos viajantes até a horas, atribuiu como uma possibilidade deste facto, a potencial ocorrência de fenómenos de pós-cura. A diminuição da capacidade de absorção poderia surgir devido ao aumento da densidade de reticulação originada pelo processo de pós-cura, reduzindo os espaços vazios na matriz e, por sua vez, o volume disponível que poderá ser ocupado pelas moléculas de água. Ao se analisar a evolução da variação de massa até a horas, constata-se que a massa dos viajantes imersos nas duas soluções reduz a valores inferiores à massa inicial. Não invalidando a hipótese de fenómenos de pós-cura, é necessário que ocorra também degradação do material. Diversos autores verificaram que, a 60 ºC, a capacidade de absorção aumenta quando comparada com temperaturas inferiores, à semelhança do que se verifica na figura 5.1, durante uma fase inicial. 89

112 5. RESULTADOS E DISCUSSÃO Contudo, Robert et al. [5.2] constataram, durante 120 dias de imersão em água desmineralizada, que o aumento da absorção a 60 ºC é acompanhado por uma perda de massa da matriz do compósito, nomeadamente devido a reacções de hidrólise. Apesar de 60 ºC ser um valor inferior à T g da matriz, os autores verificaram que os provetes imersos em água iniciavam a transição para um comportamento visco-elástico, após algum tempo de exposição, acompanhado de uma diminuição da densidade devido à expansão da resina. Este facto aumenta a porosidade do material e facilita a propagação da água até à interface matriz-fibras, originando fenómenos de hidrólise e lixiviação, favorecendo assim a possibilidade de ocorrerem delaminações nesta região. Será potencialmente o facto de se perder massa da matriz dos provetes, o principal impulsionador do decréscimo da variação de massa após horas e o motivo que justifica os valores de massa inferiores à medição inicial, que se verificaram após horas de imersão em água desmineralizada e horas em solução salina. Gu [5.3] observou a mesma evolução da variação de massa de provetes de GFRP com matriz de poliéster insaturado imersos em solução salina. Os provetes aumentaram inicialmente de massa devido à absorção de água, mas numa fase avançada da exposição começaram a reduzir a respectiva massa devido à dissolução da matriz, conclusão comprovada por Gu [5.3] através do recurso ao microscópio electrónico. O pressuposto referido por Costa [5.1] poderá, em todo o caso, influir na redução do aumento de massa. Hunston et al. [5.4] verificaram que um nível de cura mais avançado da matriz retarda a degradação do material GFRP quando exposto à água. Contudo, neste caso, o motivo mencionado por Costa [5.1] aliado à possível saturação do material não são factores suficientes para que se verifique a redução de massa para valores inferiores à massa inicial nos provetes expostos a 60 ºC, sendo que para que isso ocorra é também necessário que haja dissociação da matriz. Os provetes viajantes imersos em água desmineralizada apresentam uma taxa de absorção superior aos viajantes imersos em solução salina, nomeadamente na fase inicial da exposição. Em água desmineralizada a velocidade de absorção é bastante mais acentuada durante o início da exposição, tendendo a estabilizar ao longo do tempo. No caso da solução salina, a absorção de água realiza-se de forma mais gradual, sendo notórias as diferenças de variação de massa entre os dois ambientes. A menor velocidade de absorção pode justificar o facto do provete viajante imerso a 60 ºC em solução salina apresentar, após horas de exposição, um valor de variação de massa superior ao provete imerso a 60 ºC em água desmineralizada, e cuja diferença tende ligeiramente a aumentar ao longo do tempo. No caso do provete colocado em água desmineralizada, uma vez que a difusão de água acontece com maior facilidade, a degradação do provete e a consequente redução de massa poderá ocorrer de forma mais prematura, tendo por base os processos de degradação da matriz constatados por Robert et al. [5.2] a temperaturas de 60 e 80 ºC, nomeadamente a aceleração das reacções de hidrólise e a redução da T g da matriz. Por outro lado, a presença de NaCl (cloreto de sódio) na solução salina poderá dificultar a difusão da água ao ocupar os poros existentes na matriz e, assim, retardar os fenómenos de degradação originados pela presença de água [5.5]. Chin et al. [5.6] obtiveram resultados consistentes com os apresentados aqui, ao analisarem a variação de 90

113 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO massa ao longo do tempo de provetes com matriz de poliéster insaturado, imersos em água desmineralizada e em solução salina a 22 e a 60 ºC. Verificaram ainda o mesmo fenómeno de redução de massa nos provetes imersos a 60 ºC, cuja taxa de variação começou a decrescer após uma subida inicial. Chin et al. [5.6] atribuíram também esta situação a processos de hidrólise e à consequente dissociação da resina de poliéster. Liao et al. [5.7] obtiveram resultados semelhantes para provetes de GFRP imersos em água desmineralizada e em duas soluções salinas com teores de NaCl de 5% e 10%. Verificaram que, ao aumentar a concentração de NaCl, a absorção ao longo do tempo diminuía devido ao NaCl que ocupava os poros e dificultava a difusão da água. No caso de provetes expostos a 75 ºC constataram que, após um período inicial de aumento de massa, esta começou a diminuir. Liao et al. [5.7] atribuíram a este fenómeno as mesmas razões mencionadas por Robert et al. [5.2] e Chin et al. [5.6]. A figura 5.2 ilustra as primeiras horas de exposição dos provetes de fase 2. Analisando com maior detalhe as diferenças da variação de massa verificadas entre os provetes de secagem e os viajantes da fase 1 expostos aos mesmos ambientes, verifica-se que os valores de absorção são relativamente superiores nos primeiros. No entanto, a relação das evoluções da taxa de variação de massa entre os provetes de fase 2 é consistente com a influência teórica dos efeitos higrotérmicos e os resultados obtidos por outros autores. Teoricamente, era expectável que, durante a fase 2 da campanha experimental, os provetes viajantes de secagem apresentassem uma taxa de absorção superior aos protegidos e estes o mesmo em comparação com os totalmente protegidos. A análise de um conjunto de provetes cujas faces cortadas durante a respectiva preparação foram revestidas teve por objectivo validar a suposta diminuição da resistência à difusão da água, originada inevitavelmente pelo método de preparação dos provetes. Contudo, o revestimento aplicado nas faces de corte poderia incrementar demasiado a resistência, surgindo neste caso a necessidade de se revestir totalmente um provete por cada ambiente de teste, com o objectivo de se averiguar o grau de influência do ligante epóxido na absorção de água do material em estudo. Observando a figura 5.2, constata-se que os provetes protegidos apresentam valores de absorção inferiores quando comparados com os viajantes de secagem, sendo interessante verificar que, apesar dos valores absolutos serem diferentes, a evolução das curvas é similar. No caso dos provetes viajantes totalmente protegidos, as taxas de absorção foram ligeiramente inferiores para o caso da imersão a 40 ºC, e bastante inferiores na imersão a 20 ºC, quando comparadas com as dos provetes protegidos e de secagem. Os valores verificados no viajante totalmente protegido a 20 ºC permitem concluir que o revestimento epóxido possibilita a difusão da água pelo compósito de GFRP, concedendo, contudo, uma resistência à difusão ligeiramente superior aos viajantes apenas com as faces de corte protegidas ou sem revestimento de protecção. Quando comparada a variação de massa do provete viajante totalmente protegido imerso em água desmineralizada a 20 ºC com o viajante colocado no mesmo ambiente na fase 1, a diferença (em valor absoluto) é cerca de 0,5% superior neste último. Contudo, na imersão a 40 ºC, o provete 91

114 5. RESULTADOS E DISCUSSÃO totalmente protegido apresenta uma variação de massa superior ao viajante da fase 1. Neste caso, o ligante epóxido poderá conferir uma resistência menor à difusão da água, assemelhando-se à que se verifica nas faces de corte dos viajantes sem revestimento de protecção. A perda de resistência à difusão da água do ligante epóxido pode dever-se ao aumento do respectivo comportamento viscoelástico, uma vez que a temperatura de resistência térmica em imersão garantida pelo fabricante do revestimento de protecção é de 40 ºC [5.8]. No entanto, a absorção de água verificada no viajante da fase 1 imerso a 40 ºC também poderá ser demasiado conservadora, uma vez a mesma situação já não se verifica quando se compara o valor de variação de massa do provete totalmente protegido com o provete de secagem imerso no mesmo ambiente, sendo superior neste último. Em todo o caso, considera-se importante aprofundar a investigação com o intuito de se poder concluir se os resultados obtidos para os provetes protegidos se aproximam de uma perspectiva mais realista, ou pelo contrário, se representam valores ligeiramente optimistas. Nishizaki et al. [5.9] verificaram que a protecção conferida superficialmente pelo material GFRP aumenta a sua durabilidade ao longo do tempo. No caso dos provetes em condensação em contínuo a 40 ºC, as diferenças entre as taxas de variação de massa apresentaram relações semelhantes às verificadas nos ambientes de imersão. O ligeiro decréscimo da taxa absorção prévio à estabilização da massa, que ocorreu cerca de horas de exposição foi igualmente constado por Costa [5.1]. No entanto, esta situação não se replica no provete totalmente protegido, que continua a aumentar a taxa de absorção, estabilizando num valor superior ao provete de secagem. O contínuo desenvolvimento da investigação no qual se insere a presente campanha experimental poderá promover dados evolutivos de variação de massa que permitam compreender este fenómeno, sendo esta uma questão importante a averiguar no futuro. De acordo com o verificado por Costa [5.1], o provete viajante de secagem em condensação em contínuo a 40 ºC apresenta uma variação de massa inicial superior à observada nos provetes de secagem em imersão, atingindo em cerca de 2 semanas (às 312 horas) 71,5 % da saturação, o equivalente a 1% de variação de massa tendo em conta que a taxa de absorção estabilizou em 1,4 %. Helbling et al. [5.5] averiguaram que a difusão da humidade é muito superior à em água no estado líquido, podendo o material GFRP atingir 75% de saturação após 1 semana de exposição. 5.3 Análise mecânica dinâmica (DMA) Durante os ensaios de DMA, a temperatura de transição vítrea foi avaliada tendo por base o registo contínuo de três variáveis: o módulo de armazenamento em flexão (E ), o módulo de perda em flexão (E ) e a tangente do ângulo de fase (tan δ). A análise da evolução da temperatura de transição vítrea (T g ) considerou, entre os dados registados, os resultados mais conservativos, os quais se obtêm através da curva de variação do módulo de armazenamento (E ), pelo ponto inicial do decréscimo acentuado que se observa para este valor com o aumento da temperatura. O estudo com base no E também tem um carácter relevante ao nível da aplicação estrutural, visto que a diminuição desta 92

115 Tg (E') [ºC] DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO grandeza reflecte, em termos práticos, uma redução significativa do desempenho mecânico do material. Os valores da T g obtidos através da E, da E e da tan δ são apresentados em detalhe no anexo 3. Na figura 5.3 ilustram-se os valores médios da T g determinados através do E e as respectivas barras de erro que correspondem ao desvio-padrão associado ºC Água desmineralizada 40 ºC Água desmineralizada 60 ºC Água desmineralizada 20 ºC Solução salina 40 ºC Solução salina 60 ºC Solução salina Não envelhecido 3 meses 6 meses 9 meses 12 meses 18 meses Figura 5.3 Evolução da T g dos provetes da fase 1 envelhecidos por imersão em água desmineralizada e em solução salina Os provetes imersos a 20 ºC foram os que apresentaram o maior decréscimo da T g aos 3 meses. No entanto, a evolução durante os meses posteriores foi pouco acentuada. Em contrapartida, os provetes imersos a 40 ºC, nomeadamente em água desmineralizada sofreram um decréscimo mais acentuado até aos 9 meses de exposição, sendo inclusivamente no ambiente de imersão em água desmineralizada a 40 ºC que se observou o valor da T g mais baixo até à data. Aos 12 e 18 meses de exposição, denota-se uma recuperação dos valores da T g, sendo que, nos ambientes a 20 ºC, esta constatação se observa a partir dos 9 meses. O aumento da T g após 12 meses foi mais expressivo nos provetes imersos a 60 ºC e particularmente para os provetes expostos em água desmineralizada durante 18 meses. No entanto, o valor médio da T g observado para os provetes imersos em água desmineralizada durante 18 meses apresenta um desvio-padrão associado considerável. Um dos provetes ensaiados apresentou um valor de 59 ºC acima da média obtida para os restantes da amostra analisada. Caso não se considere o valor deste provete, devido à sua disparidade, a T g média seria de 118,4 ºC com um desvio-padrão de 10,7 ºC, resultado ainda consideravelmente superior à T g média dos provetes não envelhecidos, mas inferior à determinada para os provetes imersos em solução salina a 60 ºC e durante 18 meses. Os provetes imersos em solução salina apresentaram variações de T g similares aos imersos em água desmineralizada ao longo do tempo e em relação a ambientes com temperaturas equivalentes, sendo 93

116 Tg (E') [ºC] 5. RESULTADOS E DISCUSSÃO que na exposição a solução salina a variação foi menos acentuada. Considerando o valor médio de 118,4 ºC para a imersão em água desmineralizada a 60 ºC durante 18 meses, somente o aumento da T g dos 12 para os 18 meses de exposição a 40 ºC em água desmineralizada é que não foi acompanhado pela evolução observada em solução salina à mesma temperatura. Um dos principais agentes responsáveis pelo decréscimo da T g nos perfis de GFRP é a humidade. Seria portanto previsível que níveis de absorção mais elevados fossem acompanhados por uma redução da T g mais acentuada. De facto, esta suposição é aplicável se comparada a evolução da T g até aos 9 meses de exposição em água desmineralizada em relação à imersão em solução salina e a respectiva recuperação durante os 12 e 18 meses de exposição, obtendo-se valores superiores em solução salina. Por outro lado, observando a redução superior da T g em água desmineralizada a 20 ºC quando comparada com o ambiente a 40 ºC, a variação superior à temperatura de 20 ºC é igualmente consistente com a variação mais elevada da taxa de absorção. Com o aumento da temperatura, verifica-se uma menor variação da T g até aos 9 meses e uma recuperação mais acentuada após este período. Tal efeito poderá ser explicado por potenciais fenómenos de pós-cura, decorrentes da acção da temperatura e mais evidentes para valores mais elevados. Este motivo foi igualmente evidenciado por Costa [5.1] durante a análise dos primeiros 9 meses de exposição. As alterações significativas após os 9 meses de envelhecimento, nomeadamente nos ambientes a 60 ºC, indicam ainda a possível coexistência de zonas do material compósito GFRP com diferentes graus de plasticização. Relativamente à diminuição da T g constatada durante os primeiros meses, o efeito indicia a ocorrência de plasticização aliada a processos de hidrólise. Estes processos são mais evidentes para velocidades de difusão de água superiores, o que acaba por ser parcialmente corroborado pelos resultados da T g obtidos durante os primeiros meses em comparação com a taxa de evolução da absorção de água associada aos respectivos ambientes. De forma análoga ao ilustrado para o provetes da fase 1, apresentam-se na figura 5.4 os resultados médios e os respectivos desvios-padrão referentes aos provetes da fase Não envelhecido Provetes 1ªfase Provetes protegidos Provetes secagem 0 20 ºC Água desmineralizada 40 ºC Água desmineralizada 40 ºC Condensação em contínuo Figura 5.4 Evolução da T g dos provetes da fase 2 envelhecidos por imersão em água desmineralizada e em condensação em contínuo durante 6 meses 94

117 Módulo de armazenamento (MPa) Módulo de perda (MPa) Tan δ Módulo de armazenamento (MPa) Módulo de perda (MPa) Tan δ DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO Os provetes protegidos apresentaram dois desníveis na curva experimental E, sendo geralmente constatável a existência de dois declives distintos. Este fenómeno é uma consequência da existência de dois materiais, o compósito de GFRP em estudo e o ligante epóxido utilizado como revestimento de protecção superficial das faces laterais. Os dois desníveis da curva E resultam do comportamento viscoelástico desigual dos dois materiais. O ligante de protecção inicia a transição para um estado elastomérico a uma temperatura inferior ao material GFRP, contribuindo para uma variação da T g mais célere. Aliado a este facto, o revestimento nem sempre apresenta uma espessura uniforme, podendo contribuir para uma variação superior dos resultados. Na figura 5.4, é possível observar que os desvios-padrão dos provetes protegidos são superiores aos restantes, à excepção da amostra imersa em água desmineralizada a 20 ºC, estando a margem de erro possivelmente associada às duas situações mencionadas. No caso dos provetes protegidos imersos a 20 ºC, apenas foram considerados os resultados de dois dos três provetes da amostra, uma vez que a curva da T g do terceiro provete apresentou uma evolução tão díspar que não foi possível identificar a temperatura onde se inicia habitualmente o declive da curva E, valor que indica o princípio da transição do comportamento rígido para o estado elastomérico. Na figura 5.5, apresentam-se curvas de variação da transição vítrea genéricas relativas a um provete de secagem e a um provete da fase 1, ambos envelhecidos por imersão em água desmineralizada a 40 ºC durante 6 meses. No anexo 3, apresentam-se as curvas relativas ao E, ao E e à tan δ do provete não considerado. Temperatura (ºC) Temperatura (ºC) Figura 5.5 Curvas relativas ao E, ao E e à tan δ de um provete protegido (esquerda) e de um provete da fase 1 (direita) imersos em água desmineralizada a 40 ºC durante 6 meses Os provetes protegidos apresentaram valores bastante semelhantes aos dos provetes da fase 1, à excepção do ambiente de imersão a 20 ºC, cujos valores divergiram substancialmente. Isto poderá ser consequência de motivos referidos anteriormente ou de uma resistência mais elevada à degradação, conferida pelo revestimento de protecção. No entanto, resultando a diferença de valores desta última hipótese, seria expectável que o mesmo se observasse nos restantes ambientes, sendo importante validar esta suposição em investigações futuras. No caso dos provetes de secagem, destacam-se os valores bastante superiores da T g em relação aos provetes da fase 1. A T g dos provetes de secagem foi inclusivamente substancialmente mais elevada 95

118 Tg (E') [ºC] 5. RESULTADOS E DISCUSSÃO em imersão a 40 ºC e em condensação em contínuo a 40 ºC, quando comparada com o valor obtido para provetes não envelhecidos, registando-se aumentos de 10,6% (11,7 ºC) e 9,7% (10,8 ºC) respectivamente. No caso da imersão a 20 ºC, os provetes de secagem apresentaram uma redução de apenas 2,7 ºC da T g em relação aos provetes não envelhecidos. Os valores observados da T g para os provetes de secagem resultam do processo de reversibilidade, através do qual se verificou a recuperação parcial das propriedades do material em estudo e a aceleração de fenómenos de pós-cura. O ambiente de condensação em contínuo a 40 ºC foi o que fomentou a maior diminuição da T g dos provetes da fase 1 e protegidos, o que seria expectável tendo em conta que neste ambiente se observou também a evolução mais acentuada da taxa de absorção de humidade. No caso do envelhecimento natural do material GFRP em estudo, apresentam-se na figura 5.6 os resultados relativos aos provetes expostos às condições climatéricas da região de Lisboa durante 12 meses Não envelhecidos Envelhecimento natural Figura 5.6 Evolução da T g dos provetes em envelhecimento natural Após 12 meses de envelhecimento natural, a amostra analisada apresentou uma redução média da T g de 9% (9,9 ºC). A evolução da T g foi similar à verificada aos 3 meses para os provetes da fase 1 em todos os ambientes de imersão em solução salina e em imersão em água desmineralizada a 60 ºC e a 40 ºC, observando-se um valor ligeiramente superior neste último caso. Relativamente aos provetes protegidos expostos durante 6 meses, constatou-se uma variação similar apenas na imersão em água desmineralizada a 20 ºC, sendo a redução superior nos restantes ambientes. 96

119 Tensão de rotura (MPa) DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO 5.4 Resultados dos ensaios mecânicos No presente subcapítulo, apresentam-se os resultados obtidos nos ensaios mecânicos realizados aos provetes de GFRP com matriz de poliéster insaturado não envelhecidos, envelhecidos naturalmente e expostos aos ambientes de envelhecimento acelerado. Nas figuras 5.7 a 5.26, encontram-se os valores médios e os respectivos desvios-padrão obtidos para cada conjunto de provetes ensaiados e relativos aos vários ambientes e períodos de exposição, definidos para a campanha experimental. Foi realizada uma primeira comparação da variação de valores ao longo do tempo e para cada ambiente de exposição, relativamente aos provetes da fase 1 da investigação. Os valores obtidos para os provetes protegidos e de secagem aos 6 meses foram também comparados entre eles e com os valores observados nos provetes da fase 1, expostos durante 6 meses às mesmas condições. Os resultados dos ensaios mecânicos a provetes envelhecidos naturalmente durante 12 meses foram comparados com os ensaios realizados a provetes não envelhecidos Ensaio de corte interlaminar As figuras 5.7 a 5.9 apresentam os resultados médios e respectivos desvios-padrão obtidos durante os ensaios realizados ao corte interlaminar, No anexo 4, estão disponíveis os resultados detalhados, obtidos para cada provete testado ºC Água desmineralizada 40 ºC Água desmineralizada 60 ºC Água desmineralizada 20 ºC Solução salina40 ºC Solução salina60 ºC Solução salina Não envelhecido 3 meses 6 meses 9 meses 12 meses 18 meses Figura 5.7 Evolução da tensão de rotura ao corte interlaminar nos provetes da fase 1 envelhecidos por imersão em água desmineralizada e em solução salina 97

