O concreto tem sido usado como material de construção por sua alta resistência à compressão, boa durabilidade e baixo custo. No entanto, seu calcanhar de Aquiles conhecido é sua fragilidade e resistência à tração limitada. Isso foi resolvido com bastante facilidade há cerca de um século, usando barras de reforço (vergalhões) de aço no lado da tensão de estruturas de concreto. O vergalhão de aço é funcionalmente eficiente e relativamente barato, portanto, faz um bom trabalho na maioria dos casos. No entanto, o vergalhão de aço tem seu próprio ponto fraco: suscetibilidade à corrosão (oxidação) quando exposto a sais, produtos químicos agressivos e umidade. À medida que corrói, o vergalhão de aço incha e aumenta a carga de tração sobre o concreto, que começa a rachar e se estilhaçar, criando aberturas que levam a uma deterioração mais profunda e mais rápida do aço e do concreto. Isso exige reparos e manutenção dispendiosos e, se for permitido avançar o suficiente, pode comprometer a integridade da estrutura. Numerosos revestimentos e penetrantes foram introduzidos ao longo das décadas para ajudar a vedar a umidade do concreto, e o próprio vergalhão foi atualizado com revestimentos de epóxi ou o uso de aço inoxidável. Mas nem sempre é possível prevenir a corrosão a longo prazo. Além disso, a tendência do vergalhão de aço para conduzir campos elétricos e magnéticos torna-o indesejável no concreto especificado para certas aplicações de geração de energia, imagens médicas / científicas, nucleares e elétricas / eletrônicas.
Proposta de valor de FRP
Há muitos motivos pelos quais o vergalhão de polímero reforçado com fibra (FRP) faz sentido em algumas estruturas de concreto. Para começar, o vergalhão composto não enferruja ou corroe, por isso é ideal para imersão periódica ou de longo prazo em água doce ou salmoura em aplicações como muros de contenção, cais, molhes, cais, caixotões, decks, estacas, anteparas, canais, plataformas offshore, piscinas e aquários. Também é imune ao sal da estrada e outros produtos químicos de degelo, tornando-o uma escolha mais durável e menos intensiva em manutenção para estradas e pontes, estruturas de estacionamento, pistas de aeroportos, barreiras de Jersey, muros de contenção e fundações, meios-fios, parapeitos e lajes em rampas. Além disso, oferece ampla resistência a uma série de outros produtos químicos encontrados em estações de tratamento de águas residuais, depósitos de resíduos sólidos, plantas petroquímicas, fábricas de celulose e papel, dutos, tanques, torres de resfriamento e chaminés, bem como o ambiente alcalino do próprio concreto.
Outra vantagem é que a resistência à tração do vergalhão de FRP é normalmente 1,5 a 2 vezes maior do que o aço, portanto, é um bom contrapeso para a alta resistência à compressão do concreto. Também oferece excelente resistência à fadiga, tornando-o adequado para situações de carregamento cíclico (como em estradas e pontes). Além disso, o vergalhão composto tem um quarto do peso do aço de desempenho comparável. Aqui, há vários benefícios práticos. Há menos desgaste para os trabalhadores da construção, que precisam carregá-lo e instalá-lo, e menos necessidade de guindastes e outros equipamentos de elevação pesada. É facilmente cortado com ferramentas de corte comuns, sem danificar as lâminas de serra. Mais vergalhão pode ser transportado por carga de caminhão sem exceder os limites legais de carga. Para pontes e estruturas semelhantes, a relação resistência-peso mais alta fornece maior capacidade de carga para uma determinada estrutura ou possíveis oportunidades para reduzir o tamanho e o peso de toda a estrutura. O vergalhão composto também é útil em aplicações sensíveis ao peso, onde os solos têm propriedades de suporte de carga pobres, em locais sismicamente ativos ou em áreas ambientalmente sensíveis onde é indesejável mover equipamentos pesados.
Para aplicações eletromagneticamente sensíveis, tanto o vidro (o reforço de vergalhão composto mais comum) e o polímero são inerentemente não condutores, portanto, não transmitem corrente, atraem raios ou interferem na operação de dispositivos elétricos próximos. Isso o torna uma escolha mais segura em usinas de fundição de alumínio e cobre, usinas nucleares, estruturas militares especializadas, torres de aeroporto, torres de transmissão elétrica e telefônica, bueiros contendo equipamentos elétricos ou telefônicos, hospitais com equipamento de imagem por ressonância magnética (MRI) e estradas com pedágio matrizes de detecção e cabines de coleta. Como o composto reforçado com vidro é igualmente pobre em transmissão térmica, ele pode ser útil para manter o controle do clima em edifícios, pátios e porões.
