1.INTRODUÇÃO

A alvenaria é um material de construção frágil que tem sido usado por muito tempo ao redor do mundo e ainda está sendo usado. Ao longo deste período, a alvenaria é utilizada como elementos portadores de carga vertical devido ao excelente desempenho na compressão. A capacidade de tensão limitada da alvenaria é geralmente superada usando arcos, abóbadas, etc. sobre as eventuais aberturas. Estes arcos e abóbadas convertem a tensão de flexão em compressão devido à sua geometria. Em comparação, o concreto é também um material frágil com capacidade de tração limitada e geralmente esta limitação é superada pela introdução de armaduras ou por pré-tensão. O uso semelhante de armadura na construção de alvenaria não é novo, mas é incomum na Índia. A armadura pode ser introduzida em elementos de alvenaria de várias maneiras. O método mais comum é colocar barras de aço nas bases das juntas. Os elementos estruturais construídos desta forma podem ser utilizados para resistir a forças de flexão (cargas), sob a forma de viga. A maioria das normas disponíveis para alvenaria estrutural armada baseia-se em princípios e suposições do projeto de concreto armado (RC). A suposição principal do projeto clássico de RC é que, a força de tração é resistida apenas pela armadura e a ligação entre a armadura e o concreto é quase perfeita.

A literatura em alvenaria de tijolo revela que nos países ocidentais, os tijolos são mais rígidos e mais fortes do que a argamassa utilizada. A resistência à compressão de tais tijolos ou blocos pode estar na faixa de 15-150 MPa e módulo de elasticidade na faixa de 3500-35000 MPa. Considerando que na Índia, os tijolos têm resistência à compressão relativamente menor (3-20 MPa) e módulo de elasticidade (300-15000 MPa). Além disso, a argamassa de cimento comumente usada (1: 6) geralmente tem um módulo de elasticidade de 10 a 15 vezes maior do que o dos tijolos e blocos (^{Matthana, 1996}) (^{Sarangapani et al., 2005}) (^{Raghunath et al., 1998}) e (^{Gumaste et al, 2004}). ^{Laurenco (1994)} listou vários modelos para prever o comportamento de alvenaria não armada. Laurenco recomendou modelo de fricção Coloumb com capeamento de compressão para interface entre argamassa e tijolo. Globalmente, a teoria RC clássica é usada para modelar a alvenaria estrutural armada (^{Narendra Taly, 2010}).

Tipicamente, a resistência em alvenaria de tijolo armada na flexão é conseguida inserindo a armadura na junta da canaleta a determinada profundidade. A montagem conjunta em alvenaria armada compreende cinco elementos viz. (i) armadura, (ii) interface de argamassa-armadura, (iii) argamassa, (iv) interface de argamassa-tijolo e (v) tijolo (unidades). Estes são mostrados esquematicamente na Figura 1.

Figure 1 Vigota de alvenaria armada típica e detalhes de juntas de alvenaria estrutural armada. 

Investigações experimentais realizadas em alvenaria de tijolo reforçado (Shashank ^{Mehendale et al., 2016}) mostram que a ligação entre a armadura e a alvenaria de tijolos não é perfeita. Diferentes deformações de cisalhamento estão sendo observadas devido à variação nas propriedades de cisalhamento de elementos individuais e interfaces entre eles; uma perda de tensão e uma menor resistência são desenvolvidas na armadura, em comparação com um cenário de ancoragem perfeita. Assim, a contribuição da armadura na vigota de alvenaria armada é provavelmente menor do que a da viga de RC. Observa-se que as ligações mais fracas em alvenaria armada são as interfaces entre tijolo, argamassa e armadura. No projeto de alvenaria armada, o uso de suposições clássicas de projeto de RC pode levar a excesso de confiança na armadura. Uma nova abordagem para a concepção de vigas de alvenaria armada se faz necessária para tijolos e argamassas de baixa resistência utilizadas neste estudo.