120 Tensão de rotura (MPa) Tensão de rotura (MPa) 5. RESULTADOS E DISCUSSÃO Não envelhecido Provetes 1ªfase Provetes protegidos Provetes secagem 0 20 ºC Água desmineralizada 40 ºC Água desmineralizada 40 ºC Condensação em contínuo Figura 5.8 Variações da tensão de rotura ao corte interlaminar nos provetes da fase 1 e fase 2 envelhecidos durante 6 meses Não envelhecidos Envelhecimento natural Figura 5.9 Tensão de rotura ao corte interlaminar de provetes em envelhecimento natural durante 12 meses Ensaio de flexão Nos ensaios à flexão realizados aos provetes de GFRP com matriz de poliéster insaturado, foram analisadas as variações relativas à tensão, à deformação na rotura e ao módulo de elasticidade. Nas figuras 5.10, 5.13 e 5.16, apresentam-se os resultados respeitantes à tensão de rotura, nas figuras 5.12, 5.15 e 5.18, os valores de deformação na rotura e, nas figuras 5.11, 5.14 e 5.17, o módulo de elasticidade averiguado durante os ensaios à flexão. Os valores individuais de cada provete encontram discriminados no anexo 5. 98

121 Módulo de elasticidade (GPa) Deformação na rotura (%) Tensão de rotura (MPa) DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO ºC Água desmineralizada 40 ºC Água desmineralizada 60 ºC Água desmineralizada 20 ºC Solução salina 40 ºC Solução salina 60 ºC Solução salina Não envelhecido Não envelhecido: 2º grupo 3 meses 6 meses 9 meses 12 meses 18 meses Figura 5.10 Evolução da tensão de rotura em flexão nos provetes da fase 1 envelhecidos por imersão em água desmineralizada e em solução salina 0,05 0,04 0,04 0,03 0,03 0,02 0,02 0,01 0,01 Não envelhecido Não envelhecido: 2º grupo 3 meses 6 meses 9 meses 12 meses 18 meses 0,00 20 ºC Água desmineralizada 40 ºC Água desmineralizada 60 ºC Água desmineralizada 20 ºC Solução salina 40 ºC Solução salina 60 ºC Solução salina Figura 5.11 Evolução da deformação de rotura em flexão nos provetes da fase 1 envelhecidos por imersão em água desmineralizada e em solução salina Não envelhecido Não envelhecido: 2º grupo 3 meses 6 meses 9 meses 12 meses 18 meses 0 20 ºC Água desmineralizada 40 ºC Água desmineralizada 60 ºC Água desmineralizada 20 ºC Solução salina 40 ºC Solução salina 60 ºC Solução salina Figura 5.12 Evolução do módulo de elasticidade em flexão nos provetes da fase 1 envelhecidos por imersão em água desmineralizada e em solução salina 99

122 Módulo de elasticidade (GPa) Deformação na rotura (%) Tensão de rotura (MPa) 5. RESULTADOS E DISCUSSÃO ºC Água desmineralizada 40 ºC Água desmineralizada 40 ºC Condensação em contínuo Não envelhecido Não envelhecid: 2º grupo Provetes 1ªfase Provetes protegidos Provetes secagem Figura 5.13 Variações da tensão de rotura em flexão nos provetes da fase 1 e fase 2 envelhecidos durante 6 meses 0,05 0,04 0,04 0,03 0,03 0,02 0,02 0,01 Não envelhecido Não envelhecido: 2º grupo Provetes 1ª fase Provetes protegidos Provetes secagem 0,01 0,00 20 ºC Água desmineralizada 40 ºC Água desmineralizada 40 ºC Condensação em contínuo Figura 5.14 Variações da deformação na rotura em flexão nos provetes da fase 1 e fase 2 envelhecidos durante 6 meses Não envelhecido Não envelhecido: 2º grupo Provetes 1ª fase Provetes protegidos Provetes secagem 0 20 ºC Água desmineralizada 40 ºC Água desmineralizada 40 ºC Condensação em contínuo Figura 5.15 Variações do módulo de elasticidade em flexão nos provetes da fase 1 e fase 2 envelhecidos durante 6 meses 100

123 Módulo de Elasticidade (GPa) Deformação na rotura (%) Tensão de rotura (MPa) DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO Não envelhecidos / Não envelhecidos: 2º grupo Envelhecimento natural Figura 5.16 Variações da tensão de rotura em flexão nos provetes em envelhecimento natural durante 12 meses 0,05 0,04 0,04 0,03 0,03 0,02 0,02 0,01 0,01 0,00 Não envelhecidos / Não envelhecidos: 2º grupo Envelhecimento natural Figura 5.17 Variações da deformação na rotura em flexão nos provetes em envelhecimento natural durante 12 meses Não envelhecidos / Não envelhecidos: 2º grupo Envelhecimento natural Figura 5.18 Variações do módulo de elasticidade em flexão nos provetes em envelhecimento natural durante 12 meses Ensaio de tracção As figuras 5.19 a 5.27 ilustram as variações das propriedades em tracção do material GFRP em estudo, segundo a mesma metodologia de apresentação adoptado para os resultados obtidos nos ensaios à flexão. No anexo 6, disponibilizam-se os valores obtidos para cada provete. 101

124 Módulo de elasticidade (GPa) Deformação na rotura (%) Tensão de rotura (MPa) 5. RESULTADOS E DISCUSSÃO ºC Água desmineralizada 40 ºC Água desmineralizada 60 ºC Água desmineralizada 20 ºC Solução salina40 ºC Solução salina60 ºC Solução salina Não envelhecido 3 meses 6 meses 9 meses 12 meses 18 meses Figura 5.19 Evolução da tensão de rotura em tracção nos provetes da fase 1 envelhecidos por imersão em água desmineralizada e em solução salina 1,60 1,40 1,20 1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 Não envelhecido 3 meses 6 meses 9 meses 12 meses 18 meses 0,00 20 ºC Água desmineralizada 40 ºC Água desmineralizada 60 ºC Água desmineralizada 20 ºC Solução salina40 ºC Solução salina60 ºC Solução salina Figura 5.20 Evolução da deformação de rotura em tracção nos provetes da fase 1 envelhecidos por imersão em água desmineralizada e em solução salina ºC Água desmineralizada 40 ºC Água desmineralizada 60 ºC Água desmineralizada 20 ºC Solução salina40 ºC Solução salina60 ºC Solução salina Não envelhecido 3 meses 6 meses 9 meses 12 meses 18 meses Figura 5.21 Evolução do módulo de elasticidade em tracção nos provetes da fase 1 envelhecidos por imersão em água desmineralizada e em solução salina 102

125 Módulo de elasticidade (GPa) Deformação na rotura (%) Tensão de rotura (MPa) DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO ºC Água desmineralizada 40 ºC Água desmineralizada 40 ºC Condensação em contínuo Não envelhecido Provetes 1ªfase Provetes protegidos Figura 5.22 Variações da tensão de rotura em tracção nos provetes da fase 1 e fase 2 envelhecidos durante 6 meses 1,40 1,20 1,00 0,80 0,60 0,40 Não envelhecido Provetes 1ª fase Provetes protegidos 0,20 0,00 20 ºC Água desmineralizada 40 ºC Água desmineralizada 40 ºC Condensação em contínuo Figura 5.23 Variações da deformação na rotura em tracção nos provetes da fase 1 e fase 2 envelhecidos durante 6 meses Não envelhecido Provetes 1ª fase Provetes protegidos ºC Água desmineralizada 40 ºC Água desmineralizada 40 ºC Condensação em contínuo Figura 5.24 Variações do módulo de elasticidade em tracção nos provetes da fase 1 e fase 2 envelhecidos durante 6 meses 103

126 Módulo de elasticidade (GPa) Deformação na rotura (%) Tensão de rotura (MPa) 5. RESULTADOS E DISCUSSÃO Não envelhecidos Envelhecimento natural Figura 5.25 Variações da tensão de rotura em tracção nos provetes em envelhecimento natural durante 12 meses 1,40 1,20 1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 0,00 Não envelhecidos Envelhecimento natural Figura 5.26 Variações da deformação na rotura em tracção nos provetes em envelhecimento natural durante 12 meses Não envelhecidos Envelhecimento natural Figura 5.27 Variações do módulo de elasticidade em tracção nos provetes em envelhecimento natural durante 12 meses 104

127 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO 5.5 Discussão dos resultados dos ensaios mecânicos Envelhecimento dos provetes da fase 1 O quadro 5.1 apresenta os valores relativos à tensão de rotura ao corte interlaminar, à flexão e à tracção dos provetes da fase 1. Quadro 5.1 Valores das tensões de rotura ao corte interlaminar, à flexão e à tracção dos provetes da fase 1 Ambiente de exposição Tempo F SBS σ fu σ tu (meses) (MPa) (MPa) (MPa) Não envelhecido - 38,48 ± 2,69 417,17/472,20 ± 65,04/76,37 406,00 ± 30,94 Imersão em água desmineralizada a 20 ºC Imersão em água desmineralizada a 40 ºC Imersão em água desmineralizada a 60 ºC Imersão em solução salina a 20 ºC Imersão em solução salina a 40 ºC Imersão em solução salina a 60 ºC 3 30,86 ± 2,66 431,69 ± 36,94 347,40 ± 40, ,84 ± 1,10 408,78 ± 18,11 362,80 ± 33, ,03 ± 2,68 418,08 ± 29,80 331,60 ± 45, ,09 ± 2,13 406,59 ± 28,70 352,60 ± 31, ,62 ± 1,36 415,62 ± 53,45 371,00 ± 46, ,27 ± 1,82 426,50 ± 22,21 365,40 ± 16, ,16 ± 2,09 397,27 ± 27,36 326,80 ± 28, ,80 ± 2,53 363,26 ± 35,36 313,40 ± 48, ,14 ± 0,84 374,75 ± 61,12 367,80 ± 26, ,56 ± 3,21 357,05 ± 64,24 339,20 ± 46, ,02 ± 1,76 372,65 ± 26,31 323,80 ± 30, ,51 ± 1,75 287,83 ± 32,80 268,40 ± 36, ,15 ± 1,35 296,89 ± 20,05 255,00 ± 56, ,96 ± 1,16 274,24 ± 53,08 261,20 ± 33, ,25 ± 0,84 299,56 ± 6,28 242,00 ± 25, ,46 ± 4,08 430,61 ± 37,21 374,00 ± 45, ,39 ± 2,13 447,16 ± 46,61 352,60 ± 60, ,61 ± 1,80 424,81 ± 20,21 340,40 ± 47, ,37 ± 5,79 375,33 ± 41,47 347,40 ± 44, ,02 ± 0,75 410,06 ± 93,51 362,60 ± 45, ,96 ± 2,89 409,41 ± 25,07 419,20 ± 31, ,51 ± 2,84 407,53 ± 88,20 333,80 ± 51, ,94 ± 1,74 435,50 ± 35,92 338,20 ± 33, ,78 ± 1,49 377,17 ± 35,05 348,40 ± 29, ,80 ± 3,85 397,44 ± 15,10 328,00 ± 48, ,27 ± 3,18 396,92 ± 47,20 371,40 ± 31, ,20 ± 1,49 372,17 ± 38,47 325,20 ± 30, ,38 ± 1,63 357,17 ± 39,59 275,60 ± 57, ,85 ± 0,97 337,93 ± 24,06 309,60 ± 22, ,08 ± 1,13 363,42 ± 19,51 310,00 ± 36,98 105

128 5. RESULTADOS E DISCUSSÃO Independentemente dos acréscimos ou decréscimos que se possam verificar nas tensões de rotura observadas nos diversos ensaios mecânicos, a temperatura continua a ter uma influência crucial na capacidade resistente do material GFRP em estudo. Após 18 meses de exposição, os provetes da fase 1 em imersão a 60 ºC continuaram a ser os que apresentam as maiores reduções de tensão de rotura, seguindo-se os provetes imersos a 40 ºC e, por fim, os provetes imersos a 20 ºC, estando em concordância com o verificado por Costa [5.1] para os primeiros 9 meses de imersão. Analisando os resultados com base no tipo de solução, constata-se que o decréscimo da tensão de rotura ao longo do tempo é mais acentuado nos provetes imersos em água desmineralizada, quando comparado com o observado para os ambientes de imersão em solução salina a temperaturas equivalentes. Este facto encontra-se em conformidade com os resultados obtidos durante os primeiros 9 meses de exposição. Relacionando a redução da tensão de rotura com a variação de massa ao longo do tempo dos provetes viajantes, ilustrada na figura 5.1, os provetes imersos em solução salina apresentam uma taxa de variação de massa menor em comparação com os provetes imersos em água desmineralizada, observando-se a mesma relação para a variação da tensão de rotura. Este facto demonstra que a água desempenha um papel relevante na durabilidade do material GFRP em estudo, sendo que quanto maior for a facilidade de difusão da água maior será a redução das capacidades mecânicas dos provetes ao longo do tempo. Tendo em conta a evolução da taxa de absorção dos provetes viajantes e os resultados obtidos nos ensaios mecânicos, é expectável que os provetes imersos em água desmineralizada continuem a apresentar uma maior degradação mecânica ao longo do tempo em comparação com os provetes imersos em solução salina. Esta evolução também está de acordo com o descrito no capítulo 3 e foi igualmente constatada por Chen et al. [5.10]. A resistência ao corte interlaminar apresenta reduções de tensão de rotura bastante distintas e mais acentuadas, conforme se incrementa a temperatura de exposição. Após 18 meses de exposição, a tensão de rotura dos provetes imersos a 60 ºC em solução salina e em água desmineralizada decresceu aproximadamente 43%. Isto pode ser uma consequência da dissolução da matriz devido a processos de hidrólise, provocando a redução da adesão matriz-fibras e favorecendo a ocorrência de delaminações, com repercussões relevantes na capacidade resistente do material GFRP em estudo ao corte interlaminar. No quadro 5.2, apresentam-se os valores relativos à deformação e ao módulo de elasticidade na rotura. 106

129 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO Quadro 5.2 Valores da deformação e do módulo de elasticidade na rotura dos provetes da fase 1 Ambiente de exposição Não envelhecido - Imersão em água desmineralizada a 20 ºC Imersão em água desmineralizada a 40 ºC Imersão em água desmineralizada a 60 ºC Imersão em solução salina a 20 ºC Imersão em solução salina a 40 ºC Imersão em solução salina a 60 ºC Tempo ε fu E f ε tu E t (meses) (%) (GPa) (%) (GPa) 0,031/ 0,028 ± 0,010/ 0,006 19,97/ 22,60 ± 6,88/ 4,42 1,18 ± 0,13 37,56 ± 2,56 3 0,029 ± 0,004 16,11 ± 3,06 1,26 ± 0,14 30,75 ± 2,35 6 0,026 ± 0,004 16,81 ± 3,56 1,09 ± 0,17 36,57 ± 6,37 9 0,028 ± 0,003 15,87 ± 2,06 1,03 ± 0,11 35,13 ± 3, ,023 ± 0,003 17,09 ± 1,96 1,07 ± 0,10 32,27 ± 2, ,023 ± 0,002 14,42 ± 0,75 1,30 ± 0,20 29,55 ± 4,80 3 0,025 ± 0,001 17,02 ± 1,89 1,22 ± 0,01 34,64 ± 3,03 6 0,024 ± 0,001 15,68 ± 1,72 1,12 ± 0,08 33,25 ± 7,82 9 0,021 ± 0,001 19,20 ± 3,08 1,14 ± 0,11 30,72 ± 4, ,021 ± 0,001 15,87 ± 4,89 1,10 ± 0,08 33,72 ± 3, ,021 ± 0,002 13,28 ± 1,45 1,09 ± 0,08 33,53 ± 6,05 3 0,020 ± 0,002 16,98 ± 2,14 1,06 ± 0,07 35,91 ± 2,55 6 0,020 ± 0,001 14,55 ± 1,72 1,13 ± 0,44 33,50 ± 4,36 9 0,018 ± 0,001 17,79 ± 1,07 0,83 ± 0,18 33,14 ± 2, ,018 ± 0,001 13,79 ± 2,65 0,84 ± 0,08 30,66 ± 5, ,016 ± 0,001 18,60 ± 2,86 0,84 ± 0,04 29,61 ± 3,21 3 0,029 ± 0,005 16,23 ± 1,54 1,12 ± 0,19 39,89 ± 7,90 6 0,026 ± 0,004 18,86 ± 4,21 1,16 ± 0,33 38,20 ± 8,34 9 0,027 ± 0,004 18,35 ± 2,06 1,09 ± 0,16 33,76 ± 4, ,026 ± 0,004 14,84 ± 1,89 1,18 ± 0,14 28,45 ± 2, ,026 ± 0,003 13,30 ± 3,20 1,21 ± 0,15 31,21 ± 5,62 3 0,023 ± 0,003 18,25 ± 2,49 1,21 ± 0,15 40,81 ± 3,44 6 0,024 ± 0,002 17,71 ± 3,83 0,98 ± 0,13 42,39 ± 6,56 9 0,029 ± 0,012 20,67 ± 2,19 1,11 ± 0,05 33,34 ± 3, ,025 ± 0,001 13,59 ± 1,24 1,22 ± 0,11 31,16 ± 0, ,023 ± 0,002 17,43 ± 3,44 1,17 ± 0,16 30,49 ± 3,61 3 0,026 ± 0,004 14,58 ± 2,16 1,29 ± 0,14 32,72 ± 1,59 6 0,024 ± 0,003 16,05 ± 1,96 1,01 ± 0,07 40,69 ± 6,60 9 0,024 ± 0,002 18,29 ± 2,48 0,96 ± 0,18 30,42 ± 1, ,022 ± 0,001 15,24 ± 0,65 1,03 ± 0,09 30,62 ± 2, ,023 ± 0,001 14,03 ± 1,35 1,04 ± 0,14 30,28 ± 4,01 A evolução da deformação na rotura ao longo do tempo apresenta, à semelhança da tensão de rotura, reduções maiores consoante se aumenta a temperatura e, para a mesma temperatura, reduções superiores em provetes imersos em água desmineralizada. É possível constatar esta consequência através dos ensaios realizados à flexão. Contudo, o valor da deformação registado aos 9 meses em solução salina a 40 ºC apresenta um aumento acentuado. Este aumento deve-se ao resultado obtido para um dos provetes testados. Caso este provete não seja considerado, a média da deformação traduzida pelos restantes quatro provetes diminui para 0,024% com um desvio-padrão de 0,002%, valores que já se enquadram na evolução expectável. 107

130 5. RESULTADOS E DISCUSSÃO Nos resultados obtidos através dos ensaios à tracção, verifica-se que os valores relativos aos provetes imersos durante 3 meses a 40 ºC em solução salina apresentam uma melhoria da tensão de rotura, da deformação na rotura e do módulo de elasticidade. A origem destes resultados pode estar associada a fenómenos de pós-cura da matriz. O módulo de elasticidade geralmente decresce de forma mais acentuada, à semelhança da tensão de rotura e da deformação, nos ambientes de exposição a temperaturas mais elevadas. No caso dos provetes ensaiados à tracção, verifica-se que os valores obtidos em solução salina apresentaram um decréscimo inferior quando comparados com a evolução relativa aos provetes imersos em água desmineralizada a temperaturas similares. Os provetes em solução salina apresentaram aliás, um acréscimo do módulo de elasticidade aos 6 meses a 20, 40 e 60 ºC e aos 3 meses a 20 e 40 ºC. Quanto aos provetes ensaiados à flexão, a redução do módulo de elasticidade é menos significativa nos provetes imersos a 40 ºC em solução salina, até aos 9 meses de exposição. Neste caso, a evolução do módulo de elasticidade não parece estar tão dependente da temperatura e do tipo de solução aquosa mas sim do tempo de exposição. Esta ilação não é fundamentada com rigor pelos resultados obtidos nos ensaios à flexão, visto que os valores relativos ao módulo de elasticidade apresentam desvios-padrão elevados. Os resultados à flexão obtidos, nomeadamente para a tensão de rotura nos provetes não envelhecidos, levou Costa [5.1] a pressupor que a melhoria de comportamento nos resultados relativos aos provetes expostos durante 3 meses se poderia dever a fenómenos de pós-cura, os quais ocorrem frequentemente em resinas cujo processo de cura ainda não esteja concluído. De facto, esta suposição poderá justificar também a melhoria de desempenho da tensão de rotura à flexão em provetes imersos até 6 meses em solução salina a 20 ºC e em provetes imersos até aos 9 meses em solução salina a 40 ºC. Contudo, a diferença do valor da tensão de rotura à flexão do primeiro grupo de provetes não envelhecidos, em relação aos resultados obtidos para o material exposto durante 3 meses era significativa, originando a necessidade de se validar o valor da tensão de rotura à flexão para um novo grupo de provetes não envelhecidos. O novo ensaio foi realizado para uma amostra de 8 provetes. Na figura 5.8, constata-se que a tensão de rotura obtida para o 2º grupo de provetes não envelhecidos é bastante superior à do 1º grupo, suscitando a dúvida de que a melhoria da tensão de rotura se devesse somente a fenómenos de pós-cura. Não é conclusiva a razão da diferença entre as tensões de rotura registadas para os dois grupos de provetes não envelhecidos, uma vez que o desvio-padrão é elevado em ambos os casos. Contudo, não considerando o provete em cada grupo que apresente a maior diferença entre a tensão de rotura média e a obtida, obtém-se um valor da tensão de rotura nos dois grupos que se aproxima dos 445 MPa, sendo neste caso as tensões na rotura para os dois grupos de provetes não envelhecidos superior às dos resultados obtidos aos 3 e 6 meses de exposição aos diversos ambientes de imersão. Poderão ter ocorrido fenómenos de pós-cura durante o período inicial de exposição dos provetes, no entanto, o valor da tensão de rotura para o 1º grupo de provetes não envelhecidos estará possivelmente mais adequado à realidade quando não se considera o provete cuja tensão de rotura 108

