MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO Compósitos e...

MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO Compósitos e Aglomerados

G09 Joana Ferreira Patrícia Quintas Ricardo Medina



“Na natureza, podemos perceber que todos os materiais biológicos são compósitos, sem excepção. Exemplos encontrados de compósitos naturais incluem madeira, em que a matriz de lignina é reforçada com fibras celulósicas, e ossos, em que a matriz composta por minerais é reforçada com fibras colagéneas. Desde a Antiguidade encontramos exemplos de compósitos feitos pelo homem, como adobes reforçados com palha para evitar a quebra da argila, e o uso de colmos de bambu no reforço de adobe e lama em paredes no Peru e China”. (HIDALGO-LÓPES, 2003:163)

Com o avanço tecnológico, as propriedades exigidas aos materiais convencionais sofreram alterações levando ao aparecimento de materiais capazes de responder aos requisitos pretendidos pelas novas tecnologias. A combinação química e estrutural de diferentes materiais produziu uma nova classe de produtos de engenharia. Com o avanço tecnológico os requisitos exigidos aos materiais comuns mudaram, o que levou ao aparecimento de materiais compósitos capazes de responder às novas necessidades. O sucesso de compósitos nas diversas aplicações depende da facilidade de acesso e aplicação das técnicas de fabrico exigidas por cada sector industrial. Cada vez mais, o fabrico de compósitos constitui um procedimento que pretende atingir valores óptimos de parâmetros como a forma, massa, força, durabilidade, rigidez, custos, etc. Assim, o crescente desenvolvimento de novas tecnologias de fabrico de compósitos é acompanhado pela alteração e melhoramento destes mesmos parâmetros.



01 Enquadramento Histórico, Origem e Cronologia

- combinações não usuais -  materiais estruturais pouco densos, fortes, firmes, resistentes a impactos

Quando um material é preparado através de materiais de natureza distinta é denominado como compósito

Os compósitos, ao contrário do que se imagina, não têm uma origem recente. No passado, os materiais desenvolvidos para o uso quotidiano marcaram as diferentes Eras (do Ferro, do Bronze, do Ouro...) e o progresso das civilizações. Depois do controlo do fogo e invenção da roda, a fiação foi provavelmente o desenvolvimento mais importante da humanidade, pois permitiu a sua sobrevivência noutras zonas e o início da expansão humana por toda a superfície da terra.

- paredes reforçadas com feixes de palha para aumentar a integridade estrutural, bem como arcos e carroças constituídos pela união de paus, ossos e chifres de animais

- tijolos para construção civil que eram fabricados como um conjunto de barro e capim seco, formando assim um compósito.



A utilização e o desenvolvimento dos materiais compósitos surgiu de forma mais lenta do que a dos metais e ligas metálicas.

A fibra de vidro primeiro compósito a ser desenvolvido (meados do sec. XVIII), mas apenas se começou a comercializar no ano de 1939, no decorrer da 2º Guerra mundial

Após vinte anos, começaram a ser produzidas as “fibras avançadas”: fibras de boro (final da década de 1950) e fibras de carbono (final da década de 1960)

No entanto, o desenvolvimento que se deu nos compósitos ao longo deste anos forma transferidos para uma utilidade civil. - linhas de aeronaves - artigos desportivos - estruturas de engenharia civil

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02 Cultura e Contexto

Factores de escolha dos materiais: - custo, durabilidade, desempenho estrutural e estética.

materiais mais utilizados na construção de edifícios com grande durabilidade são os compósitos -  manutenções menos frequentes durante o ciclo de vida da estrutura -  grande potencial para construções modulares -  montagem rápida dos componentes standards no local -  redução dos custos de construção materiais com melhores propriedades mecânicas

interesse dos materiais compósitos está ligado a dois factores: económico e performance.

ECONOMIA - muito mais leves do que os materiais metálicos economia de combustível e aumento de carga útil - menor custo de fabricação que os metais

PERFORMANCE - melhor desempenho de componentes estruturais leveza e facilidade de transporte



Propriedades dos compósitos

Resistência química – inércia química utilização numa ampla gama de ambientes quimicamente agressivos

Resistência a factores naturais – Humidade, vento, sol, oscilações térmicas têm uma acção quase nula sobre os compósitos

Flexibilidade Arquitectónica – existem moldes com formas complexas que são facilmente adaptáveis aos processos em utilização

Durabilidade – devido à sua composição e ao crosslinking polimérico (ligações entre cadeias poliméricas)

