Os compósitos revolucionam o setor da construção

Os compósitos ou compostos de matriz polimérica revelaram-se como uma das maiores revoluções para o setor da construção. Designers e arquitetos viram como, graças a eles, praticamente desaparecia qualquer barreira que até então impedia a execução das suas criações mais futuristas.

Vantagens dos materiais compósitos

Uma das principais vantagens dos compostos de matriz polimérica (formados por dois ou mais componentes que atuam em sinergia) é que são materiais que oferecem uma elevada resistência mecânica em relação à sua densidade, em comparação com os materiais convencionais. Graças a isso, os compósitos apresentam uma série de vantagens muito significativas para uma ampla gama de aplicações. Por exemplo, permitem obter formas complexas com grande precisão, também têm uma excelente resistência à degradação e são altamente resistentes à corrosão. Os materiais compósitos avançados têm sido utilizados nos últimos 50 anos numa variedade de aplicações de alto desempenho: veículos militares, iates de luxo, grandes pás de aerogeradores, aviões, equipamentos desportivos e de lazer como esquis, pranchas de snowboard e pranchas de surf. Também estão a começar a ser utilizados mais amplamente no mundo da arquitetura, onde oferecem uma poupança significativa de peso e capacidade para criar formas complexas, o que proporciona aos arquitetos maior liberdade no design. Precisamente, o design com materiais compósitos abre um enorme leque de possibilidades na sua aplicação ao setor da construção, como otimizar o desempenho da estrutura através de simples alterações em alguns dos constituintes do material compósito (tipos de resina, tipos e configuração de materiais de reforço, etc.).

Liberdade de design e construções futuristas

Se durante os últimos 100 anos os arquitetos se limitaram à utilização dos materiais de construção habituais nos seus designs (madeira, pedra, aço, betão…), hoje em dia os materiais compósitos estão a revolucionar a arquitetura. A sua aplicação no âmbito da construção permitiu substituir progressivamente os materiais tradicionais e, com eles, foram eliminadas muitas das barreiras que os designers encontravam ao realizar projetos com design futurista. Até agora, os compósitos têm sido mais comummente utilizados em estruturas secundárias ou grandes estruturas autoportantes como cúpulas. Mas, recentemente, alguns arquitetos e engenheiros estão a desenvolver soluções mais complexas para satisfazer a criatividade de alguns designers e o seu desejo de desafiar cânones estabelecidos para o design de edifícios e obras singulares. Estas aplicações só são possíveis com materiais compósitos, uma vez que se aproveita a combinação do baixo peso destes materiais com a sua capacidade de serem moldados em formas muito complexas. Entre as principais vantagens que os materiais compósitos oferecem em comparação com os materiais tradicionais, destacaríamos algumas:

• Alta resistência mecânica: Os materiais compósitos são muito eficazes no seu emprego como elementos que proporcionam uma alta resistência. Podem ser projetados para proporcionar um intervalo específico de propriedades mecânicas, como resistência à tração, à flexão, ao impacto e resistência à compressão. Além disso, as peças de compósito podem ser fabricadas com reforços com uma determinada orientação que proporcionem uma resistência adicional onde o design assim o exija.
• Estética: Proporcionam novas possibilidades estéticas graças à sua capacidade de moldar formas complexas, fluidas e criativas, além da capacidade de integrar acabamentos superficiais especiais e uma ampla variedade de efeitos, incluindo a simulação dos materiais tradicionais.
• Resistência à corrosão: Os materiais compósitos não oxidam nem corroem. Existem muitos sistemas de matriz polimérica que proporcionam resistência a longo prazo para a maioria dos ambientes de temperatura e ambientes químicos. As peças de material compósito projetadas corretamente têm uma longa vida útil e uma manutenção mínima em comparação com os materiais tradicionais de construção.
• Leveza: Os compósitos têm uma resistência específica mais alta do que a maioria dos materiais utilizados em aplicações semelhantes. Estes podem oferecer mais força por peso do que a maioria das ligas de metais.
• Durabilidade: Quanto tempo duram os compósitos? Há referências de duração de mais de cinquenta anos e a contar. Os compósitos de matriz polimérica são materiais relativamente recentes em comparação com os materiais que muitas vezes substituem, como o betão, o aço e a madeira, pelo que a sua esperança de vida ainda não foi alcançada em muitos dos componentes em uso.
• Flexibilidade de design: Os materiais compósitos podem ser obtidos com quase qualquer forma: pode ser complexa na configuração, grande ou pequena, estrutural, decorativa, ou uma combinação destas. Os compósitos libertam a mente dos arquitetos e designers para testar novos conceitos, desde o protótipo até à produção. Devido a esta flexibilidade, peças individuais de material compósito podem substituir conjuntos de unidades complexas que requerem múltiplos elementos de fixação quando fabricadas com materiais tradicionais como a madeira, o aço e o alumínio.
• Estabilidade dimensional: Os materiais compósitos de PRFV mantêm a sua forma e funcionalidade mesmo sob tensões mecânicas e ambientais severas.
• Comportamento dielétrico: Os materiais compósitos de matriz polimérica têm excelentes propriedades de isolamento elétrico.
• Elevada temperatura de serviço: As peças fabricadas com a matriz polimérica e cargas adequadas podem comportar-se muito bem em aplicações de alta temperatura