Considerando a importância das interfaces, foi realizada a investigação detalhada de elementos individuais da junta de alvenaria armada em ambiente de ensaio similar. Com base nos resultados do trabalho experimental em elementos individuais e montagem, é feita uma tentativa de desenvolver um pseudo-elemento de interface. O presente trabalho tem como objetivo utilizar observações experimentais de elementos individuais e fundir o mesmo em uma pseudo-interface, capturando adequadamente a contribuição de cada um dos elementos na montagem. O elemento de pseudo-interface proposto pode ser agrupado com alvenaria, melhorando assim as previsões sobre a contribuição da armadura. O objetivo da presente pesquisa é estudar e desenvolver um procedimento de projeto, o que ajudará a alcançar a melhor utilização de material e articulação eficiente.

2.INVESTIGAÇÃO EXPERIMENTAL

O comportamento da junta de alvenaria armada é investigado pelo procedimento experimental apresentado neste estudo. O ensaio pull-out é amplamente utilizado como um meio eficaz para a caracterização do comportamento de ligação entre armaduras internamente conectadas e a alvenaria. O sistema de ensaio desenvolvido localmente mostrado nas Figuras 2 (a) e (b) é usado para estudar o comportamento da montagem de alvenaria armada usando as instalações disponíveis no laboratório VJTI.

Figure 2 (a) Amostra mantida em posição (b) Configuração do ensaio de pull-out. 

Para a preparação de amostras, foram utilizados tijolos moldados no local, com argamassa de cimento 1:6. A relação água/cimento utilizada em argamassa foi baseada no ensaio de espalhamento. Barras de aço de 8 mm de diâmetro HYSD foram inseridas no centro dos 20 mm de espessura da camada de argamassa em conjunto. Um contrapeso de 2 tijolos foi mantido sobre cada amostra durante 4 dias para assegurar uma ligação adequada entre a argamassa e os tijolos. As amostras foram curadas durante 14 dias. A previsão de sobrecarga das condições in situ é simulada em ensaios aplicando pressão de confinamento às amostras. A pressão de sobrecarga geralmente encontrada foi de cerca de 0,5 N/mm² (^{Laurenco 1994}), que foi a utilizada na presente investigação experimental. A força pull-out foi aplicada usando o dispositivo controlado por deformação e a resposta de deformação (deslocamentos) foi registrada.

A Figura 3 mostra o gráfico da força de pull-out vs. deslocamento da armadura. Observa-se que a força de pull-out varia com o deslocamento da barra de armadura quase linearmente até ao valor máximo de força, depois disso, o escoamento/deslizamento é observado à medida que aumenta o deslocamento. Pode-se notar que existe alguma capacidade de adesão residual devido ao efeito de fricção da camada superficial. Observa-se a partir destes experimentos que a capacidade de adesão residual é uma função da pressão de confinamento. Como as propriedades da unidade de alvenaria não são consistentes, mesmo em um único lote, um número de 20 ensaios foram planejados para obter resultados representativos e confiáveis.

Figure 3 Resultados do Ensaio de pull-out na montagem. 

A capacidade pull-out da barra incorporada na montagem e sua rigidez associada depende da interação complexa entre elementos individuais. Tijolo, argamassa, armadura e interface entre tijolo e argamassa e interface entre armadura e argamassa. Esse comportamento é encontrado para ser diferente daquele de um elemento de RC. Observa-se que a deformação em na fibra extrema da alvenaria de tijolo não é totalmente transferida para armadura devido ao deslizamento por cisalhamento do material frágil. Tijolo e argamassa.

Para estudar os diversos parâmetros que afetam a capacidade de pull-out e a rigidez; com base na literatura disponível (^{Laurenco, 1994}), vários conjuntos de ensaios foram fabricados e foram realizados experimentos para determinar as propriedades de unidades, argamassas armaduras e interfaces usadas. Detalhes dos ensaios e procedimento experimental são brevemente descritos neste estudo. A Tabela 1 mostra as propriedades dos elementos básicos utilizados no estudo, que representa a junta de alvenaria estrutural armada.

