2-CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS

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PÓS-GRADUAÇÃO: CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS
MOISÉS FORTE 
CPF 028.340.759-05
TÍTULO DO TRABALHO: APLICAÇÃO DE MATERIAIS COMPÓSITO PARA NA CONSTRUÇÃO CIVIL
CURITIBA
 2023
MOISÉS FORTE
TÍTULO DO TRABALHO: APLICAÇÃO DE MATERIAIS COMPÓSITOS PARA NA CONSTRUÇÃO CIVIL
Trabalho de Conclusão de curso Pós-Graduação Ciência e Engenharia de Materiais, Faculdade Serra Geral, realizado sob orientação do:
Orientador:
CURITIBA
 2023
APLICAÇÃO DE MATERIAIS COMPÓSITOS PARA NA CONSTRUÇÃO CIVIL
FORTE, Moises[footnoteRef:1] [1: Graduado em Gestão da Qualidade pela UAM, e pós-graduado em Engenharia da Qualidade/Lean Seis Sigma e Excelência Operacional/Auditoria Compliance e Gestão de Riscos/Lean Seis Sigma Master Black Belt/Auditor Líder ABNT NBR ISO 9001:2015, 14001:2015 e 45001:2018
] 
RESUMO
Materiais compósitos têm sido amplamente utilizados na indústria aeroespacial e automotiva devido à sua alta resistência e baixo peso. Recentemente, a construção civil tem experimentado o uso de compósitos para melhorar o desempenho e a durabilidade das estruturas.
Os materiais compósitos utilizados na construção civil incluem fibras de vidro, fibras de carbono, aramida e polímeros reforçados com fibras. Eles são utilizados em diversas aplicações, como a construção de pontes, torres de transmissão, tubulações, lajes, fachadas de edifícios, entre outros.
As vantagens dos materiais compósitos na construção civil incluem alta resistência mecânica, baixo peso, resistência à corrosão, durabilidade e baixa manutenção. Além disso, eles podem ser facilmente moldados em diferentes formas e tamanhos, permitindo a criação de designs inovadores e personalizados.
No entanto, a aplicação de materiais compósitos na construção civil ainda enfrenta alguns desafios, como o alto custo dos materiais, a necessidade de mão de obra especializada para instalação e a falta de normas técnicas específicas para o setor.
Em resumo, os materiais compósitos têm o potencial de melhorar significativamente a qualidade e a eficiência das estruturas na construção civil, mas é necessários mais pesquisa e desenvolvimento para superar os desafios e expandir sua aplicação no setor.
Palavras-Chave: Compósitos; Materiais; Construção Civil.
1 INTRODUÇÃO
A construção civil é um dos setores que mais consomem recursos naturais e geram resíduos, o que torna importante o desenvolvimento de materiais mais sustentáveis e eficientes. Nesse contexto, a aplicação de materiais compósitos na construção civil surge como uma alternativa promissora, visto que esses materiais são compostos por duas ou mais fases distintas, com características que se complementam, resultando em materiais com propriedades superiores aos materiais convencionais. A utilização de materiais compósitos na construção civil pode contribuir para a redução de resíduos, economia de energia e diminuição de impactos ambientais. Além disso, esses materiais apresentam maior durabilidade, resistência mecânica, leveza e flexibilidade, possibilitando novas soluções em projetos arquitetônicos e de engenharia. (Blücher, 2008)
A aplicação de materiais compósitos na construção civil é uma área de pesquisa em constante evolução, visto que esses materiais possuem características únicas e vantagens em relação a materiais convencionais, como maior resistência, durabilidade e leveza. Essas propriedades têm sido exploradas em diversos setores da construção civil, desde a fabricação de elementos estruturais até a produção de revestimentos e acabamentos. Nesse sentido, a utilização de materiais compósitos na construção civil pode proporcionar soluções eficientes e inovadoras, contribuindo para a sustentabilidade e eficiência das construções.
2 DESENVOLVIMENTO 
A busca crescente por formas de reaproveitar os resíduos gerados por diversas atividades do setor industrial representa uma tendência mundial cada vez mais consolidada em nossa sociedade. A ciência dos materiais compósitos ganha destaque nesse contexto, sendo desenvolvidos muitos trabalhos nessa área objetivando produzir novos materiais sustentáveis e de interesse industrial. 
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2.1. O que são materiais compósitos
Materiais compósitos são materiais formados pela combinação de dois ou mais materiais diferentes para produzir um novo material com propriedades mecânicas superiores às de seus componentes individuais. Os materiais compósitos podem ser compostos de uma variedade de materiais, incluindo polímeros, metais, cerâmicas, vidros e fibras. (Fu, S. Y., Lauke, B., & Mäder, E. 2010)
Os compósitos são amplamente utilizados na indústria devido às suas propriedades únicas, como alta resistência e rigidez, baixa densidade, resistência à corrosão, boa estabilidade dimensional e alta resistência ao desgaste. Eles são amplamente utilizados em aplicações aeroespaciais, automotivas, de construção, esportivas e de defesa.