Compósitos avançados para aplicações de alto desempenho

Um material compósito ou compósito é formado pela combinação de dois ou mais materiais de distinta natureza que se combinam para oferecer propriedades superiores às dos componentes originais. Os compósitos poliméricos, como o nome indica, dispõem de um material ou fase polimérica que faz as funções de matriz. A esta matriz juntam-se outros materiais que fazem a função de reforço (tipicamente fibras de vidro, carbono ou aramida) e, quando possível, outros materiais de reduzido custo, também conhecidos como cargas.

Os materiais compósitos têm sido utilizados na construção desde a antiguidade: barro misturado com palha, gesso com crinas de cavalos, etc. No entanto, os materiais compósitos de natureza polimérica começam a aparecer no início do século XX, quando se descobrem as resinas termoendurecíveis.

Das aplicações bélicas primeiro e das aeroespaciais depois, passa-se, com a industrialização e redução de custos, à utilização dos compósitos noutros campos da indústria e, hoje em dia, os materiais compósitos de matriz termoendurecível apresentam excelentes características aplicáveis à construção, como são:

• Têm uma baixa densidade, o que se traduz num baixo peso à igualdade de volume face aos materiais tradicionais (aço, betão, etc.)
• Não são afetados pela corrosão nem pelo ataque de agentes ambientais. Não oxidam.
• Apresentam excelentes propriedades mecânicas.
• Permitem uma grande liberdade de formas e designs.
• Alguns são transparentes às ondas eletromagnéticas.
• Apresentam grande variedade de acabamentos, devido ao grande leque de revestimentos (“gel-coats”) existentes.
• Podem atuar como isolantes elétricos.
• Têm um custo de produção competitivo.

Não obstante, o uso dos materiais compósitos, embora seja aceite sem reservas em setores como o eólico, o de tratamento de águas residuais, o náutico (cascos de barco, acessórios de convés, etc.) ou o da automação (interiores, carroçaria, etc.), entre outros; não teve o mesmo crescimento na construção. Isso deve-se fundamentalmente ao baixo grau de normalização que existe atualmente nos materiais compósitos. Por outro lado, os materiais tradicionais (betões, metais, cerâmicas, etc.) exercem uma concorrência muito forte porque as suas prestações são muito bem conhecidas por projetistas, empreiteiros e até pelos próprios clientes.

Materiais compósitos reforçados com fibras

As principais aplicações em edifícios dos materiais compósitos reforçados com fibras (PRFV) de diferente natureza incluem, em ordem crescente de demanda estrutural, caixilhos de janelas e portas, moldes utilizados em arquitetura, estruturas secundárias tais como painéis para paredes, tetos e pavimentos, grades, etc. e estruturas primárias para edifícios modulares.

No que diz respeito a infraestruturas, podemos encontrar aplicações tais como invólucros de pontes, pontes pedonais, pontes rodoviárias, carenagens aerodinâmicas, reforços de betão, colunas, depósitos de pressão, pavimentos isolantes e invólucros, etc.

As aplicações dos PRFV no campo da arquitetura desenvolveram-se inicialmente nos Estados Unidos, onde hoje gozam de um grande mercado. A nível europeu, embora o mercado seja ainda reduzido, a introdução das primeiras portas domésticas de PRFV há aproximadamente quinze a vinte anos iniciou a tendência de crescimento deste tipo de materiais. As diferentes composições dos PRFV permitem a produção de artigos com propriedades personalizadas para satisfazer os requisitos de mercados como novos edifícios e reabilitações de antigos, tanto no setor público como no privado. Uma vantagem muito importante dos compósitos na construção é a possibilidade de satisfazer os rigorosos requisitos de resistência ao fogo e como isolantes acústicos que a normativa atual impõe. Isto consegue-se de forma mais eficaz quando os compósitos são combinados com outros materiais (geralmente núcleos) tais como aço, termoplásticos ou plásticos reciclados para cumprir os requisitos de custo. Além disso, neste campo os PRFV têm benefícios de tipo social tais como a melhoria na eficiência térmica no lar e maior durabilidade, aumentando os intervalos de reconstrução.

Aplicações dos materiais compósitos

Outra tendência que dia a dia ganha maior importância é a aplicação dos compósitos na construção de pontes. As pontes são uma das aplicações mais exigentes da engenharia civil. Poucas estruturas apresentam a mesma combinação de funcionalidade e impacto visual. Nas pontes rodoviárias, o emprego de betão e aço goza de uma supremacia quase absoluta. No entanto, os materiais compósitos podem desempenhar (e de facto já o fazem) um papel fundamental na substituição dos tabuleiros que formam o pavimento das pontes, onde a resistência à corrosão e a rapidez de instalação são importantes. De forma similar, os invólucros das pontes também estão a ser realizados com este tipo de materiais compósitos. Menção especial merecem as pontes pedonais, geralmente instaladas em zonas de difícil acesso, a leveza dos materiais compósitos permite a sua instalação sem o emprego de veículos pesados como gruas.

