Avaliação do desempenho de vigas de concreto reforçadas: aumento da resistência à flexão e ao cisalhamento usando mantas de fiapos picados e trama tecida

Pontes e edifícios mais resistentes

Muitas das pontes e edifícios de que dependemos diariamente são feitos com vigas de concreto que perdem resistência com o tempo e suportam um tráfego mais intenso do que o previsto. Este estudo explora uma forma relativamente simples de dar nova vida a essas vigas, envolvendo-as com finas camadas de fibra de vidro, tornando-as mais seguras e duráveis sem desmontar a estrutura ou adicionar suportes volumosos.

Como as vigas de concreto normalmente falham

O concreto é muito eficiente em resistir a esforços de compressão, mas fraco ao lidar com esforços de tração, que se manifestam como flexão e cisalhamento em uma viga. Com o tempo, surgem fissuras visíveis que podem crescer de forma abrupta, levando a uma ruptura frágil com pouca antecedência. Os pesquisadores se concentraram em duas formas principais de falha: flexão no meio da viga, que provoca deflexão, e cisalhamento próximo aos apoios, que causa fissuras diagonais acentuadas e colapso repentino. Entender e melhorar esses dois pontos fracos é crítico para a segurança de estruturas do dia a dia, como pisos, pontes e estacionamentos.

Envolvendo vigas com camadas de fibra de vidro

Em vez de substituir vigas fracas, a equipe testou mantas finas de fibra de vidro que podem ser coladas no exterior da viga como um curativo. Foram usados dois tipos de manta: uma camada felpuda e de fibras orientadas aleatoriamente, chamada chopped strand mat (manta de fiapos picados), e uma camada mais organizada chamada woven roving mat (manta trançada). Ambas foram aderidas com um adesivo epóxi e aplicadas em forma de U ao redor das faces laterais e inferior de cada viga de concreto, deixando a face superior livre para que a viga pudesse apoiar-se. Oito vigas em tamanho real foram construídas e divididas em grupos para estudar separadamente flexão e cisalhamento, cada grupo incluindo um controle não revestido e vigas revestidas com uma camada de cada manta isoladamente ou com ambas em conjunto.

O que os experimentos revelaram

As vigas foram colocadas em uma estrutura de ensaio e carregadas com macacos hidráulicos até a falha, enquanto a equipe monitorava quanto elas se curvavam, como sua rigidez interna mudava e como as fissuras se formavam e se propagavam. O revestimento retardou o aparecimento inicial de fissuras e permitiu que as vigas se deformassem mais e absorvessem mais energia antes da ruptura. Nos testes de flexão, a viga não revestida suportou 18,6 quilonewtons, enquanto as vigas revestidas com a manta picada, a manta trançada e o híbrido de ambas atingiram 23,6; 27,2 e 31,84 quilonewtons, respectivamente, um aumento de até cerca de 42% em relação ao controle. Nos testes de cisalhamento, a mesma sequência elevou a capacidade de 18,6 para 24,0; 25,2 e 28,32 quilonewtons, aumentos de aproximadamente 22 a 34%.

Por que o revestimento híbrido funcionou melhor

Leituras cuidadosas da curvatura das vigas, perda de rigidez e deformação por cisalhamento mostraram que as duas mantas de vidro contribuíram de maneiras diferentes. A manta picada ofereceu controle difuso de fissuras e maior ductilidade, enquanto a manta trançada adicionou fibras mais fortes e alinhadas que suportavam mais carga nas zonas críticas. Quando combinadas em um revestimento híbrido, elas atuaram de forma complementar: as fissuras surgiam mais tarde, permaneciam mais estreitas e as vigas suportavam cargas maiores tanto em flexão quanto em cisalhamento antes da falha. A troca foi que o ponto mais fraco deslocou-se do próprio concreto para a interface colada, onde algumas vigas falharam pela descolagem da camada de fibra, ressaltando a importância da preparação superficial e do desempenho do adesivo.

O que isso significa para estruturas reais

Para não especialistas, a mensagem é que jaquetas finas e leves de fibra de vidro podem aumentar significativamente a resistência e a tenacidade de vigas de concreto existentes sem adicionar muito peso ou volume. O estudo indica que um revestimento híbrido em forma de U, usando tanto mantas de fiapos picados quanto mantas trançadas, é especialmente eficaz, melhorando a forma como as vigas suportam esforços cotidianos de flexão e cisalhamento e como se comportam quando levadas perto da falha. Embora os autores reconheçam que são necessários mais testes em conjuntos maiores de vigas e sobre durabilidade a longo prazo, seus resultados sugerem um caminho prático para estender a vida útil de pontes e edifícios de concreto envelhecidos usando um reforço externo relativamente simples.

Citação: Govindarajan, S., Devi, V., Yong, X. et al. Performance evaluation of strengthened concrete beams: flexural and shear enhancement using chopped strand and woven roving mats. Sci Rep 16, 15415 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-43304-2

Palavras-chave: vigas de concreto, revestimento com fibra de vidro, reforço estrutural, capacidade à flexão e ao cisalhamento, retrofit