Fácil Manutenção – fácil e simples técnicas de reparo e manutenção

Resistência Mecânica – apresentam uma excelente resistência mecânica que possibilita a sua utilização em aplicações no sector de aeronáutica, naval, automobilístico

Feito sob medida - ter à sua disposição a possibilidade de resolver os problemas de engenharia com um produto feito sob medida

§ MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO Compósitos e Aglomerados


Aplicações

área aeronáutica necessidade de diminuição de peso, preservando a robustez dos componentes estruturais

- configuração sanduíche - placas de baixa densidade, contraplacadas por placas finas de alta resistência

indústria automobilística fabricação de capôs, carters de óleo, colunas de direcção, árvores de transmissão, molas laminadas, painéis, de entre outras peças.

- redução do peso - facilidade de confeccionar peças com superfícies complexas.

Bioengenharia próteses internas e externas, suporte de pessoas com problemas de locomoção, através de náilon/ fibras de carbono

Fórmula 1aumento da relação potência/peso é fundamental para um bom desempenho do carro

saneamento básico tubos e estações de tratamento de água e afluentes. Este é um segmento de grande actuação no sector dos compósitos e com grande expectativa de crescimento.

sectores químicos e petrolíferos20% das plataformas de petróleo da Petrobrás já utilizam produtos fabricados a partir de compósitos, substituindo, por exemplo, as grades de piso em aço.



03 Modos de Aplicação

somente a partir da década de 1939, é que os compósitos fibrosos artificiais passaram a ser produzidos comercialmente. Compósito é um material heterogéneo formado por dois ou mais materiais distintos, classificados por fibras, contínuas ou não, de um material resistente (reforço e matriz) • objectivo do seu desenvolvimento é combinar diferentes materiais para produzir um único dispositivo com performance superior à dos seus componentes base.

os compósitos são classificados pelo material que forma a matriz que é a fase contínua, que envolve a outra fase, chamada reforço ou fase dispersa

Matriz - um metal, um polímero ou um cerâmico, que confere estrutura ao material compósito Reforço - três categorias: compósitos particulados, compósitos de fibras descontínuas (whiskers) e compósitos de fibras contínuas.



A Fase Matriz - capacidade de ligar as fibras entre si -  meio pelo qual uma tensão localizada é transmitida e distribuída às fibras. - resistência mecânica à aplicação de cargas é extremamente baixa. - proteger as fibras individuais em relação aos danos superficiais como um resultado da abrasão mecânica ou reacções químicas com o ambiente.

Materiais poliméricos são empregados como materiais matrizes na maior diversidade de aplicações de compósitos, bem como nas maiores quantidades, à luz de suas propriedades e facilidade de fabricação Os polímeros matrizes comuns incluem quase todos os polímeros comerciais termoplásticos e termorrígidos.

Uma vez analisando a matriz separadamente das fibras, estas podem ser metálicas, poliméricas e cerâmicas:

Matriz metálica: -constituída por um metal. -combinam as propriedades do metal que serve de matriz com as propriedades do material que serve de reforço superior à conseguida com os compósitos poliméricos.

- elevado preço de produção e técnicas insuficientes (difícil processamento) condicionam a utilização destes compósitos.



Matriz polimérica: - resina polimérica como fase matriz e fibras como meio de reforço.

Etimologicamente, a palavra polímero significa muitas partes . - constituído por muitas partes, ou unidades, ligadas quimicamente entre si, de modo a formar um sólido. - os plásticos podem ser divididos em duas classes: termoplásticos e termoendurecíveis. -envolve altas pressões e baixas temperaturas -impossibilidade de trabalho a altas temperaturas, instabilidade dimensional -absorção da humidade do ambiente.

Dos três tipos de compósitos, o polimérico é o mais fácil de processar

Matriz cerâmica: - dificuldade de fabricaçãoenvolve altas temperaturas nas suas etapas - aparecimento de tensões térmicasdiferença de coeficientes de expansão térmica entre matriz e reforço durante o resfriamento. -alta resistência à oxidação e à deterioração sob elevadas temperaturas -baixa densidade, que só é superada pelos polímeros. -Podem trabalhar em atmosferas fortes, melhor resistência à erosão e são quimicamente inertes - predisposição à fractura

Os principais tipos de compósitos de matriz cerâmica, de acordo com o tipo de reforço usado, são: os de fibras contínuas, os de fibras descontínuas e os reforçados por partículas.