Os materiais compósitos de fibra de carbono são particularmente conhecidos por sua alta resistência e leveza, sendo frequentemente usados em aplicações aeroespaciais e esportivas, como em bicicletas de corrida e raquetes de tênis. As fibras de vidro são usadas para produzir compósitos usados em tanques de armazenamento, barcos e tubulações. (Shokrieh, M. M., & Rafiee, R. 2011)
Existem diferentes tipos de compósitos, incluindo compósitos de matriz polimérica, compósitos de matriz metálica e compósitos de matriz cerâmica. Os compósitos de matriz polimérica são frequentemente usados em aplicações leves, como em peças automotivas e na construção de edifícios. Os compósitos de matriz metálica são frequentemente usados em aplicações de alta temperatura, como em turbinas a jato e em motores de foguete. Os compósitos de matriz cerâmica são frequentemente usados em aplicações de alta resistência, como em blindagens de veículos militares.
2.2. Característica dos materiais compósitos
Uma das principais características dos materiais compósitos é a sua alta resistência e rigidez, o que os torna ideais para aplicações em que é necessária uma alta capacidade de carga. De acordo com a American Composites Manufacturers Association (ACMA), os compósitos de fibra de vidro são frequentemente usados em aplicações de tanques de armazenamento, barcos e tubulações (ACMA, 2022). Além disso, os materiais compósitos de fibra de carbono são particularmente conhecidos por sua alta resistência e leveza, sendo frequentemente usados em aplicações aeroespaciais e esportivas, como em bicicletas de corrida e raquetes de tênis (Composites World, 2021).
Os compósitos de matriz polimérica são frequentemente utilizados em aplicações leves, como em peças automotivas e na construção de edifícios (ACMA, 2022). Por outro lado, os compósitos de matriz metálica são frequentemente utilizados em aplicações de alta temperatura, como em turbinas a jato e em motores de foguete (ASM International, 2021). Os compósitos de matriz cerâmica são frequentemente utilizados em aplicações de alta resistência, como em blindagens de veículos militares (National Academies of Sciences, Engineering, and medicine, 2020).
Os processos de fabricação de compósitos incluem laminação manual, infusão a vácuo, moldagem por transferência de resina, moldagem por compressão e moldagem por injeção. O processo de escolha dependerá do tipo de compósito a ser fabricado e das especificações do produto (Composites One, 2022).
Os materiais compósitos são uma classe importante de materiais que combinam diferentes materiais para produzir um novo material com propriedades mecânicas superiores às de seus componentes individuais. Eles são amplamente utilizados em uma variedade de aplicações industriais, incluindo aeroespacial, automotiva, de construção, esportiva e de defesa.
2.3. Uso de materiais compósitos
O uso de materiais compósitos tem se tornado cada vez mais comum na indústria, devido às suas propriedades únicas que oferecem alta resistência e rigidez, baixa densidade, resistência à corrosão, boa estabilidade dimensional e alta resistência ao desgaste. Esses materiaissão formados pela combinação de dois ou mais materiais diferentes, como polímeros, metais, cerâmicas, vidros e fibras, para produzir um novo material com propriedades mecânicas superiores às de seus componentes individuais.
Aplicações na Indústria Automotiva:
Os materiais compósitos têm sido amplamente utilizados na indústria automotiva, devido à necessidade de reduzir o peso dos veículos e melhorar a eficiência energética. Os compósitos de matriz polimérica, como o carbono reforçado com fibra de vidro (CFRP), têm sido utilizados em peças estruturais, como painéis de carroceria, para reduzir o peso e melhorar a rigidez e resistência. Estudos têm mostrado que a substituição de peças de aço por compósitos pode reduzir o peso em até 50%, resultando em melhor desempenho e economia de combustível. (BRANDT 2008)
Aplicações na Indústria Aeroespacial:
A indústria aeroespacial é outra grande usuária de materiais compósitos. Os materiais compósitos de fibra de carbono são particularmente populares na fabricação de aeronaves, devido à sua alta resistência e leveza. Além disso, os compósitos de matriz cerâmica são utilizados em aplicações aeroespaciais de alta resistência, como em blindagens de veículos militares.
O uso de materiais compósitos na indústria aeroespacial tem permitido o desenvolvimento de aeronaves mais leves, que consomem menos combustível e são capazes de voar a altitudes mais elevadas. Além disso, os compósitos são resistentes à corrosão, o que ajuda a prolongar a vida útil dos componentes aeroespaciais. (Ashby, M. F. 2005).