Embora o custo inicial do vergalhão composto seja geralmente mais alto do que o vergalhão de aço padrão e seja aproximadamente comparável ao vergalhão de aço revestido com epóxi, quando considerado em uma base de custo de ciclo de vida (LCC), pode ser bastante econômico - especialmente para aplicações de concreto não protendido. para flexionar, cisalhar e cargas compressivas que normalmente requerem reparos e manutenção frequentes ou onde há outros problemas com o metal. Por todas essas razões e muito mais, o vergalhão composto começou lentamente a ganhar participação no mercado de engenharia civil.
Sem regs, sem progresso
O vergalhão composto teve seu início no Japão na década de 1980, com reforços de fibra de carbono e aramida em matrizes termofixas, e se espalhou lentamente para projetos no Canadá durante o início da década de 1990, diz John Busel da American Composites Manufacturers Assn. (ACMA, Arlington, Va.). Mas não decolou realmente, ele lembra, até que as especificações foram desenvolvidas e publicadas para o vergalhão composto no final dos anos 1990. Busel, diretor da Iniciativa de Crescimento de Compostos da ACMA, foi por 12 anos secretário e, em seguida, presidente do Comitê 440 - FRP Reinforcement do American Concrete Institute (ACI, Farmington Hills, Michigan), durante o tempo em que esse grupo desenvolveu suas especificações e design inovadores guia para vergalhões FRP.
“Criar produtos que não são suportados por testes e pesquisas simplesmente não funciona com engenheiros civis”, explica Busel. “São necessários muitos dados para convencê-los e obtê-los leva tempo.” Diante dessa realidade, o Comitê 440 foi instituído no início da década de 1990 e levou quase uma década para desenvolver a primeira edição, publicada em 1999, atualizada em 2006, com nova atualização prevista para 2012. “Agora você tem padrões que arquitetos, engenheiros , e os contratados podem colocar em seus planos globalmente ”, diz Busel, observando que“ o ACI 440.1R provou ser um dos guias de especificação mais conhecidos e mais usados do mundo e definitivamente valeu a pena todo o trabalho. ”
“O ACI 440 tem sido uma associação extremamente dinâmica e ativa”, observa Doug Gremel, colega de Busel de longa data. “Não discriminamos nenhuma pesquisa em nenhum lugar do mundo. Se pudermos pegar e incorporar em nossos códigos, nós o faremos. ” Gremel - o diretor de Reforço Não Metálico da Hughes Brothers Inc., um diretor da subsidiária HughesAslan Pacific Ltd.(ambos de Seward, Nebraska) e presidente do comitê de gestão da Composite Insulated Concrete Systems LLC, sediada em Omaha, Nebraska - acrescenta: “Não temos orgulho de propriedade quando se trata deste conhecimento”.
Apesar deste crescente corpo de ciência e experiência em meados dos anos 1990, o crescimento no uso de vergalhões FRP foi lento. A primeira instalação nos Estados Unidos não apareceu até 1996 na ponte McKinleyville / Buffalo Creek em Brooks County, W. Va. O vergalhão FRP finalmente ganhou força na América do Norte após sua inclusão no código de ponte rodoviária canadense, onde se tornou a solução padrão para lidar com a corrosão causada pelo clima severo do Canadá. Isso, por sua vez, levou ao trabalho da Associação Americana de Oficiais de Rodovias e Transportes do Estado (AASHTO) para desenvolver especificações para o uso de decks de concreto e grades de vidro FRP (GFRP). A partir desse ponto, os engenheiros e especificadores do Departamento de Transporte dos EUA (DoT) tiveram seu próprio guia de projeto para acompanhar o ACI 440. Como resultado, diz Busel, o Canadá e os EUA juntos agora têm quase 400 pontes com vergalhões FRP em alguns aspectos do sua construção. As instalações europeias estão crescendo, mas em um ritmo mais lento.
Gremel - cujo empregador, a Hughes Brothers, é um fornecedor global de vergalhões FRP - afirma que os padrões constituem a estrutura objetiva para garantia de qualidade. “Temos que fornecer certificados de lote de produção como evidência de que qualquer 'laminação' de vergalhão atende ou excede as propriedades exigidas pelos padrões ASTM”, disse ele. “Estamos fazendo módulos de tração e testes de deformação em cada lote que executamos, assim como os caras de aço.”
O progresso da comunidade de engenharia civil em relação ao conforto com o vergalhão de FRP pode ser lento, mas não desencorajou a busca de novas abordagens para sua fabricação que poderiam, como indicam os exemplos a seguir, tornar a próxima geração de vergalhões compostos uma alternativa muito mais atraente ao aço .