04 Atelier King Kong O atelier King Kong é



04 Atelier King Kong Formados na Escola de Arquitectura de Bordéus, em 1993, assegura a representação, concepção e acompanhamento de projecto de construção. Além disso, a fim de melhor responder às solicitações que lhe foi dirigida, o estúdio (formado em 1994) trabalha em estreita colaboração com as empresas de consultoria técnicas e especializadas (acústica, designers, arquitectos paisagistas, iluminação…).

Equipa de recursos humanos Jean Christophe Masnada, arquitecto associado/gerente (1965) Laurent Portejoie, arquitecto associado (1966) Paul Marion, arquitecto associado (1964) Frédéric Neau, arquitecto associado (1965) Sonia Gloess, arquitecta assistente Beatriz Fernandez, arquitecta assistente Catherine Delespaul, arquitecta assistente Di Diane Bergouignan, arquitecta assistente Julie Dehaut, arquitecta assistente Nicolas Broussous, arquitecto assistente Julien Rouger, arquitecto assistente Evelyne Castel, assistente de direcção Virginie Monfort, assistente de comunicação

Prémios prémio “d’architecture de la ville de Bordeaux” 2010 Projecto : Chapelle de Mussonville à Bègles et Salle évasion à Ambarès - Agora – Bordeaux Nomeação para “mipim awards” 2008 projecto : “Seeko'o Hôtel à Bordeaux” Palais des festivals - Cannes prémio “d’architecture de la ville de Bordeaux” 2008 projecto: Seeko'o Hôtel à Bordeaux Agora - Bordeaux Finalistas para o prémio “européen de l'aménagement urbain” 2006 projecto: place pey berland à Bordeaux Centre de Cultura Contemporània - Barcelone Finalistas para o prémio “grand public de l’architecture en France” 2004 projecto: place pey berland à Bordeaux DAPA/ministère de la culture - Paris Prémio “grand public de l’architecture région Aquitaine” 2004 projecto: place pey berland à Bordeaux maison de l’architecture - Bordeaux Finalistas para o prémio “l’équerre d’argent” 2003 Projecto: amphithéâtre d’Ô à Montpellier le moniteur – Paris Estudos e projectos a decorrer Construção de um “Centre Eurorégional des cultures urbaines à Lille” Construção de um “Hôtel + logements dans l'ancienne tour du Gaz de Bordeaux”

2010 / Projectos e concursos Reestruturação de um “Hangar 106 en SMAC à Rouen” Construção de uma “maison individuelle à Belin-Beliet” e renovação da “salle de spectacles Les colonnes à Blanquefort” planeamento urbano e paisagista “du centre bourg à



2007 Construção de um “hôtel*** sur les quais à Bordeaux” reabilitação do “Chambre d’Amour” à Anglet” construção de “bureaux et magasins de stockage du SGAP à Bordeaux Bacalan” construção de “salles de danse pour le conservatoire national de région” construção de uma “salle multifonctions à Blaye” 2005 Museu “Bernard d’Agesci à Niort” reestruturação de “médiathèque à Blanquefort” reestruturação de uma “villa en 5 appartements à Arcachon” planeamento de uma “place Charles de Gaulle à Mérignac”

Construção de uma “salle de spectacles et de concerts à Marciac” Construção de uma “bibliothèque au Mirai à Toulouse” Construção de “34 logements à Floirac” Criação de um restaurante "une cuisine en ville" e renovação de um apartamento em Paris Realizações Ecouflant” planeamento dos “parkings de la gare St Jean à Bordeaux” reestruturação do “groupe scolaire Les Airials au Pian Médoc” construção de uma “crèche collective avec logement de fonction à Paris” construção de um “centre commercial à Saint Petersbourg (Russie)” – estudo de viabilidade 2009 planeamento de “espaces publics de la partie Sud de l’hyper centre de Poitiers” 2008 Renovaçao de “trois halles situées dans l'enceinte de l'ENSAM” Planeamento de “la chapelle de Mussonville en salle de spectacles à Bègles” Renovação do “centre commercial Centre & Co à Blanquefort” construção de um “centre circassien à Auch” - estudos reabilitação de um “site Erna Boinot (crèche, école de théâtre et de cirque, aménagement urbain) à Niort” reabilitação de uma “salle de colloques et de projection à Melle”

2010 / Projectos e concursos Reestruturação de um “Hangar 106 en SMAC à Rouen”



05 Uma Obra

É na cidade de Bordéus a norte do centro histórico, na margem do rio Garona, que se pode contemplar o mais recente símbolo contemporâneo. De forma extravagante é um volume pálido de características singulares. Na intersecção das ruas de Quai de Bacalan e Edouard Vaillant Cours, entre os bairros Chartons e Bacalan – Território de património da Humanidade pela UNESCO no ano de 2007. Este bairro histórico é constituído por edificações construídas no século XVIII, actualmente conhecida pela casa francesa. As suas fachadas são de uma argamassa homogénea de pedra vermelha e mostrando características típicas francesas como as coberturas acentuadas.