Aplicações na Indústria de Construção:
Os materiais compósitos também têm sido amplamente utilizados na indústria de construção, devido às suas propriedades únicas de resistência e durabilidade. Os compósitos de matriz polimérica, como o CFRP e o vidro reforçado com polímero (GRP), são frequentemente usados em estruturas de pontes e edifícios para melhorar a resistência e rigidez, reduzindo o peso e a manutenção necessária. Estudos têm mostrado que o uso de compósitos pode aumentar a vida útil das estruturas e reduzir os custos de manutenção em até 50%.
Aplicações na Indústria Esportiva:
Os materiais compósitos têm sido amplamente utilizados na indústria esportiva, devido à necessidade de melhorar o desempenho e a durabilidade de equipamentos esportivos. Os compósitos de matriz polimérica, como o CFRP, são frequentemente usados em raquetes de tênis e golfe para melhorar a rigidez e reduzir o peso. O uso de compósitos tem se mostrado eficaz na redução do peso e melhoria do desempenho de equipamentos esportivos, permitindo melhores resultados em competições.
Outra aplicação comum dos materiais compósitos na indústria esportiva é na fabricação de bicicletas de alta performance. As bicicletas de fibra de carbono são conhecidas por sua alta resistência e leveza, tornando-se uma escolha popular entre ciclistas profissionais e amadores. Além disso, os compósitos de matriz metálica são frequentemente usados em equipamentos de esportes motorizados, como carros de corrida e motocicletas, devido à sua alta resistência e capacidade de suportar altas temperaturas. (Gibson, 2012).
2.4. Vantagens no uso de materiais compósitos
Os materiais compósitos são materiais que possuem propriedades mecânicas superiores àquelas encontradas em seus componentes individuais. Eles são formados pela combinação de dois ou mais materiais diferentes, como polímeros, metais, cerâmicas, vidros e fibras. O uso de materiais compósitos tem se expandido em diversas áreas, desde aplicações aeroespaciais e militares até a indústria de construção civil e equipamentos esportivos.
As vantagens no uso de materiais compósitos são diversas e têm sido amplamente estudadas. Dentre as principais vantagens, destacam-se:
1. Alta resistência específica: Os materiais compósitos são conhecidos por sua alta resistência em relação ao peso, o que os torna particularmente úteis em aplicações onde a redução de peso é importante, como na indústria aeroespacial e de defesa (Rahman, 2018).
2. Durabilidade: Materiais compósitos possuem alta resistência à corrosão, além de serem resistentes a fatores ambientais como variações de temperatura e umidade (Gibson, 2012).
3. Personalização: Os materiais compósitos são altamente personalizáveis, permitindo que os projetistas selecionem as características específicas de cada componente, tais como rigidez, resistência, peso e durabilidade (Bažant, 2010).
4. Menor custo de manutenção: A longevidade e durabilidade dos materiais compósitos reduzem os custos de manutenção em comparação com materiais tradicionais, como aço e concreto (Alcock, 1999).
5. Facilidade de fabricação: Os materiais compósitos são fabricados através de processos automatizados, reduzindo os custos e o tempo de produção em comparação com outros materiais (Jones, 1999).
6. Versatilidade: Materiais compósitos podem ser produzidos a partir de uma ampla variedade de materiais, permitindo a adaptação a diferentes requisitos de projeto (Lefebvre, 2012).
Os materiais compósitos são uma excelente alternativa para aplicações que exigem alta resistência e leveza, além de oferecerem diversas outras vantagens em relação a materiais tradicionais.
3 CONCLUSÃO
Ao longo do trabalho, foi possível verificar que a utilização de materiais compósitos na construção civil apresenta inúmeras vantagens em relação aos materiais convencionais. Esses materiais possuem propriedades superiores, como maior resistência mecânica, leveza, durabilidade e flexibilidade, o que possibilita a criação de soluções inovadoras em projetos arquitetônicos e de engenharia. Além disso, a utilização de materiais compósitos na construção civil pode contribuir para a sustentabilidade das construções, reduzindo resíduos, economizando energia e diminuindo impactos ambientais.
No entanto, é importante ressaltar que a utilização de materiais compósitos na construção civil ainda enfrenta desafios relacionados à disponibilidade de matérias-primas, processos de fabricação e normas técnicas. É necessário investir em pesquisa e desenvolvimento de materiais compósitos mais sustentáveis e em soluções para a produção em larga escala, a fim de torná-los mais acessíveis ao mercado.
Dessa forma, conclui-se que a aplicação de materiais compósitos na construção civil representa uma tendência promissora para o setor, pois possibilita a criação de soluções eficientes, sustentáveis e inovadoras. O uso desses materiais pode contribuir para a melhoria da qualidade e eficiência das construções, além de trazer benefícios socioeconômicos e ambientais.
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