A fissura é o modo de ruptura predominante nas estruturas correntes e na alvenaria estrutural, assim é de fundamental importância impedir seu aparecimento. Em geral, as fissuras
aparecem por deformações excessivas e por esforços internos de tração que vão além da resistência do material.
Quando o painel de alvenaria é solicitado, diferentes magnitudes de tensões vão surgir ao longo de sua geometria. Para reforçar a estrutura de maneira otimizada é necessário localizar os pontos críticos de tensão/deformação e aplicar o reforço correto na posição correta.
Segundo a ABNT NBR 15961-1 (2011), a dispersão de qualquer ação vertical concentrada ou distribuída sobre um trecho de um elemento se dará segundo uma inclinação de 45º, em relação ao plano horizontal, conforme ilustrado na Figura 2.21. Logo, é possível utilizar essa informação para definição da seção transversal que efetivamente trabalhará para resistir a uma ação.
Figura 2.21 – Dispersão de ações verticais
Fonte: Adaptada de ABNT NBR 15961-1 (2011)
Segundo Lourenço (1994), os mecanismos de ruptura em alvenaria estrutural podem acontecer conforme a Figura 2.22.
Figura 2.22 – Mecanismos de ruptura em alvenaria estrutural: Fissuração dos blocos (a); Escorregamento (b); Fissuração nas juntas (c); Fissura diagonal (d); Fendilhamento (e)
(a) (b)
(c) (d) (e)
Então, analisando a Figura 2.22, percebe-se que em solicitação por compressão axial, a alvenaria estrutural fissura-se predominantemente na direção inclinada e por fendilhamento, características observadas facilmente durante os ensaios experimentais desta pesquisa.
De acordo com Page e Shrive (1990) apud Peleteiro (2002), quando uma força concentrada é aplicada a uma parede de alvenaria, altas tensões locais se desenvolvem logo abaixo do ponto de aplicação da força (Figura 2.23).
Figura 2.23 – Tensões transversais em uma parede sólida submetida a uma força concentrada
Fonte: Page e Shrive (1990) apud Peleteiro (2002)
Na região imediatamente abaixo do ponto de aplicação do carregamento surge um estado de compressão biaxial. Um pouco mais abaixo o estado de tensão muda para uma compressão vertical e tração biaxial (Figura 2.23). Como o concreto não possui boa resistência à tração, tal esforço de tração provoca a ruptura da alvenaria.
Segundo Mohamad (2007) os deslocamentos horizontais a meia altura do painel são maiores do que nos extremos (topo e base). Existe a tendência dos deslocamentos horizontais do topo do painel serem maiores do que os da base devido ao sistema de aplicação de carga, onde o atrito é produzido pelo peso da parede e pela força atuante no pistão do equipamento de ensaio. Tal informação explica a maioria das fissuras que ocorrem na parte superior do painel e consequentemente sua ruptura, conforme será apresentado neste trabalho e em simulação realizada por Peleteiro (2002) (Figura 2.24).
A simulação de Peleteiro (2002) utilizou elementos planos do software ABAQUS. A argamassa com resistência à compressão de 7,3 MPa e módulo de elasticidade de 7,4 GPa foi considerada separada das unidades com resistência à compressão com 15,3 MPa e módulo de elasticidade 14,7 GPa. O painel possuía 102,5 cm de altura, 71 cm de comprimento e 11 cm
de espessura. No modelo foi feita uma variação do carregamento, aumentando-se gradativamente a área de aplicação do carregamento. Partiu-se de uma força distribuída em uma área equivalente a 10 % da área da seção transversal do painel até chegar a uma área de 50 %. Na Figura 2.24 apresenta-se o modelo de ruptura do painel com um carregamento de aproximadamente 230 kN distribuído em 35 % da área da seção transversal do painel.
Figura 2.24 – Padrão de ruptura em alvenaria estrutural
Fonte: Peleteiro (2002)
As fissuras começam a surgir em uma região um pouco abaixo do ponto de aplicação de força e não imediatamente abaixo (Figura 2.24). Tal comportamento pôde ser confirmado experimentalmente nos ensaios realizados neste trabalho.
