Utilização de Perfis Pultrudidos de Fibra de Vidro (GFRP) na Construção

Utilização de Perfis Pultrudidos de Fibra de Vidro (GFRP) na Construção João Ramôa Correia (Instituto Superior Técnico) Folhas de apoio às disciplinas de Construção com Novos Materiais e Reabilitação e Reforço de Estruturas Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto Maio de 2006

1. Introdução Ao longo da história das construções, os principais avanços na Engenharia Estrutural apareceram ligados à aplicação de novos materiais. A aplicação do ferro a partir dos séculos XVIII e XIX e do betão armado a partir da primeira metade do século XX, foram factores decisivos para o desenvolvimento das sociedades em geral, tendo contribuído decisivamente para a revolução industrial e a rápida reconstrução no pós-guerra, respectivamente [1]. Nos últimos anos, os custos de manutenção e reparação das estruturas construídas com materiais tradicionais, sejam metálicas ou em betão armado, têm vindo a aumentar consideravelmente. Só nos Estados Unidos da América, estima-se que 42% das cerca de 575.000 pontes da rede de estradas necessitem de reparação, sobretudo devido a problemas de corrosão dos tabuleiros [2], e que 40% das pontes construídas depois de 1945 necessitem de substituição durante esta década [3]. A durabilidade dos materiais tradicionais tem provocado alterações nas práticas de dimensionamento e na própria regulamentação para ter em conta esta problemática. Este aspecto, a par das exigências de velocidades de construção crescentes, tem tido um efeito impulsionador no desenvolvimento de novos materiais estruturais, mais leves, menos sujeitos à degradação causada pelos agentes agressivos e com menores exigências de manutenção. Os perfis pultrudidos de fibra de vidro, ou perfis de GFRP (do inglês, Glass Fibre Reinforced Polymer ), são materiais compósitos constituídos por fibras de vidro, embebidas numa matriz polimérica, em geral de poliéster ou viniléster, e integram-se no grupo dos materiais plásticos reforçados com fibras, ou materiais FRP (do inglês, Fibre Reinforced Polymer ). Inicialmente desenvolvidos na década de 1940 pelas indústrias aeroespacial e naval, os materiais FRP começaram a ter, a partir da década de 1980, um número crescente de aplicações no sector da construção [4]. Os perfis de GFRP possuem um enorme potencial como materiais de construção, apresentando como principais vantagens as elevadas relações resistência/peso próprio e rigidez/peso próprio, o reduzido peso próprio, a durabilidade em ambientes agressivos, a resistência à fadiga, a transparência electromagnética e a possibilidade de produzir qualquer forma, permitindo a integração da forma e da função [5, 6]. 1

No entanto, existem alguns obstáculos que têm atrasado a aceitação dos perfis de GFRP. Uma das dificuldades prende-se com o custo de produção, que ainda é pouco competitivo na maior parte das situações. Para além disso, existem ainda algumas questões que têm de ser resolvidas antes que a comunidade técnica possa projectar e construir com confiança estruturas constituídas por este novo material estrutural, que apresenta diferenças significativas face aos materiais tradicionais, nomeadamente o aço. Entre essas questões incluem-se a deformabilidade, a susceptibilidade a fenómenos de instabilidade, a tecnologia das ligações, a escassez de informação consistente relativa à durabilidade e a inexistência de regulamentação. Os perfis de GFRP começaram a ser utilizados na construção sobretudo em aplicações não estruturais ou em estruturas secundárias, onde algumas das suas vantagens potenciais face aos materiais tradicionais eram evidentes. No entanto, nos últimos anos, o número de aplicações em estruturas primárias tem aumentado, existindo já vários casos de aplicação, quer em obras novas, quer em obras de reabilitação, em pontes pedonais, pontes rodoviárias e edifícios [7-10]. 2. Processo de fabrico dos perfis pultrudidos de GFRP O processo de fabrico dos perfis pultrudidos de GFRP designa-se por pultrusão e é um processo automatizado de produção contínua de peças com secção transversal constante. A pultrusão permite a produção de perfis de secção transversal aberta (por exemplo, em I ou U) ou fechada (tubulares), bem como de secções multi-celulares fechadas. O comprimento total das peças só é limitado pelo processo de transporte do material. A pultrusão é um processo de fabrico de baixo custo, permitindo converter directamente as fibras de reforço e as resinas num produto acabado. De entre os vários processos de fabrico de materiais compósitos desenvolvidos durante as últimas quatro décadas, o processo de pultrusão é o que oferece a relação produtividade/custo mais elevada [11]. De um modo geral, pode-se considerar que o processo está dividido em duas fases. Numa primeira fase as fibras de reforço são impregnadas num molde aquecido, com a forma pretendida para a secção transversal, enquanto a matriz se encontra no estado líquido. Na 2

