Desempenho à flexão de vigas de concreto armado reforçadas com lâminas de CFF e SCCFL sob carregamento cíclico

Pontes e edifícios mais resistentes para um mundo que treme

Muitas das pontes e dos edifícios de concreto dos quais dependemos diariamente estão silenciosamente se desgastando devido ao tráfego, ao vento e até a terremotos leves. Demolir e reconstruir é caro e disruptivo, por isso os engenheiros procuram maneiras inteligentes de dar uma segunda vida a estruturas envelhecidas. Este estudo investiga como lâminas finas de fibra de carbono — algumas delas revestidas com silicone — podem ser coladas na face inferior de vigas de concreto armado para torná‑las mais fortes e duráveis quando são repetidamente tensionadas e comprimidas, como ocorre nas estruturas em serviço.

Dando ao concreto cansado um “curativo” de alta tecnologia

Vigas de concreto modernas geralmente contêm barras de aço embutidas para resistir à tração, mas com o tempo essas barras podem corroer ou as vigas podem rachar sob cargas repetidas e pesadas. Em vez de adicionar suportes volumosos, os engenheiros agora podem colar lâminas flexíveis de fibra de carbono na superfície externa da viga, de modo parecido com a aplicação de um curativo médico resistente. A fibra de carbono é extremamente leve, porém mais resistente que o aço à tração, e não enferruja. Neste trabalho, os pesquisadores compararam dois desses materiais: um tecido de fibra de carbono convencional e uma lâmina de fibra de carbono mais recente com revestimento de silicone. O revestimento de silicone foi projetado para melhorar a aderência entre o carbono e o concreto e para protegê‑lo do ambiente.

Como a equipe testou as vigas reforçadas

Os pesquisadores moldaram quinze vigas de concreto com dimensões semelhantes às usadas em pequenas pontes ou lajes de edifícios. Três vigas foram mantidas sem alteração como controle. As demais foram reforçadas colando uma ou duas camadas do tecido de fibra de carbono ou da lâmina revestida de silicone na face inferior — o lado que fica em tração quando a viga flexiona. Em seguida, todas as vigas foram colocadas em uma estrutura de ensaio e carregadas repetidamente em dois pontos ao longo do vão. A carga foi aumentada e diminuída lentamente em ciclos, enquanto instrumentos mediam o quanto as vigas se deformavam, como as fissuras se propagavam, quão rígidas permaneciam e quanta energia absorviam antes de sofrer danos severos.

O que aconteceu sob carregamento repetido

As vigas reforçadas claramente tiveram desempenho superior às de concreto simples. Vigas com uma única camada do tecido de fibra de carbono suportaram cerca de um terço a mais de carga do que as vigas de controle, e as com duas camadas de tecido foram ainda melhores. As lâminas revestidas de silicone foram ainda mais impressionantes: uma camada permitiu que as vigas resistissem aproximadamente dois terços a mais de carga do que os controles, e duas camadas quase dobraram a capacidade à flexão. Essas vigas melhoradas também se deformaram menos sob a mesma carga, apresentaram fissuras menores e mais próximas entre si, e postergaram o aparecimento das primeiras fissuras visíveis de cerca de 1,5 quilonewton nas vigas de controle para acima de 4,5 quilonewtons nas vigas com lâminas revestidas de silicone. As curvas de carga–deflexão em loop mostraram que as lâminas revestidas ajudaram as vigas a dissipar mais energia a cada ciclo, um indício de melhor desempenho sob tremores ou tráfego.

Por que a fibra de carbono revestida de silicone se destacou

Além da resistência simples, o modo como as vigas falharam também foi relevante. As vigas de controle fraturaram por grandes fissuras de flexão e esmagamento do concreto na face superior. Vigas com o tecido de fibra de carbono convencional tendiam a falhar quando o tecido começava a descolar do concreto, um elo fraco na interface. Em contraste, as lâminas revestidas de silicone permaneceram aderidas com mais firmeza. Quando essas vigas finalmente falharam, foi geralmente por esmagamento gradual do concreto ou rasgamento da lâmina após muitos ciclos de carga, e não por descolamento súbito. Esse comportamento indica que a camada de silicone melhora o encaixe entre o carbono e o concreto, ajudando as vigas reforçadas a manter sua rigidez e capacidade de absorver energia por mais tempo sob carregamento repetido.

O que isso significa para estruturas do dia a dia

Para não especialistas, a mensagem é direta: “envelopes” de fibra de carbono aplicados corretamente podem estender significativamente a vida útil e a segurança de estruturas de concreto existentes, e as lâminas revestidas de silicone parecem ser a opção mais eficaz testada aqui. Ao quase dobrar a resistência à flexão em alguns casos, adiar o aparecimento de fissuras e reduzir a perda de rigidez ao longo de muitos ciclos de carga, essas lâminas finas oferecem um meio prático de reabilitar pontes e edifícios mais antigos para que resistam melhor ao tráfego, ao vento e a terremotos sem necessidade de reconstrução por completo. À medida que as cidades enfrentam uma infraestrutura envelhecida e demandas crescentes, tais métodos de reforço podem ajudar a manter estruturas críticas em serviço por mais tempo e com mais segurança.

Citação: Sujitha, V.S., Sriram, A.G., Raja, S. et al. Flexural performance of RC beams strengthened with CFF and SCCFL sheets under cyclic loading. Sci Rep 16, 6491 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35884-w

Palavras-chave: reforço com fibra de carbono, vigas de concreto armado, fadiga e carregamento cíclico, reabilitação estrutural, durabilidade da infraestrutura