Reforço Estrutural - Materiais Compósitos

Reforço Estrutural com Fibras de Carbono

As fibras de carbono resultam do tratamento térmico (carbonização) de fibras precursoras orgânicas tais como o poliacrilonitril (PAN) ou com base no alcatrão derivado do petróleo ou do carvão (PITCH) em um ambiente inerte e, também, através de fibras de rayon. O processo de produção consiste na oxidação dessas fibras precursoras seguido do processamento a elevadas temperaturas (variando de 1.000o C a 1.500o C para as fibras de carbono a até cerca de 3.000o C para as fibras de grafite).
Nesse processo térmico as fibras resultantes apresentam os átomos de carbono perfeitamente alinhados ao longo da fibra precursora, característica que confere extraordinária resistência mecânica ao produto final.
Quanto maior a temperatura em que o processo industrial se realiza maior será o módulo de elasticidade do material resultante, que varia desde 100GPa a 300GPa para as fibras de carbono até 650 GPa para as fibras de grafite.
Quanto maior o módulo de elasticidade maior é o custo do material, o produto de maior módulo de elasticidade (grafite) custando cerca de 15 a 20 vezes mais caro do que a fibra de carbono com o módulo de elasticidade situado no extremo inferior da faixa.
 Normalmente os sistemas compostos estruturados que utilizam as fibras de carbono como elemento resistente apresentam as seguintes características:
 Extraordinária resistência mecânica.
 Extraordinária rijeza.
 Bom comportamento à fadiga e à atuação de cargas cíclicas.
 Elevada resistência a ataques químicos diversos.
 Não são afetados pela corrosão por se tratar de um produto inerte.
 Estabilidade térmica e reológica.
 Extrema leveza, devido ao baixo peso específico do sistema (da ordem de 1,6g/cm3 a 1,9g/cm3 , cerca de 5 vezes menor do que o do aço estrutural) chega-se ao ponto de não se considerar o seu peso próprio nos reforços.
O coeficiente de dilatação térmica dos compostos unidirecionais de carbono varia segundo suas direções longitudinal e transversal e dependem do tipo da fibra, da resina, e do volume de fibra no composto.
A sequência para a execução dos sistemas compostos estruturados com fibras de carbono pode ser assim resumida:
 Recuperação do substrato de concreto armado para que o sistema possa ser aderido com segurança;
- Essa exigência se aplica a qualquer sistema de reforço externo aderido, como, por exemplo, a colagem de chapas de aço através de resinas epoxídicas.
 Imprimação da superfície sobre a qual será aplicado o sistema para se estabelecer uma ponte de aderência entre o substrato de concreto e o sistema composto. Para tanto se utiliza um imprimador epoxídico (primer) com elevado teor de sólidos que, ao penetrar nos poros do concreto e ao estabelecer uma película sobre a superfície do concreto, cria uma interface altamente eficiente para a transmissão de esforços entre o composto e a peça de concreto.
 Regularização e correção das imperfeições superficiais do substrato de concreto, de modo a estabelecer um plano adequadamente nivelado. É utilizada uma pasta epoxídica contendo alto teor de sólidos para calafetar eventuais imperfeições superficiais e criar um plano desempenado para a aplicação do sistema composto.
 Aplicação da primeira camada de resina saturante com alto teor de sólidos que servirá para impregnar (saturar) a lâmina de fibra de carbono e aderi-la à superfície do concreto.
 Aplicação da lâmina de fibra de carbono que vai reforçar o sistema composto.
 Aplicação da segunda camada de resina saturante para completar a impregnação da lâmina de fibra de carbono e acabando de conformar a matriz epoxídica que envelopa o sistema.
 Aplicação (opcional) de película de acabamento com elevado teor de sólidos, alto brilho e resistente à corrosão, com o objetivo de proteção e/ou acabamento estético para o sistema.
Existe uma grande variedade de elementos de concreto armado em que os sistemas compostos estruturados com fibras de carbono podem ser utilizados para promover reforço estrutural. Essencialmente, em elementos estruturais onde ocorrem momentos fletores, com suas correspondentes tensões de tração e compressão, esforços cortantes e de torção com suas tensões tangenciais e em casos específicos de confinamento os sistemas compostos podem ser utilizados para:
Reforço de vigas à flexão e ao corte
Reforço de lajes à flexão
Reforço de pilares e colunas
Reforços de tanques, silos e reservatórios
Reforço de muros de arrimo, vigas-parede, alvenarias e melhoria da resistência a impactos e explosões
Reforço de tubulações de concreto de grande diâmetro
Aumento da dutibilidade de colunas para a prevenção de efeitos sísmicos

Fonte: Manual de Reforço das Estruturas de Concreto Armado com Fibras de Carbono - Autor: Ari de Paula Machado
Ler mais: http://www.viapol.com.br/media/97576/manual-fibra-de-carbono.pdf