Para Mohamad (2007), as tensões verticais aplicadas nos prismas distribuem-se, essencialmente de modo uniforme ao longo de toda a seção do bloco e da argamassa, induzindo, devido à diferença de rigidez, tensões horizontais que levam a alvenaria a romper num estado de tensões triaxiais. O referido autor também sugere como causa de ruptura o desenvolvimento de tensões de tração no bloco e o esmagamento na argamassa. Os fenômenos que levam a alvenaria a perder a rigidez axial são: abertura da junta vertical na interface com o bloco, esmagamento localizado na junta horizontal e vertical e propagação de trincas nas faces do bloco.
Segundo Thomaz (1989), devido a diferença de comportamento entre blocos e argamassa de assentamento são introduzidas solicitações locais de flexão nos blocos, podendo surgir fissuras verticais. A argamassa de assentamento, quando apresenta deformações transversais mais acentuadas que os blocos, introduz tensões de tração nas duas direções no plano
horizontal, levando ao fissuramento vertical da alvenaria. Esse comportamento é melhor explicado na Figura 2.25.
Figura 2.25 – Tensões atuantes na alvenaria
Fonte: Hamid e Drysdale (1979) apud Mohamed (2007)
Segundo Grohmann (2006) a argamassa tem a tendência de expandir lateralmente, mas como é aderida mecanicamente ao bloco ela fica restringida surgindo tensões laterais de tração no bloco e de compressão na argamassa. Segundo o autor a resistência é regida pela resistência à tração do bloco e pelas propriedades de deformação da argamassa.
Thomaz (1989) observa que a fissuração típica na alvenaria estrutural carregada axialmente à compressão é vertical, com exceções onde ocorrem esmagamentos da argamassa de assentamento ou do bloco. A argamassa de assentamento apresenta deformações axiais mais acentuadas sob as nervuras verticais dos blocos (uma vez que nessa região há concentrações de tensões), introduzindo como consequência solicitações de flexão nessa região, no plano horizontal do bloco, podendo causar a ruptura nessa região.
Assim, alvenarias solicitadas por sobrecargas uniformemente distribuídas, segundo Thomaz (1989), possuem dois tipos característicos de trincas:
a) Trincas verticais provenientes da deformação transversal da argamassa ou da flexão local dos componentes da alvenaria;
b) Trincas horizontais provenientes da ruptura por compressão dos componentes de alvenaria ou da própria argamassa de assentamento.
Grohmann (2006), após analisar o modelo de ruptura de Atckinson e Noland (1985), apresenta:
Argamassas mais fortes têm um comportamento na curva tensão x deformação essencialmente linear, seus prismas fissuraram subitamente e rompem
explosivamente no carregamento último. Já as argamassas mais fracas apresentam um comportamento na curva tensão x deformação não-linear, têm comportamento mais dúctil ocorrendo fissuração lenta nos prismas [...] podendo ocorrer o fendilhamento do bloco ao invés do esmagamento da argamassa. (GROHMANN, 2006. Pág. 43).
Ainda conforme Grohmann (2006), prismas com argamassas mais fracas rompem de forma lenta pois têm maior capacidade de absorver deformações.
A capacidade da argamassa absorver mais ou menos deformações está ligada diretamente à sua resistência em relação a resistência do bloco, que também é diretamente proporcional ao módulo de deformação dos componentes. Essa relação é que vai reger o modo de ruptura do conjunto. Segundo Cheema e Klingner (1986), para uma relação 𝐸𝑎
𝐸𝑏≥ 0,66 a ruptura
acontece, preferencialmente por esmagamento da junta de argamassa. Já para 𝐸𝑎
𝐸𝑏 ≤ 0,66 a
ruptura acontece, preferencialmente por tração no bloco (𝐸𝑎 = módulo de deformação da argamassa; 𝐸𝑏 = módulo de deformação do bloco).
Mohamad (2007) afirma que a alvenaria (bloco e argamassa) tende a igualar a rigidez dos materiais. Por mais diferente que seja a resistência do bloco e argamassa, a junta de argamassa horizontal e o bloco passam a se comportar como únicos. Neste caso o ponto fraco do conjunto é a junta vertical, onde o processo de ruptura induz trincas em toda superfície da parede, o que de fato foi constatado nos ensaios experimentais realizados neste trabalho.