DURABILIDADE DE PERFIS PULTRUDIDOS DE VINILÉSTER … · Materiais compósitos, Perfis pultrudidos...

DURABILIDADE DE PERFIS PULTRUDIDOS DE

VINILÉSTER REFORÇADO COM FIBRAS DE VIDRO

(GFRP)

João Pedro Girão Meireles de Sousa

Dissertação para obtenção de Grau de Mestre em

Engenharia Civil

Júri

Presidente: Prof. Doutor Jorge Manuel Caliço Lopes de Brito

Orientador: Prof. Doutor João Pedro Ramôa Ribeiro Correia

Co-orientador: Doutora Susana Bravo Cabral da Fonseca

Vogal: Doutora Maria Paula Marques da Costa Rodrigues

Outubro de 2011

DURABILIDADE DE PERFIS PULTRUDIDOS DE

VINILÉSTER REFORÇADO COM FIBRAS DE VIDRO

(GFRP)

João Pedro Girão Meireles de Sousa

Dissertação para obtenção de Grau de Mestre em

Engenharia Civil

Dissertação elaborada no âmbito do protocolo de cooperação entre o IST e

o LNEC

Júri

Presidente: Prof. Doutor Jorge Manuel Caliço Lopes de Brito

Orientador: Prof. Doutor João Pedro Ramôa Ribeiro Correia

Co-orientador: Doutora Susana Bravo Cabral da Fonseca

Vogal: Doutora Maria Paula Marques da Costa Rodrigues

Outubro de 2011

Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de vidro (GFRP)

i

Resumo

Os perfis pultrudidos de plástico reforçado com fibra de vidro, ou perfis pultrudidos de GFRP

(Glass Fiber Reinforced Polymer) são compostos por materiais compósitos de matriz

polimérica, em geral de poliéster ou viniléster, reforçados com fibras de vidro e integram-se no

grupo dos materiais plásticos reforçados com fibras, ou materiais FRP (Fiber Reinforced

Polymer).

Na presente dissertação, pretendeu-se estudar a durabilidade de perfis pultrudidos de GFRP com

matriz de viniléster, utilizados no campo da Engenharia Civil.

O estudo da durabilidade elaborado nesta dissertação consistiu mais especificamente em

quantificar a degradação das propriedades mecânicas, físicas e também estéticas, através da

análise de provetes obtidos directamente dos perfis pultrudidos, submetidos a vários agentes de

degradação ambiental.

Consideraram-se alguns dos agentes de degradação ambiental mais frequentes em aplicações na

Engenharia Civil, como sejam a temperatura, a humidade, o contacto por imersão com água e

soluções salinas, entre outros.

A campanha experimental realizada monitorizou o desempenho mecânico e físico do material

através de ensaios normalizados, considerados mais relevantes para o efeito. Foram verificadas

alterações a nível estético do material após envelhecimento.

Os resultados indicaram ainda perdas significativas de propriedades mecânicas com uma relação

fortemente relacionada com o aumento de temperatura e humidade. No entanto, a dada altura foi

possível verificar em alguns casos uma atenuação da degradação sentida no material ou até

alguma recuperação de propriedades mecânicas, o que poderá estar associado a efeitos de

pós-cura.

Os resultados mostraram ainda uma influência importante do processo de reversibilidade de

absorção de humidade e do revestimento de partes de material desprotegidas nos processos de

degradação do material, contribuindo para o aumento da sua durabilidade.

Palavras-chave: Materiais compósitos, Perfis pultrudidos de polímeros reforçados com fibra de vidro (GFRP),

Plásticos reforçado com fibras (FRP), Durabilidade, Ambientes de envelhecimento.


iii

Abstract

Glass Fiber Reinforced Pultruded Profiles (GFRP profiles) are made of composite materials

consisting of glass fibers embedded in a polymeric matrix (usually polyester or vinylester) and

are included in the group of fiber reinforced plastic materials, also known as FRP materials.

The main goal of the present dissertation was to study the durability of GFRP profiles used in

civil engineering applications.

More specifically, this study aims to quantify the mechanical, physical and also aesthetical

degradation, through the analysis of sample specimens taken from the profiles, which were

exposed to several accelerated and natural ageing environments.

Some of the most frequent ageing environments (for civil engineering applications) were chosen

to assess this study, such as temperature, moisture or immersion in water and salt solutions.

The experimental campaign aimed to quantify the material degradation phenomena, monitoring

the variation of physical and mechanical properties of the GFRP material, by means of standard

tests.

The results of this study have shown that significant degradation of mechanical properties

occurs, caused by temperature and moisture. However, some of the mechanical degradation was

slowed at some particular time period, even showing some signs of mechanical recovery, which

may be caused by post-curing effects.

Other results point to the reversibility of moisture absorption effects and the effective coatings

of unprotected material parts being significant and consequently contributing to increase the

material durability.

Keywords:

Composite materials, Glass Fiber Reinforced Polymer (GFRP), Fiber Reinforced Polymer

(FRP), Durability, Ageing environments.


v

Agradecimentos

Todo o trabalho de investigação que culminou com a redacção desta dissertação foi

desenvolvido durante mais de um ano. Os inúmeros obstáculos e dificuldades que surgiram

foram ultrapassados com o apoio e o incentivo de algumas pessoas, às quais quero expressar o

meu sincero agradecimento.

Ao Professor Doutor João Correia, orientador científico desta dissertação, expresso o meu

profundo agradecimento, não apenas pela dedicação e exigência que prestou a este trabalho,

mas também pela amizade, apoio e disponibilidade apresentados. Quero ainda agradecer o

sentido crítico, ideias e o rigor que trouxe à dissertação, que em muito a enriqueceram.

À Doutora Susana Fonseca, co-orientadora deste trabalho, pela orientação e apoio prestados,

pelas ideias e opiniões construtivas que prestou à dissertação. Quero agradecer pela ajuda na

transmissão de conhecimentos e ideias, que muito enriqueceram o trabalho, e especialmente a

sua total disponibilidade independente do dia ou hora. Quero ainda agradecer a amizade,

sinceridade, rigor e incentivo que sempre ofereceu, mesmo nos períodos mais críticos.

Aos meus colegas Bruno Silva e Tiago Santos, que desenvolveram as suas teses paralelamente à

minha, quero agradecer a companhia prestada na preparação do material e durante os ensaios

realizados.

Ao Laboratório Nacional de Engenharia Civil, especialmente ao Núcleo de Materiais Orgânicos

(LNEC/NMO), na pessoa da Engenheira Maria Paula Rodrigues, por me ter proporcionado uma

experiência de aprendizagem única no desenrolar o meu trabalho.

A todo o pessoal técnico do LNEC/NMO, dos quais fiquei com as melhores opiniões, sendo que

agradeço de um modo mais particular à senhora Filomena Nobre, ao Engenheiro Hugo Martins,

ao técnico Nuno Silvestre e também aos senhores Miguel Fernandes e Rui Vensosa, o apoio e

companheirismo prestados durante a preparação e ensaio do material.

A todo o pessoal técnico do Laboratório de Construção do Instituto Superior Técnico, em

particular a Leonel Silva, agradeço a disponibilidade e ajuda na realização dos ensaios.

À empresa ALTO agradeço o fornecimento dos perfis pultrudidos de GFRP, sem os quais seria

impossível a realização deste trabalho.

Aos meus amigos Mário Garrido e Pedro Pereira pela ajuda e companhia em alguns dos ensaios

realizados.

vi

A todos os meus amigos, família por mim escolhida, pela amizade e apoio, por acreditarem em

mim, quando eu recusava fazê-lo.

À Joana, a minha namorada, agradeço o amor, apoio e compreensão nas alturas mais decisivas

ao longo da minha vida pessoal e académica e também a sua ajuda constante em tudo o que

necessitei para o trabalho.

Aos meus pais, agradeço do fundo do coração por me terem tornado na pessoa que sou hoje.

Agradeço a confiança, força e amor incondicional ao longo de toda a minha vida.

Aos meus irmãos José e Inês e respectivas caras-metades agradeço todo o apoio, ajuda e carinho

que sempre vão mostrando. Sem a sua ajuda, sem dúvida que este trabalho teria sido mais

difícil.

À Virgínia pela enorme ajuda que facilitou o meu dia-a-dia.

À minha avó Madalena e à Céu por todo o amor e carinho que me demonstram, aos meus avôs

que permanecem todos os dias no meu coração e memória por me terem ensinado a distinguir o

certo do errado e em especial à minha avó Maria a quem eu dedico esta tese.


vii

Simbologia

γm coeficiente de segurança para perfis pultrudidos de GFRP segundo a norma

europeia EN 13706

taxa de transferência por unidade de área perpendicular à difusão

coeficiente de difusão de Fick

energia de activação

constante universal dos gases perfeitos

temperatura

temperatura de transição vítrea

massa de um provete no ar

massa de referência de um provete no seu estado seco (oven dry)

coordenadas do sistema espacial de cor CIE 1976

variação global de cor segundo o sistema espacial de cores

, e variação das coordenadas segundo este sistema espacial de cores

módulo de armazenamento

módulo de perda

, tensão e deformação dinâmicas

, amplitudes iniciais do ciclo de tensão e deformação

frequência dinâmica

ângulo de fase

módulo de armazenamento em flexão

módulo de perda em flexão

tensão máxima de flexão

viii

carga aplicada em flexão

espaçamento entre apoios do ensaio de flexão

espessura do provete

, w largura do provete

deformação máxima em flexão

deslocamento a meio vão em flexão

tensão de rotura em flexão

deformação de rotura em flexão

deslocamento de rotura em flexão

tensão de tracção

força de tracção aplicada

área da secção transversal

deformação nominal de tracção

distância inicial entre grampos de tracção

módulo de elasticidade em tracção

tensões correspondentes às deformações de 0,0005 e 0,0025 em tracção

tensão de corte interlaminar

carga de corte aplicada

comprimento do provete

absorção máxima durante o período de exposição


ix

Índice geral

Resumo ............................................................................................................................. i

Palavras-chave: ........................................................................................................... i

Abstract .......................................................................................................................... iii

Keywords: ...................................................................................................................... iii

Agradecimentos .............................................................................................................. v

Simbologia ..................................................................................................................... vii

Índice geral ..................................................................................................................... ix

Índice de figuras .......................................................................................................... xiii

Índice de quadros ........................................................................................................ xix

1 Introdução ................................................................................................................ 1

1.1 Enquadramento Geral ................................................................................................ 1

1.2 Objectivos da dissertação ........................................................................................... 2

1.3 Organização da dissertação ........................................................................................ 3

1.4 Referências bibliográficas ........................................................................................... 4

2 Estado da arte .......................................................................................................... 5

2.1 Introdução .................................................................................................................... 5

2.2 Materiais poliméricos reforçados com fibras ........................................................... 6

2.2.1 FRP na engenharia civil ........................................................................................ 9

2.2.2 O significado da durabilidade em engenharia civil ............................................. 10

2.3 Características gerais de materiais poliméricos reforçados com fibras (FRP) .... 11

2.3.1 Constituição dos FRP .......................................................................................... 11

2.3.1.1 Matriz .............................................................................................................. 11

2.3.1.2 Reforço sob a forma de fibras ......................................................................... 14

2.3.1.3 Agentes de polimerização ............................................................................... 18

2.3.1.4 Cargas (fillers) ................................................................................................. 18

2.3.1.5 Aditivos ........................................................................................................... 18

x

2.3.1.6 Interface fibra-matriz ....................................................................................... 19

2.3.2 Processos de produção de materiais compósitos reforçados com fibras ............. 20

2.3.3 A durabilidade e o controlo de qualidade na fase de produção ........................... 24

2.4 Caracterização geral de polímeros reforçados com fibras de vidro (GFRP) ....... 25

2.4.1 Propriedades típicas dos perfis pultrudidos de GFRP ......................................... 25

2.4.2 Características estruturais de perfis pultrudidos de GFRP .................................. 28

2.4.3 Aplicações de perfis de GFRP em engenharia civil ............................................ 30

2.4.4 Vantagens e limitações ........................................................................................ 34

2.5 Durabilidade de polímeros reforçados com fibras de vidro (GFRP) .................... 34

2.5.1 Soluções aquosas e humidade ............................................................................. 36

2.5.1.1 Efeitos na matriz .............................................................................................. 37

2.5.1.2 Efeitos nas fibras ............................................................................................. 38

2.5.1.3 Efeitos nas interface fibra-matriz .................................................................... 39

2.5.1.4 Efeitos gerais em sistemas FRP....................................................................... 40

2.5.1.5 Notas finais ...................................................................................................... 42

2.5.2 Ambientes alcalinos ............................................................................................ 43

2.5.3 Efeitos térmicos ................................................................................................... 44

2.5.4 Radiação ultravioleta ........................................................................................... 46

2.5.4.1 Efeitos de radiação ultravioleta em polímeros ................................................ 46

2.5.4.2 Efeitos de radiação ultravioleta em polímeros reforçados com fibras............. 47

2.5.5 Fogo e temperaturas elevadas.............................................................................. 48

2.5.6 Fadiga .................................................................................................................. 52

2.5.6.1 Efeitos nas fibras ............................................................................................. 52

2.5.6.2 Efeitos na resina .............................................................................................. 53

2.5.6.3 Efeitos na interface fibra-matriz ...................................................................... 53

2.5.7 Fluência ............................................................................................................... 54

2.6 Referências bibliográficas ......................................................................................... 56

3 Campanha experimental .......................................................................................63

3.1 Introdução .................................................................................................................. 63

3.2 Considerações iniciais sobre a campanha experimental ........................................ 67

3.3 Programa experimental ............................................................................................ 69

3.3.1 Organização das colheitas ................................................................................... 69


xi

3.3.2 Ambientes de exposição ...................................................................................... 71

3.3.2.1 Imersão em água desmineralizada ................................................................... 71

3.3.2.2 Imersão em água salgada ................................................................................. 72

3.3.2.3 Condensação em contínuo ............................................................................... 73

3.3.2.4 Envelhecimento natural ................................................................................... 74

3.4 Preparação de provetes ............................................................................................. 75

3.4.1 Corte dos provetes ............................................................................................... 75

3.4.2 Sistema de identificação dos provetes ................................................................. 77

3.4.3 Isolamento lateral ................................................................................................ 78

3.4.4 Análise no estado seco ........................................................................................ 80

3.4.5 Colheitas dos provetes ......................................................................................... 81

3.5 Métodos de caracterização do material ................................................................... 83

3.5.1 Variação da massa ............................................................................................... 83

3.5.2 Ensaios de determinação da cor e do brilho ........................................................ 84

3.5.2.1 Ensaio de determinação da cor ........................................................................ 84

3.5.2.2 Ensaio de determinação do brilho ................................................................... 87

3.5.3 Análise mecânico-dinâmica ................................................................................ 88

3.5.4 Ensaio de flexão .................................................................................................. 91

3.5.5 Ensaio de tracção ................................................................................................. 94

3.5.6 Ensaio de corte interlaminar ................................................................................ 96

3.6 Referências bibliográficas ......................................................................................... 99

4 Resultados e discussão ........................................................................................ 101

4.1 Introdução ................................................................................................................ 101

4.2 Caracterização inicial dos perfis GFRP ................................................................ 102

4.3 Caracterização das propriedades físicas dos perfis GFRP .................................. 103

4.3.1 Absorção de água e variação da massa ............................................................. 103

4.3.2 Variação da cor .................................................................................................. 111

4.3.3 Variação do brilho ............................................................................................. 113

4.4 Caracterização das propriedades mecânicas dos perfis GFRP ........................... 116

4.4.1 Análise mecânico-dinâmica .............................................................................. 116

4.4.2 Análise das propriedades em flexão .................................................................. 124

4.4.3 Análise das propriedades em tracção ................................................................ 133

xii

4.4.4 Análise das propriedades em corte interlaminar ............................................... 142

4.5 Síntese dos resultados.............................................................................................. 147

4.6 Referências bibliográficas ....................................................................................... 149

5 Conclusões e perspectivas de desenvolvimentos futuros ................................. 151

5.1 Conclusões ................................................................................................................ 151

5.2 Perspectivas de desenvolvimentos futuros ............................................................ 155

Anexos

A Resultados do ensaio de absorção de água, variação de massa e regularização

de massa no processo de secagem .............................................................................. 159

B Curvas experimentais da análise mecânico-dinâmica ..................................... 181

C Curvas experimentais da análise em flexão ...................................................... 197

D Curvas experimentais da análise em tracção .................................................... 217

E Curvas experimentais da análise por corte interlaminar ................................ 235

F Ficha técnica da resina selante ........................................................................... 251


xiii

Índice de figuras

2 Estado da arte .......................................................................................................... 5

Figura 2.1- Ruínas localizadas na Mesopotâmia. .......................................................................... 7

Figura 2.2 - Gráficos representativos do crescimento anual total, descrevendo a variação de

consumo em cada ano (a) por sector de mercado (b) do consumo de materiais compósitos nos

Estados Unidos. ............................................................................................................................. 8

Figura 2.3 - Representação do uso de materiais compósitos por diferentes segmentos de

mercado nos Estados Unidos em 2008. ......................................................................................... 8

Figura 2.4 - Classificação de compósitos baseados na forma da fase de reforço. ....................... 14

Figura 2.5 - Reforços unidireccionais: mechas de fio contínuo e cordões entrelaçados. ............ 15

Figura 2.6 - Diferentes tipos de mantas de reforço: reforço disposto aleatoriamente, com uma ou

várias orientações, ou uma mistura dos dois estados .................................................................. 15

Figura 2.7 - Relação constitutiva de várias fibras de reforço, comparando com o aço ............... 17

Figura 2.8 - Processo de transformação dos materiais ................................................................ 20

Figura 2.9 - Sistema de manuseamento de fibras da empresa Fiberlin. ...................................... 23

Figura 2.10 - Princípio de funcionamento do processo de pultrusão .......................................... 23

Figura 2.11 - Relação constitutiva de perfis pultrudidos GFRP de dois fabricantes e comparação

com outros materiais ................................................................................................................... 27

Figura 2.12 - Massa volúmica, coeficientes de dilatação e condutividade térmica de GFRP ..... 28

Figura 2.13 - Perfis de primeira geração da empresa Strongwell ................................................ 28

Figura 2.14 - Disposição normal de camadas num material pultrudido. ..................................... 29

Figura 2.15 - Novos sistemas estruturais de perfis pultrudidos FRP, ......................................... 29

Figura 2.16 - Corrimão de um sistema de defensas na Flórida e de uma plataforma flutuante no

Canadá ......................................................................................................................................... 30

Figura 2.17 - Escadas utilizadas numa plataforma offshore do estado México e de uma estação

de processamento químico em Chicago ...................................................................................... 30

Figura 2.18 - Gradis de pavimentos da expansão ferroviária da Ponte 25 de Abril e de uma

estação de processamento químico em Wisconsin ...................................................................... 31

Figura 2.19 - Passadiço de 400 m localizado em Espanha a 500 m de profundidade, placas de

cobertura de estações de tratamento de água............................................................................... 31

Figura 2.20 - Aqueduto de 36 m construído em perfis GFRP sobre um caminho ferroviário no

Reino Unido, e pormenor da ligação com a estrutura em aço ..................................................... 31

Figura 2.21 - Ponte pedestre Aberfeldy e ponte rodoviária Bonds Mill ....................................... 32

xiv

Figura 2.22 - Ponte pedestre Pontresina ..................................................................................... 32

Figura 2.23 - Cobertura suspensa de Lindevang e estrutura utilizada. ........................................ 33

Figura 2.24 - Estações de compatibilidade electromagnética. .................................................... 33

Figura 2.25 – Edificio Eyecatcher ............................................................................................... 34

Figura 2.26 - Degradação de uma fibra de vidro aproximada 15 000x, visualizada com um

microscópio electrónico .............................................................................................................. 39

Figura 2.27 - Aspecto de compósitos GFRP de viniléster e poliéster (respectivamente) após 10

meses de exposição em solução salina com resolução x1000. .................................................... 42

Figura 2.28 - Espectro Ultravioleta. ............................................................................................ 46

Figura 2.29 - Mecanismos envolvidos na decomposição térmica de compósitos poliméricos ... 49

Figura 2.30 - Variação típica de uma propriedade mecânica com a temperatura. ...................... 51


Figura 3.1- Aspecto dos perfis de viniléster produzidos pela empresa ALTO. ........................... 63

Figura 3.2 - Guarda corpos tipo da empresa ALTO ..................................................................... 64

Figura 3.3 - Campanha experimental. ......................................................................................... 66

Figura 3.4 - Dimensões de um provete. ...................................................................................... 67

Figura 3.5 - Posicionamento correcto dos provetes no recipiente. .............................................. 72

Figura 3.6 - (a) Recipientes do condicionamento à temperatura de 20 ºC; (b) Aspecto de uma

estufa usada no condicionamento às temperaturas de 40 ºC e de 60 ºC; (c) Interior da estufa,

com provetes distribuídos no interior de caixas de plástico. ....................................................... 72

Figura 3.7 - Câmara de condensação em contínuo e respectivos provetes (como se encontra

ilustrado na figura, existe humidade nas paredes). ...................................................................... 74

Figura 3.8 - Instalação de envelhecimento natural dos provetes ................................................. 75

Figura 3.9 - Serra com refrigeração a água do Laboratório de Construção do IST..................... 76

Figura 3.10 - Serra refrigerada a água pertencente ao LNEC/NMO. .......................................... 76

Figura 3.11 - Esquema de corte dos diferentes tipo de provetes retirados do perfil RHS. (a) -

Ensaios de flexão, corte interlaminar e DMA; (b) - Ensaio de tracção ....................................... 77

Figura 3.12 - Identificação tipo de dois provetes. ....................................................................... 77

Figura 3.13 - Resina Icosit K 101 N da Sika. .............................................................................. 78

Figura 3.14 – Laboratório condicionado e material de protecção utilizado neste trabalho. ........ 79

Figura 3.15 - Esquema do reforço lateral nas superfícies de corte dos provetes teste. ............... 79

Figura 3.16 - Provetes teste após isolamento lateral. .................................................................. 80

Figura 3.17 - Estufa de secagem de provetes teste. ..................................................................... 80

Figura 3.18 - Colheita experimental. ........................................................................................... 82

Figura 3.19 - Balança analítica Mettler. ...................................................................................... 84


xv

Figura 3.20 - Sistema CIELab ..................................................................................................... 85

Figura 3.21 - Colorímetro............................................................................................................ 86

Figura 3.22 - Ensaio de cor em execução. ................................................................................... 86

Figura 3.23 – Brilhómetro “Novo-Gloss statistical glossimeter”. ............................................... 87

Figura 3.24 - Brilhómetro e superfícies de calibração ................................................................ 88

Figura 3.25 - Ângulo de fase e módulo complexo ...................................................................... 90

Figura 3.26 – Aparelho utilizado no ensaio de DMA ................................................................. 91

Figura 3.27 - Eixos principais de teste e sistema de flexão em três pontos ................................ 92

Figura 3.28 - Craveira digital. ..................................................................................................... 93

Figura 3.29 - Equipamento utilizado para o ensaio de flexão. .................................................... 94

Figura 3.30 - Aquisição automática de dados por sinal eléctrico (Spider 8). .............................. 94

Figura 3.31 - Digimatic Indicator da Mitutoyo ........................................................................... 95

Figura 3.32 - Aspecto de um provete de tracção antes do ensaio................................................ 96

Figura 3.33 - Máquina de ensaios mecânicos utilizado na determinação das propriedades em

tracção. ........................................................................................................................................ 96

Figura 3.34 – Equipamento usado no ensaio de corte interlaminar ............................................ 97


Figura 4.1 -Curvas experimentais da variação de massa dos provetes viajantes imersos em água

desmineralizada do Grupo I ...................................................................................................... 105

Figura 4.2 - Curvas experimentais da variação de massa dos provetes viajantes em imersões

salinas do Grupo I ..................................................................................................................... 105

Figura 4.3 - Curvas experimentais da variação de massa dos provetes viajantes imersos em água

desmineralizada a 20 ºC do Grupo II ........................................................................................ 106

Figura 4.4 - Curvas experimentais da variação de massa dos provetes viajantes imersos em água

desmineralizada a 40 ºC do Grupo II ........................................................................................ 106

Figura 4.5 - Curvas experimentais da variação de massa dos provetes viajantes em condensação

em contínuo a 40 ºC do Grupo II. ............................................................................................. 107

Figura 4.6 - Curvas experimentais da variação de massa obtidas em investigações semelhantes

................................................................................................................................................... 107

Figura 4.7 - Variação de cor registada após dois anos de exposição nos provetes teste. .......... 112

Figura 4.8 – Comparação da evolução do brilho do material.................................................... 115

Figura 4.9 - Comparação de um provete não envelhecido com três provetes após dois anos de

envelhecimento natural. ............................................................................................................ 115

Figura 4.10 – Evolução da temperatura de transição vítrea retirado da curva tan δ dos ambientes

do Grupo I. ................................................................................................................................ 118

xvi

Figura 4.11 - Evolução da temperatura de transição vítrea retirado da curva E’ dos ambientes do

Grupo I. ..................................................................................................................................... 118

Figura 4.12 - Evolução da temperatura de transição vítrea retirado da curva tan δ dos ambientes

do Grupo II. ............................................................................................................................... 121

Figura .4.13 - Evolução da temperatura de transição vítrea retirado da curva E’ dos ambientes

do Grupo II. ............................................................................................................................... 122

Figura 4.14 - Curvas experimentais de tensão-deformação tipicamente observadas no ensaio de

flexão ......................................................................................................................................... 124

Figura 4.15 - Rotura típica de um provete do ensaio de flexão. ................................................ 124

Figura 4.16 - Evolução da tensão de rotura à flexão ao longo do tempo para provetes de Grupo I.

................................................................................................................................................... 126

Figura 4.17 - Evolução da deformação na rotura à flexão ao longo do tempo para provetes de

Grupo I. ..................................................................................................................................... 126

Figura 4.18 - Evolução do módulo de elasticidade em flexão ao longo do tempo para provetes

do Grupo I. ................................................................................................................................ 127

Figura 4.19 - Evolução da tensão de rotura à flexão ao longo do tempo para provetes de Grupo

II. ............................................................................................................................................... 130

Figura 4.20 - Evolução da deformação na rotura à flexão ao longo do tempo para provetes de

Grupo II. .................................................................................................................................... 130

Figura 4.21 - Evolução do módulo de elasticidade em flexão ao longo do tempo para provetes

do Grupo II. ............................................................................................................................... 131

Figura 4.22 - Curvais experimentais de tensão-deformação tipicamente observadas no ensaio de

tracção ....................................................................................................................................... 134

Figura 4.23 - Rotura típica de um provete do ensaio de tracção. .............................................. 134

Figura 4.24 - Evolução da tensão de rotura à tracção ao longo do tempo para provetes de Grupo

I. ................................................................................................................................................ 136

Figura 4.25 - Evolução da deformação na rotura à tracção ao longo do tempo para provetes de

Grupo I. ..................................................................................................................................... 136

Figura 4.26 - Evolução do módulo de elasticidade em tracção ao longo do tempo para provetes

do Grupo I. ................................................................................................................................ 137

Figura 4.27 - Evolução da tensão de rotura à tracção ao longo do tempo para provetes de Grupo

II. ............................................................................................................................................... 139

Figura 4.28 - Evolução da deformação na rotura à tracção ao longo do tempo para provetes de

Grupo II. .................................................................................................................................... 140

Figura 4.29 - Evolução do módulo de elasticidade em tracção ao longo do tempo para provetes

do Grupo II. ............................................................................................................................... 140


xvii

Figura 4.30 - Curvais experimentais da força-deslocamento tipicamente observadas no ensaio de

corte interlaminar. ..................................................................................................................... 142

Figura 4.31 - Rotura típica de um provete do ensaio de corte interlaminar. ............................. 142

Figura 4.32 - Evolução da tensão de rotura ao corte interlaminar ao longo do tempo para

provetes de Grupo I. .................................................................................................................. 144

Figura 4.33 - Evolução da tensão de rotura ao corte interlaminar ao longo do tempo para

provetes de Grupo II. ................................................................................................................. 146


xix

Índice de quadros

2 Estado da arte .......................................................................................................... 5

Quadro 2.1- Propriedades típicas dos polímeros termoendurecíveis usados como matriz FRP. 14

Quadro 2.2 – Propriedades típicas das fibras mais utilizadas. .................................................... 16

Quadro 2.3 - Vantagens e limitações das fibras de carbono e aramida. ...................................... 17

Quadro 2.4 - Classificação de processos. .................................................................................... 22

Quadro 2.5 - Propriedades mecânicas na direcção axial de perfis pultrudidos GFRP disponíveis

comercialmente. .......................................................................................................................... 26

Quadro 2.6 - Propriedades mecânicas na direcção normal de perfis pultrudidos GFRP

disponíveis comercialmente. ....................................................................................................... 26

Quadro 2.7 – Vantagens e limitações de perfis pultrudidos GFRP ............................................. 34


Quadro 3.1 - Ambientes de exposição propostos no trabalho realizado anteriormente .............. 65

Quadro 3.2 - Norma de ensaio e dimensões dos provetes utilizados nos ensaios de

caracterização do material envelhecido. ...................................................................................... 68

Quadro 3.3 - Quantidades de provetes por nova variante de investigação .................................. 68

Quadro 3.4 - Organização da campanha experimental. ............................................................... 70

Quadro 3.5 - Correspondência do sistema de identificação adoptado ......................................... 78

Quadro 3.6 - Quantidade de provetes necessários em cada colheita. .......................................... 82


Quadro 4.1 - Propriedades físico-químicas iniciais do material em estudo. ............................. 102

Quadro 4.2 - Coeficiente de difusão aparente e percentagem de variação máxima de massa. . 108

Quadro 4.3 - Comparação dos resultados com outras investigações prévias. ........................... 108

Quadro 4.4 –Coordenadas cromáticas. ...................................................................................... 111

Quadro 4.5 - Resultados do ensaio da variação de brilho (reflectância). .................................. 113

Quadro 4.6 – Resumo dos resultados aos dois anos. ................................................................. 114

Quadro 4.7 - Resultados de DMA do Grupo I. ......................................................................... 117

Quadro 4.8 - Resultados de DMA do Grupo II. ........................................................................ 121

Quadro 4.9 - Resultados médios obtidos dos ensaios de flexão para o Grupo I. ...................... 125

Quadro 4.10 - Resultados médios obtidos dos ensaios de flexão para o Grupo II. ................... 129

xx

Quadro 4.11 - Resultados médios obtidos dos ensaios de tracção para o Grupo I. ................... 135

Quadro 4.12 - Resultados médios obtidos dos ensaios de tracção para o Grupo II................... 139

Quadro 4.13 - Resultados médios obtidos dos ensaios ao corte interlaminar para o Grupo I. .. 143

Quadro 4.14 - Resultados médios obtidos dos ensaios ao corte interlaminar para o Grupo II. . 145


1

1 Introdução

1.1 Enquadramento Geral

Os elevados custos de manutenção e reparação que hoje se fazem sentir em estruturas

construídas com materiais tradicionais, devido aos problemas de durabilidade do aço e do betão

armado, têm vindo a solicitar a procura de alternativas viáveis na indústria da construção.

Assiste-se, assim, ao crescimento do interesse em novos materiais estruturais, mais resistentes à

degradação ambiental, mais leves e que apresentem menores exigências de manutenção,

mantendo as suas características resistentes [1.1].

O aumento dos custos de manutenção e reparação de estruturas, relacionadas com a durabilidade

dos materiais tradicionais tem provocado alterações nas práticas de dimensionamento e na

própria regulamentação. Este factor e também as maiores exigências de velocidade de

construção têm contribuído para o desenvolvimento de novos materiais, que apresentem menos

deterioração face aos agentes de degradação comuns em engenharia civil, sejam mais leves e

apresentem menores exigências de reparação [1.2].

A procura de soluções alternativas aos materiais tradicionais tem também como efeito

impulsionador o recente aumento da preocupação com a sustentabilidade na construção. A

utilização extensa de recursos não renováveis no sector, bem como o tratamento dos resíduos

resultantes, surge como um dos maiores problemas actuais com necessidade de resolução.

1

1 Introdução

2

Os perfis pultrudidos de GFRP (Glass Fiber Reinforced Polymer) são materiais compósitos

constituídos por fibras de vidro dispostas essencialmente de modo unidireccional, embebidas

numa matriz que geralmente é constituída por viniléster ou poliéster insaturado, e enquadram-se

no grupo de materiais poliméricos reforçados com fibras (FRP).

Desde 1940 que os materiais compósitos, formados pela combinação de dois ou mais materiais

distintos, têm vindo a ganhar relevo e popularidade em diferentes campos da engenharia embora

apenas a partir da década de 1980, tenha surgido um aumento nas aplicações destes materiais na

indústria da construção [1.2].

Este aumento deveu-se à existência de algumas vantagens no uso destes materiais dentro das

quais se destaca o baixo peso específico, a elevada relação entre a resistência e o seu peso, a sua

facilidade de montagem e transporte, os baixos custos de manutenção ou mesmo a transparência

electromagnética. No entanto, o custo de produção é ainda pouco competitivo na maioria das

situações [1.3].

O uso actual de perfis de GFRP requer ainda um estudo extensivo, focando entre outros

aspectos a sua durabilidade, uma vez que a vida útil normal esperada para construções correntes,

nos dias de hoje, é no mínimo 50 anos. A análise da durabilidade deste tipo de materiais tem

sido considerada como um aspecto fulcral, relativamente à informação necessária para a sua

aplicação e utilização [1.4].

Nos últimos anos, a temática da durabilidade e compreensão dos fenómenos de degradação

destes materiais tem vindo a ganhar relevo, procurando-se a caracterização destes materiais sob

condições adversas a curto e longo prazo.

1.2 Objectivos da dissertação

Esta dissertação tem por objectivo principal o estudo da durabilidade de perfis de GFRP com

matriz de viniléster, de modo a avaliar as suas características para aplicações na indústria da

construção. Deste modo, foram utilizados perfis pultrudidos comerciais, fornecidos pela

produtora ALTO, Perfis Pultrudidos Lda, Portugal.

O estudo da durabilidade elaborado nesta dissertação consiste mais especificamente em

quantificar a degradação das propriedades mecânicas, físicas e também estéticas, através da

análise de provetes obtidos directamente dos perfis pultrudidos, submetidos a vários agentes de

degradação ambiental.


3

Este estudo desenvolve-se no âmbito de um projecto de investigação cujos trabalhos foram

iniciados em 2009, e dos quais resultaram as dissertações de Costa [1.5] e Carreiro [1.6],

realizados no âmbito do protocolo de colaboração entre o Instituto Superior Técnico e o

Laboratório Nacional de Engenharia Civil. Desta forma é dado seguimento ao estudo do

envelhecimento acelerado do material sujeito a imersões em água desmineralizada, e numa

solução salina a 20 ºC, 40 ºC e 60 ºC. Através da variação das propriedades físicas e químicas

consideradas mais relevantes é efectuada uma análise do desempenho do material ao longo do

tempo, de modo a quantificar a sua degradação. Para controlo dos resultados obtidos é também

analisado o ambiente de envelhecimento natural.

Foram também utilizadas técnicas de identificação de parâmetros relacionados com a estética do

material, nomeadamente da cor e do brilho, após o envelhecimento natural dos provetes

expostos à luz solar natural, possibilitando deste modo a sua comparação com ensaios

acelerados de exposição a raios ultravioleta.

Outro objectivo desta dissertação prende-se com o estudo da influência da protecção lateral

aplicada nos provetes, de modo a isolar as partes desprotegidas resultantes do corte, submetendo

o material protegido aos ambientes de envelhecimento acelerado, situação mais próxima das

condições de serviço normalmente verificadas.

Finalmente, é também objecto de estudo desta dissertação a reversibilidade do processo de

degradação. O estudo deste processo consiste na secagem do material, permitindo uma análise

no estado seco, e a comparação com os resultados obtidos no estado húmido, onde decorre a

maioria dos ambientes de envelhecimento.

1.3 Organização da dissertação

A presente dissertação encontra-se organizada em 5 capítulos.

No primeiro capítulo, é efectuado um enquadramento geral, procurando-se introduzir a temática

da durabilidade dos perfis de GFRP no contexto da engenharia civil e o propósito desta

dissertação, apresentando-se os objectivos a alcançar.

No segundo capítulo, são apresentadas as propriedades mais importantes dos materiais FRP,

aprofundando o caso de estudo dos materiais compósitos de GFRP, incluindo a sua constituição,

o seu processo de produção, as suas vantagens e limitações, as suas características mecânicas, as

formas estruturais e o seu campo de aplicação em engenharia civil. Ainda neste capítulo, é

analisada a problemática da durabilidade e a importância do seu estudo, apresentando-se os

efeitos dos principais agentes de degradação nestes materiais.

1 Introdução

4

No terceiro capítulo, é apresentada a campanha experimental realizada, identificando-se os

agentes de degradação e os ensaios mecânicos e físicos a efectuar, bem como a quantidade

necessária de material. Posteriormente, são descritos os ambientes de envelhecimento e também

os procedimentos experimentais seguidos.

No quarto capítulo, descrevem-se os resultados experimentais obtidos na monitorização de

algumas propriedades físicas, mecânicas e estéticas que quantificam a durabilidade do material,

confrontando-os com resultados previamente obtidos no âmbito deste projecto e também com

resultados de outras investigações.

No quinto capítulo, são apresentadas as conclusões gerais da dissertação e são também

propostas matérias para investigações futuras de questões que sejam consideradas relevantes no

âmbito desta dissertação.

1.4 Referências bibliográficas

[1.1] J.R. Correia, F.A. Branco, J.G. Ferreira, “Comportamento mecânico de perfis pultrudidos

de fibra de vidro (GFRP) e das suas ligações”, Construção 2004, Congresso Nacional da

Construção, FEUP, Porto, 2004.

[1.2] J.R. Correia, “Perfis pultrudidos de fibra de vidro (GFRP). Aplicação de vigas mistas

GFRP-Betão na construção”, Dissertação para obtenção de grau de mestre em Construção,

Instituto Superior Técnico, Lisboa, Março 2004, 242p.

[1.3] J.R. Correia, “GFRP Pultruded Profiles in Civil Engineering: hybrid solutions, bonded

connections and fire behaviour”, Dissertação para obtenção de grau de Doutor em Engenharia

Civil, Instituto Superior Técnico, Universidade Técnica de Lisboa, Lisboa, 2008, 420p.

[1.4] V.M. Karbhari, J.W. Chin, D. Hunston, B. Benmokrane, T. Juska, R. Morgan, J.J. Lesko,

U. Sorathia and Reynaud, “Durability Gap Analysis for Fiber-Reinforced Polymer Composites

in Civil Infraestructure”, ASCE Journal of Composites in Construction, 7, 2003, 238-247.

[1.5] R. Costa, “Durabilidade de perfis pultrudidos de poliéster reforçado com fibras de vidro

(GFRP)”, Dissertação para obtenção de grau de mestre em Engenharia Civil, Instituto Superior

Técnico, Lisboa, Novembro 2009, 108p.

[1.6] A. Carreiro, “Durabilidade de perfis pultrudidos de viniléster reforçado com fibras de

vidro (GFRP)”, Dissertação para obtenção de grau de mestre em Engenharia Civil, Instituto

Superior Técnico, Lisboa, Maio 2010, 122p.


5

2 Estado da arte

2.1 Introdução

O presente capítulo pretende contextualizar o trabalho efectuado, indicando os resultados mais

relevantes da pesquisa bibliográfica efectuada no âmbito do estudo da durabilidade de materiais

compósitos, enfatizando o caso de estudo dos compósitos de polímero reforçado com fibras de

vidro (GFRP).

O capítulo é iniciado com uma pequena resenha histórica dos materiais compósitos em geral,

aprofundando a crescente importância no uso de materiais poliméricos reforçados com fibras

(FRP) ao longo do tempo, as suas aplicações e o seu significado no sector da engenharia civil.

De seguida, são abordadas, várias propriedades importantes dos materiais reforçados com fibras,

incluindo a sua constituição, os processos de produção, sendo dado enfâse à pultrusão (processo

de fabrico dos perfis utilizados no estudo experimental da dissertação), as suas vantagens e

limitações e o efeito da fase de produção deste tipo de material em termos de durabilidade e

controlo de qualidade.

Posteriormente, é aprofundado o caso de estudo dos materiais compósitos de GFRP, onde se

enfatizam as suas propriedades típicas de produção e formas estruturais recorrendo a informação

de vários fabricantes. Refere-se ainda o domínio das aplicações de GFRP em engenharia civil,

apresentando-se vários exemplos, finalizando com um quadro resumo das vantagens e

limitações destes materiais.

2

2. Estado da arte

6

Por último, é analisada a problemática da durabilidade destes materiais e a importância do seu

estudo, onde os efeitos de factores externos como a temperatura, a humidade e soluções

aquosas, os carregamentos cíclicos, a exposição à radiação ultravioleta, o fogo, os efeitos

térmicos e os fenómenos de fadiga. Estes factores introduzem várias alterações em muitas

propriedades dos materiais, de natureza física, térmica, química ou mesmo estética.

2.2 Materiais poliméricos reforçados com fibras

Um material compósito resulta da combinação de dois ou mais materiais cuja utilização em

separado poderá não apresentar propriedades adequadas ao seu uso como materiais de

construção. No entanto, a sua combinação, mantendo-se de uma superfície de interface

identificável, pode constituir um novo material que combina as melhores propriedades dos

materiais que lhe deram origem.

Desde o início dos tempos que o Homem recorreu à combinação de materiais distintos de modo

a corrigir certos defeitos e melhorar as propriedades dos materiais utilizados nas suas

construções. Historicamente, por volta de 5000 a.C. é datado o primeiro uso de materiais

compósitos na Mesopotâmia. Com efeito, adicionava-se à argila fragmentos de rocha e outros

materiais de origem mineral, em formas e quantidades distintas, para minimizar a contracção

dos produtos durante a secagem e melhorar a sua resistência ao choque. Existem registos entre

4000 e 2000 a.C., de que os tijolos utilizados nas edificações eram reforçados com palha de

modo reduzir a fissuração durante o processo de secagem, como se ilustra na

Figura 2.1 [2.1 ,2.2].

Existem registos à data de 3500 a.C. de uma colina de 57 m de altura constituída por tijolo de

barro cozido ao sol a que se adicionou palha. Os romanos utilizavam crinas de cavalos nas suas

argamassas. A construção em adobe consiste numa técnica que se propagou desde a

Antiguidade, baseando-se nos mesmos princípios [2.3].

Embora a produção e utilização de materiais compósitos remonte à Antiguidade, o fabrico de

polímeros reforçados com fibras (FRP) é bem mais recente. Por volta de 1940 foram utilizadas

pela primeira vez fibras de vidro como reforço de materiais plásticos.

As suas propriedades de resistência e o seu reduzido peso próprio motivaram a escolha destes

materiais na construção de radares.


7

Figura 2.1- Ruínas localizadas na Mesopotâmia [2.4].

Na década seguinte, iniciaram-se as aplicações na indústria aeronáutica e aeroespacial, onde os

materiais compósitos reforçados com fibras de vidro foram substituindo lentamente alguns

materiais metálicos. Estas indústrias foram a força impulsionadora do desenvolvimento dos

materiais compósitos de elevado desempenho. Como resultado dos esforços iniciados na década

de 1960, surgiram as fibras de boro e de carbono. Na década de 1970 surgem as fibras de

aramida e, dez anos mais tarde, assistiu-se ao desenvolvimento de novos métodos de

processamento de fibras de carbono com excelentes propriedades mecânicas, a preços

inferiores [2.2].

Durante os últimos cinquenta anos, ocorreu um aumento do uso sustentável de materiais FRPs.

O uso de compósitos poliméricos tem crescido a um ritmo elevado desde 1960 e, actualmente,

estes materiais têm um leque muito variado e extenso de aplicações na indústria da aviação,

aeroespacial, naval ou mesmo em barcos, automóveis, infra-estruturas civis, material desportivo

e vários outros produtos.

A Figura 2.2 ilustra o crescimento do uso de materiais compósitos nos Estados Unidos da

América (E.U.A) desde 1960 até 2000 ou seja há 10 anos atrás. Durante este período, o

consumo cresceu cerca de trinta vezes e é expectável que a sua taxa de crescimento se mantenha

elevada nos próximos anos [2.5].

De facto estas previsões confirmaram-se e os maiores incrementos ocorreram no sector da

construção (destaca-se um grande aumento em dez anos neste sector, de cerca de 24%) e

transporte, embora o uso de compósitos também se faça sentir de um modo substancial na

protecção contra a corrosão, como por exemplo a sua aplicação em tubagens ou também na

indústria marítima e electrónica

2. Estado da arte

8

(a) (b)

Figura 2.2 - Gráficos representativos do crescimento anual total, descrevendo a variação de consumo em

cada ano (a) por sector de mercado (b) do consumo de materiais compósitos nos Estados Unidos [2.5].

. A Figura 2.3 indica o uso de matériais compósitos pelos diferentes sectores de mercado nos

Estados Unidos da América em 2008.

Figura 2.3 - Representação do uso de materiais compósitos por diferentes segmentos de mercado nos

Estados Unidos em 2008, adaptado de [2.6].

O crescimento da utilização de compósitos chegou a um nível onde o seu uso começa a rivalizar

com o dos materiais tradicionais, como por exemplo as vigas de aço e alumínio em vários

mercados, particularmente na indústria aeronáutica, naval, e processamento químico. Embora a

substituição do aço por estes compósitos como o material mais utilizado em engenharia seja de

certo modo irrealista, é expectável que o mercado de compósitos se mantenha forte. As vendas


9

de materiais compósitos nos Estados Unidos aumentaram fortemente em 2008. Este aumento

deriva da inserção destes materiais de um modo mais aprofundado em mercados estabelecidos

como na construção e indústria aeroespacial, e a sua participação em mercados emergentes. O

objectivo de redução de custos e o aumento de qualidade e desempenho estrutural destes

compósitos, aliado aos desenvolvimentos em nano-compósitos poliméricos são factores

essenciais ao aumento do uso de FRPs.

O uso de compósitos numa grande variedade de aplicações deve-se ao seu bom desempenho

físico, térmico, químico e mecânico. As principais vantagens destes materiais na aplicação em

engenharia civil incluem a baixa densidade, elevada resistência e rigidez específica, boa

resistência a fenómenos de fadiga, resistência a corrosão e baixa expansão térmica. Salienta-se

também a sua versatilidade de propriedades, multiplicidade de técnicas de fabrico, custos de

manutenção reduzidos e facilidade de aplicação. No entanto, nenhum material é perfeito e,

como tal, estes materiais possuem também desvantagens que certamente causaram impacto no

seu crescimento em alguns mercados, como por exemplo a susceptibilidade dos compósitos ao

fogo, que tem sido um factor chave nas limitações do seu uso em muitas infra-estruturas e

aplicações em engenharia [2.5].

2.2.1 FRP na engenharia civil

Entre o período de 1950 até ao início dos anos 70, assistiu-se a uma forte expansão de

infra-estruturas na indústria da construção para o transporte e alojamento de pessoas, serviços e

mercadorias, que está agora a chegar a um ponto crítico com o aumento de registos de

deteriorações e perda de funcionalidade das estruturas. As deficiências notadas no ambiente de

construção em geral, variam desde aquelas que são relacionadas com o uso, degradação

ambiental, envelhecimento dos componentes estruturais. O detalhe e conhecimento insuficiente

na altura de construção, erros de projecto e de construção, uso de materiais com qualidade

insuficiente nas fases iniciais de construção e a inexistência ou existência inadequada de

medidas de manutenção e reabilitação tomadas ao longo da vida útil da estrutura. Os impactes

na sociedade derivados da deterioração são grandes a nível socioeconómico, resultando muitas

vezes na incapacidade de fornecer os serviços a que as estruturas são propostas, resultando por

exemplo em atrasos, acidentes e irregularidades em abastecimentos [2.7].

Materiais convencionais como o aço, o betão e a madeira têm um número de vantagens,

incluindo o custo relativamente baixo de materiais e construção. No entanto, é de notar que

embora adequados e com um historial de boa aplicabilidade, os materiais convencionais

carecem de longevidade em certos casos e são susceptíveis à rápida deterioração noutros,

enfatizando a necessidade de melhorar os padrões de qualidade dos mesmos ou de novas

tecnologias que possam complementar os materiais utilizados tradicionalmente. É também de

2. Estado da arte

10

notar que, várias vezes, existem alternativas de projecto de algum modo constrangidas,

derivadas de limitações actuais dos materiais utilizados, como por exemplo no comprimento

duma ponte de vão livre por constrangimentos de peso. De um modo semelhante, a utilização de

materiais convencionais é normalmente ineficaz em termos de funcionalidade ou mesmo

impossível em casos de melhoramento de estruturas. Em muitos casos, existe uma necessidade

crítica para o uso de novos materiais e novas tecnologias emergentes, com a finalidade de

facilitar a funcionalidade e eficiência estrutural [2.7].

2.2.2 O significado da durabilidade em engenharia civil

Os FRP estão cada vez mais a ser utilizados em infra-estruturas de engenharia civil numa

grande variedade de aplicações como varões de reforço, encamisamento para melhoramento

sísmico de colunas, reforço externo para aumento de resistência de paredes, vigas e lajes,

tabuleiros de pontes (composite bridge decks) e até combinações híbridas de FRP com materiais

convencionais ou mesmo os sistemas estruturais inteiramente compósitos (all-composite). Uma

das problemáticas levantadas nestes materiais, muito derivada do seu desconhecimento relativo

ao engenheiro civil no exercício das suas funções, está relacionada com a durabilidade destes

materiais, especialmente nos casos de capacidade resistente e desempenho sob condições

ambientais adversas e em contínua mudança.

Embora os FRP tenham sido utilizados inúmeras vezes com sucesso em vários sectores

industriais, como na indústria automóvel, marinha e aeroespacial, existem diferenças críticas

entre a natureza e intensidade das cargas aplicadas, ambientes de exposição e mesmo nos tipos

de materiais e processos utilizados nestas aplicações quando comparados com os provavelmente

utilizados para aplicações de engenharia civil. No entanto, a informação actual e os respectivos

dados sobre a durabilidade é de certo modo escassa e encontra-se dispersa, pouco documentada

e com dificuldade de acesso ao engenheiro civil. Esta ausência de informação juntamente com o

nível elevado de padrões de segurança levou ao uso em certos casos de elevados factores de

segurança na área dos reservatórios e tubagens [2.8].

A determinação da durabilidade a longo prazo de materiais FRP com aplicação em engenharia

civil e o desenvolvimento de uma metodologia capaz de lidar com as particularidades destes

materiais quando expostos a ambientes nem sempre bem definidos são críticos para a

generalização do uso e aceitação geral dos FRP na engenharia civil. Existe também uma

imaturidade relativa nas metodologias utilizadas para reabilitação, escolha e forma dos materiais

a utilizar, o que leva à necessidade de desenvolvimento e implementação de um sistema não

destrutivo de avaliação de patologias, eficiente e relativamente simples, que possa ajudar à

identificação de sistemas e monitorização de estruturas durante largos períodos de tempo. [2.7].


11

O termo durabilidade é amplamente utilizado, sendo o seu significado e implicações por vezes

ambíguas. Muitas vezes o termo é utilizado erradamente como a degradação do compósito face

às condições ambientais mas, no entanto, acarreta uma definição mais abrangente. Interessa

notar que neste sentido, a durabilidade de um material ou estrutura é definida como „a

capacidade para resistir à fendilhação, oxidação, degradação química, delaminação, uso e/ou

efeitos danificadores de objectos externos durante um período de tempo e condições ambientais

específicos, sob as condições de carregamento apropriadas‟. A utilização eficiente de dados de

durabilidade em projecto pode ser efectuada não apenas pelo uso de coeficientes de segurança,

mas também pelo uso de princípios básicos actuais e pela implementação de tolerância ao dano

onde os níveis de desempenho possam ser garantidos. Neste sentido, a tolerância ao dano é

definida como „a capacidade de um material ou estrutura resistir à rotura e continuar com

condições de serviço, prescritos em níveis de desempenho na presença de falhas, fendilhações

ou outras formas de dano e degradação durante um determinado período de tempo sob certas

condições ambientais‟ [2.7].