131 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO apresenta a maior diferença em relação à média obtida para a amostra. O valor relativo ao provete em causa (identificado como 0F1 no anexo 5) é aproximadamente 21% inferior à média considerada para a amostra (417 MPa) Envelhecimento dos provetes protegidos O quadro 5.3 apresenta os valores da tensão de rotura ao corte interlaminar, à flexão e à tracção e no quadro 5.4 encontram-se resumidos os valores de deformação e do módulo de elasticidade na rotura relativos aos ensaios à flexão e à tracção. Quadro 5.3 Valores das tensões de rotura ao corte interlaminar, à flexão e à tracção dos provetes protegidos Ambiente de exposição Tempo F SBS σ fu σ tu (meses) (MPa) (MPa) (MPa) Não envelhecido - 38,48 ± 2,69 417,17/472,20 1 ± 65,04/76, ,00 ± 30,94 Imersão em água desmineralizada a 20 ºC Imersão em água desmineralizada a 40 ºC Condensação em contínuo 6 29,99 ± 1,12 406,41 ± 15,60 395,00 ± 33, ,76 ± 2,39 374,10 ± 16,57 379,60 ± 29, ,38 ± 2,80 375,27 ± 21,27 369,80 ± 40,81 Quadro 5.4 Valores da deformação e do módulo de elasticidade na rotura dos provetes protegidos Ambiente de exposição Não envelhecido - Imersão em água desmineralizada a 20 ºC Imersão em água desmineralizada a 40 ºC Condensação em contínuo Tempo ε fu E f ε tu E t (meses) (%) (GPa) (%) (GPa) 0,031/ 0,028 ± 0,010/ 0,006 19,97/ 22,60 ± 6,88/ 4,42 1,18 ± 0,13 37,56 ± 2,56 6 0,022 ± 0,002 20,85 ± 2,94 1,26 ± 0,08 30,81 ± 2,09 6 0,023 ± 0,002 20,13 ± 3,33 1,10 ± 0,09 34,13 ± 2,74 6 0,023 ± 0,002 17,55 ± 2,13 1,15 ± 0,14 32,41 ± 3,61 O objectivo de realizar uma campanha de ensaios com provetes protegidos é avaliar se a exposição directa aos diversos ambientes de envelhecimento das faces seccionadas dos provetes durante a sua preparação influencia conservadoramente os resultados obtidos nos ensaios mecânicos. 1 O primeiro valor corresponde ao primeiro grupo de provetes não envelhecidos ensaiados e o segundo número corresponde ao segundo grupo de provetes não envelhecidos ensaiados 109

132 5. RESULTADOS E DISCUSSÃO Comparando os resultados obtidos para os provetes protegidos após 6 meses de exposição com os valores relativos aos provetes da fase 1 colocados nos mesmos ambientes e durante o mesmo período de tempo, constata-se que a tensão de rotura dos provetes protegidos apenas é superior quando esta ocorre por tracção. Neste caso, a diferença de tensões na rotura é, aliás, significativa, correspondendo os valores dos provetes protegidos imersos em água desmineralizada a 20 e a 40 ºC a 91,1 e 83,8% das tensões observadas para os provetes da fase 1, respectivamente. Porém, a diferença de valores da tensão de rotura à flexão é muito pouco expressiva e no caso do ensaio ao corte interlaminar, os provetes protegidos apresentaram até valores de resistência ligeiramente inferiores. Relativamente à deformação, a situação repete-se. Os provetes protegidos apresentam, após 6 meses de exposição, valores de deformação na rotura à flexão inferiores em relação aos provetes da fase 1, sendo a diferença de 15,4% na imersão em água desmineralizada a redução mais significativa. No caso da tracção, os resultados dos provetes protegidos são superiores aos da fase 1, excepto nos na imersão a 40 ºC em água desmineralizada cujos provetes da fase 1 apresentaram um valor médio da tensão de tracção 15,6% inferior aos protegidos. Quanto ao módulo de elasticidade, acontece a situação oposta à constatada para a deformação. No caso da tracção, o módulo de elasticidade é mais reduzido nos provetes protegidos imersos a 20 ºC e expostos em condensação em contínuo a 40 ºC, em comparação com os provetes da fase 1. Relativamente aos provetes imersos em água desmineralizada a 40 ºC, a situação inverte-se, sendo o módulo de elasticidade ligeiramente superior nos provetes protegidos. No caso do módulo de elasticidade observado nos ensaios à flexão, o provetes protegidos apresentam após 6 meses de exposição, resultados 24, 28,4 e 17,4% superiores aos provetes da fase 1 em imersão a 20 e 40 ºC e em condensação em contínuo a 40 ºC, respectivamente. A avaliação do potencial conservadorismo dos resultados obtidos para os provetes da fase 1 teria como base os resultados dos ensaios mecânicos e as curvas de variação de massa. Os ensaios mecânicos demonstram que, à excepção dos valores obtidos nos ensaios à tracção, as diferenças são pouco significativas, tendo em conta não só as médias dos resultados como os respectivos desvios-padrão. Contudo, seria expectável que, ao revestir as faces cortadas, os provetes protegidos absorvessem menos água ao longo do tempo que os provetes da fase 1, o que não acontece. Com base nos resultados constatados durante os 18 meses de exposição dos provetes da fase 1 e no descrito no capítulo 3, ao se verificar uma maior absorção de água, seria dedutível uma maior degradação das capacidades dos provetes, pressuposto que acabou por se verificar à excepção dos resultados obtidos no ensaio à tracção em alguns ambientes. Neste caso, o revestimento epóxido poderá ter proporcionado alguma resistência aos provetes protegidos, podendo justificar os resultados superiores aos observados para os provetes da fase 1; no entanto, esta hipótese deverá ser validada em investigações futuras. 110

133 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO De acordo com a relação entre as curvas de variação de massa ao longo do tempo e os resultados dos ensaios mecânicos dos provetes da fase 1 e dos protegidos, expostos durante 6 meses aos vários ambientes, pode-se concluir, numa primeira abordagem, que os resultados relativos aos provetes da fase 1 não são aparentemente conservadores. No entanto, a informação disponível ainda não permite que se retirem ilações com um grau de confiança elevado, sendo muito relevante a comparação dos dados existentes, com a análise futura dos provetes protegidos que ainda se encontram em envelhecimento Envelhecimento dos provetes de secagem Com base no descrito no capítulo 3, os efeitos de degradação provocados, por exemplo, pela plasticização da resina e pelo aumento de volume durante um período de exposição à água ou à humidade podem, até certo ponto, ser reversíveis, caso os perfis de GFRP passem posteriormente por um período em ambiente seco. O recurso a provetes denominados de secagem teve como objectivo avaliar se, colocando o material em estudo num ambiente seco após um período de exposição aos ambientes de envelhecimento acelerado, este conseguiria recuperar, pelo menos, parte do desempenho que se foi deteriorando durante o tempo de exposição aos agentes de degradação. A análise teve por base a comparação dos resultados obtidos para os provetes de secagem com os provetes não envelhecidos e os provetes da fase 1, expostos em ambientes de envelhecimento similares e durante períodos de tempo idênticos. Convém relembrar que os provetes da fase 1 foram ensaiados no seu estado húmido, ou seja, mantendo os mesmos níveis de saturação que apresentavam no final dos períodos de envelhecimento. O quadro 5.5 apresenta os valores da tensão de rotura ao corte interlaminar, à flexão e à tracção e no quadro 5.6 encontram-se resumidos os valores de deformação e do módulo de elasticidade na rotura relativos aos ensaios à flexão e à tracção. Quadro 5.5 Valores da tensão de rotura ao corte interlaminar e à flexão dos provetes de secagem Ambiente de exposição Tempo F SBS σ fu (meses) (MPa) (MPa) Não envelhecido - 38,48 ± 2,69 417,17/472,20 ± 65,04/76,37 Imersão em água desmineralizada a 20 ºC Imersão em água desmineralizada a 40 ºC Condensação em contínuo 6 32,67 ± 3,15 462,73 ± 46, ,30 ± 2,07 436,13 ± 41, ,06 ± 1,90 426,83 ± 24,58 111

134 5. RESULTADOS E DISCUSSÃO Quadro 5.6 Valores da deformação e do módulo de elasticidade na rotura dos provetes de secagem Ambiente de exposição Não envelhecido - Tempo ε fu E f (meses) (%) (GPa) 0,031/ 0,028 ± 0,010/ 0,006 19,97/ 22,60 ± 6,88/ 4,42 Imersão em água desmineralizada a 20 ºC Imersão em água desmineralizada a 40 ºC Condensação em contínuo 6 0,030 ± 0,003 19,94 ± 2,70 6 0,024 ± 0,002 20,19 ± 3,87 6 0,026 ± 0,003 19,59 ± 2,23 Na análise dos valores da tensão de rotura obtidos através dos ensaios mecânicos, verifica-se que os resultados dos provetes de secagem foram superiores aos provetes da fase 1. De facto, apenas no ensaio ao corte interlaminar dos provetes imersos em água desmineralizada a 20 ºC, se constata que os resultados são praticamente semelhantes entre os dois tipos de provetes, sendo já notório o melhor desempenho dos provetes de secagem neste ensaio para uma temperatura de 40 ºC. Em todo o caso, é importante realçar que a curva de variação de massa dos provetes de secagem também é bastante mais acentuada quando comparada com a obtida para os provetes da fase 1, durante o mesmo período de exposição, para os mesmos ambientes e a temperaturas semelhantes. Uma vez que a difusão de água no interior dos provetes de secagem decorreu com maior velocidade, seria dedutível que o processo de degradação também fosse mais acentuado, uma vez que a água é um agente que influencia claramente a durabilidade do material GFRP em estudo. Com base nisso, a reversibilidade das características poderá ser ainda mais relevante que o observado. O facto de as curvas de absorção terem sido mais elevadas nos provetes de fase 2 foi, aliás, uma das razões que motivou a sugestão de se aprofundar a investigação sobre os provetes protegidos. No caso dos provetes imersos em água desmineralizada a 40 ºC durante 6 meses, os provetes de secagem apresentaram uma redução da tensão de rotura ao corte interlaminar, à flexão e à tracção inferior em aproximadamente 50% aos provetes da fase 1. Isto deve-se em grande parte à reversibilidade de alguns efeitos de degradação. No caso da imersão a 20 ºC, apesar de se ter verificado uma recuperação da tensão de rotura ao corte interlaminar reduzida, no ensaio à flexão o valor obtido foi apenas ligeiramente inferior ao resultado do 2º grupo de provetes não envelhecidos. No caso da deformação na rotura, a situação é semelhante à verificada para tensão, constatando-se uma melhoria dos resultados quando comparados com os obtidos para os provetes da fase 1. O módulo de elasticidade apresenta, genericamente e à semelhança da deformação e da tensão de rotura, valores superiores para os provetes de secagem. Neste caso, é interessante referir que no ensaio à flexão, os provetes protegidos também apresentaram uma melhoria de valores quando comparados com os provetes da fase 1, obtendo ainda resultados equivalentes aos constatados para 112

135 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO os provetes de secagem nas imersões a 20 e 40 ºC. A mesma situação já não se verifica para o ensaio à tracção. Relativamente aos provetes de secagem expostos à condensação em contínuo a 40 ºC, a recuperação das características do material é menos acentuada quando comparada com os valores observados para os provetes imersos em água desmineralizada também a 40 ºC. Neste caso, a humidade no estado gasoso pode acelerar a degradação e favorecer a ocorrência de efeitos irreversíveis em detrimento de fenómenos reversíveis. De facto, os perfis de GFRP oferecem menos resistência à difusão da água no estado gasoso, sendo mais fácil a humidade atingir a interface matriz-fibras. Em conformidade com o descrito no capítulo 3, se a presença de moléculas de água na interface matriz-fibras dos provetes em condensação em contínuo a 40 ºC for superior à dos provetes imersos em água desmineralizada a 40 ºC, os possíveis efeitos de degradação na interface matriz-fibras e nas próprias fibras poderão ocorrer mais rapidamente. As consequências dos fenómenos de deterioração da interface e das fibras são geralmente irreversíveis. No caso dos provetes imersos em água desmineralizada, mesmo ocorrendo um volume de absorção superior, se a água tiver maior dificuldade em atingir a interface matriz-fibras, a diminuição da resistência acontece essencialmente ao nível da matriz, onde alguns dos fenómenos usuais, como por exemplo a plasticização ou o aumento de volume, poderão ser reversíveis. Huston et al. [5.4] verificaram que a recuperação de parte da resistência mecânica de provetes de GFRP de poliéster, após a exposição à humidade, se deveu essencialmente à reversibilidade dos efeitos de degradação que ocorreram na matriz Envelhecimento natural Durante a campanha experimental, foi testado um conjunto de provetes que esteve exposto às condições climatéricas da região de Lisboa, durante 12 meses. No quadro 5.7, encontram-se os valores da tensão de rotura ao corte interlaminar, à flexão e à tracção e o quadro 5.8 apresenta resumidos os valores de deformação e do módulo de elasticidade na rotura relativos aos ensaios à flexão e à tracção. Quadro 5.7 Valores das tensões de rotura ao corte interlaminar, à flexão e à tracção dos provetes em envelhecimento natural Ambiente de exposição Tempo F SBS σ fu σ tu (meses) (MPa) (MPa) (MPa) Não envelhecido - 38,48 ± 2,69 417,17/472,20 ± 65,04/76,37 406,00 ± 30,94 Envelhecimento natural 12 36,24 ± 2,93 475,92 ± 42,08 363,40 ± 39,27 113

136 5. RESULTADOS E DISCUSSÃO Quadro 5.8 Valores da deformação e do módulo de elasticidade na rotura dos provetes em envelhecimento natural Ambiente de exposição Não envelhecido - Envelhecimento natural Tempo ε fu E f ε tu E t (meses) (%) (GPa) (%) (GPa) 0,031/ 0,028 ± 0,010/ 0,006 19,97/ 22,60 ± 6,88/ 4,42 1,18 ± 0,13 37,56 ± 2, ,031 ± 0,002 20,85 ± 2,94 1,18 ± 0,05 30,28 ± 2,52 A análise da durabilidade dos provetes em envelhecimento natural tem como objectivos avaliar a evolução de desempenho de perfis pultrudidos de GFRP com matriz de poliéster insaturado em condições de exposição reais e comparar o desenvolvimento do desempenho ao longo do tempo entre os provetes em envelhecimento natural e os provetes em ambientes acelerados. Após 12 meses de exposição às condições climatéricas da região de Lisboa, os resultados da tensão de rotura foram superiores aos obtidos para os provetes em envelhecimento acelerado imersos durante 3 meses, excepto nos ensaios de tracção de provetes colocados em solução salina a 20 ºC e a 40 ºC, sendo que neste último ambiente a diferença de valores foi relevante. Comparando com os provetes da fase 2, a diferença de tensões na rotura dos provetes envelhecidos em condições naturais é menos acentuada quando comparada com os provetes de secagem expostos durante 6 meses, mantendo-se na mesma uma capacidade resistente superior, excepto nos provetes ensaiados à tracção, cuja média da tensão de rotura foi mais elevada para os provetes de secagem. Os provetes envelhecidos em ambiente natural terminaram os 12 meses de exposição em Novembro, período durante o qual há já uma maior presença da humidade. No caso de uma comparação directa com o provetes de secagem, não se poderá afirmar que as ilações sobre a diminuição da resistência à tracção sejam conclusivas, sendo necessário aprofundar a investigação sobre este tema. Conforme demonstrado pelos provetes de secagem, alguns efeitos de degradação são reversíveis pelo que, se os provetes fossem colocados num ambiente seco antes de se realizarem os diversos ensaios, poderia ter ocorrido alguma reversibilidade das características. No entanto, é possível relacionar a influência dos efeitos não reversíveis que ocorreram nos provetes de secagem durante 6 meses de exposição com a degradação dos provetes em ambiente natural. Nos ensaios ao corte e à flexão, os efeitos não reversíveis tiveram, potencialmente, um impacte superior, registando-se valores da tensão de rotura inferiores aos constatados para os provetes envelhecidos em ambiente natural. O valor da deformação na rotura dos provetes envelhecidos foi semelhante ao obtido para os provetes não envelhecidos, tanto à flexão como à tracção, não se registando alterações relevantes. Quanto ao módulo de elasticidade, observou-se uma diminuição significativa. No caso do ensaio à tracção, os valores foram cerca de 81% dos obtidos para os provetes não envelhecidos, motivados principalmente pela redução da tensão de rotura à tracção. Relativamente ao ensaio à flexão, a redução foi bastante mais acentuada em relação ao 2º grupo de provetes não envelhecidos, com uma 114

137 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO diminuição de 27%, desempenhando a deformação para este caso um papel mais relevante. Comparando com o 1º grupo de provetes não envelhecidos, a redução registada foi de 17,5%. A amostra de resultados de provetes em envelhecimento natural é ainda bastante reduzida. A evolução das características dos provetes durante os 10 anos de exposição poderá permitir retirar conclusões com maior rigor e correlacionar a durabilidade dos provetes em envelhecimento acelerado com o tempo de exposição necessário em condições naturais para que se alcancem níveis de degradação semelhantes. Alguns autores têm procurado desenvolver correlações entre os provetes envelhecidos em ambientes acelerados e os provetes expostos em ambientes naturais. Os modelos de previsão são geralmente baseados no princípio de Arrhenius, variando as correlações de acordo com as regiões onde se realizaram os ensaios [5.11]. Por exemplo, no modelo aferido por Vijay et al. [5.12], 104 dias de exposição a 60 ºC correspondem a 69 anos de tempo de serviço a uma temperatura média anual de 11,7 ºC, tendo por base as condições climatéricas do estado de West Virginia nos Estados Unidos da América. No entanto, o modelo de previsão de Porter et al. [5.13] deduzido com base nas condições ambientais do estado de Iowa nos Estados Unidos da América e posteriormente adaptado à temperatura média anual de 6,7 ºC de Montreal no Canadá, prevê que 104 dias de imersão a 60 ºC equivalem a 160 anos de tempo de serviço em condições ambientais naturais [5.11]. As condições naturais de cada região estão dependentes de diversos efeitos ambientais, que influenciam a durabilidade do material, não só a nível individual, como através dos efeitos sinergéticos que se propiciam. A concepção de modelos de previsão que abranja regiões distintas torna-se bastante complexa e será de elevada relevância a continuação da análise da evolução da durabilidade dos provetes em envelhecimento natural, de modo a sustentar a aferição de um modelo de previsão para a região de Lisboa. 5.6 Conclusões A análise da absorção de água dos provetes da fase 1, imersos nos diferentes ambientes de exposição durante mais de horas, permitiu consolidar a influência da temperatura na difusão da humidade pelo material GFRP em estudo. A temperatura continua a evidenciar-se como um agente acelerador, favorecendo a absorção de humidade a temperaturas superiores. Para além disso, a evolução da variação de massa dos provetes imersos a 60 ºC, para valores inferiores à massa inicial numa fase prolongada da exposição, permitiu deduzir que a redução de massa se deve essencialmente à dissociação da matriz, sem excluir contudo a possível influência de fenómenos de pós-cura. Apesar de a temperatura de 60 ºC ser ainda inferior à T g da matriz, o comportamento é compatível com o constatado por diversos autores, que verificaram o início da transição para um comportamento visco-elástico em provetes expostos a esta temperatura, aumentando a porosidade e consequentemente a difusão da humidade até à interface matriz-fibras. A presença de água acaba por originar processos de hidrólise na matriz e na interface matriz-fibras. De facto, a degradação é 115

138 5. RESULTADOS E DISCUSSÃO bastante mais célere nos ambientes de envelhecimento acelerado a 60 ºC quando comparada com a exposição em ambiente natural, contudo este nível de temperatura poderá induzir também mecanismos de degradação que se encontram inibidos a temperaturas menos elevadas, podendo levar a uma estimativa demasiado severa do tempo de vida útil do material GFRP em condições de serviço reais. Robert et al. [5.2] consideraram também esta situação, levando-os a analisar a necessidade de se limitarem as condições dos ensaios de envelhecimento acelerado, o que já é também sugerido por algumas normas, como por exemplo a ACI 440.3R-04 [5.14] e a CSA S [5.15] que recomendam 60 ºC como temperatura limite para ambientes de envelhecimento acelerado com base em soluções aquosas. Todavia, é importante aprofundar a análise da temperatura sobre os mecanismos de degradação que ocorrem nos diferentes ambientes. Os provetes em envelhecimento natural poderão também fornecer dados relevantes que permitam relacionar a degradação verificada nos ambientes de exposição com o tempo que a mesma demoraria a ocorrer em condições de serviço. No caso das imersões em água desmineralizada ou solução salina, as conclusões foram coerentes com o constatado por Costa [5.1], durante as primeiras horas, sendo a absorção superior nos provetes imersos em água desmineralizada. Relativamente aos provetes de fase 2, os provetes de secagem apresentaram taxas de absorção superiores aos provetes protegidos e estes em comparação com os provetes totalmente protegidos. Esta situação era expectável, uma vez que a protecção fornecida pelo ligante epóxido deveria dificultar a difusão da humidade. A diferença de valores de variação de massa entre os provetes de secagem e os provetes de fase 1 é que não era expectável, obtendo-se aumentos de massa nestes últimos inferiores aos observados nos provetes protegidos. No caso dos provetes em condensação em contínuo a 40 ºC, observou-se uma absorção de água superior no provete totalmente protegido. Não sendo conclusivos os motivos para tal, um dos factores poderá estar relacionado com a perda das características iniciais do ligante epóxido e a consequente diminuição da resistência à difusão da água no compósito GFRP, uma vez que o fabricante só garante a resistência térmica em contacto com água até 40 ºC [5.8]. Os ensaios de DMA dos provetes da fase 1 demonstraram que as variações da temperatura de transição vítrea (T g ) foram superiores para os ambientes de imersão em água desmineralizada. Os maiores registos de variação inicial observaram-se nos ambientes que apresentaram as taxas de absorção de água mais acentuadas. Genericamente, após 9 meses de exposição, os provetes da fase 1 apresentaram uma melhoria da T g, assumindo uma maior expressividade nos ambientes a 60 ºC, cujas amostras evidenciaram valores médios superiores ao obtido para os provetes não envelhecidos. Esta recuperação foi associada a possíveis fenómenos de pós-cura. Os provetes protegidos demonstraram a capacidade reversível das propriedades do material em estudo, dados os valores médios da T g serem bastante superiores aos obtidos para os provetes da 116

