Reforço de juntas laje‑coluna de concreto armado corroídas usando FRP híbrido de ply fino sob cisalhamento por punção

Por que pisos de concreto envelhecidos podem falhar subitamente

Muitos estacionamentos, galpões e edifícios altos dependem de pisos planos de concreto apoiados diretamente por colunas. Esse projeto economiza espaço e material, mas oculta uma vulnerabilidade perigosa: uma ruptura frágil chamada cisalhamento por punção, em que a laje pode perfurar ao redor da coluna com pouco ou nenhum aviso. Quando o aço dentro do concreto corrói, esse risco aumenta. O estudo resumido aqui explora uma nova maneira de reforçar essas juntas vulneráveis usando tiras compostas muito finas e leves feitas de fibras de vidro e carbono.

Um ponto fraco escondido em edifícios cotidianos

Os sistemas de laje plana com colunas são populares porque eliminam vigas e permitem espaços abertos e flexíveis. O preço a pagar é que a região onde cada coluna encontra a laje suporta forças intensamente concentradas. Se o concreto e a armadura de aço não resistirem a essas forças, a laje pode falhar abruptamente ao redor da coluna em um fragmento em forma de cone. Terremotos passados e colapsos inesperados em estacionamentos mostraram quão catastrófica essa ruptura por “punção” pode ser. Medidas tradicionais de segurança, como aço adicional, painéis rebaixados ou regiões de laje espessadas, aumentam peso, custo e complexidade de construção, e costumam estar ausentes em edifícios mais antigos. Agravando o problema, sais usados em degelo e ambientes agressivos corroem lentamente o aço interno, reduzindo a resistência e tornando a falha por punção mais provável.

O que a corrosão faz às juntas de concreto

Quando a armadura de aço corrói, ela se expande e provoca fissuras no concreto ao redor. Esse processo enfraquece vários mecanismos que normalmente ajudam a resistir ao cisalhamento por punção: o entrelaçamento rugoso entre superfícies de concreto fissuradas, a ação de “pino” das barras que cruzam fissuras e a aderência entre aço e concreto. Mesmo uma corrosão moderada pode deslocar uma laje de uma falha mais tolerante por flexão para uma quebra súbita por punção. Pesquisas anteriores analisaram em grande parte a corrosão ou o reforço isoladamente e frequentemente se concentraram em vigas ou colunas em vez da crítica junta laje‑coluna. O trabalho aqui apresentado focaliza essa junta específica, examinando como diferentes arranjos de reforço performam quando a armadura já está danificada.

Testando tiras híbridas finas em juntas danificadas

Os pesquisadores construíram onze juntas laje‑coluna internas em escala, cada uma representando uma coluna típica interior em um pavimento de laje plana. Alguns corpos de prova foram deixados intactos, enquanto outros foram deliberadamente corroídos até cerca de 15% de perda em massa da armadura usando um método eletroquímico acelerado em solução salina. Em seguida, eles colaram tiras compostas finas — feitas de fibra de vidro (GFRP), fibra de carbono (CFRP) ou um híbrido de ambas — na face inferior da laje ao redor da coluna. As tiras foram dispostas em vários padrões, com atenção especial a um arranjo oblíquo projetado para atravessar as fissuras radiais que se formam durante a punção. As lajes foram carregadas para baixo através da coluna até a ruptura, enquanto a equipe mediu quanta carga elas suportavam, quanto se deformavam e como as fissuras se propagavam.

Como a nova estratégia de reforço se saiu

A corrosão sozinha reduziu a capacidade de punção em aproximadamente um terço e praticamente dobrou a deflexão na ruptura em comparação com uma junta sem danos. A adição de tiras compostas reverteu grande parte dessa perda. Sistemas de fibra de vidro aumentaram a resistência à punção em cerca de 30–51% sobre o controle corroído, sistemas de fibra de carbono em 40–60% e as tiras híbridas vidro–carbono em cerca de 57–77%. As juntas reforçadas exibiram comportamento mais rígido antes da fissuração, formação de fissuras retardada e uma resposta carga‑deflexão mais estável. No entanto, o benefício não cresceu indefinidamente: além de cerca de duas camadas ou uma espessura total do composto em torno de 0,6–1,2 mm, material adicional trouxe apenas pequenos ganhos de resistência porque as tiras começaram a descolar do concreto (deslaminação) antes de poderem ser totalmente mobilizadas. Usando simulações numéricas avançadas calibradas com os experimentos, os autores exploraram muitas variações em espessura das tiras, número de camadas, posicionamento e nível de corrosão. Eles descobriram que tiras híbridas oblíquas deslocadas 50 mm da face da coluna ofereceram o melhor equilíbrio entre aumento de resistência e controle de fissuração para a geometria testada.

Limites do reforço em estruturas muito corroídas

O estudo também mostra que existe um limite prático para quanto o reforço pode ajudar quando a corrosão se torna severa. Em juntas simuladas com níveis de corrosão variando de 5% a 30%, o benefício relativo do reforço híbrido ótimo caiu de cerca de 51% de capacidade extra em corrosão leve para cerca de 25% no nível mais alto examinado. À medida que mais aço se perde por corrosão e o concreto ao redor se degrada, a conexão passa a ser governada cada vez mais por um comportamento frágil de punção e por deslaminação das tiras. Nesse ponto, adicionar mais composto pouco adianta sem também melhorar a aderência ou tratar a deterioração subjacente.

O que isso significa para edifícios reais

Para engenheiros responsáveis por estacionamentos envelhecidos ou edifícios com lajes planas, os resultados sugerem que tiras híbridas muito finas e dispostas estrategicamente de vidro–carbono podem ser um retrofit prático para restaurar parcialmente a segurança em juntas laje‑coluna moderadamente corroídas. O sistema é leve, aplicado externamente e não exige espessamento da laje ou adição de elementos pesados de aço. Contudo, seu sucesso depende fortemente de boa aderência, detalhamento cuidadoso do arranjo das tiras e níveis de corrosão que ainda não sejam extremos. Em suma, essa técnica pode devolver uma capacidade e rigidez extras valiosas a juntas em risco, mas não é uma cura universal: corrosão severa ainda exige reparos ou substituição mais extensos, e cada edifício deve ser avaliado dentro dos limites das condições testadas nesta pesquisa.

Citação: Gomaa, A.M., Ahmed, M.A., Khafaga, S.A. et al. Strengthening of corroded RC slab–column joints using thin-ply hybrid FRP under punching shear. Sci Rep 16, 6526 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36610-2

Palavras-chave: cisalhamento por punção, lajes de concreto armado, corrosão, reforço com FRP, juntas laje‑coluna