2.3 Características gerais de materiais poliméricos reforçados

com fibras (FRP)

O conhecimento da constituição e processos de fabrico é fundamental no reconhecimento da

importância dos FRP como materiais de construção, pois ambos os factores revelam-se

determinantes nas propriedades apresentadas pelo produto final bem como do tipo de aplicações

em que podem ser utilizados.

2.3.1 Constituição dos FRP

Nos FRP, as propriedades físico-químicas dos polímeros (que são utilizadas como matriz), são

conjugados com as elevadas propriedades mecânicas das fibras de reforço. Na sua constituição,

além destes dois elementos, são ainda incorporados aditivos com o objectivo de melhorar e

optimizar as suas propriedades ou características, como por exemplo aceleradores, fillers ou

agentes desmoldantes [2.2].

2.3.1.1 Matriz

Estritamente, a palavra matriz refere-se à fase contínua num material compósito que contenha

uma outra fase dispersa, descontínua como as fibras ou partículas de filler e a matriz poderia ser

em princípio uma resina, cimento, vidro, carbono, metal ou cerâmico. Nesta dissertação a matriz

2. Estado da arte

12

será sempre uma resina polimérica. Salienta-se que a matriz desempenha várias funções e não

serve apenas para servir de ligação da fase de reforço. Aspectos como protecção ambiental e ao

dano à fase de reforço. Confere rigidez, propriedades mecânicas e permite o material ser

moldado [2.9].

Segundo Cabral-Fonseca [2.2], as funções gerais da matriz são:

Assegurar a posição e orientação das fibras, através de uma impregnação eficaz durante

o processo de fabrico.

Distribuir pelas fibras as tensões resultantes das cargas externas aplicadas.

Absorver a energia e reduzir a concentração de tensões, contribuindo para a detenção da

propagação de fissuras.

Proteger as fibras da abrasão e das agressões do meio ambiente.

Os materiais poliméricos dividem-se em dois grupos principais: os polímeros termoplásticos e

os polímeros termoendurecíveis. Os polímeros podem distinguir-se uns dos outros pela forma

como as cadeias de ligação dos polímeros se encontram ligadas quando estes se encontram na

sua forma sólida [2.9].

Polímeros termoplásticos: Quando aquecidos, são materiais que fundem, podendo ser

enformados nesse estado pois assumem essa forma após o arrefecimento. Uma propriedade

destes polímeros consiste na reversibilidade do processo, pois é possível efectuar o seu

reprocessamento sem perda significativa das suas propriedades, o que se torna vantajoso no

âmbito da reciclagem e reprocessabilidade. Estes polímeros não sofrem qualquer transformação

química durante o processamento, e são fáceis de armazenar pois não requerem refrigeração. No

entanto, além de serem mais difíceis de processar que os polímeros termoendurecíveis, devido à

sua elevada viscosidade e aumentando consequentemente os custos de produção, os polímeros

termoplásticos apresentam piores propriedades de impregnação e adesão às fibras. As ligações

macromoleculares são efectuadas através de ligações secundárias (forças de Van der Waals ou

pontes de hidrogénio), mais fracas que as covalentes. Dentro destes polímeros destacam-se o

polipropileno, a poliamida, o polietileno e o polibutileno [2.2, 2.9].

Polímeros termoendurecíveis: São formados através de uma reacção química de polimerização

na presença de calor, onde uma estrutura amorfa com formato em rede tridimensional é

sintetizada. Estas reacções são de cariz irreversível, o que significa que após a cura, os

polímeros termoendurecíveis deixam de poder ser reprocessadas. Os polímeros

termoendurecíveis apresentam baixa viscosidade, o que permite velocidades de processamento

elevadas. Salienta-se também que estes polímeros apresentam boas capacidades de impregnação


13

das fibras e excelentes propriedades adesivas. Caracterizam-se ainda por serem materiais mais

rígidos e menos sensíveis à temperatura que os polímeros termoplásticos. [2.2, 2.9].

Segundo Correia [2.9], as propriedades de ambos os tipos de polímeros tornam as resinas

termoendurecíveis mais adequadas para a aplicações estruturais e inclusive, são utilizadas em

quase todos os produtos FRP disponíveis no mercado.

No entanto, regista-se um despontar de novas técnicas de fabrico e campos de aplicação

inovadores para os FRP de matriz termoplástica. Os polímeros termoendurecíveis, com

aplicações mais comuns são o poliéster insaturado, o viniléster, as resinas epoxídicas e as

fenólicas, que podem ser consideradas como materiais isotrópicos e viscoelásticos [2.2].

O poliéster insaturado é o tipo de polímero termoendurecível mais utilizado como matriz em

FRP, quer no âmbito das aplicações em geral, quer na indústria da construção, onde ainda tem

maior importância relativa [2.2]. É um material que apresenta baixa viscosidade, susceptível de

ser misturados com grandes quantidades de fillers e apresenta um equilíbrio entre as suas

propriedades mecânicas, químicas e eléctricas, boa estabilidade dimensional e facilidade de

processamento, a um preço relativamente baixo [2.10].

O viniléster foi desenvolvido de modo a combinar as propriedades melhoradas dos polímeros

epoxídicos, com a facilidade de processamento do poliéster [2.10]. Estes polímeros apresentam

boa resistência ao impacto e à fadiga, têm baixa permeabilidade à água e também as boas

propriedades de isolamento térmico e eléctrico. São compatíveis e apresentam boas

propriedades adesivas em relação às fibras de carbono, de vidro e aramídicas. Como

consequência, o custo de produção destas resina-se encontra-se a um nível intermédio, maior

que o poliéster. No entanto, se for pretendida maior durabilidade para os materiais FRP, estes

polímeros assumem maior relevância [2.2, 2.9].

O Quadro 2.1 apresenta propriedades típicas de quatro polímeros utilizados como matriz de

FRP.

2. Estado da arte

14

Quadro 2.1- Propriedades típicas dos polímeros termoendurecíveis usados como matriz FRP,

adaptado de [2.11, 2.12].

Propriedade Poliéster

insaturado Viniléster Epoxídicas Fenólicas

Resistência à tracção [MPa] 20-70 68-82 60-80 30-50

Módulo de elasticidade [GPa] 2,0-3,0 3,5 2,0-4,0 3,6

Extensão na rotura [%] 1,0-5,0 3,0-4,0 1,0-8,0 1,8-2,5

Massa volúmica [g/cm3] 1,20-1,30 1,12-1,16 1,20-1,30 1,00-1,25

Temperatura de transição vítrea [ºC] 70-120 102-150 100-270 260

2.3.1.2 Reforço sob a forma de fibras

A principal função das fibras é suportar as solicitações mecânicas dos elementos estruturais,

fornecendo resistência e rigidez ao longo da direcção em que se desenvolvem. Quando é

aplicada uma carga exterior, esta é transferida, através da interface fibra-matriz, para as fibras

que embora mais frágeis, a sua rotura em zonas localizadas não se repercute na rotura global da

estrutura.

A fase de reforço revela-se de extrema importância nos materiais compósitos e é possível

efectuar a sua classificação baseada na forma de reforço utilizada, visível na Figura 2.4.

Figura 2.4 - Classificação de compósitos baseados na forma da fase de reforço, adaptado de [2.2].

Estes reforços são geralmente utilizados na forma de feixes, de onde se destacam várias

configurações destes como as mechas de fio contínuo, ou cordões. Em alguns casos o reforço é

especialmente formado utilizando processos têxteis num molde tridimensional. Este caso

específico permite o „esqueleto‟ inteiro de reforço ser produzido antes da introdução da resina,

funcionando de um modo análogo às armaduras no betão armado.


15

Segundo Cabral-Fonseca [2.2], destacam-se as seguintes configurações possíveis das fibras de

reforço, ilustradas nas Figuras 2.5 e 2.6.

Mechas de fio contínuo, resultantes de uma fiação preliminar, obtidas pela ligação de

feixes paralelos sem torção intencional.

Cordão, ou fio entrelaçado, resultante da união dos feixes com torção.

Tecido, construído pelo cruzamento de fios ou cordões segundo duas direcções, em

geral, perpendiculares.

Manta, formada por troços de fios ou feixes, dispostos sobre um plano segundo

direcções aleatórias e mantidos em conjunto por um aglutinante fraco.

Fibras cortadas, que podem ser consideradas em função do seu comprimento, como

moídas, curtas ou compridas.

Figura 2.5 - Reforços unidireccionais: mechas de fio contínuo e cordões entrelaçados, adaptado de [2.8].

Figura 2.6 - Diferentes tipos de mantas de reforço: reforço disposto aleatoriamente, com uma ou várias

orientações, ou uma mistura dos dois estados, adaptado de [2.2].

A maior parte dos reforços sob a forma de fibras recebem tratamentos superficiais com uma

substância, normalmente feita de óleo, amido ou cera, que actua como lubrificante e protege as

fibras de danos durante o processamento. Salienta-se também que este tratamento incorpora

também um agente aglutinador que promove a ligação com a matriz e para as fibras de vidro,

desempenha funções de protecção contra a degradação [2.9].

Os factos considerados acima permitem a verdadeira criação de materiais feitos „à medida‟ uma

vez que as propriedades e o desempenho podem ser projectados através da escolha dos materiais

constituintes, orientação da fase de reforço e uma composição em diferentes camadas (layer

design) numa estrutura laminada. É possível deste modo a produção de um leque abrangente de

2. Estado da arte

16

materiais, desde isotrópicos e homogéneos até aos anisotrópicos e heterogéneos, como também

todas as combinações intermédias [2.7].

Os principais tipos de reforços utilizados em aplicações comerciais são as fibras de vidro,

carbono e aramida. De um modo análogo às matrizes polímericas analisadas, o Quadro 2.2

apresenta as propriedades típicas destes tipos de fibras.

Quadro 2.2 – Propriedades típicas das fibras mais utilizadas, adaptado [2.12].

Propriedade Vidro Tipo E Carbono Aramida

Resistência à tracção [MPa] 3500 2600-3600 2800-3600

Módulo de elasticidade [GPa] 73 200-400 80-190

Extensão na rotura [%] 4,5 0,6-1,5 2,0-4,0

Massa volúmica [g/cm3] 2,6 1,7-1,9 1,4

Coeficiente de expansão térmica [10-6

/K] 5,0-6,0 axial : -1,3 a -0,1

radial: 18 -3,5

Diâmetro das fibras [µm] 3-13 6-7 12

As fibras de vidro, utilizadas nos perfis pultrudidos GFRP (caso de estudo) são produzidas a

partir de vidro fundido que é feito passar a velocidades elevadas por fieiras com orifícios que

determinam os seus diâmetros. Posteriormente, as fibras são arrefecidas e impregnadas com um

acabamento superficial. Este tipo de fibras é o mais utilizado no reforço de materiais compósitos

de matriz polimérica, pois combinam elevadas resistências com um custo moderadamente

baixo. As suas principais desvantagens estão relacionadas com o seu baixo módulo de

elasticidade, perda de resistência por fadiga e resistência reduzida em ambientes ácidos e

alcalinos. Existem vários tipos de fibras de vidro: A, C, D, R, ECR e R/S, onde todas

apresentam o mesmo módulo de elasticidade, apenas variando nos valores de resistência e na

durabilidade. As fibras do tipo E (electrical), possuem boas propriedades isoladoras e são as

mais utilizadas, apresentando uma composição com baixo teor alcalino [2.2, 2.9]. A Figura 2.7

representa as relações constitutivas de várias fibras largamente utilizadas, incluindo três tipos de

fibras de vidro.


17

Figura 2.7 - Relação constitutiva de várias fibras de reforço, comparando com o aço, adaptado de [2.13]

Uma vez que os restantes tipos de fibras apresentados não correspondem ao caso de estudo,

apresenta-se de uma forma menos exaustiva a sua caracterização no Quadro 2.3.

Quadro 2.3 - Vantagens e limitações das fibras de carbono e aramida, adaptado de [2.2].

Tipo de

Fibra Vantagens Desvantagens

Carbono

Excelentes características

mecânicas em tracção e

compressão

Boa resistência a temperaturas

elevadas

(excepto em atmosferas oxidantes)

Coeficiente de expansão térmica

baixo e negativo: boa estabilidade

dimensional

Boa condutividade térmica

Sensibilidade ao choque

Fraca resistência à abrasão

Corrosão do tipo galvânico

quando em contacto com

metais

São atacados pelo oxigénio

do ar a temperaturas

superiores a 400ºC

Cor negra

Aramídicas

Baixa densidade

Resistência específica em tracção

muito elevada

Excelente resistência ao choque, a

vibrações e ao desgaste.

Conservação das propriedades

mecânicas na gama de -70ºC a

+180ºC

Bom comportamento ao fogo

Boa resistência química

Fraco comportamento à

compressão

Aderência medíocre à

maioria das matrizes

poliméricas

Absorção de humidade

relativamente elevada

Sensibilidade aos UV

Má resistência química aos

ácidos fortes concentrados

2. Estado da arte

18

2.3.1.3 Agentes de polimerização

Adicionados à resina base, os agentes de polimerização induzem o início da reacção de

polimerização da resina. Numa resina de poliéster ou viniléster, são tipicamente utilizados

peróxidos orgânicos para iniciar a cura da resina, em quantidades na ordem dos 0,25% até

1,50% do peso da resina. As resinas epoxídicas são muitas vezes polimerizadas pela adição de

aminas endurecedoras, que são adicionadas numa razão mássica de 25-50% [2.9].

2.3.1.4 Cargas (fillers)

As cargas, mais conhecidas na indústria da construção como fillers, são o conjunto de produtos

quimicamente inertes, cujo principal objectivo é a redução dos custos de produção de um dado

produto. Por outro lado, os fillers permitem melhorar certas propriedades, que não seriam

atingidas utilizando apenas resina e fibras.

Em geral, salienta-se o aumento da viscosidade da resina, a redução dos efeitos exotérmicos e a

redução da contracção durante a cura, o que contribui para a prevenção do desenvolvimento de

fissuração em zonas de descontinuidades ou com excesso de teor em resina. A adição de fillers à

matriz pode melhorar outras propriedades que incluem a resistência à fadiga, o comportamento

em fluência ou a resistência química. Por outro lado, salienta-se que a incorporação de fillers

diminui geralmente as propriedades mecânicas e a resistência a corrosão dos FRP. Dentro dos

fillers mais utilizados destacam-se o carbonato de cálcio, o caulino e o sulfato de cálcio. O uso

de fillers em componentes não estruturais pode representar até 65% do peso da peça, embora

nas aplicações estruturais, nomeadamente em perfis pultrudidos e varões de FRP, contém

apenas entre 10-30% do seu peso [2.2, 2.9].

2.3.1.5 Aditivos

Existe uma grande variedade de aditivos que podem ser incorporados na matriz de modo a

facilitar o processamento do material, melhorar o desempenho do produto final ou apenas

modificar algumas propriedades. Estas substâncias são adicionadas geralmente em pequenas

quantidades. De acordo com Busel e Lockwood [2.10], os aditivos têm normalmente as

seguintes funções:

Redução de produção de fumo e melhoramento da resistência ao fogo (aditivos

retardadores de chama).


19

Inibição da oxidação de polímeros (antioxidantes).

Redução da retracção.

Redução do teor de vazios.

Aumento da condutividade eléctrica (partículas de carbono ou de metal) e interferência

electromagnética (materiais condutores).

Aumento da dureza (borracha ou outros materiais elastoméricos).

Redução da tendência à atracção de cargas eléctricas (agentes anti-estáticos).

Redução da massa volúmica e retracção (aditivos precursores de espumas), que também

aumentam o isolamento térmico e eléctrico.

Prevenção de perda de cor e brilho devido a radiação UV (estabilizadores UV).

Obtenção de cor (pigmentos).

Facilitar a desmoldagem (agentes descofrantes).

Salienta-se que, além de aditivos serem incorporados em quantidades muito reduzidas em

relação aos restantes componentes, tipicamente menores do que 1% do peso da resina, podem

introduzir alterações significantes nas propriedades físicas e mecânicas do produto final.

2.3.1.6 Interface fibra-matriz

Os materiais reforçados constituídos por combinações de fibras e matrizes criam entre si uma

importante área de contacto. Embora ambos retenham a sua identidade físico-química, o

conjunto destes constituintes confere uma combinação de propriedades difíceis de alcançar

separadamente [2.2].

Para este efeito, é necessário assegurar uma boa interacção entre ambos, cuja importância no

desempenho dos FRP é crucial. As propriedades mecânicas da interface fibra-matriz dependem

essencialmente da adesão e compatibilidade mecânica entre as fibras e a matriz e também do

ângulo entre as fibras e a direcção de aplicação do carregamento [2.8].

De acordo com Keller [2.12], de modo a garantir uma boa interacção mecânica entre as fibras e

a matriz, as suas propriedades mecânicas devem ser adaptadas entre si. Por exemplo, de modo a

reduzir a microfissuração da matriz antes de se atingir a capacidade de deformação última das

fibras, a extensão de rotura na matriz deve ser superior à das fibras. Em simultâneo, a matriz

necessita de garantir rigidez suficiente para impedir a encurvadura local das fibras.

2. Estado da arte

20

Salienta-se ainda que a resistência e rigidez da interface fibra-matriz são altamente dependentes

desse ângulo e têm os valores máximos quando as fibras estão alinhadas com a direcção do

carregamento [2.12].

No desenvolvimento de FRP, foi imediatamente reconhecida a importância da elevada área

superficial das fibras em contacto com a matriz polimérica e o seu efeito no desempenho destes

materiais. Têm-se vindo a registar esforços no sentido de melhorar a adesão das superfícies das

fibras às resinas através de tratamentos específicos [2.2].

2.3.2 Processos de produção de materiais compósitos reforçados com fibras

No âmbito da durabilidade de materiais compósitos FRP, os métodos de produção e

processamento são factores importantes na selecção de materiais e configuração de projectos,

uma vez que a integração com sucesso das fibras de reforço os materiais que compõem a matriz

utilizada na formação do compósito é dependente do método. A escolha do método de produção

de compósitos é, em geral, mais crítica para os compósitos do que para a maioria de materiais

convencionais. Cada processo é limitado pelas formas e microestruturas que podem ser

produzidas, como também pelas combinações de materiais que podem ser utilizados. Os

processos de produção típicos para materiais compósitos consistem numa série de passos ou

etapas, ilustradas na Figura 2.8. Dentro de cada etapa, existem várias escolhas possíveis,

incluindo em alguns casos o salto de uma etapa. Obviamente que a economia do processo e a

sua fiabilidade estão ligadas ao número de etapas necessárias ao processo desde as matérias

primas até ao seu estado final.

Figura 2.8 - Processo de transformação dos materiais, adaptado de [2.7].


21

A correcta integração efectuada entre as fibras de reforço e os materiais da matriz para criar um

compósito é extremamente dependente da escolha do método de produção. Existem vários tipos

de métodos de processamento e cada processo possui atributos específicos. No geral, o esquema

de produção de uma estrutura compósita pode ser delineada utilizando oito etapas genéricas

descritas abaixo:

i. Projecto – forma geométrica e tensões expectáveis.

ii. Escolha dos materiais.

iii. Esquema (orientação e configuração) do reforço.

iv. Montagem do reforço e do sistema de resina.

v. Exposição a temperatura e pressão apropriada de modo a concretizar o processo

de cura da resina.

vi. Processos de acabamento.

vii. Controlo de qualidade e inspecção através de métodos não destrutivos.

Um cenário ideal será aquele que apresente elevada produtividade, minimizando os custos de

conversão das matérias primas e os acabamentos, maximizando a flexibilidade geométrica e

capacidade de customização das propriedades, suportado por um bom sistema de controlo da

qualidade montado na linha de montagem, que não cause mudanças significativas ao processo

de produção [2.14].

Os processos de produção podem ser divididos, de uma forma genérica, em métodos directos e

métodos indirectos. Os métodos directos utilizam o reforço e a resina directamente, sem

qualquer pré-processamento. Pelo contrário, os métodos indirectos requerem que as fases de

reforço e matriz sejam pré-processadas em formas adequadas para o seu processamento. A

preparação de prepregs (material pré-impregnado sem carga), cofragens de moldagem para

injecção e suportes para moldagem de folhas são exemplos de formas de material

pré-processado utilizado nos métodos indirectos. Existem alguns processos como a pultrusão e

enrolamento filamentar que pertencem às duas categorias pois podem utilizar o reforço na forma

de mechas de fio contínuas, cordões e tecido (modo directo). O Quadro 2.4 apresenta os

processos mais comuns no fabrico de FRP consoante a sua classificação. Embora a qualidade

dos métodos indirectos seja tipicamente superior, os custos associados podem ser

substancialmente maiores, resultando num controlo dimensional ou outros factores por vezes

efectuados de um modo exagerado, do que é normalmente requerido para reabilitação

estrutural [2.15-2.17].

2. Estado da arte

22

Quadro 2.4 - Classificação de processos, adaptado de [2.7].

Métodos directos Métodos indirectos

Moldagem por contacto Moldagem por compressão

Projecção simultânea Pultrusão

Pultrusão Autoclave

Enrolamento filamentar Enrolamento filamentar

Moldagem por injecção Moldagem por transferência

A pultrusão, modo de produção utilizado no fabrico do material em estudo na presente

dissertação, é um método desenvolvido, que melhorou em muito a eficiência na construção

deste tipo de materiais. Este método consegue aumentar a produtividade em relação aos

restantes, permitindo obter materiais de elevada resistência, minimizando os custos e garantido

um alto padrão de qualidade e poucos desperdícios.

Nos anos 1950, W. Brant Goldsworthy desenvolveu um processo baseado numa linha de fabrico

onde os compósitos passavam através de um molde aquecido, criando assim perfis contínuos de

material. Neste método as dimensões dos perfis são apenas condicionadas pela capacidade de

transporte dos mesmos.

O termo pultrusão surge da combinação das palavras “pull” e extrusão. Extrusão, muito

sucintamente, consiste na passagem forçada de material através de fieiras de geometria

específica, de modo a se obterem os formatos pretendidos. Este processo é muito utilizado na

produção de perfis e chapas de aço. Neste caso, o material é puxado através de fieiras de pré-

forma conferindo o formato desejado à secção do perfil [2.18].

Em materiais compósitos, o processo de pultrusão inicia-se em rolos de suporte que contêm as

mechas de filamentos contínuos e paralelos, cuja função consiste em proporcionar o reforço

longitudinal da peça. No caso de estudo, o reforço utilizado é a fibra de vidro mas, no entanto, o

processo é independente do tipo de fibras, sendo possível utilizar outros tipos de reforços, como

o carbono ou a aramida. Outras fieiras contêm mantas com fibras dispersas em várias direcções,

cuja finalidade consiste em oferecer resistência a solicitações de corte, e confere resistência e

rigidez na direcção transversal. Finalmente existem outras mantas de reforço superficial,

contendo um elevado teor em resina, providenciando assim maior resistência aos agentes de

degradação. O sistema de manuseamento das fibras permite pré-posicionar os rolos de materiais

na posição pretendida, como ilustra a Figura 2.9.


23

Figura 2.9 - Sistema de manuseamento de fibras da empresa Fiberline [2.11].

As fibras são guiadas através de um banho de resina, impregnadas num molde, ou então a

aplicação de resina e cargas (fillers) é efectuada por injecção quando as fibras passam através do

molde metálico. No primeiro processo, o excesso de resina acumulado é retirado na passagem

pela pré-forma.

O processo de cura da matriz líquida ocorre no interior do molde aquecido. Este processo

origina retracção no material, forçando a sua separação das paredes do molde. Posteriormente,

dá-se a passagem pelo sistema de corte, em que o material já possui estabilidade dimensional. O

material, após curado, é puxado através de um sistema de tracção até ao conjunto de serras

móveis que corta os perfis, obtendo-se assim o produto final [2.19]. A Figura 2.10 indica a

disposição típica de uma linha de fabrico de compósitos por pultrusão.

Figura 2.10 - Princípio de funcionamento do processo de pultrusão [2.11].

A pultrusão apresenta um leque variado de vantagens sobre outros tipos de processamento de

materiais compósitos. A grande automatização do processo diminui muitos erros de operação

associados à interface manual. Torna-se possível garantir, dependendo do grau de calibração do

sistema, a mesma qualidade e consistência verificada entre os primeiros 10 metros de perfil

produzido e os perfis produzidos após 100 metros de pultrusão. Normalmente, 80 a 90% do

custo registado consiste no custo unitário dos materiais em si. O custo amortizado da

maquinaria e o custo de operação e manutenção das máquinas revela-se apenas como uma

2. Estado da arte

24

pequena fracção do custo inicial. Os perfis obtidos por pultrusão são na sua maioria mais

resistentes do que os perfis elaborados manualmente ou com outro tipo de processamento

[2.19]. O teor volumétrico de fibras é muito elevado, pois todo o excesso de resina acumulada é

confinada na sua entrada para o molde antes de ser recolhida. Uma desvantagem deste processo

consiste na limitação a secções de geometria constante dos perfis. Este processo tem sido

extensamente utilizado no fabrico de perfis estruturais, treliças de suporte em edifícios

temporários e corrimões [2.16].

2.3.3 A durabilidade e o controlo de qualidade na fase de produção

A garantia e controlo da qualidade são factores importantes no processamento de compósitos,

ambos relacionados com o desempenho, a integridade geral e a durabilidade dos componentes

resultantes. No âmbito global das estruturas de engenharia, estes factos ganham relevância pois

as componentes serão provavelmente expostas a condições de exposição ambiental agressivas e

em constante mutação durante extensos períodos de tempo (mais de 75 anos em alguns casos)

sem o mesmo nível de inspecção e manutenção utilizados na indústria aeroespacial. Salienta-se

também que, em variadas situações, os FRP serão produzidos „in situ‟ resultando numa redução

da qualidade durante a produção. Atingir um padrão de produtos fiáveis assenta no uso de

procedimentos de boa qualidade, elevado treino da mão-de-obra, níveis apropriados de

monitorização dos processos e controlo do ambiente de fabrico. No mínimo, o controlo de

qualidade é necessário nos seguintes pontos:

Recepção de material bruto.

Armazenamento dos constituintes.

Mistura dos componentes da resina.

Processamento.

Pós-processamento, após a colocação no terreno.

Durante e depois da aplicação.

Factores que possam ser monitorizados incluem o tipo de fibras e tecidos, o número de camadas

de tecido, detalhes da orientação das fibras, constituintes das resinas e propriedades finais

determinadas através de características mecânicas e físicas. Vários testes podem ser conduzidos

durante o processamento e na fase final dos componentes. Defeitos atribuídos na recepção dos

materiais, ou relacionados com o processamento, podem ter um efeito substancial na

durabilidade e fiabilidade dos FRP e respectivas componentes fabricadas [2.20].


25

2.4 Caracterização geral de polímeros reforçados com fibras

de vidro (GFRP)

2.4.1 Propriedades típicas dos perfis pultrudidos de GFRP

As propriedades dos perfis pultrudidos de GFRP dependem das características dos materiais que

os constituem, ou seja, do tipo de fibras, matriz polimérica e restantes constituintes. A

orientação das fibras de reforço e a interacção fibra-matriz também influenciam as suas

propriedades, tal como acontece na maioria dos materiais poliméricos reforçados com

fibras [2.9].

As inúmeras possibilidades de combinação desses elementos tornam a definição típica do

material mais difícil. Deste modo, é apenas possível referir as características normalmente

verificadas no fabrico destes perfis, fornecidos por algumas produtoras. Comparam-se nos

Quadros 2.5 e 2.6 algumas propriedades mecânicas de diferentes produtoras de perfis

pultrudidos de GFRP, na direcção paralela e normal às fibras, respectivamente. Os materiais

produzidos apresentam comportamento anisotrópico, pois são obtidos pelo processo de

pultrusão já referido, obtendo-se como produto final perfis com as fibras orientadas numa

direcção preferencial, sendo as propriedades mecânicas altamente dependentes desta orientação,

neste caso a direcção axial de pultrusão, ao longo do alinhamento das mechas de fio contínuas.

Segundo Correia [2.1], as propriedades mecânicas dos perfis pultrudidos de GFRP podem variar

significativamente entre fornecedores. Deste modo, o European Committee for Standardization

(CEN) publicou em 2002 uma norma europeia designada de EN 13706 [2.21], que define

especificações para os perfis pultrudidos. Esta norma define duas categorias de perfis,

especificando as propriedades mínimas que um perfil deve apresentar para pertencer a cada

categoria. Além desta divisão, a norma também determina os tipos de ensaios mecânicos, físicos

e térmicos normalizados que se devem utilizar para caracterizar estas propriedades dos perfis.

Através da análise dos Quadros 2.5 e 2.6, observa-se ainda que a resistência ao corte e o módulo

de distorção não dependem da orientação das fibras e têm o mesmo valor para qualquer

configuração, sendo apenas apresentados no primeiro quadro. Correia [2.9] define propriedades

típicas destes perfis de um modo mais geral apresentando um quadro onde abrange as variações

de produção demonstradas acima.

2. Estado da arte

26

Quadro 2.5 - Propriedades mecânicas na direcção axial de perfis pultrudidos GFRP disponíveis comercialmente,

adaptado de [2.11, 2.22, 2.23].

Propriedade Produtora

Fiberline Strongwell Creative P. Inc.

Resistência à tracção [MPa] 240 207 228-258

Resistência à compressão [MPa] 240 207 228-258

Resistência à flexão [MPa] 240 207 228-258

Resistência ao corte [MPa] 25 31 38-41

Módulo de elasticidade [GPa] 23-28 17-19 19-22

Módulo de distorção [GPa] 3,0 2,9 2,9

Coeficiente de Poisson 0,23 0,33 0,35

Quadro 2.6 - Propriedades mecânicas na direcção normal de perfis pultrudidos GFRP disponíveis comercialmente,

adaptado de [2.11, 2.22, 2.23].

Propriedade Produtora

Fiberline Strongwell Creative P. Inc

Resistência à tracção [MPa] 50 48 52-55

Resistência à compressão [MPa] 70 69 76-88

Resistência à flexão [MPa] 100 110 113-137

Módulo de elasticidade [GPa] 8,5 5,5 5,5-6,9

Coeficiente de Poisson 0,09 0,14 0,15

Para efeitos de dimensionamento, todos os valores das resistências deverão ser afectados do

coeficiente de segurança γm de acordo com a norma EN 13706 [2.21] para os estados limites

últimos. Este coeficiente é obtido através da multiplicação de quatro coeficientes parciais (γm1 a

γm4) que têm em consideração o método de produção, grau de pós-cura, estabilidade

dimensional em função da temperatura e a temperatura de operação. O dimensionamento de

estruturas de perfis pultrudidos apresenta várias semelhanças com perfis metálicos (inclusive na

forma estrutural, discutida no próximo ponto). Deste modo, na maioria das vezes, as

condicionantes serão o controlo de deformabilidade em situações de serviço e os fenómenos de

instabilidade. Para o primeiro caso, a EN 13706 [2.21] especifica vários tipos de combinações

possíveis, desde as combinações A1 para o controlo geral de deformações e as combinações A2

para os níveis máximos de deformação. Em quaisquer destas combinações não é necessária a

consideração de factores de segurança para as propriedades mecânicas dos perfis.

De modo, a comparar as propriedades mecânicas apresentadas com as dos materiais tradicionais

apresenta-se na Figura 2.11 as relações constitutivas de dois tipos de perfis GFRP, produzidos

pela empresa ALTO (fornecedora dos perfis utilizados nesta dissertação). A notação Pul 1

indica um perfil pultrudido com reforço unidireccional de fibra de vidro enquanto Pul 2 refere-

se a um perfil pultrudidos com reforço unidireccional e manta de fibra de vidro.


27

Simultaneamente, a mesma figura apresenta também a mesma relação, mas para uma produtora

internacional, a Fiberline. Os materiais tradicionais utilizados na comparação consistem no aço,

alumínio e também a madeira e o PVC.

Figura 2.11 - Relação constitutiva de perfis pultrudidos GFRP de dois fabricantes e comparação com

outros materiais, adaptado de [2.9, 2.24].

Da análise da Figura 2.11, os perfis pultrudidos de GFRP destacam-se dos restantes materiais

pois apresentam na maioria das vezes tensão última superior à do aço. Comportam-se como

materiais com comportamento elástico linear até a rotura, não apresentando um patamar de

ductilidade visível no aço, PVC e alumínio. Salienta-se também que o módulo de elasticidade é

reduzido (cerca de 15-20% do aço). Este factor é associado a um aumento da deformabilidade

das estruturas. Como também mencionado, o dimensionamento de estruturas de perfis de GFRP

é geralmente condicionado por estados limites de serviço. Por outro lado, um baixo módulo de

elasticidade é também responsável pelo aumento de susceptibilidade a fenómenos de

encurvadura em estados limites últimos [2.8].

Em relação às propriedades físicas e térmicas, os perfis em causa apresentam um peso

específico muito inferior ao do aço, bem visível pela baixa massa volúmica apresentada (cerca

de 4 a 5 vezes inferior à do aço). Em termos de coeficiente de dilatação térmica são materiais

semelhantes aos tradicionais; no entanto, a condutibilidade térmica é muito reduzida nestes

perfis. A Figura 2.12 indica a comparação destas propriedades dos perfis de uma produtora

internacional com os mesmos materiais tradicionais.

2. Estado da arte

28

Figura 2.12 - Massa volúmica, coeficientes de dilatação e condutividade térmica de GFRP,

adaptado de [2.9].

2.4.2 Características estruturais de perfis pultrudidos de GFRP

De acordo com Keller [2.12], existem duas razões principais para a constatação de uma

regularidade histórica no uso de novos materiais de construção e a evolução das suas formas

estruturais. A primeira está relacionada com a ausência de conhecimento das formas mais

adaptáveis a um material recentemente introduzido, existindo assim uma razão científica e

técnica para uma fase de substituição. Por outro lado, a reprodução de formas estruturais de

materiais já amplamente conhecidos e divulgados garante um maior reconhecimento do novo

material. No caso específico dos FRP, o material encontra-se na fase de substituição, o que

significa que é necessário ainda bastante desenvolvimento de formas adaptadas, para este

material.

Deste modo, as formas estruturais dos perfis pultrudidos têm sido reproduzidas da construção

metálica, através de perfis de secção aberta ou fechada, ilustradas na Figura 2.13, consistindo

nos perfis de primeira geração. Desta forma, encontram-se vários manuais de produtores,

indicando de um modo análogo ao dos perfis metálicos, indicações e tabelas de cálculo

necessárias ao dimensionamento de estruturas deste tipo.

Figura 2.13 - Perfis de primeira geração da empresa Strongwell [2.25].


29

Como referido, os perfis são obtidos através do processo de pultrusão. Desta forma, os

laminados mais típicos que formam estes perfis combinam conjuntos de feixes de fibras

longitudinais que conferem propriedades mecânicas na direcção axial, com mantas de fibras

orientadas em várias direcções cuja função é conferir resistência fora do plano, na direcção

transversal e a solicitações de corte. Como camada superficial de protecção é usual o recurso a

mantas de fibras cortadas, que contêm fibras curtas dispostas aleatoriamente, visíveis na Figura

2.14. Esta camada contém um teor de resina elevado, desempenhando papéis de protecção

contra a degradação ambiental ou abrasão e também criando uma camada lisa. Salienta-se ainda

que estes laminados são caracterizados mecanicamente na secção anterior pela notação Pul 2

(Figura 2.11).

Figura 2.14 - Disposição normal de camadas num material pultrudido, adaptado de [2.23, 2.24].

Segundo Correia [2.9], os perfis de primeira geração utilizados na maioria das aplicações

estruturais apresentam várias desvantagens relacionadas com a sensibilidade ao impacto e com a

estabilidade em geral, quando submetidos a solicitações de compressão que provocam

fenómenos de encurvadura. São necessárias novas formas adaptadas a este material de modo a

melhorar o seu desempenho. No entanto, várias produtoras já começaram a apresentar novos

sistemas estruturais consistindo em sistemas multicelulares fechados de perfis pultrudidos,

ligados entre si por encaixe ou colagem, formando elementos de placa. Na Figura 2.15, são

visíveis estes novos sistemas estruturais evidenciando os vários tipos de encaixe e também

sistemas multicelulares contínuos. Estes sistemas tornam possíveis as estruturas GRFP

abrangerem um leque muito variado de aplicações na construção.

Figura 2.15 - Novos sistemas estruturais de perfis pultrudidos FRP, adaptado [2.25, 2.26].

2. Estado da arte

30

2.4.3 Aplicações de perfis de GFRP em engenharia civil

Após uma pequena consideração introdutória das aplicações gerais de materiais FRP no âmbito

da engenharia civil, destaca-se agora o caso específico dos perfis pultrudidos GFRP.

Os perfis pultrudidos de GFRP tiveram o seu início de aplicação em engenharia civil em

aplicações essencialmente não estruturais, onde factores como o baixo peso específico, ou a

resistência a ambientes mais agressivos se tornaram essenciais na sua escolha. Desta forma,

encontram-se várias aplicações na indústria sanitária, estações de tratamento de água e esgotos,

portos, indústria ferroviária e indústria termoeléctrica [2.9].

Vários produtos produzidos através de perfis pultrudidos de GFRP tiveram aplicações nestas

indústrias, como por exemplo, corrimões expostos a ambientes marítimos (Figura 2.16), escadas

de apoio (Figura 2.17), gradis de pavimento e guarda corpos (Figura 2.18) utilizadas em

plataformas offshore e indústrias químicas [2.25].

Figura 2.16 - Corrimão de um sistema de defensas na Flórida e de uma plataforma flutuante no Canadá,

adaptado de [2.25, 2.26].

Figura 2.17 - Escadas utilizadas numa plataforma offshore do estado México e de uma estação de

processamento químico em Chicago, adaptado de [2.25, 2.26].


31

Figura 2.18 - Gradis de pavimentos da expansão ferroviária da Ponte 25 de Abril e de uma estação de

processamento químico em Wisconsin, adaptado de [2.26].

Destaca-se também, de um modo já mais elaborado, o uso destes perfis em projectos de

pequenas dimensões, onde do mesmo modo, as suas propriedades de resistência a agressões

ambientais, o baixo peso específico e manutenção mínimas são imperativos na sua escolha. O

dimensionamento de passadiços inteiramente neste material (Figura 2.19), placas de cobertura

de estações de tratamento de resíduos (Figura 2.19) e a reabilitação de uma parte de um

aqueduto de aço corroído (Figura 2.20) são alguns exemplos destes projectos [2.27].

Figura 2.19 - Passadiço de 400 m localizado em Espanha a 500 m de profundidade, placas de cobertura de

estações de tratamento de água, adaptado de [2.27].

Figura 2.20 - Aqueduto de 36 m construído em perfis GFRP sobre um caminho ferroviário no Reino

Unido, e pormenor da ligação com a estrutura em aço, adaptado de [2.25].

2. Estado da arte

32

Finalmente, destacam-se projectos inovadores que utilizam aplicações mais relevantes no

sentido da importância do uso deste material, em estruturas mais complexas. Encontram-se já

efectuadas várias pontes pedonais e rodoviárias onde a estrutura é toda elaborada com perfis

GRFP.

Entre as mais conhecidas, destaca-se a Ponte Aberfeldy (Figura 2.21) pois consiste na primeira

ponte construída apenas com materiais compósitos, em 1990 no Reino Unido. Esta ponte, que

faz a ligação entre dois campos de golfe, foi projectada para uso pedestre e de pequenos

veículos associados ao desporto e tem o comprimento de 113 metros [2.25]. Além desta,

salientam-se duas pontes que apresentam as vantagens significativas do baixo peso específico

destes perfis. A ponte rodoviária Bonds Mill (Figura 2.21), que combina no seu tabuleiro painéis

ACCS com perfis de GFRP foi a primeira ponte rodoviária feita com materiais compósitos. O

factor peso faz-se notar na particularidade de ser uma ponte elevatória, o que permite poupanças

consideráveis no sistema elevatório. A ponte pedonal Pontresina na Suíça (Figura 2.22) é

constituída por duas vigas simplesmente apoiadas utilizando apenas perfis pultrudidos de

GFRP. A ponte foi projectada para ser removida no final do Inverno antes de haver riscos de

inundações devido à fusão da neve, sendo reinstalada assim que o risco passar.

Figura 2.21 - Ponte pedestre Aberfeldy e ponte rodoviária Bonds Mill, adaptado de [2.25].

Figura 2.22 - Ponte pedestre Pontresina [2.9].

Referem-se ainda projectos de grandes coberturas e pequenos edifícios inteiramente construídos

nestes materiais. Novamente, factores como o baixo peso específico e a reduzida manutenção


33

tornam estes produtos competitivos. Salienta-se uma cobertura suspensa de uma estação de

metro em Copenhaga (Figura 2.23), construída inteiramente em perfis pultrudidos de GFRP,

com 60 metros de comprimento e 7,5 metros de largura. A cobertura foi pré-fabricada numa

placa única que liga solidamente os banzos superiores dos perfis pultrudidos GFRP.

Outro projecto que salienta as vantagens deste tipo de material são as estações de medição de

compatibilidade electromagnética (Figura 2.24). Estas estruturas utilizam perfis de GFRP no seu

projecto e aproveitam a transparência electromagnética dos mesmos de modo a eliminar

interferências eléctricas. Por estas razões, o recurso a materiais não metálicos torna-se

imperativo, uma vez que poderiam afectar os resultados dos ensaios.

Para finalizar, apresenta-se também um edifício de 5 andares, originalmente apresentado numa

exposição na Suíça, feito com materiais FRP. O edifício Eyecatcher tem a estrutura em perfis

pultrudidos GFRP, três pórticos trapezoidais em que dois deles constituem as fachadas laterais

do edifício. No final da feira, o edifício foi desmantelado e encontra-se agora como um edifício

de escritório em Basileia (Figura 2.25).

Figura 2.23 - Cobertura suspensa de Lindevang e estrutura utilizada, adaptado de [2.26, 2.27].

Figura 2.24 - Estações de compatibilidade electromagnética, adaptado de [2.27].

2. Estado da arte

34

Figura 2.25 – Edificio Eyecatcher, adaptado de [2.27].

2.4.4 Vantagens e limitações

De modo a finalizar a caracterização dos perfis pultrudidos de GFRP, apresenta-se no Quadro

2.7 um resumo das suas vantagens e limitações, apresentadas ao longo deste subcapítulo.

Quadro 2.7 – Vantagens e limitações de perfis pultrudidos GFRP, adaptado de [2.1, 2.9].

Vantagens Limitações

Baixo peso específico

Elevada relação entre a resistência

mecânica e o peso próprio

Possibilidade de produção de

qualquer forma estrutural

Elevada resistência à fadiga

Elevada resistência à corrosão

Transparência electromagnética

Facilidade no transporte para o

estaleiro e instalação em obra

Baixos custos de manutenção

Reduzido módulo de elasticidade

Comportamento frágil

Necessidade de desenvolvimento de novas

formas estruturais para materiais

inteiramente compósitos e soluções

híbridas

Necessidade de desenvolvimento de novas

tecnologias de processamento ao nível das

ligações

Ausência de regulamentação específica

Custos iniciais ainda pouco competitivos

na maioria das aplicações

2.5 Durabilidade de polímeros reforçados com fibras de vidro

(GFRP)

Na generalidade, os materiais FRP e respectivos componentes utilizados em aplicações de

engenharia civil estão sujeitos a uma variedade de ambientes de exposição que podem agir

individualmente ou interagir de uma forma sinergética. Naturalmente, esta interacção é

importante pois os materiais estão sujeitos, de um modo geral, a vários factores de degradação.

Salienta-se que a resistência individual de um material aos efeitos a que está exposto não

implica necessariamente a deterioração do mesmo quando considerada a combinação simultânea

dos mesmos factores [2.28].


35

Após vários anos de serviço, as propriedades dos materiais não se mantêm iguais, mesmo na

ausência de danos mecânicos visíveis. Usualmente, mudanças nas propriedades de um material

com o tempo são vistas como uma medida da extensão da deterioração. No entanto, nem todas

as propriedades se alteram à mesma velocidade e a escolha das propriedades mais significativas

necessita de consideração cuidada [2.28]. Deve ser relembrado que os sistemas de materiais

FRP utilizados em aplicações de engenharia civil possuem diferenças críticas em termos de

carregamento, ambientes de exposição e até tipos de materiais e processos de produção

utilizados, quando comparados com as mesmas combinações normalmente visíveis na indústria

aeroespacial [2.7].

Existem várias causas potenciais de degradação. A identificação das causas mais condicionantes

torna-se num processo difícil de generalizar, devido à ausência de dados detalhados sobre estes

assuntos. Estes factos levam, como mencionado, a situações típicas de sobredimensionamento,

dificultando a aceitação geral destes materiais como soluções a adoptar [2.1]. No entanto,

verifica-se actualmente um aumento de vários estudos e investigações sobre o assunto. Desta

forma, Karbhari [2.5] definiu os factores que são frequentemente considerados como sendo mais

críticos em termos de degradação a longo prazo de materiais FRP:

Soluções aquosas e humidade.

Ambientes alcalinos.

Efeitos térmicos.

Radiação ultravioleta.

Fogo e temperaturas elevadas.

Fadiga.

Fluência.

Efeitos sinergéticos1

(combinação de vários factores em simultâneo de modo a

amplificar a degradação).

Descrevem-se de seguida os factores ambientais considerados, enfatizando de um modo mais

detalhado as soluções aquosas, a humidade e a radiação ultravioleta, pois são os aspectos mais

pertinentes para o estudo experimental desenvolvido na presente dissertação.

1 Embora não sendo um factor em si, este ponto encontra-se na lista devido à sua importância na

degradação dos materiais. Note-se que apenas os restantes pontos serão aprofundados.

2. Estado da arte

36

2.5.1 Soluções aquosas e humidade

A exposição a humidades ou soluções aquosas incluem efeitos de exposição directa à chuva, à

humidade atmosférica ou a difusão através de outros substratos, como também a imersão destes

materiais em soluções aquosas referindo-se como exemplos pilares de pontes ou estruturas

utilizadas em portos marítimos [2.7].

A humidade difunde-se em todos os polímeros orgânicos resultando em mudanças nas suas

características mecânicas, termofísicas e químicas. O efeito primário da absorção situa-se na

matriz polimérica em si onde, através de fenómenos de hidrólise, plasticização, saponificação,

entre outros mecanismos, ocorrem mudanças reversíveis e irreversíveis na estrutura polimérica.

Em muitos casos, a humidade propaga-se também por capilaridade para a região de interface

fibra-matriz onde causa efeitos nocivos ao nível das ligações entre as fibras e a matriz,

resultando muitas vezes em perda da sua integridade. Tem sido mostrado que a humidade e a

presença de produtos químicos também podem ser responsáveis pela degradação ao nível das

fibras. No caso das fibras de vidro, o processo começa com a extracção de iões das fibras

através da humidade, alterando a sua estrutura. É no entanto possível proteger as fibras de

degradação rápida de modo significativo, através da escolha de resinas apropriadas, condições

de processamento, revestimentos protectores ou “gel coats” [2.7].

Antoon e Koening [2.29] constataram que os tipos de condições ambientais a que o material é

sujeito e o respectivo tempo de exposição afectam as propriedades mecânicas devido à absorção

de fluidos. Estas alterações podem ser classificadas em reversíveis, irreversíveis ou uma

combinação das duas. No processo reversível, as propriedades mecânicas podem ser

recuperáveis por secagem do material, tendo o processo como base a plastificação e o aumento

de volume (incorporação de moléculas de água) da matriz polimérica. Por outro lado, o processo

irreversível envolve roturas nas fibras ou na matriz, rotura ao nível da interface entre as fibras e

a matriz ou mesmo delaminação provocada por variações dimensionais ou pela geração de

tensão internas. As propriedades mecânicas ficam assim permanentemente alteradas.

A maioria dos efeitos de degradação relacionados com a humidade e as soluções aquosas

actuam ao nível da perda de resistência mecânica, com mudanças diminutas nos módulos de

elasticidade na maioria dos casos, geralmente na ordem dos 10% durante um período de 10-15

anos em materiais FRP. No entanto, salienta-se que, quando as fibras ou a interface fibra-matriz

se encontram suficientemente degradadas, estas mudanças podem ser significativas [2.8].

Embora muitos trabalhos de investigação estejam concentrados no estudo dos efeitos da

humidade nas propriedades dos compósitos, os mecanismos de degradação ainda não são

completamente conhecidos. Tendo em conta que a maioria das aplicações de engenharia civil


37

vão estar em contacto com humidade e várias soluções aquosas, ou devido a especificações de

projecto, acidentes, ou devido a causas naturais e localização, é essencial que os seus efeitos a

curto e longo prazo estejam bem compreendidos e documentados [2.7].

2.5.1.1 Efeitos na matriz

Devido à importância das funções (já apresentadas) das matrizes poliméricas, é de crucial

importância determinar os efeitos da água nas propriedades da matriz, uma vez que a absorção

de moléculas de água pela matriz pode causar uma degradação lenta mas significativa nas

propriedades do compósito.

Segundo Apicella et al. [2.30], certos problemas ao nível das ligações entre as moléculas da

matriz e a presença de várias ligações éster reduzem a temperatura de estabilidade e aumentam a

susceptibilidade da degradação relacionada com a humidade. As resinas de viniléster são

quimicamente estáveis em soluções aquosas e menos susceptíveis à hidrólise do que as resinas

de poliéster insaturado devido à protecção dos grupos éster por grupos de metilo. Deste modo,

constata-se que as resinas de viniléster absorvem menos humidade que as de poliéster em água a

22 ºC e têm uma temperatura de transição vítrea superior [2.31].

É geralmente aceite que a humidade absorvida pode actuar por plasticização, hidrólise ou agente

pós-cura, aumentando ou diminuindo a integridade mecânica da matriz dependendo da

temperatura de exposição [2.30].

Inicialmente, a penetração de água em polímeros termoendurecíveis provoca plasticização. A

plasticização resulta num aumento da mobilidade molecular devido à intromissão de moléculas

de água nas cadeias de éster, aumentando por sua vez a distância intermolecular, diminuindo as

forças intermoleculares de coesão. Este processo reversível resulta também numa diminuição da

temperatura de transição vítrea [2.32].

No caso da exposição durante largos períodos de tempo em água, o envelhecimento químico

ocorre simultaneamente através de hidrólise, verificando-se ataques químicos aos grupos éster

da resina [2.30]. A hidrólise de grupos de éster resulta na formação de grupos hidroxilos e

carboxilos, capazes de autocatalisar a degradação da matriz [2.31]. A hidrólise afecta de um

modo irreversível a estrutura química da resina e causa diminuição na sua temperatura de

transição vítrea [2.32].

No entanto, o envelhecimento químico da matriz também pode ocorrer na forma de pós-cura

aumentando a temperatura de transição vítrea [2.30]. O efeito de pós-cura afecta directamente o

nível de reticulações na resina, uma vez que favorece as reacções de polimerização. Este

2. Estado da arte

38

aumento melhora as propriedades mecânicas do compósito [2.34]. De acordo com Ghorbel e

Valentin [2.32], a resina, na presença de fibras, aumenta o envelhecimento higrotérmico

(plasticização e hidrólise) da matriz, acelerando a diminuição da temperatura de transição vítrea.

No entanto, o envelhecimento químico de compósitos de viniléster através de hidrólise é

contrabalançado, no limite, pelos efeitos de pós-cura. Appicella et al. [2.30] sugerem também

este efeito competitivo durante a plasticização da matriz como resultado de absorção de água e

um aumento de rigidez.

2.5.1.2 Efeitos nas fibras

As matrizes poliméricas são sensíveis à humidade. No entanto, não deve ser ignorado que as

fibras podem igualmente sofrer fenómenos de degradação devido ao mesmo factor. Existem

duas teorias principais para a explicar a corrosão das fibras de vidro pela água. A primeira

postula que a absorção de humidade provoca diminuição na energia de superfície das fibras de

vidro, reduzindo a força coesiva do material. A segunda considera que a perda de resistência das

fibras de vidro, expostas a um ambiente húmido, está relacionada com o lento crescimento de

fissuras até atingirem um tamanho crítico que leva à sua rotura [2.35].