139 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO fase 1. No caso dos ambientes de exposição a 40 ºC, as T g foram inclusive superiores ao valor dos provetes não envelhecidos, podendo tal ser uma consequência de efeitos de pós-cura fomentados durante o processo de secagem. No caso dos provetes protegidos, à excepção da imersão a 20 ºC onde a T g foi mais elevada, os valores foram bastante similares aos dos provetes da fase 1. Os provetes em envelhecimento natural apresentaram uma redução da T g de 9% em relação aos provetes não envelhecidos. Esta diminuição foi análoga à observada para os provetes da fase 1 imersos durante 3 meses em solução salina a todas as temperaturas e em água desmineralizada a 40 ºC e a 60 ºC. Em relação aos provetes da fase 2, a evolução foi similar aos provetes protegidos imersos durante 6 meses em água desmineralizada a 20 ºC. Os ensaios mecânicos permitiram avaliar o impacte dos efeitos higrotérmicos na degradação do material compósito GFRP. Nomeadamente nos provetes imersos a 60 ºC, foi visível a diminuição de resistência no ensaio ao corte interlaminar, ensaio que genericamente permite avaliar o desempenho da interface matriz-fibras e da própria matriz. A mesma redução da tensão de rotura foi observada nos ensaios à tracção. No entanto, em ambos os ensaios, a redução da tensão de rotura foi bastante mais acentuada até aos 9 meses de exposição, período após o qual as variações foram muito mais reduzidas. A análise integrada dos resultados dos ensaios mecânicos e da evolução da absorção de água sugere que a degradação ocorre nomeadamente na matriz e na interface matriz-fibras. A perda de resistência à tracção pode dever-se sobretudo à diminuição da capacidade de transferência de tensões entre as fibras pela matriz, não só pela diminuição de resistência ao corte interlaminar, como pela estabilização da tensão de rotura à tracção após 9 meses de exposição, situação que sugere a estabilidade do comportamento das fibras. No caso do ensaio à flexão, a redução da tensão de rotura foi menos acentuada ao longo do tempo, progredindo de forma aproximadamente constante à excepção dos provetes imersos em água desmineralizada a 60 ºC. Dos resultados obtidos para os provetes protegidos, depreende-se, a priori, que a exposição das faces dos provetes que foram cortadas durante a preparação da campanha experimental, e que poderiam facilitar a difusão da água pela interface matriz-fibras e pela matriz, não apresentam uma influência relevante na degradação do material GFRP ao longo do tempo. Apenas no caso do ensaio à tracção se observou uma diferença significativa, constatando-se melhores desempenhos nos provetes protegidos. Os ensaios das próximas colheitas de provetes fornecerão dados importantes que permitirão suportar as conclusões ou reavaliá-las. A degradação dos provetes de GFRP durante a exposição aos diversos ambientes, não se deve apenas a efeitos irreversíveis. A análise de provetes de secagem permitiu constatar que, após o período de exposição aos diversos ambientes, o material GFRP tem a capacidade de recuperar parcialmente as suas características, nomeadamente nos provetes em imersão. Um exemplo disto é o resultado da tensão de rotura à flexão relativo aos provetes imersos em água desmineralizada que apresentaram um valor 13,2% superior ao obtido para os provetes da fase 1. Este comportamento é 117

140 5. RESULTADOS E DISCUSSÃO muito relevante quando se pretende prever a durabilidade do material para uma situação de serviço. A capacidade do material de recuperar parcialmente as suas características, após um período de exposição a determinados agentes de degradação, pode indicar que modelos de previsão da durabilidade do material GFRP em serviço com base nos dados obtidos em ambientes de envelhecimento acelerado poderão ser demasiado conservadores. Os efeitos de degradação reversíveis foram menos acentuados no caso da condensação em contínuo a 40 ºC. Os provetes em envelhecimento natural demonstraram uma diminuição reduzida das suas características. Apenas nos ensaios à tracção de provetes imersos em solução salina durante 3 meses se obtiveram tensões na rotura superiores. Tais resultados permitem concluir que, possivelmente, os dados obtidos durante os ensaios dos provetes expostos a ambientes acelerados equivalem a anos de exposição em condições de envelhecimento naturais. A campanha de exposição dos provetes durante 10 anos permitirá realizar uma análise comparativa e correlacionar os resultados com os obtidos para os provetes em envelhecimento acelerado, propiciando a aferição de um modelo de previsão da durabilidade do material GFRP em serviço na região de Lisboa. 5.7 Bibliografia [5.1] Costa, R. L., Durabilidade de perfis pultrudidos de poliéster reforçado com fibras de vidro (GFRP), Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil, Instituto Superior Técnico, Universidade Técnica de Lisboa, Novembro [5.2] Robert, M., Wang, P., Cousin, P., Benmokrane, B., Temperature as an accelerating factor for long-term durability testing FRPs: should there be any limitations?, Journal of Composites for Construction, Vol. 14, No. 4, , [5.3] Gu, H., Behaviours of glass fibre/unsaturated polyester composites under seawater environment, Materials & Design, Vol. 30, No. 4, , Abril de [5.4] Huston, D., Juska, T., Karbhari, V. M., Morgan, R., Williams, C., Gap analysis for durability of fiber reinforced polymer composites in civil infrastructures Chapter 3: Effects of Moisture/Aqueous Solutions, CERF, [5.5] Helbling, C., Karbhari, V. W., Durability of composites for civil structural applications: 3 Durability of composites in aqueous environments, Woodhead Publishing Limited, Cambridge, England, [5.6] Chin, J. W., Aouadi, K., Haight, M. R., Hughes, W. L., Nguyen, T., Effects of water, salt solutions and simulated concrete pore solution on the properties of composite matrix resins used in civil engineering applications, Polymer Composites, Vol. 22, No. 2, , Abril

141 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO [5.7] Liao, K., Schultheisz, C. R., Hunston, D. L., Effects of environmental aging on the properties of pultruded GFRP, Composites Part B, Vol. 30, No. 5, , [5.8] Sika, Icosit K 101 N, Ficha de produto, No. Identificação 5.15, Versão nº4, Edição Julho [5.9] Nishizaki, I., Kishima, T., Sasaki, I., Deterioration of mechanical properties of pultruded FRP through exposure tests, Durability and field applications of fibre reinforced polymer (FRP) composites for construction, CDCC, , [5.10] Chen, Y., Davalos, J. F., Ray, I., Kim, H.Y., Accelerated aging tests of evaluations of durability performance of FRP reinforcing bars for concrete structures, Composite Structures, Vol. 78, No. 1, [5.11] Nkurunziza G., Debaiky, A., Cousin, P., Benmokrane, B., Durability of GFRP bars: A critical review of the literature, Progress in Structural Engineering and Materials, Vol. 7, No. 4, , [5.12] Vijay, P. V., Gangarao, H. V. S., Accelerated natural weathering of glass fibre reinforced plastic bars, 4ª Conferência Internacional de Plásticos Reforçados com Fibras para Estruturas em Betão Armado, , Baltimore, USA, Novembro 1999 (citado por [5.11]). [5.13] Porter, M. L., Barnes, B. A., Accelerated durability of FRP reinforcement for concrete structures, 1 st International Conference on Durability of Fiber Reinforced Polymer for Construction, , Sherbrooke, Canandá, 1998 (citado por [5.11]). [5.14] ACI 440.3R-04, Guide test methods for fiber-reinforced polymers (FRPs) for reinforcing or strengthening concrete structures, American Concrete Institute, Farmington Hills, Michi, [5.15] CSA-S806-02, Design and construction of building components with fibre reinforced polymers, Canadian Standards Association, Rexdale, Ontario,

142 5. RESULTADOS E DISCUSSÃO 120

143 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO 6. Conclusões e perspectivas de desenvolvimentos futuros 6.1 Conclusões O presente trabalho teve como finalidade a análise da durabilidade de perfis pultrudidos de GFRP com matriz de poliéster insaturado. O material em estudo foi submetido a diversos ambientes de envelhecimento acelerado e às condições naturais da região de Lisboa, tendo as respectivas propriedades físicas e mecânicas sido posteriormente analisadas, através de um conjunto de ensaios normalizados. Os objectivos previamente propostos foram, de forma geral, alcançados. Através de uma extensa campanha experimental, foram obtidas informações relevantes sobre o comportamento do material em estudo perante os agentes de degradação que actuam com maior frequência em obras de construção civil, sobre a influência da protecção superficial das faces e sobre a reversibilidade da degradação daquelas características. O material em estudo foi ainda devidamente caracterizado no início da investigação. Trata-se de um material compósito de perfis pultrudidos de GFRP com matriz de poliéster insaturado, com um teor de 68% de fibras de vidro, contendo cargas de carbonato de cálcio como material de enchimento e apresentando uma massa volúmica de 1,87 g/cm 3. Os ambientes de envelhecimento foram definidos com o objectivo de simularem os agentes de degradação mais comuns em aplicações exteriores. O material GFRP em estudo foi submetido a condições de imersão em água desmineralizada, de imersão em solução salina (simulando o efeito da água do mar) e de condensação em contínuo, recriando-se os diversos ambientes a várias temperaturas e expondo os provetes a agentes de degradação como a humidade, a temperatura e a presença de sais. Para além dos ambientes de envelhecimento acelerado, foi avaliada a exposição às condições naturais da região de Lisboa, contemplando, para além dos factores de degradação considerados nos ambientes de envelhecimento acelerado, a incidência da radiação solar, nomeadamente a radiação ultravioleta. A exposição em ambiente natural permitiu ainda uma análise comparativa com a degradação observada em condições de envelhecimento acelerado. Durante o envelhecimento do material GFRP em estudo, foi particularmente relevante a análise da respectiva capacidade de absorção de água e/ou humidade. O meio em que ocorre a exposição e a temperatura demonstraram ser factores influentes na difusão das moléculas de água pelo material. Comprovou-se, através dos resultados obtidos, que as taxas de absorção são elevadas durante o período inicial da exposição, tendendo a estagnar numa fase posterior, devido à saturação dos provetes. Para além deste facto, as taxas de absorção foram superiores no material GFRP exposto a temperaturas mais elevadas, como era expectável. 121

144 6. CONCLUSÕES E PERSPECTIVAS DE DESENVOLVIMENTOS FUTUROS No entanto, apesar das taxas de absorção mais elevadas se verificarem a temperaturas superiores, os provetes imersos a 60 ºC inverteram a tendência crescente aproximadamente após horas de exposição. Durante o período seguinte, observou-se uma diminuição da massa com maior relevância no ambiente de água desmineralizada. Inclusivamente neste caso, a massa reduziu para valores inferiores à massa inicial após horas de exposição e o mesmo se constatou para a imersão em solução salina após horas de exposição. Este fenómeno deve-se essencialmente a processos de hidrólise e à consequente degradação e dissolução da matriz a esta temperatura. A degradação, devida maioritariamente ao processo de hidrólise que se verificou nos provetes imersos a 60 ºC, ocorreu igualmente nos provetes da fase 1 imersos a 40 ºC, em ambos os tipos de solução aquosa. No entanto, as consequentes reduções de massa dos provetes só surgiram após um período mais alargado, iniciando-se a tendência decrescente da taxa de absorção do material GFRP imerso em água desmineralizada por volta de horas e no caso da solução salina aproximadamente após horas. O mesmo facto se constata ao se analisar a variação de massa do provete viajante de secagem da fase 2, imerso em condições semelhantes aos provetes da fase 1 em água desmineralizada a 40 ºC, o qual apresenta, após horas, uma ligeira tendência de decréscimo de massa. No caso dos provetes imersos à temperatura de 20 ºC, não houve, até a horas de exposição, uma tendência de decréscimo da taxa de absorção. Do material GFRP imerso durante a fase 1 da investigação, o colocado em água desmineralizada a 20 ºC foi o que apresentou uma maior taxa de absorção após horas de exposição. Tal deve-se em parte à deterioração da matriz de poliéster do material imerso no mesmo ambiente, à temperatura de 40 ºC, que possivelmente se iniciou antes de alcançada a saturação. Os provetes imersos em solução salina revelaram maior resistência à difusão das moléculas de água, demonstrado pela variação mais gradual da taxa de absorção. Este acréscimo da dificuldade de difusão da água pela matriz levou a que as perdas de massa ocorressem nos provetes após um período mais alargado da exposição, em comparação com os provetes imersos em água desmineralizada. De facto, a presença de NaCl retardou, neste caso, a degradação do material GFRP em estudo. A aplicação de um revestimento de protecção dificultou a absorção de água dos provetes de GFRP expostos na fase 2. Os provetes, cujas faces cortadas durante a preparação dos ensaios foram revestidas com um ligante de base epóxida, apresentaram uma taxa de absorção inferior quando comparados com os provetes de secagem. A aplicação de uma protecção superficial demonstrou diminuir, neste caso, a difusão de água. Este aspecto foi ainda mais notório no caso dos provetes com as superfícies totalmente revestidas, cujas taxas de absorção foram ainda mais reduzidas. No entanto, ao se comparar a evolução da absorção de água nos provetes protegidos com os provetes da fase 1, esta foi superior para os provetes da fase 1, o que não era expectável. O facto de a variação de massa dos provetes protegidos ser inferior à dos de secagem mas superior à dos 122

145 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO provetes da fase 1 não permite concluir que a exposição directa das faces cortadas durante a preparação dos provetes influa conservadoramente nos resultados. Em todo o caso, a taxa de absorção de água inferior que se observa para os provetes totalmente protegidos permite concluir que o ligante de protecção eleito dificulta a absorção de água mas não a impede, estando em conformidade com o pretendido. A exposição do material GFRP à condensação em contínuo a 40 ºC permitiu concluir que, a difusão inicial da água pela matriz no estado gasoso é bastante superior quando comparada com a observada nos ambientes de imersão. Em 315 horas (o equivalente a 2 semanas), o provete sem protecção atingiu 71,5% do nível de saturação, apresentando uma variação de massa ligeiramente superior a 1% da respectiva massa inicial. Os resultados da análise mecânica dinâmica (DMA) demonstraram que o comportamento viscoelástico do material GFRP em estudo depende da quantidade de água absorvida e da temperatura, reflectindo-se os efeitos deste último agente num prazo mais alargado. A redução da temperatura de transição vítrea (T g ) dos provetes da fase 1 foi superior durante os meses iniciais de exposição, nos ambientes onde se registaram as maiores taxas de absorção. Este efeito indicia a ocorrência maioritária de fenómenos de plasticização, usual em materiais poliméricos quando na presença de água, podendo estar ainda associada à degradação resultante de reacções de hidrólise. Após 9 meses de exposição, registou-se uma inversão da tendência evolutiva da T g, tendo aumentado inclusive para valores superiores aos observados em provetes não envelhecidos, no caso das imersões a 60 ºC, após 18 meses de exposição. A recuperação dos valores da T g que se observou após 9 meses foi mais evidente a temperaturas superiores, podendo o efeito estar correlacionado com fenómenos de pós-cura da matriz de poliéster insaturado, decorrentes da influência da temperatura. Nomeadamente nos ambientes a temperaturas mais elevadas, o acréscimo da T g das amostras envelhecidas durante 12 e 18 meses sugeriram ainda a coexistência de zonas com diferentes graus de plasticização. Relativamente aos provetes protegidos, os valores da T g foram bastante similares aos dos provetes da fase 1, à excepção do ambiente de imersão em água desmineralizada a 20 ºC onde a T g média dos provetes protegidos foi substancialmente superior. Os ensaios de DMA dos provetes protegidos evidenciaram dois declives da curva E e dois picos para a curva da tan δ, correspondendo às diferentes T g relativas à passagem para o estado elastomérico do ligante de protecção lateral dos provetes e do material GFRP em estudo. Os provetes de secagem apresentaram valores da T g superiores ao dos provetes não envelhecidos após a exposição durante 6 meses em ambientes com 40 ºC de temperaturas e ligeiramente inferior no caso da imersão em água desmineralizada a 20 ºC. Os resultados poderão estar amplamente relacionados com o processo de secagem, fomentando a reversibilidade das características do material e favorecendo a ocorrência de fenómenos de pós-cura. 123

146 6. CONCLUSÕES E PERSPECTIVAS DE DESENVOLVIMENTOS FUTUROS Quanto ao envelhecimento natural, após 12 meses de exposição às condições climatéricas de Lisboa, o valor médio da T g da amostra foi similar ao constatado para os provetes da fase 1 expostos durante 3 meses em solução salina às diversas temperaturas e imersos em água desmineralizada a 40 e 60 ºC. Comparando com os provetes da fase 2, o resultado foi equivalente ao observado para os provetes protegidos imersos em água desmineralizada a 20 ºC, durante 6 meses. A análise mecânica dos provetes reflectiu a influência dos efeitos higrotérmicos na durabilidade do material GFRP em estudo e o seu comportamento elástico-linear. A temperatura reafirmou-se como um agente de degradação influente, quando actua em sinergia com a água, sendo a degradação do material GFRP mais expressiva nos ambientes de exposição a temperaturas mais elevadas. Analisando a tensão de rotura em ambientes de exposição semelhantes, as maiores reduções ocorreram à temperatura de 60º C, seguindo-se o decréscimo da tensão de rotura constatado nos provetes expostos a 40º C e, por fim, a perda de resistência do material GFRP colocado em ambientes à temperatura de 20º C. Para além do impacte da temperatura, os provetes de GFRP imersos em solução salina apresentaram reduções inferiores da tensão de rotura, quando comparados com os resultados obtidos para imersões em água desmineralizada a temperaturas equivalentes. A presença de NaCl dificultou a difusão da água pela matriz, comprovada pelas menores variações da taxa de absorção dos provetes imersos em solução salina, e acabando por favorecer a durabilidade do material GFRP ensaiado. O comportamento ao corte interlaminar, que depende maioritariamente da interface matriz-fibras, apresentou reduções significativas em alguns ambientes. Ao fim de 18 meses de exposição, os provetes em ambientes com temperaturas de 60 ºC perderam cerca de 43% do valor inicial da tensão de rotura. Isto pode ser devido a processos de hidrólise e a fenómenos de plasticização, que favorecem a ocorrência de delaminações e a desagregação da matriz, resultando na diminuição da capacidade desta em transmitir as tensões entre as fibras. No caso dos provetes imersos a 20 ºC, denotou-se uma ligeira recuperação da tensão de rotura, após 12 e 18 meses de exposição, em comparação com os provetes ensaiados durante os primeiros 9 meses de imersão. Isto pode ser resultante de fenómenos de pós-cura. O desempenho do material GFRP à flexão apresentou reduções mais expressivas na sua tensão de rotura nas imersões em água desmineralizada a 40 ºC e de forma ainda mais acentuada a 60 ºC. Neste último caso, verificou-se uma elevada diminuição da tensão de rotura logo após os 6 meses de exposição de 22,8% em relação à colheita anterior. Ao se comparar com os resultados dos provetes não envelhecidos, a redução da tensão foi de 31 e 39% em relação ao primeiro e ao segundo grupo de provetes não envelhecidos testados, respectivamente. A resposta à solicitação da flexão depende do desempenho da matriz e das fibras. O acompanhamento da redução da tensão de rotura pela diminuição da deformação na rotura e do módulo de elasticidade indica que a degradação não ocorre 124