segunda fase dá-se a solidificação da matriz no molde, resultando uma peça com a forma e as dimensões desejadas. Apresenta-se na figura 1 um esquema da linha de fabrico de perfis de GFRP através do processo de pultrusão tradicional, onde é possível distinguir seis elementos-chave: Sistema de manuseamento das fibras; Sistema de guias para pré-formar e posicionar os reforços; Estação de impregnação de resina; Molde; Sistema de tracção; Sistema de corte. Fibras de reforço longitudinal Guias Estação de impregnação de resinas Véu de superfície Molde aquecido Sistema de tracção Sistema de corte Mantas de reforço Pré-forma Figura 1 Linha de fabrico de perfis de GFRP através do processo de pultrusão (adaptado de [12]) Na figura 2 apresenta-se esquematicamente a disposição típica das camadas que constituem as paredes ou laminados das peças a produzir. Os reforços utilizados combinam as mechas de filamentos contínuos e paralelos (rovings), que proporcionam o reforço longitudinal e as mantas com fibras dispostas em várias direcções (mats e fabrics), que constituem o reforço na direcção transversal e ao corte. À superfície de cada laminado são ainda posicionados véus de superfície (surfacing veils), que são mantas de reforço, geralmente constituídas por fibras dispostas aleatoriamente, contendo um teor em resina superior às mantas interiores, e que se destinam a proteger as fibras dos agentes atmosféricos de degradação. Véu de superfície Fibras de reforço na direcção longitudinal Mantas de fibras com outras direcções Figura 2 Disposição típica das camadas num compósito pultrudido [13] 3

No início da linha de produção, o sistema de manuseamento das fibras (figura 3) e o sistema de guias permitem posicionar numa pré-forma, cada um dos tipos de reforços especificados em projecto. No processo de pultrusão tradicional, as fibras de vidro são impregnadas pela matriz antes de chegarem ao molde metálico, normalmente num sistema de banho aberto, e o excesso de resina é retirado durante a passagem na pré-forma (figura 4). No processo de pultrusão correntemente utilizado à escala industrial, a pultrusão por injecção, quando as fibras (não impregnadas) são puxadas para o molde metálico, as resinas, misturadas com os fillers e os aditivos, são adicionadas por injecção. O sistema de pultrusão por injecção permite controlar melhor a posição dos reforços, garantindo uma maior uniformidade do material. Por outro lado, permite alterar rapidamente a produção, ou introduzir alterações na composição da matriz durante o processo de fabrico. O processo de injecção reduz ainda a evaporação dos solventes da matriz, garantindo um melhor ambiente de trabalho. Em qualquer um dos sistemas, à medida que se dá o processo de cura no interior do molde aquecido, o material sofre retracção e separa-se das paredes do molde, atingindo, à sua saída, a estabilidade dimensional. Na última etapa do processo de fabrico, o sistema de corte, materializado por uma serra móvel, confere ao perfil o comprimento desejado (figura 5). Figura 3 Sistema de manuseamento das fibras de reforço [12] Figura 4 Sistema de pultrusão tradicional e passagem na préforma [12] Figura 5 Sistema de corte no final da linha de montagem [12] A velocidade do processo de fabrico por pultrusão depende muito da máquina utilizada e do tipo de secção transversal. Em média, uma secção transversal corrente pode ser produzida a uma velocidade de 2 m/minuto, enquanto que um painel de laje pré-fabricado (secção 4

