O trabalho realizado teve como objetivo o desenvolvimento de varões compósitos híbridos fibra/aço, tendo sido levado a cabo em três fases distintas. A primeira fase consistiu na adaptação do processo de produção, a segunda fase na produção dos varões e a terceira fase no ensaio, adaptação de ensaios e avaliação dos materiais produzidos.
Na primeira fase do trabalho relativa à adaptação do processo de produção, foram concretizadas todas as alterações necessárias com vista à produção contínua de varões híbridos, tal como previsto nos objetivos iniciais. As alterações realizadas incluiram: construção de uma câmara de cura, alteração do sistema de tiragem, módulos para o aproveitamento da resina, instalação de controlador de velocidade, entre outras alterações. Estas alterações permitiram que o processo se torna-se quase totalmente industrializado. A segunda fase inicia-se com o planeamento e preparação da produção, assumindo um papel muito importante na fase de produção, a determinação da percentagem de acelerador a incorporar na resina. Para tal, foi essencial que a matriz se encontrasse sempre em estado liquido durante a produção para a impregnação das fibras de vidro. As velocidades de tiragem e de entrançamento também foram tidas em conta para que o ângulo fosse muito próximo de 45º, permitindo que o tempo de produção dos nove metros de cada tipo de varão não fosse superior ao tempo de gel da matriz.
Durante a produção identificou-se a necessidade de utilizar um elemento adicional para melhorar a qualidade do varão produzido, pois a resina em excesso não era totalmente removida pela força de entrançamento, acumulando na parte inferior do varão, sendo necessário passar com mão para conseguir remover a resina.
O processo de entrançamento utilizado é certamente muito mais económico do que a grande maioria dos processos utilizados para a produção de varões, pois permite a criação de rugosidade numa única fase, sem ser necessário recorrer a outros meios ou técnicas, ao contrário do processo de pultrusão, que produz varões lisos. Esta segunda fase é necessária para criar rugosidades com vista a aumentar a aderência mecânica ao betão.
Foram produzidos 4 quatro tipos de varões FRP: um constituído apenas por fibra de vidro e os restantes com fibra de vidro e aço impregnados com resina viniléster. Foi desenvolvimento
um modelo teórico com base na lei da misturas de materiais compósitos, para a previsão do comportamento à tração dos diferentes tipos de varões.
Os ensaios de determinação da fração mássica de resina e de microscopia, mostraram que a volume de resina admitido no planeamento de experências era bastante inferior ao previsto, assim como a área da secção transversal das amostras.
Foi desenvolvido um método alternativo para a realização de ensaios de tração, para completar as desvantagens dos restantes métodos, como a força de flexão que é feita quando o aperto dos tubos de aço. No entanto, devido a escassez de tempo ficou apenas pela construção do equipamento, sem oportunidade de obtenção de resultados.
Os resultados dos ensaios à tração revelaram que os varões do tipo 1 tiveram uma rotura conforme o previsto, do tipo frágil, apresentando um módulo de elasticidade mais elevado que o esperado com um valor médio de 57,20 Gpa, facto este que se deve essencialmente à baixa percentagem de resina no compósito. Isto contribui para que a rotura do varão surja a extensões muito inferiores do que seria esperado, cerca de 2 %, quando deveria ter sido 4 %. Relativamente aos varões com incorporação de aço na composição, nomeadamente os varões do tipo 2, 3 e 4, foram obtidas com sucesso curvas com dois tramos distintos, separados por uma zona de transição, conforme o previsto.
O modelo de elasticidade foi determinado nas duas fases das curvas, sempre utilizando os dados recolhidos pelo extensómetro. Os módulos de elasticidade inicial dos varões tipo 2 e 3 são mais altos que o previsto, ao contrario das amostras do tipo 4, em que o módulo de elasticidade previsto é superior.
O extensómetro não foi utilizado em todo o tempo em que decorreu o ensaio, em que nalgumas amostras ensaiadas não foi possível determinar o módulo de elasticidade final, o que aconteceu em três amostras do tipo 3 e em todas as amostras do tipo 4.
Nos varões do tipo 3 existe uma grande variação de resultados, que pode ser sido provocado pela danificação das fibras durante o processo de remoção do entrançado ou pela perda de aderência entre o compósito e o aço. Com o aumento do número de arames de aço utilizados aumentam as dificuldades em aderência entre o aço e material compósito.
O número de amostras ensaidas deveria ter sido maior, contudo na fase preliminar de preparação de testes utilizaram-se algumas amostras, pelo que não foi possível produzir em tempo útil novas amostras, porque o variador de velocidade da entrançandeira avariou. Foi realizado um esforço para que todas as alterações fossem conseguidas com mão-de-obra própria, mas, no entanto devido à falta de conhecimento de sistemas elétricos para instalação do controlador de velocidade e controlador de temperatura, foi necessário recorrer a técnicos especializados.
A realização das três fases e análise dos resultados obtidos permite concluir que os objetivos previstos não foram concluídos na sua totalidade, ficando apenas por contabilizar o custo final. Este custo engloba o custo de produção e o custo da matéria-prima. O custo de produção é quase impossível de quantificar pois os varões são produzidos em baixa escala. Para além disso, no mercado atual existe um grande leque de fornecedores das matérias- primas, em que os preços praticados por cada fornecedor oscilam muito, não existindo uma possibilidade de avaliar o custo final de produção por cada metro linear.
6.2 Perspetivas Futuras
O desenvolvimento deste trabalho permitiu obter conhecimento e abrir caminhos para trabalhos futuros. O aperfeiçoamento do processo produtivo, nomeadamente um sistema para endireitar o aço quando é fornecido em rolo, e um sistema de roldanas para modelar e garantir a forma ao varão, antes dele entrar na estufa são alguns dos aspectos que devem ser considerados para o melhoramento na produção de varões.
A anélise de uma nova matriz ou método para aumentar o volume de resina no compósito, poderá evitar as roturas prematuras, com extensões tão baixas verificadas. Utilizar outros tipos de fibras quer no núcleo quer na estrutura entrançada, poderão apresentar novos comportamentos face à tração.
Apesar de ter consultado diversos autores, nenhum referenciou a existência de destacamento do aço, o que verificou nas amostras ensaiadas, pelo que se encontra por estudar a aderência do aço ao compósito e à resina, assim como a influência da camada do entrançado, que não foi alvo de estudo neste trabalho.
O desempenho deste material também não foi estudo em seções de betão armado, fazendo ensaio de flexão, aderência ao betão, entre outros, que possam caraterizar o desempenho deste tipo de material em estruturas de betão.
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