De acordo com Metcalfe e Schmitz [2.35], os mecanismos de corrosão das fibras são iniciados

pela troca de iões Na+ e K

+ (iões metálicos alcalinos) do vidro, com iões H

- pertencentes ao

fluido agressor. Estes autores propõem também que o processo de corrosão consiste em duas

etapas. O primeiro, período de incubação, que compreende aproximadamente 95% da vida da

fibra, é controlado pela interacção de água com os catiões nas fissura, aumentando o pH até

atingir níveis críticos; o segundo consiste num período de corrosão rápida, onde as falhas se

propagam até atingirem um tamanho crítico sob os efeitos de corrosão e carregamento, levando

à rotura da fibra. Vauthier et al. [2.36] afirmam que as fibras em GFRP os efeitos de

envelhecimento são mais condicionantes ao compararem com fibras não envelhecidas com uma

redução inicial das suas resistências.

Segundo Bascom [2.37], a rotura da fibra começa-se a desenrolar com o início da formação de

falhas superficiais ou fissuras no vidro que se vão propagar sob determinada tensão. O estado do

crescimento da fissura que provoca a rotura global da fibra depende das suas dimensões e da

maneira como a solicitação é aplicada. A redução da resistência das fibras de reforço devido à

humidade está relacionada com a redução na energia de superfície devido à absorção de

humidade à medida que a fissura se propaga. Duas outras maneiras em que a humidade pode

favorecer a rotura incluem a corrosão superficial da fibra pela água e também a abertura de


39

falhas, através de pressão capilar, exercida pela condensação de água na extremidade da fissura.

A Figura 2.26 ilustra a degradação numa fibra de vidro, a nível microscópico.

Figura 2.26 - Degradação de uma fibra de vidro aproximada 15 000x, visualizada com um microscópio

electrónico, adaptado de [2.38].

2.5.1.3 Efeitos nas interface fibra-matriz

O efeito da humidade na degradação interface fibra-matriz divide-se em duas vertentes. Na

primeira verifica-se a redução química da força das ligações entre as fibras e a matriz, pela

reacção da água com agentes aglomerantes ou de acoplamento e também por capilaridade ao

longo das interfaces. O outro efeito consiste no aumento de volume da matriz que geralmente

acompanha a absorção de humidade. Neste caso, as tensões residuais que se desenvolveram

durante a cura da resina (nos fenómenos de retracção) e no arrefecimento do compósito após

cura, tipicamente paralelas às fibras, produzem um efeito de compressão na interface. No

entanto, o referido aumento de volume da matriz reduz as tensões residuais, relaxando o efeito

compressivo na interface, reduzindo a resistência interfacial ao corte [2.39]. Salienta-se também

que os rápidos processos de cura e arrefecimento durante a pultrusão da resina, resultam na

microfissuração do compósito, acelerando os fenómenos de degradação [2.40].

De acordo com Ishai [2.41, 2.42], a região de interface entre as fibras e a matriz desempenha um

papel fundamental na durabilidade de compósitos inseridos em meios aquosos. O ataque do

fluido de inserção na região de interface pode provocar vários destacamentos entre as fibras e a

matriz. O recurso à utilização de agentes de ligação (substâncias químicas capazes de reagir

com as fibras e também com a matriz de um material compósito, que promovem ou formam

2. Estado da arte

40

uma ligação mais resistente na sua interface [2.43]), tende a atrasar o processo de corrosão na

interface minimizando as perdas mecânicas.

Antoon e Koening [2.29] sugerem ainda que o desgaste da matriz em si por absorção de fluido

revela-se apenas como um processo secundário quando comparado com a degradação das fibras

e da região de interface. Em termos de comparação entre vários tipos de temperaturas de

exposição, Dewimille e Bunsell [2.43] observaram na sua pesquisa degradações significativas

de GFRP constituídos por resinas epoxídicas para temperaturas a partir de 70 ºC. Os resultados

obtidos indicaram a plasticização da matriz combinada com o destacamento verificado em

regiões da interface, o que levou à posterior delaminação do material.

2.5.1.4 Efeitos gerais em sistemas FRP

A humidade pode penetrar num sistema polimérico por difusão ou capilaridade. O mecanismo

geralmente aceite para a penetração de humidade em polímeros é um processo activo de

absorção-difusão. As moléculas de água são dissolvidas na superfície do polímero e

simultaneamente, enquanto se difundem pela estrutura, começam a formar uma solução com o

polímero [2.44].

De acordo com Chin et al. [2.45], o comportamento da difusão da humidade em polímeros

amorfos, como as resinas termoendurecíveis utilizadas em aplicações de engenharia civil

classificam-se do seguinte modo:

Caso I ou Fickiano: a taxa de difusão de humidade é muito menor do que a mobilidade

dos segmentos poliméricos.

Caso II: a taxa de difusão de humidade é muito maior do que a mobilidade dos

segmentos poliméricos e fortemente dependente da cinética da dilatação verificada.

Caso não-Fickiano: a taxa de difusão é comparável com a mobilidade dos segmentos

poliméricos.

Usualmente, a difusão dos líquidos e gases é modelada utilizando o Caso I, neste caso

expresso pela relação de Fick,

(2.4)

onde F é a taxa de transferência por unidade de área perpendicular à difusão, c é a concentração

da substância difusora, x o espaço de coordenadas medido paralelamente à difusão e D é o

coeficiente de difusão [2.46]. Na realidade, a maioria dos processos de difusão em materiais


41

poliméricos seguem um comportamento não-Fickiano. No entanto, os estados iniciais de

difusão podem ser aproximados aos casos Fickianos, pois o processo de difusão é mais célere.

[2.47]. Tipicamente, o coeficiente de difusão é função da temperatura e pode ser modelado

utilizando uma abordagem de Arrhenius clássica,

(2.5)

onde T é a temperatura (em Kelvin), R é a constante universal dos gases, D0 e Ea (energia de

activação) são propriedades dos materiais independentes da temperatura.

Destaca-se também a distinção entre a absorção e adsorção, que correspondem a fenómenos

completamente distintos. A absorção é a retenção de humidade capilar através de poros

existentes, vazios, ou outros defeitos na estrutura polimérica. Deste modo, o efeito não produz a

plasticização da matriz e gera pouco calor ou dilatação. Por outro lado, a adsorção é um

processo pelo qual uma solução é formada, através de interacções físicas entre as moléculas

polares de água e grupos polares do polímero. Por exemplo, a capacidade de ligações de

hidrogénio dos viniléster (grupos OH) com a água, pode ter efeitos significativos no seu

conteúdo de saturação de humidade [2.45]. O processo de adsorção gera calor, variações

dimensionais consideráveis e promove a plasticização. Este fenómeno pode ocorrer na estrutura

polimérica ou nas superfícies das fibras de vidro, promovendo o seu destacamento [2.48].

As propriedades mecânicas dos compósitos são geralmente menos sensíveis ao envelhecimento

higrotérmico quando comparadas com as resinas em si, devido à presença e forte influência das

fibras. No entanto, o destacamento das fibras através de processos de hidrólise da matriz pode

levar à sua delaminação [2.37]. Adicionalmente, as propriedades em tracção, por exemplo,

podem ser influenciadas pela plasticização da matriz devido à absorção de água, como também

por um aumento de rigidez provocado pela perda de substâncias de baixo peso molecular da

matriz [2.44].

De acordo com Liao et al. [2.49], cuja pesquisa incidiu sobre provetes de viniléster reforçados

com fibras de vidro inseridos em água desmineralizada a diferentes temperaturas (25 e 75 ºC) e

também em soluções salinas com concentrações de 5% e 10% de cloreto de sódio, ocorre

degradação das propriedades do material compósito quando sujeito ao envelhecimento em água

e água salgada. No entanto, a concentração de sal não parece afectar as propriedades mecânicas

dos perfis de um modo relevante. O nível evidente de desgaste das fibras e a contribuição da

região de interface entre as fibras e a matriz para a degradação ambiental. A Figura 2.27

apresenta microfissuração nas resinas, registada numa investigação dos efeitos da exposição em

soluções aquosas de compósitos GFRP de matriz de viniléster e poliéster. Denota-se a maior

2. Estado da arte

42

fissuração na matriz de poliéster, pela grande fractura localizada na parte inferior da Figura

[2.50].

Figura 2.27 - Aspecto de compósitos GFRP de viniléster e poliéster (respectivamente) após 10 meses de

exposição em solução salina com resolução x1000, adaptado de [2.50].

Como consequência da degradação relacionada com a humidade, das fibras, matriz e interface

são observadas frequentemente reduções na resistência à tracção longitudinal e transversal, na

resistência à compressão, na resistência ao corte e na resistência à flexão [2.39, 2.40, 2.49, 2.51,

2.52].

2.5.1.5 Notas finais

Embora a resina de viniléster e as fibras de vidro-E sejam susceptíveis à deterioração como

resultado de exposição hidrotérmica, a selecção cuidadosa dos materiais, o controlo de

qualidade durante o processamento, e o uso de revestimentos superficiais das fibras apropriados

pode resultar em materiais FRP e componentes com melhor desempenho que os materiais

tradicionais em termos de durabilidade sob estas condições de exposição. De acordo com

Karbhari et al. [2.8], devem ser seguidas as seguintes recomendações:

Uma vez que as resinas poliméricas desempenham um papel fundamental na protecção

das fibras e no atraso do processo de difusão, deve ser dada preferência ao uso de

resinas epoxídicas e vinilésteres apropriados.

De modo a diminuir a possibilidade de movimento de humidade e químicos em solução

dentro da estrutura compósita em direcção às fibras, é crítico que exista uma espessura

apropriada de resina em compósitos FRP sujeitos a estes ambientes.

Reconhecendo o efeito dos compósitos não estarem totalmente curados no aumento da

susceptibilidade à humidade, é recomendado que a resina seja curada totalmente antes

do uso in situ.

Salienta-se que os testes realizados em pequenos períodos de tempo, seguidos de

resultados extrapolados podem levar a resultados erróneos.


43

Devido ao efeito da humidade na temperatura de transição vítrea, os compósitos devem

ser curados de modo a que o valor de Tg atingido seja superior à temperatura de serviço

máxima, recomendando-se um mínimo de 30 ºC superior.

Tendo em conta os efeitos da degradação e tolerância ao dano e à presente falta de

informação, os níveis de tensão nos compósitos devem ser limitados sob factores de

carregamento uniforme a menos de 25 % da resistência garantida pelo fornecedor de

GFRP.

2.5.2 Ambientes alcalinos

Os compósitos FRP podem estar em contacto com soluções alcalinas através da interacção com

uma variedade de fontes, incluindo químicos alcalinos, solos (ou difusão de substâncias pelo

solo) e betão, sendo este último a maior preocupação actual devido aos potenciais efeito de

degradação devido a soluções aquosas formadas nos poros do betão em utilizações na área do

reforço. Acrescenta-se ainda que o pH desta solução está perto de 13,5 [2.7, 2.49].

Os FRP possuem várias aplicações de contacto, como é o caso de encamisamento de pilares

(Figura 2.9), ou soluções mistas de betão e FRP. Existem inclusivamente cada vez mais estudos

na tentativa de incorporação de materiais FRP e GFRP como reforço de betão, alguns deles

realizados no Instituto Superior Técnico [2.53].

Existem várias pesquisas sobre a degradação de fibras de vidro em contacto com ou imersas em

soluções alcalinas, especialmente soluções derivadas do betão e verifica-se que as fibras de

vidro expostas a este ambiente sofrem degradações severas devido a combinações de

mecanismos que incluem a formação de pequenas cavidades por oxidação (pitting), a

hidroxilação e a hidrólise, afectando os óxidos de silício das fibras [2.1, 2.7].

Segundo Benmokrane et al. [2.54], a exposição em ambientes alcalinos de perfis de GFRP

potencia a sua degradação em termos de resistência e rigidez. De facto, investigações anteriores

determinaram que esta exposição pode reduzir a resistência à tracção em 64% durante o período

de testes [2.55]. Esta problemática necessita assim de mais investigações de modo a aprofundar

a compreensão sobre o efeito dos ambientes alcalinos, onde se verifica a maioria das pesquisas

em GFRP com matriz de viniléster [2.8].

Vijay e GangaRao [2.55] observaram resistências superiores em ambientes alcalinos ao

utilizarem GFRP de vidro-E com matriz de poliuretano modificado e viniléster (UMVE). Os

seus resultados indicaram que os GFRP UMVE resistem mais em ambientes alcalinos que

apenas utilizando uma matriz de viniléster. Já Cho e Mounts [2.56] realizaram uma experiência

2. Estado da arte

44

comparativa entre GFRP com matriz de poliuretano e GFRP com matriz UMVE. Ambos os

tipos sofreram problemas de degradação em ambientes alcalinos. No entanto, as amostras de

poliuretano sofreram degradação mecânica (em tracção) mais severa sob carregamento, com

reduções na ordem dos 57,5% enquanto as de UMVE diminuíram 27,3%.

Nesse estudo, a redução de resistência à tracção em provetes analisados na ausência de

carregamento durante 6 meses apresentou valores entre 6-9%. Os coeficientes de difusão

registados (assumindo um comportamento Fickiano) revelaram-se maiores em ambos os casos

que em matrizes de viniléster na ordem dos 8-11 x 10-9

cm2/s. Salienta-se ainda que os valores

registados de absorção de solução alcalina foram maiores nos GFRP de poliuretano (0,52%), do

que nos de UMVE foram (0,11%). Este diferencial é apontado como a principal razão dos

efeitos distintos na degradação entre ambos os compósitos [2.56].

Registaram-se também microfissuras devido ao aumento da porosidade, contribuindo para a

plasticização da matriz e consequente deterioração da sua interface com as fibras. As reduções

verificadas neste ambiente são também consideravelmente maiores que a imersão em água,

devido à sua maior degradação superficial [2.56].

2.5.3 Efeitos térmicos

Os efeitos térmicos incluem mudanças do material em reposta a variações de temperatura, ciclos

térmicos, temperaturas acima da temperatura de cura do compósito e ciclos gelo-degelo. É

reconhecido que nem todas as exposições térmicas são nefastas, pois em vários casos fomentam

o já referido efeito de pós-cura. No entanto, a exposição a temperaturas acima da temperatura de

processamento podem resultar na degradação severa da estrutura da matriz polimérica e da

interface fibra-matriz [2.8].

Os polímeros e agentes aglomerantes amolecem a determinadas temperaturas, provocando um

aumento na resposta visco-elástica do material e consequente redução do desempenho

mecânico, verificando-se em alguns casos um aumento da susceptibilidade à absorção de

humidade [2.7].

Com o aumento do uso de compósitos FRP em aplicações de engenharia civil, a consideração

da exposição a baixas temperaturas e ciclos gelo-degelo revela-se igualmente importante. De

acordo com Bates e Bilello [2.57], a definição de „regiões frias‟ significa:

Temperatura do ar abaixo de 0 ºC e de -18 ºC com 50% de probabilidade anual.

Mantas de gelo em rios navegáveis.


45

Média anual de profundidade de neve elevada.

Isolinhas baseadas na permanência, profundidade e continuidade do solo gelado.

Desta definição, uma grande parte do continente Norte Americano, por exemplo, pode ser

considerada como uma „região fria‟, mostrando a relevância deste assunto [2.57].

Adicionalmente, é de notar que os materiais poliméricos absorvem humidade em quantidades

variáveis (secção 2.5.1), onde os efeitos de baixas temperaturas em material com água

incorporada são importantes.

Normalmente, os polímeros possuem coeficientes de expansão térmica semelhantes às fibras de

vidro. Uma redução de temperatura, que no caso de materiais isotrópicos causaria retracção do

material, resulta na formação de tensões residuais na interface fibra-matriz uma vez que a

contracção da estrutura polimérica é constrangida pelas fibras de vidro, que são mais rígidas. No

caso das fibras de carbono, este efeito é mais relevante, uma vez que a fibra é em si anisotrópica

apresentando diferentes coeficientes de expansão térmica consoante a direcção considerada

(Quadro 2.2), o que resulta no destacamento das fibras da zona matricial circundante. A

exposição a baixas temperaturas resulta também num aumento da fragilização do polímero,

causando um aumento da rigidez efectiva, mas também uma diminuição da tolerância ao

dano [2.58].

De acordo com Dutta [2.59], registam-se perdas de resistência unidireccional de tracção, após

exposição a baixas temperaturas na ordem de -10 ºC a -40 ºC. No entanto, a resistência fora do

plano aumenta em alguns casos devido ao endurecimento da matriz. O aumento dos ciclos a

baixa temperatura acentua também as tensões residuais.

A exposição a ciclos gelo-degelo, além do dano progressivo no material FRP devido à expansão

e contracção da água incorporada, pode também afectar severamente as ligações entre os

laminados. Salienta-se ainda que o efeito das baixas temperaturas e ciclos gelo-degelo é mais

severo em compósitos expostos directamente às condições ambientais do que quando

protegidos, como por exemplo barras de FRP para reforço de betão [2.60].

Geralmente, as temperaturas abaixo de zero podem resultar no endurecimento e microfissuração

da matriz, e na degradação das ligações na interface fibra-matriz. Os ciclos gelo-degelo podem

resultar na degradação acelerada de sistemas FRP devido às dilatações e à ocorrência de vazios,

devido à expansão (gelo) e secagem de água absorvida. Nota-se que a presença e expansão de

depósitos de sal nos vazios promovem ainda mais este efeito [2.8].

2. Estado da arte

46

2.5.4 Radiação ultravioleta

As aplicações de FRPs nos tempos actuais têm-se tornado cada vez mais importantes em

ambientes exteriores. A matriz polimérica de um compósito FRP, como de qualquer outro

sistema polimérico, encontra-se sujeita a degradação causada por radiação ultravioleta (UV)

solar. Esta radiação é considerada um dos elementos mais críticos de envelhecimento ambiental

pois inicia reacções fotoquímicas que levam à degradação de material de modo irreversível,

embora muitos dos seus efeitos em compósitos FRP não sejam totalmente conhecidos. Assim,

tendo em conta a função da matriz polimérica, os danos nesta componente crítica podem ter

efeitos nas propriedades mecânicas gerais do compósito e limitar a sua vida útil [2.7].

2.5.4.1 Efeitos de radiação ultravioleta em polímeros

Os polímeros comerciais estão sujeitos a foto-degradação iniciada pela componente UV da

radiação solar. A matriz polimérica de um compósito FRP está propensa aos mesmos danos

fotoquímicos que ocorrem em estruturas poliméricas não reforçadas e em camadas superficiais

poliméricas. Deste modo, para compreender os efeitos da radiação UV em materiais GFRP é

necessário um conhecimento geral do seu efeito em materiais poliméricos [2.7].

O alcance espectral de radiação solar que chega à Terra varia entre aproximadamente 295 nm

perto da região UV até mais de 2500 nm perto da região infra-vermelha. A radiação UV está

situada entre os 200 e 400 nm, sendo dividida em três grupos: UVC (200-280 nm), UVB (280-

315 nm) e UVA (315-400 nm) representados na Figura 2.28 [2.61].

Figura 2.28 - Espectro Ultravioleta, adaptado de [2.62].

Muitos materiais poliméricos possuem energia de dissociação de ligações correspondentes aos

comprimentos de onda entre 295-400 nm e são fortemente afectados por este espectro de

exposição solar. Quanto menor for o comprimento de onda da radiação incidente, maiores são as

energias de radiação dos fotões e maior será o potencial de degradação. No entanto, apenas as

radiações absorvidas pelo material lhe causam danos, independentemente da sua intensidade. A

radiação absorvida por um polímero depende das características do material, bem como das


47

propriedades da fonte emissora. Por exemplo, nas resinas de poliéster, constata-se que os

comprimentos de onda de 330 nm são os que produzem maiores efeitos degradantes [2.63].

Da radiação absorvida, apenas uma percentagem é efectiva na iniciação das reacções de

degradação. Quando a radiação UV é absorvida por uma material polimérico na presença de

oxigénio, é iniciada uma série de reacções fotoquímicas complexas, levando a mudanças

químicas no material. Os primeiros efeitos de um polímero sujeito a radiação UV encontram-se

ao nível molecular [2.63].

Segundo Chin et al. [2.64], a exposição acelerada a radiação UV durante 1200 horas em resinas

de viniléster e poliéster registou mudanças na topografia da superfície. Ambas as resinas

apresentaram um nível substancial de fissurações e algumas „crateras‟. No entanto, não foram

observadas quaisquer mudanças na temperatura de transição vítrea. Foi registado um aumento

da concentração de oxigénio na superfície da resina, o que é indicativo da formação de novos

grupos funcionais contendo oxigénio.

As mudanças químicas e morfológicas induzidas por uma exposição UV são precursoras de

mudanças nas propriedades físicas, mecânica e ópticas dos polímeros, variando desde o brilho e

a cor (mudanças estéticas), até à degradação mecânica. Os primeiros sinais de danos a um nível

macroscópico são usualmente a perda de cor e brilho, os riscos e o amarelecimento. Após

períodos mais prolongados de exposição, podem ocorrer danos mais severos sob a forma de

fissuração superficial [2.65].

Signor et al. [2.66] notaram um aumento da fragilação nas superfícies de exposição à radiação

UV em resinas de viniléster, o que diminuiu as suas resistências ao impacto e tracção a

capacidade de deformação.

2.5.4.2 Efeitos de radiação ultravioleta em polímeros reforçados com fibras

Como em qualquer sistema polimérico, a durabilidade, o desempenho e a degradação de

compósitos FRP são influenciados pelas condições ambientais e climáticas a que estão expostos.

A degradação ultravioleta induzida em compósitos FRP segue tipicamente a seguinte

sequência [2.7]:

Perda de brilho superficial;

Descoloração superficial;

Riscos;

Descamação da superfície de resina;

Formação de pequenas cavidades por oxidação (pitting);

Microfissuração;

2. Estado da arte

48

Formação de bolhas;

Perda severa de resina da superfície exterior

Fibras visíveis e desligadas da superfície;

Delaminação da superfície.

De acordo com Bogner e Borja [2.67], as propriedades físicas de perfis pultrudidos de viniléster

e poliéster após 10 000 horas de exposição UV acelerada em laboratório foram alteradas. A

resistência e rigidez de flexão sofreram diminuições entre 0 e 4% nas amostras de teste.

Correia [2.1], ao realizar ensaios sobre a durabilidade em perfis de GFRP, registou uma perda

de 5% na resistência à flexão após 7 meses de exposição à radiação UV. Constatou também que

a extensão na rotura apresentou variações pouco significativas.

As publicações sobre os efeitos da radiação UV nas propriedades mecânicas de compósitos FRP

reportam muitos resultados cruzados e contraditórios, além de conclusões diversificadas sobre o

efeito nestes materiais. Geralmente, observam-se diminuições de espessura de provetes e efeitos

maiores nas propriedades transversais (dominadas pela resina) do que nas axiais [2.8].

Em termos de mitigação destes efeitos em sistemas FRP, a inibição ou atraso da fotodegradação

polimérica pode ser alcançada com a introdução de estabilizadores na matriz e também com a

aplicação de revestimentos. Os estabilizadores podem controlar a quantidade de radiação

incidente ou inibir as reacções químicas iniciadas pela absorção de radiação. Os revestimentos

são normalmente poliméricos, podendo ser ou não da mesma resina do sistema (gel

coatings) [2.63].

2.5.5 Fogo e temperaturas elevadas

Uma importante consideração no uso de compósitos poliméricos é a ameaça de fogo, quer seja

fogo posto, ataques terroristas, acidentes ou eventos naturais. O fogo pode aquecer a superfície

de uma estrutura compósita até mais de 100 ºC em poucos segundos e até mais de 400 ºC em

alguns minutos. Nos compósitos expostos a altas temperaturas (tipicamente acima de 100 ºC) a

matriz polimérica amolece, podendo causar fenómenos de distorção, encurvadura ou rotura em

estruturas compósitas. Os FRP utilizados em engenharia civil apresentam perigos acrescidos a

este respeito, pois são altamente inflamáveis e libertam grandes quantidades de calor, gases e

fumos tóxicos quando ardem [2.5].

A combustão de compósitos pelo fogo é um processo complexo, controlado por muitos factores,

entre os quais se destacam como mais importantes a fonte de combustível, o teor em oxigénio, a

temperatura da chama e a composição química da matriz polimérica. Tipicamente, o tipo de


49

fogo mais comum nestes materiais é o chamado „fogo turbulento‟, que consiste em três zonas

conhecidas como a região sólida, a região intermitente e a pluma térmica. A região sólida é a

zona onde a maior parte das reacções de combustão que alimentam o incêndio ocorrem. Na

região intermitente, ocorre uma pequena percentagem de reacções de combustão, e a

temperatura diminui continuamente até à ponta da chama. Finalmente, a pluma térmica consiste

em gases de combustão, fuligem, fumos quentes e gases tóxicos [2.5].

Os eventos envolvidos na decomposição de um material compósito numa situação de incêndio

são complexos e sumarizados na Figura 2.29. Quando o material é exposto a um fluxo de calor

suficientemente grande, a matriz polimérica e as fibras orgânicas decompõem-se termicamente.

Os polímeros degradam-se através de uma série de reacções químicas donde resultam sólidos

carbonizados e gases voláteis, num ciclo de combustão. Este ciclo apenas acaba quando a fonte

de combustível termina, o que normalmente está associado à decomposição total da matriz ou à

redução do oxigénio circundante. Os mecanismos principais de decomposição geram grandes

quantidades de gases voláteis retendo apenas pequenas quantidades da massa do compósito

(cerca de 10-20%). Estas reacções de decomposição são exotérmicas, o que pode resultar num

aumento da temperatura da chama [2.5].

Figura 2.29 - Mecanismos envolvidos na decomposição térmica de compósitos poliméricos,

adaptado de [2.5].

A resistência à chama e o risco em relação ao fogo de materiais compósitos são determinados

pelas suas propriedades de reacção ao fogo. Estas propriedades de reacção incluem o tempo até

2. Estado da arte

50

à ignição, o índice de limitação de oxigénio e a taxa de libertação de calor [2.5]. O tempo até a

ignição consiste numa propriedade importante pois define a rapidez com que ocorre a

combustão em chama de um material, exposto a uma fonte de calor. As resinas orgânicas como

o poliéster e o viniléster podem sofrer ignição em pouco tempo [2.68]. O índice de limitação de

oxigénio é utilizado para quantificar a resistência à chama do material. É definido como a

percentagem mínima de oxigénio necessária para suster a chama em combustão [2.69]. A taxa

de libertação de calor é a propriedade de reacção ao fogo mais importante pois o calor libertado

pelo material após sofrer ignição pode contribuir mais ou menos para o desenvolvimento e

propagação do incêndio [2.70].

Outro dos problemas relacionados com o fogo em materiais FRP consiste na grande geração de

fumo, que pode ser extremamente denso e reduzir a visibilidade, causar desorientação e

dificultar o processo de combate às chamas. Além do mais, a produção de fumos tóxicos pode

causar vários problemas de saúde, desde irritações na pele e nos olhos ou até problemas

respiratórios graves [2.5].

As propriedades mecânicas de materiais compósitos podem ser fortemente afectadas quando

aquecidas a temperaturas moderadamente elevadas, inferiores à temperatura de pirólise da

matriz (usualmente entre os 80-120 ºC). A resistência e rigidez são severamente degradadas

quando aquecidas até perto da temperatura de transição vítrea. Esta temperatura depende da

composição química e grau de cura do compósito [2.5]. A Figura 2.32 representa a relação

típica entre uma propriedade mecânica de um laminado e a temperatura (considerada constante

no material). Nessa figura, Pu representa o valor da propriedade à temperatura ambiente, Pr o

valor da propriedade a temperatura elevada, Tcr representa a temperatura até à qual o material

retém a maioria das suas propriedades, Tg,mech indica uma redução de 50% na propriedade e Tg a

temperatura de transição vítrea [2.8].


51

Figura 2.30 - Variação típica de uma propriedade mecânica com a temperatura, adaptado de [2.9].

Os compósitos de espessura maior são capazes de suportar solicitações externas durante um

período de tempo considerável, antes da superfície aquecida iniciar a sua decomposição térmica

e queimar. Após a extinção do fogo num material compósito ser extinto e o arrefecimento à

temperatura ambiente, é possível que o material recupere alguma rigidez e resistência. Em

várias investigações notaram-se grandes perdas de resistência em vários tipos de compósitos,

sendo os de resina epoxídica os que apresentaram piores resultados e os de resina fenólica os

melhores [2.5].

De modo a melhorar o desempenho ao fogo de materiais FRP, podem ser tomadas várias

medidas cuja classificação corrente as divide em dois tipos: medidas passivas de protecção ao

fogo e medidas activas de protecção ao fogo. As medidas passivas não requerem intervenção

humana ou resposta automática e são focadas na prevenção da ignição do fogo, na limitação do

seu crescimento e na minimização do impacto de materiais expostos ao fogo, reduzindo a

libertação de calor, gases emitidos ou fumos tóxicos. Tipicamente, estas medidas são alcançadas

através do isolamento de elementos estruturais ou da criação de compartimentos anti-fogo. Estes

tipos de medidas incluem retardadores de chama, protecções superficiais específicas e camadas

espessas de material protector. As medidas activas requerem resposta humana ou automática

que reagem às condições causadas pelo fogo e são focadas na sua extinção, dissipando o calor e

fumo existentes. Os exemplos mais comuns destas medidas incluem os sistemas internos de

arrefecimento com água e os sistemas de sprinklers [2.9].

2. Estado da arte

52

2.5.6 Fadiga

A fadiga é geralmente definida como o fenómeno físico que causa danos ou a rotura de um

material ou componente estrutural após a aplicação de solicitações cíclicas, mesmo que o nível

da solicitação não seja suficientemente elevado para produzir efeitos no primeiro ciclo [2.7].

A solicitação de fadiga pode ser mecânica, térmica ou química. Para solicitações mecânicas, a

rotura por fadiga ocorre tipicamente em nós com ligações ou descontinuidades geométricas,

iniciando-se por microfendilhação da matriz e degradação das ligações na interface fibra-

matriz [2.1].

Será necessário um esforço de investigação futuro significativo de modo a aprofundar a

compreensão dos fenómenos e mecanismos associados à rotura por fadiga [2.8].

2.5.6.1 Efeitos nas fibras

O desempenho à fadiga de um material FRP é bastante afectado pelo tipo de fibras e pela sua

arquitectura (orientação e disposição). As propriedades mecânicas das fibras desempenham,

entre os restantes constituintes do compósito, o papel mais importante em relação à degradação

por fadiga. Em geral, fibras com módulo de elasticidade mais elevado possuem maior

resistência à fadiga [2.71].

As fibras de vidro-E sofrem uma redução dos níveis de resistência e rigidez de um modo

gradual, na ordem de 8-12% por década de vida, embora mais recentemente Keller et al. [2.72]

tenham registado valores na gama 3-5%.

A maior parte dos dados publicados indicam que o mecanismo de degradação por fadiga em

materiais compósitos é dominado pelas fibras, para o que factores como a orientação das fibras

parecem afectar desempenho. Varias investigações apontam para a importância das fibras

unidireccionais quer em solicitações com de poucos ciclos (< 10 000 ciclos) a tensões elevadas

(> 50% da tensão última) quer a solicitações com mais ciclos (entre 10 000 e 1 000 000 ciclos) a

tensões inferiores (30-50% da tensão última) [2.71].

O esquema direccional de fibras no compósito também pode influenciar a resistência à fadiga.

Um laminado contendo camadas alternadas de fibras, variando a sua orientação entre ± 5º

possui maior resistência à fadiga que um laminado unidireccional [2.73].


53

2.5.6.2 Efeitos na resina

A matriz polimérica não afecta apenas as propriedades transversais e de corte de um compósito,

mas também as suas propriedades axiais. Para compósitos FRP unidireccionais o efeito da

matriz faz-se sentir no modo de rotura. Se a matriz for mais dúctil do que a fibra, as fibras

fracturam múltiplas vezes ao longo do seu comprimento, resultando numa transmissão de carga

por corte, entre as fibras fracturadas e a matriz. No entanto, se a matriz for menos dúctil do que

a fibra, a matriz fendilha, levando eventualmente à fractura de fibras ou delaminação da

interface entre a fibra-matriz [2.71].

De acordo com Demers [2.74], uma avaliação do efeito das resinas no desempenho à fadiga de

compósitos reforçados com fibras de vidro-E não revelou diferenças significativas entre

compósitos com resinas de vinilésteres, de poliéster e epoxídicas. A investigação sugere

também que a modificação das resinas com a incorporação de aditivos específicos também não

afecta de um modo concreto o seu desempenho nestas condições.

2.5.6.3 Efeitos na interface fibra-matriz

O desempenho da interface fibra-matriz é geralmente quantificada pela adesão entre a fibra e a

matriz. Uma má adesão desta interface provoca frequentemente roturas por desligamento entre

as fibras e a matriz resultando em reduções significativas das propriedades mecânicas dos

compósitos [2.71].

Para compósitos com uma forte adesão entre as fibras e a matriz, a degradação por fenómenos

de fadiga está associada à fissuração na matriz ou à fractura das fibras. Estas fissurações

matriciais ao se acoplarem, levam à perda de adesão da interface, resultando na separação entre

os dois componentes e na delaminação da interface [2.71].

A interface fibra-matriz possui um efeito profundo na variação das quantidades de absorção de

humidade e resistência em compósitos. De acordo com Liao et al. [2.49] o envelhecimento de

perfis pultrudidos de GFRP com matriz de viniléster em água ou soluções salinas a 20 ºC até

6570 horas, não resultam em perdas significativas de rigidez de flexão, situando-se as perdas

entre 5 e 13%. Ao invés, na exposição a 75 ºC notaram-se alterações desta resistência em 40%,

diminuindo a vida de fadiga. Estes ensaios foram realizados em vários ciclos cuja solicitação se

situava em 45% da força última de rotura. Registaram-se ainda que os efeitos dos danos na

interface fibra-matriz no desempenho à fadiga são evidentes e muito condicionantes.

2. Estado da arte

54

2.5.7 Fluência

A resposta no tempo de componentes estruturais está frequentemente associada aos fenómenos

de fluência. A fluência é a resposta no tempo ao aumento de deformação sob tensão constante.

A fluência é normalmente um fenómeno indesejado pois é muitas vezes o factor que limita a

vida útil do material. A relaxação é o inverso da fluência onde o material é sujeito a deformação

constante e verificam-se reduções de tensão ao longo do tempo [2.76].

O comportamento em fluência de compósitos FRP depende da orientação das fibras, da taxa de

fibras no compósito e da própria estrutura do material. No entanto, a fluência destes materiais é

dominada predominantemente pela fluência da matriz polimérica [2.76]. A ocorrência de

fluência em compósitos pode ser atribuída à combinação da deformação da estrutura do material

com o início da ocorrência de microfissuração da matriz e também do destacamento ao nível da

interface fibra-matriz, sendo ambos os mecanismos dependentes da natureza viscoelástica da

matriz polimérica. As microfissurações em materiais compósitos podem resultar de um variado

número de factores incluindo a fadiga ou as condições ambientais, susceptíveis de alterar o

comportamento dos deslocamentos de fluência, diminuindo a vida útil do componente.

Salienta-se deste modo a necessidade de compreensão dos efeitos sinergéticos na investigação

da resposta no tempo destes materiais [2.77].

Ao contrário dos materiais tradicionais, como o aço ou o betão, os compósitos FRP são mais

susceptíveis a fenómenos de fluência devido à natureza viscoelástica das resinas e aditivos

utilizados durante a sua produção [2.76].

As fibras de vidro são susceptíveis à rotura por fluência para níveis de tensão relativamente

reduzidos. De acordo com Morgan et al. [2.78], existe uma probabilidade de rotura das fibras de

10%, após 75 anos de exposição às condições ambientais, para um nível de tensão de cerca de

5% da tensão última do material.

A durabilidade de um compósito FRP corresponde às condições de carregamento na

componente de aplicação estrutural. Não existe nenhuma solução universal para os problemas

de durabilidade. De acordo com Shao [2.79], em perfis pultrudidos de FRP sujeitos a fenómenos

de fluência por um período de um ano, registaram-se deformações entre 13-19% da deformação

estática inicial. Por outro lado, as previsões de deformação por fluência excederam 70% da

deformação inicial para um período de 30 anos, sugerindo a importância deste factor e a

necessidade de estabelecer um critério de limitação da deformação.

À luz dos factores ambientais ou fenómenos de fadiga em estruturas, a resposta no tempo de

materiais compósitos terá um impacto crítico na vida útil. No entanto, a interacção sinergética


55

não é normalmente levada em conta nas previsões de fluência. É necessário deste modo um

aumento da compreensão da interacção entre os vários factores que possam permitir aperfeiçoar

os modos de previsão analítica [2.80].

2. Estado da arte

56


[2.1] J.R. Correia, “Perfis pultrudidos de fibra de vidro (GFRP). Aplicação de vigas mistas

GFRP-Betão na construção”, Dissertação para obtenção de grau de mestre em Construção,

Instituto Superior Técnico, Universidade Técnica de Lisboa, Lisboa, Março 2004, 242p.

[2.2] S. Cabral-Fonseca, “Materiais Compósitos de Matriz Polimérica Reforçada com Fibras

Usados na Engenharia Civil – Características e aplicações” Laboratório Nacional de

Engenharia Civil, ICTM 35, Lisboa, 2005.

[2.3] L. Evangelista, “Betão reforçado com fibras de aço - aplicação em pavimentos

industriais”, Construlink Press, Nº11, Janeiro 2003, 32p.

[2.4] American Colony (Jerusalem), Photo Dept, “G. Eric and Edith Matson Photograph

Collection”, Library of Congress Prints and Photographs Division Washington, September

1932.

[2.5] A.P. Mouritz, A.G. Gibson, “Fire Properties of Polymer Composite Materials”, Springer

Publisher, Dordrecht, 2006.

[2.6] J. Ridgeway “Minnesota’s Composites Cluster”, Minnesota economic TRENDS,

December 2009

[2.7] V.M. Karbhari, “Durability of composites for civil structural applications”, Woodhead

publishing, July 2007.

[2.8] V.M. Karbhari, J.W. Chin, D. Hunston, B. Benmokrane, T. Juska, R. Morgan, J.J. Lesko,

U. Sorathia and Reynaud, “Durability Gap Analysis for Fiber-Reinforced Polymer Composites

in Civil Infraestructure”, ASCE Journal of Composites in Construction, 7, 2003, 238-247.

[2.9] J.R. Correia, “GFRP Pultruded Profiles in Civil Engineering: hybrid solutions, bonded

connections and fire behaviour”, Dissertação para obtenção de grau de Doutor em Engenharia

Civil, Instituto Superior Técnico, Universidade Técnica de Lisboa, Lisboa, 2008, 420p.

[2.10] J.P. Busel, J.D. Lockwood, “Product Select Guide: FRP Composite Products For Bridge

Application”, The market development alliance of the FRP composites industry, Harrison, NY,

2000.

[2.11] Fiberline Composites. Fiberline desing manual, 2003.

[2.12] T. Keller, “Use of Fibre Reinforced Polymers in Bridge Construction”, In Structural

Engineering Documents, Volume 7, IABSE, Zurich, 2003.


57

[2.13] A. Gerritse, H.J. Schuhoff, “Prestressing with Aramid Tendons”, 10th FIP Congress,

New Delhi, 1986, 1-6.

[2.14] V.M. Karbhari, D.J. Wilkins, “The Use of Decision Support for the Efficient Selection

and Design of Composites and Their Products”, International Journal of Materials and Product

Technology, 7, 1992, 125-149.

[2.15] D.J. Wilkins, V. M. Karbhari, “Concurrent Engineering for Composites”, International

Journal of Materials and Product Technology, 6, 1991, 257-268.

[2.16] S.M. Krolewski, “Study of the Application of Automation to Composites Manufacture”,

MTL-TR-89-47, US Army Materials Technology Laboratory, Watertown, MA, 1989.

[2.17] D.A. Steenkamer, D.J. Wilkins, V.M. Karbhari, “Resin Transfer Molding: Part I –

Materials and Preforming”, Processing of Advanced Materials, 3, 1992, 89-105.

[2.18] Página da internet sobre o processo de pultrusão: www.pultrusions.org, visitado a

8/11/2010.

[2.19] J.R. Correia, “Características gerais dos perfis pultrudidos de fibra de vidro (GFRP)”,

Texto de Apoio à cadeira de Novos Materiais, Faculdade de Engenharia da Universidade do

Porto, Dezembro 2004.

[2.20] M.H. Geier, “Quality Handbook for Composites Materials”, Kluwer Academic

Publishers, Dordrecht, 1994.

[2.21] CEN. EN 13706 “Reinforced Plastics Composites - Specifications for Pultruded Profiles.

Part 1: Designations; Part 2: Methods of test and general requirements; Part 3: Specific

requirements”, European Committee for Standardisation, Brussels, 2002.

[2.22] Strongwell Composites. Strongwell desing manual, 2011.

[2.23] Creative Pultrusions, “The New and Improved Pultex Pultrusion Design Manual of

Standard and Custom Fiber Reinforce polymer Structural Profiles” Imperial Version, Volume 4

– Revision 6, 2004.



Técnico, Universidade Técnica de Lisboa, Lisboa, Novembro 2009, 108p.

[2.25] Página da internet da empresa Strongwell: www.strongwell.com, visitado a 25/02/2011.

2. Estado da arte

58

[2.26] Página da internet da empresa Creative Pultrusions: www.creativepultrusions.com,

visitado a 3/03/2011.

[2.27] Página da internet da empresa Fiberline: www.fiberline.com, visitado a 4/03/2011.

[2.28] G. Pritchard, “Reinforced plastic durability”, Woodhead publishing, Kingston University,

Surrey, November 1998.

[2.29] M.K. Antoon, J.L. Koening, “The structural and moisture stability of the matrix phase in

glass-reinforced epoxy composites”, Journal of Macro-molecular Science, pp 135-140, 1980.

[2.30] A. Apicella, C. Migliaresi, L. Nicolais, L. Iaccarino, S. Roccotelli “The water ageing of

unsaturated polyester-based composites: influence of resin chemical structure”, Composites 14,

1983, 387-392.

[2.31] J.W. Chin, K. Aouadi, M.R. Haight, W.L. Hughes, T. Nguyen, “Effects of water, salt,

solution and simulated concrete pore solution on the properties of composite matrix resins used

in civil engineering applications”, Polymer Composites, 22, 2001, 282-297.

[2.32] I. Ghorbel, D. Valentin, “Hydrothermal effects on the physic-chemical properties of pure

and glass fiber reinforced polyester and vinylester resins”, Polymer Composites, 14, 1993, 324-

334.

[2.33] G. Magnus, R.A. Dunleavy, F.E. Critchfield, “Stability of urethane eslastomers in water,

dry air and moist air environments”, Rubber Chemistry and Technology, 39, 1966, 1328-1337.

[2.34] V. Liétard, P. Krawczak, J. Pabiot, “Influence de la post-cuisson sur le comportement à

long terme en fissuration sous tension dans l’eau de composites verre/vinylester”, European

Polymer Journal, 36, 2000, 555-570.

[2.35] A.G. Metcalfe, G.K. Schmitz, “Mechanism of stress corrosion in E glass filaments”,

Glass Technology, 13, 1972, 5-16.

[2.36] E. Vauthier, A Chateauminois, T. Bailliez, “Hygrothermal aging and durability of

unidirectional glass-epoxy composites” 10th International Conference of Composite Materials,

6, 1995, 185-192.

[2.37] W.D. Bascom, “The surface chemistry of moisture-induced composite failure” Interfaces

in Polymer Matrix Composites, E.P. Plueddemann Ed, Academic Press, New York, 1974.

[2.38] W. Chu, L. Wu, V.M. Karbhari, “Durability evaluation of moderate temperatures cured

E-glass/vinylester systems”, Composite Structures, 66, 2004, 367-376.


59

[2.39] W.L. Bradley, T.S. Grant, “The effect of moisture absorption on the interfacial strength

of polymeric matrix composites”, Journal of Materials Science, 30, 1995, 5537-5542.

[2.40] S.P. Phifer, K.N.E. Verghese, J.J. Lesko, “Remaining strength of hygrothermally aged

pultruded vinyl ester E-glass laminates”, 3rd International Conference on the Advanced

Composite Materials in Bridges and Structures (ACMBS MCAPC), 2000.

[2.41] O. Ishai “Environmental effects on deformation, strength, and degradation of

unidirectional glass-fiber reinforced plastics, I. Survey”, Polymer Engineering and Science,

1975, pp-491-499.

[2.42] O. Ishai “Environmental effects on deformation, strength, and degradation of

unidirectional glass-fiber reinforced plastics, II. Experimental study”, Polymer Engineering and

Science, 1975, pp 486-490.

[2.43] B. Dewimille, A.R. Bunsell “Accelerated ageing of a glass fibre-reinforced epoxy resin

in water” Composites, pp 35-40, 1983.

[2.44] G. Mensitieri, M.A. Del Nobile, A. Apicella, L. Nicolais, “Moisture-matrix interactions

in polymer based composite materials”, Revue de l‟Institut Français du Pétrole, 50, 1995, 551-

571.

[2.45] J.W. Chin, T. Nguyen, K. Aouadi, “Sorption and diffusion of water, salt water and

concrete pore solution in composite matrices”, Journal of Applied Polymer Science, 71, 1999,

483-492.

[2.46] J. Crank, “The Mathematics of Diffusion”, 2nd edition, Claredon Press, 1986, Oxford,

UK.

[2.47] C.H. Shen, G.S. Springer, “Moisture Absroption and Desorption of Composite

Materials” em “Environmental Effects on Composite Materials”, Technomic Publishing

Company, 1981, Westport, CT.

[2.48] S.P. Sonawala, R.J. Spontak, “Degradation kinetics of glass-fiber reinforced polyesters

in chemical environments”, Journal of Materials Science, 31, 1996, 4757-4765.

[2.49] K. Liao, C.R. Schultheisz, D.L. Hunston “Effects of environmental aging on the

properties of pultruded GFRP”, Composites Part A, 1999, 485-493.

[2.50] A.M Visco, N. Campo, P Cianciafara “Comparison of seawater absorption properties of

thermoset resins based composites” Composites Part A, Elsevier, 42, 2011, 123-130.

2. Estado da arte

60

[2.51] L.E. Nielsen, P.E. Chen, “Young’s Modulus of Composites Filled with Randomly

Oriented Fibres”, Journal of Materials Science, 64, 1968, 55-67.

[2.52] V.M. Karbhari, “E-Glass/Vinylester Composites in Aqueous Environments: Effects on

Short-Beam Shear Strength” Journal of Composites for Construction, 8, 2004, 148-156.

[2.53] B. Matos, “Vigas em Betão Armado com varões GFRP – Avaliação do Comportamento

em Serviço e na Rotura de Vigas Hiperestáticas”, Dissertação para obtenção de grau de mestre

em Engenharia Civil, Instituto Superior Técnico, Universidade Técnica de Lisboa, Lisboa,

Setembro 2010, 135p.

[2.54] B. Benmokrane, S. Faza, H.V.S. GangaRao, V.M. Karbhari, M, Porter, “Effects of

Alkaline Environment” em “Gap Analysis for Durability of Fiber Reinforced Polymer

Composites in Civil Infrastructure”, The Civil Engineering Research Foundation, American

Society of Civil Engineers,2001, USA, 60-79.

[2.55] P.V. Vijay, H. GangaRao, “Final report: Development of Fiber Reinforced Plastics for

Highway Applications”, Task A2, 2005.

[2.56] E. Ha Cho, J.L. Mounts, “Durability of Glass-Fiber-Reinforced Polymer Composites in

an Alkaline Environment”, Journal of Vinyl & Additive Technology, 13, 2007, 221-228.

[2.57] R.E. Bates, M.A. Bilello, “Defining the cold regions of the northern hemisphere”, US

CRREL Report TR178, 1966.

[2.58] J. Rivera, V.M. Karbhari, “Cold temperatures and simultaneous aqueous environments

related degradation of carbon/vinylestes composites”, Composites Part B, 33, 2002, 17-24.

[2.59] P.K. Dutta, “Tensile strength of unidirectional fiber composites at low temperature” 6th

US-Japan Conference on Composite Materials, Orlando, FL, 1992, 647-662.

[2.60] V.M. Karbhari, J. Rivera, P.K. Dutta, “Effect of short-term freeze-thaw cycling on

composite confined concrete”, ASCE Journal of Composites for Construction, 4, 2000, 191-

197.

[2.61] A. Davis, D. Sims, “Weathering of polymers”, Applied Science Publishers, London,

1983.

[2.62] Página da internet da empresa JnJ: www.jnjvisioncare.com, visitado a 2/04/2011.

[2.63] N.D. Searle, “Environmental Effects on Polymeric Materials” Plastics and the

Environment, A.L. Andrady, John Wiley and Sons, New York, 2003.


61

[2.64] J.W. Chin, T. Nguyen, K. Aouadi, “Effects of environmental exposure on fiber-

reinforced plastics (FRP) materials used in construction”, Journal of Composites, Technology

and Research, 19, 1997, 205.

[2.65] H. Kaczmarek, “Changes in polymer morphology caused by U.V. irradiation, 1.Surface”,

Organic Coatings, 23, 1993, 49.

[2.66] A.W. Signor, M.R. VanLandingham, J.W. Chin, “Effects of ultraviolet radiation

exposure on vynil ester resins: characterization of chemical, physical and mechanical damage”,

Polymer Degradation and Stability, 79, 2003, 359.

[2.67] B.R. Bogner, P.P. Borja, “Ultraviolet light resistance of pultruded composites”,

Proceedings of the European Pultrusion Technology Association Conference, Junho 1994.

[2.68] V. Babrauskas, “Ignition Handbook”, Fire Science Publishers, Issaquah, WA, 2004.

[2.69] E.D. Weil, M.M. Hirschler, N.G. Patel, M.N. Said, S. Shakir, “Oxygen index:

correlations to other fire tests”, Fire and Materials, 16, 1992, 159-167.

[2.70] V. Babrauskas, R.D. Peacock, “Heat release rate: the single most important variable in

fire hazard” Fire Safety Journal, 18, 1999, 255-272.

[2.71] A.Zhou, N. Post, R. Pingry, J. Cain, J.J. Lesko, S.W. Case “ Durability of composites

under fatigue loads” em “Durability of composites for civil structural applications”, Woodhead

publishing, Huntsville, July 2007.

[2.72] T. Keller, T. Tirelli, A. Zhou, “Tensile fatigue performance of pultruded glass fiber

reinforced polymer profiles”, Composite Structures, 68, 2005, 235-245.

[2.73] Z. Hashin, A. Rotem, “A fatigue failure criterion for fiber reinforced materials”, Journal

of Composite Materials, 7, 1973, 448-464.

[2.74] C.E. Demers, “Tension-tension axial fatigue of E-glass fiber-reinforced polymeric

composites: fatigue life diagram”, Construction and Building Materials, 12, 1998, 303-310.

[2.75] W.D. Callister “Materials Science and Engineering: An Introduction”, Hoboken, John

Wiley and Sons, 7th edition, University of Utah, March, 2006.

[2.76] K. Liao, C.R. Schultheisz, D.L. Hunston, L.C. Brinson, “Long-term Durability of Fiber-

Reinforced Polymer-Matrix Composite Materials for Infrastructure Applications: A Review”,

Journal of advanced materials, 30, 1998, 3-40.

2. Estado da arte

62

[2.77] R. Barnes, H.N. Garden, “Time-Dependent Behaviour and Fatigue”, em “Strengthening

of Reinforced Concrete Structures – Using Externally-Bonded FRP Composites in Structural

and Civil Engineering”, Woodhead, Cambridge, 1995, 183-221.

[2.78] R. Morgan, C. Dunn, C. Edwards, “Effects of Creep and Relaxation”, em “Gap Analysis

for Durability of Fiber Reinforced Polymer Composites in Civil Infrastructure”, The Civil

Engineering Research Foundation, American Society of Civil Engineers, USA, 52-59.

[2.79] Y. Shao, “Characterization of a Pultruded FRP sheet pile for Waterfront Retaining

Structures”, Journal of Materials in Civil Engineering, 18, 2006, 626-633.