multicelular fechada), pode ser produzido a uma velocidade de aproximadamente 20 m 2 /minuto. 3. Formas estruturais dos perfis pultrudidos de GFRP As formas estruturais têm sido, até há pouco tempo, copiadas da construção metálica, reproduzindo, sobretudo, secções abertas (figura 6). Figura 6 Alguns dos perfis comercializados por um fabricante europeu [14] No entanto, estes perfis de primeira geração, apresentam algumas desvantagens, relacionadas, essencialmente, com a susceptibilidade a fenómenos de instabilidade, quando sujeitos a compressões. Em particular, os banzos esbeltos de peças flectidas, acabam por encurvar, muito antes de ser atingida a capacidade resistente do material que os constitui, o que impede, na maior parte das aplicações práticas, um aproveitamento eficiente das suas propriedades. A utilização de novos materiais estruturais, com as mesmas formas dos materiais tradicionais a substituir, não é uma novidade na História das Construções. Tal como referiu Keller [7], antes de serem desenvolvidas formas estruturais adaptadas às propriedades de um novo material, existe tipicamente uma fase de substituição. Há 4000 anos, a pedra começou a substituir a madeira em templos egípcios, no entanto, só muito mais tarde, com os Romanos, é que começaram a ser construídos arcos em pedra de forma corrente. Os arcos das primeiras pontes metálicas, reproduziram precisamente os arcos em pedra e, só posteriormente, foram desenvolvidos os primeiros pórticos. Mais recentemente, quando o betão armado foi introduzido, a sua utilização resumia-se a peças lineares, copiadas da construção metálica e, só mais tarde, foram desenvolvidas aplicações em elementos laminares, como lajes e cascas. Segundo Keller [7], existem duas razões para esta regularidade histórica na utilização estrutural dos materiais. Por um lado, quando um material é introduzido, as formas estruturais 5

adaptadas são desconhecidas, existindo, nessa medida, uma razão técnica ou científica. Por outro lado, a cópia da forma estrutural dos materiais a substituir, garante uma melhor aceitação do novo material, existindo, assim, uma razão de confiança ou comercial. No processo de adaptação das formas estruturais às propriedades dos materiais, é necessário ter em consideração o factor tempo. No caso do ferro ou do aço, aquele processo demorou cerca de 80 anos e, no caso do betão armado, aproximadamente 40 anos [7]. No caso dos materiais plásticos reforçados com fibras, estar-se-á provavelmente no início dessa fase de substituição. Não obstante, têm sido desenvolvidos e aplicados novos sistemas estruturais, inovadores e melhor adaptados às propriedades do material, em que as peças pultrudidas são ligadas entre si por colagem, formando elementos de placa, com secção transversal multi-celular fechada e espessura constante (figura 7). Estes sistemas têm sido utilizados sobretudo em tabuleiros de pontes, quer em construções novas, quer na substituição de tabuleiros antigos. As ligações dos tabuleiros às vigas longitudinais de apoio (figura 8) são feitas por colagem e aparafusamento, ou através de conectores de corte. Os tabuleiros assim obtidos, apresentam um baixo peso próprio (cerca de 20% de uma laje de betão comparável [6]), elevada resistência à fadiga e à corrosão, rápida instalação (figura 9), requerendo uma interrupção mínima do tráfego e uma fácil manutenção. Sistema Superdeck 203 Sistema DuraSpan 190 Sistema EZ Span 216 Sistema Asset 225 Sistema ACCS 80 Figura 7 Novos sistemas estruturais utilizados em tabuleiros de pontes (adaptado de [6]). 6

Tabuleiro pré-fabricado Betão polimérico Vigas longitudinais Encontros Figura 8 Esquema de funcionamento do sistema ASSET (adaptado de [15]) Figura 9 Instalação do sistema Superdeck [16] 4. Propriedades típicas dos perfis pultrudidos de GFRP À semelhança do que se verifica com a generalidade dos materiais FRP, as propriedades dos perfis de GFRP dependem essencialmente, como foi atrás referido, das características dos seus materiais constituintes (tipo de fibras de reforço e matriz polimérica), da orientação e teor das fibras e, ainda, da interacção entre as fibras e a matriz. Tendo em conta as inúmeras possibilidades de combinação daqueles factores, e o facto de os perfis comercializados pelos principais produtores não estarem normalizados, apenas é possível referir intervalos de valores típicos para as propriedades mecânicas dos perfis de GFRP. Dada a estrutura interna dos laminados que constituem as paredes dos perfis de GFRP, o comportamento do material é bastante anisotrópico, apresentando propriedades mecânicas mais elevadas na direcção das mechas de filamentos contínuos longitudinais (rovings), isto é, na direcção da pultrusão, do que em qualquer outra direcção. Apresentam-se, na tabela 1, os intervalos de valores usuais para as principais propriedades mecânicas dos perfis de GFRP produzidos pelos maiores fabricantes. Tabela 1 Propriedades mecânicas típicas dos perfis de GFRP [14]. Propriedade Unidades Direcção paralela às fibras Direcção transversal às fibras Resistência à tracção MPa 200 400 50 60 Resistência à compressão MPa 200 400 70 140 Resistência ao corte MPa 25 30 Módulo de elasticidade GPa 20 40 5 9 Módulo de distorção GPa 3 4 Apresenta-se na figura 10 a relação constitutiva, a tensão última em tracção e o módulo de elasticidade em flexão dos perfis pultrudidos de GFRP do fabricante europeu Fiberline. Nessa 7

