Fitas de Fibra de Carbono como Band-Aids: Reforço minimamente invasivo para pontes e edifícios

No dia a dia, usamos curativos para tratar pequenos cortes e arranhões – simples e prático. Agora, no entanto, quando pontes desenvolvem rachaduras finas em suas vigas e paredes de edifícios antigos se soltam gradualmente com o tempo, um material aparentemente leve está surgindo como a 'força principal' no reforço estrutural. A engenharia também adotou uma solução semelhante ao 'curativo' — o tecido de fibra de carbono — que está silenciosamente fortalecendo as pontes e edifícios ao nosso redor por meio de métodos minimamente invasivos.
Processo de fabricação de tecido unidirecional

O tecido unidirecional de fibra de carbono é um material frequentemente utilizado em projetos de reforço com fibra de carbono. Seu processo de fabricação envolve principalmente o alinhamento, fixação e moldagem dos filamentos de fibra de carbono, tendo como objetivo principal garantir que os filamentos estejam organizados de forma precisa em uma única direção (normalmente longitudinal), mantendo ao mesmo tempo propriedades de alta resistência. Os passos específicos são basicamente os seguintes:

Passo Um: Preparação do Filamento de Fibra de Carbono
Filamentos precursores de fibra de carbono baseados em PAN (o padrão do mercado) são fabricados a partir de fibras de poliacrilonitrila por meio de processos de pré-oxidação e carbonização. Esses filamentos apresentam um diâmetro de 5–7 micrômetros e exibem uma resistência à tração excepcionalmente alta.
Passo Dois: Processo de Engomagem
Por meio da máquina de engomagem, milhares a dezenas de milhares de filamentos de fibra de carbono são dispostos longitudinalmente em paralelo e uniformemente em camadas de urdume. A tensão e a precisão do alinhamento são rigorosamente controladas para garantir propriedades unidirecionais e evitar desvios transversais.
Passo Três: Processo de Tecelagem / Fixação
Usando fibras transversais extremamente finas (como fibra de vidro ou nylon), os fios longitudinais são fixados por tecelagem ou colagem. Durante a tecelagem, os fios da trama são entrelaçados com os fios da urdume em baixa densidade (alguns fios por centímetro), formando uma estrutura de "urdimem apertada, trama solta" que proporciona reforço sem comprometer a resistência. Alternativamente, pode-se usar uma emulsão de resina epóxi para colar o material em um tecido sem trama, embora a tecelagem permaneça o método mais comum.
Passo Quatro: Tratamento de Superfície
Remover impurezas, aumentar a rugosidade da superfície ou aplicar um agente de acoplamento para melhorar a adesão ao adesivo e a compatibilidade com a resina.
Passo Cinco: Fixação e Enrolamento
Após a secagem e fixação, o produto passa por inspeção de qualidade e embalagem para se tornar o item finalizado. Ao longo desse processo, o foco está em maximizar a alta resistência dos filamentos longitudinais de fibra de carbono, com os filamentos transversais exercendo apenas uma função auxiliar de fixação.

O cerne de todo o processo reside em garantir o alinhamento paralelo e a alta resistência à tração dos filamentos longitudinais de fibra de carbono, com as fibras transversais exercendo apenas uma função auxiliar de fixação. Consequentemente, o tecido unidirecional de fibra de carbono aproveita plenamente as propriedades de tração da fibra de carbono ao longo de seu eixo longitudinal, tornando-o altamente adequado para aplicações em reforço estrutural onde ocorrem tensões de tração.

Princípios de Reforço
O tecido de fibra de carbono é colado à superfície estrutural utilizando um adesivo resinoso compatível, formando um corpo de material compósito (CFRP) que atua em conjunto com a estrutura original. Possuindo uma resistência à tração excepcionalmente alta (aproximadamente dez vezes maior que a do aço), o tecido de fibra de carbono é firmemente integrado ao concreto por meio do adesivo resinoso. Isso transfere as cargas externas para o tecido de fibra de carbono, aproveitando suas propriedades de alta resistência para aumentar a capacidade da estrutura contra flexão, forças de cisalhamento e atividades sísmicas, enquanto simultaneamente inibe a propagação de fissuras.

Procedimentos de Construção

Passo Um: Preparação da Superfície
Limpe a superfície de concreto, remova camadas soltas e manchas de óleo para criar uma superfície base lisa.
Passo Dois: Aplicar a demão de fundo epóxi
Aplique uma camada de demão de fundo ao concreto para garantir que o tecido adira com segurança.
Passo Três: Aplicar o tecido de fibra de carbono
Mergulhe o tecido de fibra de carbono pré-cortado na resina epóxi e aplique-o nas áreas estruturais que necessitam reforço (como fundos de vigas, pilares, lajes e almas de pontes).
Passo Quatro: Compactação com Rolo e Desaeração
Pressione repetidamente com um rolo para garantir que o adesivo penetre uniformemente nas fibras e elimine quaisquer bolhas de ar, de forma semelhante a pressionar firmemente um curativo.
Passo Cinco: Cura e Manutenção
Uma vez que o adesivo tenha curado, o tecido de fibra de carbono e o concreto ficam fundidos, formando uma camada externa excepcionalmente resistente.

Características do reforço

Aumento da capacidade de carga: Aplicado na face inferior das vigas → melhora da resistência à flexão; aplicado nos pilares → aumento da resistência à compressão e desempenho sísmico.

Controle de fissuras: O tecido de fibra de carbono impede a propagação de fissuras no concreto, assim como um curativo protege uma ferida na pele de piorar.

Vida útil prolongada: Resistente à corrosão, ao contrário do aço que enferruja, tornando-o particularmente adequado para ambientes como pontes que estão expostos a longo prazo.

Leve e eficiente: Velocidade rápida de construção, não requer máquinas pesadas e não impõe um peso estrutural adicional significativo.

Por que o tecido de fibra de carbono se tornou a nova escolha para reforço?

Em comparação com métodos tradicionais de reforço, como chapas de aço ou aumento de seção, o tecido de fibra de carbono oferece vantagens distintas:

Sua natureza leve impõe praticamente nenhuma carga adicional à estrutura original. Com peso inferior a 300 gramas por metro quadrado, altera minimamente a distribuição de carga do edifício após aplicação , tornando-o particularmente adequado para reforçar estruturas sensíveis ao peso próprio, como edifícios antigos e pontes.

A sua resistência à corrosão garante um desempenho estável em ambientes agressivos. Tanto ao enfrentar a corrosão por névoa salina em pontes costeiras como condições úmidas em vigas e pilares de subsolos, o tecido de fibra de carbono mantém um desempenho consistente com uma vida útil superior a 50 anos.

A instalação eficiente reduz significativamente os prazos do projeto. Não exigindo máquinas pesadas — apenas aplicação manual — o reforço de um edifício de mil metros quadrados geralmente leva apenas 1 a 2 semanas, substancialmente menos do que os métodos convencionais.