Influência do esforço de deformação sísmica na lei de evolução de microfissuras em ensaios TPB de concreto usando tecnologia AE

Por que as microfissuras no concreto durante terremotos são importantes

Quando um terremoto sacode uma cidade, a segurança de pontes, túneis e edifícios depende de como o concreto em sua estrutura se rompe. Este estudo examina de perto as microfissuras que se formam e crescem no concreto quando ele é submetido a flexão em velocidades semelhantes às de um abalo sísmico. Ao “ouvir” o som das fissuras que se formam, os pesquisadores mostram como um agito mais rápido pode fazer o concreto parecer mais resistente, ao mesmo tempo em que transforma sua ruptura em um evento mais súbito e frágil, com consequências importantes para a segurança estrutural.

Como a equipe simulou carregamento no estilo terremoto

Os pesquisadores prepararam vigas de concreto com uma ranhura inicial e as flexionaram em um arranjo de apoio simples com carregamento em três pontos, onde cada viga repousava sobre dois apoios enquanto uma força agia no meio. Controlaram cuidadosamente a velocidade de aplicação da carga, desde condições muito lentas, quase estáticas, até taxas semelhantes às provocadas por terremotos. Ao mesmo tempo, utilizaram sensores de emissão acústica, que atuam como minúsculos microfones, para captar as ondas elásticas liberadas sempre que uma microfissura se formava ou crescia dentro do concreto. Isso lhes permitiu registrar tanto o comportamento visível da viga quanto a atividade de fissuras invisível que ocorria em seu interior.

Concreto fica mais resistente, porém mais frágil, à medida que o carregamento acelera

Os ensaios de flexão mostraram que o concreto não se comporta da mesma forma sob carregamento lento e rápido. À medida que a taxa de deformação aumentou de quase estática até níveis sísmicos, a carga máxima que as vigas suportavam cresceu em cerca de um terço, e a energia necessária para propagar uma fissura pela viga também aumentou em proporção semelhante. Esse aparente aumento de resistência ocorre porque a água retida nos poros e nas microfissuras do material não consegue escoar rapidamente em altas taxas de carregamento, criando uma resistência adicional que retarda o crescimento da fissura. Entretanto, apesar de as vigas suportarem cargas maiores, a forma de colapso tornou-se mais abrupta, com menos sinais visíveis de alerta e uma queda mais acentuada da carga assim que a fissura principal se propaga.

De desvios suaves a rompimentos diretos

Ao examinar as superfícies rompidas, os pesquisadores verificaram que os caminhos das fissuras variaram com a taxa de carregamento. Sob carregamento lento, as fissuras contornavam os agregados maiores, seguindo as zonas de ligação mais fracas entre pedra e pasta. As superfícies de fratura eram rugosas, e muitos agregados graúdos permaneceram intactos, sinal de uma falha mais gradual e dúctil. Com carregamento mais rápido, as fissuras principais correram mais retilíneas e cortaram diretamente diversos agregados. Esse modo de ruptura, direto e perfurante, indica que o material não teve tempo para buscar uma rota mais fácil e, em vez disso, rompeu as partes mais resistentes do esqueleto interno, concentrando o dano em uma zona estreita.

Ouvir as fissuras para mapear danos ocultos

As medidas de emissão acústica forneceram um retrato detalhado de como as microfissuras se desenvolveram. Com o aumento da taxa de carregamento, tanto o número de eventos registrados quanto a energia acústica total cresceram, indicando que ocorria dano interno mais intenso. Em baixas taxas, esses eventos se espalhavam ao longo do comprimento da viga, compatível com uma zona de dano ampla e uma fissura principal sinuosa. Em taxas mais altas, os sinais se agruparam próximos à ranhura pré-existente, revelando que microfissuras se fundiam em uma única linha de fratura concentrada. Pela análise das formas de onda registradas, a equipe também constatou que o tipo dominante de fissura mudou de fissuras de abertura, que afastam as faces, para fissuras de cisalhamento, que deslocam as faces entre si, à medida que o carregamento se tornava mais rápido.

O que isso significa para o projeto resistente a terremotos

O estudo conclui que, sob carregamento semelhante a terremotos, o concreto pode suportar tensões mais altas, mas tende a falhar de forma mais súbita, com fissuras mais retilíneas e dominadas por cisalhamento que oferecem pouco aviso prévio. Essa troca entre resistência e ductilidade implica que regras de projeto baseadas apenas em ensaios lentos e estáticos podem subestimar o risco de falha frágil durante sismos reais. Os achados sugerem que engenheiros devem levar em conta como os padrões de fissuração e o dano interno mudam com a taxa de carregamento, reforçar as partes das estruturas onde fissuras por cisalhamento são prováveis e empregar sistemas de monitoramento capazes de detectar alterações no comportamento de fissuras antes que levem a um colapso súbito.

Citação: Xiao, D., Wen, L., Cao, Y. et al. Influence of seismic strain stress on evolution law of microcracks in concrete TPB tests using AE technology. Sci Rep 16, 15483 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-49968-0

Palavras-chave: fratura do concreto, carregamento sísmico, taxa de deformação, microfissuras, emissão acústica