figura é feita a comparação com outros materiais, como o aço, o alumínio, a madeira e o PVC, sendo que o aço é o material que concorre mais directamente com os perfis de GFRP. Relação constitutiva GFRP AÇO GFRP PVC ALU AÇO MAD Tensão última à tracção ALU MAD PVC Módulo de elasticidade em flexão GFRP PVC ALU AÇO MAD Figura 10 Comparação das propriedades mecânicas dos perfis de GFRP produzidos pela Fiberline e outros materiais (adaptado de [14]) Da análise da figura anterior salientam-se as seguintes propriedades mecânicas dos perfis de GFRP, em relação ao principal material concorrente, ou seja, o aço: Relação tensão-deformação elástica-linear até à rotura, o que contrasta com o comportamento dúctil do aço; Tensão última superior à da generalidade dos aços estruturais; Módulo de elasticidade reduzido, cerca de 15% a 20% do aço. Apresentam-se na tabela 2 os intervalos de valores usuais para algumas propriedades físicas e térmicas dos perfis de GFRP produzidos por alguns dos principais fabricantes. Tabela 2 Propriedades físicas e térmicas dos perfis de GFRP (adaptado de [2], [13] e [14]) Propriedade Unidades Direcção paralela às fibras Direcção transversal às fibras Teor em fibras % 50 70 Densidade g/cm 3 1,5 2,0 Coeficiente de dilatação térmica K -1 8 14 10-6 16 22 10-6 Coeficiente de condutibilidade térmica W/K.m 0,20 0,58 Apresenta-se na figura 11 a comparação da densidade, coeficiente de dilatação térmica e coeficiente de condutibilidade térmica dos perfis pultrudidos de GFRP do fabricante europeu Fiberline, com os correspondentes valores dos outros materiais (aço, alumínio, madeira e PVC). 8

Características gerais dos perfis pultrudidos de fibra de vidro (GFRP) Densidade Coeficiente de dilatação térmica Coeficiente de condutibilidade térmica GFRP PVC ALU AÇO MAD GFRP PVC ALU AÇO MAD GFRP PVC ALU AÇO MAD Figura 11 Comparação entre propriedades físicas e térmicas dos perfis de GFRP da Fiberline e de outros materiais (adaptado de [14]) Da análise da figura anterior são de salientar as seguintes propriedades dos perfis de GFRP, em relação às do aço: Material extremamente leve, com uma densidade cerca de 4 a 5 vezes inferior à do aço; Coeficiente de dilatação térmica semelhante ao do aço; Coeficiente de condutividade térmica muito reduzido e significativamente inferior ao do aço. 5. Vantagens e dificuldades na utilização de perfis pultrudidos de GFRP Relativamente aos materiais tradicionais, como o aço e o betão armado, os perfis de GFRP apresentam as seguintes vantagens: Baixo peso próprio; Elevada relação entre a resistência mecânica e o peso próprio; Possibilidade de produzir qualquer forma estrutural; Elevada resistência à fadiga; Elevada resistência à corrosão; Transparência electromagnética; Facilidade no transporte para o estaleiro e na instalação em obra; Baixos custos de manutenção. No entanto, é possível apontar as seguintes dificuldades ou obstáculos na utilização estrutural de perfis de GFRP, face aos materiais tradicionais: Reduzido módulo de elasticidade; Comportamento frágil; 9