147 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO necessariamente nas fibras, devendo-se essencialmente à perda de capacidade da matriz em transmitir os esforços entre as fibras. Este facto corrobora também o motivo pelo qual se verifica uma quebra acentuada dos valores durante um primeiro período, mais curto consoante maior é a temperatura, tempo após o qual a redução dos valores é menos acentuada. Esta justificação é ainda consistente com o decréscimo do desempenho observado ao corte interlaminar. A resposta do material GFRP à tracção, cujo comportamento é o mais dependente das fibras, demonstrou ir ao encontro do evidenciado pelos resultados dos outros ensaios mecânicos. No caso da imersão em água desmineralizada a 60 ºC, onde a degradação da matriz foi muito célere, após 18 meses de exposição a tensão de rotura apresentava uma redução de 40%. No entanto, após 6 meses de exposição, a tensão de rotura já era 36% inferior à inicial, observando-se uma diminuição dos valores bastante mais gradual após este período. A evolução da tensão de rotura à tracção corrobora a redução da capacidade da matriz em distribuir os esforços pelas fibras. Caso a diminuição do desempenho resultasse maioritariamente da degradação das fibras, seria expectável que a tensão de rotura à tracção continuasse a diminuir de forma constante, ao invés da situação observada após os 6 meses de exposição. Apesar de as fibras poderem sofrer alguma degradação ao longo do tempo, a sua durabilidade é muito elevada quando comparada com a da matriz. Os provetes protegidos apresentaram valores da tensão de rotura inferiores aos constatados para os provetes da fase 1, nos ensaios ao corte interlaminar e à flexão. Os resultados acabam por estar em conformidade com a evolução da taxa de absorção para cada tipo de provete, comprovando novamente a influência da água na degradação do material em estudo. Somente na tensão de rotura à tracção é que os provetes protegidos apresentaram valores superiores podendo, contudo, o revestimento de protecção ter contribuído com alguma resistência. A diferença de valores entre os provetes protegidos e os da fase 1, nomeadamente no caso da tensão de rotura à flexão para a qual os provetes protegidos apresentam um valor 0,6% inferior, não são muito relevantes. Em todo o caso, para que seja possível validar se a exposição directa das faces de cortadas durante a preparação dos provetes influi conservadoramente nos resultados, é necessário aprofundar futuramente a investigação. Abordando o tema da reversibilidade, os provetes de secagem apresentaram, regra geral, valores bastante superiores aos obtidos para os provetes da fase 1 e para os protegidos. Relativamente aos provetes da fase 1, a maior diferença registou-se na tensão de rotura à flexão após imersão a 20 ºC em água desmineralizada, cujo valor foi 13,2% superior. Quanto aos provetes protegidos, a maior divergência verificou-se na tensão de rotura ao corte depois da imersão a 40 ºC em água desmineralizada, apresentando os provetes de secagem um valor 29,3% superior No caso da imersão em água desmineralizada a 20 ºC, a tensão de rotura à flexão foi até bastante similar à obtida para o segundo grupo de provetes não envelhecidos, sendo o valor apenas 2 % inferior. É de realçar ainda que os provetes de secagem também foram os que apresentaram as maiores taxas de absorção de água. O material GFRP em estudo demonstrou uma capacidade reversível do 125

148 6. CONCLUSÕES E PERSPECTIVAS DE DESENVOLVIMENTOS FUTUROS desempenho reduzido durante a exposição aos agentes de degradação, o que é consistente com a bibliografia consultada. Os provetes envelhecidos em condições naturais durante 12 meses apresentaram resistências superiores aos provetes da fase 1 em envelhecimento acelerado durante 3 meses, à excepção da tensão de rotura dos provetes imersos em solução salina. Relativamente aos provetes da fase 2, apenas os provetes de secagem imersos em água desmineralizada a 20 ºC durante 6 meses obtiveram resultados superiores e somente na tensão de rotura à tracção. Tais resultados levam a deduzir que os dados obtidos durante os ensaios dos provetes expostos a ambientes acelerados poderão equivaler a anos de exposição em condições de envelhecimento natural. Em todo o caso, é importante consolidar esta afirmação com os restantes 9 anos de exposição do material em estudo às condições reais da região de Lisboa. Os efeitos de degradação provocados pelos diversos ambientes de envelhecimento podem ser atenuados através da melhoria das características das fibras e da matriz. Por exemplo, um processo de cura da matriz mais cuidado pode aumentar a resistência do material em estudo à difusão da humidade e fortalecer a ligações químicas da matriz e da interface matriz-fibras. A porosidade pode ser ainda reduzida através da introdução de fillers, como material de enchimento. Também a ocorrência de tensões internas, devido a variações diferenciais de volume motivadas pela alteração da temperatura, pode ser minorada através da compatibilização dos coeficientes de dilatação térmica da matriz e das fibras. Todavia, algumas melhorias propostas conduzem a um aumento do custo de fabrico. 6.2 Perspectivas de desenvolvimentos futuros O trabalho de investigação desenvolvido contribuiu para aprofundar o conhecimento sobre a durabilidade dos perfis pultrudidos de GFRP com matriz de poliéster insaturado e ajudar a esclarecer algumas questões relativas à reversibilidade do desempenho e à influência da protecção superficial na resistência à degradação do material. Contudo, o estado do conhecimento sobre a durabilidade do material em estudo ainda carece de inúmeros esclarecimentos, sugerindo-se neste subcapítulo alguns temas de investigação futura. A investigação realizada até à data deverá ser continuada. Para além da análise da durabilidade dos provetes da fase 1 para períodos de exposição ainda mais alargados, há também todo o interesse em se aprofundar a influência da protecção lateral e a reversibilidade das características através de um processo de secagem. Para tal, sugere-se a realização dos mesmos ensaios de caracterização em provetes expostos durante um período mais alargado e a comparação dos resultados com os obtidos no decorrer da investigação até à data. 126

149 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO Em investigações futuras, também deverão ser estudados os efeitos relativos a outros agentes de degradação, referidos no capítulo 3, e que não foram alvo do presente estudo. Sugere-se que se amplie o conhecimento da influência na durabilidade dos perfis pultrudidos de GFRP com matriz de poliéster de factores como a fadiga, a fluência, os ambientes alcalinos, a acção gelo-degelo e a exposição ao fogo e se analisem ainda os efeitos sinergéticos da actuação conjunta dos diversos agentes de degradação. Para além disto, considera-se muito relevante que se realize a análise da durabilidade a diversos ambientes de envelhecimento em conjunto com aplicações de carga, situação que ocorre na generalidade das utilizações de carácter estrutural na construção. Constatou-se que o nível de cura da matriz pode desempenhar um papel relevante na durabilidade do material. Durante a investigação, observaram-se melhorias de desempenho que foram atribuídas, em parte, a possíveis fenómenos de pós-cura. Poderá ser interessante voltar a envelhecer o material nos mesmos ambientes e garantindo que desta vez o mesmo se encontra devidamente curado. Outro tópico que poderá estar relacionado é a análise da influência do processo de fabrico dos perfis de GFRP na sua durabilidade. O envelhecimento natural dos provetes contribuiu ainda para um conjunto de dados reduzido. Será interessante continuar a avaliação da influência das condições naturais da região de Lisboa durante os próximos 9 anos e correlacionar os resultados com os obtidos nos diversos ambientes acelerados. Para além da análise da resistência mecânica efectuada durante a presente dissertação, sugere-se o estudo do impacte da radiação ultravioleta nos provetes envelhecidos em condições naturais e a comparação dos resultados com os obtidos no decorrer da investigação em condições controladas. Com base no conhecimento aprofundado sobre a durabilidade dos perfis pultrudidos de GFRP com matriz de poliéster e da continuada análise da degradação em envelhecimento natural, será interessante desenvolver um modelo de previsão da durabilidade do material, à semelhança do que acontece para o betão. Outro tema a considerar em investigações futuras é a variedade de matrizes com que um perfil de GFRP poderá ser constituído, para além do poliéster insaturado, como por exemplo o viniléster. Um estudo comparativo entre perfis de GFRP compostos pelos tipos de matrizes mais comercializadas e sobre os seus desempenhos aos agentes de degradação poderá contribuir para aumentar conhecimento sobre este tipo de compósitos e fortalecer a confiança sobre a sua aplicabilidade estrutural. À semelhança do que acontece em relação aos materiais tradicionais, apesar da elevada durabilidade dos perfis de GFRP, ocorre uma diminuição das suas propriedades ao longo do tempo e de acordo com os agentes de degradação a que o material esteja sujeito. Haverá, portanto, a necessidade de se realizarem inspecções periódicas e de manutenção, mesmo que seja reduzida durante o tempo de serviço. Com o aprofundar do conhecimento sobre a durabilidade dos perfis de GFRP, sugere-se a 127

150 6. CONCLUSÕES E PERSPECTIVAS DE DESENVOLVIMENTOS FUTUROS elaboração de um manual que aconselhe a periodicidade das inspecções a realizar durante o tempo de serviço e a manutenção mais adequada ao material. Por último, apesar de existirem já algumas normas referentes à utilização de perfis de GFRP, a informação ainda é limitada sobre várias questões relacionadas com a durabilidade. Aliado a este facto, a informação disponível encontra-se dispersa e é de difícil acesso. Sugere-se a compilação da informação mais relevante e a comparação das características dos perfis de GFRP, da sua durabilidade e da sua sustentabilidade económica com os materiais tradicionais. 128

151 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO Anexos A.1

152 ANEXOS Anexo 1 Caracterização inicial do material GFRP Quadro A1.1 Valores percentuais de fibra de vidro existente nos provetes Provete % fibra de vidro 1 70% 2 67% 3 69% Média 68% Quadro A1.2 Massa volúmica Nº Provete M M-m ρ li ρ provete ρ média (g) (g) (g/cm 3 ) (g/cm 3 ) (g/cm 3 ) 1 4, , ,998 1,935 1,87 2 3, , ,998 1,935 ± 3 3, , ,998 1,739 0,11 A.2

153 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO Anexo 2 Absorção de água Figura A2.1 Variação de massa ao longo do tempo para provetes imersos em água desmineralizada a 20 ºC Figura A2.2 Variação de massa ao longo do tempo para provetes imersos em água desmineralizada a 40 ºC Figura A2.3 Variação de massa ao longo do tempo para provetes imersos em água desmineralizada a 60 ºC A.3

154 ANEXOS Figura A2.4 Variação de massa ao longo do tempo para provetes imersos em solução salina a 20 ºC Figura A2.5 Variação de massa ao longo do tempo para provetes imersos em solução salina a 40 ºC Figura A2.6 Variação de massa ao longo do tempo para provetes imersos em solução salina a 60 ºC A.4

155 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO Figura A2.7 Variação de massa ao longo do tempo para provetes protegidos imersos em água desmineralizada a 20 ºC Figura A2.8 Variação de massa ao longo do tempo para provetes protegidos imersos em água desmineralizada a 40 ºC Figura A2.9 Variação de massa ao longo do tempo para provetes totalmente protegidos imersos em água desmineralizada a 20 ºC A.5

156 ANEXOS Figura A2. 10 Variação de massa ao longo do tempo para provetes totalmente protegidos imersos em água desmineralizada a 40 ºC Figura A2.11 Variação de massa ao longo do tempo para provetes de secagem imersos em água desmineralizada a 20 ºC Figura A2.12 Variação de massa ao longo do tempo para provetes de secagem imersos em água desmineralizada a 40 ºC A.6

157 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO Figura A2.13 Variação de massa ao longo do tempo para provetes protegidos em condensação em contínuo a 40 ºC Figura A2.14 Variação de massa ao longo do tempo para provetes totalmente protegidos em condensação em contínuo a 40 ºC Figura A2. 15 Variação de massa ao longo do tempo para provetes de secagem em condensação em contínuo a 40 ºC A.7

158 ANEXOS Anexo 3 Análise mecânica dinâmica (DMA) Quadro A3.1 Resultados da temperatura de transição vítrea para provetes não envelhecidos Não Envelhecidos Temperatura de transição vítrea (ºC) Provete E' tan δ Início Meio Fim E'' 1 145,1 101,8 137,8 161,3 132, ,7 123,4 143,9 166,0 133, ,5 106,1 136,1 161,5 129,4 Média 146,1 110,4 139,3 162,9 131,8 Desvio-Padrão 2,3 11,4 4,1 2,7 2,1 Quadro A3.2 Resultados da temperatura de transição vítrea para provetes envelhecidos em imersão em água desmineralizada durante 3 meses Temperatura de imersão (ºC) Temperatura de transição vítrea (ºC) Provete E' tan δ Início Meio Fim E'' 1 143,5 101,5 135,1 159,8 127, ,2 100,9 133,6 159,7 128, ,2 75,6 132,1 160,8 128,2 Média 144,3 92,7 133,6 160,1 127,9 Desvio-Padrão 0,9 14,8 1,5 0,6 0, ,2 110,5 140,2 164,3 132, ,6 143,5 166,5 135, ,8 105,5 135,0 161,8 130,8 Média 149,0 107,5 139,6 164,2 133,1 Desvio-Padrão 7,4 2,6 4,3 2,4 2, ,6 105,3 129,9 163,5 126, ,7 97,7 126,0 162,0 122, ,3 96,3 126,4 161,5 124,3 Média 144,9 99,8 127,4 162,3 124,6 Desvio-Padrão 12,6 4,8 2,1 1,0 1,9 A.8

159 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO Quadro A3.3 Resultados da temperatura de transição vítrea para provetes envelhecidos em imersão em água desmineralizada durante 6 meses Temperatura de transição vítrea (ºC) Temperatura de imersão (ºC) Provete tan δ E' Início Meio Fim E'' ,8 98,2 123,5 155,0 118, ,3 72,0 113,6 161,1 122, ,8 96,1 120,5 151,3 117,2 Média 137,0 88,8 119,2 155,8 119,2 Desvio-Padrão 9,8 14,6 5,1 4,9 2, ,8 95,0 122,2 155,2 118, ,1 99,0 119,2 152,5 116, ,9 95,8 122,1 156,0 118,9 Média 130,9 96,6 121,2 154,6 118,1 Desvio-Padrão 1,6 2,1 1,7 1,8 1, ,1 96,5 124,7 163,2 123, ,2 97,1 123,2 159,2 120, ,8 103,9 125,5 164,9 123,0 Média 153,0 99,2 124,5 162,4 122,4 Desvio-Padrão 18,9 4,1 1,2 2,9 1,8 Quadro A3.4 Resultados da temperatura de transição vítrea para provetes envelhecidos em imersão em água desmineralizada durante 9 meses Temperatura de imersão (ºC) Temperatura de transição vítrea (ºC) Provete E' tan δ Início Meio Fim E'' 1 123,9 89,7 118,4 139,1 109, ,3 98,2 117,4 138,9 112, Média 122,1 94,0 117,9 139,0 110,7 Desvio-Padrão 2,5 6,0 0,7 0,1 2, ,9 93,6 118,6 148,1 115, ,7 89,2 123,0 147,5 110, ,8 88,1 119,9 143,2 114,3 Média 126,5 90,3 120,5 146,3 113,4 Desvio-Padrão 0,7 2,9 2,3 2,7 3, ,2 96,6 122,1 155,4 118, ,0 88,0 121,4 151,4 116, ,3 94,0 126,5 158,9 199,0 Média 142,5 92,9 123,3 155,2 144,6 Desvio-Padrão 22,4 4,4 2,8 3,8 47,2 A.9

160 ANEXOS Quadro A3.5 Resultados da temperatura de transição vítrea para provetes envelhecidos em imersão em água desmineralizada durante 12 meses Temperatura de imersão (ºC) Temperatura de transição vítrea (ºC) Provete E' tan δ Início Meio Fim E'' 1 145,5 91,8 133,1 161,9 127, ,0 101,5 138,7 163,9 131, ,1 94,6 130,0 156,7 125,8 Média 143,5 96,0 133,9 160,8 128,2 Desvio-Padrão 4,8 5,0 4,4 3,7 3, ,5 99,0 128,3 158,5 123, ,1 98,6 131,8 164,7 127, ,5 106,9 136,7 166,8 129,3 Média 148,4 101,5 132,3 163,3 126,7 Desvio-Padrão 11,3 4,7 4,2 4,3 3, ,5 101,4 141,2 172,4 132, ,4 104,3 141,6 172,0 134, ,6 104,6 149,0 172,9 137,4 Média 167,2 103,4 143,9 172,4 134,7 Desvio-Padrão 1,2 1,8 4,4 0,5 2,5 Quadro A3.6 Resultados da temperatura de transição vítrea para provetes envelhecidos em imersão em água desmineralizada durante 18 meses Temperatura de imersão (ºC) Temperatura de transição vítrea (ºC) Provete E' tan δ Início Meio Fim E'' 1 132,6 94,1 124,8 151,1 121, ,5 87,8 135,8 162,8 126, Média 138,6 91,0 130,3 157,0 124,4 Desvio-Padrão 8,4 4,5 7,8 8,3 3, ,7 99,6 135,5 167,6 128, ,9 108,0 144,3 169,7 129, m4 109,9 131,9 166,6 123,8 Média 159,8 105,8 137,2 168,0 127,4 Desvio-Padrão 1,6 5,5 6,4 1,6 3, ,9 177,3 156,6 175,3 138, ,2 110,8 152,2 174,9 136, ,9 125,9 158,7 175,4 138,4 Média 169,7 138,0 155,8 175,2 137,8 Desvio-Padrão 1,1 34,9 3,3 0,3 1,2 A.10

161 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO Quadro A3.7 Resultados da temperatura de transição vítrea para provetes envelhecidos em imersão em solução salina durante 3 meses Temperatura de imersão (ºC) Temperatura de transição vítrea (ºC) Provete E' tan δ Início Meio Fim E'' 1 142,5 96,5 132,0 157,2 128, ,4 110,1 144,9 164,0 127, ,8 93,3 130,6 155,5 128,1 Média 144,2 100,0 135,8 158,9 127,8 Desvio-Padrão 8,4 8,9 7,9 4,5 0, ,9 104,0 140,4 167,0 135, ,0 103,1 133,3 160,2 131, ,2 104,8 135,6 163,7 130,7 Média 149,7 104,0 136,4 163,6 132,7 Desvio-Padrão 4,9 0,9 3,6 3,4 2, ,6 109,1 150,6 171,7 128, ,9 98,1 149,1 170,4 136, ,5 98,5 131,1 165,4 127,5 Média 162,3 101,9 143,6 169,2 130,7 Desvio-Padrão 0,4 6,2 10,9 3,3 4,7 Quadro A3.8 Resultados da temperatura de transição vítrea para provetes envelhecidos em imersão em solução salina durante 6 meses Temperatura de transição vítrea (ºC) Temperatura de imersão (ºC) Provete tan δ E' Início Meio Fim E'' ,0 89,6 122,3 151,4 119, ,4 104,1 129,1 157,1 123, ,1 92,2 132,1 154,7 123,6 Média 136,5 95,3 127,8 154,4 121,9 Desvio-Padrão 2,7 7,7 5,0 2,9 2, ,4 99,2 127,3 155,5 123, ,3 120,3 147,2 167,1 129, ,7 95,2 130,0 162,9 125,2 Média 147,5 104,9 134,8 161,8 126,0 Desvio-Padrão 10,8 13,5 10,8 5,9 2, ,6 94,2 125,3 160,1 121, ,5 90,7 149,6 170,9 124, ,1 101,8 124,5 160,2 121,4 Média 154,7 95,6 133,1 163,7 122,5 Desvio-Padrão 17,0 5,7 14,3 6,2 1,7 A.11

162 ANEXOS Quadro A3.9 Resultados da temperatura de transição vítrea para provetes envelhecidos em imersão em solução salina durante 9 meses Temperatura de imersão (ºC) Temperatura de transição vítrea (ºC) Provete E' tan δ Início Meio Fim E'' 1 121,9 99,2 113,5 148,4 110, ,1 91,1 121,6 151,2 113, ,1 111,0 123,8 153,5 113,1 Média 124,0 100,4 119,6 151,0 112,2 Desvio-Padrão 2,1 10,0 5,4 2,6 1, ,1 101,2 122,5 152,2 114, ,8 99,7 122,1 155,0 117, ,4 84,6 119,2 147,3 115,4 Média 127,1 95,2 121,3 151,5 115,7 Desvio-Padrão 1,7 9,2 1,8 3,9 1, ,5 95,5 122,0 154,2 118, ,6 91,4 156,9 174,1 106, ,6 103,6 123,8 155,3 117,8 Média 123,9 96,8 134,2 161,2 114,1 Desvio-Padrão 8,1 6,2 19,7 11,2 6,7 Quadro A3.10 Resultados da temperatura de transição vítrea para provetes envelhecidos em imersão em solução salina durante 12 meses Temperatura de imersão (ºC) Temperatura de transição vítrea (ºC) Provete E' tan δ Início Meio Fim E'' 1 146,5 109,9 136,6 161,3 130, ,2 97,8 130,6 159,0 127, ,6 101,9 135,4 160,0 127,8 Média 145,4 103,2 134,2 160,1 128,7 Desvio-Padrão 1,2 6,2 3,2 1,2 1, ,0 102,2 153,2 170,2 133, ,9 110,4 134,4 166,7 132, ,9 112,6 134,4 165,8 130,6 Média 157,9 108,4 140,7 167,6 132,1 Desvio-Padrão 3,6 5,5 10,9 2,3 1, ,1 126,6 157,0 174,5 141, ,7 114,2 142,2 172,7 135, ,5 105,6 149,6 173,5 132,0 Média 168,1 115,5 149,6 173,6 136,3 Desvio-Padrão 1,2 10,6 7,4 0,9 4,7 A.12

