Influência da configuração da conexão na resistência ao flambagem localizada (punching) de sistemas de colunas CFST–lajes de concreto sob carregamento excêntrico

Por que juntas estruturais mais seguras importam

Nas cidades modernas, edifícios altos dependem cada vez mais de pisos planos, sem vigas, apoiados diretamente em colunas robustas. Esse visual limpo libera o espaço interior, mas oculta um ponto vulnerável: a pequena área onde cada coluna encontra a laje. Se essa junta falhar subitamente, a laje pode “punchar” ao redor da coluna e entrar em colapso local. Este artigo explora como tornar essa junta oculta muito mais resistente e tolerante, usando detalhes de aço inteligentes que podem ser incorporados desde o projeto, em vez de serem adicionados depois como reparos.

Combinando tubos de aço e pisos planos

O estudo foca em um sistema híbrido popular: colunas do tipo concrete‑filled steel tube (CFST) conectadas a lajes planas de concreto armado. Nessas colunas, um tubo de aço oco é preenchido com concreto, combinando a resistência e a rigidez de ambos os materiais. As lajes planas apoiam‑se diretamente nas colunas sem vigas profundas, o que economiza altura e torna os layouts mais flexíveis. A desvantagem é que as cargas dos pavimentos superiores são concentradas em uma pequena área da laje ao redor de cada coluna. Quando a carga está deslocada do centro da coluna – por exemplo, devido ao uso desigual do espaço ou a forças sísmicas – a laje pode fissurar e falhar de forma frágil por punching a menos que a junta seja cuidadosamente detalhada.

Testando diferentes maneiras de unir laje e coluna

Para entender quais detalhes funcionam melhor, os pesquisadores construíram e testaram doze corpos de prova laje‑coluna em laboratório. Cada corpo de prova usou o mesmo tamanho de laje e coluna CFST, mas a forma de conexão variou. Alguns não receberam preparação especial, servindo como controle. Outros usaram barras de aço soldadas ao redor do tubo, parafusos curtos ou longos colados na parede do tubo e ancorados na laje, ou barras em forma de C enganchadas ao redor do tubo e embutidas no concreto. Vários corpos de prova combinaram essas ideias, como duas filas de barras soldadas mais quatro parafusos profundamente ancorados, ou barras em C com diferentes comprimentos de embutimento. Todas as lajes foram carregadas próximo, mas não exatamente no centro da coluna, para reproduzir um carregamento excêntrico realista.

Acompanhando fissuras, resistência e ductilidade

Durante os ensaios, a equipe mediu quanto cada laje se deformou, registrou quando apareceram as primeiras fissuras visíveis, acompanhou os padrões de fissuração e levou os corpos de prova até a falha. A conexão simples apresentou o pior desempenho: fissurou com baixa carga e falhou subitamente quando a coluna perfurou a laje. Incluir mesmo uma única fila de barras soldadas elevou significativamente tanto a carga de fissuração quanto a capacidade última, e alterou o modo de colapso de um punching frágil para um comportamento mais gradual de flexão combinado com punching. Usar duas filas soldadas foi ainda mais eficaz, especialmente quando a armadura principal da laje foi posicionada próxima àquelas barras soldadas, de modo que trabalhassem em conjunto para partilhar a carga.

Parafusos, arranjos de barras e conectores em C

Conexões com parafusos também melhoraram o comportamento da junta, mas sua eficácia dependia fortemente da profundidade de ancoragem dos parafusos na laje. Aumentar o comprimento de embutimento de um raso 16 mm para 48 mm quase triplicou a capacidade última e tornou a resposta carga‑deflexão mais dúctil, isto é, a junta pôde deformar mais antes de falhar. Ajustar finamente a disposição da armadura ao redor dos parafusos longos trouxe ganhos adicionais: uma malha de aço ou uma camada extra de armadura superior ajudou a distribuir tensões e controlar fissuras muito melhor do que simplesmente espalhar barras. Entre todos os detalhes testados, as barras em C com um comprimento generoso de embutimento tiveram desempenho excepcional, fornecendo alta resistência, rigidez e absorção de energia, além de manter padrões de fissuração mais uniformes.

A melhor combinação de detalhes

Os destaques claros foram os sistemas híbridos que combinaram diferentes dispositivos de conexão para que pudessem compartilhar a tarefa de suportar a carga. Uma junta com duas filas soldadas de barras de maior diâmetro mais quatro parafusos profundamente embutidos alcançou a maior capacidade entre as soluções soldadas e mostrou um amolecimento muito gradual após a carga de pico, sinal de excelente tenacidade. Os conectores em C mais longos apresentaram resistência igualmente impressionante com grandes deformações antes da falha. Em todos os corpos de prova, os fatores mais influentes foram o tipo básico de conexão, seguido pela profundidade de embutimento dos ancorantes mecânicos, sendo o arranjo da armadura uma ferramenta valiosa de ajuste fino.

O que isso significa para edifícios reais

Para não especialistas, a mensagem principal é que a forma como ligamos colunas de aço a pisos planos de concreto pode fazer a diferença entre uma falha súbita e frágil e uma junta que fissura gradualmente e continua a suportar carga. Projetando desde o início barras soldadas, parafusos corretamente ancorados ou conectores em C – e posicionando a armadura circundante para trabalhar com eles – os engenheiros podem aumentar substancialmente os níveis de carga que as junções suportam e dar às estruturas mais aviso e reserva de resistência antes da falha. Isso torna os sistemas coluna CFST–laje não apenas eficientes e flexíveis do ponto de vista arquitetônico, mas também mais seguros e resilientes diante de cargas desiguais e variáveis que edifícios reais enfrentam.

Citação: Ghalla, M., Bazuhair, R.W., Mahfouz, Y.M.B. et al. Influence of connection configuration on the punching resistance of CFST column–RC slab systems under eccentric loading. Sci Rep 16, 12475 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-46159-9

Palavras-chave: colunas de tubos de aço preenchidos com concreto, cisalhamento por punching em lajes planas, conexões laje‑coluna, carregamento excêntrico, detalhamento de conexão