Eficiência de sistemas de ancoragem para vigas de concreto armado reforçadas à flexão com polímeros reforçados com fibra de basalto

Por que vigas mais resistentes importam

Escondidas em pontes, estacionamentos e prédios residenciais há vigas de concreto que sustentam cargas pesadas por décadas. Com o tempo, essas vigas podem fissurar e perder resistência, especialmente quando o tráfego aumenta ou as normas de construção mudam. Este estudo explora uma forma mais recente de dar uma segunda vida a vigas cansadas usando lâminas finas feitas de fibras de basalto, um material derivado de rocha vulcânica, e concentra-se em como prender essas lâminas para que realmente tornem as estruturas mais seguras.

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Engenheiros frequentemente reforçam vigas existentes colando lâminas de fibra na face inferior, de modo semelhante a aplicar uma faixa fina e de alta resistência. As lâminas tradicionais usam fibras de carbono ou vidro; o polímero reforçado com fibra de basalto, ou BFRP, oferece uma opção mais econômica e ambientalmente favorável, com elevada resistência e boa durabilidade. O problema é que essas lâminas podem descolar do concreto de forma abrupta antes de atingir sua resistência plena, uma falha frágil que desperdiça material e limita os ganhos de segurança. Os autores propuseram testar como diferentes métodos de fixação, chamados sistemas de ancoragem, poderiam manter as lâminas de BFRP firmemente aderidas para que as vigas suportem maior carga sem descolamentos inesperados.

Como os ensaios foram configurados

A equipe de pesquisa construiu oito vigas de concreto em escala real, cada uma com pouco mais de três metros de comprimento, com armadura de aço idêntica no interior. Algumas vigas foram deixadas sem reforço como referência, enquanto outras receberam duas ou quatro camadas de lâminas de BFRP coladas na face inferior por diferentes comprimentos. Para manter as lâminas no lugar, a equipe testou dois tipos principais de ancoragem: envoltórios em U, que contornam o BFRP pelas faces laterais da viga como um cinto, e âncoras tipo pino (spike anchors), que reúnem fibras de BFRP em pinos inseridos em furos no concreto. Todas as vigas foram submetidas à flexão em laboratório com duas cargas concentradas até a ruptura, enquanto sensores registravam deslocamentos e fissuras ao longo do vão.

O que aconteceu conforme as vigas fletiam

À medida que a carga aumentou, as vigas primeiro se comportaram elasticamente, depois desenvolveram fissuras verticais por flexão entre as cargas aplicadas e, finalmente, amoleceram quando a armadura interna entrou em escoamento. As vigas reforçadas mostraram maior rigidez que a viga de controle após o surgimento de fissuras, e sua capacidade última à flexão aumentou em até um terço. Contudo, adicionar mais camadas de BFRP não resultou automaticamente em ganho de força significativo. Em vários casos, as lâminas descolaram da capa de concreto antes de se romperem, de modo que apenas parte de sua resistência potencial foi mobilizada. Vigas com lâminas adequadamente ancoradas exibiram fissuras mais próximas entre si, porém mais estreitas, indicando que o BFRP ajudou a distribuir melhor as tensões ao longo do vão.

Por que a ancoragem faz tanta diferença

O cerne do estudo foi comparar vigas com arranjos semelhantes de BFRP, mas detalhes de ancoragem diferentes. Quando as lâminas de BFRP tinham comprimento suficiente para cumprir as regras de comprimento de desenvolvimento das normas de projeto, o modo de ruptura mudou de descolamento para ruptura da própria lâmina, e a resistência à flexão da viga aumentou cerca de 29% em comparação com a referência. As ancoragens em U produziram efeito similar mesmo quando o comprimento reforçado era menor: elas mudaram a falha de delaminação na extremidade para ruptura do BFRP e aumentaram a resistência em cerca de 25%. As âncoras tipo pino foram eficazes apenas quando sua profundidade de encravamento era grande; pinos rasos comportaram-se praticamente como a ausência de ancoragem. Em todas as configurações, o reforço reduziu a ductilidade, ou seja, as vigas deformaram menos antes da ruptura, mas a perda ficou geralmente em torno de 30% da deformabilidade da viga original.

Conclusões para reparos mais seguros

Para leigos, a mensagem principal é que simplesmente colar fibras fortes em uma viga fraca não é suficiente. A forma como essas fibras são fixadas ao concreto decide em grande parte se elas realmente ajudarão em uma situação crítica. Lâminas de fibra de basalto podem aumentar de modo significativo a carga que uma viga pode suportar com segurança, mas somente se os projetistas fornecerem comprimento de colagem suficiente ou ancoragens eficazes, como os envoltórios em U que abraçam as faces da viga. Âncoras do tipo pino podem funcionar, porém somente quando ancoradas em profundidade no concreto. O estudo sugere que, com detalhamento cuidadoso desses sistemas de ancoragem, os engenheiros podem usar compósitos à base de basalto como uma ferramenta prática e mais ecológica para estender a vida útil de muitas estruturas de concreto do dia a dia.

Citação: Aziz, J., Ragab, M., Elgabbas, F. et al. Efficiency of anchorage systems for RC beams strengthened in flexure using basalt fiber reinforced polymers. Sci Rep 16, 16288 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-52540-5

Palavras-chave: polímero reforçado com fibra de basalto, reforço de vigas de concreto, ancoragem de PRF, envoltórios em U, reabilitação estrutural