Compósitos Estruturais

Introdução

Com o desenvolvimento dos métodos de cálculo e o constante aumento da capacidade de processamento dos computadores, as estruturas contemporâneas tornaram-se mais esbeltas, com formas geométricas desafiadoras, necessitando de elementos mais leves e mais resistentes em sua composição.

A pesquisa e desenvolvimento dos compósitos estruturais, que aliam leveza a rigidez, que apresentam flexibilidade de formas e resistência química, quer individualmente ou combinados entre si, podem proporcionar, aos arquitetos, maior liberdade criativa e, aos engenheiros, a possibilidade de viabilizar tais estruturas.

De fato, inúmeras conquistas tecnológicas relacionadas às indústrias aeronáutica, espacial, naval e construção civil, dentre outras, foram possíveis somente com o advento dos compósitos estruturais.

No entanto, percebe-se, nas escolas de engenharia e cursos técnicos, a ausência de cadeiras dedicadas à esta tipologia de material. Como consequência, compósitos estruturais formados pela combinação de resinas poliméricas e fibras de reforço (vidro, carbono, naturais) carecem de maior conhecimento e aplicação, especialmente na construção civil, onde encontramos aplicações basicamente em reforços estruturais.

Importante salientar que os compósitos estruturais possuem um vasto campo de aplicação e, por este fato, requisitos de resistência e custo apresentam diferentes graus de importância.

Nas indústrias aeronáuticas, aeroespaciais e biomédicas, o quesito desempenho estrutural possui plena relevância e os aspectos econômicos envolvidos na sua utilização, pouco peso. Na construção civil e na indústria automobilística, a importância se inverte e o aspecto econômico passa a ditar seu emprego. A Figura 1 apresenta a importância relativa entre o custo e o desempenho estrutural.

Conceituação Geral

O conceito de compósito sugere, em primeira análise, que estamos diante de um material formado por, no mínimo, dois outros distintos materiais. Seria lógico deduzir que todo material compostos por duas substâncias diferentes seria, em tese, um compósito.

Literalmente, isto seria válido; no entanto, em termos técnicos, a definição apropriada, e que tenha representatividade nas variadas aplicações estruturais, seria a de que um compósito é um material onde suas fases constituintes possuem determinadas características mecânicas e que, quando combinados, fornecem ao novo material, melhores propriedades que suas fases individualmente.

Formalmente, a definição acadêmica de compósito é:

“ Um material composto é um conjunto de dois ou mais materiais diferentes, combinados em escala macroscópica, para funcionarem como uma unidade, visando obter um conjunto de propriedades que nenhum dos componentes individualmente apresenta”.

Desta forma, uma gama de características do compósito pode ser “manipulada”, por exemplo:

Resistencia estática e a fadiga;
Capacidade de trabalho a alta e baixa temperatura;
Rigidez;
Isolamento ou condutividade térmica, elétrica e acústica;
Resistencia a corrosão;
Dureza, ductilidade;
Resistencia a abrasão;
Aparência estética.

Componentes de um Compósito

Para entender o uso e as aplicações de um compósito, é necessário conhecer as propriedades dos seus componentes, como eles se integram e como interagem.

Normalmente, os compósitos apresentam uma fase de reforço, denominada simplesmente por “reforço” e uma outra fase denominada “matriz”.

O papel da fase “reforço” é o de resistir aos esforços mecânicos impostos à peça estrutural, enquanto que a fase “matriz” encarrega-se de aglutinar o reforço e transmitir, a este, as solicitações mecânicas. Observa-se que a integridade do conjunto depende do desempenho da matriz, i.e., que tenha a capacidade de aglutinar as fibras e transmitir tensões.

Matrizes

Na fabricação de compósitos, três tipos de matrizes podem ser empregados:

Matrizes Metálicas
Matrizes Cerâmicas
Matrizes Plásticas ou Poliméricas

Reforços

As fibras são as responsáveis por conferir ao compósito suas propriedades mecânicas: rigidez, elasticidade, resistência a ruptura, etc. Podem ser curtas, na ordem de centímetros, ou longas; podem, ainda, ser encontrados na forma de tecidos.