É neste contexto que se encontra o Seeko’o Hotel, e é protagonista desta metamorfose urbana. Este hotel proporcionou um jogo arquitectónico que contribuiu para a sua integração num lugar com características tão peculiares, onde há um certo jogo lúdico nos projectos de King Kong. O jogo arquitectónico deste hotel foi limitado pelo fundador do mesmo que a concebeu a sua ideia como um iceberg (no idioma dos esquimós “seeko’o” significa iceberg).




. Pretendeu-se manter uma coerência em torno de uma proposta formal contemporânea, e no entanto tornar coerente a sua relação com as construções adjacentes. A resposta formal do hotel parece a favor da contemporaneidade, embora não se afasta das formas tradicionais. Podemos visualizar na fachada do edifício serigrafias executadas nas janelas com imagens históricas. Abstracção alegórica da proa de um barco no Gaveto do Hotel. Astas arestas ajudam a criar a sensação de estar em frente a um iceberg, forma que persegue todo o projecto do hotel, e dilui os limites entre a fachada e a cobertura, permitindo uma conexão física com as cornijas dos edifícios vizinhos. De forma a fazer o projecto coexistir com o que se encontra em redor, adicionaram fenestrações com proporções idênticas que fornecem uma continuidade na sua extensão nas fachadas ao longo das ruas. O outro elemento que ajuda a entender a forma do edifício é a cor branca que o reveste, alcançada pelas grandes placas de Corian, que podem ser pendurados da mesma forma que a madeira, concedendo um acabamento sem as imperfeições da maçonaria.




06 Um Corte Construtivo A fachada utiliza uma moldura dupla de metal ou grelha para garantir uma vedação com tolerância entre os painéis ajustáveis para 1 mm. A moldura tem 10cm de forma, de modo a ser possível a adição de um isolamento exterior e à prova de água se necessário. De modo a finalizar o conceito do projecto, as únicas aberturas permitidas na fachada são as aberturas em vidro que, dependendo da sua profundidade criam um jogo de sombras e dão a noção de solidez ao edifício. Desta forma, as fixações dos painéis tinham de ser invisiveis. Os painéis da DuPont estão dependentes de um mecanismo que envolve inserir um perfil metálico aparafusado ao material. Um gancho aparafusado neste é depois aparafusado a uma segunda moldura com 30mm de intervalo.




07 Aspectos Técnicos do Material

Corian® • Corian® foi inventado pelo cientista da DuPont® no final dos anos 60 e desde então aumentou a sua presença no mercado (introdução em 1967), em aplicações arquitectónicas, decorativas e de desenho.

Corian® - solução para superfícies de grande qualidade - material com uma gama diversa de aplicações tanto em ambientes residenciais como públicos ou comerciais: laboratórios, hospitais, sanitários e restauração, por motivos higiénicos, fácil limpeza e resistência à corrosão. - vantagens ambientais. - baixo conteúdo COV (composto orgânicos voláteis) - aparência monolítica com juntas imperceptíveis - material renovável - Pode ser cortado, retirado e reinstalado noutros projectos.

Corian® é um produto fabricado em 3 sítios: Búfalo, Nova Iorque; Toyama, no Japão; e Seul, na Coreia.

As superfícies sólidas compõem-se aproximadamente de 1/3 de resina acrílica e 2/3 de minerais naturais.

Descrição do Produto Corian® produz-se em placas e elementos moldados, pode ser manipulado com as ferramentas habituais para a madeira, e virtualmente permite qualquer tipo de desenho.




Composição Corian® é um material para superfícies sólidas, sem poros e homogénea, composto por 1/3 de resinas acrílicas (Polimetil-metacrilato) e 2/3 de materiais minerais naturais. O seu principal ingrediente é o mineral trihidrato de alumínio (ATH), um derivado da Bauxita que serve de base para a produção do alumínio. Estas placas variam em espessura e podem ser cortadas consoante a necessidade. A medida standard, em todas as cores da serie, é de 12x760x3.658mm.

