Técnicas integradas de NSM e GFRP reforçando ECC/UHPC para o reforço de pilares de concreto armado degradados

Por que pilares de concreto mais seguros importam

Muitos edifícios antigos perdem resistência silenciosamente à medida que o aço escondido em seus pilares enferruja. Esse dano gradual pode reduzir a carga que uma estrutura pode suportar com segurança e sua capacidade de resistir a terremotos ou outros eventos extremos. Este estudo explora uma nova forma de dar uma segunda vida a pilares enfraquecidos usando cascas externas finas e de alta resistência e barras de reforço adicionais colocadas logo abaixo da superfície.

Como os pilares enfraquecem silenciosamente

Pilares de concreto armado são os “ossos” verticais de um edifício, suportando pisos e coberturas acima. Com o tempo, umidade e sais podem corroer as barras de aço em seu interior. À medida que o aço enferruja, ele afina, expande, provoca fissuras no concreto ao redor e enfraquece a ligação entre aço e concreto. O pilar então perde resistência, rigidez e a capacidade de se deformar sem romper de forma súbita. Existem métodos tradicionais de reparo, mas eles podem ser volumosos, caros ou não tão eficientes para elementos muito danificados.

Novas jaquetas e barras ocultas

Os pesquisadores estudaram um método combinado de reparo que adiciona resistência tanto no interior quanto no exterior do pilar. Primeiro, foram cortadas ranhuras rasas ao longo da superfície do pilar e inseridas barras de reforço adicionais, seja de aço convencional ou de fibra de vidro resistente à corrosão. Essa abordagem é conhecida como reforço instalado próximo à superfície (near-surface mounted). Em seguida, o pilar foi envolto com uma casca externa fina feita de materiais à base de cimento especiais, muito mais fortes e duráveis que o concreto comum. Um tipo, chamado compósito cimentício projetado (engineered cementitious composite), contém fibras finas que controlam o aparecimento de fissuras; o outro, concreto ultraclassificado de altíssimo desempenho (ultra-high-performance concrete — UHPC), é ainda mais resistente e inclui fibras de aço. Uma malha leve de fibra de vidro foi incorporada nessas jaquetas para ajudar a manter tudo coeso.

Submetendo os pilares reforçados ao teste

Para avaliar a eficácia do sistema, a equipe construiu e testou em laboratório onze pilares circulares curtos. Um foi um pilar “mestre” íntegro, enquanto outro foi deliberadamente enfraquecido para imitar corrosão usando barras de aço de menor diâmetro. Os demais eram pilares enfraquecidos reparados de formas diferentes: apenas com jaquetas externas dos materiais ricos em fibras, ou com barras próximas à superfície e jaquetas, utilizando barras de aço ou de fibra de vidro e uma ou duas camadas de malha. Todos os pilares foram então comprimidos de cima para baixo até a ruptura, enquanto instrumentos registravam a carga suportada e a redução de altura.

O que aconteceu sob carregamento intenso

O pilar danificado sem reparo falhou de maneira frágil, com flambagem das barras internas e uma queda acentuada de resistência. Adicionar apenas uma jaqueta de compósito cimentício com malha produziu ganhos modestos de capacidade e uma falha mais suave. Quando barras de aço instaladas próximas à superfície foram combinadas com essas jaquetas, os pilares suportaram 25 a 32 por cento mais carga que o pilar danificado e absorveram até quase quatro vezes mais energia antes do colapso. Substituir o material externo por concreto de altíssimo desempenho (UHPC) trouxe resultados ainda melhores, elevando a capacidade de carga em 35 a 44 por cento e a absorção de energia em até cerca de 4,7 vezes. O melhor desempenho veio da combinação de barras de fibra de vidro próximas à superfície com jaquetas de UHPC, que aumentou a resistência em cerca de 49 por cento mantendo boa ductilidade.

Modelos computacionais e percepções de projeto

A equipe também desenvolveu modelos computacionais detalhados dos pilares para simular como os materiais interagiam e prever fissuração, esmagamento e descolamento nas interfaces. Esses modelos coincidiram de perto com as resistências medidas, deslocamentos e padrões de dano visíveis, dando confiança de que a abordagem pode ser usada para explorar outros projetos. Um estudo numérico adicional mostrou que usar barras internas de aço maiores aumenta a resistência do pilar, mas o retorno diminui conforme o diâmetro cresce, indicando que existe uma faixa eficiente em vez de uma regra simples de “mais é sempre melhor”.

O que isso significa para estruturas existentes

Para engenheiros e proprietários de edifícios, os achados sugerem que jaquetas finas de materiais cimentícios avançados, combinadas com reforço próximo à superfície, podem restaurar ou até aumentar a resistência e a tenacidade de pilares de concreto deteriorados sem grande aumento de seção. Jaquetas de UHPC, especialmente quando pareadas com barras de fibra de vidro, demonstraram ser particularmente eficazes em confinar o núcleo de concreto e retardar falhas súbitas. Na prática, essa técnica combinada oferece um caminho promissor para estender a vida útil segura de edifícios e infraestruturas envelhecidas usando melhorias relativamente finas e duráveis.

Citação: Elsamak, G., Bahrami, A., Emara, M. et al. Integrated NSM and GFRP-reinforced ECC/UHPC techniques for strengthening deficient RC columns. Sci Rep 16, 16440 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-52870-4

Palavras-chave: pilares de concreto, reforço estrutural, danos por corrosão, concreto de alto desempenho, técnicas de retrofit