O uso de materiais compósitos como revestimentos é um bom método para dotar de valor acrescentado as edificações, tanto as de nova construção como a restauração das já existentes. As suas aplicações em fachadas, esculturas, torres, abóbadas, cúpulas, etc. constituem uma alternativa à pedra, tijolos, madeira, telhas, etc., face aos quais apresentam vantagens como baixa manutenção, resistência UV, baixo peso e facilidade de criar réplicas das peças para a sua substituição.

A instalação de vedações é outra aplicação importante. No plano doméstico já estão a ser usadas pelo seu baixo peso e manutenção e pela sua excelente resistência às intempéries. Por outro lado, dentro desta aplicação destaca-se a vedação de aeroportos devido a que os materiais compósitos são inerentemente transparentes às ondas de radar e, portanto, elimina-se o risco de interferência com os equipamentos de aterragem e descolagem. Outro motivo adicional é a sua fragilidade, já que, embora sejam materiais altamente rígidos e resistentes, quebrar-se-iam facilmente em caso de colisão com um avião, minimizando as consequências do acidente.

As estruturas modulares são uma série de painéis pultrudidos que se entrelaçam para dar lugar a construções com integridade estrutural por si mesmas, isto é, sem a necessidade de armações adicionais. As vantagens mais destacadas nesta aplicação são a possibilidade de pré-fabricação das mesmas, a sua facilidade de transporte e a sua simples instalação. As suas aplicações são variadas: torres de arrefecimento, armazéns, túneis de lavagem, etc.

A possibilidade de projetar materiais compósitos com requisitos estruturais “à medida” graças à orientação preferencial das suas fibras, torna-os muito indicados para aplicações de altos requisitos estruturais, como são mastros, torres e postes. Os beneficiários destes produtos são, sobretudo, companhias elétricas e de telecomunicações, que podem realizar a distribuição através de linhas colocadas mais próximas entre si, já que se elimina o risco de arco elétrico, graças às propriedades dielétricas destes materiais, que também encontram lugar como postes de serviço público, suportes de painéis solares, pilares marinhos, etc.

A facilidade de processamento dos compósitos de matriz polimérica torna-os ideais para reforçar estruturas. No caso de vigas e pontes, aplica-se fibra de carbono (que pode ser convencional ou pré-tensionada) na sua parte inferior, que está sujeita a tração. Também se utiliza na reparação e reforço de fachadas, telhados, estradas, etc. A vantagem mais significativa do emprego de reforços compósitos de resina com fibra de carbono sobre o aço é a redução do peso próprio da estrutura. As fibras de carbono têm uma resistência à tração muito mais alta do que a do aço, e além disso são muito mais leves e não apresentam corrosão. Os reforços com fibra de vidro são uma alternativa mais económica. Seja qual for a opção, a união entre o revestimento e a estrutura é de grande importância para que o revestimento cumpra a sua função. Para prevenir a sua rutura, foram desenvolvidos métodos de análise não destrutivos para a determinação de furos entre a estrutura a reforçar e o revestimento, como a representação térmica de pulso ultrassónico transitório.

Os materiais compósitos têm sido tidos em conta em muitas aplicações estruturais inovadoras devido à sua flexibilidade: é possível combiná-los com materiais tradicionais obtendo-se efeitos sinérgicos a preços competitivos. A sua maior durabilidade, resistência à corrosão, facilidade de transporte e possibilidade de pré-fabricação abrem uma nova porta aos profissionais da construção.

Outros setores de aplicação dos compósitos

Outro setor onde os compósitos estão a ganhar grande importância é o eólico. Os requisitos fundamentais exigíveis às pás dos aerogeradores são uma excelente resistência à fadiga, resistência à corrosão (especialmente para pás instaladas na costa), manutenção mínima, uma vida útil de pelo menos 30 anos e leveza. Os materiais compósitos são a resposta ideal a esta necessidade e desbancaram totalmente o aço e o alumínio.

Uma nova tendência são os compósitos plásticos de madeira (Wood Plastic Composites – WPC). Estes são uma combinação de madeira (em diversas formas) com um termoplástico ou um termoendurecível. Geralmente trata-se de farinha de madeira ou serradura, e embora a priori a madeira seja um composto que além de absorver humidade, não apresenta alta rigidez, este material compósito encontrou aplicação no design de interiores, no fabrico de produtos de jardim, etc. dado que além de apresentar um alto valor estético, permite reciclar os excedentes das indústrias madeireiras, contribuindo para o desenvolvimento sustentável e para o meio ambiente.