Podem ainda ter outras dimensões por espessura, tais como: Placas de 4mm: 930x2490mm Placas de 6mm: 760x2490mm Placas de 12mm: 760X3658mm/ 930x3658mm Placas de 19mm: 760x3658mm

Limitações Corian® suporta altas temperaturas, mas deve ser protegido com isolamentos térmicos. As placas de 4 e 6mm de espessura devem ser utilizadas em aplicações verticais ou de mobiliário. As placas de 12 e 19mm obedecem a considerações estritas, de rendimento e custo.

Processo de Fabricação Existem dois tipos de fabricação das placas Corian®: as chapas e os elementos moldados. As chapas de Corian® podem apresentar-se em diferentes aspectos: lisa, malhada ou granulada, com partículas e tamanhos distintos. Os elementos moldados fabricam-se vertendo uma mistura em moldes metálicos onde se polimeriza. Quando o material estabiliza e arrefece extraem-se os elementos moldados dos moldes e procede-se aos acabamentos.




Revestimentos Revestimento de paredes interiores As placas Corian® adaptam-se às dimensões e aos cantos das paredes em questão. Os suportes ideais para o Corian® são os seguintes: Painéis de gesso resistentes a água; Contraplacado marítimo; Painéis de MDF resistentes à humidade; Paredes de ladrilho; E qualquer superfície que se encontre em boas condições. Os elementos de fixação das superfícies têm que permitir a dilatação e contracção dos materiais. Existem dois tipos de juntas para as aplicações verticais: >Juntas em V fogadas >Juntas imperceptíveis realizadas com adesivo.

Devido à combinação da estética e do alto rendimento, o Corian® é uma boa opção para os painéis de fachada. Os painéis são coloridos em toda a sua espessura e oferecem fácil manutenção resistência à temperatura e a raios UV e ilimitadas possibilidades quanto à decoração e acabamentos.

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07 Alguns pormenores de construção 3D



09 Referencias de catálogo e marcas



10 Bibliografia e outras Referências ROYLANCE, David - Introduction to composite materials. London: Department of Materials Science and Engineering Massachusetts institute of Technology Cambridge, 24 March 2000; MA 02139

LIMA, Andreza Menezes; CARVALHO, João Vítor Ferreira; GIRÃO, Thiago Liberato – Química dos Materiais, Introdução aos compositos. Rio de Janeiro, Brasil: Universidade do Estado de Rio de Janeiro Campus Regional Instituto Politécnico Graduação: Engenharia mecânica, Novembro 2008

VENTURA, Ana Mafalda F.M. – Os compósitos e a sua aplicação na reabilitação de estrututras metálicas. Lisboa, Portugal: Departamento de engenharia química e biológica, Instituto Superior técnico Campus Alameda Ciência & Tecnologia dos Materiais, Vol. 21, n.o 3/4, 2009

CALLISTER, W. D., Jr. Ciência e Engenharia de Materiais: uma Introdução. 7ª Edição. Rio de Janeiro: LTC, 2008.

PEREIRA, José Carlos, SWIDER, Pascal, JACQUET-RICHARDET, Georges. Iteractions Between Numerical and Experimental Approaches in Composite Structure Dynamics. Composite Structures, v.2, n.43, p.127-135, 1998.

Curso de Projecto estrutural com materiais compostos, Florianópolis: Universidade Federal de Santa Catarina Departamento de Engenharia Mecânica Grupo de Análise e Projecto Mecânico, Agosto 2003

GOMEZ, Edson Garcia – Caracterização microestrutural, mecânica e tratamentos térmicos de material compósito AI/SIC obtido por confirmação por “spray”. São Paulo: Dissertação apresentada como parte dos requisitos para obtenção do grau de mertre em ciências na area de tecnoogia Nuclear – Materiais. 1998

ESTEVES, José Luís – Materiais e Novas Estruturas. Portugal: FEUP – Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto; MIT PORTUGAL, ENCONTRO CIENCIA 2009, 29,30 DE JULHO DE 2009.

Sites visitados:

http://www.channelbeta.net/2010/06/enseekoo-hotel-bordeaux-kingkongitseekoo-hotel-bordeaux-kingkong/?lang=en

http://design.epfl.ch/piraeus/author/vincent

http://www.google.com - pesquisa de imagens

http://www2.DuPont®.com/DuPont®_Home/en_US/index.html

http://www2.DuPont®.com/Corian®_Global_Landing/en_US/index.html

Catálogos apresentados no capítulo Referências de catálogo e marcas.

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