Investigação experimental e numérica do comportamento à compressão axial de paredes de concreto reforçadas com GFRP sob carregamento concêntrico e excêntrico

Por que paredes de concreto mais seguras importam

Muitas estruturas do dia a dia, de torres residenciais a pontes costeiras, dependem de paredes de concreto robustas para suportar o peso do edifício e resistir a vento, ondas e terremotos. Essas paredes costumam conter barras de aço embutidas no concreto. Com o tempo, entretanto, o aço pode corroer, especialmente em ambientes salgados ou quimicamente agressivos, o que enfraquece a estrutura e reduz sua vida útil. Este estudo investiga se barras de fibra de vidro, que não enferrujam, podem substituir o aço de forma segura nessas paredes sem sacrificar demasiadamente resistência ou segurança.

Do aço enferrujado às fibras de vidro sem ferrugem

No interior de uma parede de concreto armado, as barras ocultas são tão importantes quanto o próprio concreto. As barras de aço tradicionais são fortes e dúcteis, ou seja, podem deformar antes de romper, mas são vulneráveis à corrosão quando água e sais as alcançam por meio de fissuras. As barras de polímero reforçado com fibra de vidro (GFRP) oferecem um conjunto diferente de vantagens: são leves, fortes à tração e imunes à ferrugem, mas possuem rigidez e modo de ruptura distintos, mais frágeis. As normas de projeto hoje em dia em grande parte tratam essas barras de fibra como se contribuissem pouco ou nada em compressão, porque seu comportamento em paredes comprimidas ainda não é bem compreendido. Os autores buscaram preencher essa lacuna testando paredes de concreto com barras de GFRP frente a frente com paredes idênticas com barras de aço.

Como as paredes foram construídas e testadas

A equipe moldou seis corpos de prova de paredes baixas com cerca de um metro de altura e 15 centímetros de espessura usando uma mistura de concreto de alto desempenho. Cada parede possuía uma malha de barras internas verticais e horizontais. Duas variáveis principais foram alteradas: o tipo de armadura (aço ou GFRP) e a maneira como a carga foi aplicada. Em um grupo, a carga compressiva vertical foi aplicada diretamente pelo centro da parede, simulando um peso uniforme vindo de cima. No segundo grupo, a mesma carga foi deslocada do centro, introduzindo flexão além da compressão, o que se aproxima de muitas situações reais. Sensores mediram como as paredes se encurtaram, curvaram, fissuraram e, finalmente, falharam, enquanto os pesquisadores registravam tanto a primeira fissura visível quanto a carga última que cada parede pôde suportar.

O que aconteceu quando as paredes foram carregadas

Paredes com barras de GFRP suportaram cargas verticais um pouco menores do que suas contrapartes em aço, mas se comportaram de maneira estável e previsível. Sob carregamento concêntrico, substituir o aço por GFRP reduziu a carga máxima suportada pelas paredes em aproximadamente 11 a 13%. Sob carregamento excêntrico, a perda variou cerca de 6 a 14%. Ao mesmo tempo, as paredes reforçadas com GFRP mostraram razões de ductilidade ligeiramente superiores, uma medida de quanto podiam se deformar além do primeiro amolecimento sério antes da ruptura. As paredes com armadura de aço tendiam a falhar por esmagamento e desplacamento do concreto próximo à borda comprimida após o escoamento do aço, enquanto as paredes com GFRP desenvolveram fissuras mais distribuídas e depois falharam de forma mais abrupta quando as barras de fibra de vidro se romperam. A energia que cada parede pôde absorver antes da falha, calculada pela área sob a curva carga-deslocamento, foi maior para os espécimes com armadura de aço, mas ainda substancial para os com GFRP.

Modelos computacionais que replicam fissuras do mundo real

Para avaliar se engenheiros podem confiar em ferramentas avançadas de simulação em vez de testar todo tipo de parede em laboratório, os autores construíram modelos computacionais detalhados das paredes usando uma técnica chamada análise não linear por elementos finitos. Nesse cenário virtual, o concreto pôde fissurar e esmagar, enquanto as barras embutidas de aço ou GFRP resistiam à tração e à compressão conforme suas propriedades medidas. Quando as paredes simuladas foram carregadas concentricamente ou excêntricamente, as cargas últimas previstas, as variações de rigidez e os padrões de fissuração corresponderam de perto aos experimentos, com diferenças de resistência geralmente abaixo de cerca de 12%. O estudo também comparou os resultados experimentais com várias fórmulas de projeto e métodos de códigos de construção existentes, mostrando que algumas diretrizes tendem a superestimar a capacidade de paredes reforçadas com GFRP e sugerindo um fator de correção simples para melhorar a precisão.

O que isto significa para edifícios futuros

Para o público não especialista, a mensagem principal é que paredes de concreto reforçadas com barras de fibra de vidro podem oferecer uma alternativa viável e livre de ferrugem ao aço, especialmente em ambientes agressivos como regiões costeiras e áreas industriais. Essas paredes cedem uma parcela moderada de sua capacidade resistente e de absorção de energia, mas mantêm uma resposta pós-fissuração estável e ductilidade aceitável, evitando os danos de longo prazo associados à corrosão do aço. Com projeto cuidadoso que leve em conta sua resistência um pouco menor e com o auxílio de modelos computacionais validados, paredes de concreto reforçadas com GFRP podem ajudar engenheiros a construir estruturas mais duráveis e sustentáveis que exigem menos reparos ao longo de sua vida útil.

Citação: El-Sayed, T.A., Ibrahim, M.M., Shanour, A.S. et al. Experimental and numerical investigation of the axial compressive behavior of GFRP-reinforced concrete walls under concentric and eccentric loading. Sci Rep 16, 15338 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-52146-x

Palavras-chave: concreto reforçado com GFRP, comportamento à compressão axial, paredes estruturais, armadura resistente à corrosão, modelagem por elementos finitos