163 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO Quadro A3.11 Resultados da temperatura de transição vítrea para provetes envelhecidos em imersão em solução salina durante 18 meses Temperatura de imersão (ºC) Temperatura de transição vítrea (ºC) Provete E' tan δ Início Meio Fim E'' 1 142,9 116,7 132,7 160,0 128, ,1 94,7 130,7 158,4 127, ,3 99,1 140,3 161,8 127,2 Média 143,4 103,5 134,6 160,1 127,5 Desvio-Padrão 1,5 11,6 5,1 1,7 0, ,5 106,1 150,9 171,3 131, ,4 99,1 130,8 165,4 125, ,9 98,0 149,3 170,5 130,9 Média 160,3 101,1 143,7 169,1 129,4 Desvio-Padrão 2,1 4,4 11,2 3,2 3, ,0 116,5 158,5 175,0 138, ,1 126,7 160,5 175,3 150, ,4 122,4 160,5 176,1 148,4 Média 171,2 121,9 159,8 175,5 145,7 Desvio-Padrão 1,1 5,1 1,2 0,6 6,6 Quadro A3.12 Resultados da temperatura de transição vítrea para provetes protegidos envelhecidos em imersão em água desmineralizada durante 6 meses Temperatura de imersão (ºC) Temperatura de transição vítrea (ºC) Provete E' tan δ Início Meio Fim E'' 1 137,3 96,4 128,7 155,6 123, ,6 104,4 136,3 160,2 123,9 Média 138,5 100,4 132,5 157,9 123,5 Desvio-Padrão 1,6 5,7 5,4 3,3 0, ,6 90,2 131,9 158,4 124, ,1 102,3 135,7 163,9 123, ,7 85,4 146,1 167,6 128,0 Média 148,5 92,6 137,9 163,3 125,3 Desvio-Padrão 5,6 8,7 7,4 4,6 2,3 A.13

164 Módulo de armazenamento (MPa) Módulo de perda (MPa) Tan δ ANEXOS Temperatura (ºC) Figura A3.1 Evolução das curvas E, E e tan δ do provete protegido 2 imerso em água desmineralizada a 20 ºC, desconsiderado da amostra Quadro A3.13 Resultados da temperatura de transição vítrea para provetes de secagem envelhecidos em imersão em água desmineralizada durante 6 meses Temperatura de imersão (ºC) 20 Temperatura de transição vítrea (ºC) Provete E' tan δ Início Meio Fim E'' 1 151,2 108,4 149,1 165,4 139, ,3 106,1 142,3 163,9 135, ,1 108,7 138,7 161,8 135,1 Média 149,5 107,7 143,4 163,7 136,6 Desvio-Padrão 1,6 1,4 5,3 1,8 2, ,3 126,2 147,0 166,6 139, ,8 115,2 148,4 167,9 138, ,5 124,9 156,6 170,4 142,6 Média 155,5 122,1 150,7 168,3 140,2 Desvio-Padrão 2,9 6,0 5,2 1,9 2,1 Quadro A3.14 Resultados da temperatura de transição vítrea para provetes envelhecidos em condensação em contínuo a 40 ºC durante 6 meses Condensação em contínuo (ºC) 40 Temperatura de transição vítrea (ºC) Provete E' tan δ Início Meio Fim E'' 1 155,8 70,6 135,5 165,7 113, ,1 89,5 117,3 148,5 113, ,2 94,3 117,0 153,9 108,0 Média 143,0 84,8 123,3 156,0 111,8 Desvio-Padrão 16,7 12,5 10,6 8,8 3,3 A.14

165 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO Quadro A3.15 Resultados da temperatura de transição vítrea para provetes protegidos envelhecidos em condensação em contínuo a 40 ºC durante 6 meses Temperatura de transição vítrea (ºC) Condensação em contínuo (ºC) Provete tan δ E' Início Meio Fim E'' ,1 102,2 132,7 166, ,1 62,0 79,0 124, ,2 90,6 140,5 161,0 - Média 154,8 84,9 117,4 150,5 #DIV/0! Desvio-Padrão 1,6 20,7 33,5 22,7 #DIV/0! Quadro A3.16 Resultados da temperatura de transição vítrea para provetes de secagem envelhecidos em condensação em contínuo a 40 ºC durante 6 meses Temperatura de transição vítrea (ºC) Condensação em contínuo (ºC) Provete tan δ E' Início Meio Fim E'' ,0 135,1 148,2 170,3 139, ,6 110,8 147,8 168,1 139, ,5 117,7 147,2 167,0 139,6 Média 156,4 121,2 147,7 168,5 139,5 Desvio-Padrão 1,8 12,5 0,5 1,7 0,2 Quadro A3.17 Resultados da temperatura de transição vítrea para provetes em envelhecimento natural durante 12 meses Envelhecimento natural 12 meses Temperatura de transição vítrea (ºC) Provete E' tan δ Início Meio Fim E'' 1 142,4 97,4 133,7 157,2 130, ,6 106,7 141,4 163,4 130, ,0 97,5 137,4 161,3 131,7 Média 145,0 100,5 137,5 160,6 130,9 Desvio-Padrão 2,3 5,3 3,9 3,2 0,7 A.15

166 ANEXOS Anexo 4 Ensaio ao corte interlaminar Quadro A4.1 Resultados dos ensaios de corte interlaminar a provetes não envelhecidos Provete F sbs (MPa) 0C1 41,05 0C2 40,41 0C3 39,26 0C4 37,30 0C5 34,39 Média 38,48 Desvio-padrão 2,69 A.16

167 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO Quadro A4.2 Resultados dos ensaios de corte interlaminar realizados a provetes imersos em água desmineralizada durante 18 meses de campanha experimental Tempo de envelhecimento 3 meses 6 meses 9 meses 12 meses 18 meses Temperatura do ambiente de envelhecimento (ºC) F sbs Provete (MPa) Provete (MPa) Provete (MPa) 1.1C1 30,88 1.2C6 35,16 1.3C1 24,26 1.1C2 34,39 1.2C10 31,90 1.3C4 23,29 1.1C3 26,89 1.2C17 32,79 1.3C9 20,02 1.1C4 30,95 1.2C24 30,71 1.3C17 24,34 1.1C5 31,17 1.2C29 30,81 1.3C22 23,20 Média 30,86 Média 32,27 Média 23,02 Desvio-padrão 2,66 Desvio-padrão 1,82 Desvio-padrão 1,76 1.1C1 31,50 1.2C6 31,46 1.3C1 19,20 1.1C2 33,96 1.2C10 26,53 1.3C4 20,17 1.1C3 33,91 1.2C17 26,38 1.3C9 20,49 1.1C4 32,03 1.2C24 27,62 1.3C17 19,22 1.1C5 32,79 1.2C29 28,82 1.3C22 23,46 Média 32,84 Média 28,16 Média 20,51 Desvio-padrão 1,10 Desvio-padrão 2,09 Desvio-padrão 1,75 1.1C17 31,28 1.2C1 23,15 1.3C5 21,92 1.1C20 31,26 1.2C3 25,97 1.3C14 20,84 1.1C22 25,56 1.2C5 26,89 1.3C24 19,57 1.1C26 29,70 1.2C11 21,85 1.3C26 20,08 1.1C29 32,37 1.2C18 21,12 1.3C27 18,32 Média 30,03 Média 23,80 Média 20,15 Desvio-padrão 2,68 Desvio-padrão 2,53 Desvio-padrão 1,35 1.1C11 31,32 1.2C7 25,74 1.3C3 21,30 1.1C16 31,50 1.2C15 25,36 1.3C15 21,48 1.1C18 27,58 1.2C16 25,70 1.3C19 22,04 1.1C21 33,38 1.2C26 27,48 1.3C21 19,02 1.1C24 31,69 1.2C28 26,44 1.3C28 20,93 Média 31,09 Média 26,14 Média 20,96 Desvio-padrão 2,13 Desvio-padrão 0,84 Desvio-padrão 1,16 1.1C12 33,24 1.2C8 32,48 1.3C11 21,68 1.1C19 34,39 1.2C9 23,75 1.3C13 21,40 1.1C23 31,78 1.2C12 26,10 1.3C20 22,84 1.1C27 35,39 1.2C25 27,35 1.3C29 23,41 1.1C28 33,29 1.2C27 28,10 1.3C30 21,93 Média 33,62 Média 27,56 Média 22,25 Desvio-padrão 1,36 Desvio-padrão 3,21 Desvio-padrão 0,84 F sbs F sbs A.17

168 ANEXOS Quadro A4.3 Resultados dos ensaios de corte interlaminar realizados a provetes imersos em solução salina durante 18 meses de campanha experimental Tempo de envelhecimento 3 meses 6 meses 9 meses 12 meses 18 meses Temperatura do ambiente de envelhecimento (ºC) F sbs Provete (MPa) Provete (MPa) Provete (MPa) 2.1C1 25,56 2.2C5 27,67 2.3C4 23,98 2.1C2 28,80 2.2C10 33,19 2.3C8 27,43 2.1C3 34,51 2.2C13 30,76 2.3C9 24,61 2.1C4 34,66 2.2C14 32,85 2.3C11 19,13 2.1C5 33,75 2.2C23 35,33 2.3C18 26,20 Média 31,46 Média 31,96 Média 24,27 Desvio-padrão 4,08 Desvio-padrão 2,89 Desvio-padrão 3,18 2.1C1 29,68 2.2C5 27,81 2.3C4 20,91 2.1C2 30,33 2.2C10 31,43 2.3C8 20,88 2.1C3 29,80 2.2C13 27,20 2.3C9 23,79 2.1C4 28,20 2.2C14 33,38 2.3C11 20,01 2.1C5 33,93 2.2C23 32,73 2.3C18 20,40 Média 30,39 Média 30,51 Média 21,20 Desvio-padrão 2,13 Desvio-padrão 2,84 Desvio-padrão 1,49 2.1C14 30,31 2.2C15 26,50 2.3C1 21,76 2.1C16 31,18 2.2C20 23,66 2.3C15 23,89 2.1C19 31,86 2.2C22 27,50 2.3C17 20,95 2.1C21 34,57 2.2C29 24,59 2.3C21 19,46 2.1C29 30,11 2.2C30 27,47 2.3C24 20,85 Média 31,61 Média 25,94 Média 21,38 Desvio-padrão 1,80 Desvio-padrão 1,74 Desvio-padrão 1,63 2.1C12 28,99 2.2C3 26,85 2.3C2 22,21 2.1C18 33,58 2.2C21 29,40 2.3C16 23,12 2.1C20 31,17 2.2C24 26,38 2.3C20 21,93 2.1C22 43,25 2.2C25 29,41 2.3C23 22,62 2.1C26 29,85 2.2C27 26,87 2.3C29 24,38 Média 33,37 Média 27,78 Média 22,85 Desvio-padrão 5,79 Desvio-padrão 1,49 Desvio-padrão 0,97 2.1C15 31,44 2.2C3 27,49 2.3C5 20,88 2.1C17 31,00 2.2C9 30,20 2.3C10 23,72 2.1C24 32,65 2.2C11 19,73 2.3C12 22,28 2.1C27 32,61 2.2C26 26,04 2.3C27 21,17 2.1C28 32,39 2.2C28 25,55 2.3C30 22,37 Média 32,02 Média 25,80 Média 22,08 Desvio-padrão 0,75 Desvio-padrão 3,85 Desvio-padrão 1,13 F sbs F sbs A.18

169 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO Quadro A4.4 Resultados dos ensaios de corte interlaminar realizados a provetes protegidos imersos em água desmineralizada durante 6 meses Tempo de envelhecimento 6 meses Temperatura do ambiente de envelhecimento (ºC) Provete F sbs (MPa) Provete F sbs (MPa) 1.1PC1 29,80 1.2PC1 27,00 1.1PC2 31,48 1.2PC2 25,28 1.1PC3 29,10 1.2PC3 22,00 1.1PC4 28,81 1.2PC4 28,36 1.1PC5 30,74 1.2PC13 26,17 Média 29,99 Média 25,76 Desvio-padrão 1,12 Desvio-padrão 2,39 Quadro A4.5 Resultados dos ensaios de corte interlaminar realizados a provetes de secagem imersos em água desmineralizada durante 6 meses Tempo de envelhecimento 6 meses Temperatura do ambiente de envelhecimento (ºC) Provete F sbs (MPa) Provete F sbs (MPa) 1.1SC1 28,42 1.2SC1 32,99 1.1SC2 35,23 1.2SC2 35,05 1.1SC3 35,37 1.2SC3 30,68 1.1SC5 34,06 1.2SC6 32,08 1.1SC11 30,25 1.2SC15 35,68 Média 32,67 Média 33,30 Desvio-padrão 3,15 Desvio-padrão 2,07 Quadro A4.6 Resultados dos ensaios de corte interlaminar realizados a provetes da fase 1 expostos a condensação em contínuo a 40 ºC Tempo de envelhecimento 3 meses 6 meses 9 meses Provete F sbs (MPa) Provete F sbs (MPa) Provete F sbs (MPa) 3C1 28,39 3C6 31,32 3C11 24,33 3C2 22,60 3C7 29,51 3C12 28,01 3C3 24,34 3C8 27,23 3C13 24,30 3C4 26,42 3C9 26,46 3C14 24,32 3C5 27,06 3C10 29,91 3C15 23,99 Média 25,77 Média 28,89 Média 24,99 Desvio-padrão 2,29 Desvio-padrão 2,00 Desvio-padrão 1,70 A.19

170 Força (KN) ANEXOS Quadro A4.7 Resultados dos ensaios de corte interlaminar realizados a provetes protegidos e de secagem expostos a condensação em contínuo a 40 ºC durante 6 meses Tempo de envelhecimento 6 meses Tipo de provete Protegidos Secagem Provete F sbs (MPa) Provete F sbs (MPa) 1.3PC3 26,83 1.3SC6 32,76 1.3PC6 29,90 1.3SC7 31,11 1.3PC7 23,69 1.3SC8 28,02 1.3PC8 26,02 1.3SC9 29,66 1.3PC9 30,44 1.3SC10 28,76 Média 27,38 Média 30,06 Desvio-padrão 2,80 Desvio-padrão 1,90 Quadro A4.8 Resultados dos ensaios de corte interlaminar realizados a provetes em envelhecimento natural durante 12 meses Tempo de envelhecimento 12 meses Envelhecimento natural Provete F sbs (MPa) 8C5 33,54 8C6 36,03 8C7 39,54 8C8 33,21 8C9 38,87 Média 36,24 Desvio-padrão 2,93 2,5 2 1,5 1 0,5 1.1 C C C C C ,5 1 1,5 2 2,5 3 Deformação (mm) Figura A4.1 Curvas experimentais relativas ao ensaio de corte interlaminar de provetes imersos em água desmineralizada a 20 ºC durante 12 meses A.20

171 Força (KN) Força (KN) Força (KN) DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO 2 1,8 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0, ,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 Deformação (mm) 1.2 C C C C C 28 Figura A4.2 Curvas experimentais relativas ao ensaio de corte interlaminar de provetes imersos em água desmineralizada a 40 ºC durante 12 meses 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0, ,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 Deformação (mm) 1.3 C C C C C 28 Figura A4.3 Curvas experimentais relativas ao ensaio de corte interlaminar de provetes imersos em água desmineralizada a 60 ºC durante 12 meses 2,5 2 1,5 1 0,5 2.1 C C C C C ,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 Deformação (mm) Figura A4.4 Curvas experimentais relativas ao ensaio de corte interlaminar de provetes imersos em solução salina a 20 ºC durante 12 meses A.21

172 Força (KN) Força (KN) Força (KN) ANEXOS 2 1,8 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0, ,5 1 1,5 2 2,5 3 Deformação (mm) 2.2 C C C C C 27 Figura A4.5 Curvas experimentais relativas ao ensaio de corte interlaminar de provetes imersos em solução salina a 40 ºC durante 12 meses 1,8 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0, ,5 1 1,5 2 2,5 Deformação (mm) 2.3 C C C C C 29 Figura A4.6 Curvas experimentais relativas ao ensaio de corte interlaminar de provetes imersos em solução salina a 60 ºC durante 12 meses 2,5 2 1,5 1 0,5 1.1 C C C C C ,5 1 1,5 Deformação (mm) Figura A4.7 Curvas experimentais relativas ao ensaio de corte interlaminar de provetes imersos em água desmineralizada a 20 ºC durante 18 meses A.22

173 Força (KN) Força (KN) Força (KN) DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO 2,5 2 1,5 1 0,5 1.2 C C C C C ,5 1 1,5 Deformação (mm) Figura A4.8 Curvas experimentais relativas ao ensaio de corte interlaminar de provetes imersos em água desmineralizada a 40 ºC durante 18 meses 1,8 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0, ,5 1 1,5 2 2,5 3 Deformação (mm) 1.3 C C C C C 30 Figura A4.9 Curvas experimentais relativas ao ensaio de corte interlaminar de provetes imersos em água desmineralizada a 60 ºC durante 18 meses 2,5 2 1,5 1 0,5 2.1 C C C C C ,5 1 1,5 Deformação (mm) Figura A4.10 Curvas experimentais relativas ao ensaio de corte interlaminar de provetes imersos em solução salina a 20 ºC durante 18 meses A.23

174 Força (KN) Força (KN) Força (KN) ANEXOS 2,5 2 1,5 1 0,5 2.2 C C C C C ,5 1 1,5 2 2,5 Deformação (mm) Figura A4.11 Curvas experimentais relativas ao ensaio de corte interlaminar de provetes imersos em solução salina a 40 ºC durante 18 meses 1,8 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0, ,5 1 1,5 Deformação (mm) 2.3 C C C C C 30 Figura A4.12 Curvas experimentais relativas ao ensaio de corte interlaminar de provetes imersos em solução salina a 60 ºC durante 18 meses 3 2,5 2 1,5 1 0,5 1.1 P C P C P C P C P C ,5 1 1,5 Deformação (mm) Figura A4.13 Curvas experimentais relativas ao ensaio de corte interlaminar de provetes protegidos imersos em água desmineralizada a 20 ºC durante 6 meses A.24

175 Força (KN) Força (KN) Força (KN) DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO 2,5 2 1,5 1 0,5 1.2 P C P C P C P C P C ,5 1 1,5 Deformação (mm) Figura A4.14 Curvas experimentais relativas ao ensaio de corte interlaminar de provetes protegidos imersos em água desmineralizada a 40 ºC durante 6 meses 2,5 2 1,5 1 0,5 1.3 P C P C P C P C P C ,5 1 1,5 Deformação (mm) Figura A4.15 Curvas experimentais relativas ao ensaio de corte interlaminar de provetes protegidos em condensação em contínuo a 40 ºC durante 6 meses 3 2,5 2 1,5 1 0,5 1.1 S C S C S C S C S C ,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 Deformação (mm) Figura A4.16 Curvas experimentais relativas ao ensaio de corte interlaminar de provetes de secagem imersos em água desmineralizada a 20 ºC durante 6 meses A.25

176 Força (KN) Força (KN) Força (KN) ANEXOS 2,5 2 1,5 1 0,5 1.2 S C S C S C S C S C ,5 1 1,5 2 2,5 Deformação (mm) Figura A4.17 Curvas experimentais relativas ao ensaio de corte interlaminar de provetes de secagem imersos em água desmineralizada a 40 ºC durante 6 meses 2,5 2 1,5 1 0,5 1.3 S C S C S C S C S C ,5 1 1,5 2 2,5 3 Deformação (mm) Figura A4.18 Curvas experimentais relativas ao ensaio de corte interlaminar de provetes de secagem em condensação em contínuo a 40 ºC durante 6 meses 3 2,5 2 1,5 1 0,5 8 C 5 8 C 6 8 C 7 8 C 8 8 C ,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 Deformação (mm) Figura A4.19 Curvas experimentais relativas ao ensaio de corte interlaminar de provetes em envelhecimento natural durante 12 meses A.26

177 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO Anexo 5 Ensaio à flexão Quadro A5.1 Resultados dos ensaios de flexão a provetes não envelhecidos Provete b (mm) h (mm) σ fu (MPa) ε fu (%) E f (GPa) 0F1 15,80 4,29 329,59 0,04 12,72 0F2 14,64 4,26 412,55 0,04 16,34 0F3 14,90 4,88 497,01 0,03 24,48 0F4 14,87 5,31 386,11 0,03 16,70 0F5 15,40 4,73 460,62 0,02 29,59 Média 417,17 0,03 19,97 Desvio-Padrão 65,04 0,01 6,88 Provete b (mm) h (mm) σ fu (MPa) ε fu (%) E f (GPa) P 01 14,50 5,51 432,02 0,03 17,25 P 02 14,91 4,72 472,68 0,03 23,16 P 03 14,51 4,75 442,44 0,03 19,43 P 04 14,95 4,97 440,82 0,03 18,27 P 05 16,03 4,61 494,38 0,03 24,22 P 06 15,32 5,20 447,46 0,02 28,53 P 07 14,99 5,06 399,64 0,02 21,12 P 08 15,14 5,52 648,19 0,03 28,86 Média 472,20 0,03 22,60 Desvio-Padrão 76,37 0,01 4,42 A.27

178 ANEXOS Quadro A5.2 Resultados dos ensaios de flexão realizados a provetes imersos em água desmineralizada durante 3 meses Temperatura de imersão (ºC) Provete b (mm) h (mm) σ fu (MPa) ε fu (%) E f (GPa) F7 14,97 5,05 418,11 0,03 20,31 1.1F9 14,88 4,82 464,08 0,02 18,35 1.1F12 14,62 5,03 396,50 0,03 13,51 1.1F22 15,68 4,85 477,64 0,03 14,75 1.1F26 15,99 4,63 402,11 0,03 13,61 Média 431,69 0,03 16,11 Desvio-Padrão 36,94 0,00 3,06 1.2F18 14,87 4,88 432,82 0,02 15,80 1.2F20 14,78 4,81 392,58 0,02 15,35 1.2F23 16,41 4,77 440,02 0,02 16,73 1.2F26 14,87 4,75 449,37 0,02 20,17 1.2F30 14,89 5,37 417,71 0,03 17,07 Média 426,50 0,02 17,02 Desvio-Padrão 22,21 0,00 1,89 1.3F3 15,91 4,64 387,11 0,02 14,49 1.3F14 14,76 4,85 384,16 0,02 19,15 1.3F16 16,33 4,64 332,99 0,02 14,95 1.3F19 15,67 4,75 398,98 0,02 18,63 1.3F28 14,86 4,96 359,99 0,02 17,69 Média 372,65 0,02 16,98 Desvio-Padrão 26,31 0,00 2,14 A.28