Necessidade do desenvolvimento de novas formas estruturais e sistemas de ligação; Ausência de regulamentação específica; Custos iniciais ainda pouco competitivos na maior parte das aplicações. 6. Campo de aplicação dos perfis pultrudidos de GFRP Os perfis de GFRP começaram por ser utilizados sobretudo em aplicações não estruturais ou em estruturas secundárias, onde eram evidentes algumas das suas vantagens potenciais face aos materiais tradicionais, como a leveza, a maior durabilidade em ambientes agressivos ou a transparência electromagnética. Essas vantagens foram determinantes para a sua utilização em áreas de aplicação tão diversas como o saneamento básico, a indústria da pesca, os portos de navegação, a indústria petroquímica, as estações de tratamento de águas residuais, as centrais termo-eléctricas ou o transporte ferroviário. Para aplicações desse tipo, a indústria da pultrusão desenvolveu produtos constituídos por perfis pultrudidos de GFRP tão diversos como caminhos de cabos, bancos de jardim, portas e portões, escadas isolantes (figura 12), corrimãos e guardas (figura 13), gradis para pavimentos (figura 14), plataformas e passadiços (figura 15) ou painéis de fachada (figura 16). Figura 12 Escadas isolantes [12] Figura 13 Escadas com guardas [12] Figura 14 Gradis para pavimentos [12] 10

Figura 15 Plataformas de trabalho com guarda-corpos [12] Figura 16 Painéis de fachada [12] Não obstante o facto de as aplicações não estruturais serem muito mais numerosas, nos últimos anos, sobretudo no âmbito de projectos-piloto ou de investigação, começaram a ser desenvolvidas importantes aplicações de perfis de GFRP, em estruturas primárias, quer de pontes pedonais ou rodoviárias, quer de edifícios. A primeira ponte pedonal 100% compósita foi construída no Reino Unido em 1992. A Ponte Aberfeldy (figura 17) tem um tabuleiro constituído por painéis pré-fabricados do sistema ACCS, suspenso por tirantes em aramida, apoiados em colunas de GFRP [8]. A primeira ponte rodoviária 100% compósita também foi erguida no Reino Unido em 1994. O tabuleiro da Ponte móvel de Bonds Mill (figura 18) também é constituído por painéis préfabricados do sistema ACCS, apoiados em vigas longitudinais, materializadas por perfis de GFRP [8]. Em pontes móveis, o baixo peso próprio dos tabuleiros compósitos constitui uma vantagem decisiva, permitindo poupanças significativas nos sistemas mecânicos de elevação. Figura 17 Ponte Aberfeldy [8] Figura 18 Ponte móvel de Bonds Mill [8] Em 1997, foi instalada a Ponte Pontresina (figura 19), na Suíça, constituída por duas vigas simplesmente apoiadas em treliça, utilizando apenas perfis de GFRP. Numa das treliças foram utilizadas ligações aparafusadas e, na outra, foram utilizadas, pela primeira vez, ligações 11

coladas. As ligações foram realizadas em fábrica, com evidentes vantagens de controlo de qualidade e de economia A leveza da estrutura permitiu efectuar a instalação (figura 20) em apenas 4 horas [2]. Outro factor decisivo na escolha desta solução foi a elevada resistência à corrosão dos perfis de GFRP [7]. Figura 19 Ponte Pontresina [7] Figura 20 Instalação de um dos dois troços da Ponte Pontresina [7] Também em 1997, foi erguida a Ponte de Kolding, na Dinamarca, a primeira com estrutura totalmente compósita a ser construída na Escandinávia e a primeira no mundo a atravessar uma linha de comboio. A ponte tem uma estrutura atirantada e é constituída por 2 tramos apoiados num pilar central, apresentando um vão total de 40 m (figura 21). Toda a estrutura, incluindo os tirantes, foi construída apenas com perfis de GFRP e, por isso, não interfere electromagneticamente com a catenária. O peso total da ponte (12,5 ton) corresponde a metade do peso de uma solução metálica equivalente. Todas as ligações foram realizadas em fábrica e a elevação da ponte demorou 18 horas (3 sessões nocturnas, limitadas a 8 horas), sem que tenha sido necessário cortar a circulação da linha férrea (figuras 22 e 23). Os custos totais iniciais foram estimados como sendo 5% a 10% mais elevados do que os correspondentes às soluções alternativas de aço ou betão armado [9]. Figura 21 Vista geral da ponte de Kolding [9] 12

