Simulação numérica de carregamento cíclico reverso na ligação entre coluna pré-fabricada e fundação com bolsa

Por que isso importa para a segurança sísmica

Muitos edifícios modernos são montados como grandes conjuntos de Lego, usando peças de concreto fabricadas em fábrica e rapidamente montadas no local. Isso economiza tempo e dinheiro, mas levanta uma questão crucial: essas juntas entre as peças resistirão quando ocorrer um terremoto? Este artigo aborda essa pergunta para uma das juntas mais críticas — o ponto em que a coluna vertical de um edifício encontra sua fundação — testando um tipo de ligação pré-moldada por “bolsa” e comparando-a com uma ligação tradicional monolítica moldada in loco.

Como as peças de um edifício são unidas

Na construção convencional, colunas e fundações geralmente são concretadas como um bloco contínuo, criando uma conexão sem emendas. Na construção pré-fabricada, a coluna é produzida em fábrica e posteriormente ligada à fundação no canteiro. Um método promissor é a ligação por bolsa: a fundação é moldada com um rebaixo (a bolsa), a coluna pré-moldada é abaixada nele e o espaço é preenchido com uma argamassa de alta resistência. Essa argamassa, juntamente com o atrito e o apoio da coluna contra superfícies rugosas da bolsa, permite que a junta se comporte de forma semelhante a uma conexão monolítica. Como o dano sísmico frequentemente se concentra nessas junções, melhorar os detalhes das bolsas pode tornar os edifícios pré-fabricados mais seguros e mais fáceis de reparar.

Projetando duas maneiras de melhorar a junta

Os pesquisadores concentraram-se em como as barras de aço são dispostas dentro da região da bolsa, já que esse “esqueleto” oculto controla como as forças são transmitidas durante o tremor. Eles partiram de um edifício realista de quatro pavimentos projetado segundo códigos indianos e singapurenses, identificaram uma coluna com alta carga na base e então criaram modelos em meia escala para simulação computacional. Um modelo representou uma coluna e fundação monolítica, moldadas in loco. Outros dois representaram detalhes diferentes de bolsa: PC I, baseado em um projeto existente com adição de barras de transferência nos cantos, e PC II, no qual cada parede da bolsa foi reforçada de forma mais independente com vergalhões verticais e horizontais mais estribos adicionais próximos à base da coluna. Todos os três foram submetidos, em um modelo numérico, a movimentos repetidos de vai-e-vem lateral — semelhante ao que uma coluna experimentaria em um terremoto — enquanto suportavam uma carga vertical constante.

O que a agitação virtual revelou

A equipe usou um software avançado de elementos finitos para capturar fissuração, esmagamento e escoamento do aço sob esse carregamento repetido. As simulações reproduziram testes laboratoriais anteriores com precisão de cerca de 15%, o que deu confiança aos resultados virtuais. A ligação monolítica foi a mais resistente no geral, como esperado, mas a ligação por bolsa PC II chegou surpreendentemente perto, perdendo apenas cerca de 16% da resistência máxima, enquanto a PC I perdeu cerca de 22%. Mais importante para terremotos, as bolsas pré-fabricadas permitiram que as colunas se deformassem mais antes de falhar. Em comparação com a junta monolítica, a PC I mostrou aproximadamente dois terços a mais de capacidade de deformação, e a PC II mais que dobrou essa capacidade. Mapas de deformação indicaram que a junta monolítica concentrou o dano exatamente na interface coluna–fundação, enquanto as conexões por bolsa espalharam o dano de forma mais uniforme, sugerindo que podem ser mais fáceis de reparar após o tremor.

Como as juntas lidaram com a energia da agitação

Quando um edifício oscila em um terremoto, boas conexões fazem mais do que simplesmente permanecer intactas — elas também absorvem e dissipam energia para que menos seja transmitida pela estrutura. Os pesquisadores mediram essa “dissipação de energia” a partir dos laços formados pelos ciclos repetidos de carga–deslocamento nas simulações. Ambas as conexões por bolsa superaram a junta monolítica. A PC I dissipou cerca de 63% mais energia no geral, embora à custa de dano mais concentrado na região da bolsa. A PC II dissipou cerca de 37% mais energia do que a conexão monolítica e o fez de forma mais controlada, com fissuras menos severas e melhor confinamento do núcleo de concreto. Sua resposta permaneceu estável mesmo em deslocamentos laterais maiores, tornando-a especialmente promissora para uso em regiões propensas a terremotos.

O que isso significa para edifícios futuros

Para não especialistas, a principal conclusão é que pré-fabricação não precisa significar fragilidade. Com detalhamento cuidadoso do aço oculto dentro das fundações em bolsa, as junções coluna–fundação pré-fabricadas podem igualar e, em alguns aspectos, superar o desempenho do concreto maciço tradicional. O arranjo PC II, em particular, oferece uma combinação equilibrada de resistência, flexibilidade e absorção de energia. Isso significa que os edifícios podem oscilar com segurança sem falha súbita e ser reparados mais facilmente depois. O estudo também mostra que simulações computacionais modernas, uma vez cuidadosamente verificadas com experimentos, podem orientar projetos mais seguros e resilientes antes que um único bloco de concreto seja lançado.

Citação: Hemamathi, A., Jaya, K.P. & Sukumar, B. Numerical simulation of reverse cyclic loading in precast column and pocket foundation connection. Sci Rep 16, 5714 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36686-w

Palavras-chave: concreto pré-fabricado, engenharia sísmica, ligação coluna-fundação, resiliência sísmica, simulação por elementos finitos