Em sua pesquisa Rosenhaupt (1962) teve como principais objetivos: (1) a comparação com cálculos teóricos (na fase elástica); (2) o estudo do comportamento da parede além da fase elástica; (3) a determinação dos modos de colapso e suas cargas; e (4) o estudo da influência dos diferentes fatores como altura da parede, armadura da viga, material da alvenaria, e adição de amarrações laterais (lateral ties). Para atingi-los, estabeleceu um programa experimental onde ensaiou doze espécimes em modelos reduzidos 1:2, divididos em quatro séries (séries A, B, C e D), conforme os fatores a serem estudados.
Rosenhaupt trabalhou com paredes simplesmente apoiadas e sujeitas a uma carga vertical uniformemente distribuída aplicada na extremidade superior. Em todas as paredes, adotou 15 cm para a altura da viga de apoio (com taxas de armaduras diferentes), 7,5 cm para a altura da cinta horizontal sobre a parede de alvenaria (armadas com φ 6 mm) e, 12,5 cm para a largura das amarras verticais nas paredes 6a e 6b e 10 cm na parede 8 (armadas com 2 φ 6 mm). Para efeito deste trabalho, enfatiza-se a série de ensaios D, onde o autor analisa a influência da amarração das bordas verticais (edge ties). Essas séries incluíram três grupos de dois espécimes cada, um com e o outro sem amarrações verticais (vertical ties), mas semelhantes em todos os outros aspectos. A Figura 3.3 apresenta as curvas tensão/flecha (flecha central), para as paredes com amarras verticais 6A, 6B e 8 e sem amarras verticais 1A, 1C e 7.
Rosenhaupt faz uma análise dos resultados experimentais obtidos:
Distribuição das Forças Internas
a) Forças horizontais.
Nas paredes altas e sem nenhuma amarração vertical nas laterais, as tensões de compressão horizontais são maiores nas seções inferiores da parede. Os experimentos mostram que em tais paredes a amarração superior contribui pouco em relação à compressão horizontal.
Nas paredes com amarrações de extremidade verticais (6a, 6b, e 8), a situação é diferente: a compressão horizontal é transmitida à amarração superior por meio da amarração vertical de extremidade. Os dados qualitativos da distribuição de tensões estão de acordo com os resultados dos cálculos teóricos (Elastic Analysis of
Composite Walls, A General Theory – Rosenhaupt, Bulletin Research Council Of
Israel, Jerusalem, Vol, 10 C, Nº 1-2, 1961).
Figura 3.3 Influência da amarração vertical na relação tensão/flecha da viga. Adaptada de Rosenhaupt (1962) – Série D.
b) Forças verticais.
O padrão de distribuição da carga vertical é quase o mesmo em todas as paredes altas sem amarrações de extremidade verticais comportando-se como uma curva parabólica com seu mínimo no centro da viga, mostrando a concentração de compressão vertical sobre os apoios da viga de apoio.
Nas paredes altas, a tensão máxima nos apoios é aproximadamente quatro vezes maior que a carga uniformemente distribuída externa atuante na extremidade superior da parede. Nas paredes baixas, a diferença é menor (como seria esperado). Nas paredes 6a, 6b, e 8, com amarrações verticais, a força vertical se concentra nas amarras verticais de extremidade, aliviando a alvenaria.
Amarras verticais Com Sem 6A 1A 6B 1C 8 7 Flecha 0 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 1,10 1,20 δ mm Tensão kg/cm2 2 1 6 5 4 3 8 7 1C 1C 6B 6A 6B 6A 1A
c) Modos de colapso e padrão de fissuras.
O início do colapso se dá pelo esmagamento do bloco de extremidade sobre o apoio (conforme observado no ensaio das paredes 1b, 1c, e 2).
Esmagamento de Alvenaria sobre o Apoio
A carga vertical distribuída uniformemente ao longo do topo da parede é transmitida pela alvenaria aos apoios da viga. A compressão vertical na camada da base alcança um valor aproximadamente três a quatro vezes maior que a tensão aplicada.
Quando a tensão exceder a resistência ao esmagamento da alvenaria, o colapso começa pelo esmagamento de um bloco próximo da extremidade. Verificou-se a expectativa de que, nas paredes com amarrações de extremidade verticais, estas amarras de extremidade concentrassem a compressão vertical, aliviando assim a alvenaria.
Cisalhamento vertical perto do Apoio
Fissuras de cisalhamento apareceram nas juntas verticais, ou entre a amarra vertical e a alvenaria. A resistência de cisalhamento da parede depende da resistência das juntas verticais, da resistência da alvenaria, da altura da parede, e da inclusão ou não de amarras verticais. As amarras verticais transferem o local da fissura para longe do apoio, reduzindo a força que age na seção rompida.
Separação de Componentes
Em qualquer estrutura composta, além da ruptura causada pelo colapso dos componentes individuais, espera-se o colapso provocado pela separação dos componentes. Nas séries ensaiadas, tal separação não foi observada como uma causa de colapso. Não foi observado nenhum deslocamento horizontal entre a parede e a viga de apoio. As fissuras sempre aparecem no meio do vão, acompanhadas pelas fissuras de flexão na viga de apoio, confirmando, assim, que elas eram resultado da tração vertical, e não do cisalhamento.
d) Influência de fatores diversos.
Altura de parede.
concentração de compressão aumenta com a altura, é possível que a resistência de uma parede alta seja maior que a de uma parede baixa.
Material de alvenaria
As causas do colapso foram diferentes: esmagamento da fiada de alvenaria da base na parede de blocos Ytong; cisalhamento na parede de bloco de concreto vazado; escoamento do aço na parede monolítica de concreto.
Extremidade vertical Amarrada (Ties)
A inclusão de amarras verticais enrijece a parede, conectando a viga de apoio e a amarra superior, aliviando as fiadas inferiores da alvenaria de concentrações de compressão verticais e reduzindo as tensões de cisalhamento dentro da alvenaria. Como resultado, a inclusão de amarras reduz as flechas na fase elástica (Figura 3.3) e aumenta a resistência de colapso da parede. O efeito das amarras verticais é maior em paredes construídas de alvenaria mais fraca e em paredes nas quais as vigas de apoio com mais armadura. (o efeito das amarras verticais é minorado com a alvenaria mais forte).
E Rosenhaupt (1962) apresenta as seguintes conclusões, ao encerrar seu texto:
1. Os testes confirmam as suposições básicas da ação composta: a viga age como um tirante e a parede como uma zona de compressão. O braço de momento é aproximadamente igual à metade da altura.
2. A rigidez da estrutura depende do módulo de elasticidade do material da alvenaria.
3. A ação composta causa a concentração de compressão vertical e cisalhamento na alvenaria sobre os apoios da viga. Estas forças podem causar o colapso da estrutura (alvenaria) antes do escoamento do aço da viga de apoio.
4. A extensão das colunas de apoio sobre toda a altura da parede alivia a alvenaria das altas tensões mencionada no parágrafo precedente e aumenta sua resistência última.
E recomenda:
1. O projeto comum da viga de apoio não reflete o seu real comportamento. A ação composta aumenta o braço de momento interno, tornando possível uma redução nas quantidades de concreto e aço na viga.
2. O efetivo aproveitamento da ação composta necessita da alta resistência da alvenaria ou a extensão das colunas de apoio ao longo de toda a altura da parede.