[2.80] L.S. Lee, “Creep and time-dependant response of composites” em “Durability of

composites for civil structural applications”, Woodhead publishing, July 2007.


63

3 Campanha experimental

3.1 Introdução

O propósito desta campanha experimental é a avaliação da durabilidade de perfis pultrudidos de

GFRP com matriz de viniléster, investigando diversas propriedades físicas, químicas e

mecânicas deste material. O material utilizado para a realização do estudo foi disponibilizado

pela empresa ALTO Perfis Pultrudidos, Lda. e consiste em vários perfis de formato tubular

quadrado do tipo Rectangular Hollow Section (RHS). Estes perfis foram produzidos através do

processo de pultrusão, sendo constituídos por uma matriz de resina de viniléster reforçada com

fibras de vidro. Estes perfis apresentam uma tonalidade cinzenta, como se pode verificar pela

Figura 3.1.

Figura 3.1- Aspecto dos perfis de viniléster produzidos pela empresa ALTO.

3

3. Campanha experimental

64

Em termos dimensionais, os perfis foram fornecidos em comprimentos de aproximadamente 2

metros, sendo a sua secção transversal caracterizada por 50 mm de largura e 5 mm de espessura.

Os perfis GFRP produzidos nesta empresa encontram várias aplicações típicas deste material

como escadas verticais, guardas de segurança ou grelhas. Na Figura 3.2, está representado um

exemplo de aplicação deste material.

Figura 3.2 - Guarda corpos tipo da empresa ALTO [3.1].

De modo a permitir a quantificação da degradação do material, foram preparados vários

conjuntos de provetes tipo, para sujeitar a um leque variado de condições de exposição. O

formato e número dos provetes preparados tiveram em consideração os diferentes tipos de

ensaios de caracterização para cada ambiente tipo bem como a análise de vários períodos de

exposição ao longo do tempo. A diversidade de condições de exposição pretendeu fazer reflectir

no material a influência da agressividade de meios tipicamente associados a aplicações correntes

de engenharia civil.

A presente campanha, desenvolvida na sequência do trabalho anteriormente realizado [3.2-3.4],

organiza-se em dois tópicos de investigação (Figura 3.3). O primeiro (Tópico I) compreende a

continuação da investigação previamente iniciada pela secção de Construção do Instituto

Superior Técnico em parceria com o Laboratório Nacional de Engenharia Civil (LNEC)

[3.2,3.3]. Neste tópico, consideram-se vários conjuntos de provetes já expostos em diferentes

ambientes de exposição, encontrando-se em estado já envelhecido aquando do início da presente

dissertação. No Quadro 3.1, explicitam-se os ambientes e condições previamente estudadas em

por Carreiro [3.3]


65

Quadro 3.1 - Ambientes de exposição propostos no trabalho realizado anteriormente [3.3]

Ambiente de exposição Colheita Propriedades

Imersão em água

desmineralizada

3, 6, 9 meses

Temperaturas: 20 (±2) ºC,

40 (±1) ºC e 60 (±1) ºC

Imersão em água

salgada

Composição: 35g/l NaCl


40 (±1) ºC e 60 (±1) ºC

Condensação em

contínuo 3, 6, 9 meses

Temperatura: 40 (±2) ºC

Humidade relativa: 100%

Ciclos Térmicos 70, 120 e 190 6 horas a -5 ºC intercalado

com 6 horas a +40 ºC

Nevoeiro salino

1000,2000 e 3000

horas

pH: 6,9

Salinidade: 52

Temperatura: 35 ºC

Câmara QUV

1000,2000 e 3000

horas

Temperatura:

ciclos secos a 60 (±3) ºC e

ciclos de condensação a

50 (±3) ºC

O segundo (Tópico II) incide sobre as novas variantes de investigação onde são inseridos novos

provetes teste, divididos por sua vez em dois subgrupos, em que se pretendem analisar o efeito

do isolamento das faces laterais dos provetes e a análise da reversibilidade da degradação.

No primeiro grupo, os provetes têm superfícies laterias de corte revestidas com uma resina

epoxídica. Pretende-se que esta protecção lateral permita averiguar a influência das superfícies

não protegidas, formadas durante o corte e preparação dos provetes teste, na degradação e

decaimento das propriedades em estudo. Por outro lado, todas as análises efectuadas consideram

a saturação permanente do material. No entanto, tal nem sempre se verifica na aplicação do

material em casos práticos de construção. A excepção são as obras marítimas ou costeiras, onde

a presença de água é praticamente permanente. Neste sentido, pretende-se estudar propriedades

do material tendo em conta a influência do estado de saturação e, deste modo, o efeito da

reversibilidade da degradação.

A análise no estado seco compreende assim o estudo da reversibilidade da degradação, sendo

que os provetes teste passam por um processo de secagem antes de se realizarem os ensaios para


66

determinação das suas propriedades. Estes são definidos com diferentes geometrias, consoante o

tipo de ensaio a que se destinam, com base em especificações normativas (Quadro 3.1). Os

provetes são agrupados em conjuntos de cinco amostras para cada ambiente de exposição e cada

tipo de ensaio a efectuar, exceptuando o ensaio de análise mecânico-dinâmica (DMA), onde são

utilizados apenas três, o que requer um extenso número de provetes. A campanha encontra-se

organizada em várias colheitas de material envelhecido, sendo cada uma definida como o

levantamento de material em estudo em número adequado para satisfazer as condições de

ensaio, a uma dada duração de envelhecimento.

Figura 3.3 - Campanha experimental.

Este capítulo pretende expor a organização da campanha experimental, incluindo a descrição

pormenorizada dos métodos de preparação de ensaio, suportados pelas respectivas normas.


67

3.2 Considerações iniciais sobre a campanha experimental

A fase inicial consistiu em quantificar o material disponível para análise. Aqui, foi definido todo

o âmbito inovador do estudo, ou seja, as novas variantes de investigação, considerando

diferentes possibilidades de análise do material.

Nesta fase, foi necessária a elaboração de um estudo através do qual se definiram as quantidades

de provetes teste que se conseguiram elaborar, os agentes de degradação a considerar e o

número de colheitas passíveis de realizar em função do material disponível. Este estudo

considera os resultados obtidos em trabalhos prévios [3.4].

Toda a campanha experimental baseou-se na quantidade e variedade de objectos passíveis de

realizar e testar. Esta análise teve como premissa o facto de o material disponível não ser

ilimitado. Assim sendo, foi necessária a definição do número máximo de provetes que se

conseguiram realizar, permitindo a identificação dos ambientes de degradação a considerar na

campanha experimental.

Considera-se um provete como o representado na Figura 3.4, tendo comprimento l, largura b e

espessura h.

Figura 3.4 - Dimensões de um provete.

Para o corte de provetes teste teve-se em consideração as dimensões necessárias para a

elaboração de ensaios mecânicos de tracção, corte interlaminar e flexão simples, bem como para

a análise DMA. Não se levou em linha de conta a caracterização das propriedades mecânicas em

compressão deste material devido à elevada dispersão de resultados obtidos em investigações

anteriores [3.3,3.4]

No Quadro 3.2, encontram-se as dimensões dos provetes teste preparados com base nas normas

dos respectivos ensaios.


68

Quadro 3.2 - Norma de ensaio e dimensões dos provetes utilizados nos ensaios de caracterização do

material envelhecido.

Ensaio Norma l (mm) b (mm) h (mm)

Tracção ISO 527 300 25 5

Flexão ISO 14125 150 15 5

Corte interlaminar ASTM D 2344 30 10 5

DMA ISO 6721 60 15 5

Tendo presente o objectivo a atingir, tornou-se necessário um estudo sobre a quantidade de

material disponível, bem como a quantidade de provetes teste possíveis de retirar de cada secção

RHS, considerando efeitos de processamento como a não perpendicularidade dos cantos ou a

espessura das serras, de modo a optimizar o uso do material. Salienta-se ainda a necessidade de

considerar uma margem de erro que preveja a existência de eventuais imprecisões de corte.

Em função do material disponível, seleccionaram-se três tipos de ambientes de exposição. Para

cada ambiente de exposição, foi possível preparar provetes que permitissem, para os novos

objectos de estudo, a realização de três colheitas. Verificou-se a necessidade de dezoito provetes

por colheita, em conjunto com nove provetes viajantes adicionais, cuja função reside no

controlo da variação de massa e absorção de água ao longo do tempo. No Quadro 3.3

apresenta-se um esquema da quantidade de provetes necessários em função das novas variantes

do trabalho.

Quadro 3.3 - Quantidades de provetes por nova variante de investigação

Tipo de exposição Número de

colheitas

Número de provetes

por colheita

Número de

provetes viajantes Totais

a 3 18 3(a) 57

b 3 18 3(a) 39

c1 2 18 3(a) 57

153

(a) O número de provetes viajantes refere as duas variantes de investigação.

A consideração destas duas variantes de estudo permitiu a preparação de um total de 297

provetes, para três tipos de exposição distintos.

1 As letras a, b e c referem-se a imersões em água desmineralizada a 20 ºC, 40 ºC e condensação em

contínuo a 40 ºC, respectivamente.


69

3.3 Programa experimental

Após a análise prévia, foi possível definir um programa para a campanha experimental. Nesta

secção serão descritos os vários tipos de exposição considerados em toda a campanha bem como

o número de colheitas de material proposto para este estudo.

3.3.1 Organização das colheitas

Os provetes previamente em exposição já se encontravam organizados nos laboratórios do

Núcleo de Materiais Orgânicos do LNEC (LNEC/NMO), aquando do início desta investigação.

Deste modo, foi necessária a avaliação da quantidade de material a caracterizar, bem como a sua

distribuição ao longo do tempo nas respectivas colheitas. Esta avaliação permitiu definir três

ambientes de envelhecimento, designadamente por imersão em água desmineralizada, em água

salgada, e a exposição a envelhecimento natural. Ambos os envelhecimentos por imersão foram

efectuados a três temperaturas distintas (20 ºC, 40 ºC e 60 ºC).

A análise apresentada no subcapítulo 3.2 permitiu concluir que se dispunha de material

suficiente para oito colheitas de três tipos de ambientes de exposição. A partir de estudos

previamente realizados, definiram-se os três ambientes passíveis de considerar para cada uma

das novas variantes em estudo[3.2-3.4].

Não se tendo verificado grande disparidade entre os resultados obtidos com água

desmineralizada e salgada [3.3], apenas o primeiro caso é considerado para estudo. Para a água

desmineralizada, a resina de protecção aplicada apresentou-se incompatível com temperaturas

superiores a 50 ºC, pelo que a temperatura de 60 ºC não foi considerada. A condensação em

contínuo consistiu também um factor essencial, que permitiu aprofundar a pesquisa no âmbito

da reversibilidade através da secagem, pelo que foi também considerado. Assim,

consideraram-se os estados I (Isolated) e D (Dried) como dois novos casos de estudo. O Quadro

3.4 resume as colheitas e ambientes de exposição da campanha experimental realizada.


70

Quadro 3.4 - Organização da campanha experimental1.

Ambiente de exposição Colheita Propriedades

Grupo I

Imersão em água

desmineralizada

W-20

12, 18, 24 meses


40 (±1) ºC e 60 (±1) ºC W-40

W-60

Imersão em água

salgada

S-20 Composição: 35g/l NaCl


40 (±1) ºC e 60 (±1) ºC

S-40

S-60

Envelhecimento

natural NE 1, 2, 5, 10 anos (a)

Situado no terraço das

instalações do LNEC onde a

temperatura, humidade

relativa e radiação UV são

monitorizadas

Grupo II

Imersão em água

desmineralizada

WI-20

6, 12, 18 meses (a) Temperaturas: 20 (±2) ºC,

40 (±1) ºC

WI-40

WD-20

WD-40

Condensação em

contínuo

CCI-40 6, 12, meses

Temperatura: 40 (±2) ºC

Humidade relativa: 100% CCD-40

(a) As colheitas realizáveis aos 5 e 10 anos de envelhecimento natural, bem como as

representadas aos 18 meses no Grupo II, serão objecto de investigações futuras.

É importante salientar ainda a coincidência no prazo das colheitas dos dois grupos de

investigação. De modo a optimizar a investigação, os provetes pertencentes ao Grupo II foram

introduzidos nos ambientes de imersão aquando da colheita dos 12 meses dos provetes do grupo

I, em Outubro de 2009. Consequentemente, as colheitas seguintes foram sempre efectuadas em

simultâneo tendo a correspondência de 12 meses de diferença entre a idade dos grupos.

1 Os acrónimos considerados encontram-se na secção 3.3.2


71

3.3.2 Ambientes de exposição

Os tipos de exposição a que o material está sujeito podem ser variados. Assim, foram escolhidas

condições ambientais comuns na prática da engenharia civil, que possam ser prejudiciais à

durabilidade do material [3.2]. De seguida, encontram-se descritos os respectivos ambientes

escolhidos e suas características.

Exceptuando o ambiente de condensação em contínuo, todos os ambientes já se encontravam

operacionais (proveniente do estudo anterior - Grupo I). Deste modo, é apenas necessária a

introdução dos novos casos de estudo. Este factor permite alguma poupança na montagem dos

ambientes de envelhecimento. Realça-se ainda a extrema importância da monitorização e

controlo dos condicionamentos dos ambientes em estudo, devido à inexistência de sistemas

isolados perfeitos, o que leva à evaporação de água nos recipientes. Esta evaporação prejudica

quer a imersão dos provetes testes em água, quer a própria concentração de cloreto de sódio

simulada, descrita no subcapítulo 3.3.2.2. Para contornar este problema, elaboraram-se controlos

semanais dos níveis de água dos recipientes, bem como a sua reposição.

3.3.2.1 Imersão em água desmineralizada

O primeiro ambiente caracterizado correspondeu à imersão do material em água

desmineralizada. Este ambiente compreendeu três temperaturas diferentes (20 ºC, 40 ºC e 60

ºC), bem como sete tipos de exposição (W-20, W-40, W-60, WI-20, WI-40, WD-20 e WD-40)1.

A primeira temperatura encontrava-se definida como a representação da temperatura média

tipicamente registada em países mediterrâneos, como Portugal, optando-se depois pela escolha

de duas temperaturas mais elevadas, de modo a acelerar o processo de envelhecimento dos

provetes por intensificação dos fenómenos de difusão.

Para estabelecer este ambiente, foram colocados vários conjuntos de provetes testes em

recipientes de plástico de modo a perfazer todos os elementos necessários para as colheitas

consideradas acima. Tentou-se limitar ao máximo possível trocas de calor com o exterior no

sentido de obter o melhor isolamento possível. Foi essencial o cuidado na imersão dos provetes

nos seus locais, de modo a garantir que a sua totalidade dos se encontravam submersos (Figura

3.5)

1 O acrónimo W surge do Inglês Water. WI de Water Isolated e WD de Water Dried, seguidos das

respectivas temperaturas de exposição.


72

Figura 3.5 - Posicionamento correcto dos provetes no recipiente.

Os recipientes encontravam-se colocados em estufas programadas para duas temperaturas (40 e

60 ºC), do LNEC/NMO. A temperatura ambiente de 20 ºC foi obtida com recurso a um

laboratório com temperatura controlada. Na Figura 3.6, encontram-se os referidos contentores

bem como uma das estufas utilizadas, demonstrando o modo como foram colocados os

provetes.

(a) (b) (c)

Figura 3.6 - (a) Recipientes do condicionamento à temperatura de 20 ºC; (b) Aspecto de uma estufa usada

no condicionamento às temperaturas de 40 ºC e de 60 ºC; (c) Interior da estufa, com provetes distribuídos

no interior de caixas de plástico.

3.3.2.2 Imersão em água salgada

De um modo análogo ao ambiente de envelhecimento anterior, considerou-se importante para o

estudo experimental o uso de um ambiente salgado. Com efeito, é corrente existirem aplicações

de engenharia civil que se encontram em zonas costeiras e marítimas [3.2]. Este ambiente de


73

envelhecimento abrangeu apenas três tipos de exposição, todos pertencentes ao primeiro grupo

(S-20, S-40 e S-60)1.

De forma a simular um ambiente deste tipo, utilizaram-se recipientes comportando uma solução

aquosa de água salgada, onde se submergiram os provetes teste. A solução salina foi

previamente elaborada, contendo uma mistura de cloreto de sódio com água desmineralizada

numa concentração de 3,5%, ou seja, 35 g de cloreto por cada litro de água, de acordo com a

norma ASTM D1141 [3.5]. Estes recipientes seguem o mesmo protocolo de armazenamento já

referido no subcapítulo 3.3.2.1 (Figura 3.6). Como tal, a única diferença significativa em relação

ao ambiente anterior é a solução de imersão utilizada.

3.3.2.3 Condensação em contínuo

É de conhecimento geral que ambientes muito húmidos e quentes têm normalmente efeitos

negativos na durabilidade dos materiais, muitas vezes de uma forma acelerada. Para tal, foi

considerado um ambiente de envelhecimento onde os provetes se encontravam num laboratório

do LNEC/NMO, dentro de uma câmara própria, onde foram mantidos a temperatura constante

de 40 ºC numa atmosfera saturada (humidade relativa de 100%).

O ambiente em questão abrangeu apenas provetes do segundo grupo nomeadamente CCI-40 e

CCD-402. Baseada na primeira parte da norma NP EN ISO 6270 [3.6], que estabelece condições

para a condensação em contínuo e determinação da resistência à humidade, a introdução dos

provetes na câmara foi realizada de um modo diferente dos ambientes anteriores. De forma a

garantir a correcta exposição e separação dos provetes no interior da câmara, foi utilizada linha

de nylon onde se amarraram as extremidades dos provetes teste, dividindo-os verticalmente em

grupos de cinco. A linha foi então colocada em ganchos de plástico pendurados nos suportes no

interior da câmara, ficando todos os provetes suspensos e devidamente separados, como se

ilustra na Figura 3.7. O modo de funcionamento da câmara consiste numa resistência eléctrica,

que aqueceu a água desmineralizada localizada no fundo da mesma, produzindo o efeito

desejado de temperatura e humidade. Salienta-se que também aqui se notam perdas de água

sendo necessário efectuar, do mesmo modo descrito no subcapítulo 3.2.2, um controlo e

manutenção do nível de água.

1 O acrónimo S surge do Inglês Salt, seguido da respectiva temperatura de exposição.

2 Analogamente aos restantes ambientes, CCI vem do Inglês de Continuous Condensation Isolated e CCD

de Continous Condensation Dried.


74

Figura 3.7 - Câmara de condensação em contínuo e respectivos provetes (como se encontra ilustrado na

figura, existe humidade nas paredes).

3.3.2.4 Envelhecimento natural

O último ambiente, cujo tempo de exposição ultrapassa inclusivé o âmbito desta dissertação,

compreendeu o envelhecimento natural dos provetes. Não haverá possivelmente melhor termo

de comparação em termos de ambientes de envelhecimento, que a exposição do material às

condições ambientais exteriores. Deste modo, encontrava-se nos terraços do LNEC a

localização perfeita para este ambiente de exposição, uma vez que os efeitos que afectam os

provetes, (temperatura, humidade e radiação ultra violeta) se encontravam, constantemente

monitorizados. Tornou-se assim relevante estudar o efeito do clima e suas componentes sendo

que a temperatura, o efeito da chuva, o vento e a radiação influenciaram os resultados. Este tipo

de exposição é singular pelo que apenas compreendeu um tipo possível de exposição: NE1.

Neste último ambiente, os provetes encontravam-se inseridos em calhas de plástico, presas por

arames à estrutura dos escaparates de exposição, fazendo um ângulo de 45º de inclinação em

relação ao solo, como ilustrado na Figura 3.8.

1 O acrónimo NE significa Natural Environment.


75

Figura 3.8 - Instalação de envelhecimento natural dos provetes [3.4]

Este ambiente foi totalmente preparado em estudos anteriores, tendo todo o trabalho descrito

neste capítulo não só a importante função de recolha da informação das colheitas prévias, mas

também a consequente análise de resultados.

3.4 Preparação de provetes

Nesta secção, encontra-se uma descrição pormenorizada da elaboração e preparação dos

provetes desde a sua fase inicial (secção tubular), até à sua colocação nos ambientes de

exposição descritos nos subcapítulos anteriores.

3.4.1 Corte dos provetes

A recepção do material foi efectuada no IST. Este material é composto pela secção RHS

apresentada na Figura 3.1. A partir desta secção tubular comprida foi necessário a sua

transformação em provetes de vários tamanhos consoante o tipo de caracterização adoptada

(Quadro 3.2). Este processo de execução consistiu em realizar dois passos de corte de provetes:

longitudinais e transversais.

Devido ao elevado comprimento longitudinal inicial e à grande quantidade de material a cortar,

a primeira etapa de corte consistiu apenas em cortes nesta direcção, trabalho efectuado numa

serra de fita das oficinas do Laboratório do DECivil do IST. Assim, foi aplicada uma marcação

a tinta ao longo dos provetes, indicando a zona de corte, perfazendo distâncias equivalentes de

um metro. Em seguida, a secção tubular foi colocada numa calha metálica castanha da serra,

(Figura 3.9), iniciando-se o movimento de corte da serra, ao mesmo tempo que a água de

refrigeração era bombeada na secção de modo a inibir o volume de pó que se soltava aquando


76

do corte. O resultado final encontrava-se do outro lado da serra, constituído por secções

tubulares de um metro. A espessura da lâmina é de cerca de 1 mm, efeito que é necessário ter

em conta na marcação dos provetes para corte.

Figura 3.9 - Serra com refrigeração a água do Laboratório de Construção do IST.

Após a execução desta etapa, o material foi transportado para um laboratório do LNEC/NMO,

onde se armazenou em ambiente seco. Realizaram-se seguidamente os cortes de precisão do

compósito. Para tal, foi necessário o recurso a uma serra diamantada refrigerada a água (Figura

3.10), localizada nessa instalação. Este tipo de serra permitiu uma maior facilidade em qualquer

tipo de corte por forma a ajustar os provetes a todas as dimensões pretendidas. Mais uma vez, o

efeito da lâmina encontra-se presente, sendo a espessura desta serra de 1 mm.

Figura 3.10 - Serra refrigerada a água pertencente ao LNEC/NMO.

Resta ainda acrescentar a esquemática de corte utilizada nesta fase de processo final de corte,

pois a secção RHS apresenta características de produção cujo efeito na forma dos provetes

poderia ter consequências no resultado final, bem como alterar o aspecto dimensional dos

provetes obtidos. Esta característica consiste na não perpendicularidade dos cantos dos perfis.

Analisando o esquema da Figura 3.11, conclui-se que os cortes na secção transversal apenas se

puderam realizar nas áreas indicas, excluíndo os cantos.


77

(a) (b)

Em particular, foi possível a obtenção de dois provetes teste por cada lado da secção para a

maioria dos ensaios (perfazendo um total de oito) exceptuando o ensaio de tracção, para o qual a

maior largura dos mesmos, apenas permite a realização de um por cada lado. Este factor

dimensional teve influência directa no número de provetes possíveis de obter (ver 3.2).

Em suma, é imperativo referir que o processo de corte foi um processo moroso, onde a

exactidão, concentração e destreza do operador foi bastante significativa e reflectiu-se no

resultado final. Todos os factores de segurança foram tidos em consideração, pelo que foi

absolutamente necessário o recurso a luvas e máscara de protecção, e ainda todo o trabalho foi

supervisionado e elaborado na presença de um ténico de laboratório devidamente qualificado.

3.4.2 Sistema de identificação dos provetes

A correcta identificação de cada provete foi essencial para uma boa organização e estruturação

da campanha experimental.

Com este intuito, foi adoptado um sistema de identificação que, através da sua leitura, informa o

operador sobre o tipo de provete, o seu destino, o seu número característico e o respectivo

ambiente de degradação em que se encontrou ou encontra. A Figura 3.12 mostra um exemplo de

dois provetes tipo, devidamente identificados, onde o primeiro número indica o tipo de agente

de degradação, o segundo a temperatura de exposição (caso seja necessária), a letra o tipo de

destino do provete e, por fim, o seu número de identificação.

Figura 3.12 - Identificação tipo de dois provetes.

1 2

8 7

1

3

4

5

4

6

2

3

Figura 3.11 - Esquema de corte dos diferentes tipo de provetes retirados do perfil RHS.

(a) - Ensaios de flexão, corte interlaminar e DMA; (b) - Ensaio de tracção


78

O Quadro 3.5 indica a correspondência da correcta identificação de todos os provetes teste

utilizados na campanha experimental.

Quadro 3.5 - Correspondência do sistema de identificação adoptado

Ambiente Identificação Ensaio Identificação

W-20 1.1 Tração T

W-40 1.2 Flexão F

W-60 1.3 Corte interlaminar C

S-20 2.1 DMA D

S-40 2.2

S-60 2.3

NE 8

WI-20 1.1 P

WD-20 1.1 S

WI-40 1.2 P

WD-40 1.2 S

CCI-40 1.3 P

CCD-40 1.3 S

WFI-201 1.1 PT

WFI-401 1.2 PT

CCFI-401

1.3 PT

3.4.3 Isolamento lateral

De modo a tornar possível o isolamento lateral como variante do estudo, aplicaram-se aos

provetes cortados um isolante apropriado. Neste caso, a protecção aplicada foi constituída pela

resina epoxídica Icosit K 101 N, fornecida pela empresa Sika (Figura 3.13).

Figura 3.13 - Resina Icosit K 101 N da Sika.

1 Esta classificação é apenas utilizada para o estudo de absorção de massa com a protecção aplicada

totalmente nos provetes. O acrónimo FI surge do Inglês para Fully Isolated. Ver subcapítulo 3.5.1.


79

Este procedimento teve lugar num laboratório condicionado do LNEC/NMO, onde as condições

de humidade e temperatura são constantemente monitorizadas, ilustrado na Figura 3.14

Figura 3.14 – Laboratório condicionado e material de protecção utilizado neste trabalho.

A resina Icosit K 101 N aplicado nas superfícies laterais, conforme especificado na Figura 3.15,

encontra-se em conformidade com a norma EN 1504-2 [3.7]. O material encontra-se disponível

em conjuntos pré-doseados de 5kg (A + B), de cor acinzentada. A relação de mistura dos dois

conjuntos corresponde a: Componente A ÷ Componente B = 79 ÷ 21 (partes em peso). Cada

componente foi previamente homogeneizado em separado, seguindo-se a adição do componente

B ao componente A. Subsequentemente, foi necessário uma nova homogeneização do produto

até este apresentar uma cor uniforme. A aplicação desta resina nos provetes, limpos de qualquer

tipo de sujidade, foi efectuada através de pincéis de pêlo curto. Encontra-se estipulado um

tempo de cura de aproximadamente uma semana após a aplicação, de modo a garantir a

obtenção de todas as propriedades físico-químicas da resina. O processo de cura foi acelerado

submetendo-se os provetes a um processo de secagem numa estufa a uma temperatura de 50 ºC.

Figura 3.15 - Esquema do reforço lateral nas superfícies de corte dos provetes teste.

A aplicação da protecção lateral nas superfícies de corte foi realizada num número de provetes

que perfazem uma das variantes do segundo grupo de investigação, ou seja 1501. Esta

realizou-se em todos os provetes, exceptuando três provetes viajantes cuja protecção foi feita em

todas as faces. A finalidade deste procedimento consiste em avaliar a capacidade de retenção e

absorção de água intrínseca da resina.

1 Este valor encontra-se diminuído de 3, pois dos 9 provetes viajantes considerados apenas 6 necessitam de protecção.


80

A colocação prévia da totalidade dos provetes na estufa considerou-se adequada na

medida em que se atingem mais rapidamente os resultados de cura e se secam simultaneamente

os restantes provetes de alguma humidade acumulada no interior aquando do corte dos mesmos.

Para este efeito, o material foi transportado para uma estufa com temperatura pré-programada

(Figura 3.17) onde estiveram inseridos durante cinco dias, à temperatura de 50 ºC

Após a passagem pela estufa, os provetes teste encontravam-se em condições para se iniciarem

as suas medições iniciais de massa e futura exposição aos ambientes seleccionados,

apresentando uma tonalidade acinzentada na superfície de aresta isolada.

Figura 3.16 - Provetes teste após isolamento lateral.

3.4.4 Análise no estado seco

A restante parte dos provetes destina-se à análise da reversibilidade do processo de degradação.

Após o corte, foi necessário o recurso a uma estufa situada no LNEC/NMO, onde se secaram os

provetes até atingirem massa constante (Figura 3.17). Para acomodar a totalidade dos provetes,

estes foram distribuídos pelas vários prateleiras da estufa, preenchendo-a na sua totalidade.

Figura 3.17 - Estufa de secagem de provetes teste.

Baseando-se na norma ASTM D 5229 [3.8], que descreve o método de determinação da

absorção de água e condicionamento de equilíbrio verificados em materiais compósitos de

matriz polimérica, realizaram-se medições de massa diárias a um provete de cada tipo. Estas

medições foram efectuadas até se verificar a condição de secagem, onde a diferença de massa


81

entre duas medições seguidas em termos relativos, não pode ultrapassar 0,0001, de acordo com

a expressão:

(3.1)

em que,

corresponde ao valor da massa medida no dia i;

corresponde ao valor da massa obtida na medição anterior;

corresponde ao valor da massa de referência.

O valor da massa de referência é o valor da massa de um provete, no seu estado seco, do inglês

“oven dry”. Os provetes teste devem ser colocados de modo a evitar vibrações, expondo o

máximo de superfície da amostra na estufa. As prateleiras de colocação são compostas por

chapas metálicas furadas, permitindo a realização da secagem de um modo eficaz. O

procedimento experimental consiste na remoção das amostras da estufa e na sua pesagem após

um período de tempo de dez minutos, durante o qual os provetes teste recuperam o equilíbrio

com o meio envolvente ao laboratório, arrefecendo. Em termos normativos, o tempo de

pesagem fora da estufa não poderá exceder trinta minutos por pesagem, pelo que o intervalo

considerado garante esta condição. A atmosfera do laboratório de pesagens encontra-se

conforme o especificado, mantendo uma temperatura de 23 ± 2 ºC e humidade relativa na ordem

dos 50 ± 10 % [3.8]. A variação percentual de massa efectuada em cada medição é obtida do

seguinte modo:

(3.2)

Os provetes à saída da estufa encontravam-se devidamente preparados para se iniciarem as

investigações. A secagem dos provetes teste deste grupo foi também necessária no final de cada

colheita, devido à absorção significativa de água imposta pela exposição aos ambientes de

degradação. Deste modo, no final das colheitas, os provetes foram secos até temperatura

constante segundo a norma ASTM D 5229 [3.8], atrás referida.

3.4.5 Colheitas dos provetes

A campanha experimental consistiu na exposição a diversos modos de degradação do material

por longos períodos de tempo. Foi necessário proceder ao levantamento de uma quantidade pré-

definida de provetes quando os mesmos atingiram as durações de exposição estabelecidas.

Desta forma, no Quadro 3.6, apresenta-se o número de provetes por cada ambiente em cada

colheita.


82

Quadro 3.6 - Quantidade de provetes necessários em cada colheita.

Ensaio Quantidade / colheita . ambiente

Tracção 5

Flexão 5

Corte interlaminar 5

DMA 3

Sabendo o número de provetes necessários para cada colheita, foi necessária a remoção dos

mesmos dos ambientes de exposição, tendo-se o cuidado de desligar o funcionamento das

respectivas estufas aquando da extracção do interior das mesmas. Os provetes foram limpos da

água superficial acumulada utilizando papel absorvente, sendo de seguida pesados para controlo

de variação de massa. Posteriormente, foram separados por grupos de ensaio, de acordo com as

quantidades atrás descritas, e inseridos em sacos de plástico hermeticamente fechados de modo

a limitar o contacto dos provetes teste com o ar, até serem ensaiados (exceptuando os provetes

destinados à análise do estado seco onde foi necessária a secagem prévia dos provetes). A

Figura 3.18 exemplifica uma colheita tipo evidenciando os provetes recolhidos, sua separação e

identificação.

Figura 3.18 - Colheita experimental.


83

3.5 Métodos de caracterização do material

A dissertação teve como objectivo a caracterização da durabilidade do material GFRP. Para tal,

são descritos em seguida os métodos adoptados, bem como o seu princípio e objectivos,

começando pelos métodos de caracterização de natureza físico-química e culminando com os

ensaios de natureza mecânica.

Todos os métodos de ensaio de caracterização inicial, nomeadamente a determinação do teor em

fibra de vidro, da sua composição química e da massa volúmica do compósito já se encontram

realizados em trabalhos anteriores [3.3]. Consequentemente, torna-se desnecessário este tipo de

caracterização uma vez que o material considerado é o mesmo. Por outro lado, a acumulação de

provetes e colheitas, torna a presente dissertação mais focada no aspecto de caracterização de

durabilidade, permitindo uma maior abrangência e número de resultados obtidos ao longo do

tempo. Novamente, resta salientar que todos os ensaios foram realizados com a devida

supervisão de técnicos qualificados para o efeito.

3.5.1 Variação da massa

Uma característica comum à maioria dos materiais, não sendo este material compósito uma

excepção, consiste na sua capacidade de absorção de humidade e incorporação de moléculas de

água. Desta forma, a variação de massa assume particular relevância ao longo da campanha

experimental.

Para a avaliação da capacidade de absorção de água, foram preparados provetes de dimensões

aproximadas dos provetes usados no ensaio de DMA, descritas no Quadro 3.1. A função deste

tipo de provetes, chamados provetes viajantes, é a sua constante monitorização de massa ao

longo do tempo. A monitorização efectuada consiste na sua remoção dos ambientes de

exposição e respectiva pesagem periódica. Foram adoptados intervalos semanais de medição.

Existem três tipos de provetes viajantes, consistindo o primeiro tipo em provetes normais, o

segundo em provetes com a aplicação de isolamento nas superfícies laterais resultantes do corte

e o terceiro na aplicação de isolamento total. Este último tipo consistiu na aplicação da resina na

totalidade do provete, de modo a estudar a própria capacidade isolante da resina utilizada em

termos de absorção de água. O controlo de massa foi também efectuado a todos os provetes

aquando da sua inserção nos ambientes de degradação (ou seja, na sua "idade" inicial) e também

aquando da realização de cada colheita experimental. Deste modo, foi possibilitada a análise da

variação massa dos provetes nas respectivas "idades", permitindo a sua comparação com os

provetes viajantes. O benefício principal do uso destes consiste na obtenção de uma evolução

temporal monitorizada, em vez de apenas dois pontos de pesagens.


84

Todas as pesagens foram realizadas num laboratório com temperatura e humidade controladas

pertencentes ao LNEC/NMO. O equipamento utilizado para as pesagens consistiu numa balança

analítica de marca Mettler com uma precisão de 0,001 g, representada na Figura 3.19.

Figura 3.19 - Balança analítica Mettler.

3.5.2 Ensaios de determinação da cor e do brilho

Apesar de não influenciar as propriedades mecânicas do material em si, o aspecto e a estética de

um material e sua evolução ao longo do tempo assumem cada vez mais relevância nas

aplicações da engenharia civil. De facto, nos dias de hoje, existe grande variedade de escolha de

materiais de construção o que gera maior competitividade sendo que qualquer ponto forte de um

elemento, se torna numa vantagem em relação aos restantes. Em termos de casos de aplicação à

vista desarmada, são muitas vezes pedidas em cadernos de encargos qualidades estéticas cada

vez mais exigentes, sendo que o controlo do comportamento e susceptibilidade à exposição a

raios ultra violetas, vento e chuvas são neste sentido aspectos relevantes, nocivos à cor e brilho

dos materiais. Como tal, os provetes utilizados para estes ensaios foram os situados no terraço

do LNEC, expostos ao envelhecimento natural.

3.5.2.1 Ensaio de determinação da cor

O ensaio de determinação da cor foi realizado num laboratório do LNEC/NMO e tem como

objectivo a medição da cor de amostras através de um colorímetro esférico. O ensaio teve por

base a norma ISO 7724 [3.9,3.10], intitulada de "colorimetria de tintas e vernizes: princípios

gerais e medição de cor." Esta norma descreve métodos para a determinação instrumental das

coordenadas de cor e suas variações de modo a tornar possível a descrição objectiva destas

diferenças entre um provete envelhecido e um provete de referência, não envelhecido.

Para a realização do ensaio, foi necessário que os provetes utilizados se apresentassem planos,

limpos e as suas dimensões fossem adequadas à porta de entrada do colorímetro, não


85

apresentando menos de 10 mm de diâmetro. Para tal, foram utilizados os provetes destinados

aos ensaios de tracção, por serem estes os únicos a garantir as dimensões desejadas [3.10].

A cor pode ser caracterizada para um observador e uma fonte luminosa definida, através de

coordenadas de um ponto situado num espaço tridimensional formado por três vectores

perpendiculares entre si. Existem diversos sistemas de coordenadas de cor, sendo correntemente

recomendados dois deles. O sistema colorimétrico standard CIE 1964 e o sistema espacial de

cor CIE 1976 (L*a*b*) [3.9]. Optou-se por utilizar o segundo sistema, mais recente, e que

actualmente se considera mais adequado para avaliação de diferenças de cor.

O sistema CIELab (também conhecido simplesmente por L*,a*,b*) utiliza, como referido, um

espaço de definição vectorial, tridimensional. Resumidamente, o eixo vertical é composto pela

letra L e o seu valor varia entre 0 e 100, correspondendo 0 à cor preta e 100 à branca.

Perpendicularmente, existem os outros dois campos vectoriais, a e b. O campo a varia no seu

sentido negativo para tonalidades verdes e positivo para vermelhas, enquanto o campo b varia

entre tonalidades azuladas e amareladas da mesma forma. A Figura 3.20 representa um esquema

deste sistema. As fórmulas específicas de cálculo de coordenadas foram obtidas

automaticamente através do uso de programas específicos, estando referenciadas no ponto 3.2

da norma [3.9].

Figura 3.20 - Sistema CIELab [3.11]

O aparelho utilizado (Figura 3.21) consistiu no colorímetro Color eye 3000 de marca Macbeth

equipado com esferas ópticas e uma fonte de iluminação a Xénon. O alcance espectral está

situado na gama 360-740 nm com um intervalo de 20 nm. O software associado à marca e

consequentemente utilizado para tratamento de dados foi o Color iControl.


86

Figura 3.21 - Colorímetro

Inicialmente, foi necessário verificar se todo o equipamento estava devidamente ligado e a

adquirir correctamente a informação. O teste realizou-se ao abrir a campânula de protecção do

equipamento, colocando o provete na área em que se queria registar a identificação de cor. Essa

zona foi estimulada através do disparo da fonte luminosa. O ensaio consistiu na realização de

três disparos, tri-estímulo, das zonas a identificar. Finalizado o ensaio, o procedimento foi

repetido as vezes consideradas adequadas a uma boa caracterização de cor, pois a norma não é

específica neste ponto. Da análise do ensaio, resultam não só valores para os vectores L*, a* e

b*, mas também os valores da variação destes campos em relação a um ensaio padrão realizado

da mesma maneira. Assim, foi possível obter um novo parâmetro, a variação global de cor, dada

pelo símbolo ΔE*, que consiste na soma quadrática da variação dos campos vectoriais a*, b* e

L*, respectivamente.

(3.2)

Optou-se por analisar neste procedimento três provetes teste, juntamente com a inclusão da

mistura dos mesmos num único ensaio, de modo a ter um resultado mediano. Na Figura 3.22

encontra-se ilustrado um ensaio em execução.

Figura 3.22 - Ensaio de cor em execução.


87

3.5.2.2 Ensaio de determinação do brilho

O ensaio de determinação do brilho foi realizado no mesmo laboratório do procedimento

descrito acima e tem como finalidade a determinação do brilho através da reflexão especular de

revestimentos por pintura não metálica a 20º, 60º e 85º, de acordo com a norma ISO 2813 [3.12,

3.13]. Esta especifica o método experimental para a determinação do brilho especular através de

um reflectómetro. O brilho especular consiste no rácio entre o fluxo luminoso reflectido de um

objecto na direcção especular para um ângulo específico e o fluxo luminoso reflectido de um

vidro com um índice de refracção de 1,567 nessa mesma direcção. De modo a definir a escala

de brilho, uma placa de vidro preto polido com a taxa de reflexão de 1,567 é calibrado com um

valor de referência para os três tipos de ângulos de incidência.

Para a realização do ensaio, encontra-se especificado que os provetes devem ter, se praticável,

uma área planar de dimensões mínimas 150 × 100 mm, [3.12]. Desta forma, os ensaios

referentes a esta secção foram efectuados nos provetes usados para os ensaios de cor, cujas

dimensões são as maiores de todos os provetes da campanha experimental. A escolha da

realização do ensaio sobre os mesmos provetes permite a análise de brilho e cor simultânea e

complementar.

A escolha do ângulo de incidência depende do tipo de brilho de material. A utilização de 60º

está preconizada como aplicação geral em qualquer tipo de superfície, embora seja mais

adequado um ângulo de incidência menor, de 20º, para superfícies com elevado brilho, bem

como um maior, de 80º, para superfícies que apresentem pouco brilho [3.12]. Realizaram-se os

ensaios na totalidade dos ângulos, efectuando-se seis medições por amostra como especificado

na norma, uma vez que o ensaio é simples e de rápida execução.

As medições são efectuadas com recurso a um brilhómetro da marca Novo-Gloss, representado

na Figura 3.23.

Figura 3.23 – Brilhómetro “Novo-Gloss statistical glossimeter”.


88

O procedimento de ensaio iniciou-se com a definição do ângulo de incidência, a calibração

inicial do aparelho e a posterior medição do brilho das amostras. A calibração é efectuada de

acordo com a especificação do manual de utilização, existindo para o efeito uma caixa com duas

superfícies de referência padrão. A primeira consiste numa esponja preta cujo brilho tem o valor

de 0, indicando ausência de reflexão, e a segunda consiste numa cerâmica preta polida, referida

acima, cujo brilho tem um valor pré-definido para cada ângulo de incidência, fornecido no

respectivo certificado de calibração.

Procedeu-se à colocação do aparelho em cada uma das superfícies efectuando a respectiva

medição e ajuste de valor de brilho obtido, até este se encontrar em conformidade com o valor

padrão. A Figura 3.24 indica a zona de incidência do aparelho e as duas superfícies de

calibração.

Figura 3.24 - Brilhómetro e superfícies de calibração

Estando o ângulo definido com a respectiva calibração efectuada, foi necessária a medição do

brilho dos provetes a ensaiar. Para realizar a medição, a zona de incidência do foco de luz foi

colocada em seis zonas diferentes da amostra, três em cada lado, sendo registado o valor

correspondente. Foram realizadas três medições de cada lado devido à diferença de aspecto

observada nas superfícies dos provetes, sendo um lado mais fibroso (parte interior do perfil

RHS, não exposta) do que o outro.

3.5.3 Análise mecânico-dinâmica

O procedimento experimental que se apresenta neste ponto permite avaliar o comportamento de

materiais visco-elásticos ao nível da sua estrutura molecular. Para tal, foi efectuada uma análise

de DMA1, de acordo com a norma de ensaio ISO 6721 [3.14,3.15] e suas respectivas emendas.

O ensaio foi realizado num laboratório específico pertencente ao LNEC/NMO, onde a amostra é

sujeita a uma força ou deslocamento sinusoidal a uma frequência bastante menor do que a

1 Sigla proveniente do Inglês para: “Dynamic Mechanical Analysis”


89

frequência de ressonância fundamental. O tempo, temperatura e amplitude do carregamento

sinusoidal constituem a par da frequência os principais parâmetros deste tipo de análise. O

ensaio permite avaliar as características mecânico-dinâmicas em variadas configurações, como

flexão, torsão, tracção ou corte interlaminar. O material compósito em investigação, sendo

composto por fibras maioritariamente unidireccionais, torna mais relevante a análise destas

propriedades em flexão, sendo esse também o sentido da investigação [3.15].

Encontra-se definido, de um modo geral para os vários tipos de módulos de análise, o chamado

módulo complexo, , como sendo o rácio entre uma tensão dinâmica e um deslocamento

dinâmico de um material viscoelástico [3.14]. Sendo estes factores sinusoidais, o resultado

apresenta-se num número complexo, dependendo das tensões e deformações dinâmicas

aplicadas, dados pelas seguintes expressões:

(3.3)

(3.4)

(3.5)

onde,

é o módulo de armazenamento;

é o módulo de perda;

, são a tensão e deformação dinâmicas;

, são as amplitudes iniciais do ciclo de tensão e deformação;

é a frequência;

é o ângulo de fase.

O módulo de armazenamento M‟ consiste na parte real do complexo e é expresso em Pa. Este é

proporcional à máxima energia armazenada durante um ciclo de carregamento e representa a

rigidez de um material viscoelástico, revelando a sua capacidade de armazenamento de energia

associada a deformações elásticas. No caso específico, o módulo de armazenamento em flexão

surge com a sigla . O módulo de perda em flexão compreende à restante parcela do

complexo, isto é, à sua parte imaginária. Esta é proporcional à energia dissipada durante um

carregamento cíclico, na forma de calor como resultado de vibrações moleculares e é neste caso

representado pela sigla [3.14,3.16].

O ângulo de fase refere-se, como o nome indica, à diferença de fase entre as acções dinâmicas

num material visco-elástico e é expresso em radianos. Esta grandeza permite a análise do factor

de perda. O factor de perda define-se como a tangente do ângulo de fase e consiste num

indicador comum do amortecimento num sistema visco-elástico. A grandeza define-se deste

modo por:


90

(3.6)

O ângulo de fase permite analisar, através da diferença de fase, o comportamento do material no

sentido da sua viscosidade. Desta forma, se o material se apresentar com uma natureza elástica,

esta grandeza assume valores próximos de 0 rad, valor para a sobreposição total das ondas

sinusoidais, sendo este o estado limite para um sólido elástico. Por outro lado, o aumento desta

diferença indica a aproximação ao comportamento de um líquido viscoso, sendo o limite

máximo para a grandeza rad. Os materiais de natureza visco-elástica apresentam um

comportamento intermédio aproximando-se mais de cada tipo de comportamento acima referido

consoante o seu nível de viscoelasticidade. A Figura 3.25 apresenta uma representação

esquemática do módulo complexo atrás mencionado, bem como o ângulo de fase, frequência e

amplitudes registadas numa variação do tipo sinusoidal [3.14,3.16].

Figura 3.25 - Ângulo de fase e módulo complexo [3.14]

As propriedades térmico-dinâmicas deste tipo de material podem ser avaliadas através da

monitorização das características referidas ao longo do tempo e permitem, para a mesma

amplitude de carregamento, a obtenção de vários espectros de resposta em função da

temperatura e frequência de ensaio. Especificamente, as variações de temperatura permitem

determinar as gamas onde o compósito apresenta comportamento rígido e elastomérico, bem

como a definição da temperatura de transição entre os dois comportamentos, denominada por

temperatura de transição vítrea [3.16]. À medida que aumenta a temperatura, o rápido

decréscimo do módulo de armazenamento, bem como o pico registado no módulo e factor de

perda, indica a passagem entre os dois estados descritos, em que o estado vítreo e estável do

material assume cada vez menos rigidez, devido ao aumento da vibração molecular.


91

Os provetes teste utilizados possuem dimensões nominais de 60 mm × 15 mm (l × b), com

5 mm (e) de espessura, definido-se três amostras por cada grupo de ensaio a realizar [3.14]. O

ensaio foi realizado em regime dinâmico e modo oscilatório utilizando o equipamento DMA

Q800 da marca TA Instruments, associado a software específico de tratamento de dados do

mesmo fabricante (Figura 3.26) e o sistema de flexão considerado foi um sistema de flexão em

otrês pontos. O aparelho consiste numa câmara de ensaio com temperatura controlada onde um

dispositivo próprio introduz a carga de um modo cíclico e sinusoidal, registando todas as

variações na deformação e na tensão associadas e permitindo a análise das características em

estudo.

Figura 3.26 – Aparelho utilizado no ensaio de DMA

3.5.4 Ensaio de flexão

As características mecânicas assumem particular relevância na análise de durabilidade do

material. Sendo o reforço estrutural um possível tipo de aplicação do compósito é importante

analisar o efeito de degradação que os ambientes de exposição provocam na resistência do

mesmo.

Os ensaios de flexão foram efectuados no Laboratório de Construção do Instituto Superior

Técnico. O seu objectivo consiste na determinação das propriedades de flexão do material,

como a resistência à flexão, a extensão última associada e o módulo de elasticidade em flexão,

assentando na norma própria para compósitos reforçados com fibras, ISO 14125 [3.17]

De acordo com o equipamento disponível, foi utilizado um sistema de flexão de três pontos

(Figura 3.27). Para este sistema foram utilizados provetes teste com dimensões nominais de

150 mm × 15 mm (l × b), com 5 mm (e) de espessura, estando o material em questão definido

na classe III, especificada para compósitos uni e multidireccionais. Uma vez que a espessura era

necessariamente 5 mm, factor inerente ao fabrico dos perfis RHS, foram adoptados em

concordância os valores para a distância entre apoios do ensaio (L) de 100 mm e comprimento


92

de 150 mm, de um modo proporcional às indicações normativas que apontam para espessuras na

ordem de 2 mm. Foram considerados 5 provetes por condição de ensaio [3.17].

Figura 3.27 - Eixos principais de teste e sistema de flexão em três pontos [3.17]

Para este ensaio, a tensão de flexão e a deformação associada definem-se por:

(3.3)

(3.4)

onde,

é a tensão máxima de flexão (MPa);

é a carga aplicada (N);

é o espaçamento entre apoios (mm);

é a espessura do provete (mm);

é a largura do provete (mm);

é a deformação máxima (-);

é o deslocamento a meio vão (mm).

Deste modo, é possível definir a tensão de flexão na rotura como o valor máximo registado

durante o ensaio, bem como o seu deslocamento e deformação de rotura associados ( e ,

respectivamente). O módulo de elasticidade em flexão como medida de avaliação da rigidez do

material é também um factor a ter em conta. Para tal encontra-se especificado na norma o

cálculo de dois deslocamentos correspondentes às deformações de 0,0005 e 0,0025, sendo

calculado de seguida o módulo de elasticidade com base na diferença entre a força e os

deslocamentos entre os dois pontos considerados [3.17]. Uma vez que é possível obter de um

modo automático os valores mencionados, torna-se menos trabalhoso o cálculo desta grandeza

por um modo equivalente. Recorreu-se desta forma a uma regressão linear entre os dois pontos


93

especificados, sendo o módulo de elasticidade definido pelo declive da recta. Acrescenta-se que

esta calibração relativamente ao módulo de elasticidade tem de ter em conta os resultados dos

ensaios, pelo que é necessária uma análise cuidada e, se necessário, alguma calibração dos

extremos da curva força-deslocamento para não considerar zonas não lineares da mesma.

O teste começou com a medição da espessura e largura individual de cada provete. Para tal, foi

necessário retirar os provetes dos sacos de plástico protector e efectuar três medições para cada

uma das grandezas. As medições foram efectuadas no início, meio e fim do terço central de cada

provete, isto é, a um terço, dois terços e a meio do provete [3.17]. O equipamento utilizado para

estas medições consistiu numa craveira da marca Digimatic, representada na Figura 3.28.

Figura 3.28 - Craveira digital.

Após a correcta determinação destas grandezas, colocou-se o provete centrado no local

adequado a ensaiar de acordo com a direcção principal a estudar. A prensa utilizada para

aplicação e medição do carregamento (Figura 3.29) consistiu no equipamento da marca Seidner,

denominado por Form test. Para a medição do deslocamento do material foi utilizado um

deflectómetro de 50 mm de curso da marca APEK cuja precisão é 0,01 mm. Associada à prensa

e ao deflectómetro, encontrava-se um dispositivo de conversão de leituras, datalogger, que

efectuou a passagem de dados da prensa para análise no computador com o devido software. O

datalogger utilizado consiste no modelo Spider8, da marca HBM (Figura 3.30) e o software

utilizado por Catman®Easy. As conversões de sinal eléctrico pelo dispositivo consistiram nas

seguintes: a 10kN de carga corresponderam 9,72V enquanto que a 51,6 mm de deslocamento

corresponderam 3,7 mV/V.

