O uso da madeira na construção civil brasileira se limita a soluções de problemas relacionados a pequenas coberturas residenciais, cimbramentos (para estruturas de concreto armado e protendido), armazenamento (silos verticais e horizontais), benfeitorias rurais, entre outros. A falta de projetos específicos, desenvolvidos por profissionais habilitados e executados por carpinteiros pouco qualificados, incentiva a formação de uma mentalidade distorcida por parte dos usuários.
Dentro deste contexto e com o objetivo de ampliar o uso da madeira como material estrutural, pesquisadores do Laboratório de Madeiras e Estruturas de Madeiras - LaMEM da Escola de Engenharia de São Carlos – EESC – USP estão desenvolvendo novas tecnologias que permitam a utilização racional da madeira, tanto nativa quanto de reflorestamento, tornando esse material uma ótima solução para o emprego em estruturas, sejam elas de pequeno ou grande porte. A mais nova alternativa que vem sendo estudada para melhorar as propriedades mecânicas de elementos estruturais de madeira são as fibras reforçadas com polímeros (FRP).
Por apresentar alta resistência, baixo peso e facilidade em associar a outros materiais as (FRP) estão sendo utilizadas nas indústrias aeroespaciais, automotivas e de equipamentos esportivos nos últimos cinqüenta anos.
Dentre estas fibras as que vêm demonstrando melhor eficiência em reforço e recuperação de estruturas de madeira são os tecidos de fibra de vidro e de fibra de carbono.
O emprego das respectivas fibras deve ser feito em conjunto com algum tipo de adesivo, formando, a partir da combinação de dois materiais, um compósito com propriedades superiores às destes materiais. As fibras são responsáveis pela resistência do compósito, e o adesivo as une, sendo responsável pela transmissão dos esforços entre as fibras e o material reforçado. Entre os adesivos mais utilizados na laminação destes tecidos podem ser destacadas as resinas a base de epóxi, poliéster e viníl.
Atualmente as FRP vêm sendo estudadas, como material para adequar estruturas de madeira, de concreto e de aço, para novos usos, com a finalidade de cumprir normas não atendidas no projeto (ex.: aumento de sobrecarga), e em reparos devidos a acidentes, envelhecimento, ataques químicos e erros de cálculo estrutural.
O bom desempenho do reforço de fibras reforçadas com polímeros (FRP), está diretamente ligado ao processo de laminação utilizado. Para a execução do reforço em estruturas de madeira deve-se realizar a laminação manual, onde a resina é aplicada diretamente sobre a superfície a ser reforçada e também sobre o respectivo tecido. Como produto final obtém-se um material laminado (fibra + resina).
Trabalho experimental
A análise experimental, conduzida pelo Laboratório de Madeiras e Estruturas de Madeira/LaMEM do Departamento de Engenharia de Estruturas da Escola de Engenharia de São Carlos/ EESC-USP, consistiu na execução e ensaio de 5 vigas de madeira da espécie Pinus Caribea reforçadas com duas camadas de fibra de carbono, seis camadas de fibra de vidro e vinte camadas de fibra de vidro.
As deformações específicas na madeira e na lâmina de reforço, na seção central de cada viga foram medidas por extensômetros elétricos. Os deslocamentos verticais foram medidos com relógios comparadores, com precisão de 0,01 mm, na seção central da peça.
Os resultados obtidos nos ensaios demonstram o bom desempenho desta técnica de reforço, evidenciado pelo aumento da resistência e rigidez das vigas reforçadas.Para vigas reforçadas com duas camadas de fibra de carbono ou com seis camadas de fibra de vidro o aumento da rigidez à flexão (EI) foi de aproximadamente 35%. Já para a viga reforçada com 20 camadas de fibra de vidro o aumento da rigidez foi de aproximadamente 60%.
O aumento da rigidez a flexão é proporcional ao aumento do número de camadas de fibras. O uso de três camadas do tecido de fibra de vidro equivale ao uso de uma camada do tecido de fibra de carbono. O emprego do reforço de fibra propicia que a ruptura ocorra na presença de grandes deslocamentos verticais.
Flecha na viga
Para as vigas reforçadas, apesar do esmagamento das fibras superiores por compressão, observa-se aumento na capacidade de carga da viga até o colapso, que se inicia com a ruptura por tração na parte inferior da madeira.
Com relação ao emprego de fibra de carbono e de fibra de vidro em reforço de estruturas de madeira, cabe ao projetista avaliar a relação custo beneficio da técnica em questão, em alguns casos torna-se mais vantajoso realizar o reforço e a recuperação da estrutura ao invés de substituir os elementos degradados.
A grande vantagem do tecido de fibra de vidro em relação ao tecido de fibra de carbono é exatamente seu baixo custo. Para a realização de um reforço de com seis camadas de fibra de vidro e largura de 6 cm, o custo por metro linear, incluindo mão-de-obra, é R$ 12,00.
Os tecidos unidirecionais de fibra de vidro e de fibra de carbono vêm apresentando resultados positivos em reforço de elementos estruturais de madeira. Cabe salientar que a correta aplicação de tecidos de fibras reforçadas com polímeros, garante o bom desempenho do sistema estrutural reforçado. O uso das fibras proporcionou um incremento nas propriedades mecânicas de resistência e rigidez da madeira.
Apesar do tecido de fibra de vidro possuir propriedades mecânicas inferiores às do tecido de fibra de carbono, resultados significativos de aumento de resistência e rigidez são conseguidos com o uso de um número maior de camadas de fibras. Tendo em vista o seu menor custo, em relação à fibra de carbono, a sua utilização parece ser mais indicada.
Através dos resultados apresentados pode-se concluir que a utilização de tecido unidirecional de fibra de carbono e de fibra de vidro reforçando vigas de madeira proporciona a obtenção de bons resultados de ganho na capacidade de carga e no deslocamento vertical da viga. Além disso, este reforço impede a ocorrência de ruptura frágil da madeira por tração. Dependendo do número de camadas utilizado, a forma de ruptura é por compressão das fibras superiores na madeira, o que evita a ocorrência de colapso frágil da estrutura. Pode-se concluir pela viabilidade de aplicação das fibras de vidro no reforço e na recuperação de vigas de madeira.
AUTORES
Juliano Fiorelli
Mestrando - Escola de Engenharia de São Carlos – USP
e-mail: fiorelli@sc.usp.br
Antonio Alves Dias
Professor doutor - Escola de Engenharia de São Carlos – USP
e-mail: dias@sc.usp.br
Maio/2002 |