A. Ensaio de tração na armadura

O ensaio de tração sobre a armadura foi realizado utilizando o procedimento prescrito na IS 1786 (2008). A rigidez axial da armadura é um parâmetro contributivo.

B. Ensaio de pull-out da armadura com a argamassa isolada

Foi realizado o ensaio de extração da armadura da argamassa utilizando o conjunto de ensaios anteriormente descrito. O tamanho da amostra utilizada foi o mesmo que o da montagem (160mm x 200mm x 90mm), com a armadura inserida no centro. Este ensaio é utilizado para determinar as propriedades da interface de argamassa de armadura. A pressão de confinamento de 0,5 N/mm² é aplicada usando parafusos de tensão. A Figura 4 mostra o gráfico da força de pull-out na armadura vs. deslocamento.

Figure 4 (a) Corpo de prova (b) Resultados do ensaio de pull-out do R/f da argamassa. 

C. Ensaio de cisalhamento duplo da argamassa

A contribuição de cisalhamento de argamassa é estabelecida usando o Aparelho de cisalhamento Duplo de Argamassa desenvolvido localmente. Este aparelho baseia-se no conceito de cisalhamento duplo, frequentemente utilizado na mecânica dos solos. Foi adotada a amostra cilíndrica de argamassa com diâmetro de 50mm e comprimento de 150mm. O aparelho, ilustrado na figura 5, consiste em 2 elementos principais, o elemento inferior (forma C) consiste na parte 1 (chapa esquerda e direita) e a parte 3 está ligada ao braço fixo da UTM. O elemento superior etiquetado como parte 2 é anexado ao braço móvel de UTM através da célula de carga.

Figura 5 (a) Esquema de preparação do ensaio de cisalhamento de argamassa, (b) fotografia atual (c) Resultados. 

D. Ensaio de cisalhamento da interface tijolo-argamassa

O ensaio de cisalhamento de interface de tijolo-argamassa foi realizado com a pressão de confinamento aplicada, usando a disposição ilustrada na figura 6. Foi utilizado epóxi para assegurar uma ligação perfeita entre a amostra e o aparelho. A contribuição de cisalhamento da interface tijolo-argamassa é calculada usando o aparelho de ensaio de cisalhamento sugerido por P B Launreco, (1994) e ^{Van der Plujim, (1992} e ¹⁹⁹³⁾.

Figura 6 Ensaio de cisalhamento na interface de argamassa de tijolo (a) Configuração do ensaio esquemático (b) Fotografia real (c) Resultados 

E. Ensaio de cisalhamento no tijolo

A contribuição de cisalhamento de tijolos é elaborada a partir do conceito de ensaio de cisalhamento direto comumente usado em engenharia geotécnica. A pressão de confinamento desempenha um papel importante na avaliação da resistência ao cisalhamento. Em todas as experiências acima mencionadas, foi utilizada uma pressão de confinamento de 0,5 N/mm2, amostras de tijolo de 50 mm x 50 mm de seção transversal foram cortadas cuidadosamente a partir de unidades de tijolo. A configuração do ensaio, o padrão de falha observado e os resultados dos ensaios são mostrados nas figuras 7 (a), (b) e (c), respectivamente.

Figura 7 (a) Ensaio de cisalhamento dos tijolos, (b) Falha de cisalhamento típica observada e (c) Resultados do ensaio de cisalhamento de tijolos. 

As grandes deformações observadas não são relevantes para o processo de projeto, pois a estrutura teria falhado no momento em que grandes deformações ocorressem. Assim, a tentativa do projetista é manter as deformações no controle e tão mínimas quanto possível. Dentro dessa faixa controlada e limitada de deformações, o comportamento de elementos e interfaces individuais pode ser assumido linearmente elástico. Assim, pode ser idealizado como molas discretas.