Figura 22 Transporte de um dos tramos, com 27 m de comprimento [9] Figura 23 Ponte a ser instalada durante a noite [9] A Ponte de Lérida, em Espanha, foi construída em 2001, sobre três importantes eixos de transportes: uma estrada, uma linha de caminho de ferro e a futura linha de alta velocidade entre Madrid e Barcelona. Como requisitos para a ponte pedonal, exigia-se uma manutenção reduzida, facilidade/rapidez de instalação e ausência de interacção com o campo magnético das catenárias. A superestrutura da ponte, em arco, com um vão de 38 m, é materializada apenas por perfis de GFRP, sem qualquer interferência electromagnética (figuras 24 e 25). Por outro lado, o peso total da ponte (19 ton) permitiu que a colocação na posição final (figura 26) demorasse apenas 3 horas [10]. Figura 24 Alçado da Ponte de Lérida [10] Figura 25 Vista lateral da ponte [10] Figura 26 Instalação da ponte com recurso a uma grua [10] 13

O edifício Eyecatcher, construído na Suíça em 1999, é uma referência da utilização de perfis de GFRP em edifícios. Trata-se de um edifício de 5 pisos, com uma estrutura constituída por 3 pórticos principais trapezoidais (figura 27). A leveza do material permitiu realizar a maior parte das ligações em fábrica, pelo que a montagem em obra da estrutura principal demorou apenas 3 dias (figura 28). Foram utilizados painéis de fachada sandwich, com uma espessura total de apenas 50 mm (duas lâminas de poliéster reforçado com fibra de vidro, a envolver um material isolante) garantindo, simultaneamente, um bom isolamento térmico e acústico. Um dos factores decisivos na escolha desta solução foi a baixa condutividade térmica dos perfis de GFRP, em particular, a ausência de pontes térmicas e a possibilidade da sua integração directa na fachada [7]. Figura 27 Edifício Eyecatcher [7] Figura 28 Instalação de um dos pórticos do edifício [7] Em Portugal, a utilização de perfis de GFRP tem vindo a aumentar nos últimos anos. No entanto, a maior parte das aplicações correspondem a elementos não estruturais ou a estruturas secundárias. São já vários os exemplos de obras importantes que utilizaram perfis de GFRP: o Centro Comercial Colombo (figura 29), a Estação do Rossio (figura 30), a galeria técnica do Parque-Expo, o mono-carril de Oeiras, as obras de introdução do comboio na Ponte 25 de Abril, o novo Estádio da Luz, o Oceanário de Lisboa (figura 31) e a Marina de Vilamoura (figura 32). No Centro Comercial Colombo e na Estação do Rossio, as vantagens potenciais da utilização dos perfis de GFRP foram a leveza e a reduzida manutenção exigida. Tanto no Oceanário de Lisboa, como na Marina de Vilamoura, a elevada resistência à exposição à água salgada foi o factor decisivo para a utilização de perfis de GFRP. 14

Figura 29 Centro Comercial Colombo Figura 30 Estação do Rossio [17] Figura 31 Oceanário de Lisboa [17] Figura 32 Marina de Vilamoura 7. Sustentabilidade dos perfis pultrudidos de GFRP Os impactos ambientais dos perfis de GFRP devem ser analisados tendo em consideração as diferentes fases do seu ciclo de vida: produção, uso e fim de vida. Neste âmbito, é importante tecer algumas considerações relativamente ao consumo energético e à poluição ambiental associados à produção de fibras de vidro e de matrizes poliméricas, à sua utilização e à respectiva reciclagem. No que diz respeito à sua produção e utilização, é importante referir que as resinas utilizadas são co-produtos da indústria petrolífera e que as quantidades necessárias, mesmo que a aplicação do material aumente consideravelmente no futuro, são relativamente insignificantes, quando comparadas com o consumo total de combustíveis fósseis. De acordo com Keller [2], a utilização de polímeros em estruturas pode ser mesmo considerada como uma das formas mais sustentáveis de utilização de combustíveis fósseis. Por outro lado, a produção das fibras de vidro resulta essencialmente do pó de quartzo e calcário, cujos recursos naturais são praticamente inesgotáveis, além de que muito do material resulta da reciclagem do vidro. 15