Adicionalmente, refere-se que a velocidade de carregamento foi sempre inferior a 0,2 kN/s

adoptando-se para um valor de velocidade optimizada de 0,1 kN/s.


94

Figura 3.29 - Equipamento utilizado para o ensaio de flexão.

Com o provete centrado, iniciou-se o carregamento até à rotura do mesmo. Os dados medidos

foram registados automaticamente no computador a uma frequência entre 2 e 5 Hz, de acordo

com o especificado em norma, consistindo nos valores da carga aplicada F e do deslocamento a

meio vão correspondente, sf. Obteve-se deste modo todas as grandezas necessárias ao estudo das

propriedades em flexão mencionadas.

Figura 3.30 - Aquisição automática de dados por sinal eléctrico (Spider 8).

3.5.5 Ensaio de tracção

Os ensaios de tracção foram realizados no Laboratório de ensaios específico no LNEC/NMO, de

acordo com a norma de ensaio ISO 527 partes um e quatro [3.18, 3.19].

Como objectivo de estudo deste ensaio, encontra-se a determinação da resistência à tracção, da

deformação última associada e do módulo de elasticidade em tracção. As grandezas foram

calculadas com recurso às seguintes expressões [3.18]:

(3.5)

(3.6)


95

(3.7)

onde,

é a tensão de tracção (MPa);

é a força aplicada (N);

é a área da secção transversal (mm2);

é a deformação nominal de tracção (-);

é a distância inicial entre traços de referência (mm);

é a variação da distância entre traços de referência (mm);

é o módulo de elasticidade em tracção (MPa);

são as tensões (MPa) correspondentes às deformações , de 0,0005 e

0,0025, respectivamente.

É possível definir a tensão de rotura à tracção, , como sendo a tensão máxima registada no

ensaio, bem como a sua deformação associada na rotura, . Para a realização do ensaio, foram

preconizados provetes de dimensões nominais de 300 mm × 25 mm (l × b), com 5 mm (e) de

espessura em conformidade com a norma [3.19], sendo definidos como materiais de classe II/III

(materiais termoplásticos reforçados com fibras). Foi necessária a correcta medição individual

das grandezas dimensionais dos provetes, isto é, a sua largura e espessura própria, de um modo

análogo ao anterior. Deste modo, foi utilizado um comparador electrónico da marca Mitutoyo,

devidamente calibrado, com precisão de 0,001 mm, visível na Figura 3.31.

Figura 3.31 - Digimatic Indicator da Mitutoyo

O passo seguinte consistiu na preparação dos provetes (Figura 3.32). Para tal, foram efectuadas

marcações nos provetes a 50 mm das extremidades e a 25 mm de cada lado da zona central,

definindo-se assim os traços de referência do extensómetro. De seguida, foi cortada uma lixa

apropriada de modo a envolver os provetes desde a extremidade até à respectiva marcação e


96

aplicou-se um adesivo nas marcações centrais [3.19]. A função da lixa consistiu em impedir o

escorregamento no contacto do provete com os mordentes das garras da prensa, tendo o adesivo

as mesmas funções, mas em relação aos apoios do extensómetro utilizado.

Figura 3.32 - Aspecto de um provete de tracção antes do ensaio.

O equipamento utilizado, existente no LNEC/NMO, consistiu numa máquina universal de

ensaios mecânicos Instron 4803, tendo uma célula de carga de 100 kN e classe de precisão 0,5.

O extensómetro também pertence ao mesmo fabricante, fazendo parte do instrumento. As garras

e mordentes utilizados são desmontáveis e adaptáveis às amostras. Após a preparação, os

provetes foram colocados no dispositivo de amarração, apertando-se devidamente as garras. O

ensaio foi então efectuado em controlo de deslocamentos, até à rotura, a uma velocidade de

2 mm/min, com medição da deformação e da força aplicada [3.18]. Com recurso a computador e

software específico, as grandezas referidas foram automaticamente registadas. O esquema de

ensaio encontra-se ilustrado na Figura 3.33.

Figura 3.33 - Máquina de ensaios mecânicos utilizado na determinação das propriedades em tracção.

3.5.6 Ensaio de corte interlaminar

O último método de determinação de propriedades de natureza mecânica considerado foi o

ensaio de corte interlaminar, uma vez que se consideram os efeitos de compressão como pouco

elucidativos e muito variáveis [3.3], sendo este tipo de caracterização pouco útil.

O objectivo deste ensaio consiste na determinação das propriedades resistentes do material ao

corte interlaminar, pelo ensaio de provetes relativamente curtos, com recurso às normas ASTM

D 2344 [3.20] e EN ISO 14130 [3.21].


97

Neste tipo de ensaio, encontra-se controlada a força de corte e o deslocamento a meio

vão associado. Ambas as normas utilizadas indicam que esta força pode ser calculada através da

seguinte expressão:

(3.5)

onde,

é a tensão de corte interlaminar (MPa);

é a carga aplicada (N);

é a largura do provete (mm);

é a espessura do provete (mm).

A tensão de corte interlaminar na rotura, , é dada pelo máximo valor da força registada no

ensaio.

A preparação dos provetes preconiza dimensões de acordo com a espessura (e) dos mesmos

sendo, o comprimento (l) o sêxtuplo da espessura e a largura (b) o dobro desta [3.20]. Neste

sentido, foram utilizadas amostras com dimensões nominais de 30 mm × 10 mm (l × b) com

5 mm de espessura. De igual modo ao descrito no ensaio de flexão, a largura e espessura

necessitam de ser controladas e medidas individualmente para cada provete.

Analogamente à flexão, o equipamento utilizado consistiu na prensa Form test, da marca

Seidner, um deflectómetro de 50 mm APEK e também o recurso ao mesmo conversor de sinal

eléctrico referido, o datalogger Spider8 da marca HBM (Figura 3.30), e o software

Catman®Easy. Neste caso, varia o esquema de ensaio sendo o resto do processo em tudo

semelhante ao ensaio de flexão (esquematizado na Figura 3.34).

Figura 3.34 – Equipamento usado no ensaio de corte interlaminar


98

O provete foi colocado nos apoios, devidamente centrado, com uma distância entre estes na

ordem de grandeza do quádruplo da espessura [3.20], ou seja, 20 mm. De seguida, foi executado

o ensaio, carregando o provete até à rotura por corte interlaminar, onde as pequenas dimensões

do provete aumentam o efeito da grandeza a analisar. A velocidade do ensaio foi realizada a 0,1

kN/s, [3.21], sendo a frequência de aquisição de dados entre 2 e 5 Hz. Tal permite o controlo e

registo da força e do deslocamento em tempo real. A conversão de sinal eléctrico do datalogger

procede-se do mesmo modo como descrito no subcapítulo 3.5.4.


99


[3.1] Página da internet da empresa ALTO Perfis Pultrudidos, Lda: www.alto.com.pt, visitada

dia 22/11/2010.

[3.2] S. Cabral-Fonseca, J.R. Correia, R. Costa, A. Carreiro, M. Paula Rodrigues, M. Isabel

Eusébio, F.A. Branco, “Environmental degradation of GFRP pultruded profiles made of

polyester and vinylester resins”, 15th International Conference on Composite Structures,

(Editor: A.J.M Ferreira), pp. 1-5, Porto, 2009.






Técnico, Lisboa, Novembro 2009, 108p.

[3.5] ASTM D1141, “Standard practice for preparation of substitute ocean water”, American

Society for Testing and Materials, West Conshohocken, PA, 1999.

[3.6] NP EN ISO 6270, “Tintas e vernizes. Determinação da resistência à humidade – Parte 1:

Condensação Contínua”, Instituto Português da Qualidade, Caparica, 2007.

[3.7] EN 1504-2, “Products and systems for the protection and repair of concrete structures.

Definitions, requirements, quality control and evaluation of conformity. Surface protection

systems for concrete”, European Committee for Standardization, Brussels, 2004.

[3.8] ASTM D 5229 “Standard Test Method for Moisture Absorption Properties and

Equilibrium Conditioning of Polymer Matrix Composite Materials”, American Society for

Testing and Materials, West Conshohocken, PA, 2004

[3.9] ISO 7224-1, “Paints and varnishes – Colorimetry – Part 1: Principles”, International

Organization for Standardization, Genève, 1997.

[3.10] ISO 7224-2, “Paints and varnishes – Colorimetry – Part 2: Colour management”,

International Organization for Standardization, Genève, 1997.

[3.11] Página da internet: www.hunterlab.com, Figura “New Lab Chart”, visitada a 17/12/2010.

[3.12] ISO 2813, “Paints and varnishes – Determination of specular gloss of non-metalic paint

films at 20º, 60º and 85º”, International Organization for Standardization, Genève, 1994.


100

[3.13] ISO 2813 – Technical Corrigendum 1, “Paints and varnishes – Determination of

specular gloss of non-metalic paint films at 20º, 60º and 85º”, International Organization for

Standardization, Genève, 1997.

[3.14] ISO 6721-1 “Plastics – Determination of dynamic mechanical properties – Part:1

General Principles”, International Organization for Standardization, Genève, 1994.

[3.15] ISO 6721-5 “Plastics – Determination of dynamic mechanical properties – Part:5

Flexural vibration - Non-ressonance method”, International Organization for Standardization,

Genève, 1996.

[3.16] S. Cabral-Fonseca, “Caracterização por análise mecânica dinâmica de um material

compósito de matriz polimérica reforçado com fibras de vidro, usado em perfis estruturais –

Matriz de viniléster”, Departamento de Materiais, Núcleo de Materiais Orgânicos, LNEC, pp 1-

4, Lisboa, 2009.

[3.17] ISO 14125, “Fibre-reinforced plastic composites – Determination of flexural properties”,

International Organization for Standardization, Genève, 1998.

[3.18] ISO 527-1, “Plastiques – Détermination des proprieties en traction – Partie 1: Principes

généraux”, International Organization for Standardization, Genève, 1993.

[3.19] ISO 527-4, “Plastics – Determination of tensile properties – Part 4: Test conditions for

isotropic and orthotropic fibre-reinforced plastic composites”, International Organization for


[3.20] ASTM D 2344. “Standard Test Method for Short-Beam Strength of Polymer Matrix

Composite Materials and Their Laminates”, American Society for Testing and Materials, West

Conshohocken, PA, 2000.

[3.21] EN ISO 14130, “Fibre reinforced plastic composites – Determination of apparent

laminar shear strength by short-beam method”, European Committee for Standardization,

Brussels, 1997.


101

4 Resultados e discussão

4.1 Introdução

No presente capítulo são apresentados e discutidos os resultados obtidos nos ensaios realizados

durante a campanha experimental descrita no capítulo 3. Quando aplicável, é efectuada uma

análise comparativa dos resultados obtidos, considerando resultados obtidos de outros estudos e

também os resultados já existentes de investigações anteriores. Desta forma é possível

relacionar as características dos materiais que constituem os perfis pultrudidos de GFRP e os

efeitos da sua exposição ambiental, nos vários conjuntos definidos no capítulo 3.

O capítulo inicia-se com a apresentação dos resultados do material, de modo a contextualizar os

resultados obtidos, com os resultados decorrentes de investigações anteriores.

De seguida, são apresentados os resultados de caracterização das propriedades físicas do

material envelhecido, designadamente os resultados obtidos em termos de variação de massa e

absorção de humidade, variação da cor e do brilho e sua consequente análise e discussão.

Por fim apresentam-se os resultados de caracterização mecânica que inclui a avaliação das

propriedades em flexão, tracção e corte interlaminar, assim como de análise mecânica-dinâmica.

4

4. Resultados da campanha experimental

102

4.2 Caracterização inicial dos perfis GFRP

Os perfis de GFRP utilizados no presente estudo, provêm de uma investigação iniciada

anteriormente [4.1]. Por esta razão, como já foi descrito no capítulo 3, não foi necessário

efectuar a caracterização inicial do material. No entanto, a caracterização inicial do material é

importante, pois estabelece o ponto de partida para o estudo realizado.

A análise da evolução do desempenho do material em estudo apenas será possível conhecendo o

seu historial. Deste modo, apresentam-se os resultados de caracterização físico-química

efectuada inicialmente sobre o material que constitui os perfis pultrudidos de GFRP

(Quadro 4.1).

Quadro 4.1 - Propriedades físico-químicas iniciais do material em estudo, adaptado de [4.2].

Propriedade Método Resultados

Teor em fibra

de vidro (%) Calcinação 68,7 ± 0,4

Massa

volúmica Imersão (g/cm

3) 2,03 ± 0,052

Tg (ºC) DMA

E‟inicial

tan δ

98,6 ± 7,0

126,9 ± 2,3

Propriedades

mecânicas

Tracção σtu (MPa)

Et (GPa)

393 ± 51

38,9 ± 4,1

Flexão σfu (MPa)

Ef (GPa)

537 ± 73

28,4 ± 3,4

Corte σu (MPa) 39,2 ± 4,2

Segundo Cabral-Fonseca [4.2], encontra-se no material a presença de éster e de estruturas

alifáticas, o que é comum nas estruturas moleculares de viniléster insaturado. Referem-se ainda

a presença de sílica, material constituinte das fibras de vidro presentes, e também de carbonato

de cálcio que apresentará uma função de filler. Segundo Carreiro [4.1] a massa volúmica dos

perfis encontra-se dentro da regularidade. De facto, segundo o fabricante Strongwell, um perfil

de GFRP com matriz de viniléster apresenta valores para esta grandeza entre 1,70 a 1,95 g/cm3.


103

4.3 Caracterização das propriedades físicas dos perfis GFRP

4.3.1 Absorção de água e variação da massa

Conforme descrito no capítulo anterior, os provetes denominados viajantes foram sujeitos a uma

medição semanal de controlo de massa e temperatura de exposição, permitindo a construção de

curvas que ilustram a variação desta grandeza ao longo do tempo. As fichas individuais das

medições encontram-se no Anexo A, representando-se nas Figuras 4.1, a 4.5 os resultados

conjuntos obtidos nos dois grupos. Encontra-se também, na Figura 4.6, a representação de

resultados semelhantes, sempre em relação ao material em estudo, obtidos noutras investigações

[4.3-4.4]. Refere-se ainda que, no Anexo A, se encontram representados ainda o resultado da

regularização das massas que foram efectuadas após as colheitas de modo a atingir o estado

seco.

Cada ponto apresentado nas Figuras 4.1 a 4.6 representa a variação de massa para um

determinado ambiente de exposição.

Nos sistemas de viniléster, a absorção de humidade pode ser acompanhada por um processo de

cura residual. No entanto, o desvio efectivo das distribuições clássicas de difusão são

insignificantes a um nível global [4.5], permitindo a utilização destas aproximações. Assumindo

então, que a absorção de humidade segue a lei de Fick, o coeficiente de difusão aparente D, que

aproxima este comportamento de um modo relativo, pode ser determinado pela seguinte

expressão [4.4]:

(4.1)

onde Le , w e h são o comprimento, largura e espessura do provete, respectivamente, e M1 e M2

correspondem à variação de massa no tempo t1 e t2, respectivamente. O tempo t1 e t2 são tais que

a variação de massa pode ser assumida como tendo uma variação linear em relação à raiz

quadrada do tempo. Os valores da variação máxima de absorção verificada obtidos durante o

período de exposição correspondem a Mm (registados sob a forma de percentagem de massa

ganha) e D é o coeficiente de difusão aparente. Os valores obtidos para estas duas grandezas

encontram-se no Quadro 4.2.

O Quadro 4.3 apresenta os valores das mesmas grandezas provenientes de outras investigações.

Liao et al. [4.3] para estudar os efeitos de envelhecimento acelerado em perfis pultrudidos de

GFRP com matriz de viniléster investigou sobre a capacidade de absorção dos mesmos registou

a variação da massa do material ao longo do tempo em imersões em soluções salgadas e em


104

água desmineralizada a 25 ºC e 75 ºC. Kharbari e Zhang [4.4] e Chu et al. [4.6] utilizaram em

ambas as investigações materiais compósitos com matriz de viniléster reforçados uniaxialmente

com fibras de vidro, de modo a investigarem a durabilidade deste material em ambientes de

imersão em água desmineralizada e a avaliação da influência do processo de secagem,

respectivamente.


105

Figura 4.1 -Curvas experimentais da variação de massa dos provetes viajantes imersos em água desmineralizada do Grupo I

Figura 4.2 - Curvas experimentais da variação de massa dos provetes viajantes em imersões salinas do Grupo I

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000

Var

iaçã

o d

e m

assa

(%

)

Tempo (h)

W-20

W-40

W-60

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000

Var

iaçã

o d

e m

assa

(%

)

Tempo (h)

S-20

S-40

S-60


106

Figura 4.3 - Curvas experimentais da variação de massa dos provetes viajantes imersos em água desmineralizada a 20 ºC do Grupo II

Figura 4.4 - Curvas experimentais da variação de massa dos provetes viajantes imersos em água desmineralizada a 40 ºC do Grupo II

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

0 2000 4000 6000 8000

Var

iaçã

o d

e m

asa

(%)

Tempo (h)

WD-20

WI-20

WFI-20

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0 2000 4000 6000 8000

Var

iaçã

o d

e m

asa

(%)

Tempo (h)

WD-40

WI-40

WFI-40


107

Figura 4.5 - Curvas experimentais da variação de massa dos provetes viajantes em condensação em contínuo a 40 ºC do Grupo II.

Figura 4.6 - Curvas experimentais da variação de massa obtidas em investigações semelhantes, adaptado [4.3-4.4]

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

0 2000 4000 6000 8000

Var

iaçã

o d

e m

asa

(%)

Tempo (h)

CCD-40

CCI-40

CCFI-40

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

0 2000 4000 6000 8000

Var

iaçã

o d

e m

assa

(%

)

Tempo (h)

W-25 K.Liao

W-75 K.Liao

S-25 (5% sal) K. Liao

S'-25 (10% sal) K. Liao

W-23 V.M. Karbhari (UM2403)


108

Quadro 4.2 - Coeficiente de difusão aparente e percentagem de variação máxima de massa.

Grupo I Grupo II

Ambiente Mm (%) D (x10-7

mm2/s) Ambiente Mm (%) D (x10

-7 mm

2/s)

W-20 0,62 1,69 WD-20 0,64 11,1

W-40 0,64 1,22 WI-20 0,68 3,52

W-60 0,77 2,26 WFI-20 0,74 3,22

S-20 0,34 1,47 WD-40 1,04 2,70

S-40 0,31 1,65 WI-40 0,96 2,46

S-60 0,45 6,14 WFI-40 0,64 2,30

CCD-40 0,44 5,55

CCI-40 0,91 3,00

CCFI-40 0,77 2,67

Quadro 4.3 - Comparação dos resultados com outras investigações prévias, adaptado [4.3, 4.4, 4.6].

Ambiente Mm (%) D (x10-7

mm2/s) Ambiente Mm (%) D (x10

-7 mm

2/s)

W-25 K.Liao 0,81 - W-60 W. Chu 0,569 2,70

W-75 K.Liao 0,73 - W-23 Karbhari 0,20 4,3

S-25 K. Liao 0,51 - W-60 Karbhari 0,31 8,2

S‟-25 K.Liao 0,45 -

W-23 W. Chu 0,164 1,39

O comportamento observado nos provetes do Grupo I encontra-se em conformidade com os

resultados verificados anteriormente, ou seja, é possível admitir um comportamento Fickiano,

que mostra um rápido crescimento inicial, que abranda e se aproxima da saturação ao longo do

tempo, após imersão prolongada, que é consistente com os resultados obtidos por Liao et al.

[4.3] e por Karbhari e Zhang [4.4] perceptíveis na Figura 4.4.

Como seria expectável, as variações neste grupo registam-se já num patamar temporal

relativamente avançado (> 8700 horas) o que sugere à partida que o material já se encontre

relativamente perto da saturação. Ainda assim é de notar que:

A variação de massa dos provetes imersos na solução salina manteve-se inferior à da

água desmineralizada, com uma diferença entre os dois tipos de imersão situada em

0,25-0,35%. A maior diferença registada entre ambas foi à temperatura de 40 ºC. Uma

possível explicação para este resultado reside na ocupação preferencial dos poros da

matriz por partículas de cloreto de sódio, resultando numa inferior capacidade de

absorção de água pelo material em si. Liao et al. [4.3] registou uma diminuição da


109

absorção de humidade, em ambientes sucessivamente mais salinos, o que vai de

encontro ao verificado no presente estudo. (Figura 4.4, curvas W-25, S-25 e S‟25 do

autor).

As curvas de variação de massa registadas em soluções salinas obtiveram algumas

oscilações, que podem ser explicadas pela mudança de operador semanalmente e

alguma diferença na técnica de remoção de água superficial, o que pode afectar

ligeiramente o resultado obtido. No entanto, a partir das 14000 horas, todas as curvas

revelam uma estagnação acentuada, com valores muito semelhantes aos verificados às

8000 horas, indicando a continuação da saturação já atingida do material ao longo do

tempo.

As curvas de variação de massa W-20 e W-40, revelaram também algumas oscilações,

mantendo uma tendência de aumento ao longo do tempo, embora oscilante e ligeira, na

ordem dos 0,1-0,2%.

A partir das 7700 horas a curva de variação de massa W-60 já teria começado a

evidenciar sinais de redução de massa, o que é comprovado ao longo do tempo de uma

forma lenta, mas tendencial, culminando numa redução na ordem dos 0,25% em relação

ao valor máximo registado (0,77%). Este facto pode ser devido a fenómenos de

pós-cura de algumas partes no seio do material, que não se encontravam devidamente

curados, resultando subsequentemente num aumento da densidade de reticulação,

diminuindo a absorção [4.7]. Na sua pesquisa, Liao et al. [4.3] também se deparou com

este fenómeno nos perfis pultrudidos GFRP de viniléster, embora o mesmo se tenha

registado mais cedo. Verificou que se notava, a altas temperatura, uma elevada variação

de massa que decresceria a partir das 200 horas de exposição. A perda de massa a

temperaturas elevadas está fortemente relacionado com a hidrólise ou com a separação

de grupos da cadeia polimérica, como explicitado no subcapítulo 2.5.

Salienta-se ainda que os coeficientes de difusão aparentes se encontram consistentes

com os obtidos por Chu et al. [4.6] onde se observa um aumento consistente deste

coeficiente entre 20 e 60 ºC, embora tenham ocorrido menor variação de massa.

Em relação ao Grupo II, é possível admitir-se o mesmo tipo de comportamento Fickiano. No

entanto, existem vários pontos a destacar da análise deste grupo entre os quais:


110

Em relação à temperatura de 20 ºC os valores da variação de massa foram muito

semelhantes variando entre os 0,64%, 0,68% e os 0,74% para os estados WD (Water

Dried), WI (Water Isolated) e WFI (Water Fully Isolated) respectivamente. Estes

resultados embora aparentem uma certa discrepância em relação ao esperado, são de

certo modo inconclusivos por serem muito semelhantes. Uma possível explicação

reside no facto da absorção destes provetes poder ter sido menor nos provetes não

protegidos. Isto deve-se à existência de algum grau de saturação prévia, através de

contacto com o ar, previamente à sua inserção nos ambientes de exposição, o que

explica a cadência de resultados registados. No entanto, e apoiando-se no coeficiente

de difusão registado (válido para qualquer temperatura de exposição) o valor desta

grandeza diminui, à medida que o grau de protecção aumenta, ou seja, exactamente

na ordem inversa da variação de massa. Desta forma, registam-se os valores de

11,1 × 10-7

mm2/s, 3,52 × 10

-7 mm

2/s e 3,22 × 10

-7 mm

2/s para os mesmos ambientes

de onde se destaca uma redução significativa deste coeficiente entre os provetes não

protegidos dos protegidos lateralmente e outra redução, embora menor, para os

provetes totalmente protegidos, evidenciando a capacidade de retenção do isolante.

Note-se que a diferença entre as reduções é facilmente explicada pela ausência da

protecção do fabricante, nas superfícies laterais dos provetes aquando do corte dos

mesmos.

À temperatura de 40 ºC registam-se maiores variações de massa do que a 20 ºC como

era expectável. Os valores registados foram de 1,04%, 0,96% e 0,64% para os estados

WD, WI e WFI, respectivamente. O seu coeficiente de difusão registou-se em

2,70 × 10-7

mm2/s, 2,46 × 10

-7 mm

2/s e 2,30 × 10

-7 mm

2/s. Neste caso, observa-se uma

diminuição sucessiva na variação de massa e no coeficiente de difusão o que indica a

capacidade de impedir a absorção de água do isolante. Destaca-se também que a

variação do coeficiente de difusão evolui da mesma forma como na temperatura de

20 ºC, sugerindo conclusões semelhantes.

Relativamente à condensação em contínuo a 40 ºC, os valores registados estão de

acordo com o previsto, com excepção da variação de massa para o estado WD, sendo

inferior aos restantes de um modo análogo aos 20 ºC. Os valores registados foram de

0,44%, 0,91% e 0,77% para os estados CCD (Continuous Condensation Dried), CCI

(Continuous Condensation Isolated) e CCFI (Continuous Condensation Fully

Isolated) respectivamente. Seriam expectáveis valores ligeiramente superiores.

Segundo Cabral-Fonseca [4.8], a absorção de humidade pode ser superior perante

condições de presença de vapor de água a elevadas temperaturas, face ao contacto


111

directo com a humidade (imersão), sugerindo maiores degradações e danos

consequentes do material.

Todos estes resultados são relativamente semelhantes à variação média máxima registada nas

colheitas do restante material destinado a ensaios mecânicos, ocorrendo variações de ± 1,5% aos

18 meses, em relação aos provetes viajantes e ± 2% aos 24 meses, o que aponta para a

fiabilidade do sistema de controlo de variação de massa efectuado.

4.3.2 Variação da cor

De modo a verificar a variação da cor do material, foram seleccionados provetes destinados a

ensaios de tracção do Grupo I, do ambiente de exposição de envelhecimento natural aos 2 anos

de exposição, pois o factor mais relevante nesta propriedade é a influência ambiental (mais

aproximado de condições de serviço possível).

Desta forma, as coordenadas vectoriais cromáticas, do sistema de cor CIE 1976, encontram-se

no Quadro 4.4.

Quadro 4.4 –Coordenadas cromáticas.

Amostra L*

a*

b*

∆L* ∆a

* ∆b

* ∆E

*

Não envelhecido 74,15 -0,88 1,13 - - - -

2 anos – 8T13 72,31 -1,70 7,94 -1,85 -0,82 6,82 7,11

2 anos – 8T14 73,56 -1,81 10,05 -0,60 -0,93 8,92 8,99

2 anos – 8T15 75,09 -1,77 8,44 0,94 -0,88 7,32 7,43

2 anos – Ensaio mediano 74,33 -1,80 8,47 0,07 -0,92 7,34 7,40

Relativamente ao material não envelhecido, os valores observados estão em conformidade com

as coordenadas esperadas. De facto, um valor elevado de L* (74,15 em 100) indica uma

tonalidade clara do material e os valores perto de 0 dos parâmetros a* e b

* indicam uma

tonalidade acinzentada, como se verifica nos provetes em estudo.

Em relação aos valores registados aos dois anos de exposição, verifica-se que todos os testes

efectuados indicam que existe variação global de cor pois ∆E* é superior a zero em todos os

ensaios. Salienta-se também o facto de todos os provetes evoluírem no mesmo sentido em

termos destas variações:

Os valores de ∆L* oscilaram entre -1,85 e 0,94, sendo registado um valor positivo de

0,07 para o teste mediano. Estes resultados indicam uma ligeira variação desta escala


112

sendo a tendência verificada para o escurecimento do material, embora esta seja tão

pequena que possa ser desprezada.

Da mesma forma, as variações do vector a* são sempre no mesmo sentido, variando

entre -0,82 e 0,92, ou seja, à volta de uma unidade na escala. Estes resultados revelam

que a tendência ao longo do tempo do material será a ganhar tonalidade no sentido da

cor verde (aproximadamente 1% mais verde ao fim de dois anos de exposição), embora

estas variações também sejam muito pouco significativas.

O mesmo já não se pode concluir sobre o vector b*. Este vector é o vector que assume maior

relevância na variação global de cor. Os resultados registados encontram-se entre 6,82 e 8,92,

estando o teste mediano associado ao valor de 7,34. O sentido positivo desta escala indica-nos o

amarelecimento do material ao longo dos dois anos (cerca de 7,5% mais amarelo passados dois

anos de exposição), que se traduz em mudanças de cor bastante identificáveis. A Figura 4.7,

obtida através do software de processamento de imagem utilizado nos ensaios, ilustra o

amarelecimento registado estabelecendo assim a correspondência esperada entre os valores

registados e o que é efectivamente visível no material. Desta forma, encontram-se alterações de

cor relevantes ao final de 2 anos de exposição o que está de acordo com o descrito por

Bogner et al. [4.9]. Este último refere que a alteração de cor apenas deixa de ser relevante a

partir dos 3 a 5 anos de material exposto em condições de serviço.

Figura 4.7 - Variação de cor registada após dois anos de exposição nos provetes teste.

Carreiro [4.1] elaborou ensaios do mesmo tipo, em provetes do mesmo tipo material, inserido

numa câmara de envelhecimento artificial acelerado (QUV). Verificou-se do mesmo modo o


113

amarelecimento do material, sendo que o vector b* foi o mais condicionante, enquanto os

restantes apresentaram apenas ligeiras variações. Após 1000, 2000 e 3000 horas de exposição a

variação global de cor registou o valor de 8,83, 8,85 e 11,33 unidades, respectivamente. Os

resultados observados ao fim de dois anos aproximam-se desta forma dos valores num ensaio

QUV, variando apenas cerca de 1,40% em relação aos ensaios às 1000 e 2000 horas de

exposição, contribuindo para uma correcta validação dos resultados obtidos.

4.3.3 Variação do brilho

Em relação à variação do brilho, foram seleccionados os mesmos provetes que no ponto anterior

(provetes de envelhecimento natural destinados ao ensaio mecânico de tracção), pelas mesmas

razões já explicitadas previamente. Assim sendo, o Quadro 4.5 mostra os resultados obtidos

neste ensaio. Como uma das superfícies corresponde à superfície interna do perfil original,

encontram-se diferenças entre as superfícies. Ensaiaram-se ambas, distinguindo-se uma da outra

pelas designações: fibrosa e lisa, uma vez que a superfície interna possui fibras de vidro visíveis

por observação directa.

Quadro 4.5 - Resultados do ensaio da variação de brilho (reflectância).

Amostra Superfície 20º 60º 85º

1 2 3 1 2 3 1 2 3

2 anos – 8T11 Fibrosa 1,0 0,9 0,9 2,4 2,3 2,4 1,5 1,6 1,5

Lisa 4,6 4,4 - 26,3 25,9 - 27,2 27,6 -

2 anos – 8T12 Fibrosa 0,9 1,0 0,9 2,6 2,8 2,9 1,6 1,5 1,9

Lisa 7,1 7,1 - 35,5 35,2 - 32,5 32,7 -

2 anos – 8T13 Fibrosa 2,5 2,4 2,9 16,9 17,4 20,0 14,2 14,5 16,5

Lisa 0,8 0,8 - 1,8 1,6 - 1,0 1,0 -

2 anos – 8T14 Fibrosa 2,1 1,8 2,1 12,7 12,5 13,2 10,0 9,7 9,7

Lisa 0,8 0,8 - 1,7 1,5 - 1,1 1,0 -

2 anos – 8T15 Fibrosa 2,4 2,0 2,2 14,2 13,0 13,2 14,4 12,3 12,0

Lisa 0,9 0,8 - 1,7 1,6 - 1,6 1,4 -


114

Relativamente aos resultados obtidos é de salientar os seguintes dois aspectos:

A grande perda de brilho verificada nas superfícies expostas ao sol na calha é

independente do tipo de superfície. De facto, os primeiros dois provetes tinham a

superfície fibrosa exposta directamente ao sol, enquanto os restantes três tinham a

superfície lisa e os resultados obtidos são todos muito semelhantes, variando entre 0,8-

1,0 a 20º de incidência, 1,6-2,4 a 60º de incidência e 1,0-1,9 a 85º de incidência.

No entanto, na superfície que se encontrava à sombra (menor incidência de radiação UV

durante a maior parte do dia), nota-se que a superfície fibrosa possui menor brilho que a

superfície lisa, de forma algo considerável.

A distinção da superfície exposta ao sol, relativamente à exposta à sombra, apresenta-se no

Quadro 4.6. Este quadro apresenta o resumo do estado do brilho do material, aos dois anos de

exposição, conjugados com resultados obtidos no mesmo ensaio, para o mesmo material num

estado não envelhecido, e expostos a um envelhecimento acelerado na câmara de QUV [4.1],

analogamente ao ensaio de variação da cor.

Quadro 4.6 – Resumo dos resultados aos dois anos.

Ambiente de exposição Superfície Inclinação

20º 60º 85º

Não envelhecido - 4,3 27,7 27,4

QUV 1000h - 3,8 24,3 18,0

QUV 2000h - 0,8 2,6 1,2

QUV 3000h - 0,7 1,4 0,9

2 anos - Env. natural Sol 0,9 2,0 1,4

Sombra 3,7 21,2 19,6

Com base nestes resultados, é possível construir um gráfico que reflicta a perda de brilho ao

longo do tempo, de uma forma comparativa, representado na Figura 4.8.

Os resultados obtidos neste ensaio encontram-se de acordo com o esperado. Além da norma do

ensaio [4.10, 4,11] indicar o valor do ângulo de incidência de 60º como universal, realça-se que

para todos os ângulos de incidência testados a percentagem de brilho do material decresceu em

valores muito significantes devido à exposição solar, onde se regista a retenção de apenas 7% do

brilho original, para um ângulo de incidência de 60º, ao fim de dois anos de exposição. Estes

valores são comparáveis aos valores obtidos no ensaio de QUV durante 3000 horas de

exposição, onde as diferenças em termos comparativos são reduzidas, na ordem dos 2-5%

consoante o grau de incidência considerado.


115

Figura 4.8 – Comparação da evolução do brilho do material.

O brilho do material à sombra corresponde a aproximadamente 77% do brilho original do

material, a 60 º de incidência. Uma vez que este estado implica apenas a maioria do dia solar à

sombra e não a totalidade do mesmo, é expectável alguma perda de brilho, embora pouca,

comprovada pelos resultados obtidos. Bogner et al. [4.9], indica que a perda de brilho decorre

de uma exposição prolongada a radiações ultravioletas, facto que se verifica fortemente,

passados dois anos em condições de “serviço”, e que se pode confirmar facilmente pelo aspecto

dos provetes em comparação com um não envelhecido, representados na Figura 4.9.

Figura 4.9 - Comparação de um provete não envelhecido com três provetes após dois anos de

envelhecimento natural.

00

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Não envelhecido

QUV 1000h QUV 2000h QUV 3000h 2 anos - sol 2 anos - sombra

% d

e b

rilh

o d

o m

ater

ial

20º

60º

85º


116

4.4 Caracterização das propriedades mecânicas dos perfis

GFRP

4.4.1 Análise mecânico-dinâmica

A análise destes resultados é efectuada tendo em consideração a apreciação de dois valores da

temperatura de transição vítrea considerados mais importantes, obtidos através da curva de tan δ

e do módulo de armazenamento (E’). O valor desta grandeza obtido através da primeira curva

situa-se no pico da mesma, ou seja, a temperatura onde se verifica o seu máximo. De um modo

mais conservativo, na outra curva considerada, também é efectuada uma análise da temperatura

onde se inicia o decaimento do módulo de armazenamento, ao longo do tempo. Esta análise é

importante em termos de aplicações estruturais, pois o decaimento desta grandeza (E’) traduz-se

de forma prática numa redução significativa do desempenho mecânico do material.

De modo a possibilitar uma análise comparativa, referem-se no Quadro 4.7 os resultados médios

obtidos para a temperatura de transição vítrea, da análise das curvas individuais (tan δ e E’) de

cada provete testado do Grupo I (Anexo B), e do seu módulo de armazenamento na região vítrea

(considerou-se 30ºC).


117

Quadro 4.7 - Resultados de DMA do Grupo I.

Ambiente de exposição Tempo

[meses]

Temperatura de transição vítrea [ºC] E’região vítrea

[MPa] tan δ E’inicial

Não envelhecido 0 126,9 ± 2,3 98,6 ± 7,0 16090 ± 149

W-20

12 125,2 ± 3,0 99,2 ± 1,9 17176 ± 3339

18 121,2 ± 3,5 87,9 ± 4,7 13007 ± 2426

24 118,8 ± 3,0 93,3 ± 2,3 -

W-40

12 116,4 ± 0,7 99,5 ± 8,8 14763 ± 2548

18 115,9 ± 1,1 93,3 ± 5,8 13990 ± 117

24 116,3 ± 1,9 90,3 ± 3,7 19097 ± 577

W-60

12 125,2 ± 12,8 92,8 ± 4,4 15198 ± 3636

18 130,5 ± 9,4 94,4 ± 8,2 14890 ± 2606

24 119,3 ± 1,8 97,5 ± 1,9 16766 ± 2576

S-20

12 122,5 ± 2,9 93,5 ± 2,1 25002 ± 2685

18 126,9 ± 1,9 98,7 ±4,2 15920 ± 3547

24 119,6 ± 1,6 96,3 ± 2,6 11990 ± 917

S-40

12 124,3 ± 1,0 96,2 ± 2,7 16084 ± 1763

18 120,9 ± 0,2 94,5 ± 8,0 15032 ± 4

24 120,5 ± 1,7 99,2 ± 5,8 13841 ± 4214

S-60

12 123,6 ± 2,2 100,5 ± 2,9 14544 ± 4134

18 121,3 ± 0,3 100,2 ± 0,7 14136 ± 268

24 117,5 ± 0,4 96,1 ± 8,1 12195 ± 3128

Com base nos resultados obtidos e complementando com os resultados obtidos [4.1], é possível

a construção de um gráfico que ilustre a evolução desta propriedade em função do tempo,

representada nas Figuras 4.10 e 4.11, para as duas temperaturas a analisar, em relação às curvas

tan δ e E’, respectivamente.


118

Figura 4.10 – Evolução da temperatura de transição vítrea retirado da curva tan δ dos ambientes do

Grupo I.

Figura 4.11 - Evolução da temperatura de transição vítrea retirado da curva E’ dos ambientes do Grupo I.

Da análise dos resultados obtidos, pode-se considerar que:

Até aos 9 meses de exposição por imersão em água às diferentes temperaturas,

observa-se um decréscimo acentuado do valor médio de ao longo do tempo, em

ambas as curvas consideradas. Contudo, entre os 9 e os 12 meses nota-se uma alteração

nesta tendência verificando-se uma recuperação desta grandeza.

110

115

120

125

130

135

140

145

0 4 8 12 16 20 24

Tg (

tan

δ)

[º C

]

Tempo (meses)

W-20

W-40

W-60

S-20

S-40

S-60

80

85

90

95

100

105

110

115

0 4 8 12 16 20 24

Tg (

E')

[º C

]

Tempo (meses)

W-20

W-40

W-60

S-20

S-40

S-60


119

Várias curvas experimentais individuais obtidas a partir dos 12 meses apresentam

alterações significativas em relação ao material não envelhecido. Estas alterações

ocorreram mais concretamente em imersão em água à temperatura mais elevada

(W-60), e também na solução salina (S-60) embora com menor intensidade. As

alterações em causa indiciam a coexistência de zonas no seio do material com diferentes

graus de plasticização.

A recuperação torna-se evidente nas restantes curvas (mais evidenciada para

temperaturas elevadas, de forma geral), terminando em resultados próximos entre si

para todos os ambientes e registando uma diferença de 5-7 ºC face ao valor inicial.

Nota-se que, ambos os tipos de imersões em água desmineralizada e solução salina, às

diferentes temperaturas, causam variações semelhantes no valor médio de ao longo

do tempo, quando retirado da curva tan δ. No entanto, estas variações nem sempre são

concordantes quando retiradas da curva E’.

Analisando a curva tan δ, verifica-se que a diminuição máxima da temperatura de

transição vítrea ocorre em todos os ambientes considerados aos 9 meses, embora nunca

decresça mais do que 10%. A única excepção é o ambiente W-40 que tem o seu mínimo

registado aos 6 meses.

A recuperação constatada a partir dos 9 meses de exposição, situa-se aos dois anos de

exposição com valores entre 92-94% e 94-98% do valor original de , para a curva

tan δ em relação à imersão em água e solução salina, respectivamente. Por outro lado, a

recuperação no início do decaimento do módulo de armazenamento situa-se entre

92-99% e 97-101%.

Os valores registados para o módulo de armazenamento na zona vítrea (valor de E’ aos

30 ºC) ao longo de todas as colheitas foram pouco consistentes. De facto, os valores

registados aos 12, 18 e 24 meses apresentam-se díspares entre si, registando coeficientes

de variação elevados, o que confirma a tendência verificada neste ponto. No entanto,

note-se que os valores obtidos apresentam uma tendência decrescente com o passar do

tempo a partir dos 12 meses de exposição, verificando-se os maiores decréscimos nas

temperaturas de exposição mais reduzidas.


120

Em termos globais e de acordo com Cabral-Fonseca [4.12], verifica-se que a diminuição do

valor médio de , nos primeiros meses, indica a ocorrência de um fenómeno de plasticização

do material a curto prazo, e hidrólise a longo prazo, normalmente verificado no contacto entre

soluções aquosas e materiais poliméricos. A temperatura, responsável por aumentar a

velocidade dos fenómenos de difusão, pode acelerar a este processo. Este facto é confirmado

pelo rápido decaimento inicial às temperaturas mais elevadas e também pela sua recuperação,

onde se verificam declives maiores, comparativamente às restantes temperaturas.

A partir de um determinado período de imersão situado entre os 9 e 12 meses, o fenómeno de

plasticização sofre um abrandamento, existindo recuperação dos valores de , principalmente

para as temperaturas mais elevadas. Este acontecimento sugere a ocorrência de fenómenos de

pós-cura da matriz de viniléster, estando em concordância e confirmando alguns dos valores do

ensaio de variação de massa, como refere Chin et al. [4.13].

De uma forma geral, os resultados das imersões em água seguem as mesmas tendências que as

soluções salinas, embora as últimas apresentem menor intensidade nas suas variações.

Chu et al. [4.6] ao estudar os fenómenos de absorção de humidade em perfis pultrudidos de

GFRP com matriz de viniléster, constatou que o declínio inicial de absorção encontra um

patamar de recuperação, embora verificado mais cedo, às cerca de 10 a 15 semanas de

exposição. O autor apresenta posteriormente uma queda até as 50 semanas, verificando-se

posteriormente um patamar de alguma estagnação, com reduções máximas na gama 5,7-8%.

Não são referidas as espessuras dos provetes utilizados para o controlo da absorção, apenas os

utilizados nos ensaios mecânicos. Tal facto poderá ter influência na ocorrência deste fenómeno

de forma mais célere. No entanto, nos ambientes expostos a maiores temperaturas coincidiram

as menores reduções verificadas. De forma global, os resultados obtidos pelo autor são

consistentes com os resultados aqui registados.

De modo análogo, apresenta-se o Quadro 4.8, que inclui os resultados de DMA para os provetes

testados do Grupo II.


121

Quadro 4.8 - Resultados de DMA do Grupo II.


[meses]

Temperatura de transição vítrea [ºC] E’região vítrea

[MPa] tan δ E’inicial

Não envelhecido 0 126,9 ± 2,3 98,6 ± 7,0 16090 ± 149

WD-20 6 127,7 ± 1,5 102,7 ± 2,1 13422 ± 2949

12 123,2 ± 8,3 98,0 ± 3,6 12971 ± 2646

WD-40 6 135,3 ± 6,5 94,3 ± 4,2 16294 ± 2512

12 130,0 ± 3,6 94,7 ± 2,9 16082 ± 3094

CCD-40 6 136,0 ± 4,4 96,0 ± 2,0 18390 ± 3228

12 132,3 ± 7,6 96,3 ± 8,5 12612 ± 724

WI-20 6 128, 6 ± 7,2 90,3 ± 9,5 9693 ± 729

12 125,0 ± 2,6 88,3 ± 7,4 10843 ± 1531

WI-40 6 127,3 ± 3,1 103,0 ± 7,0 14152 ± 3356

12 126,5 ± 2,1 69,3 ± 5,8 10510 ± 1789

CCI-40 6 128,0 ± 6,2 86,3 ± 25,9 10324 ± 849

12 129,0 ± 4,6 92,7 ± 1,5 12594 ± 2525

Com base nos resultados obtidos é possível a construção de um gráfico que ilustre a evolução

desta propriedade em função do tempo, representada nas Figuras 4.12 e 4.13, para as duas

temperaturas a analisar, em relação às curvas tan δ e E’, respectivamente.

Figura 4.12 - Evolução da temperatura de transição vítrea retirado da curva tan δ dos ambientes do

Grupo II.

105

110

115

120

125

130

135

140

145

150

0 2 4 6 8 10 12

Tg (

tan

δ)

[º C

]

Tempo (meses)

WD-20

WD-40

CCD-40

WI-20

WI-40

CCI-40


122

Figura .4.13 - Evolução da temperatura de transição vítrea retirado da curva E’ dos ambientes do Grupo II.

Da análise dos resultados obtidos, pode-se constatar que:

As curvas individuais registadas para os provetes protegidos lateralmente foram

bastante diferentes das obtidas para o Grupo I. É possível observar na maioria das

curvas tan δ a existência de dois picos pronunciados em vez de apenas um. A

explicação lógica para este facto consiste na existência de revestimento protector e da

sua passagem para o estado elastomérico. Assim sendo, o revestimento tem um

comportamento viscoelástico diferente do resto do material, contribuindo para uma

variação global positiva da temperatura de transição vítrea. No entanto, a espessura

deste revestimento não é sempre exactamente a mesma, o que produz um ligeiro

aumento do erro associado aos resultados obtidos. Relativamente à curva E’, nota-se na

maioria dos casos a existência de dois declives diferentes para a grandeza, sugerindo

também um efeito do revestimento protector, que neste caso cederá primeiro que o resto

do material. Na análise destas curvas o erro associado ainda é ligeiramente superior ao

registado para as outras curvas como se pode constatar no Quadro 4.8.

As curvas dos provetes para análise do estado seco apresentam um andamento

semelhante às do Grupo I.

Na análise do estado seco (curvas WD) destaca-se o aumento generalizado da

temperatura de transição vítrea em relação aos valores iniciais. Para a curva tan δ

verifica-se que todas as curvas têm a mesma evolução. Destaca-se um aumento em

55

65

75

85

95

105

115

0 2 4 6 8 10 12

Tg (

E')

[º C

]

Tempo (meses)

WD-20

WD-40

CCD-40

WI-20

WI-40

CCI-40


123

relação ao valor inicial, seguido de uma descida. O aumento máximo registado nunca

excede um valor de 7,1%. Apenas à temperatura de 20 ºC o aumento é relativamente

reduzido aos 6 meses, registando-se uma perda de 3% aos 12 meses. Os valores

registados na curva E’ apresentam uma tendência decrescente embora relativamente

reduzida ao longo do tempo, não se registando perdas superiores a 4,4%. Verifica-se

ainda um ligeiro aumento à temperatura de 20 º C aos 6 meses.

Na análise do estado protegido (curvas WI) regista-se uma tendência relativamente

constante da grandeza ao longo do tempo em ambas as curvas. Na primeira curva, aos

primeiros 6 meses nota-se um ligeiro aumento de (máximo de 1,3%) seguido de uma

fase descendente, apresentando valores próximos dos iniciais aos 12 meses, à excepção

da curva CCI-40 que mantém a sua fase crescente até um valor médio 2,1 ºC acima do

inicial. A curva E’ apresenta uma tendência decrescente ao longo do tempo, embora de

uma forma mais errática e com maior erro associado. As perdas desta grandeza chegam

mesmo a valores na ordem de 20,9% para uma das curvas (WI-40), sendo este o valor

máximo de perda associada.

Os valores registados para o módulo de armazenamento na zona vítrea (valor de E’ aos

30ºC) ao longo de todas as colheitas foram pouco consistentes. De facto, como

constatado no Grupo I, registaram-se coeficientes de variação elevados, sendo os

resultados obtidos algo inconclusivos.

Analisando o estado seco, é sugerido que a recuperação da propriedade verificada seja

devida ao processo de reversibilidade na secagem do material. Como já explicitado, do

processo de secagem resulta uma melhoria das propriedades pois acelera de um modo

efectivo os fenómenos pós-cura da matriz de viniléster, permitindo maiores

recuperações e mais céleres desta grandeza em questão.

Em relação aos provetes protegidos, constata-se que o revestimento protector confere

resistência à degradação de , pelo que até aos 12 meses de exposição a variação

máxima nesta grandeza é de 1,3%, estando os valores médios registados muito

próximos dos valores iniciais.

De uma forma geral, conclui-se que as temperaturas mais elevadas e o grau de

humidade acentuam as mudanças verificadas no material, ou seja maiores variações ou

mais acentuadas. A única excepção verificada foi a curva CCI-40 de onde se pode


124

concluir que o revestimento protector funcionou como uma barreira eficaz à humidade

instalada, influenciando os resultados obtidos.

4.4.2 Análise das propriedades em flexão

Para o estudo desta propriedade e tendo em conta todas as condicionantes de durabilidade

pretendidas na investigação, salienta-se que foram realizados ensaios individuais a 160 provetes,

cujos resultados individuais são apresentados no Anexo C, tal como no ensaio de DMA.

Os ensaios e os modos de rotura associados vão de encontro ao esperado, como indicado no

capítulo 3 e encontram-se representados nas Figuras 4.14 e 4.15. Desta forma, é possível a

verificação da rotura na zona central, onde se verifica a quebra da matriz e também a separação

e rotura das fibras.

Figura 4.14 - Curvas experimentais de tensão-deformação tipicamente observadas no ensaio de flexão

Figura 4.15 - Rotura típica de um provete do ensaio de flexão.


125

De modo a possibilitar uma análise comparativa, referem-se no Quadro 4.9 os resultados médios

obtidos para a tensão axial de flexão na rotura, a deformação axial na rotura e o módulo de

elasticidade em flexão, para provetes do Grupo I.

Quadro 4.9 - Resultados médios obtidos dos ensaios de flexão para o Grupo I.

Ambiente de exposição Tempo Ef

[meses] [MPa] [GPa]

Não envelhecido 0 537,0 ± 73,0 0,025 ± 0,005 28,4 ± 3,4

W-20

12 459,1 ± 41,8 0,022 ± 0,001 19,1 ± 2,7

18 441,4 ± 31,6 0,023 ± 0,001 19,7 ± 0,7

24 424,1 ± 69,5 0,021 ± 0,003 20,8 ± 0,5

W-40

12 434,9 ± 17,2 0,020 ± 0,001 20,0 ± 1,6

18 421,1 ± 34,8 0,018 ± 0,003 23,2 ± 4,7

24 390,0 ± 52,9 0,018 ± 0,002 22,8 ± 2,0

W-60

12 310,1 ± 31,5 0,020 ± 0,001 15,5 ± 1,6

18 309,1 ± 19,5 0,017 ± 0,0005 18,8 ± 1,6

24 281,1 ± 34,8 0,017 ± 0,002 21,6 ± 2,4

S-20

12 473,3 ± 28,3 0,024 ± 0,002 17,8 ± 1,9

18 501,4 ± 28,8 0,020 ± 0,004 23,6 ± 1,5

24 441,6 ± 53,6 0,022 ± 0,002 22,2 ± 2,6

S-40

12 433,4 ± 43,2 0,022 ± 0,001 19,0 ± 2,7

18 471,9 ± 60,0 0,021 ± 0,002 22,0 ± 3,9

24 398,6 ± 16,5 0,021 ± 0,001 21,9 ± 0,6

S-60

12 380,9 ± 40,0 0,020 ± 0,001 18,5 ± 1,9

18 349,3 ± 23,6 0,019 ± 0,001 18,1 ± 1,7

24 360,4 ± 29,2 0,019 ± 0,001 20,6 ± 1,5

NE 12 496,1 ± 13,5 0,030 ± 0,002 18,0 ± 2,4

24 527,8 ± 42,9 0,031 ± 0,002 22,0 ± 2,7

Através dos resultados obtidos, complementados com resultados anteriores [4.1] é possível a

obtenção de gráficos que ilustrem a evolução destas propriedades ao longo do tempo de

exposição, de um modo análogo à análise dinâmico-mecânica, apresentadas nas Figuras 4.16,

4.17 e 4.18.