179 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO Quadro A5.3 Resultados dos ensaios de flexão realizados a provetes imersos em água desmineralizada durante 6 meses Temperatura de imersão (ºC) Provete b (mm) h (mm) σ fu (MPa) ε fu (%) E f (GPa) F2 16,04 4,63 407,77 0,03 15,11 1.1F6 16,59 4,82 415,27 0,03 14,71 1.1F20 14,77 5,03 378,26 0,03 14,74 1.1F27 14,77 4,85 417,81 0,03 16,42 1.1F29 14,85 4,63 424,78 0,02 23,05 Média 408,78 0,03 16,81 Desvio-Padrão 18,11 0,00 3,56 1.2F1 14,87 4,88 393,02 0,02 15,81 1.2F2 14,78 4,81 434,11 0,02 17,77 1.2F5 16,41 4,77 378,15 0,02 14,22 1.2F8 14,87 4,75 414,64 0,02 16,89 1.2F15 14,89 5,37 366,41 0,02 13,73 Média 397,27 0,02 15,68 Desvio-Padrão 27,36 0,00 1,72 1.3F1 15,25 5,01 237,54 0,02 14,67 1.3F9 15,57 4,76 319,59 0,02 12,82 1.3F15 15,72 5,09 300,64 0,02 16,46 1.3F18 15,79 4,97 273,59 0,02 12,81 1.3F21 16,10 4,99 307,79 0,02 16,01 Média 287,83 0,02 14,55 Desvio-Padrão 32,80 0,00 1,72 A.29

180 ANEXOS Quadro A5.4 Resultados dos ensaios de flexão realizados a provetes imersos em água desmineralizada durante 9 meses Temperatura de imersão (ºC) Provete b (mm) h (mm) σ fu (MPa) ε fu (%) E f (GPa) F13 16,06 4,88 449,37 0,03 15,27 1.1F24 14,83 4,82 435,53 0,03 18,76 1.1F25 15,92 5,03 403,55 0,03 13,89 1.1F28 16,10 4,85 383,87 0,02 15,54 Média 418,08 0,03 15,87 Desvio-Padrão 29,80 0,00 2,06 1.2F19 14,87 4,88 415,92 0,02 19,30 1.2F13 14,78 4,81 366,57 0,02 22,46 1.2F16 16,41 4,77 318,34 0,02 17,14 1.2F27 14,87 4,75 349,45 0,02 21,89 1.2F29 14,89 5,37 366,03 0,02 15,23 Média 363,26 0,02 19,20 Desvio-Padrão 35,36 0,00 3,08 1.3F2 15,59 4,84 309,56 0,02 18,52 1.3F5 15,63 4,79 284,85 0,02 17,82 1.3F7 16,24 5,14 275,87 0,02 18,54 1.3F17 14,84 4,59 289,02 0,02 15,95 1.3F29 14,86 4,96 325,14 0,02 18,09 Média 296,89 0,02 17,79 Desvio-Padrão 20,05 0,00 1,07 A.30

181 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO Quadro A5.5 Resultados dos ensaios de flexão realizados a provetes imersos em água desmineralizada durante 12 meses Temperatura de imersão (ºC) Provete b (mm) h (mm) σ fu (MPa) ε fu (%) E f (GPa) F1 14,92 4,59 368,32 0,02 17,43 1.1F3 14,97 4,61 399,98 0,03 15,29 1.1F8 14,76 4,82 444,63 0,02 17,45 1.1F21 14,91 4,87 422,59 0,02 20,00 1.1F30 14,73 4,83 397,45 0,03 15,26 Média 406,59 0,02 17,09 Desvio-Padrão 28,70 0,00 1,96 1.2F3 15,81 5,33 446,90 0,02 24,19 1.2F7 14,66 5,24 298,74 0,02 11,60 1.2F11 14,91 4,74 330,37 0,02 13,65 1.2F19 15,61 4,76 419,22 0,02 15,80 1.2F24 14,97 4,93 378,50 0,02 14,10 Média 374,75 0,02 15,87 Desvio-Padrão 61,12 0,00 4,89 1.3F4 14,92 4,83 278,40 0,02 13,95 1.3F10 15,16 4,68 253,96 0,02 12,66 1.3F22 15,08 5,17 216,78 0,02 11,51 1.3F23 15,26 4,68 360,18 0,02 18,27 1.3F26 14,77 5,05 261,86 0,02 12,59 Média 274,24 0,02 13,79 Desvio-Padrão 53,08 0,00 2,65 A.31

182 ANEXOS Quadro A5.6 Resultados dos ensaios de flexão realizados a provetes imersos em água desmineralizada durante 18 meses Temperatura de imersão (ºC) Provete b (mm) h (mm) σ fu (MPa) ε fu (%) E f (GPa) F4 16,00 5,15 353,11 0,02 13,63 1.1F14 16,03 4,38 402,46 0,03 0,00 1.1F17 14,86 4,83 496,23 0,02 0,00 1.1F19 14,98 4,79 392,69 0,02 0,00 1.1F23 15,81 4,86 433,61 0,02 0,00 Média 415,62 0,02 14,42 Desvio-Padrão 53,45 0,00 0,75 1.2F6 14,87 4,94 383,54 0,02 12,00 1.2F14 14,65 5,03 395,79 0,02 15,25 1.2F21 16,11 4,87 404,40 0,02 14,06 1.2F22 16,10 5,17 247,24 0,02 11,77 1.2F28 14,94 5,02 354,29 0,02 13,31 Média 357,05 0,02 13,28 Desvio-Padrão 64,24 0,00 1,45 1.3F6 14,89 4,81 304,97 0,01 22,64 1.3F8 15,76 4,87 290,49 0,02 16,11 1.3F20 16,68 4,65 301,51 0,02 17,19 1.3F24 14,77 4,94 301,28 0,02 18,45 Média 299,56 0,02 18,60 Desvio-Padrão 6,28 0,00 2,86 A.32

183 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO Quadro A5.7 Resultados dos ensaios de flexão realizados a provetes imersos em solução salina durante 3 meses Temperatura de imersão (ºC) Provete b (mm) h (mm) σ fu (MPa) ε fu (%) E f (GPa) F17 14,87 4,85 453,98 0,02 18,65 2.1F20 15,53 4,81 425,42 0,03 15,39 2.1F22 15,59 4,97 465,31 0,03 15,83 2.1F23 14,04 4,35 369,80 0,03 14,63 2.1F26 16,51 4,89 438,56 0,02 16,64 Média 430,61 0,03 16,23 Desvio-Padrão 37,21 0,01 1,54 2.2F2 15,72 4,36 402,80 0,03 15,78 2.2F9 16,22 4,95 440,14 0,02 20,45 2.2F13 15,65 4,71 404,94 0,03 16,98 2.2F29 14,92 5,04 373,97 0,02 16,68 2.2F30 14,59 4,79 425,22 0,02 21,39 Média 409,41 0,02 18,25 Desvio-Padrão 25,07 0,00 2,49 2.3F2 14,81 4,73 381,93 0,02 14,92 2.3F21 14,97 4,64 416,35 0,03 12,79 2.3F27 14,88 4,20 362,74 0,03 12,06 2.3F28 16,42 5,12 353,93 0,02 15,88 2.3F30 14,88 4,82 469,66 0,02 17,28 Média 396,92 0,03 14,58 Desvio-Padrão 47,20 0,00 2,16 A.33

184 ANEXOS Quadro A5.8 Resultados dos ensaios de flexão realizados a provetes imersos em solução salina durante 6 meses Temperatura de imersão (ºC) Provete b (mm) h (mm) σ fu (MPa) ε fu (%) E f (GPa) F3 14,84 4,38 365,47 0,03 12,26 2.1F4 14,95 4,47 452,20 0,03 17,15 2.1F6 14,86 4,94 472,75 0,03 21,80 2.1F16 14,78 4,59 476,66 0,02 22,37 2.1F24 14,82 4,71 468,71 0,02 20,71 Média 447,16 0,03 18,86 Desvio-Padrão 46,61 0,00 4,21 2.2F12 14,81 4,72 478,85 0,02 21,86 2.2F18 14,73 4,86 373,25 0,03 14,77 2.2F24 14,87 4,88 444,33 0,03 18,14 2.2F27 15,99 4,70 472,55 0,02 20,85 2.2F28 15,68 5,26 268,70 0,02 12,93 Média 407,53 0,02 17,71 Desvio-Padrão 88,20 0,00 3,83 2.3F5 15,98 5,01 378,85 0,02 15,26 2.3F6 14,65 4,53 343,72 0,02 15,97 2.3F7 15,75 4,44 349,89 0,02 16,35 2.3F9 14,66 4,74 436,61 0,02 19,04 2.3F18 15,37 4,39 351,79 0,03 13,64 Média 372,17 0,02 16,05 Desvio-Padrão 38,47 0,00 1,96 A.34

185 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO Quadro A5.9 Resultados dos ensaios de flexão realizados a provetes imersos em solução salina durante 9 meses Temperatura de imersão (ºC) Provete b (mm) h (mm) σ fu (MPa) ε fu (%) E f (GPa) F13 14,91 4,76 459,43 0,03 18,70 2.1F14 14,82 4,64 408,01 0,02 17,54 2.1F18 15,57 4,64 422,98 0,03 16,21 2.1F27 15,26 5,02 413,56 0,02 17,60 2.1F28 14,72 4,55 420,04 0,02 21,68 Média 424,81 0,03 18,35 Desvio-Padrão 20,21 0,00 2,06 2.2F8 16,09 4,91 466,57 0,02 22,88 2.2F14 15,37 4,77 380,15 0,05 16,61 2.2F15 14,46 5,45 437,16 0,03 17,94 2.2F25 14,83 4,53 467,70 0,02 22,15 2.2F26 14,95 4,85 425,90 0,02 23,79 Média 435,50 0,03 20,67 Desvio-Padrão 35,92 0,01 3,19 2.3F3 14,63 5,40 379,83 0,02 16,57 2.3F4 15,30 5,25 300,23 0,02 17,67 2.3F8 14,90 4,48 338,11 0,03 15,86 2.3F25 16,20 4,72 402,91 0,02 22,09 2.3F29 16,01 5,12 364,76 0,02 19,28 Média 357,17 0,02 18,29 Desvio-Padrão 39,59 0,00 2,48 A.35

186 ANEXOS Quadro A5.10 Resultados dos ensaios de flexão realizados a provetes imersos em solução salina durante 12 meses Temperatura de imersão (ºC) Provete b (mm) h (mm) σ fu (MPa) ε fu (%) E f (GPa) F1 15,02 5,18 382,45 0,03 14,84 2.1F9 14,87 5,39 313,32 0,02 14,23 2.1F21 15,94 4,79 428,62 0,02 17,32 2.1F29 15,73 5,38 384,57 0,03 15,63 2.1F30 14,95 4,38 367,69 0,03 12,19 Média 375,33 0,03 14,84 Desvio-Padrão 41,47 0,00 1,89 2.2F4 14,78 4,70 410,37 0,02 14,81 2.2F10 14,74 4,89 395,99 0,03 14,66 2.2F11 14,82 5,39 375,80 0,03 12,46 2.2F16 14,86 5,29 318,89 0,02 12,13 2.2F22 15,93 4,68 384,78 0,03 13,89 Média 377,17 0,03 13,59 Desvio-Padrão 35,05 0,00 1,24 2.3F11 14,81 4,99 338,67 0,02 14,69 2.3F14 15,46 4,39 296,78 0,02 14,51 2.3F17 16,74 4,63 350,63 0,02 16,01 2.3F19 14,94 5,47 357,96 0,02 15,73 2.3F23 14,96 5,05 345,60 0,02 15,25 Média 337,93 0,02 15,24 Desvio-Padrão 24,06 0,00 0,65 A.36

187 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO Quadro A5.11 Resultados dos ensaios de flexão realizados a provetes imersos em solução salina durante 18 meses Temperatura de imersão (ºC) Provete b (mm) h (mm) σ fu (MPa) ε fu (%) E f (GPa) F2 16,19 4,87 422,31 0,03 15,46 2.1F5 14,91 4,99 345,29 0,02 17,67 2.1F8 15,24 4,94 494,89 0,03 10,33 2.1F11 14,85 4,76 500,95 0,02 12,55 2.1F19 14,83 5,03 286,87 0,03 10,51 Média 410,06 0,03 13,30 Desvio-Padrão 93,51 0,00 3,20 2.2F1 14,96 5,36 392,20 0,02 15,39 2.2F5 14,73 4,79 410,57 0,03 14,20 2.2F6 15,93 4,84 373,78 0,02 16,57 2.2F7 16,36 4,90 401,60 0,02 17,92 2.2F21 14,78 4,60 409,06 0,02 23,07 Média 397,44 0,02 17,43 Desvio-Padrão 15,10 0,00 3,44 2.3F1 14,98 4,78 382,07 0,02 12,78 2.3F12 14,31 4,24 332,16 0,02 14,81 2.3F13 15,36 4,77 376,65 0,02 15,90 2.3F20 14,65 4,74 366,49 0,02 12,75 2.3F26 14,91 4,57 359,74 0,02 13,92 Média 363,42 0,02 14,03 Desvio-Padrão 19,51 0, A.37

188 ANEXOS Quadro A5.12 Resultados dos ensaios de flexão realizados a provetes protegidos imersos em água desmineralizada durante 6 meses Temperatura de imersão (ºC) Provete b (mm) h (mm) σ fu (MPa) ε fu (%) E f (GPa) PF2 15,08 4,74 403,88 0,02 17,33 1.1PF3 15,19 5,13 424,80 0,02 23,08 1.1PF13 15,08 4,97 420,07 0,02 23,52 1.1PF14 15,36 4,67 393,33 0,02 18,01 1.1PF15 15,64 5,00 389,95 0,02 22,30 Média 406,41 0,02 20,85 Desvio-Padrão 15,60 0,00 2,94 1.2PF10 15,13 4,70 365,31 0,03 19,87 1.2PF11 15,16 4,73 397,12 0,02 24,94 1.2PF12 15,28 5,15 384,61 0,02 21,69 1.2PF14 15,28 4,65 367,83 0,02 17,16 1.2PF15 15,28 4,69 355,61 0,02 16,98 Média 374,10 0,02 20,13 Desvio-Padrão 16,57 0,00 3,33 Quadro A5.13 Resultados dos ensaios de flexão realizados a provetes de secagem imersos em água desmineralizada durante 6 meses Temperatura de imersão (ºC) Provete b (mm) h (mm) σ fu (MPa) ε fu (%) E f (GPa) SF1 15,08 4,74 507,53 0,03 21,71 1.1SF2 15,19 5,13 401,33 0,03 17,94 1.1SF3 15,08 4,97 461,25 0,04 17,82 1.1SF7 15,36 4,67 508,62 0,03 23,83 1.1SF8 15,64 5,00 434,92 0,03 18,41 Média 462,73 0,03 19,94 Desvio-Padrão 46,53 0,00 2,70 1.2SF1 15,13 4,70 394,52 0,03 17,08 1.2SF2 15,16 4,73 470,13 0,02 25,42 1.2SF10 15,28 5,15 391,60 0,02 16,90 1.2SF11 15,28 4,65 444,57 0,03 18,37 1.2SF15 15,28 4,69 479,81 0,02 23,17 Média 436,13 0,02 20,19 Desvio-Padrão 41,38 0,00 3,87 A.38

189 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO Quadro A5.14 Resultados dos ensaios de flexão realizados a provetes envelhecidos em condensação em contínuo a 40ºC Tempo de envelhecimento Provete b (mm) h (mm) σ fu (MPa) ε fu (%) E f (GPa) 3 meses 6 meses 9 meses 3F1 15,66 4,94 263,16 0,02 11,40 3F2 15,66 4,95 277,83 0,03 11,49 3F3 15,65 4,79 392,81 0,02 16,28 3F4 14,81 5,15 360,47 0,02 16,22 3F5 16,13 5,15 399,77 0,02 18,58 Média 338,81 0,02 14,80 Desvio-Padrão 64,31 0,00 3,20 3F1 15,87 4,67 402,09 0,02 18,37 3F2 15,03 5,07 373,51 0,02 17,25 3F3 14,88 4,96 411,92 0,02 16,47 3F4 14,24 5,02 361,53 0,02 15,41 3F5 16,18 4,78 417,94 0,03 15,90 Média 393,40 0,02 16,68 Desvio-Padrão 24,66 0,00 1,17 3F11 14,42 4,81 383,48 0,02 16,03 3F12 15,80 4,24 256,05 0,03 10,58 3F13 15,69 4,83 419, F14 15,92 4,86 381,21 0,02 19,92 3F15 14,85 4,88 408,44 0,02 26,55 Média 369,72 0,02 18,27 Desvio-Padrão 65,60 0,01 6,72 A.39

190 ANEXOS Quadro A5.15 Resultados dos ensaios de flexão realizados a provetes protegidos em condensação em contínuo a 40ºC Tempo de envelhecimento Provete b (mm) h (mm) σ fu (MPa) ε fu (%) E f (GPa) 6 meses 1.3 P F 1 15,44 5,02 383,33 0,02 20, P F 2 15,27 4,61 398,01 0,02 17, P F 3 15,32 4,55 388,74 0,02 18, P F 5 15,18 4,71 358,92 0,02 17, P F 6 15,20 4,63 347,35 0,02 14,32 Média 375,27 0,02 17,55 Desvio-Padrão 21,27 0,00 2,13 Quadro A5.16 Resultados dos ensaios de flexão realizados a provetes de secagem em condensação em contínuo a 40ºC Tempo de envelhecimento Provete b (mm) h (mm) σ fu (MPa) ε fu (%) E f (GPa) 6 meses 1.3 S F 6 15,44 5,02 410,50 0,03 18, S F 7 15,27 4,61 422,84 0,03 17, S F 8 15,32 4,55 441,18 0,03 20, S F 9 15,18 4,71 460,73 0,02 23, S F 10 15,20 4,63 398,91 0,03 18,16 Média 426,83 0,03 19,59 Desvio-Padrão 24,58 0,00 2,23 Quadro A5.17 Resultados dos ensaios de flexão realizados a provetes em envelhecimento natural durante 12 meses Tempo de envelhecimento Provete b (mm) h (mm) σ fu (MPa) ε fu (%) E f (GPa) 12 meses 8F1 14,70 5,11 522,50 0,03 17,57 8F2 15,00 4,86 500,56 0,03 19,95 8F3 15,78 5,06 440,34 0,03 15,46 8F5 15,30 5,16 440,29 0,04 12,88 Média 475,92 0,03 16,47 Desvio-Padrão 42,08 0,00 3,01 A.40

191 Tensão em flexão (MPa) Tensão em flexão (MPa) Tensão em flexão (MPa) DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO ,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 Deformação em flexão εf (-) P 01 P 02 P 03 P 04 P 05 P 06 P 07 P 08 Figura A5.1 Curvas experimentais relativas ao ensaio de flexão de provetes não envelhecidos do 2º grupo ,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 Deformação em flexão εf (-) 1.1 F F F F F 30 Figura A5.2 Curvas experimentais relativas ao ensaio de flexão de provetes imersos em água desmineralizada a 20 ºC durante 12 meses ,01 0,02 0,03 0,04 Deformação em flexão εf (-) 1.2 F F F F F 24 Figura A5.3 Curvas experimentais relativas ao ensaio de flexão de provetes imersos em água desmineralizada a 40 ºC durante 12 meses A.41

192 Tensão em flexão (MPa) Tensão em flexão (MPa) Tensão em flexão (MPa) ANEXOS ,01 0,02 0,03 0,04 0,05 Deformação em flexão εf (-) 1.3 F F F F F 26 Figura A5.4 Curvas experimentais relativas ao ensaio de flexão de provetes imersos em água desmineralizada a 60 ºC durante 12 meses ,01 0,02 0,03 0,04 0,05 Deformação em flexão εf (-) 2.1 F F F F F 30 Figura A5.5 Curvas experimentais relativas ao ensaio de flexão de provetes imersos em solução salina a 20 ºC durante 12 meses ,01 0,02 0,03 0,04 0,05 Deformação em flexão εf (-) 2.2 F F F F F 22 Figura A5.6 Curvas experimentais relativas ao ensaio de flexão de provetes imersos em solução salina a 40 ºC durante 12 meses A.42

193 Tensão em flexão (MPa) Tensão em flexão (MPa) Tensão em flexão (MPa) DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO ,01 0,02 0,03 0,04 0,05 Deformação em flexão εf (-) 2.3 F F F F F 23 Figura A5.7 Curvas experimentais relativas ao ensaio de flexão de provetes imersos em solução salina a 60 ºC durante 12 meses F F F F F ,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 Deformação em flexão εf (-) Figura A5.8 Curvas experimentais relativas ao ensaio de flexão de provetes imersos em água desmineralizada a 20 ºC durante 18 meses ,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 Deformação em flexão εf (-) 1.2 F F F F F 28 Figura A5.9 Curvas experimentais relativas ao ensaio de flexão de provetes imersos em água desmineralizada a 40 ºC durante 18 meses A.43

