Reforço à flexão de vigas de concreto armado com argamassa reforçada por tecido de basalto: investigação experimental e analítica

Pontes e edifícios mais fortes com uma capa fina nova

Muitas pontes, garagens e edifícios envelhecidos dependem de vigas de concreto armado que não foram projetadas para o tráfego mais pesado e as maiores vidas úteis de hoje. Substituí-las completamente é disruptivo e caro, por isso engenheiros buscam maneiras inteligentes de atualizar estruturas existentes a partir do exterior. Este estudo examina um desses métodos: envolver vigas com uma capa fina à base de cimento que contém fibras de basalto dispostas como um tecido, visando aumentar resistência e segurança sem grandes demolições.

Envolver concreto cansado com uma pele rica em fibras

Os pesquisadores focaram em vigas de concreto armado, os elementos que suportam pisos e tabuleiros de pontes. Com o tempo, o aço dentro dessas vigas pode corroer e o concreto pode enfraquecer, reduzindo a margem de segurança. Uma técnica de reparo promissora é a Argamassa Reforçada com Tecido (TRM), na qual uma malha fina de fibras é embutida em uma camada delgada de argamassa que é colada à superfície externa da viga. Ao contrário dos polímeros reforçados com fibra convencionais, que usam resinas epóxi e podem perder resistência em calor ou em superfícies úmidas, a TRM usa argamassa à base de cimento que tolera melhor a umidade e altas temperaturas.

Por que tecidos de basalto são uma opção atraente

Este estudo se concentra em um tipo particular de TRM feito com fibras de basalto, chamado Argamassa Reforçada com Tecido de Basalto (BTRM). Fibras de basalto são extraídas de rocha vulcânica e oferecem alta resistência, boa resistência à corrosão e potencialmente custo menor que fibras de carbono. A equipe quis saber como diferentes escolhas de projeto — como o número de camadas do tecido, o tamanho das aberturas da malha, a adição de hastes delgadas de basalto dentro da capa e o uso de ancoragens mecânicas — afetam o quanto as vigas de concreto armado ficam mais fortes e mais tenazes quando envolvidas com BTRM.

Testando vigas em tamanho real

Para responder a essas perguntas, os pesquisadores moldaram seis vigas de concreto em escala real, cada uma com 2,3 metros de comprimento e com armadura interna em barras de aço igual às de estruturas reais. Uma viga serviu como referência não reforçada, enquanto as outras cinco foram revestidas com várias capas de BTRM aplicadas em U na parte inferior e nas faces inferiores. Algumas vigas receberam três camadas de tecido de basalto, outras cinco ou até oito camadas; algumas usaram uma malha fina de 5 milímetros e outras uma malha mais aberta de 34 milímetros; uma versão incluiu hastes adicionais de basalto dentro da capa; e outra usou ancoragens de aço coladas no concreto para ajudar a prender a capa. Todas as vigas foram carregadas em uma máquina de ensaio até a ruptura, enquanto instrumentos registravam a carga suportada e a deformação (flecha).

Ganho de resistência modesto, mas um elo fraco persistente

As vigas reforçadas suportaram entre 11 e 18 por cento mais carga que a viga controle não revestida antes de falharem, confirmando que o BTRM pode proporcionar um aumento imediato de capacidade. Contudo, adicionar mais camadas de tecido não aumentou continuamente a resistência; vigas com três e cinco camadas atingiram cargas últimas quase iguais, indicando que os benefícios se nivelam quando a aderência entre a capa e o concreto passa a ser a fraqueza dominante. O tamanho das aberturas da malha (5 versus 34 milímetros) teve pouca influência na resistência global, e as hastes de basalto adicionadas melhoraram o desempenho apenas ligeiramente, principalmente ao tornar o comportamento pós-fissuração mais suave e mais dissipador de energia. As ancoragens mecânicas permitiram que as vigas deformassem mais antes da ruptura, mas não elevaram muito a carga máxima porque a falha ainda ocorreu quando toda a capa se descolou da superfície do concreto. Em quase todas as vigas reforçadas, as camadas de argamassa e tecido permaneceram intactas e se separaram de forma limpa do concreto, revelando que o problema principal está na interface concreto–argamassa.

Ferramentas de projeto mais precisas para reabilitações mais seguras

Além dos ensaios laboratoriais, os autores verificaram quão bem os métodos de cálculo existentes preveem a resistência dessas vigas reforçadas. Fórmulas de projeto comuns tenderam a subestimar a capacidade real quando usavam limites de deformação muito conservadores para o tecido, ou a superestimar o ganho quando assumiam aderência perfeita entre capa e concreto. Ao comparar cuidadosamente as previsões com os dados de ensaio, os pesquisadores propuseram uma equação aprimorada e fácil de usar que reflete melhor o comportamento real quando a aderência é imperfeita, e sugeriram aumentar com segurança a deformação admissível do tecido usada no dimensionamento. Essa fórmula modificada coincidiu de perto com seus próprios resultados experimentais e com dados publicados por outros laboratórios.

O que isso significa para estruturas reais

Para não especialistas, a mensagem principal é que envolver vigas de concreto existentes com uma capa fina de tecido de basalto e argamassa é uma forma prática de ganhar aproximadamente 10 a 20 por cento de resistência adicional e melhorar a maneira como as vigas falham (mais gradual), o que pode proporcionar segurança e vida útil valiosas. Entretanto, o potencial completo dos tecidos de basalto atualmente é limitado não pelas fibras em si, mas por quão bem a capa adere ao concreto antigo. Melhorar a preparação da superfície, os materiais de ligação e os detalhes de ancoragem será crucial para tornar essa técnica uma ferramenta mais poderosa e previsível para reforçar a infraestrutura de concreto envelhecida do mundo.

Citação: Shamseldein, A., ELgabbas, F., Kohail, M. et al. Flexural strengthening of RC beams using basalt textile reinforced mortar: experimental and analytical investigation. Sci Rep 16, 7382 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37322-3

Palavras-chave: reforço de concreto armado, argamassa reforçada por tecido de basalto, argamassa reforçada por tecido, comportamento à flexão de vigas, reabilitação estrutural