126

Figura 4.16 - Evolução da tensão de rotura à flexão ao longo do tempo para provetes de Grupo I.

Figura 4.17 - Evolução da deformação na rotura à flexão ao longo do tempo para provetes de Grupo I.

0

100

200

300

400

500

600

700

0 4 8 12 16 20 24

Ten

são

de

rotu

ra [

MP

a]

Tempo (meses)

W-20

W-40

W-60

S-20

S-40

S-60

NE

0,000

0,005

0,010

0,015

0,020

0,025

0,030

0,035

0 4 8 12 16 20 24

Def

orm

ação

na

rotu

ra

Tempo (meses)

W-20

W-40

W-60

S-20

S-40

S-60

NE


127

Figura 4.18 - Evolução do módulo de elasticidade em flexão ao longo do tempo para provetes do Grupo I.

Analisando os resultados obtidos, pode-se constatar que:

Verifica-se uma tendência de degradação geral da tensão de rotura à flexão ao longo

do tempo.

No entanto, aos 12 meses de exposição denota-se uma recuperação desta propriedade,

ocorrendo um ligeiro aumento da mesma (na ordem dos 3%) para os ambientes imersos

em água, com excepção da temperatura de 60 ºC, que se mantém descendente ao longo

de dois anos. A recuperação é mais evidente nos ambientes imersos em soluções salinas

prolongando e acentuando a recuperação até aos 18 meses de exposição até um máximo

de 12,5%, seguida de uma nova queda.

Esta recuperação pode ser justificada de um modo semelhante ao ensaio de DMA,

evidenciando um patamar de pós-cura no seio da matriz de viniléster, comprovada pela

recuperação de massa registada nestas alturas (apresentadas no subcapítulo 4.3.1). No

entanto, problemas mecânicos registados na utilização da máquina para os ensaios,

atrasaram alguns dos ensaios de ambos os Grupos de exposição aos 18 meses, o que

poderá ter interferir de certo modo nos resultados

Todos os ambientes registam perdas finais evidenciando a degradação ao longo dos dois

anos de exposição, com excepção dos provetes de envelhecimento natural. De facto,

registam-se perdas de 21,1%, 27,4% e 47,7% para os provetes imersos em água a 20 ºC,

0

5

10

15

20

25

30

0 4 8 12 16 20 24

Mo

du

lo d

e el

asti

cid

ade

em f

lexã

o [

GP

a]

Tempo (meses)

W-20

W-40

W-60

S-20

S-40

S-60

NE


128

40 ºC e 60 ºC, respectivamente. Já nas soluções salinas observam-se perdas de 17,8%,

25,8% e 32,9% para os ambientes expostos a 20 ºC, 40 ºC e 60 ºC, respectivamente.

Destaca-se deste modo a aceleração da degradação desta propriedade consoante o

aumento de temperatura, sendo maior o seu efeito em imersões em água.

Todos os ambientes apresentam maior degradação que os provetes de envelhecimento

natural. Estes sofrem uma descida de 7,7% passado um ano de exposição mas o seu

valor médio apresenta uma recuperação aos dois anos de exposição, terminando com

uma redução na ordem dos 2%. Destaca-se a grande diferença na degradação desta

propriedade, quando em contacto pontual com a água ou na forma de imersão.

Em relação à deformação na rotura verifica-se, além de alguma oscilação geral da

grandeza nos primeiros meses de exposição, nota-se uma tendência decrescente a partir

dos 9 meses, prolongando-se até aos 18 meses de exposição. No restante tempo de

exposição existem apenas ligeiras variações mantendo-se o valor médio praticamente

constante. A única excepção a esta tendência volta a ser o ambiente de exposição

natural, que apresenta um aumento do deslocamento na rotura de 24%.

As maiores diferenças na deformação verificam-se nos ambientes com temperaturas

mais elevadas, sendo maiores também nos ambientes imersos em água.

Registam-se perdas máximas de 32% para o ambiente W-60 e perdas mínimas de 12%

verificadas no ambiente S-20.

Já o módulo de elasticidade em flexão continua a apresentar uma tendência

decrescente que já vinha manifestando até aos 12 meses de exposição, atingindo nesta

data as suas perdas máximas. Posteriormente, esta propriedade apresenta uma

recuperação evidenciada até aos 24 meses de exposição. Este aumento de rigidez é

compatível com a possível existência de alguma pós-cura já referida.

As perdas máximas continuam a ser verificadas para maiores temperaturas de exposição

registando-se uma perda de 45,4% para o ambiente W-60. As perdas mínimas

registam-se na curva experimental W-40 para a qual ocorre uma redução de 29,6% da

propriedade.


129

Na propriedade em questão já não é conclusivo que as imersões em água apresentem

mais degradação que as imersões salinas.

Ao fim de 24 meses de exposição a recuperação atingida implica perdas entre 19,7% e

27,5% para os ambientes W-40 e S-60, respectivamente, em relação aos valores iniciais,

evidenciando a recuperação bem visível na Figura 4.14.

De modo análogo, apresenta-se o Quadro 4.10, que inclui os resultados de flexão para os

provetes do Grupo II.

Quadro 4.10 - Resultados médios obtidos dos ensaios de flexão para o Grupo II.

Ambiente de exposição Tempo Ef

[meses] [MPa] [GPa]

Não envelhecido 0 537,0 ± 73,0 0,025 ± 0,005 28,4 ± 3,4

WD-20 6 435,4 ± 36,3 0,022 ± 0,002 23,7 ± 2,2

12 479,8 ± 60 0,027 ± 0,003 21,1 ± 0,8

WD-40 6 454,2 ± 53,9 0,023 ± 0,002 21,8 ± 4,2

12 465,5 ± 65,3 0,025 ± 0,003 20,2 ± 2,5

CCD-40 6 465,7 ± 11,7 0,023 ± 0,002 22,7 ± 2,3

12 421,2 ± 61,1 0,022 ± 0,002 21,1 ± 3,6

WI-20 6 513,0 ± 17,0 0,024 ± 0,003 21,4 ± 2,6

12 412,6 ± 37,8 0,023 ± 0,002 20,1 ± 1,5

WI-40 6 490,9 ± 42,5 0,024 ± 0,002 20,1 ± 2,7

12 382,9 ± 83,9 0,020 ± 0,001 20,9 ± 3,7

CCI-40 6 428,9 ± 27,1 0,018 ± 0,003 27,1 ± 20,3

12 389,6 ± 46,8 0,022 ± 0,002 19,3 ± 1,8

Com base nos resultados, obtidos é possível a construção de gráficos que demonstrem a

evolução destas propriedades em função do tempo, representados nas Figuras 4.19, 4.20 e 4.21.


130

Figura 4.19 - Evolução da tensão de rotura à flexão ao longo do tempo para provetes de Grupo II.

Figura 4.20 - Evolução da deformação na rotura à flexão ao longo do tempo para provetes de Grupo II.

00

100

200

300

400

500

600

700

0 2 4 6 8 10 12

Ten

são

de

rotu

ra [

MP

a]

Tempo (meses)

WD-20

WD-40

CCD-40

WI-20

WI-40

CCI-40

0,000

0,005

0,010

0,015

0,020

0,025

0,030

0,035

0 2 4 6 8 10 12

Def

orm

ação

na

rotu

ra

Tempo (meses)

WD-20

WD-40

CCD-40

WI-20

WI-40

CCI-40


131

Figura 4.21 - Evolução do módulo de elasticidade em flexão ao longo do tempo para provetes do Grupo II.

Através dos resultados obtidos, pode-se constatar que:

A tensão de rotura tende a degradar-se ao longo do tempo, embora de um modo menos

acelerado em comparação com o Grupo I, como resultado de fenómenos de

plasticização e hidrólise do material.

As perdas registadas ao fim de 12 meses atingiram um máximo de 27,5% e um mínimo

de 10,6% nos ambientes WI-40 e WD-20 respectivamente.

De um modo geral, a temperatura acentua os fenómenos de degradação desta

propriedade, verificando-se ainda um impacto maior da humidade constante nas curvas

de condensação em contínuo em comparação com as restantes.

Ao fim de 12 meses, os provetes protegidos evidenciam maiores perdas que os provetes

que foram secos antes de serem ensaiados.

É evidenciada uma recuperação da tensão de rotura para os provetes de secagem

imersos em água à temperatura de 20 ºC e de 40 ºC. Este facto, também verificado no

primeiro grupo, pode ser resultado dos possíveis efeitos de pós-cura na matriz de

viniléster já mencionados. De facto, todo o processo de secagem pode contribuir para

este efeito, igualmente verificado nos ensaios de DMA. No entanto, o ambiente exposto

à humidade não apresenta esta melhoria de desempenho.

0

5

10

15

20

25

30

35

0 2 4 6 8 10 12

Mó

du

lo d

e el

asti

cid

ade

em f

lexã

o [

GP

a]

Tempo (meses)

WD-20

WD-40

CCD-40

WI-20

WI-40

CCI-40


132

O coeficiente de variação é relativamente grande, para alguns ambientes de exposição.

Tal facto pode estar relacionado com a espessura do revestimento aplicado não ser

exactamente igual em todos os provetes, o que poderá ter induzido diferentes taxas de

deterioração da mesma, contribuindo assim para uma degradação menos homogénea

nos provetes de isolamento lateral, onde se nota um aumento do erro com o passar do

tempo. Nos provetes de secagem estes valores poderão estar relacionados com a

reversibilidade na secagem, visto que esta se processa de modo diferente consoante o

grau de degradação dos provetes.

A deformação na rotura apresenta uma tendência decrescente ao fim de 6 meses,

registando-se diminuições na ordem dos 10%. A sua maior redução encontra-se no

ambiente CCI-40. Já aos 12 meses os valores apresentam tendências distintas,

registando-se aumentos para os mesmos provetes que evidenciam recuperação de tensão

de rotura e diminuições nos restantes. As perdas ao fim de 12 meses variam entre um

ganho de 8% e uma perda de 20% em relação ao valor inicial para os ambientes WD-20

e WI-40, respectivamente.

O módulo de elasticidade em flexão encontra-se com uma tendência descendente para

todas as curvas durante todo o intervalo de tempo considerado. De facto a degradação

desta propriedade é relativamente linear para todas as curvas apresentadas,

encontrando-se todas com valores algo próximos uns dos outros passado um ano.

As perdas máximas registadas situam-se entre os 25,7% e os 32,0% para os ambientes

WD-20 e CCI-40, respectivamente.

Os fenómenos de recuperação desta grandeza verificados no Grupo I apenas ocorrem a

partir de um ano de exposição, pelo que a tendência decrescente desta propriedade

poderá não se manter.

A comparação desta propriedade com os provetes do Grupo I não apresenta grandes

diferenças, sendo a degradação verificada ligeiramente menor.

De uma forma geral, os provetes de secagem apresentam degradações menos

acentuadas que os de protecção lateral, sendo sempre influenciadas pelo aumento de

temperatura e exposição a humidade prolongada.


133

Realça-se, por fim, que comparativamente aos provetes do Grupo I, ambas as variantes

demonstram menor degradação ao longo do tempo, sugerindo que a protecção lateral

aplicada e a reversibilidade do processo de secagem influenciam a taxa de degradação

desta propriedade, aumentando consequentemente a retenção desta propriedade.

Os resultados obtidos encontram-se em conformidade com as colheitas já realizadas aos 3, 6 e 9

meses de exposição [4.1].

Liao et al. [4.3] caracterizou as propriedades em flexão de material retirado de perfis

pultrudidos GFRP com matriz de viniléster, num sistema de flexão em 4 pontos. De um modo

semelhante, o autor registou degradação da tensão de rotura ao longo do tempo, onde ao fim de

3900 horas de exposição, provetes imersos em água desmineralizada e numa solução salina com

5% de concentração de sal apresentaram reduções de 12% e 13%, respectivamente, à

temperatura ambiente. Aqueles autores reportaram também o forte efeito da temperatura, onde

após 2400 horas de exposição em água a 75 ºC se registou uma redução de 40% nesta

propriedade. Em relação ao módulo de elasticidade, registou-se uma perda de 10% para este

ultimo ambiente. As restantes perdas revelaram-se pouco significativas ao longo da experiência.

4.4.3 Análise das propriedades em tracção

Num processo análogo ao ensaio anterior, foram realizados ensaios individuais a 160 provetes,

cujos resultados individuais são apresentados no Anexo D.

Os ensaios e modos de rotura apresentados decorreram como esperado e encontram-se

representados nas Figura 4.22 e 4.23. Neste, a zona de rotura e a delaminação associada são bem

visíveis.


134

Figura 4.22 - Curvais experimentais de tensão-deformação tipicamente observadas no ensaio de tracção

Figura 4.23 - Rotura típica de um provete do ensaio de tracção.

De modo a possibilitar uma análise comparativa, encontra-se o Quadro 4.11 lista os resultados

médios obtidos para a tensão de tracção axial na rotura, a deformação axial na rotura e o módulo

de elasticidade em tracção, para provetes do Grupo I.

Deformação em tracção ( ) [%]

Te

ns

ão

de

tr

ac

çã

o

(

)

[

M

Pa

]


135

Quadro 4.11 - Resultados médios obtidos dos ensaios de tracção para o Grupo I.

Ambiente de exposição Tempo Et

[meses] [MPa] [%] [GPa]

Não envelhecido 0 394,0 ± 52,0 1,12 ± 0,15 38,9 ± 4,0

W-20

12 419,0 ± 6,0 1,13 ± 0,11 40,3 ± 3,6

18 424,0 ± 8,6 1,19 ± 0,11 37,3 ± 3,0

24 364,0 ± 66,0 0,91 ± 0,31 36,2 ± 4,2

W-40

12 310,0 ± 52,0 0,88 ± 0,08 35,3 ± 5,5

18 347,0 ± 41,2 1,05 ± 0,17 34,1 ± 3,8

24 358,0 ± 38,5 1,05 ± 0,14 33,9 ± 2,2

W-60

12 296,0 ± 43,0 0,83 ± 0,17 35,4 ± 5,5

18 244,0 ± 26,6 0,71 ± 0,13 36,1 ± 4,6

24 256,0 ± 19,0 0,76 ± 0,12 34,7 ± 2,4

S-20

12 372,0 ± 51,0 1,08 ± 0,08 35,7 ± 2,6

18 393,0 ± 45,3 1,16 ± 0,13 32,8 ± 1,6

24 391,0 ± 39,4 1,06 ± 0,04 37,6 ± 3,1

S-40

12 352,0 ± 50,0 1,02 ± 0,11 35,9 ± 4,6

18 355,0 ± 45,3 1,01 ± 0,09 38,8 ± 3,5

24 381,0 ± 52,4 1,15 ± 0,18 32,7 ± 1,8

S-60

12 331,0 ± 50,0 1,04 ± 0,13 32,8 ± 1,4

18 335,0 ± 21,5 0,88 ± 0,16 36,8 ± 3,3

24 300,0 ± 28,0 0,93 ± 0,13 32,6 ± 4,0

NE 12 381,0 ± 42,0 1,10 ± 0,11 38,9 ± 4,0

24

Através dos resultados obtidos, complementados com resultados anteriores [4.1], é possível a

definição de gráficos que demonstrem a evolução destas propriedades ao longo do tempo de

exposição, apresentados nas Figuras 4.24, 4.25 e 4.26.


136

Figura 4.24 - Evolução da tensão de rotura à tracção ao longo do tempo para provetes de Grupo I.

Figura 4.25 - Evolução da deformação na rotura à tracção ao longo do tempo para provetes de Grupo I.

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

0 4 8 12 16 20 24

Ten

são

de

rotu

ra [

MP

a]

Tempo (meses)

W-20

W-40

W-60

S-20

S-40

S-60

NE

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

0 4 8 12 16 20 24

Def

orm

ação

na

rotu

ra [

%]

Tempo (meses)

W-20

W-40

W-60

S-20

S-40

S-60

NE


137

Figura 4.26 - Evolução do módulo de elasticidade em tracção ao longo do tempo para provetes do Grupo I.

Analisando os resultados obtidos, constata-se que:

A tensão de rotura observada degrada-se, de um modo geral, ao longo do tempo.

No entanto, a partir dos 9 meses verifica-se a recuperação desta propriedade,

exceptuando o ambiente W-60. De facto, a existência por esta altura de fenómenos de

pós-cura, já evidenciados nos outros ensaios, também se faz sentir. As maiores

recuperações verificam-se nos ambientes com menor temperatura de exposição, onde o

menor efeito degradativo pode contribuir para este facto, chegando a atingir 21,8% na

curva W-20.

As maiores perdas verificadas registam-se para os ambientes submetidos a temperaturas

mais elevadas, atingindo uma perda máxima de 38,1% para água desmineralizada e

23,9% para água salgada, sugerindo um maior efeito degradativo consoante o aumento

da temperatura de imersão.

Ao fim de dois anos de exposição verifica-se, de um modo geral, que as imersões em

água desmineralizada apresentam maiores efeitos degradantes do que as imersões

salinas, análogo ao constatado em flexão no primeiro grupo. As perdas verificadas ao

fim deste tempo variam entre 1,0-35,1%, evidenciando ainda sinais da recuperação

desta propriedade nos ambientes sujeitos às temperaturas de 20 ºC e de 40 ºC.

0

10

20

30

40

50

60

0 4 8 12 16 20 24

Mó

du

lo d

e el

asti

cid

ade

em t

racç

ão [

GP

a]

Tempo (meses)

W-20

W-40

W-60

S-20

S-40

S-60

NE


138

Os provetes expostos de envelhecimento natural apresentam menor degradação do que a

maioria dos restantes ao fim de um ano de exposição, apresentando uma perda de

apenas 3,3%.

Salienta-se ainda que os coeficientes de variação registados neste ensaio para a tensão

de rotura foram relativamente elevados para alguns ambientes.

Em relação à deformação na rotura observam-se valores tendencialmente

decrescentes, apresentando ligeiros aumentos ao fim de um ano de exposição, à

excepção do ambiente W-40.

De igual modo às restantes propriedades, as imersões em água à temperatura mais

elevada são os que apresentam maiores reduções, sendo o factor temperatura mais

condicionante. A redução máxima registada é de 36,7%, no ambiente W-60.

Esta propriedade apresenta mudanças desprezáveis para o ambiente de envelhecimento

natural onde ao fim de ano apenas varia 1,8%.

Ao fim de dois anos de exposição a deformação na rotura encontra-se muito semelhante

aos valores iniciais, exceptuando o ambiente W-60 com uma variação de 32,2 %. As

restantes encontram-se entre um aumento de 2,6% para o ambiente S-40 e 18,8%. Para

o ambiente W-20. Salienta-se também que de forma geral, esta propriedade em tracção

assume variações muito reduzidas ao longo de toda a exposição, nunca atingindo

variações significativas.

O módulo de elasticidade em tracção apresenta uma tendência decrescente ao longo

do tempo. No entanto, salienta-se que todos os ambientes de exposição apresentam

oscilações iniciais. A partir dos 12 meses de exposição, verificam-se recuperações já

evidenciadas noutras propriedades.

A redução máxima desta propriedade verifica-se ao fim de 2 anos de exposição para o

ambiente S-60, atingindo 16,2%. A redução mínima consiste apenas em 3,4% verificada

no ambiente S-20 que evidencia sinais de pós-cura na última colheita realizada.

Apresenta-se, de seguida, os restantes resultados médios do ensaio de tracção para os provetes

do Grupo II, apresentados no Quadro 4.12.


139

Quadro 4.12 - Resultados médios obtidos dos ensaios de tracção para o Grupo II.

Ambiente de exposição Tempo Et

[meses] [MPa] [GPa]

Não envelhecido 0 394,0 ± 52,0 1,12 ± 0,15 38,9 ± 4,0

WD-20 6 398,0 ± 49,9 0,90 ± 0,25 36,7 ± 5,2

12 413,0 ± 43,1 1,22 ± 0,09 35,9 ± 4,6

WD-40 6 404,0 ± 58,0 1,14 ± 0,18 34,3 ± 3,2

12 393,0 ± 57,7 1,21 ± 0,14 33,8 ± 2,2

CCD-40 6 390,0 ± 52,0 1,12 ± 0,15 36,2 ± 3,3

12 369,0 ±47,9 1,11 ± 0,14 34,1 ± 3,9

WI-20 6 439,0 ± 24,2 1,23 ± 0,11 37,5 ± 2,6

12 388,0 ± 46,1 1,09 ± 0,19 33,8 ± 1,7

WI-40 6 388,0 ± 39,7 1,15 ± 0,11 36,1 ± 2,6

12 386,0 ± 45,8 1,06 ± 0,12 36,5 ± 5,7

CCI-40 6 412,0 ± 11,0 1,19 ± 0,13 36,5 ± 4,6

12 362,0 ± 33,7 1,06 ± 0,11 33,7 ± 4,5

Nas Figuras 4.27, 4.28 e 4.29, apresentam-se do mesmo modo a evolução destas propriedades

ao longo do tempo.

Figura 4.27 - Evolução da tensão de rotura à tracção ao longo do tempo para provetes de Grupo II.

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

0 2 4 6 8 10 12

Ten

são

de

rotu

ra [

MP

a]

Tempo (meses)

WD-20

WD-40

CCD-40

WI-20

WI-40

CCI-40


140

Figura 4.28 - Evolução da deformação na rotura à tracção ao longo do tempo para provetes de Grupo II.

Figura 4.29 - Evolução do módulo de elasticidade em tracção ao longo do tempo para provetes do

Grupo II.

Analisando os resultados dos provetes do Grupo II, verifica-se que:

A tensão de rotura apresenta pequenas variações para todos os ambientes ao longo de

um ano de exposição.

Ao fim de um ano de exposição, a variação desta propriedade encontra-se entre uma

recuperação máxima de 11,4%, verificada no ambiente WI-20, e uma redução de apenas

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

0 2 4 6 8 10 12

Def

orm

ação

na

rotu

ra [

%]

Tempo (meses)

WD-20

WD-40

CCD-40

WI-20

WI-40

CCI-40

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 2 4 6 8 10 12

Mó

du

lo d

e el

asti

cid

ade

em t

raçc

ão [

GP

a]

Tempo (meses)

WD-20

WD-40

CCD-40

WI-20

WI-40

CCI-40


141

1,53%, em WI-40. Note-se que esta recuperação máxima é verificada apenas num

ambiente. O segundo maior aumento desta propriedade (CCI-40) é de 4,6%.

No entanto, do final de um ano de exposição já se nota o efeito da degradação em

alguns ambientes de exposição, tendo mais relevância os expostos a temperaturas mais

elevadas e a condições de humidade. A perda máxima de propriedade registada foi de

8,13% para o ambiente CCI-40. Apenas a curva WD-20 apresenta a continuação da

recuperação atingindo um aumento de 4,8%.

A protecção lateral introduzida e o processo de reversibilidade na secagem contribuíram

para uma menor degradação geral dos provetes em estudo.

A deformação na rotura também regista pequenas alterações semelhantes às do grupo

I, tendo a sua diminuição máxima o valor de 19,7%.

O módulo de elasticidade em tracção apresenta valores muito próximos em todos os

ambientes ao longo do tempo. Esta propriedade regista uma tendência descendente

estando a redução máxima situada aos 12 meses de exposição. O valor máximo e

mínimos registados ao final de um ano de exposição corresponde a 13,4% para a curva

CCI-40, e 6,2% para a curva WI-40.

Destaca-se também que nos ambientes a temperaturas elevadas, o aumento da humidade

produziu as maiores degradações registadas.

Kharbari e Zhang [4.4], ao analisar esta propriedade em materiais com matriz polimérica de

viniléster reforçados com fibras de vidro uniaxialmente, constatam que em imersões em água a

23 ºC e 60 ºC, produzem efeitos de degradação significativos. Uma vez mais, nesse estudo os

efeitos da degradação foram maiores a 60 ºC chegando a atingir os 47,5% de redução em termos

da tensão de rotura em tracção. Os autores notam também a existência de um efeito de pós-cura,

situado entre as 4 e as 8 semanas. O módulo de elasticidade em tracção apresentou uma perda de

11,6% ao fim de 57 semanas de exposição apresentando-se oscilante como constatado nos

resultados aqui obtidos.

Já Chu et al. [4.6] constataram, uma redução na tensão de rotura ao fim de 50 semanas de

aproximadamente 28%, 42% e 56% para imersões em água a 23 ºC, 40 ºC e 60 ºC,

respectivamente, utilizando perfis pultrudidos de GFRP com matriz de viniléster. No entanto, os


142

autores analisaram o processo de reversibilidade, secando os provetes durante 28 dias após

remoção dos ambientes de exposição, e verificara que este processo melhorou as propriedades

em tracção, nomeadamente a tensão de rotura onde comparando com valores obtidos, registaram

um aumento de 27,3%, 11,8% e 6,9% ao fim do mesmo tempo de exposição, para as imersões a

23 ºC, 40 ºC e 60 ºC, respectivamente.

4.4.4 Análise das propriedades em corte interlaminar

Foram realizados ensaios individuais a 160 provetes de modo a permitir uma análise do

comportamento ao corte interlaminar deste material ao longo do tempo, cujos resultados

individuais se encontram no Anexo E.

Os ensaios e os modos de rotura associados vão de encontro ao esperado e encontram-se

representados na Figura 4.30 e 4.31. Constata-se a deformação do provete e a delaminação do

mesmo em várias camadas.

Figura 4.30 - Curvais experimentais da força-deslocamento tipicamente observadas no ensaio de corte

interlaminar.

Figura 4.31 - Rotura típica de um provete do ensaio de corte interlaminar.


143

Os resultados médios obtidos no ensaio ao corte interlaminar para provetes do Grupo I

encontram-se listados no Quadro 4.13.

Quadro 4.13 - Resultados médios obtidos dos ensaios ao corte interlaminar para o Grupo I.


[meses] [MPa]

Não envelhecido 0 39,2 ± 4,2

W-20

12 35,8 ± 2,6

18 39,5 ± 1,3

24 36,6 ± 2,5

W-40

12 31,0 ± 3,3

18 30,4 ± 2,7

24 28,5 ± 2,7

W-60

12 23,7 ± 1,7

18 23,2 ± 1,6

24 18,7 ± 1,5

S-20

12 37,5 ± 1,9

18 36,6 ± 3,1

24 35,6 ± 3,4

S-40

12 32,0 ± 3,0

18 32,4 ± 2,4

24 23,1 ± 6,6

S-60

12 24,3 ± 1,8

18 24,1 ± 1,1

24 19,4 ± 1,5

NE 12 40,5 ± 2,7

24 31,5 ± 3,4

Os resultados obtidos, complementados com resultados anteriores [4.1] permitiram a obtenção

de um gráfico que ilustra a evolução desta propriedade ao longo do tempo de exposição,

apresentado na Figura 4.31.


144

Figura 4.32 - Evolução da tensão de rotura ao corte interlaminar ao longo do tempo para provetes de

Grupo I.

Analisando os resultados obtidos, constata-se que:

A tendência da tensão de rotura é de diminuição ao longo do tempo. No entanto, a

partir dos 9 meses ocorre uma recuperação desta propriedade, verificada em todos os

ambientes de imersão. A recuperação máxima desta propriedade ocorre aos 18 meses de

exposição para o ambiente W-20, onde se nota uma melhoria de 10,3% em relação à

colheita anterior, atingindo praticamente os valores iniciais de rotura.

De forma geral, verifica-se um patamar de estagnação entre os 12 e os 18 meses,

retomando-se posteriormente a degradação desta propriedade.

As perdas finais ao fim de dois anos de exposição variam entre um mínimo de 6,6%

para o ambiente W-20 e um máximo de 52,3% para o ambiente W-60.

Para esta propriedade, é evidente a influência da temperatura de exposição na sua

degradação onde as temperaturas elevadas contribuíram para a sua diminuição de um

modo mais acentuado. Existe também uma ligeira tendência para as perdas ao longo do

tempo serem maiores nos ambientes de água desmineralizada que nos dos de imersão

salina, quando comparados às mesmas temperaturas. No entanto, as diferenças são

muito reduzidas e na colheita final, este facto não se verifica à temperatura de 40 ºC.

00

05

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 4 8 12 16 20 24

Ten

são

de

rotu

ra [

MP

a]

Tempo (meses)

W-20

W-40

W-60

S-20

S-40

S-60

NE


145

Relativamente ao ambiente de envelhecimento natural, esta propriedade apresenta ao

final de um ano de exposição uma recuperação de 3,3% em relação ao valor inicial,

sugerindo a existência dos mesmos fenómenos de pós-cura registados nos outros

ambientes. No entanto, a degradação desta propriedade acentua-se ao fim de dois anos

de exposição, registando valores menores comparativamente às imersões a 20 ºC,

terminando com uma redução de 19,7% em relação ao valor inicial.

Do mesmo modo, apresentam-se no Quadro 4.14 os resultados do Grupo II e na Figura 4.28 a

evolução da tensão de rotura ao longo do tempo de exposição.

Quadro 4.14 - Resultados médios obtidos dos ensaios ao corte interlaminar para o Grupo II.


[meses] [MPa]

Não envelhecido 0 39,2 ± 4,2

WD-20 6 36,5 ± 2,4

12 36,3 ± 6,3

WD-40 6 38,2 ± 1,1

12 28,3 ± 3,0

CCD-40 6 36,4 ± 3,9

12 28,5 ± 1,4

WI-20 6 42,7 ± 1,7

12 33,5 ± 2,1

WI-40 6 38,0 ± 3,3

12 29,4 ± 1,5

CCI-40 6 36,6 ± 2,0

12 25,4 ± 4,7


146

Figura 4.33 - Evolução da tensão de rotura ao corte interlaminar ao longo do tempo para provetes de

Grupo II.

Analisando os resultados obtidos, é possível notar que:

A tensão de rotura degrada-se ao longo do tempo.

No entanto, apresenta apenas ligeiras variações ao fim de seis meses, evidenciando uma

recuperação de 8,9% apenas no ambiente WI-20. Os restantes apresentam perdas entre

7,2% (CCD-40) e 2,6% (WD-40).

Ao fim de um ano de exposição já é mais evidente o fenómeno de degradação,

especialmente nos ambientes expostos a temperaturas mais elevadas. Nota-se reduções

entre os 6,9% e 35,2% para os ambientes WD-20 e CCI-40.

Tal como no Grupo I, é evidente a influência da temperatura e da presença da humidade

na degradação desta propriedade.

De uma forma geral, os ambientes em estudo apresentam menores degradações quando

comparadas com os provetes à mesma temperatura do primeiro Grupo, relativamente

aos 6 meses de exposição. No entanto, comparativamente ao primeiro Grupo, o

fenómeno de pós-cura não é evidenciado aos 12 meses, com excepção do ambiente

WD-20. Em alguns casos, o fenómeno de pós cura verificado ocorreu mais tarde, o que

poderá também acontecer neste caso.

00

05

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 2 4 6 8 10 12

Ten

são

de

rotu

ra [

MP

a]

Tempo (meses)

WD-20

WD-40

CCD-40

WI-20

WI-40

CCI-40


147

Karbhari [4.14] analisou o efeito desta propriedade em materiais com matriz polimérica de

viniléster reforçados com fibras de vidro uniaxialmente, em soluções imersas a 23 ºC, 40 ºC e

60 ºC, onde constatou que os valores de um modo geral, apresentaram um rápido decaimento

inicial seguido de uma recuperação associada a efeitos de pós-cura e terminando depois com

uma lenta redução ao longo do tempo durante o restante tempo de exposição. A temperatura

voltou a ser uma grande condicionante da degradação tendo-se registado as perdas maiores à

temperatura de 60 ºC com uma redução de 41% ao fim de 225 semanas de exposição. Após um

ano, as perdas variaram entre os 3% e 15%, o que se encontra em conformidade com os

resultados aqui obtidos.

Chu et al. [4.6], utilizando material retirado de perfis pultrudidos de GFRP com matriz de

viniléster, de modo análogo ao ensaio de tracção, constataram uma redução na tensão de rotura

do corte interlaminar ao fim de um ano de aproximadamente 13%, 32% e 38% para imersões

em água desmineralizada a 23 ºC, 40 ºC e 60 ºC, respectivamente. O processo de reversibilidade

foi também efectuado, onde se registou que o processo melhorou as propriedades da tensão de

rotura por corte interlaminar, embora de um modo menos acentuado que no ensaio de tracção.

As perdas em relação aos provetes iniciais para os provetes secos foram de 10%, 29% e 36% ao

fim de 1 ano de exposição, para as imersões a 23 ºC, 40 ºC e 60 ºC, respectivamente.

4.5 Síntese dos resultados

O estudo da absorção de humidade permite concluir que, como esperado, todos os provetes

viajantes apresentam um comportamento aproximadamente Fickiano. A absorção é superior ao

longo de 24 meses de exposição nos ambientes de imersão em água desmineralizada em relação

aos ambientes em solução salina. Note-se também que a temperatura demonstra, de um modo

geral, acelerar a absorção de humidade em ambos os Grupos, suportada pelo aumento

consistente do coeficiente de difusão à medida que a temperatura aumenta. Os resultados sobre

a influência do revestimento protector na absorção de humidade apresentam algumas

discrepâncias em relação ao esperado. De facto, o revestimento não consistiu numa barreira

totalmente eficaz à absorção de humidade em termos de variação de massa, registando-se

resultados de absorção muito semelhantes. Uma possível explicação reside na existência de

algum grau de saturação prévio que influencie os resultados. No entanto, os coeficientes de

difusão registados diminuem à medida que o grau de protecção aumenta o que suporta esta

suposição.

O material sujeito a envelhecimento natural apresenta variações significativas de cor e brilho,

comparáveis ao envelhecimento acelerado em câmara QUV a 1000 e 2000 horas. A perda de cor


148

e brilho é directamente observável e comprovada pelas técnicas de análise utilizadas para a

quantificação destas grandezas.

Os resultados obtidos através do ensaio de DMA indicam que os maiores decréscimos da

temperatura de transição vítrea se observaram inicialmente nos ambientes expostos a

temperaturas mais elevadas. De facto é possível que esta grandeza tenha um efeito que acelere

os fenómenos de degradação do material, pelo que os fenómenos de pós-cura se fazem sentir

mais rapidamente e com maior efeito à medida que a temperatura aumenta. Confere-se ainda

que o processo de reversibilidade por secagem e o revestimento protector aplicado produzem

um efeito positivo ao atenuar os processos de degradação verificados, resultando inclusive em

melhorias desta propriedade. Esta melhoria é maior no processo de reversibilidade por secagem.

Salienta-se ainda que o grau de humidade também é um factor que acentua as mudanças

verificadas no material.

Em todos os ensaios mecânicos (flexão, tracção e corte interlaminar), o material apresenta

perdas no seu desempenho mecânico, sendo mais susceptível às perdas por corte interlaminar

onde se verificam as maiores reduções. Todos os ensaios são consistentes, de onde se destaca da

mesma forma do que nos ensaios de DMA a influência da temperatura e da humidade na

alteração das propriedades estudadas. Os diferentes ensaios também oferecem informações

complementares, pois a perda das propriedades em tracção depende em grande parte da

resistência das fibras do material enquanto no ensaio de corte interlaminar esta perda está

sobretudo associada à degradação da matriz e da sua interface com as fibras. As maiores

reduções verificadas no ensaio de corte interlaminar sugerem que a perda de desempenho do

material não se verifica apenas ao nível das fibras, mas na totalidade do compósito. Destaca-se

que todos os ensaios apresentaram a certa altura uma recuperação no seu desempenho mecânico

o que sugere um possível efeito de pós-cura verificada na matriz do material, que pode estar

relacionada com a cura incompleta do material no processo de fabrico. Salienta-se ainda que o

efeito do revestimento protector e o processo de reversibilidade por secagem correram como

esperado. De facto notaram-se melhorias na redução do desempenho mecânico na maioria dos

ensaios para os ambientes deste Grupo.


149





[4.2] S. Cabral-Fonseca, J.R. Correia, R. Costa, A. Carreiro, M.P. Rodrigues, M.I. Eusébio, F.A.

Branco, “Environmental degradation of GFRP pultruded profiles made of polyester and

vinylester resins”, 15th International Conference on Composite Structures, (Editor: A.J.M

Ferreira), pp. 1-5, Porto, 2009.

[4.3] K. Liao, C.R. Schultheisz, D.L. Hunston, “Effects of environmental aging on the

properties of pultruded GFRP”, Composites: Part B, 30, 1999, 485-493.

[4.4] V.M. Karbhari, S. Zhang, “E-Glass/Vinylester Composites in Aqueous Environments – I:

Experimental Results”, Applied Composite Materials, 10, 2003, 19-48.

[4.5] Y.J. Weitsman, “Effects of Fluids on Polymeric Composites – a Review”, Report to Office

of Naval Research, Mechanical and Aerospace Engineering and Engineering Science,

University of Tennessee, Report MAES98-5.0-CM, 1998.

[4.6] W. Chu, L. Wu, V.M. Karbhari, “Durability evaluation of moderate temperature cured E-

glass/vinylester systems”, Composite Structures. 66, 2004, 367-376.

[4.7] V.M. Karbhari, “Durability of composites in sub-zero and freeze-thaw conditions”,

Durability of Composites For Civil Structural Applications, Woodhead Publishing Limited,

Cambridge, England, 72-79, 2007.

[4.8] S.C. Fonseca, “Materiais Compósitos de Matriz Polimérica Reforçada com Fibras Usados

na Engenharia Civil – Características e aplicações” Laboratório Nacional de Engenharia Civil,

ICTM 35, Lisboa, 2005.

[4.9] B.R. Bogner, P. P. Borja, “Strenght retention of pultruded composites after exposure to

ultra-violet (UV) light”, BP Amoco research center, Naperville – Illinois, EUA.

[4.10] ISO 2813, “Paints and varnishes – Determination of specular gloss of non-metalic paint

4films at 20º, 60º and 85º”, International Organization for Standardization, Genève, 1994.

[4.11] ISO 2813 – Technical Corrigendum 1, “Paints and varnishes – Determination of

specular gloss of non-metalic paint films at 20º, 60º and 85º”, International Organization for



150

[4.12] S. Cabral-Fonseca, “ Avaliação da durabilidade de um material compósito de matriz de

viniléster reforçada com fibras de vidro, usado em perfis estruturais – caracterização por

análise mecânica dinâmica”, Relatório 102/2001 – NMO, LNEC, Lisboa.

[4.13] J. W. Chin, W.L. Hughes, A. Signor, “Elevated temperature aging of glass fiber

reinforced vinyl ester and isophthalic polyester composites in water, salt water and concrete

pore solution” Proceedings of the 16th ASC Conference, Blacksburgh, 2001, 12pp

[4.14] V. M. Karbhari, “E-Glass/Vinylester Composites in Aqueous Environments: Effects on

Short-Beam Shear Strength” Journal of Composites for Construction, 8:2, 2004, 148-156


151

5 Conclusões e perspectivas de

desenvolvimentos futuros

5.1 Conclusões

O presente trabalho foi realizado para estudar a durabilidade de perfis pultrudidos de GFRP com

matriz de viniléster utilizados na construção. Para esse efeito, foram testadas várias

propriedades mecânicas e físicas do material em estudo, que foi submetido a vários ambientes

de envelhecimento.

Em termos gerais, os objectivos propostos para esta dissertação foram alcançados, pois foi

obtida informação relevante, através de uma extensa campanha experimental, sobre o

comportamento do material exposto a vários agentes de degradação bem como a influência da

protecção das superfícies laterais e do processo de reversibilidade por secagem.

O material em estudo, já devidamente caracterizado, consiste num perfil pultrudido de GFRP

com matriz de viniléster apresentando um teor em fibra de vidro de 69% e uma massa volúmica

de 2,03 g/cm3.

Os ambientes de envelhecimento foram seleccionados de modo a simular os factores de

degradação mais comuns na prática da Engenharia Civil. Desta forma foram definidas

5

5. Conclusões e desenvolvimentos futuros

152

condições ambientais que incluem ambientes de imersão em água desmineralizada, imersão em

solução salina, condensação em contínuo, expondo deste modo o material a diferentes condições

de temperatura, humidade e presença de sais. Também foi considerado o envelhecimento natural

de forma a servir de controlo, possibilitando uma análise comparativa da degradação acelerada,

com a exposição a condições ambientais exteriores e permitindo uma análise ao efeito da

radiação solar no material.

A avaliação de absorção de humidade e variação de massa foi uma característica com particular

relevância ao longo deste estudo. De facto, a capacidade de absorção do material e incorporação

de moléculas de água está relacionado com o meio em que está inserido e as temperaturas a que

está exposto. Notou-se que as taxas de absorção apresentaram um patamar inicial elevado,

seguido de um patamar de estagnação correspondente à saturação do material, revelando um

comportamento aproximadamente Fickiano.

Salienta-se também que as absorções iniciais foram mais elevadas para as temperaturas de

exposição mais elevadas. No entanto, a imersão em água desmineralizada a 60 ºC (W-60)

apresentou uma tendência decrescente de variação de massa a partir de aproximadamente 8000

horas de exposição. A perda de massa a temperaturas elevadas está fortemente relacionada com

a hidrólise.

Os ambientes do Grupo I que verificaram as maiores variações de massa foram os de imersão

em água desmineralizada a 60 ºC, apresentando uma variação máxima de 0,77% ao longo de

dois anos de exposição. Relativamente ao Grupo II, o ambiente à temperatura mais elevada,

nomeadamente a imersão a 40 ºC (WD-40) foi o que obteve maior variação de massa, tendo

ocorrido uma variação máxima de 1,04%. Os coeficientes de difusão de ambos os grupos

diminuíram com a diminuição de temperatura e com o uso de revestimento protector, tendo-se

registado os valores mais baixos desta grandeza nos provetes totalmente protegidos. Desta

forma, conclui-se que a temperatura actua como um agente de aceleração da absorção e que o

revestimento de protecção lateral actua como uma barreira à absorção.

Refere-se que todos os resultados de absorção obtidos são relativamente semelhantes à variação

média máxima registada nas colheitas do restante material destinado a ensaios mecânicos,

ocorrendo variações de aproximadamente 2%, o que aponta para a fiabilidade deste sistema.

A variação da cor e do brilho medidas apontam para degradações estéticas significativas nos

provetes expostos a envelhecimento natural ao longo de dois anos. Inicialmente de cor

acinzentada, o material apresenta cerca de 7,5% de amarelecimento observável directamente nos

provetes, o que se traduz em mudanças de cor bastante identificáveis. Em relação ao brilho, o

material reteve pouca percentagem do mesmo (aproximadamente 20% de retenção a um ângulo


153

de incidência de 20º de acordo com a técnica utilizada) sendo esta perda comparável à

exposição acelerada em câmara QUV.

Os resultados da análise dinâmica-mecânica mostraram que o comportamento viscoelástico do

material depende da temperatura de exposição e da quantidade de humidade absorvida. Todos

os ambientes do Grupo I apresentaram o maior decréscimo da temperatura de transição vítrea

aos 9 meses de imersão em ambas as soluções (imersão em água desmineralizada e solução

salina). Note-se, contudo, que em nenhuma situação essa diminuição ultrapassou os 10%.

Observa-se ainda que, quer a imersão em água desmineralizada, quer a imersão na solução

salina, às diferentes temperaturas, causaram variações idênticas na evolução dos valores de

retirados do pico da curva de tan δ, ao longo do tempo.

Os resultados das soluções salinas seguiram de uma forma geral as mesmas tendências do que

as imersões em água, mas com menor intensidade. A diminuição da temperatura de transição

vítrea nas primeiras colheitas indicia a ocorrência de um fenómeno físico de plasticização,

comum quando os materiais poliméricos se encontram em contacto com soluções aquosas. A

temperatura, responsável por aumentar a velocidade dos processos de difusão, pode ser

responsável por acelerar este processo. Note-se que a partir de determinado período de

exposição, este fenómeno pareceu atenuar-se existindo alguma recuperação dos valores

registados, principalmente às temperaturas superiores, o que sugere a ocorrência de fenómenos

de pós-cura da matriz de viniléster. Registou-se ainda que as curvas experimentais dos provetes

com a aplicação do revestimento protector são diferentes das restantes. De facto, notou-se na

curva de tan δ a existência de dois picos, possivelmente correspondentes a passagem para o

estado do revestimento e do restante material para o estado elastomérico, a diferentes

temperaturas de transição.

O revestimento de protecção lateral contribuiu para a manutenção geral da não se tendo

verificado perdas significativas ao longo de um ano de exposição quando comparadas com os

ambientes do Grupo I às mesmas temperaturas. Analisando o estado seco, destacou-se o

aumento generalizado da em relação aos valores iniciais ao fim de seis meses apresentando

alguma degradação, embora pouco significativa ao fim de doze meses. É possível que a

recuperação da propriedade verificada se deva ao processo de reversibilidade na secagem do

material. Como já explicitado, do processo de secagem resulta uma melhoria das propriedades

pois a secagem acelera de um modo efectivo os fenómenos de pós-cura da matriz de viniléster,

permitindo maiores recuperações e mais céleres da grandeza em questão.

Em termos do desempenho do material em flexão o ambiente de exposição que apresentou as

maiores perdas foi a imersão em água desmineralizada a 60 ºC, registando uma perda de 47,7%


154

na sua tensão de rotura. Novamente, a temperatura contribuiu para o aumento generalizado da

degradação do material, devido ao possível aumento dos processos de difusão, e possibilitou a

ocorrência da recuperação da tensão de rotura e do módulo de elasticidade em flexão devido à

ocorrência de fenómenos de pós-cura. As imersões em soluções salinas seguiram as mesmas

tendências mas de forma menos acentuada.

Os provetes de envelhecimento natural no entanto apenas sofreram ligeiras variações

terminando apenas com uma redução de 2% em relação ao valor inicial. Destacou-se a grande

diferença na degradação desta propriedade, quando em contacto pontual com a água ou na

forma de imersão.

De um modo geral, na análise dos provetes do Grupo II, o processo de reversibilidade por

secagem apresentou melhorias em comparação com os provetes revestidos de protecção lateral.

No entanto, ao fim de 12 meses os provetes com revestimento aplicado apresentaram uma

redução máxima de 27,5%, verificada na imersão em água desmineralizada a 40 ºC. Note-se

ainda que o efeito da humidade também contribuiu para a degradação das propriedades em

flexão, tendo os ambientes de condensação em contínuo sido dos que provocaram maiores

perdas.

No ensaio de tracção onde o desempenho mecânico depende essencialmente das fibras,

observou-se uma tendência decrescente das suas propriedades com o tempo, especialmente às

temperaturas mais elevadas. Novamente, as soluções salinas seguiram, de forma geral, a

tendência das imersões em água desmineralizada mas de modo menos acentuado. Também se

salienta a recuperação desta propriedade a dado período de exposição, resultado que é

consistente com os fenómenos de pós-cura observados nos outros ensaios. A maior redução da

tensão de rotura do Grupo I verificou-se no ambiente de imersão em água desmineralizada a 60

ºC, apresentando uma redução de 38,1%.

Analisando o efeito dos processos de reversibilidade e protecção lateral no desempenho desta

propriedade, registaram-se melhorias no desempenho em tracção. De facto existiu apenas uma

redução máxima da tensão de rotura à tracção de 8,13%, o que é indicativo de uma influência

significativa destes processos no desempenho do material.

Na degradação da resistência ao corte interlaminar, verificou-se que a tendência geral da

evolução temporal da tensão de rotura para todos os ambientes é a sua diminuição. De modo

semelhante ao ensaio de tracção, o efeito da temperatura e humidade foi muito significativo,

registando-se as perdas máximas desta grandeza nos ambientes expostos às temperaturas mais

elevadas. A redução máxima foi de 52,3% em água desmineralizada a 60 ºC ao fim de dois anos

de exposição. Novamente os ambientes de solução salina seguiram as mesmas tendências do


155

que os de imersão em água desmineralizada, mas de modo menos acentuado. O ambiente de

envelhecimento natural apresentou ao final de dois anos uma perda de 19,7% que foi bastante

significativa em comparação com a menor degradação nas outras propriedades mecânicas.

Analisando a influência do estado seco e do processo de reversibilidade de secagem, estes

processos apresentam reduções de desempenho algo significativas, onde as condições de

humidade e temperatura acentuaram os processos de degradação. A redução máxima ao final de

um ano foi de 35,2% na tensão de rotura ao corte interlaminar. Ainda assim, todos os ambientes

apresentaram ligeiras melhorias quando comparados com os ambientes do Grupo I ao final de

um ano, o que sugere alguma influência destes processos nesta propriedade mecânica.

Analisando os resultados obtidos nos diversos ensaios mecânicos, a maior degradação

verificada no ensaio de corte interlaminar sugere que a matriz e a sua interface tenham sofrido

maiores degradações do que propriamente as fibras de reforço, o que é consistente com a

bibliografia consultada.

Em síntese, nos ensaios mecânicos o material apresentou um comportamento elástico e linear

até à rotura. Todas as propriedades mecânicas verificaram uma tendência de degradação ao

longo do tempo. Esta degradação está fortemente relacionada com o aumento da temperatura e

condições de humidade. No entanto, a dada altura de exposição foi registada uma recuperação

de algumas propriedades, especialmente às temperaturas mais elevadas, devido a possíveis

efeitos de pós-cura no seio da matriz do compósito, atenuando também o efeito de plasticização

que se foi verificando no mesmo. Salienta-se também a importância dos novos aspectos em

estudo. De facto, o processo de reversibilidade por secagem e a protecção lateral aplicada (a

última, em geral, de um modo mais atenuado) apresentaram melhorias significativas no

desempenho do material, de acordo com o esperado. Tal factor é decisivo para melhorar a

compreensão do comportamento real do material, quando aplicado em condições normais de

exposição ambiental, podendo até servir para a correcção dos coeficientes de minoração das

propriedades dos materiais, possibilitando menores custos de aplicação e tornando-o mais

competitivo.

5.2 Perspectivas de desenvolvimentos futuros

O trabalho de investigação desenvolvido permitiu aumentar o estado do conhecimento da

durabilidade de perfis de GFRP com matriz de viniléster para aplicações em engenharia civil e

esclarecer algumas questões relativamente à influência da protecção lateral e do processo de

reversibilidade na degradação do material. Deste modo, espera-se ter reforçado a perspectiva de

que estes materiais possuem capacidade para surgir como concorrentes aos materiais


156

tradicionais na indústria da construção, sobretudo em ambientes com requisitos particulares de

durabilidade

Contudo, após a conclusão deste trabalho, restam várias questões que suscitam esclarecimentos.

Haverá interesse em avaliar de um modo mais extensivo a influência da protecção lateral e do

processo de reversibilidade de secagem. Sugere-se então que se prossiga o trabalho até aqui

elaborado, realizando-se os mesmos ensaios de caracterização por períodos mais longos de

exposição, comparando os resultados obtidos com os apresentados nesta dissertação.

Devem ser estudados também os efeitos de outros factores de degradação referidos no capítulo 2

que não foram objecto de estudo do presente trabalho, como por exemplo o efeito de fenómenos

de fadiga, de fluência, de ambientes alcalinos, a acção gelo-degelo e a exposição ao fogo na

durabilidade de perfis de GFRP. A combinação de efeitos também consiste num factor a

considerar, especialmente as condições de envelhecimento ambiental em conjunto com

aplicações de carga (situações usualmente recorrentes em aplicações estruturais).

Outro aspecto a considerar em futuras investigações consiste na previsão de efeitos a longo

prazo no material, tendo por base os ensaios e o conhecimento do seu comportamento a curto

prazo, de um modo análogo ao betão.

Salienta-se também que os perfis pultrudidos de GFRP também costumam apresentar muitas

vezes outros tipos de matrizes, em particular de poliéster. Desta forma um estudo comparativo

sobre os perfis de GFRP mais comercializados e o seu desempenho sob os mesmos efeitos de

degradação contribuiria em muito para aumentar o conhecimento sobre este tipo de materiais.