194 Tensão em flexão (MPa) Tensão em flexão (MPa) Tensão em flexão (MPa) ANEXOS F F F F F ,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 Deformação em flexão εf (-) Figura A5.10 Curvas experimentais relativas ao ensaio de flexão de provetes imersos em água desmineralizada a 60 ºC durante 18 meses F F F F F ,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 Deformação em flexão εf (-) Figura A5.11 Curvas experimentais relativas ao ensaio de flexão de provetes imersos em solução salina a 20 ºC durante 18 meses ,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 Deformação em flexão εf (-) 2.2 F F F F F 21 Figura A5.12 Curvas experimentais relativas ao ensaio de flexão de provetes imersos em solução salina a 40 ºC durante 18 meses A.44

195 Tensão em flexão (MPa) Tensão em flexão (MPa) Tensão em flexão (MPa) DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO ,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 Deformação em flexão εf (-) 2.3 F F F F F 26 Figura A5.13 Curvas experimentais relativas ao ensaio de flexão de provetes imersos em solução salina a 60 ºC durante 18 meses ,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 Deformação em flexão εf (-) 1.1 P F P F P F P F P F 15 Figura A5.14 Curvas experimentais relativas ao ensaio de flexão de provetes protegidos imersos em água desmineralizada a 20 ºC durante 6 meses ,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 Deformação em flexão εf (-) 1.2 P F P F P F P F P F 15 Figura A5.15 Curvas experimentais relativas ao ensaio de flexão de provetes protegidos imersos em água desmineralizada a 40 ºC durante 6 meses A.45

196 Tensão em flexão (MPa) Tensão em flexão (MPa) Tensão em flexão (MPa) ANEXOS S F S F S F S F S F ,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 Deformação em flexão εf (-) Figura A5.16 Curvas experimentais relativas ao ensaio de flexão de provetes de secagem imersos em água desmineralizada a 20 ºC durante 6 meses S F S F S F S F S F ,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 Deformação em flexão εf (-) Figura A5.17 Curvas experimentais relativas ao ensaio de flexão de provetes de secagem imersos em água desmineralizada a 40 ºC durante 6 meses ,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 Deformação em flexão εf (-) 1.3 P F P F P F P F P F 6 Figura A5.18 Curvas experimentais relativas ao ensaio de flexão de provetes protegidos em condensação em contínuo a 40 ºC durante 6 meses A.46

197 Tensão em flexão (MPa) Tensão em flexão (MPa) DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO ,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 Deformação em flexão εf (-) 1.3 S F S F S F S F S F 9 Figura A5.19 Curvas experimentais relativas ao ensaio de flexão de provetes de secagem em condensação em contínuo a 40 ºC durante 6 meses F 1 8 F 2 8 F 3 8 F ,01 0,02 0,03 0,04 0,05 Deformação em flexão εf (-) Figura A5.20 Curvas experimentais relativas ao ensaio de flexão de provetes em envelhecimento natural durante 12 meses A.47

198 ANEXOS Anexo 6 Ensaios à tracção Quadro A6.1 Resultados dos ensaios de tracção realizados a provetes não envelhecidos Provete σ tu (MPa) ε tu (%) E t (GPa) 0T1 420,00 1,20 35,60 0T2 378,00 1,10 40,30 0T3 441,00 1,40 34,20 0T4 369,00 1,10 39,20 0T5 422,00 1,10 38,50 Média 406,00 1,18 37,56 Desvio-Padrão 30,94 0,13 2,56 Quadro A6.2 Resultados dos ensaios de tracção realizados a provetes imersos em água desmineralizada durante 3 meses Temperatura de imersão (ºC) Provete σ tu (MPa) ε tu (%) E t (GPa) T1 359,00 1,45 27,99 1.1T2 353,00 1,22 31,50 1.1T9 304,00 1,08 33,37 1.1T13 406,00 1,32 32,30 1.1T24 315,00 1,24 28,61 Média 347,40 1,26 30,75 Desvio-Padrão 40,41 0,14 2,35 1.2T1 383,00 1,11 39,04 1.2T4 361,00 1,21 30,80 1.2T10 357,00 1,20 35,40 1.2T14 345,00 1,24 33,24 1.2T16 381,00 1,33 34,70 Média 365,40 1,22 34,64 Desvio-Padrão 16,27 0,08 3,03 1.3T2 363,00 1,18 35,14 1.3T13 293,00 1,03 33,37 1.3T15 324,00 1,04 35,89 1.3T16 343,00 1,05 40,16 1.3T26 296,00 0,98 34,99 Média 323,80 1,06 35,91 Desvio-Padrão 30,11 0,07 2,55 A.48

199 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO Quadro A6.3 Resultados dos ensaios de tracção realizados a provetes imersos em água desmineralizada durante 6 meses Temperatura de imersão (ºC) Provete σ tu (MPa) ε tu (%) E t (GPa) T14 371,00 1,19 38,17 1.1T17 379,00 1,24 37,49 1.1T18 304,00 1,20 29,04 1.1T21 388,00 0,85 32,38 1.1T23 372,00 0,97 45,77 Média 362,80 1,09 36,57 Desvio-Padrão 33,57 0,17 6,37 1.2T2 343,00 1,01 45,75 1.2T15 348,00 1,18 32,42 1.2T20 350,00 1,12 34,49 1.2T24 286,00 1,20 25,67 1.2T26 307,00 1,09 27,91 Média 326,80 1,12 33,25 Desvio-Padrão 28,75 0,08 7,82 1.3T10 274,00 0,93 31,25 1.3T11 308,00 0,83 40,72 1.3T18 296,00 0,99 33,35 1.3T21 219,00 1,91 33,01 1.3T29 245,00 1,02 29,17 Média 268,40 1,13 33,50 Desvio-Padrão 36,57 0,44 4,36 A.49

200 ANEXOS Quadro A6.4 Resultados dos ensaios de tracção realizados a provetes imersos em água desmineralizada durante 9 meses Temperatura de imersão (ºC) Provete σ tu (MPa) ε tu (%) E t (GPa) T3 355,00 0,95 40,95 1.1T10 309,00 1,13 30,98 1.1T16 335,00 0,99 35,69 1.1T22 390,00 1,17 36,03 1.1T26 269,00 0,91 31,98 Média 331,60 1,03 35,13 Desvio-Padrão 45,82 0,11 3,94 1.2T3 227,00 1,06 24,59 1.2T6 337,00 1,05 34,94 1.2T12 325,00 1,23 29,72 1.2T22 340,00 1,08 34,89 1.2T28 338,00 1,30 29,49 Média 313,40 1,14 30,72 Desvio-Padrão 48,65 0,11 4,34 1.3T9 301,00 0,91 35,79 1.3T12 262,00 0,95 30,78 1.3T17 245,00 0,87 30,90 1.3T27 303,00 0,92 36,63 1.3T30 164,00 0,52 31,62 Média 255,00 0,83 33,14 Desvio-Padrão 56,68 0,18 2,83 A.50

201 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO Quadro A6.5 Resultados dos ensaios de tracção realizados a provetes imersos em água desmineralizada durante 12 meses Temperatura de imersão (ºC) Provete σ tu (MPa) ε tu (%) E t (GPa) T6 357,00 1,19 31,31 1.1T7 314,00 0,91 32,33 1.1T8 371,00 1,09 31,66 1.1T19 328,00 1,06 30,37 1.1T25 393,00 1,10 35,67 Média 352,60 1,07 32,27 Desvio-Padrão 31,96 0,10 2,03 1.2T5 341,00 1,13 29,10 1.2T11 392,00 1,20 32,98 1.2T17 378,00 1,14 34,16 1.2T18 390,00 0,99 37,20 1.2T19 338,00 1,06 35,16 Média 367,80 1,10 33,72 Desvio-Padrão 26,40 0,08 3,01 1.3T3 278,00 0,85 30,69 1.3T6 222,00 0,81 25,80 1.3T20 240,00 0,77 24,88 1.3T22 258,00 0,81 33,63 1.3T24 308,00 0,97 38,34 Média 261,20 0,84 30,66 Desvio-Padrão 33,42 0,08 5,59 A.51

202 ANEXOS Quadro A6.6 Resultados dos ensaios de tracção realizados a provetes imersos em água desmineralizada durante 18 meses Temperatura de imersão (ºC) Provete σ tu (MPa) ε tu (%) E t (GPa) T4 341,00 1,22 27,28 1.1T11 443,00 1,10 37,70 1.1T12 322,00 1,19 28,80 1.1T27 384,00 1,41 28,88 1.1T28 365,00 1,60 25,11 Média 371,00 1,30 29,55 Desvio-Padrão 46,61 0,20 4,80 1.2T7 357,00 1,05 36,01 1.2T9 380,00 1,04 40,33 1.2T21 380,00 1,12 36,87 1.2T25 281,00 1,00 25,93 1.2T27 298,00 1,22 28,51 Média 339,20 1,09 33,53 Desvio-Padrão 46,72 0,08 6,05 1.3T1 269,00 0,81 35,09 1.3T5 251,00 0,80 28,53 1.3T8 217,00 0,86 27,25 1.3T23 259,00 0,89 29,65 1.3T25 214,00 0,82 27,54 Média 242,00 0,84 29,61 Desvio-Padrão 25,04 0,04 3,21 A.52

203 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO Quadro A6.7 Resultados dos ensaios de tracção realizados a provetes imersos em solução salina durante 3 meses Temperatura de imersão (ºC) Provete σ tu (MPa) ε tu (%) E t (GPa) T1 325,00 1,03 41,13 2.1T2 410,00 1,33 35,52 2.1T5 340,00 1,21 30,47 2.1T7 364,00 0,84 51,71 2.1T12 431,00 1,20 40,62 Média 374,00 1,12 39,89 Desvio-Padrão 45,28 0,19 7,90 2.2T18 440,00 1,17 45,55 2.2T20 426,00 1,43 36,15 2.2T23 432,00 1,23 40,79 2.2T24 434,00 1,21 39,55 2.2T28 364,00 1,01 42,03 Média 419,20 1,21 40,81 Desvio-Padrão 31,26 0,15 3,44 2.3T8 364,00 1,20 35,35 2.3T13 320,00 1,09 31,12 2.3T19 392,00 1,42 32,64 2.3T28 395,00 1,40 32,53 2.3T29 386,00 1,32 31,96 Média 371,40 1,29 32,72 Desvio-Padrão 31,19 0,14 1,59 A.53

204 ANEXOS Quadro A6.8 Resultados dos ensaios de tracção realizados a provetes imersos em solução salina durante 6 meses Temperatura de imersão (ºC) Provete σ tu (MPa) ε tu (%) E t (GPa) T18 408,00 1,18 38,83 2.1T10 286,00 1,07 32,31 2.1T15 381,00 1,41 28,94 2.1T17 289,00 0,66 40,35 2.1T22 399,00 1,50 50,55 Média 352,60 1,16 38,20 Desvio-Padrão 60,23 0,33 8,34 2.2T12 250,00 0,82 32,85 2.2T19 373,00 1,02 41,36 2.2T21 364,00 0,96 48,56 2.2T22 363,00 1,17 40,57 2.2T25 319,00 0,92 48,60 Média 333,80 0,98 42,39 Desvio-Padrão 51,34 0,13 6,56 2.3T4 271,00 0,93 34,22 2.3T6 336,00 1,06 39,20 2.3T10 336,00 0,94 50,14 2.3T20 334,00 1,10 35,48 2.3T27 349,00 1,04 44,41 Média 325,20 1,01 40,69 Desvio-Padrão 30,88 0,07 6,60 A.54

205 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO Quadro A6.9 Resultados dos ensaios de tracção realizados a provetes imersos em solução salina durante 9 meses Temperatura de imersão (ºC) Provete σ tu (MPa) ε tu (%) E t (GPa) T4 271,00 0,98 29,80 2.1T16 374,00 1,32 31,03 2.1T21 311,00 0,95 34,06 2.1T29 376,00 1,05 40,45 2.1T30 370,00 1,18 33,45 Média 340,40 1,09 33,76 Desvio-Padrão 47,31 0,16 4,13 2.2T4 356,00 1,04 37,20 2.2T7 367,00 1,19 35,37 2.2T10 282,00 1,10 27,30 2.2T13 353,00 1,12 33,05 2.2T26 333,00 1,09 33,80 Média 338,20 1,11 33,34 Desvio-Padrão 33,73 0,05 3,73 2.3T3 224,00 0,81 29,35 2.3T5 320,00 1,01 32,34 2.3T9 221,00 0,78 30,12 2.3T22 349,00 1,22 31,06 2.3T24 264,00 0,98 29,25 Média 275,60 0,96 30,42 Desvio-Padrão 57,31 0,18 1,29 A.55

206 ANEXOS Quadro A6.10 Resultados dos ensaios de tracção realizados a provetes imersos em solução salina durante 12 meses Temperatura de imersão (ºC) Provete σ tu (MPa) ε tu (%) E t (GPa) T3 377,00 1,37 29,80 2.1T13 362,00 1,11 30,04 2.1T23 272,00 1,04 24,34 2.1t25 382, T26 344,00 1,18 29,61 Média 347,40 0,94 28,45 Desvio-Padrão 44,67 0,53 2,75 2.2T5 334,00 1,10 32,41 2.2T15 372,00 1,29 31,04 2.2T16 362,00 1,37 30,42 2.2T17 371,00 1,19 31,72 2.2T27 303,00 1,13 30,21 Média 348,40 1,22 31,16 Desvio-Padrão 29,67 0,11 0,92 2.3T2 335,00 1,10 28,18 2.3T7 284,00 0,90 32,32 2.3T11 319,00 0,99 29,60 2.3T15 322,00 1,06 33,25 2.3T25 288,00 1,10 29,75 Média 309,60 1,03 30,62 Desvio-Padrão 22,41 0,09 2,10 A.56

207 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO Quadro A6.11 Resultados dos ensaios de tracção realizados a provetes imersos em solução salina durante 18 meses Temperatura de imersão (ºC) Provete σ tu (MPa) ε tu (%) E t (GPa) T9 404,00 1,38 32,91 2.1T19 316,00 1,29 25,65 2.1T20 390,00 1,09 40,14 2.1T27 310,00 1,03 28,64 2.1T28 393,00 1,29 28,73 Média 362,60 1,21 31,21 Desvio-Padrão 45,63 0,15 5,62 2.2T1 276,00 1,18 30,85 2.2T6 371,00 1,09 35,99 2.2T9 362,00 1,26 30,62 2.2T29 275,00 0,95 26,12 2.2T30 356,00 1,36 28,88 Média 328,00 1,17 30,49 Desvio-Padrão 48,22 0,16 3,61 2.3T1 332,00 1,21 29,36 2.3T18 263,00 0,84 29,27 2.3T23 324,00 1,10 28,96 2.3T26 280,00 1,05 26,64 2.3T30 351,00 1,03 37,17 Média 310,00 1,04 30,28 Desvio-Padrão 36,98 0,14 4,01 A.57

208 ANEXOS Quadro A6.12 Resultados dos ensaios de tracção realizados a provetes protegidos imersos em água desmineralizada durante 6 meses Temperatura de imersão (ºC) Provete σ tu (MPa) ε tu (%) E t (GPa) PT1 345,00 1,13 28,98 1.1PT2 410,00 1,32 30,41 1.1PT4 387,00 1,25 30,66 1.1PT5 437,00 1,30 34,36 1.1PT14 396,00 1,32 29,64 Média 395,00 1,26 30,81 Desvio-Padrão 33,74 0,08 2,09 1.2PT5 412,00 1,01 38,73 1.2PT6 401,00 1,13 34,28 1.2PT7 342,00 1,08 32,39 1.2PT8 384,00 1,05 33,40 1.2PT12 359,00 1,24 31,84 Média 379,60 1,10 34,13 Desvio-Padrão 29,01 0,09 2,74 Quadro A6.13 Resultados dos ensaios de tracção realizados a provetes envelhecidos em condensação em contínuo a 40ºC Tempo de envelhecimento Provete σ tu (MPa) ε tu (%) E t (GPa) 3 meses 6 meses 9 meses 3T1 310,00 1,08 32,91 3T2 305,00 1,95 26,87 3T3 373,00 1,14 35,78 3T4 398,00 1,26 36,66 3T5 377,00 1,20 37,55 Média 352,60 1,33 33,96 Desvio-Padrão 42,29 0,35 4,33 3T6 325,00 1,36 25,20 3T7 285,00 1,05 30,38 3T8 327,00 1,14 34,69 3T9 300,00 0,78 37,28 3T10 288,00 1,11 27,89 Média 305,00 1,09 31,09 Desvio-Padrão 19,99 0,21 4,92 3T11 304,00 1,08 29,91 3T12 244,00 0,91 27,70 3T13 259,00 1,09 24,47 3T14 319,00 1,07 31,72 3T15 281,00 0,93 31,69 Média 281,40 1,02 29,10 Desvio-Padrão 30,92 0,09 3,07 A.58

209 Tensão de tracção (MPa) DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO Quadro A6.14 Resultados dos ensaios de tracção realizados a provetes protegidos em condensação em contínuo a 40ºC Tempo de envelhecimento Provete σ tu (MPa) ε tu (%) E t (GPa) 6 meses 1.3PT5 314,00 0,98 30,25 1.3PT7 418,00 1,07 38,54 1.3PT8 396,00 1,33 30,20 1.3PT9 374,00 1,14 32,85 1.3PT10 347,00 1,23 30,21 Média 369,80 1,15 32,41 Desvio-Padrão 40,81 0,14 3,61 Quadro A6.15 Resultados dos ensaios de tracção realizados a provetes em envelhecimento natural durante 12 meses Tempo de envelhecimento Provete σ tu (MPa) ε tu (%) E t (GPa) 12 meses 8T1 400,00 1,23 31,88 8T2 343,00 1,17 28,56 8T3 339,00 1,17 28,57 8T4 411,00 1,22 33,97 8T5 324,00 1,11 28,45 Média 363,40 1,18 30,28 Desvio-Padrão 39,27 0,05 2,52 Deformação em tracção (εt) (%) Figura A6.1 Curvas experimentais relativas ao ensaio de tracção de provetes imersos em água desmineralizada a 20 ºC durante 12 meses * * A numeração dos provetes indicada na legenda corresponde à ordem dos provetes nos quadros relativos aos resultados obtidos para cada ensaio, respectivamente. A.59

210 Tensão de tracção (MPa) Tensão de tracção (MPa) Tensão de tracção (MPa) ANEXOS Deformação em tracção (εt) (%) Figura A6.2 Curvas experimentais relativas ao ensaio de tracção de provetes imersos em água desmineralizada a 40 ºC durante 12 meses Deformação em tracção (εt) (%) Figura A6.3 Curvas experimentais relativas ao ensaio de tracção de provetes imersos em água desmineralizada a 60 ºC durante 12 meses Deformação em tracção (εt) (%) Figura A6.4 Curvas experimentais relativas ao ensaio de tracção de provetes imersos em solução salina a 20 ºC durante 12 meses A.60

211 Tensão de tracção (MPa) Tensão de tracção (MPa) Tensão de tracção (MPa) DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO Deformação em tracção (εt) (%) Figura A6.5 Curvas experimentais relativas ao ensaio de tracção de provetes imersos em solução salina a 40 ºC durante 12 meses Deformação em tracção (εt) (%) Figura A6.6 Curvas experimentais relativas ao ensaio de tracção de provetes imersos em solução salina a 60 ºC durante 12 meses Deformação em tracção (εt) (%) Figura A6.7 Curvas experimentais relativas ao ensaio de tracção de provetes imersos em água desmineralizada a 20 ºC durante 18 meses A.61

212 Tensão de tracção (MPa) Tensão de tracção (MPa) Tensão de tracção (MPa) ANEXOS Deformação em tracção (εt) (%) Figura A6.8 Curvas experimentais relativas ao ensaio de tracção de provetes imersos em água desmineralizada a 40 ºC durante 18 meses Deformação em tracção (εt) (%) Figura A6.9 Curvas experimentais relativas ao ensaio de tracção de provetes imersos em água desmineralizada a 60 ºC durante 18 meses Deformação em tracção (εt) (%) Figura A6.10 Curvas experimentais relativas ao ensaio de tracção de provetes imersos em solução salina a 20 ºC durante 18 meses A.62

213 Tensão de tracção (MPa) Tensão de tracção (MPa) Tensão de tracção (MPa) DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO Deformação em tracção (εt) (%) Figura A6.11 Curvas experimentais relativas ao ensaio de tracção de provetes imersos em solução salina a 40 ºC durante 18 meses Deformação em tracção (εt) (%) Figura A6.12 Curvas experimentais relativas ao ensaio de tracção de provetes imersos em solução salina a 60 ºC durante 18 meses Deformação em tracção (εt) (%) Figura A6.13 Curvas experimentais relativas ao ensaio de tracção de provetes protegidos imersos em água desmineralizada a 20 ºC durante 6 meses A.63

214 Tensão de tracção (MPa) Tensão de tracção (MPa) Tensão de tracção (MPa) ANEXOS Deformação em tracção (εt) (%) Figura A6.14 Curvas experimentais relativas ao ensaio de tracção de provetes protegidos imersos em água desmineralizada a 40 ºC durante 6 meses Deformação em tracção (εt) (%) Figura A6.15 Curvas experimentais relativas ao ensaio de tracção de provetes protegidos em condensação em contínuo a 40 ºC durante 6 meses Deformação em tracção (εt) (%) Figura A6.16 Curvas experimentais relativas ao ensaio de tracção de provetes em envelhecimento natural durante 12 meses A.64

215 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO Anexo 7 Ficha técnica do ligante epóxido de protecção A.65

216 ANEXOS A.66

217 DURABILIDADE DE PERFIS DE GFRP DE POLIÉSTER UTILIZADOS EM REABILITAÇÃO A.67