Importa também referir que os compósitos constituídos por poliésteres reforçados com fibras de vidro requerem apenas 1 / 4 e 1 / 6 da energia necessária à produção de aço e alumínio, respectivamente, pelo que nesta vertente da análise, os perfis de GFRP apresentam uma mais valia ambiental. Quanto à sua reciclagem, em relação às matrizes poliméricas, é certo que, hoje em dia, se utilizam essencialmente resinas termoendurecíveis. Estas, depois de polimerizadas, não são recicláveis, e só podem ser reutilizadas como material de enchimento, com um baixo valor acrescentado. Segundo Keller [2], o desenvolvimento das resinas termoplásticas, actualmente em curso, permitirá que a utilização dos materiais FRP em geral, e dos perfis de GFRP em particular, seja pelo menos tão sustentável como a utilização dos materiais tradicionais (betão armado, aço). Finalmente, é ainda de referir a maior durabilidade dos perfis de GFRP face aos materiais tradicionais, que tem sido demonstrada em várias aplicações práticas, inseridas em ambientes de degradação agressivos, como seja o encamisamento dos pilares do Viaduto Sul da Ponte Vasco da Gama, como medida de controle da corrosão das armaduras. Recentemente, no âmbito de um projecto de substituição de uma ponte metálica com graves problemas de corrosão por estar inserida num ambiente salino, foi realizado um estudo [18], em que se comparou o desempenho de cinco soluções, correspondentes a diferentes materiais: aço estrutural (pintado), aço inoxidável, perfis de GFRP, alumínio e betão armado. Em particular, foram analisados os custos iniciais e de manutenção e o impacto ambiental de cada solução. Em relação aos custos iniciais e de manutenção o autor teve em consideração as quantidades totais (estimadas através de projectos preliminares) e os preços unitários dos materiais, os custos associados ao processo de fabrico, os custos de transporte e montagem e, finalmente, os custos associados à inspecção e manutenção durante o período de serviço da ponte (50 anos). Relativamente ao impacto ambiental, a análise foi efectuada através de duas abordagens distintas. Por um lado, foi determinado o consumo de energia associado a cada material, tendo em conta o consumo energético na produção e a energia armazenada no produto final. Por outro lado, foram calculados os volumes críticos de poluição (da água e do ar), determinados através de um método desenvolvido pelo autor e descrito em [18], que tem em consideração a 16

relação entre as emissões poluentes associadas a cada material e os correspondentes limites legais. Tabela 3 Desempenho dos cinco materiais estruturais para a ponte analisada (adaptado de [18]) Material estrutural Custos iniciais ( ) Custos de manutenção ( ) Critério Consumo de energia (MJ) Aço estrutural 40.000 30.000 294.000 Aço inoxidável 110.000 6.000 329.600 Perfis de GFRP 70.000 17.000 120.000 Alumínio 77.000 19.000 268.700 Betão armado 30.000 10.000 277.200 Volume crítico de poluição (m 3 ) Água: 697,4 Ar: 7,09 10 6 Não disponível (mas certamente superior ao do aço estrutural) Água: 85,8 Ar: 7,92 10 6 Água: 565,3 Ar: 41,1 10 6 Água: 341,9 Ar: 31,04 10 6 Considerando a soma dos custos iniciais e de manutenção, a solução mais económica foi a de betão armado, a que se seguiram o aço estrutural, os perfis de GFRP, o alumínio e, por último, o aço inoxidável. Se forem considerados os aspectos ambientais, as vantagens da utilização dos perfis de GFRP são claras, quer em termos do consumo de energia, quer em termos das emissões poluentes. Em particular, a poluição da água devida aos perfis de GFRP (devida sobretudo às emissões de cobalto na produção de poliéster) é uma ordem de grandeza inferior à dos restantes materiais analisados. No que diz respeito à poluição do ar, os perfis de GFRP constituem, a par do aço estrutural, a solução mais limpa. No entanto, e como é referido pelo autor deste estudo [18], os resultados obtidos são válidos para a ponte analisada, não podendo ser extrapolados para outros casos. Por outro lado, o autor reconhece que, neste tipo de estudos, a qualidade da informação disponível nem sempre é a desejada. 17

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