Outro tópico possível de futuro desenvolvimento, de um modo mais abrangente, prende-se com

a avaliação da qualidade do processo de produção dos perfis de GFRP e a sua influência na

durabilidade dos mesmos.

A falta de informação e o difícil acesso dos perfis de GFRP também influencia a sua possível

preferência face a outros materiais, pelo que é sugerido a elaboração de um estudo comparativo

sobre a sua rentabilidade económica, a sua durabilidade, os seus efeitos ambientais e a sua

sustentabilidade em relação aos materiais tradicionais avaliando e resumindo a informação

existente, que se encontre dispersa.

157

Anexos

Anexo A

159

Resultados do ensaio de absorção de água e variação de massa

Regularização de massa no processo de secagem

Fichas individuais de controlo de variação de massa dos provetes viajantes;

Fichas individuais e gráficos de provetes aleatórios de cada tipo de ensaio para

controlo de regularização de massa no processo de secagem.

A Resultados do ensaio de absorção de água, var iação de massa e regular ização

de massa no processo de secagem

A Anexo

Anexo A

160

Anexo A

161

De modo a ilustrar a percepção do controle de variação de massa dos provetes viajantes,

encontram-se de seguida as fichas individuais dos mesmos, que permitiram a obtenção dos

gráficos apresentados nesse ensaio (capítulo 4). Note-se que o sistema de identificação de

provetes está apresentado no capítulo 3.

Quadro A.1 - Ficha de variação de massa do provete viajante 1.1.

Data Temperatura (ºC) Tempo Massa (g) Variação total de massa (%)

dia horas

10/10/09 16:00 22,0 365,15 8763 9,1918 0,40

16/10/09 11:10 22,1 370,94 8903 9,1923 0,40

24/10/09 10:21 23,2 378,91 9094 9,2009 0,49

30/10/09 10:00 23,0 384,90 9237 9,1971 0,45

7/11/09 10:45 22,1 392,93 9430 9,1983 0,47

20/11/09 9:10 23,0 405,86 9741 9,1921 0,40

26/11/09 16:30 20,8 412,17 9892 9,1920 0,40

3/12/09 12:45 21,0 419,01 10056 9,1934 0,41

14/12/09 14:51 20,8 430,10 10322 9,1906 0,38

21/12/09 13:40 21,8 437,05 10489 9,1998 0,48

30/12/09 13:05 22,0 446,02 10705 9,2008 0,49

4/1/10 13:45 21,2 451,05 10825 9,2022 0,51

11/1/10 12:55 21,6 458,02 10992 9,2051 0,54

23/1/10 14:47 20,5 470,10 11282 9,2067 0,56

30/1/10 10:20 20,9 476,91 11446 9,2089 0,58

8/2/10 14:30 19,7 486,08 11666 9,2104 0,60

17/2/10 14:12 17,4 495,07 11882 9,2120 0,62

2/3/10 14:16 19,5 508,07 12194 9,2110 0,61

9/3/10 14:28 19,6 515,08 12362 9,1949 0,43

22/3/10 13:30 20,4 528,04 12673 9,2001 0,49

5/4/10 13:54 20,9 542,06 13009 9,2034 0,52

9/4/10 15:14 21,9 546,11 13107 9,1961 0,44

14/4/10 14:05 19,2 551,07 13226 9,2097 0,59

27/4/10 13:40 20,6 564,05 13537 9,2113 0,61

30/4/10 14:04 22,0 567,07 13610 9,1960 0,44

10/5/10 13:35 20,1 577,05 13849 9,2046 0,54

18/5/10 13:45 21,0 585,05 14041 9,1960 0,44

25/5/10 15:30 20,6 592,13 14211 9,1964 0,45

1/6/10 14:00 19,6 599,06 14378 9,2054 0,54

8/6/10 13:15 20,5 606,03 14545 9,2034 0,52

15/6/10 16:15 19,8 613,16 14716 9,2089 0,58

22/6/10 13:50 21,6 620,06 14881 9,1998 0,48

29/6/10 17:00 21,2 627,19 15053 9,1973 0,46

13/7/10 15:25 20,0 641,12 15387 9,1969 0,45

20/7/10 11:39 20,2 647,96 15551 9,1967 0,45

27/7/10 9:10 19,8 654,86 15717 9,1943 0,42

3/8/10 16:20 21,4 662,16 15892 9,1913 0,39

13/8/10 12:30 19,8 672,00 16128 9,1939 0,42

23/8/10 11:30 19,8 681,96 16367 9,1998 0,48

7/9/10 15:00 20,1 697,10 16730 9,2022 0,51

17/9/10 10:17 21,6 706,91 16966 9,2003 0,49

27/9/10 17:02 18,7 717,19 17213 9,1982 0,47

11/10/10 16:40 17,8 731,17 17548 9,1991 0,48

Anexo A

162



dia horas

10/10/09 16:20 41,4 360,10 8642 8,9823 0,48

16/10/09 11:30 39,9 365,90 8781 8,9814 0,47

24/10/09 11:15 40,9 373,89 8973 8,9817 0,47

30/10/09 10:40 40,9 379,86 9117 8,9829 0,49

7/11/09 11:00 40,8 387,88 9309 8,9940 0,61

21/11/09 9:30 42,0 401,81 9644 8,9819 0,47

26/11/09 16:30 40,6 407,10 9770 8,9828 0,48

3/12/09 13:30 41,0 413,98 9935 8,9839 0,50

14/12/09 15:02 39,9 425,04 10201 8,9843 0,50

21/12/09 14:15 40,4 432,01 10368 8,9893 0,56

30/12/09 13:30 40,9 440,98 10583 8,9917 0,58

4/1/10 14:15 38,8 446,01 10704 8,9859 0,52

11/1/10 13:40 40,9 452,99 10872 8,9863 0,52

23/1/10 15:00 41,9 465,04 11161 8,9877 0,54

30/1/10 11:10 40,8 471,88 11325 8,9899 0,56

8/2/10 14:40 41,0 481,03 11545 8,9920 0,59

17/2/10 14:22 40,9 490,02 11760 8,9921 0,59

2/3/10 14:26 40,9 503,02 12072 8,9937 0,61

9/3/10 14:48 40,7 510,03 12241 8,9887 0,55

22/3/10 13:45 40,2 522,99 12552 8,9894 0,56

5/4/10 13:40 41,1 536,99 12888 8,9913 0,58

9/4/10 15:30 40,9 541,06 12986 8,9905 0,57

14/4/10 13:55 40,7 546,00 13104 8,9946 0,62

27/4/10 13:30 40,9 558,98 13415 8,9961 0,63

30/4/10 14:19 39,5 562,01 13488 8,9898 0,56

10/5/10 14:10 40,6 572,01 13728 8,9965 0,64

18/5/10 13:55 41,2 580,00 13920 8,9920 0,59

25/5/10 16:05 40,8 587,09 14090 8,9910 0,58

1/6/10 14:23 39,8 594,02 14256 8,9940 0,61

8/6/10 13:40 38,8 600,99 14424 8,9935 0,60

15/6/10 16:35 40,5 608,11 14595 8,9910 0,58

22/6/10 14:15 39,8 615,01 14760 8,9907 0,57

29/6/10 17:20 41,0 622,14 14931 8,9931 0,60

13/7/10 15:35 40,2 636,07 15266 8,9945 0,62

20/7/10 11:57 40,5 642,91 15430 8,9935 0,60

27/7/10 9:25 38,8 649,81 15595 8,9912 0,58

3/8/10 16:35 39,4 657,11 15771 8,9903 0,57

13/8/10 12:50 38,8 666,95 16007 8,9920 0,59

23/8/10 11:55 40,2 676,91 16246 8,9945 0,62

7/9/10 15:15 39,9 692,05 16609 8,9937 0,61

17/9/10 10:37 39,5 701,86 16845 8,9914 0,58

27/9/10 16:52 39,1 712,12 17091 8,9899 0,56

11/10/10 16:58 39,0 726,12 17427 8,9950 0,62

Anexo A

163



dia horas

10/10/09 16:09 59,7 365,15 8764 9,2274 0,63

16/10/09 11:00 58,9 370,94 8903 9,2220 0,57

24/10/09 10:45 59,8 378,93 9094 9,2237 0,59

30/10/09 10:15 59,2 384,91 9238 9,2272 0,63

7/11/09 11:00 59,5 392,94 9431 9,2208 0,56

20/11/09 9:30 60,0 405,88 9741 9,2231 0,59

26/11/09 16:30 59,1 412,17 9892 9,2222 0,58

3/12/09 13:13 59,6 419,03 10057 9,2232 0,59

14/12/09 15:22 59,0 430,12 10323 9,2216 0,57

21/12/09 13:50 58,7 437,06 10489 9,2206 0,56

30/12/09 13:12 59,5 446,03 10705 9,2201 0,55

4/1/10 13:45 59,7 451,05 10825 9,2209 0,56

11/1/10 13:10 59,7 458,03 10993 9,2213 0,57

23/1/10 15:22 58,9 470,12 11283 9,2225 0,58

30/1/10 10:55 59,6 476,93 11446 9,2234 0,59

8/2/10 14:10 59,7 486,07 11666 9,2241 0,60

17/2/10 14:05 59,7 495,07 11882 9,2204 0,56

2/3/10 14:05 59,7 508,07 12194 9,2240 0,60

9/3/10 15:16 59,2 515,12 12363 9,2187 0,54

22/3/10 13:34 59,8 528,04 12673 9,2219 0,57

5/4/10 13:30 59,7 542,04 13009 9,2244 0,60

9/4/10 16:00 58,8 546,15 13107 9,2181 0,53

14/4/10 13:45 59,6 551,05 13225 9,2279 0,64

27/4/10 13:20 59,4 564,03 13537 9,2300 0,66

30/4/10 14:42 60,0 567,09 13610 9,2174 0,52

10/5/10 13:25 59,7 577,04 13849 9,2198 0,55

18/5/10 13:34 59,2 585,04 14041 9,2208 0,56

25/5/10 15:45 59,2 592,14 14211 9,2172 0,52

1/6/10 14:00 59,8 599,06 14378 9,2215 0,57

8/6/10 13:20 60,1 606,03 14545 9,2203 0,56

15/6/10 16:15 59,7 613,16 14716 9,2197 0,55

22/6/10 14:00 58,6 620,06 14882 9,2183 0,53

29/6/10 16:45 58,4 627,18 15052 9,2179 0,53

13/7/10 15:10 59,1 641,11 15387 9,2185 0,54

20/7/10 11:29 58,2 647,96 15551 9,2180 0,53

27/7/10 9:10 60,1 654,86 15717 9,2173 0,52

3/8/10 16:15 58,9 662,16 15892 9,2175 0,52

13/8/10 12:30 59,4 672,00 16128 9,2143 0,49

23/8/10 11:35 59,2 681,96 16367 9,2155 0,50

7/9/10 14:45 58,7 697,09 16730 9,2164 0,51

17/9/10 10:17 59,4 706,91 16966 9,2173 0,52

27/9/10 15:35 58,1 717,13 17211 9,2161 0,51

11/10/10 16:33 59,6 731,17 17548 9,2170 0,52

Anexo A

164



dia horas

10/10/09 16:00 22,0 365,15 8763,5 8,9788 0,20

16/10/09 11:10 22,1 370,94 8902,7 8,9789 0,20

24/10/09 10:21 23,2 378,91 9093,8 8,9864 0,29

30/10/09 10:00 23,0 384,90 9237,5 8,9861 0,28

7/11/09 10:45 22,1 392,93 9430,2 8,9904 0,33

20/11/09 9:10 22,4 405,86 9740,7 8,9785 0,20

26/11/09 16:30 20,8 412,17 9892,0 8,9796 0,21

3/12/09 12:45 21,0 419,01 10056,2 8,9824 0,24

14/12/09 14:51 20,8 430,10 10322,4 8,9776 0,19

21/12/09 13:40 21,8 437,05 10489,2 8,9804 0,22

30/12/09 13:05 22,0 446,02 10704,6 8,9867 0,29

4/1/10 13:45 21,2 451,05 10825,2 8,9873 0,30

11/1/10 12:55 21,6 458,02 10992,4 8,9907 0,34

23/1/10 14:47 20,5 470,10 11282,3 8,9887 0,31

30/1/10 10:20 20,9 476,91 11445,8 8,9872 0,30

8/2/10 14:30 19,7 486,08 11666,0 8,9895 0,32

17/2/10 14:12 17,4 495,07 11881,7 8,9868 0,29

2/3/10 14:16 19,5 508,07 12193,8 8,9906 0,33

9/3/10 14:28 19,6 515,08 12362,0 8,9798 0,21

22/3/10 13:30 20,4 528,04 12673,0 8,9834 0,25

5/4/10 13:54 20,9 542,06 13009,4 8,9827 0,25

9/4/10 15:14 21,9 546,11 13106,7 8,9803 0,22

14/4/10 14:05 19,2 551,07 13225,6 8,9903 0,33

27/4/10 13:40 20,6 564,05 13537,2 8,9875 0,30

30/4/10 14:04 22,0 567,07 13609,6 8,9800 0,22

10/5/10 13:35 20,1 577,05 13849,1 8,9884 0,31

18/5/10 13:45 21,0 585,05 14041,2 8,9802 0,22

25/5/10 15:30 20,6 592,13 14211,0 8,9817 0,24

1/6/10 14:00 19,6 599,06 14377,5 8,9814 0,23

8/6/10 13:15 20,5 606,03 14544,8 8,9820 0,24

15/6/10 16:15 19,8 613,16 14715,8 8,9825 0,24

22/6/10 13:50 21,6 620,06 14881,3 8,9836 0,26

29/6/10 17:00 21,2 627,19 15052,5 8,9814 0,23

13/7/10 15:25 20,0 641,12 15386,9 8,9805 0,22

20/7/10 11:39 20,2 647,96 15551,2 8,9812 0,23

27/7/10 9:10 19,8 654,86 15716,7 8,9826 0,25

3/8/10 16:20 21,4 662,16 15891,8 8,9833 0,25

13/8/10 12:30 19,8 672,00 16128,0 8,9815 0,23

23/8/10 11:30 19,8 681,96 16367,0 8,9819 0,24

7/9/10 15:00 20,1 697,10 16730,5 8,9823 0,24

17/9/10 10:17 21,6 706,91 16965,8 8,9831 0,25

27/9/10 17:02 18,7 717,19 17212,5 8,9809 0,23

11/10/10 16:40 17,8 731,17 17548,2 8,9815 0,23

Anexo A

165



dia horas

10/10/09 16:20 41,4 360,10 8642 8,5327 0,19

16/10/09 11:30 39,9 365,90 8781 8,5281 0,14

24/10/09 11:15 40,9 373,89 8973 8,5291 0,15

30/10/09 10:40 40,9 379,86 9117 8,5375 0,25

7/11/09 11:00 40,8 387,88 9309 8,5331 0,19

20/11/09 9:30 42,0 400,81 9620 8,5278 0,13

26/11/09 16:30 40,6 407,10 9770 8,5288 0,14

3/12/09 13:30 41,0 413,98 9935 8,5301 0,16

14/12/09 15:02 39,9 425,04 10201 8,5283 0,14

21/12/09 14:15 40,4 432,01 10368 8,5307 0,17

30/12/09 13:30 40,9 440,98 10583 8,5331 0,19

4/1/10 14:15 38,8 446,01 10704 8,5324 0,19

11/1/10 13:40 40,9 452,99 10872 8,5357 0,23

23/1/10 15:00 41,9 465,04 11161 8,5361 0,23

30/1/10 11:10 40,8 471,88 11325 8,5372 0,24

8/2/10 14:40 41,0 481,03 11545 8,5388 0,26

17/2/10 14:22 40,9 490,02 11760 8,5431 0,31

2/3/10 14:26 40,9 503,02 12072 8,5338 0,20

9/3/10 14:48 40,7 510,03 12241 8,5299 0,16

22/3/10 13:45 40,2 522,99 12552 8,5312 0,17

5/4/10 13:40 41,1 536,99 12888 8,5319 0,18

9/4/10 15:30 40,9 541,06 12986 8,5301 0,16

14/4/10 13:55 40,7 546,00 13104 8,5324 0,19

27/4/10 13:30 40,9 558,98 13415 8,5376 0,25

30/4/10 14:19 39,5 562,01 13488 8,5287 0,14

10/5/10 14:10 40,6 572,01 13728 8,5338 0,20

18/5/10 13:55 41,2 580,00 13920 8,5324 0,19

25/5/10 16:05 40,8 587,09 14090 8,5290 0,15

1/6/10 14:23 39,8 594,02 14256 8,5335 0,20

8/6/10 13:40 38,8 600,99 14424 8,5345 0,21

15/6/10 16:35 40,5 608,11 14595 8,5323 0,19

22/6/10 14:15 39,8 615,01 14760 8,5299 0,16

29/6/10 17:20 41,0 622,14 14931 8,5310 0,17

13/7/10 15:35 40,2 636,07 15266 8,5315 0,18

20/7/10 11:57 40,5 642,91 15430 8,5298 0,16

27/7/10 9:25 38,8 649,81 15595 8,5323 0,19

3/8/10 16:35 39,4 657,11 15771 8,5335 0,20

13/8/10 12:50 38,8 666,95 16007 8,5345 0,21

23/8/10 11:55 40,2 676,91 16246 8,5349 0,22

7/9/10 15:15 39,9 692,05 16609 8,5338 0,20

17/9/10 10:37 39,5 701,86 16845 8,5350 0,22

27/9/10 16:52 39,1 712,12 17091 8,5355 0,22

11/10/10 16:58 39,0 726,12 17427 8,5362 0,23

Anexo A

166



dia horas

10/10/09 16:10 59,7 365,15 8764 8,1993 0,26

16/10/09 11:00 58,9 370,94 8903 8,2066 0,35

24/10/09 10:45 59,8 378,93 9094 8,2006 0,27

30/10/09 10:15 59,2 384,91 9238 8,2000 0,27

7/11/09 11:00 59,5 392,94 9431 8,2083 0,37

20/11/09 9:30 60,0 405,88 9741 8,2014 0,28

26/11/09 16:30 59,1 412,17 9892 8,2028 0,30

3/12/09 13:13 59,6 419,03 10057 8,2068 0,35

14/12/09 15:22 59,0 430,12 10323 8,2029 0,30

21/12/09 13:50 58,7 437,06 10489 8,2037 0,31

30/12/09 13:12 59,5 446,03 10705 8,2061 0,34

4/1/10 13:45 59,7 451,05 10825 8,2073 0,36

11/1/10 13:10 59,7 458,03 10993 8,2104 0,39

23/1/10 15:22 58,9 470,12 11283 8,2089 0,38

30/1/10 10:55 59,6 476,93 11446 8,2067 0,35

8/2/10 14:10 59,7 486,07 11666 8,2046 0,32

17/2/10 14:05 59,7 495,07 11882 8,2148 0,45

2/3/10 14:05 59,7 508,07 12194 8,2067 0,35

9/3/10 15:16 59,2 515,12 12363 8,2039 0,31

22/3/10 13:34 59,8 528,04 12673 8,2117 0,41

5/4/10 13:30 59,7 542,04 13009 8,2099 0,39

9/4/10 16:00 58,7 546,15 13107 8,2039 0,31

14/4/10 13:45 59,6 551,05 13225 8,2107 0,40

27/4/10 13:20 59,4 564,03 13537 8,2129 0,42

30/4/10 14:42 60,0 567,09 13610 8,2033 0,31

10/5/10 13:25 59,7 577,04 13849 8,2030 0,30

18/5/10 13:34 59,2 585,04 14041 8,2087 0,37

25/5/10 15:45 59,2 592,14 14211 8,2040 0,32

1/6/10 14:00 59,8 599,06 14378 8,2015 0,28

8/6/10 13:20 60,1 606,03 14545 8,2033 0,31

15/6/10 16:15 59,7 613,16 14716 8,2049 0,33

22/6/10 14:00 58,6 620,06 14882 8,2057 0,34

29/6/10 16:45 58,4 627,18 15052 8,2023 0,29

13/7/10 15:10 59,1 641,11 15387 8,2035 0,31

20/7/10 11:29 58,2 647,96 15551 8,2041 0,32

27/7/10 9:10 60,1 654,86 15717 8,2033 0,31

3/8/10 16:15 58,9 662,16 15892 8,2027 0,30

13/8/10 12:30 59,4 672,00 16128 8,2024 0,30

23/8/10 11:35 59,2 681,96 16367 8,2018 0,29

7/9/10 14:45 58,7 697,09 16730 8,2009 0,28

17/9/10 10:17 59,4 706,91 16966 8,2019 0,29

27/9/10 15:35 58,1 717,13 17211 8,2027 0,30

11/10/10 16:33 59,6 731,17 17548 8,2006 0,27

Anexo A

167

Quadro A.7 - Ficha de variação de massa do provete viajante 1.1 PT.


dia horas

10/10/09 12:00 20,0 0,00 0,00 9,0043 0,00

11/10/09 18:45 22,4 1,28 31 9,0197 0,17

12/10/09 15:15 22,1 2,14 51 9,0138 0,11

13/10/09 15:30 22,0 3,15 76 9,0162 0,13

14/10/09 14:15 22,1 4,09 98 9,0174 0,15

15/10/09 15:40 22,1 5,15 124 9,0188 0,16

16/10/09 10:40 22,1 5,94 143 9,0201 0,18

24/10/09 10:21 23,2 13,93 334 9,0331 0,32

30/10/09 10:00 23,0 19,92 478 9,0447 0,45

7/11/09 10:45 22,1 27,95 671 9,0471 0,48

20/11/09 9:10 23,0 40,88 981 9,0394 0,39

26/11/09 16:30 20,8 47,19 1133 9,0417 0,42

3/12/09 12:45 21,0 54,03 1297 9,0436 0,44

14/12/09 14:51 20,8 65,12 1563 9,0455 0,46

21/12/09 13:40 21,8 72,07 1730 9,0691 0,72

30/12/09 13:05 22,0 81,05 1945 9,0713 0,74

4/1/10 13:45 21,2 86,07 2066 9,0585 0,60

11/1/10 12:55 21,6 93,04 2233 9,0647 0,67

23/1/10 14:47 20,5 105,12 2523 9,0503 0,51

30/1/10 10:20 20,9 111,93 2686 9,0571 0,59

8/2/10 14:30 19,7 121,10 2906 9,0590 0,61

17/2/10 14:12 17,4 130,09 3122 9,0666 0,69

2/3/10 14:16 19,5 143,09 3434 9,0671 0,70

9/3/10 14:28 19,6 150,10 3602 9,0571 0,59

22/3/10 13:30 20,4 163,06 3914 9,0602 0,62

5/4/10 13:54 20,9 177,08 4250 9,0644 0,67

9/4/10 15:14 21,9 181,13 4347 9,0597 0,62

14/4/10 14:05 19,2 186,09 4466 9,0659 0,68

27/4/10 13:40 20,6 199,07 4778 9,0683 0,71

30/4/10 14:04 22,0 202,09 4850 9,0613 0,63

10/5/10 13:35 20,1 212,07 5090 9,0667 0,69

18/5/10 13:45 21,0 220,07 5282 9,0625 0,65

25/5/10 15:30 20,6 227,15 5452 9,0633 0,66

1/6/10 14:00 19,6 234,08 5618 9,0639 0,66

8/6/10 13:15 20,5 241,05 5785 9,0635 0,66

15/6/10 16:15 19,8 248,18 5956 9,0652 0,68

22/6/10 13:50 21,6 255,08 6122 9,0645 0,67

29/6/10 17:00 21,2 262,21 6293 9,0659 0,68

13/7/10 15:25 20,0 276,14 6627 9,0655 0,68

20/7/10 11:39 20,2 282,99 6792 9,0664 0,69

27/7/10 9:10 19,8 289,88 6957 9,0630 0,65

3/8/10 16:20 21,4 297,18 7132 9,0621 0,64

13/8/10 12:30 19,8 307,02 7369 9,0639 0,66

23/8/10 11:30 19,8 316,98 7607 9,0698 0,73

7/9/10 15:00 20,1 332,13 7971 9,0684 0,71

17/9/10 10:17 21,6 341,93 8206 9,0676 0,70

27/9/10 17:02 18,7 352,21 8453 9,0700 0,73

11/10/10 16:40 17,8 366,19 8789 9,0705 0,74

Anexo A

168

Quadro A.8 - Ficha de variação de massa do provete viajante 1.1 P.


dia horas

10/10/09 12:00 20,0 0,00 0,00 9,0069 0,00

11/10/09 18:45 22,4 1,28 31 9,0264 0,22

12/10/09 15:15 22,1 2,14 51 9,0171 0,11

13/10/09 15:30 22,0 3,15 76 9,0203 0,15

14/10/09 14:15 22,1 4,09 98 9,0201 0,15

15/10/09 15:40 22,1 5,15 124 9,0214 0,16

16/10/09 10:40 22,1 5,94 143 9,0220 0,17

24/10/09 10:21 23,2 13,93 334 9,0464 0,44

30/10/09 10:00 23,0 19,92 478 9,0480 0,46

7/11/09 10:45 22,1 27,95 671 9,0417 0,39

20/11/09 9:10 23,0 40,88 981 9,0397 0,36

26/11/09 16:30 20,8 47,19 1133 9,0412 0,38

3/12/09 12:45 21,0 54,03 1297 9,0438 0,41

14/12/09 14:51 20,8 65,12 1563 9,0449 0,42

21/12/09 13:40 21,8 72,07 1730 9,0568 0,55

30/12/09 13:05 22,0 81,05 1945 9,0601 0,59

4/1/10 13:45 21,2 86,07 2066 9,0649 0,64

11/1/10 12:55 21,6 93,04 2233 9,0604 0,59

23/1/10 14:47 20,5 105,12 2523 9,0621 0,61

30/1/10 10:20 20,9 111,93 2686 9,0638 0,63

8/2/10 14:30 19,7 121,10 2906 9,0680 0,68

17/2/10 14:12 17,4 130,09 3122 9,0666 0,66

2/3/10 14:16 19,5 143,09 3434 9,0707 0,71

9/3/10 14:28 19,6 150,10 3602 9,0597 0,59

22/3/10 13:30 20,4 163,06 3914 9,0642 0,64

5/4/10 13:54 20,9 177,08 4250 9,0659 0,66

9/4/10 15:30 21,9 181,15 4348 9,0638 0,63

14/4/10 14:05 19,2 186,09 4466 9,0699 0,70

27/4/10 13:40 20,6 199,07 4778 9,0678 0,68

30/4/10 14:04 22,0 202,09 4850 9,0648 0,64

10/5/10 13:35 20,1 212,07 5090 9,0709 0,71

18/5/10 13:45 21,0 220,07 5282 9,0663 0,66

25/5/10 15:30 20,6 227,15 5452 9,0680 0,68

1/6/10 14:00 19,6 234,08 5618 9,0664 0,66

8/6/10 13:15 20,5 241,05 5785 9,0639 0,63

15/6/10 16:15 19,8 248,18 5956 9,0693 0,69

22/6/10 13:50 21,6 255,08 6122 9,0753 0,76

29/6/10 17:00 21,2 262,21 6293 9,0695 0,70

13/7/10 15:25 20,0 276,14 6627 9,0680 0,68

20/7/10 11:39 20,2 282,99 6792 9,0720 0,72

27/7/10 9:10 19,8 289,88 6957 9,0750 0,76

3/8/10 16:20 21,4 297,18 7132 9,0695 0,70

13/8/10 12:30 19,8 307,02 7369 9,0735 0,74

23/8/10 11:30 19,8 316,98 7607 9,0729 0,73

7/9/10 15:00 20,1 332,13 7971 9,0749 0,75

17/9/10 10:17 21,6 341,93 8206 9,0768 0,78

27/9/10 17:02 18,7 352,21 8453 9,0766 0,77

11/10/10 16:40 17,8 366,19 8789 9,0776 0,78

Anexo A

169

Quadro A.9 - Ficha de variação de massa do provete viajante 1.1 S.


dia horas

11/10/09 12:00 20,0 0,00 0,00 8,6422 0,00

12/10/09 15:15 22,1 1,14 27 8,6497 0,09

13/10/09 15:30 22,0 2,15 52 8,6511 0,10

14/10/09 14:15 22,1 3,09 74 8,6516 0,11

15/10/09 15:40 22,1 4,15 100 8,6516 0,11

16/10/09 10:40 22,1 4,94 119 8,6526 0,12

24/10/09 10:21 23,2 12,93 310 8,6655 0,27

30/10/09 10:00 23,0 18,92 454 8,6900 0,55

7/11/09 10:45 22,1 26,95 647 8,6732 0,36

20/11/09 9:10 23,0 39,88 957 8,6694 0,31

26/11/09 16:30 20,8 46,19 1109 8,6713 0,34

3/12/09 12:45 21,0 53,03 1273 8,6738 0,37

14/12/09 14:51 20,8 64,12 1539 8,6709 0,33

21/12/09 13:40 21,8 71,07 1706 8,6843 0,49

30/12/09 13:05 22,0 80,05 1921 8,6845 0,49

4/1/10 13:45 21,2 85,07 2042 8,6826 0,47

11/1/10 12:55 21,6 92,04 2209 8,6841 0,48

23/1/10 14:47 20,5 104,12 2499 8,6857 0,50

30/1/10 10:20 20,9 110,93 2662 8,6884 0,53

8/2/10 14:30 19,7 120,10 2882 8,6945 0,61

17/2/10 14:12 17,4 129,09 3098 8,6902 0,56

2/3/10 14:16 19,5 142,09 3410 8,6973 0,64

9/3/10 14:28 19,6 149,10 3578 8,6816 0,46

22/3/10 13:30 20,4 162,06 3890 8,6862 0,51

5/4/10 13:54 20,9 176,08 4226 8,6873 0,52

9/4/10 15:14 21,9 180,13 4323 8,6840 0,48

14/4/10 14:05 19,2 185,09 4442 8,6898 0,55

27/4/10 13:40 20,6 198,07 4754 8,6936 0,59

30/4/10 14:04 22,0 201,09 4826 8,6852 0,50

10/5/10 13:35 20,1 211,07 5066 8,6922 0,58

18/5/10 13:45 21,0 219,07 5258 8,6845 0,49

25/5/10 15:30 20,6 226,15 5428 8,6868 0,52

1/6/10 14:00 19,6 233,08 5594 8,6945 0,61

8/6/10 13:15 20,5 240,05 5761 8,6873 0,52

15/6/10 16:15 19,8 247,18 5932 8,6883 0,53

22/6/10 13:50 21,6 254,08 6098 8,6850 0,50

29/6/10 17:00 21,2 261,21 6269 8,6904 0,56

13/7/10 15:25 20,0 275,14 6603 8,6875 0,52

20/7/10 11:39 20,2 281,99 6768 8,6892 0,54

27/7/10 9:10 19,8 288,88 6933 8,6833 0,48

3/8/10 16:20 21,4 296,18 7108 8,6868 0,52

13/8/10 12:30 19,8 306,02 7345 8,6914 0,57

23/8/10 11:30 19,8 315,98 7583 8,6899 0,55

7/9/10 15:00 20,1 331,13 7947 8,6923 0,58

17/9/10 10:17 21,6 340,93 8182 8,6914 0,57

27/9/10 17:02 18,7 351,21 8429 8,6936 0,59

11/10/10 16:40 17,8 365,19 8765 8,6937 0,60

Anexo A

170



dia horas

10/10/09 18:00 38,0 0,00 0,00 8,0779 0,00

11/10/09 10:00 41,2 0,67 16 8,0944 0,20

12/10/09 15:20 40,6 1,89 45 8,0951 0,21

13/10/09 15:40 41,0 2,90 70 8,0975 0,24

14/10/09 14:30 41,0 3,85 92 8,0988 0,26

15/10/09 15:20 40,8 4,89 117 8,1012 0,29

16/10/09 11:00 39,9 5,71 137 8,1017 0,29

24/10/09 11:15 40,9 13,05 313 8,1091 0,39

30/10/09 10:40 40,9 19,03 457 8,1148 0,46

7/11/09 11:20 40,8 27,06 649 8,1241 0,57

20/11/09 9:30 42,0 40,65 976 8,1176 0,49

26/11/09 16:30 40,6 46,94 1127 8,1189 0,51

3/12/09 13:30 41,0 53,81 1292 8,1208 0,53

14/12/09 15:02 39,9 64,88 1557 8,1202 0,52

21/12/09 14:15 40,4 71,84 1724 8,1218 0,54

30/12/09 13:30 40,9 80,81 1940 8,1239 0,57

4/1/10 14:15 38,8 85,84 2060 8,1246 0,58

11/1/10 13:40 40,9 92,82 2228 8,1231 0,56

23/1/10 15:00 41,9 104,88 2517 8,1250 0,58

30/1/10 11:10 40,8 111,72 2681 8,1277 0,62

8/2/10 14:40 41,0 120,86 2901 8,1340 0,69

17/2/10 14:22 40,9 129,85 3116 8,1288 0,63

2/3/10 14:26 40,9 142,85 3428 8,1256 0,59

9/3/10 14:48 40,7 149,87 3597 8,1238 0,57

22/3/10 13:45 40,2 162,82 3908 8,1271 0,61

5/4/10 13:40 41,1 176,82 4244 8,1277 0,62

9/4/10 15:30 40,9 180,90 4342 8,1241 0,57

14/4/10 13:55 40,7 185,83 4460 8,1293 0,64

27/4/10 13:30 40,9 198,81 4772 8,1261 0,60

30/4/10 14:19 39,5 201,85 4844 8,1247 0,58

10/5/10 14:10 40,6 211,84 5084 8,1278 0,62

18/5/10 13:55 41,2 219,83 5276 8,1257 0,59

25/5/10 16:05 40,8 226,92 5446 8,1257 0,59

1/6/10 14:23 39,8 233,85 5612 8,1234 0,56

8/6/10 13:40 38,8 240,82 5780 8,1228 0,56

15/6/10 16:35 40,5 247,94 5951 8,1207 0,53

22/6/10 14:15 39,8 254,84 6116 8,1198 0,52

29/6/10 17:20 41,0 261,97 6287 8,1238 0,57

13/7/10 15:35 40,2 275,90 6622 8,1259 0,59

20/7/10 11:57 40,5 282,75 6786 8,1273 0,61

27/7/10 9:25 38,8 289,64 6951 8,1289 0,63

3/8/10 16:35 39,4 296,94 7127 8,1245 0,58

13/8/10 12:50 38,8 306,78 7363 8,1270 0,61

23/8/10 11:55 40,2 316,75 7602 8,1255 0,59

7/9/10 15:15 39,9 331,89 7965 8,1274 0,61

17/9/10 10:37 39,5 341,69 8201 8,1250 0,58

27/9/10 16:52 39,1 351,95 8447 8,1267 0,60

11/10/10 16:58 39,0 365,96 8783 8,1295 0,64

Anexo A

171



dia horas

10/10/09 12:00 38,0 0,00 0,00 9,3105 0,00

11/10/09 18:45 41,2 1,28 31 9,3341 0,25

12/10/09 15:20 40,6 2,14 51 9,3335 0,25

13/10/09 15:40 41,0 3,15 76 9,3353 0,27

14/10/09 14:30 41,0 4,10 98 9,3374 0,29

15/10/09 15:20 40,8 5,14 123 9,3402 0,32

16/10/09 11:00 39,9 5,96 143 9,3406 0,32

24/10/09 11:15 40,9 12,69 305 9,3536 0,46

30/10/09 10:40 40,9 18,66 448 9,3584 0,51

7/11/09 11:20 40,8 26,69 641 9,3666 0,60

20/11/09 9:30 42,0 40,90 982 9,3649 0,58

26/11/09 16:30 40,6 47,19 1133 9,3655 0,59

3/12/09 13:30 41,0 54,06 1298 9,3681 0,62

14/12/09 15:02 39,9 65,13 1563 9,3709 0,65

21/12/09 14:15 40,4 72,09 1730 9,3814 0,76

30/12/09 13:30 40,9 81,06 1946 9,3817 0,76

4/1/10 14:15 38,8 86,09 2066 9,3773 0,72

11/1/10 13:40 40,9 93,07 2234 9,3811 0,76

23/1/10 15:00 41,9 105,13 2523 9,3850 0,80

30/1/10 11:10 40,8 111,97 2687 9,3882 0,83

8/2/10 14:40 41,0 121,11 2907 9,3964 0,92

17/2/10 14:22 40,9 130,10 3122 9,3899 0,85

2/3/10 14:26 40,9 143,10 3434 9,3974 0,93

9/3/10 14:48 40,7 150,12 3603 9,3900 0,85

22/3/10 13:45 40,2 163,07 3914 9,3957 0,92

5/4/10 13:40 41,1 177,07 4250 9,3902 0,86

9/4/10 15:30 40,9 181,15 4348 9,3942 0,90

14/4/10 13:55 40,7 186,08 4466 9,3991 0,95

27/4/10 13:30 40,9 199,06 4778 9,3999 0,96

30/4/10 14:19 39,5 202,10 4850 9,3951 0,91

10/5/10 14:10 40,6 212,09 5090 9,4021 0,98

18/5/10 13:55 41,2 220,08 5282 9,3966 0,92

25/5/10 16:05 40,8 227,17 5452 9,3948 0,91

1/6/10 14:23 39,8 234,10 5618 9,3897 0,85

8/6/10 13:40 38,8 241,07 5786 9,3883 0,84

15/6/10 16:35 40,5 248,19 5957 9,3915 0,87

22/6/10 14:15 39,8 255,09 6122 9,3965 0,92

29/6/10 17:20 41,0 262,22 6293 9,3909 0,86

13/7/10 15:35 40,2 276,15 6628 9,3978 0,94

20/7/10 11:57 40,5 283,00 6792 9,4006 0,97

27/7/10 9:25 38,8 289,89 6957 9,3957 0,92

3/8/10 16:35 39,4 297,19 7133 9,3983 0,94

13/8/10 12:50 38,8 307,03 7369 9,3928 0,88

23/8/10 11:55 40,2 317,00 7608 9,3976 0,94

7/9/10 15:15 39,9 332,14 7971 9,4004 0,97

17/9/10 10:37 39,5 341,94 8207 9,3943 0,90

27/9/10 16:52 39,1 352,20 8453 9,3902 0,86

11/10/10 16:58 39,0 366,21 8789 9,4000 0,96

Anexo A

172



dia horas

11/10/09 14:00 38,0 0,00 0,00 8,4206 0,00

12/10/09 15:20 40,6 1,06 25 8,4470 0,31

13/10/09 15:40 41,0 2,07 50 8,4502 0,35

14/10/09 14:30 41,0 3,02 72 8,4516 0,37

15/10/09 15:30 40,8 4,06 98 8,4542 0,40

16/10/09 11:00 39,9 4,88 117 8,4551 0,41

24/10/09 11:15 40,9 11,83 284 8,4675 0,56

30/10/09 10:40 40,9 17,81 427 8,4728 0,62

7/11/09 11:20 40,8 25,83 620 8,4750 0,65

20/11/09 9:30 42,0 38,76 930 8,4771 0,67

26/11/09 16:30 40,6 45,05 1081 8,4800 0,71

3/12/09 13:30 41,0 51,92 1246 8,4839 0,75

14/12/09 15:02 39,9 62,99 1512 8,4845 0,76

21/12/09 14:15 40,4 69,95 1679 8,4921 0,85

30/12/09 13:30 40,9 78,92 1894 8,4972 0,91

4/1/10 14:15 38,8 83,95 2015 8,4938 0,87

11/1/10 13:40 40,9 90,93 2182 8,4951 0,88

23/1/10 15:00 41,9 102,99 2472 8,4945 0,88

30/1/10 11:10 40,8 109,83 2636 8,4987 0,93

8/2/10 14:40 41,0 118,97 2855 8,5032 0,98

17/2/10 14:22 40,9 127,96 3071 8,5079 1,04

2/3/10 14:26 40,9 140,96 3383 8,5075 1,03

9/3/10 14:48 40,7 147,98 3551 8,5000 0,94

22/3/10 13:45 40,2 160,93 3862 8,5036 0,99

5/4/10 13:40 41,1 174,93 4198 8,5052 1,00

9/4/10 15:30 40,9 179,01 4296 8,5037 0,99

14/4/10 13:55 40,7 183,94 4415 8,5027 0,97

27/4/10 13:30 40,9 196,92 4726 8,5069 1,02

30/4/10 14:19 39,5 199,96 4799 8,5017 0,96

10/5/10 14:10 40,6 209,95 5039 8,5082 1,04

18/5/10 13:55 41,2 217,94 5231 8,5036 0,99

25/5/10 16:05 40,8 225,03 5401 8,5047 1,00

1/6/10 14:23 39,8 231,96 5567 8,4989 0,93

8/6/10 13:40 38,8 238,93 5734 8,5015 0,96

15/6/10 16:35 40,5 246,05 5905 8,5067 1,02

22/6/10 14:15 39,8 252,95 6071 8,5003 0,95

29/6/10 17:20 41,0 260,08 6242 8,5078 1,04

13/7/10 15:35 40,2 274,01 6576 8,5021 0,97

20/7/10 11:57 40,5 280,86 6741 8,5097 1,06

27/7/10 9:25 38,8 287,75 6906 8,5038 0,99

3/8/10 16:35 39,4 295,05 7081 8,5089 1,05

13/8/10 12:50 38,8 304,90 7317 8,5067 1,02

23/8/10 11:55 40,2 314,86 7557 8,5015 0,96

7/9/10 15:15 39,9 330,00 7920 8,5058 1,01

17/9/10 10:37 39,5 339,80 8155 8,5071 1,03

27/9/10 16:52 39,1 350,06 8402 8,4957 0,89

11/10/10 16:58 39,0 364,07 8738 8,5081 1,04

Anexo A

173



dia horas

11/10/09 12:00 38,0 0,00 0,00 7,9776 0,00

12/10/09 15:10 40,6 1,13 27 7,9885 0,14

13/10/09 15:20 41,0 2,14 51 7,9940 0,21

14/10/09 14:00 41,0 3,08 74 7,9970 0,24

15/10/09 15:50 39,6 4,16 100 7,9983 0,26

16/10/09 11:20 40,0 4,97 119 7,9988 0,27

24/10/09 11:45 40,5 12,99 312 8,0077 0,38

30/10/09 10:25 40,5 18,93 454 8,0186 0,51

7/11/09 10:50 40,0 26,95 647 8,0150 0,47

20/11/09 9:50 39,0 39,91 958 8,0187 0,52

26/11/09 16:30 37,0 46,19 1109 8,0204 0,54

3/12/09 13:00 40,0 53,04 1273 8,0217 0,55

14/12/09 15:12 40,0 64,13 1539 8,0229 0,57

21/12/09 13:50 43,0 71,08 1706 8,0279 0,63

30/12/09 13:12 40,5 80,05 1921 8,0261 0,61

4/1/10 13:45 39,0 85,07 2042 8,0272 0,62

11/1/10 13:20 40,5 92,06 2209 8,0277 0,63

23/1/10 15:35 39,0 104,15 2500 8,0283 0,64

30/1/10 10:40 40,0 110,94 2663 8,0289 0,64

8/2/10 14:10 41,0 120,09 2882 8,0295 0,65

17/2/10 13:55 40,0 129,08 3098 8,0312 0,67

2/3/10 14:00 40,5 142,08 3410 8,0309 0,67

9/3/10 15:04 38,5 149,13 3579 8,0299 0,66

22/3/10 13:20 40,0 162,06 3889 8,0318 0,68

5/4/10 13:17 40,0 176,05 4225 8,0321 0,68

9/4/10 15:44 40,1 180,16 4324 8,0312 0,67

14/4/10 13:30 39,5 185,06 4442 8,0309 0,67

27/4/10 13:00 41,0 198,04 4753 8,0329 0,69

30/4/10 14:31 42,0 201,10 4827 8,0324 0,69

10/5/10 13:15 42,0 211,05 5065 8,0334 0,70

18/5/10 13:25 39,5 219,06 5257 8,0336 0,70

25/5/10 15:45 38,0 226,16 5428 8,0332 0,70

1/6/10 14:13 40,1 233,09 5594 8,0334 0,70

8/6/10 13:30 39,9 240,06 5762 8,0312 0,67

15/6/10 16:25 40,5 247,18 5932 8,0345 0,71

22/6/10 14:05 40,3 254,09 6098 8,0323 0,69

29/6/10 17:10 41,0 261,22 6269 8,0328 0,69

13/7/10 15:25 40,5 275,14 6603 8,0315 0,68

20/7/10 11:06 37,5 281,96 6767 8,0353 0,72

27/7/10 9:15 39,0 288,89 6933 8,0342 0,71

3/8/10 16:25 39,5 296,18 7108 8,0355 0,73

13/8/10 12:40 40,5 306,03 7345 8,0329 0,69

23/8/10 11:15 39,6 315,97 7583 8,0358 0,73

7/9/10 15:05 40,0 331,13 7947 8,0361 0,73

17/9/10 10:27 39,9 340,94 8182 8,0371 0,75

27/9/10 15:25 39,5 351,14 8427 8,0377 0,75

11/10/10 16:08 43,0 365,17 8764 8,0387 0,77

Anexo A

174



dia horas

11/10/09 12:00 38,0 0,00 0,00 9,2297 0,00

12/10/09 15:10 40,6 1,13 27 9,2408 0,12

13/10/09 15:20 41,0 2,14 51 9,2458 0,17

14/10/09 14:00 39,1 3,08 74 9,2480 0,20

15/10/09 15:50 39,6 4,16 100 9,2536 0,26

16/10/09 11:20 40,0 4,97 119 9,2547 0,27

24/10/09 11:45 40,5 12,99 312 9,2681 0,42

30/10/09 10:25 40,5 18,93 454 9,2710 0,45

7/11/09 10:50 40,0 26,95 647 9,2764 0,51

20/11/09 9:50 39,0 39,91 958 9,2785 0,53

26/11/09 16:30 37,0 46,19 1109 9,2822 0,57

3/12/09 13:00 40,0 53,04 1273 9,2864 0,61

14/12/09 15:12 40,0 64,13 1539 9,2933 0,69

21/12/09 13:50 43,0 71,08 1706 9,3023 0,79

30/12/09 13:12 40,5 80,05 1921 9,2976 0,74

4/1/10 13:45 39,0 85,07 2042 9,2987 0,75

11/1/10 13:20 40,5 92,06 2209 9,2999 0,76

23/1/10 15:35 39,0 104,15 2500 9,3018 0,78

30/1/10 10:40 40,0 110,94 2663 9,3045 0,81

8/2/10 14:10 41,0 120,09 2882 9,3059 0,83

17/2/10 13:55 40,0 129,08 3098 9,3066 0,83

2/3/10 14:00 40,5 142,08 3410 9,3063 0,83

9/3/10 15:04 38,5 149,13 3579 9,3046 0,81

22/3/10 13:20 40,0 162,06 3889 9,3059 0,83

5/4/10 13:17 40,0 176,05 4225 9,3065 0,83

9/4/10 15:44 40,1 180,16 4324 9,3060 0,83

14/4/10 13:30 39,5 185,06 4442 9,3027 0,79

27/4/10 13:00 41,0 198,04 4753 9,3052 0,82

30/4/10 14:31 42,0 201,10 4827 9,3079 0,85

10/5/10 13:15 42,0 211,05 5065 9,3068 0,84

18/5/10 13:25 39,5 219,06 5257 9,2908 0,66

25/5/10 15:45 38,0 226,16 5428 9,2998 0,76

1/6/10 14:13 40,1 233,09 5594 9,2956 0,71

8/6/10 13:30 39,9 240,06 5762 9,2983 0,74

15/6/10 16:25 40,5 247,18 5932 9,3041 0,81

22/6/10 14:05 40,3 254,09 6098 9,3058 0,82

29/6/10 17:10 41,0 261,22 6269 9,3098 0,87

13/7/10 15:25 40,5 275,14 6603 9,3107 0,88

20/7/10 11:06 37,5 281,96 6767 9,3116 0,89

27/7/10 9:15 39,0 288,89 6933 9,3103 0,87

3/8/10 16:25 39,5 296,18 7108 9,2996 0,76

13/8/10 12:40 40,5 306,03 7345 9,3098 0,87

23/8/10 11:15 39,6 315,97 7583 9,3115 0,89

7/9/10 15:05 40,0 331,13 7947 9,3127 0,90

17/9/10 10:27 39,9 340,94 8182 9,3107 0,88

27/9/10 15:25 39,5 351,14 8427 9,3137 0,91

11/10/10 16:08 43,0 365,17 8764 9,3058 0,82

Anexo A

175



dia horas

11/10/09 12:00 38,0 0,00 0,00 8,6575 0,00

12/10/09 15:10 40,6 1,13 27 8,6647 0,08

13/10/09 15:20 41,0 2,14 51 8,6676 0,12

14/10/09 14:00 41,0 3,08 74 8,6688 0,13

15/10/09 15:50 39,6 4,16 100 8,6703 0,15

16/10/09 11:20 40,0 4,97 119 8,6699 0,14

24/10/09 11:45 40,5 12,99 312 8,6788 0,25

30/10/09 10:25 40,5 18,93 454 8,6821 0,28

7/11/09 10:50 40,0 26,95 647 8,6853 0,32

20/11/09 9:50 39,0 39,91 958 8,7090 0,59

26/11/09 16:30 37,0 46,19 1109 8,6870 0,34

3/12/09 13:00 40,0 53,04 1273 8,6906 0,38

14/12/09 15:12 40,0 64,13 1539 8,6860 0,33

21/12/09 13:50 43,0 71,08 1706 8,6916 0,39

30/12/09 13:12 40,5 80,05 1921 8,6871 0,34

4/1/10 13:45 39,0 85,07 2042 8,6896 0,37

11/1/10 13:20 40,5 92,06 2209 8,6904 0,38

23/1/10 15:35 39,0 104,15 2500 8,6917 0,40

30/1/10 10:40 40,0 110,94 2663 8,6931 0,41

8/2/10 14:10 41,0 120,09 2882 8,6912 0,39

17/2/10 13:55 40,0 129,08 3098 8,6942 0,42

2/3/10 14:00 40,5 142,08 3410 8,6942 0,42

9/3/10 15:04 38,5 149,13 3579 8,6892 0,37

22/3/10 13:20 40,0 162,06 3889 8,6937 0,42

5/4/10 13:17 40,0 176,05 4225 8,6940 0,42

9/4/10 15:44 40,1 180,16 4324 8,6881 0,35

14/4/10 13:30 39,5 185,06 4442 8,6912 0,39

27/4/10 13:00 41,0 198,04 4753 8,6953 0,44

30/4/10 14:31 42,0 201,10 4827 8,6888 0,36

10/5/10 13:15 42,0 211,05 5065 8,6872 0,34

18/5/10 13:25 39,5 219,06 5257 8,6898 0,37

25/5/10 15:45 38,0 226,16 5428 8,6905 0,38

1/6/10 14:13 40,1 233,09 5594 8,6873 0,34

8/6/10 13:30 39,9 240,06 5762 8,6893 0,37

15/6/10 16:25 40,5 247,18 5932 8,6904 0,38

22/6/10 14:05 40,3 254,09 6098 8,6870 0,34

29/6/10 17:10 41,0 261,22 6269 8,6923 0,40

13/7/10 15:25 40,5 275,14 6603 8,6898 0,37

20/7/10 11:06 37,5 281,96 6767 8,6925 0,40

27/7/10 9:15 39,0 288,89 6933 8,6907 0,38

3/8/10 16:25 39,5 296,18 7108 8,6879 0,35

13/8/10 12:40 40,5 306,03 7345 8,6898 0,37

23/8/10 11:15 39,6 315,97 7583 8,6912 0,39

7/9/10 15:05 40,0 331,13 7947 8,6883 0,36

17/9/10 10:27 39,9 340,94 8182 8,6907 0,38

27/9/10 15:25 39,5 351,14 8427 8,6876 0,35

11/10/10 16:08 43,0 365,17 8764 8,6898 0,37

Anexo A

176

No final de cada colheita foi requerido para o estudo do processo de reversibilidade, a secagem

dos provetes recolhidos. Para tal, foi seguida a norma ASTM D 5229 [3.8] de onde se retiram os

seguintes resultados de variação de massa, para um provete aleatório de cada um dos ensaios a

analisar, até a estabilização dessa variação.

Quadro A.16 - Ficha de variação de massa dos provetes em imersão em água desmineralizada a 20 ºC aos

6 meses de exposição.

1.1 S D 2 Massa ∆ ∆0 1.1 S C 7 Massa ∆ ∆0

Data (g) (g) (%) Data (g) (g) (%)

16/4/10 13:00 9,08 0,0000 1,0000 16/4/10 13:00 3,32 0,0000 1,0000

20/5/10 13:20 9,04 -0,0421 -0,0046 20/5/10 13:20 3,29 -0,0252 -0,0076

24/5/10 17:30 9,03 -0,0112 -0,0012 24/5/10 17:30 3,28 -0,0065 -0,0020

25/5/10 15:00 9,03 -0,0007 -0,0001 25/5/10 15:00 3,28 -0,0004 -0,0001

28/5/10 15:51 9,03 -0,0023 -0,0003 28/5/10 15:51 3,28 -0,0013 -0,0004

31/5/10 15:21 9,03 -0,0009 -0,0001 31/5/10 15:21 3,28 -0,0002 -0,0001

1/6/10 15:03 9,03 -0,0004 0,0000 1/6/10 15:03 3,28 -0,0001 0,0000

8/6/10 15:30 9,03 -0,0017 -0,0002 8/6/10 15:30 3,28 -0,0007 -0,0002

1.1 S F 15 Massa ∆ ∆0 1.1 S T 4 Massa ∆ ∆0

Data (g) (g) (%) Data (g) (g) (%)

16/4/10 13:00 22,32 0,0000 1,0000 16/4/10 13:00 71,13 0,0000 1,0000

20/5/10 13:20 22,20 -0,1195 -0,0054 20/5/10 13:20 70,89 -0,2461 -0,0035

24/5/10 17:30 22,17 -0,0325 -0,0015 24/5/10 17:30 70,82 -0,0615 -0,0009

25/5/10 15:00 22,17 0,0023 0,0001 25/5/10 15:00 70,80 -0,0230 -0,0003

28/5/10 15:51 22,16 -0,0088 -0,0004 28/5/10 15:51 70,77 -0,0270 -0,0004

31/5/10 15:21 22,16 0,0043 0,0002 31/5/10 15:21 70,75 -0,0230 -0,0003

1/6/10 15:03 22,15 -0,0125 -0,0006 1/6/10 15:03 70,75 0,0009 0,0000

8/6/10 15:30 22,16 0,0119 0,0005 8/6/10 15:30 70,74 -0,0094 -0,0001

Figura A.1 - Estabilização de massa na secagem do provete 1.1 S D 2.

Anexo A

177

Figura A.2 - Estabilização de massa na secagem do provete 1.1 S C 7.

Figura A.3 - Estabilização de massa na secagem do provete 1.1 S F 15.

Figura A.3 - Estabilização de massa na secagem do provete 1.1 T F 4.

Anexo A

178

Todos os gráficos apresentados são consistentes e idênticos aos já apresentados, pelo que a

partir daqui apenas se apresentam as fichas de variação de massa dos restantes ambientes de

estudo, na estabilização de massa por secagem.



1.2 S D 6 Massa ∆ ∆0 1.2 S C 1 Massa ∆ ∆0

Data (g) (g) (%) Data (g) (g) (%)

16/4/10 13:00 9,03 0,0000 1,0000 16/4/10 13:00 3,35 0,0000 1,0000

20/5/10 13:20 9,00 -0,0339 -0,0038 20/5/10 13:20 3,33 -0,0215 -0,0064

24/5/10 17:30 8,98 -0,0137 -0,0015 24/5/10 17:30 3,32 -0,0079 -0,0024

25/5/10 15:00 8,98 -0,0008 -0,0001 25/5/10 15:00 3,32 -0,0005 -0,0002

28/5/10 15:51 8,98 -0,0031 -0,0003 28/5/10 15:51 3,32 -0,0017 -0,0005

31/5/10 15:21 8,98 -0,0012 -0,0001 31/5/10 15:21 3,32 -0,0005 -0,0002

1/6/10 15:03 8,98 -0,0006 -0,0001 1/6/10 15:03 3,32 -0,0004 -0,0001

8/6/10 15:30 8,97 -0,0026 -0,0003 8/6/10 15:30 3,32 -0,0011 -0,0003

1.2 S F 14 Massa ∆ ∆0 1.2 S T 8 Massa ∆ ∆0

Data (g) (g) (%) Data (g) (g) (%)

16/4/10 13:00 23,66 0,0000 1,0000 16/4/10 13:00 75,4151 0,0000 1,0000

20/5/10 13:20 23,55 -0,1115 -0,0047 20/5/10 13:20 75,1647 -0,2504 -0,0033

24/5/10 17:30 23,52 -0,0297 -0,0013 24/5/10 17:30 75,0523 -0,1124 -0,0015

25/5/10 15:00 23,51 -0,0113 -0,0005 25/5/10 15:00 75,0348 -0,0175 -0,0002

28/5/10 15:51 23,50 -0,0108 -0,0012 28/5/10 15:51 75,0093 -0,0255 -0,0003

31/5/10 15:21 23,49 -0,0044 -0,0005 31/5/10 15:21 74,9978 -0,0115 -0,0002

1/6/10 15:03 23,49 -0,0020 -0,0002 1/6/10 15:03 74,9898 -0,0080 -0,0001

8/6/10 15:30 23,49 -0,0035 -0,0004 8/6/10 15:30 74,9745 -0,0153 -0,0002

Quadro A.18 - Ficha de variação de massa dos provetes em condensação em contínuo a 40 ºC aos 6 meses

de exposição.

1.3 S D 6 Massa ∆ ∆0 1.3 S C 9 Massa ∆ ∆0

Data (g) (g) (%) Data (g) (g) (%)

16/4/10 13:00 8,37 0 1,0000 16/4/10 13:00 3,23 0 1,0000

20/5/10 13:20 8,35 -0,0236 -0,0028 20/5/10 13:20 3,18 -0,0441 -0,0137

24/5/10 17:30 8,33 -0,0141 -0,0017 24/5/10 17:30 3,17 -0,0111 -0,0035

25/5/10 15:00 8,33 -0,0009 -0,0001 25/5/10 15:00 3,17 -0,0003 -0,0001

28/5/10 15:51 8,33 -0,0031 -0,0004 28/5/10 15:51 3,17 -0,0017 -0,0005

31/5/10 15:21 8,33 -0,0014 -0,0002 31/5/10 15:21 3,17 0,0001 0,0000

1/6/10 15:03 8,33 -0,0005 -0,0001 1/6/10 15:03 3,17 -0,0002 -0,0001

8/6/10 15:30 8,32 -0,0026 -0,0003 8/6/10 15:30 3,17 -0,0006 -0,0002

1.3 S F 1 Massa ∆ ∆0 1.3 S T 6 Massa ∆ ∆0

Data (g) (g) (%) Data (g) (g) (%)

16/4/10 13:00 23,79 0 1,0000 16/4/10 13:00 76,32 0 1,0000

20/5/10 13:20 23,66 -0,1275 -0,0054 20/5/10 13:20 75,93 -0,3908 -0,0051

24/5/10 17:30 23,62 -0,0393 -0,0017 24/5/10 17:30 75,82 -0,1145 -0,0015

25/5/10 15:00 23,61 -0,0128 -0,0005 25/5/10 15:00 75,78 -0,0359 -0,0005

28/5/10 15:51 23,61 -0,0005 0,0000 28/5/10 15:51 75,76 -0,0226 -0,0003

31/5/10 15:21 23,61 -0,0002 0,0000 31/5/10 15:21 75,74 -0,0156 -0,0002

1/6/10 15:03 23,59 -0,0164 -0,0007 1/6/10 15:03 75,72 -0,0208 -0,0003

8/6/10 15:30 23,60 0,0131 0,0006 8/6/10 15:30 75,72 -0,0009 0,0000

Anexo A

179



1.1 S D 9 Massa ∆ ∆0 1.1 S C 1 Massa ∆ ∆0

Data (g) (g) (%) Data (g) (g) (%)

11/10/10 13:00 8,43 0,0000 1,0000 11/10/10 13:00 3,14 0,0000 1,0000

14/10/10 15:45 8,40 -0,0340 -0,0040 14/10/10 15:45 3,10 -0,0402 -0,0128

15/10/10 16:45 8,40 -0,0018 -0,0002 15/10/10 16:45 3,10 -0,0011 -0,0004

18/10/10 11:00 8,39 -0,0057 -0,0007 18/10/10 11:00 3,09 -0,0026 -0,0008

25/10/10 14:30 8,38 -0,0058 -0,0007 25/10/10 14:30 3,09 -0,0011 -0,0004

1.1 S F 10 Massa ∆ ∆0 1.1 S T 11 Massa ∆ ∆0

Data (g) (g) (%) Data (g) (g) (%)

11/10/10 13:00 23,46 0,0000 1,0000 11/10/10 13:00 67,14 0,0000 1,0000

14/10/10 15:45 23,33 -0,1302 -0,0055 14/10/10 15:45 66,88 -0,2593 -0,0039

15/10/10 16:45 23,33 -0,0063 -0,0003 15/10/10 16:45 66,86 -0,0203 -0,0003

18/10/10 11:00 23,31 -0,0147 -0,0006 18/10/10 11:00 66,82 -0,0391 -0,0006

25/10/10 14:30 23,30 -0,0096 -0,0004 25/10/10 14:30 66,81 -0,0193 -0,0003



1.2 S D 1 Massa ∆ ∆0 1.2 S C 15 Massa ∆ ∆0

Data (g) (g) (%) Data (g) (g) (%)

11/10/10 13:00 9,18 0,0000 1,0000 11/10/10 13:00 3,1056 0,0000 1,0000

14/10/10 15:45 9,12 -0,0582 -0,0063 14/10/10 15:45 3,0750 -0,0306 -0,0099

15/10/10 16:45 9,12 -0,0029 -0,0003 15/10/10 16:45 3,0743 -0,0007 -0,0002

18/10/10 11:00 9,11 -0,0078 -0,0009 18/10/10 11:00 3,0712 -0,0031 -0,0010

25/10/10 14:30 9,10 -0,0078 -0,0009 25/10/10 14:30 3,0686 -0,0026 -0,0008

1.2 S F 1 Massa ∆ ∆0 1.2 S T 1 Massa ∆ ∆0

Data (g) (g) (%) Data (g) (g) (%)

11/10/10 13:00 23,70 0,0000 1,0000 11/10/10 13:00 72,94 0,0000 1,0000

14/10/10 15:45 23,52 -0,1803 -0,0076 14/10/10 15:45 72,33 -0,6089 -0,0083

15/10/10 16:45 23,51 -0,0137 -0,0006 15/10/10 16:45 72,30 -0,0333 -0,0005

18/10/10 11:00 23,48 -0,0270 -0,0011 18/10/10 11:00 72,23 -0,0726 -0,0010

25/10/10 14:30 23,45 -0,0289 -0,0034 25/10/10 14:30 72,14 -0,0865 -0,0012

Anexo A

180

Quadro A.21 - Ficha de variação de massa dos provetes em condensação em contínuo a 40 ºC aos 12

meses de exposição.

1.3 S D 5 Massa ∆ ∆0 1.3 S C 1 Massa ∆ ∆0

Data (g) (g) (%) Data (g) (g) (%)

11/10/10 13:00 9,60 0,0000 1,0000 11/10/10 13:00 3,22 0,0000 1,0000

14/10/10 15:45 9,53 -0,0683 -0,0071 14/10/10 15:45 3,19 -0,0343 -0,0106

15/10/10 16:45 9,53 -0,0025 -0,0003 15/10/10 16:45 3,19 -0,0009 -0,0003

18/10/10 11:00 9,52 -0,0081 -0,0009 18/10/10 11:00 3,19 -0,0037 -0,0012

25/10/10 14:30 9,51 -0,0072 -0,0008 25/10/10 14:30 3,18 -0,0031 -0,0010

1.3 S F 5 Massa ∆ ∆0 1.3 S T 1 Massa ∆ ∆0

Data (g) (g) (%) Data (g) (g) (%)

11/10/10 13:00 22,04 0,0000 1,0000 11/10/10 13:00 71,50 0,0000 1,0000

14/10/10 15:45 21,88 -0,1577 -0,0072 14/10/10 15:45 71,00 -0,5033 -0,0070

15/10/10 16:45 21,88 -0,0072 -0,0003 15/10/10 16:45 70,98 -0,0250 -0,0004

18/10/10 11:00 21,86 -0,0205 -0,0009 18/10/10 11:00 70,91 -0,0639 -0,0009

25/10/10 14:30 21,84 -0,0183 -0,0008 25/10/10 14:30 70,83 -0,0774 -0,0011

Anexo B

181

Curvas experimentais da análise mecânico-dinâmica

Apresentação dos resultados individuais dos provetes obtidos

Apresentação das curvas experimentais para os provetes do Grupo I e II

B Curvas exper imenta is da anál i se mecânico -d inâmica

B Anexo

Anexo B

182

Anexo B

183

Apresenta-se de seguida os resultados individuais dos provetes e as as curvas experimentais

obtidas do ensaio de análise mecânico-dinâmica (DMA) da curva tan δ e do módulo de

armazenamento (E’), para os dois Grupos em estudo. Os valores médios e a sua análise

encontram-se no capítulo 4.

Quadro B.1 - Valores da temperatura de transição vítrea (Tg) para provetes envelhecidos em imersão em

água desmineralizada do Grupo I aos 12 meses de exposição.

Temperatura de imersão (ºC) Provete Temperatura de transição vítrea (ºC) E’região vítrea

tan δ E’inicial (MPa)

20

1 123,0 97,1 16162

2 124,0 99,9 14462

3 128,7 100,7 20905

40

1 117,0 93,4 16569

2 116,4 95,6 15872

3 115,7 109,6 11849

60

1 116,9 92,5 13849

2 118,8 88,6 12429

3 139,9 97,3 19315


solução salina do Grupo I aos 12 meses de exposição.



20

1 124,8 91,0 25330

2 119,2 94,8 25508

3 123,6 94,6 22168

40

1 123,2 94,6 17641

2 125,0 99,3 14170

3 124,7 94,7 16440

60

1 121,7 103,4 12022

2 123,1 97,7 12295

3 126,0 100,3 19315

Anexo B

184





20

1 117,8 84,8 12068

2 121,1 85,5 11191

3 124,7 93,3 15762

40

1 115,6 88,4 14109

2 115,0 99,7 13986

3 117,1 91,8 13876

60

1 139,6 102,7 16948

2 131,1 86,4 11960

3 120,9 94,0 15761





20

1 128,8 94,6 20005

2 126,7 102,9 13625

3 125,1 98,5 14130

40

1 120,7 100,1 15029

2 - - -

3 121,0 88,8 15034

60

1 121,5 99,9 14397

2 120,9 101,0 13861

3 121,5 99,7 14151





20

1 121,1 95,4 -

2 155,4 93,6 -

3 119,9 90,9 -

40

1 116,3 94,0 18434

2 114,4 86,6 19490

3 118,2 90,2 19367

60

1 121,0 99,6 17164

2 119,3 95,8 19120

3 117,5 97,0 14015

Anexo B

185





20

1 121,4 96,6 11890

2 118,7 98,7 12953

3 118,7 93,6 11127

40

1 118,9 95,8 11622

2 120,4 105,9 11200

3 122,3 95,9 18700

60

1 117,8 104,9 11245

2 136,3 89,1 9652

3 117,1 94,3 15688

Figura B.1 - Curvas experimentais de Tg da imersão em água desmineralizada a 20 ºC aos 12 meses.


Anexo B

186


Figura B.4 - Curvas experimentais de Tg da imersão em solução salina a 20 ºC aos 12 meses.


Anexo B

187




Anexo B

188




Anexo B

189




Anexo B

190


Figura B.16 - Curvas experimentais de Tg da imersão em água salgada a 20 ºC aos 24 meses.


Anexo B

191


Quadro B.8 - Valores da temperatura de transição vítrea (Tg) para provetes revestidos de protecção lateral

do Grupo II aos 6 meses de exposição.

Ambiente de envelhecimento Provete Temperatura de transição vítrea (ºC) E’região vítrea


WI-20

1 125,0 83,0 10027

2 124,0 87,0 8856

3 137,0 101,0 10196

WI-40

1 124,0 95,0 10577

2 128,0 108,0 17235

3 130,0 106,0 14644

CCI-40

1 123,0 57,0 11031

2 126,0 96,0 10559

3 135,0 106,0 9382

Quadro B.9 - Valores da temperatura de transição vítrea (Tg) para provetes do processo de reversibilidade

por secagem do Grupo II aos 6 meses de exposição.



WD-20

1 126,0 96,0 16809

2 128,0 104,0 12035

3 129,0 108,0 11423

WD-40

1 129,0 91,0 13398

2 142,0 93,0 17607

3 135,0 99,0 17879

CCD-40

1 134,0 96,0 20536

2 133,0 94,0 14678

3 141,0 98,0 19956

Anexo B

192

Quadro B.10 - Valores da temperatura de transição vítrea (Tg) para provetes revestidos de protecção

lateral do Grupo II aos 12 meses de exposição.



WI-20

1 123,0 94,0 12054

2 128,0 91,0 9122

3 124,0 80,0 11352

WI-40

1 107,0 66,0 12332

2 125,0 66,0 10440

3 128,0 76,0 8757

CCI-40

1 133,0 93,0 13258

2 124,0 94,0 9804

3 130,0 91,0 14721

Quadro B.11 - Valores da temperatura de transição vítrea (Tg) para provetes do processo de

reversibilidade por secagem do Grupo II aos 12 meses de exposição.



WD-20

1 130,0 99,0 15227

2 125,5 101,0 10059

3 114,0 94,0 13627

WD-40

1 127,0 93,0 13289

2 129,0 98,0 15549

3 134,0 93,0 19407

CCD-40

1 129,0 90,0 12715

2 141,0 106,0 13297

3 127,0 93,0 11823

Figura B.19 - Curvas experimentais de Tg dos provetes revestidos de protecção lateral, imersos em água

desmineralizada a 20 ºC, aos 6 meses.

Anexo B

193



Figura B.21 - Curvas experimentais de Tg dos provetes revestidos de protecção lateral, em condensação

em continuo a 40 ºC, aos 6 meses.

Figura B.22 - Curvas experimentais de Tg dos provetes do processo de reversibilidade por secagem,

imersos em água desmineralizada a 20 ºC, aos 6 meses.

Anexo B

194



Figura B.24 - Curvas experimentais de Tg dos provetes do processo de reversibilidade por secagem, em

condensação em contínuo a 40 ºC, aos 6 meses.



Anexo B

195



Figura B.27 - Curvas experimentais de Tg dos provetes revestidos de protecção lateral, em condensação

em continuo a 40 ºC, aos 12 meses.



Anexo B

196



Figura B.30 - Curvas experimentais de Tg dos provetes do processo de reversibilidade por secagem, em


Anexo C

197

Curvas experimentais da análise em flexão



C Curvas exper imentais da anál i se em flexão

C Anexo

Anexo C

198

Anexo C

199

Apresenta-se de seguida os resultados individuais dos provetes para a tensão axial de flexão na

rotura, a deformação axial na rotura, o módulo de elasticidade em flexão e as curvas

experimentais obtidas do ensaio para os dois Grupos em estudo. Os valores médios e a sua

análise encontram-se no capítulo 4.

Quadro C.1 - Resultados individuais do ensaio de flexão para provetes envelhecidos em imersão em água

desmineralizada do Grupo I aos 12 meses de exposição.

Temperatura de imersão (ºC) Provete Ef

[MPa] [ - ] [GPa]

20

1.1 F 1 529,4 0,021 24,4

1.1 F 5 444,2 0,025 18,0

1.1 F 8 480,1 0,020 18,5

1.1 F 17 411,2 0,023 17,6

1.1 F 29 430,3 0,025 16,8

40

1.2 F 5 412,1 0,019 20,3

1.2 F 6 459,8 0,021 21,8

1.2 F 11 449,3 0,022 18,2

1.2 F 13 426,0 0,022 18,2

1.2 F 30 427,5 0,019 21,5

60

1.3 F 4 309,6 0,018 15,5

1.3 F 6 299,9 0,016 16,5

1.3 F 16 370,0 0,019 17,9

1.3 F 18 280,3 0,018 14,7

1.3 F 26 290,5 0,019 13,1

Quadro C.2 - Resultados individuais do ensaio de flexão para provetes envelhecidos em imersão em



[MPa] [ - ] [GPa]

20

2.1 F 4 435,0 0,023 16,8

2.1 F 7 444,3 0,027 14,9

2.1 F 18 505,1 0,027 17,9

2.1 F 22 495,4 0,021 20,6

2.1 F 26 486,8 0,024 18,7

40

2.2 F 12 383,7 0,023 15,6

2.2 F 17 512,6 0,021 23,6

2.2 F 23 427,8 0,021 19,7

2.2 F 25 - - -

2.2 F 29 409,3 0,023 17,3

60

2.3 F 2 414,3 0,019 20,4

2.3 F 19 395,9 0,021 17,7

2.3 F 22 408,0 0,018 21,1

2.3 F 26 303,9 0,020 16,2

2.3 F 27 382,6 0,021 17,0

Anexo C

200

Quadro C.3 - Resultados individuais do ensaio de flexão para provete des envelhecimento natural do

Grupo I aos 12 meses de exposição.

Ambiente de envelhecimento Provete Ef

[MPa] [ - ] [GPa]

NE

8 F 14 489,1 0,033 14,5

8 F 15 482,5 0,029 19,1

8 F 16 507,1 0,031 16,1

8 F 17 485,0 0,028 19,1

8 F 18 516,2 0,028 21,3




[MPa] [ - ] [GPa]

20

1.1 F 9 490,4 0,024 20,4

1.1 F 14 165,7 0,024 19,2

1.1 F 15 414,4 0,022 20,2

1.1 F 19 427,9 0,021 20,4

1.1 F 26 408,5 0,023 18,6

40

1.2 F 14 392,5 0,023 17,8

1.2 F 16 465,4 0,015 21,4

1.2 F 17 396,7 0,019 19,4

1.2 F 21 461,9 0,018 29,2

1.2 F 22 389,3 0,016 28,3

60

1.3 F 5 295,5 0,017 20,6

1.3 F 9 292,7 0,017 16,2

1.3 F 12 303,9 0,017 18,1

1.3 F 14 306,7 0,016 20,1

1.3 F 23 346,7 0,018 19,0

Anexo C

201




[MPa] [ - ] [GPa]

20

2.1 F 2 517,9 0,020 24,9

2.1 F 3 533,5 0,013 13,4

2.1 F 5 466,1 0,022 21,0

2.1 F 13 522,4 0,022 24,4

2.1 F 25 467,2 0,022 24,2

40

2.2 F 8 417,2 0,019 21,8

2.2 F 19 468,4 0,023 26,6

2.2 F 24 498,8 0,020 24,6

2.2 F 27 570,7 0,021 22,0

2.2 F 28 404,5 0,023 15,2

60

2.3 F 1 326,2 0,019 16,4

2.3 F 3 364,4 0,020 19,3

2.3 F 5 387,1 0,021 19,1

2.3 F 25 326,0 0,019 15,8

2.3 F 29 342,6 0,018 19,8




[MPa] [ - ] [GPa]

20

1.1 F 2 - - -

1.1 F 6 473,0 0,024 21,4

1.1 F 7 484,2 0,024 21,2

1.1 F 20 430,2 0,021 20,4

1.1 F 27 308,9 0,017 20,2

40

1.2 F 3 464,1 0,020 25,7

1.2 F 10 407,7 0,015 22,7

1.2 F 19 417,5 0,018 24,4

1.2 F 25 343,0 0,019 20,4

1.2 F 29 317,7 0,016 20,8

60

1.3 F 7 261,4 0,015 05,2

1.3 F 10 341,8 0,017 22,7

1.3 F 11 294,8 0,015 21,7

1.3 F 13 265,1 0,017 20,1

1.3 F 28 242,3 0,019 18,3

Anexo C

202




[MPa] [ - ] [GPa]

20

2.1 F 10 465,7 0,021 24,6

2.1 F 11 485,8 0,023 23,6

2.1 F 12 413,4 0,025 18,5

2.1 F 14 493,0 0,021 24,7

2.1 F 19 349,9 0,021 19,5

40

2.2 F 4 380,3 0,020 21,5

2.2 F 5 385,1 0,021 21,8

2.2 F 6 427,2 0,022 22,8

2.2 F 14 396,9 0,021 21,1

2.2 F 21 403,3 0,021 22,2

60

2.3 F 16 - - -

2.3 F 17 352,2 0,019 20,5

2.3 F 18 409,5 0,019 22,4

2.3 F 21 346,8 0,019 21,0

2.3 F 23 333,1 0,020 18,3

Quadro C.8 - Resultados individuais do ensaio de flexão para provete des envelhecimento natural do

Grupo I aos 24 meses de exposição.


[MPa] [ - ] [GPa]

NE

8 F 9 581,1 0,031 23,5

8 F 10 519,8 0,033 20,7

8 F 11 461,2 0,035 17,5

8 F 12 509,8 0,029 22,6

8 F 13 567,1 0,029 25,6

Figura C.1 - Curvas experimentais de flexão da imersão em água desmineralizada a 20 ºC aos 12 meses.

Anexo C

203



Figura C.4 - Curvas experimentais de flexão da imersão em solução salina a 20 ºC aos 12 meses.

Anexo C

204



Figura C.7 - Curvas experimentais de flexão de envelhecimento natural aos 12 meses.

Anexo C

205




Anexo C

206




Anexo C

207




Anexo C

208




Anexo C

209

Figura C.20 - Curvas experimentais de flexão de envelhecimento natural aos 24 meses.

Quadro C.9 - Resultados individuais do ensaio de flexão para provetes revestidos de protecção lateral do

Grupo II aos 6 meses de exposição.


[MPa] [ - ] [GPa]

WI-20

1.1 P F 1 512,8 0,020 18,5

1.1 P F 2 489,9 0,023 20,7

1.1 P F 3 518,2 0,026 19,7

1.1 P F 5 503,0 0,023 26,0

1.1 P F 6 540,9 0,029 21,9

WI-40

1.2 P F 11 467,2 0,025 20,0

1.2 P F 12 498,4 0,023 17,9

1.2 P F 13 555,9 0,021 24,6

1.2 P F 14 442,2 0,024 18,1

1.2 P F 15 - 0,028 -

CCI-40

1.3 P F 5 426,8 0,005 -

1.3 P F 6 421,7 0,023 19,6

1.3 P F 7 444,5 0,021 22,4

1.3 P F 8 384,8 0,020 16,8

1.3 P F 9 466,7 0,022 22,2

Anexo C

210

Quadro C.10 - Resultados individuais do ensaio de flexão para provetes do processo de reversibilidade



[MPa] [ - ] [GPa]

WD-20

1.1 S F 2 516,1 0,022 26,7

1.1 S F 7 414,0 0,021 25,7

1.1 S F 9 470,1 0,022 23,8

1.1 S F 14 435,9 0,025 21,0

1.1 S F 15 430,8 0,022 21,6

WD-40

1.2 S F 11 422,3 0,024 19,5

1.2 S F 11 415,1 0,023 20,2

1.2 S F 13 474,1 0,024 21,3

1.2 S F 14 407,9 0,024 18,1

1.2 S F 15 551,3 0,019 30,0

CCD-40

1.3 S F 1 453,4 0,022 22,3

1.3 S F 2 456,8 0,023 22,6

1.3 S F 3 486,8 0,020 27,0

1.3 S F 4 467,2 0,025 21,2

1.3 S F 6 464,3 0,023 20,2

Quadro C.11 - Resultados individuais do ensaio de flexão para provetes revestidos de protecção lateral do

Grupo II aos 12 meses de exposição.


[MPa] [ - ] [GPa]

WD-20

1.1 P F 4 438,8 0,024 19,9

1.1 P F 8 436,5 0,021 23,0

1.1 P F 10 422,8 0,025 19,8

1.1 P F 12 427,0 0,026 19,4

1.1 P F 15 338,0 0,021 18,5

WD-40

1.2 P F 1 460,0 0,020 22,9

1.2 P F 2 320,7 0,018 19,8

1.2 P F 4 276,9 0,021 14,3

1.2 P F 8 467,1 0,021 25,2

1.2 P F 9 389,8 0,019 22,5

CCD-40

1.3 P F 1 417,6 0,024 19,6

1.3 P F 2 387,3 0,022 18,8

1.3 P F 3 303,5 0,021 16,1

1.3 P F 9 441,1 0,023 21,1

1.3 P F 10 398,4 0,019 20,7

Anexo C

211

Quadro C.10 - Resultados individuais do ensaio de flexão para provetes do processo de reversibilidade



[MPa] [ - ] [GPa]

WD-20

1.1 S F 4 437,0 0,027 18,7

1.1 S F 5 383,3 0,021 19,6

1.1 S F 6 541,8 0,029 26,0

1.1 S F 10 517,0 0,030 22,6

1.1 S F 13 520,0 0,029 18,6

WD-40

1.2 S F 1 496,6 0,026 20,4

1.2 S F 2 342,8 0,022 16,1

1.2 S F 5 534,9 0,023 23,9

1.2 S F 8 487,6 0,024 21,2

1.2 S F 10 465,4 0,028 19,2

CCD-40

1.3 S F 5 479,9 0,020 26,6

1.3 S F 7 485,8 0,025 18,7

1.3 S F 8 339,6 0,021 17,7

1.3 S F 9 358,4 0,023 18,3

1.3 S F 10 442,2 0,020 24,4

Figura C.21 - Curvas experimentais de flexão dos provetes revestidos de protecção lateral, imersos em

água desmineralizada a 20 ºC, aos 6 meses

Anexo C

212



Figura C.23 - Curvas experimentais de flexão dos provetes revestidos de protecção lateral, em

condensação em contínuo a 40 ºC, aos 6 meses

Figura C.24 - Curvas experimentais de flexão dos provetes do processo de reversibilidade por secagem,

imersos em água desmineralizada a 20 ºC, aos 6 meses

Anexo C

213







Anexo C

214



Figura C.29 - Curvas experimentais de flexão dos provetes revestidos de protecção lateral, em

condensação em continuo a 40 ºC, aos 12 meses



Anexo C

215



Figura C.32- Curvas experimentais de flexão dos provetes do processo de reversibilidade por secagem,

em condensação em contínuo a 40 ºC, aos 12 meses

Anexo C

216

Anexo D

217

Curvas experimentais da análise em tracção



D Curvas exper imentais da anál i se em tracção

D Anexo

Anexo D

218

Anexo D

219

Apresenta-se de seguida os resultados individuais dos provetes para a tensão axial de tracção na

rotura, a deformação axial na rotura, o módulo de elasticidade em tracção e as curvas

experimentais obtidas do ensaio para os dois Grupos em estudo. Os valores médios e a sua

análise encontram-se no capítulo 4.

Quadro D.1 - Resultados individuais do ensaio de tracção para provetes envelhecidos em imersão em

água desmineralizada do Grupo I aos 12 meses de exposição

Temperatura de imersão (ºC) Provete Et

[MPa] [%] [GPa]

20

1.1 T 3 426,0 1,306 35,2

1.1 T 10 423,0 1,101 41,8

1.1 T 16 414,0 1,005 43,4

1.1 T 17 414,0 1,208 37,9

1.1 T 25 417,0 1,046 43,0

40

1.2 T 16 377,0 0,934 43,2

1.2 T 19 265,0 0,793 34,5

1.2 T 22 262,0 0,800 29,4

1.2 T 28 352,0 0,976 38,0

1.2 T 30 292,0 0,890 34,6

60

1.3 T 6 326,0 0,695 43,6

1.3 T 9 219,0 0,874 35,9

1.3 T 13 235,0 0,608 35,1

1.3 T 16 266,0 0,940 28,1

1.3 T 18 332,0 1,030 34,3


solução salina do Grupo I aos 12 meses de exposição


[MPa] [%] [GPa]

20

2.1 T 6 392,0 1,075 36,5

2.1 T 8 394,0 1,075 39,0

2.1 T 14 404,0 1,196 36,7

2.1 T 16 388,0 1,238 34,4

2.1 T 17 282,0 0,835 32,1

40

2.2 T 7 310,0 1,050 31,5

2.2 T 9 409,0 0,950 43,2

2.2 T 12 305,0 0,889 32,6

2.2 T 13 403,0 1,180 36,6

2.2 T 17 335,0 1,040 35,5

60

2.3 T 7 362,0 1,078 34,2

2.3 T 9 362,0 1,162 31,9

2.3 T 14 320,0 1,063 33,7

2.3 T 16 248,0 0,821 30,9

2.3 T 27 365,0 1,058 33,6

Anexo D

220

Quadro D.3 - Resultados individuais do ensaio de tracção para provetes de envelhecimento antural do

Grupo I aos 12 meses de exposição

Ambiente de envelhecimento Provete Et

[MPa] [%] [GPa]

NE

8 T 16 427,0 1,154 36,9

8 T 17 396,0 1,048 39,9

8 T 18 339,0 1,166 27,1

8 T 19 334,0 0,923 34,0

8 T 20 408,0 1,197 36,5




[MPa] [%] [GPa]

20

1.1 T 5 422,0 1,274 35,3

1.1 T 8 416,0 1,064 40,0

1.1 T 12 429,0 1,297 35,2

1.1 T 14 417,0 1,091 41,0

1.1 T 18 436,0 1,215 34,9

40

1.2 T 3 396,0 1,156 40,1

1.2 T 5 353,0 1,067 35,3

1.2 T 6 304,0 0,854 30,2

1.2 T 9 294,0 0,926 33,1

1.2 T 14 390,0 1,263 31,9

60

1.3 T 15 218,0 0,758 37,9

1.3 T 20 243,0 0,801 30,9

1.3 T 27 272,0 0,564 39,6

Anexo D

221




[MPa] [%] [GPa]

20

2.1 T 7 333,0 0,969 32,4

2.1 T 12 345,0 1,111 32,8

2.1 T 13 408,0 1,197 31,4

2.1 T 19 434,0 1,323 31,9

2.1 T 24 445,0 1,199 35,4

40

2.2 T 20 405,0 1,021 44,0

2.2 T 22 309,0 1,000 35,7

2.2 T 27 368,0 0,966 40,4

2.2 T 28 387,0 1,157 38,3

2.2 T 30 307,0 0,909 35,6

60

2.3 T 2 354,0 0,639 40,3

2.3 T 11 333,0 1,007 34,7

2.3 T 12 331,0 0,961 35,4

2.3 T 29 302,0 0,772 40,5

2.3 T 30 355,0 1,003 33,2




[MPa] [%] [GPa]

20

1.1 T 9 356,0 0,499 41,9

1.1 T 15 345,0 0,922 34,2

1.1 T 20 268,0 0,760 31,0

1.1 T 24 415,0 1,024 38,8

1.1 T 29 437,0 1,338 35,1

40

1.2 T 2 341,0 0,926 33,6

1.2 T 13 399,0 1,254 34,5

1.2 T 20 300,0 0,905 31,7

1.2 T 21 377,0 1,085 37,5

1.2 T 25 372,0 1,055 33,2

60

1.3 T 4 281,0 0,905 33,2

1.3 T 7 254,0 0,630 37,8

1.3 T 8 254,0 0,730 35,8

1.3 T 17 229,0 0,689 35,4

1.3 T 19 265,0 0,860 31,6

Anexo D

222




[MPa] [%] [GPa]

20

2.1 T 4 432,0 1,048 38,4

2.1 T 5 391,0 1,082 37,7

2.1 T 11 383,0 1,009 40,4

2.1 T 18 330,0 1,068 32,4

2.1 T 20 417,0 1,105 39,1

40

2.2 T 1 411,0 1,344 30,8

2.2 T 2 427,0 1,133 35,2

2.2 T 8 294,0 0,867 33,8

2.2 T 18 400,0 1,274 32,5

2.2 T 23 373,0 1,140 31,3

60

2.3 T 1 321,0 0,952 34,2

2.3 T 10 307,0 0,816 37,4

2.3 T 15 261,0 0,997 26,6

2.3 T 19 334,0 1,093 31,1

2.3 T 26 287,0 0,768 33,8

Figura D.1 - Curvas experimentais de tracção da imersão em água desmineralizada a 20 ºC, aos 12 meses.


Te

ns

ão

de

tr

ac

çã

o

(

)

[

M

Pa

]

Anexo D

223



Figura D.4 - Curvas experimentais de tracção da imersão em solução salina a 20 ºC, aos 12 meses.


Te

ns

ão

de

tr

ac

çã

o

(

)

[

M

Pa

]


Te

ns

ão

de

tr

ac

çã

o

(

)

[

M

Pa

]


Te

ns

ão

de

tr

ac

çã

o

(

)

[

M

Pa

]

Anexo D

224



Figura D.7 - Curvas experimentais de tracção do envelhecimento natural, aos 12 meses.


Te

ns

ão

de

tr

ac

çã

o

(

)

[

M

Pa

]


Te

ns

ão

de

tr

ac

çã

o

(

)

[

M

Pa

]


Te

ns

ão

de

tr

ac

çã

o

(

)

[

M

Pa

]

Anexo D

225



Figura D.10 - Curvas experimentais de tracção da imersão em água desmineralizada a 60 ºC, aos 18

meses.


Te

ns

ão

de

tr

ac

çã

o

(

)

[

M

Pa

]


Te

ns

ão

de

tr

ac

çã

o

(

)

[

M

Pa

]


Te

ns

ão

de

tr

ac

çã

o

(

)

[

M

Pa

]

Anexo D

226





Te

ns

ão

de

tr

ac

çã

o

(

)

[

M

Pa

]


Te

ns

ão

de

tr

ac

çã

o

(

)

[

M

Pa

]


Te

ns

ão

de

tr

ac

çã

o

(

)

[

M

Pa

]

Anexo D

227


meses.


meses.


meses.


Te

ns

ão

de

tr

ac

çã

o

(

)

[

M

Pa

]


Te

ns

ão

de

tr

ac

çã

o

(

)

[

M

Pa

]


Te

ns

ão

de

tr

ac

çã

o

(

)

[

M

Pa

]

Anexo D

228





Te

ns

ão

de

tr

ac

çã

o

(

)

[

M

Pa

]


Te

ns

ão

de

tr

ac

çã

o

(

)

[

M

Pa

]


Te

ns

ão

de

tr

ac

çã

o

(

)

[

M

Pa

]

Anexo D

229

Quadro D.7 - Resultados individuais do ensaio de tracção para provetes com revestimento lateral aplicado

do Grupo II aos 6 meses de exposição


[MPa] [%] [GPa]

WI-20

1.1 P T 1 425,0 1,262 35,3

1.1 P T 2 447,0 1,263 35,5

1.1 P T 3 414,0 1,094 41,0

1.1 P T 5 431,0 1,145 39,7

1.1 P T 6 477,0 1,365 36,3

WI-40

1.2 P T 10 331,0 1,058 33,9

1.2 P T 11 431,0 1,085 40,6

1.2 P T 12 390,0 1,172 35,2

1.2 P T 13 417,0 1,322 35,5

1.2 P T 14 369,0 1,103 35,3

CCI-40

1.3 P T 1 407,0 1,341 32,3

1.3 P T 7 401,0 1,025 42,6

1.3 P T 8 414,0 1,075 40,4

1.3 P T 9 429,0 1,234 34,3

1.3 P T 10 407,2 1,267 33,1

Quadro D.8 - Resultados individuais do ensaio de tracção para provetes do processo de reversibilidade

por secagem do Grupo II aos 6 meses de exposição


[MPa] [%] [GPa]

WD-20

1.1 S T 1 312,0 0,889 31,2

1.1 S T 2 426,0 0,914 45,1

1.1 S T 3 399,0 1,130 35,3

1.1 S T 4 435,0 1,078 37,1

1.1 S T 5 420,0 0,502 34,6

WD-40

1.2 S T 8 419,0 1,126 34,2

1.2 S T 9 302,0 1,013 29,7

1.2 S T 10 447,0 0,934 36,6

1.2 S T 14 417,0 1,366 33,3

1.2 S T 15 436,0 1,255 37,9

CCD-40

1.3 S T 6 321,0 0,961 35,8

1.3 S T 7 421,0 1,221 36,2

1.3 S T 8 449,0 1,319 35,5

1.3 S T 9 405,0 1,035 41,3

1.3 S T 10 351,0 1,072 32,2

Anexo D

230

Quadro D.9 - Resultados individuais do ensaio de tracção para provetes com revestimento lateral aplicado

do Grupo II aos 12 meses de exposição


[MPa] [%] [GPa]

WI-20

1.1 P T 4 441,0 1,326 35,1

1.1 P T 10 412,0 0,945 33,7

1.1 P T 12 347,0 1,046 31,7

1.1 P T 14 332,0 0,891 32,7

1.1 P T 15 406,0 1,228 36,0

WI-40

1.2 P T 1 313,0 1,093 29,3

1.2 P T 2 430,0 1,019 41,7

1.2 P T 3 420,0 0,977 37,5

1.2 P T 4 383,0 0,965 41,9

1.2 P T 8 383,0 1,258 36,5

CCI-40

1.3 P T 2 383,0 0,915 39,0

1.3 P T 3 308,0 0,989 38,4

1.3 P T 4 383,0 1,197 32,8

1.3 P T 5 338,0 1,125 30,7

1.3 P T 6 398,0 1,094 37,8

Quadro D.10 - Resultados individuais do ensaio de tracção para provetes do processo de reversibilidade

por secagem o Grupo II aos 12 meses de exposição


[MPa] [%] [GPa]

WD-20

1.1 S T 6 446,0 1,201 41,1

1.1 S T 7 439,0 1,173 37,0

1.1 S T 9 439,0 1,303 35,6

1.1 S T 10 345,0 1,103 32,3

1.1 S T 11 395,0 1,315 35,7

WD-40

1.2 S T 1 375,0 1,127 33,3

1.2 S T 7 425,0 1,338 33,1

1.2 S T 11 417,0 1,259 35,7

1.2 S T 12 446,0 1,307 36,1

1.2 S T 13 393,0 1,003 30,7

CCD-40

1.3 S T 1 418,0 1,149 38,0

1.3 S T 2 393,0 1,036 38,6

1.3 S T 3 317,0 1,019 31,9

1.3 S T 4 318,0 1,017 31,8

1.3 S T 5 397,0 1,342 34,1

Anexo D

231

Figura D.20 - Curvas experimentais de tracção dos provetes revestidos de protecção lateral, imersos em

água desmineralizada a 20 ºC, aos 6 meses.



Figura D.22 - Curvas experimentais de tracção dos provetes revestidos de protecção lateral, em



Te

ns

ão

de

tr

ac

çã

o

(

)

[

M

Pa

]


Te

ns

ão

de

tr

ac

çã

o

(

)

[

M

Pa

]

Te

ns

ão

de

tr

ac

çã

o

(

)

[

M

Pa

]


Anexo D

232

Figura D.23 - Curvas experimentais de tracção dos provetes do processo de reversibilidade por secagem,





em condensação em contínuo a 40 ºC, aos 6 meses.


Te

ns

ão

de

tr

ac

çã

o

(

)

[

M

Pa

]


Te

ns

ão

de

tr

ac

çã

o

(

)

[

M

Pa

]


Te

ns

ão

de

tr

ac

çã

o

(

)

[

M

Pa

]

Anexo D

233





Figura D.28- Curvas experimentais de tracção dos provetes revestidos de protecção lateral,em


Te

ns

ão

de

tr

ac

çã

o

(

)

[

M

Pa

]



Te

ns

ão

de

tr

ac

çã

o

(

)

[

M

Pa

]


Te

ns

ão

de

tr

ac

çã

o

(

)

[

M

Pa

]

Anexo D

234






em condensação em contínuo a 40 ºC, aos 12 meses.


Te

ns

ão

de

tr

ac

çã

o

(

)

[

M

Pa

]


Te

ns

ão

de

tr

ac

çã

o

(

)

[

M

Pa

]


Te

ns

ão

de

tr

ac

çã

o

(

)

[

M

Pa

]

Anexo E

235

Curvas experimentais da análise por corte interlaminar



E Curvas exper imentais da anál i se por cor te inter laminar

E Anexo

Anexo E

236

Anexo E

237

Apresenta-se de seguida os resultados individuais dos provetes para a tensão de corte rotura e as

curvas experimentais obtidas do ensaio para os dois Grupos em estudo. Os valores médios e a

sua análise encontram-se no capítulo 4.

Quadro E.1 - Resultados individuais do ensaio de corte para provetes envelhecidos em imersão em água

desmineralizada e solução salina do Grupo I aos 12 meses de exposição

Temperatura de imersão (ºC) Provete Provete

[MPa] [MPa]

20

1.1 C 21 35,3 2.1 C 11 37,6

1.1 C 23 38,3 2.1 C 12 40,2

1.1 C 26 32,1 2.1 C 13 34,6

1.1 C 28 39,0 2.1 C 14 38,7

1.1 C 29 34,2 2.1 C 29 36,6

40

1.2 C 13 34,0 2.2 C 8 36,1

1.2 C 15 31,0 2.2 C 12 29,4

1.2 C 22 33,3 2.2 C17 29,3

1.2 C 28 25,5 2.2 C 27 29,8

1.2 C 5 - 2.2 C29 35,2

60

1.3 C 12 22,4 2.3 C 10 21,9

1.3 C 13 24,3 2.3 C 16 24,3

1.3 C 23 21,8 2.3 C 17 24,1

1.3 C 28 23,2 2.3 C 24 27,0

1.3 C30 26,1 2.3 C 25 -




[MPa] [MPa]

20

1.1 C 14 41,1 2.1 C 16 39,4

1.1 C 16 29,4 2.1 C 20 39,4

1.1 C 17 40,2 2.1 C 21 37,0

1.1 C 18 37,2 2.1 C 27 36,3

1.1 C 24 39,8 2.1 C 30 30,8

40

1.2 C 10 32,0 2.2 C 10 31,9

1.2 C 11 28,2 2.2 C 11 29,2

1.2 C 12 27,3 2.2 C15 33,9

1.2 C 13 34,0 2.2 C 19 30,7

1.2 C17 - 2.2 C30 36,1

60

1.3 C 1 23,8 2.3 C 13 23,0

1.3 C 5 22,8 2.3 C 20 23,5

1.3 C 20 23,9 2.3 C 23 24,1

1.3 C 22 25,2 2.3 C 26 26,0

1.3 C29 20,4 2.3 C 30 22,8

Anexo E

238




[MPa] [MPa]

20

1.1 C 12 35,9 2.1 C 17 28,2

1.1 C 15 33,4 2.1 C 19 28,3

1.1 C 25 41,0 2.1 C 22 -

1.1 C 27 36,4 2.1 C 24 35,8

1.1 C 30 36,1 2.1 C 28 29,0

40

1.2 C 4 30,6 2.2 C 1 21,2

1.2 C 16 28,5 2.2 C 5 17,6

1.2 C 20 24,3 2.2 C 14 19,9

1.2 C 27 27,0 2.2 C 16 17,2

1.2 C 5 32,0 2.2 C20 21,0

60

1.3 C 4 16,3 2.3 C 6 29,9

1.3 C 12 19,0 2.3 C 12 48,3

1.3 C 14 17,9 2.3 C 14 35,4

1.3 C 18 20,5 2.3 C 18 34,0

1.3 C19 19,9 2.3 C 28 33,9

Quadro E.4 - Resultados individuais do ensaio de corte para os provetes de envelhecimento natural do

Grupo I, aos 12 e 24 meses de exposição

Ambiente de envelhecimento Provete Provete

(12 meses) [MPa] (24 meses) [MPa]

NE

8 C 12 42,3 8 C 11 33,5

8 C 13 42,7 8 C 17 32,5

8 C 14 35,2 8 C 18 29,9

8 C 15 41,0 8 C 19 31,8

8 C 16 41,1 8 C 20 29,8

Figura E.1 - Curvas experimentais de corte interlaminar da imersão em água desmineralizada a 20 ºC, aos

12 meses.

Anexo E

239


12 meses.


12 meses.

Figura E.4 - Curvas experimentais de corte interlaminar da solução salina a 20 ºC, aos 12 meses.

Anexo E

240



Figura E.7 - Curvas experimentais de corte interlaminar da imersão dos provetes de envelhecimento

natural, aos 12 meses.

Anexo E

241


18 meses.


18 meses.

Figura E.10 - Curvas experimentais de corte interlaminar da imersão em água desmineralizada a 60 ºC,

aos 18 meses.

Anexo E

242




Anexo E

243


aos 24 meses.


aos 24 meses.


aos 24 meses.

Anexo E

244




Anexo E

245

Figura E.20 - Curvas experimentais de corte interlaminar da imersão dos provetes de envelhecimento

natural, aos 24 meses.

Anexo E

246

Quadro E.5 - Resultados individuais do ensaio de corte para os provetes revestidos com protecção lateral

e do processo de reversibilidade por secagem do Grupo II, aos 6 e 12 meses de exposição

Ambiente de envelhecimento Provete Provete

(6 meses) [MPa] (12 meses) [MPa]

WI-20

1.1 P C 1 40,4 1.1 P C 4 34,2

1.1 P C 2 42,2 1.1 P C 6 33,1

1.1 P C 3 43,5 1.1 P C 7 33,6

1.1 P C 5 41,8 1.1 P C 10 30,0

1.1 P C 13 45,5 1.1 P C 12 36,5

WI-40

1.2 P C 3 37,7 1.2 P C 2 27,0

1.2 P C 4 43,0 1.2 P C 8 30,4

1.2 P C 6 33,5 1.2 P C 9 31,5

1.2 P C 7 36,0 1.2 P C 12 29,0

1.2 P C 10 40,0 1.2 P C 13 29,2

CCI-40

1.3 P C 1 37,0 1.3 P C 4 29,7

1.3 P C 2 32,6 1.3 P C 5 16,7

1.3 P C 3 40,6 1.3 P C 8 29,2

1.3 P C 6 35,8 1.3 P C 9 26,3

1.3 P C 7 36,8 1.3 P C 10 25,3

WD-20

1.1 S C 7 37,2 1.1 S C 1 29,9

1.1 S C 10 39,1 1.1 S C 6 48,3

1.1 S C 11 32,1 1.1 S C 8 35,4

1.1 S C 12 35,9 1.1 S C 14 34,0

1.1 S C 13 37,9 1.1 S C 15 33,9

WD-40

1.2 S C 1 36,5 1.2 S C 7 30,7

1.2 S C 2 39,7 1.2 S C 10 30,3

1.2 S C 5 37,7 1.2 S C 11 31,1

1.2 S C 8 39,2 1.2 S C 14 24,0

1.2 S C 9 37,9 1.2 S C 15 25,3

CCD-40

1.3 S C 3 36,7 1.3 S C 1 27,7

1.3 S C 4 39,6 1.3 S C 2 30,8

1.3 S C 7 36,0 1.3 S C 5 28,0

1.3 S C 8 38,6 1.3 S C 6 26,8

1.3 S C 9 31,1 1.3 S C 10 29,1

Anexo E

247

Figura E.21 - Curvas experimentais de corte interlaminar dos provetes revestidos de protecção lateral,




Figura E.23 - Curvas experimentais de corte interlaminar dos provetes revestidos de protecção lateral, da


Anexo E

248

Figura E.24 - Curvas experimentais de corte interlaminar dos provetes do processo de reversibilidade por

secagem, imersos em água desmineralizada a 20 ºC, aos 6 meses.




secagem, da condensação em contínuo a 40 ºC, aos 6 meses.

Anexo E

249





Figura E.29 - Curvas experimentais de corte interlaminar dos provetes revestidos de protecção lateral, da


Anexo E

250






secagem, da condensação em contínuo a 40 ºC, aos 12 meses.

Anexo F

251

Ficha técnica da resina selante

F Ficha técnica da res ina selante

F Anexo

Anexo F

252

Anexo F

253

Anexo F

254

DURABILIDADE DE PERFIS PULTRUDIDOS DE VINILÉSTER … · Materiais compósitos, Perfis pultrudidos...

Documents

Transcript of DURABILIDADE DE PERFIS PULTRUDIDOS DE VINILÉSTER … · Materiais compósitos, Perfis pultrudidos...