Uma idealização usando a analogia da mola foi apresentada para simplificar a complexidade devido à contribuição de cinco elementos da montagem. A força de pull-out permanece constante em todos os elementos e a deformação é função da resistência oferecida pela armadura, interface de argamassa de armadura, argamassa, interface de argamassa-tijolo e resistência ao tijolo. Cada parâmetro contributivo pode ser idealizado como molas discretas e todo o conjunto pode ser idealizado como sistema de molas conectadas em série. Assim, a rigidez efetiva do conjunto é uma contribuição da rigidez da armadura, da rigidez ao cisalhamento da ligação RM, da rigidez ao cisalhamento da argamassa, da rigidez ao cisalhamento da ligação BM e da rigidez ao cisalhamento do tijolo. Uma representação esquemática da idealização acima mencionada é representada na Figura 8.

Figure 8 Analogia de molas 

3. CONCLUSÕES EXPERIMENTAIS E INFERÊNCIA

Todos os ensaios foram realizados utilizando equipamento com deslocamento controlado no VJTI, laboratório de Engenharia Estrutural. Obteve-se um gráfico de Força vs. Deslocamento para cada ensaio. Os valores de rigidez de cada elemento contribuinte foram calculados e tabulados na Tabela 2.

Observa-se que existe boa correlação entre a rigidez experimental para a referida articulação e os resultados obtidos utilizando o modelo analítico utilizando a idealização da mola. As fórmulas de mola para molas em paralelo e em série para o conjunto de molas acima ilustrado na Figura 8 podem ser representadas como se segue utilizando a Equação (1) e a Equação (2);

Onde, k é constante de mola equivalente para molas em paralelo

A Equação (1) e a Equação (2) são válidas dentro dos limites elásticos de cada mola, ou seja

Onde,

P^L_R Limitação da carga elástica na mola de armadura

= Limitação do esforço elástico de Armadura x C / s área de armadura

P^L_RM Limitação da carga elástica na mola de interface RM

= Limitação da tensão elástica da mola equivalente à interface RM x Área C / s da interface RM

P^L_M Limitação da carga elástica na mola de argamassa

= Limitação do esforço de cisalhamento da mola equivalente à área de Argamassa x C / s da argamassa em cisalhamento

P^L_BM Limitação da carga elástica na mola de interface BM

= Limitação de tensão da mola equivalente à interface BM x área C / s da interface BM

P^L_B Limitando a carga elástica na mola de tijolo

= Limitação do esforço de cisalhamento da mola equivalente à área Brick x C / s de tijolo em cisalhamento

A violação de qualquer um destes limites, isto é, a falha de qualquer uma das molas idealizadas listadas acima deve prever o modo de falha correspondente, por exemplo, a falha da mola de RM irá indicar falha de interface entre armadura e argamassa.

Esta correlação utilizando a analogia da mola pode ser usada para modelar um elemento de interface com uma rigidez efetiva equivalente à da junta de alvenaria armada.

3.1 Relação com a Elasticidade

A idealização da analogia de molas apresentada acima constitui a abordagem básica para o desenvolvimento de uma nova formulação para modelagem de material de interface para a ligação de alvenaria estrutural armada. A articulação em formulação de flexão resiste à tensão onde a alvenaria recebe a compressão. Assim, a junta pode ser considerada sujeita à tensão isoladamente. A rigidez k de um corpo é uma medida da resistência oferecida por um corpo elástico à deformação e é assim a relação da força aplicada à deformação produzida. Em mecânica, o módulo elástico (módulo de Young) é uma propriedade intrínseca do material que é calculada como a relação de tensão para deformação, ou seja

(4)

Substituindo valores para σ e ε , i.e.

(5)

A partir das suposições acima e rearranjando os termos, a equação acima pode ser

(6)

(7)

Assim, o módulo de tensão de elasticidade para o material de interface pode ser escrito em termos de rigidez de juntas de alvenaria estrutural armada k usando a Equação (4) como se segue,

(8)

Substituindo os valores de rigidez experimental do elemento de interface, o módulo de elasticidade do elemento de interface será, (para a vigota de alvenaria de comprimento unitário reforçado com área de seção transversal unitária), E_{eq.pseudomaterial} =883.77MPa.

A comparação da tensão do bloco para alvenaria estrutural armada usando a abordagem clássica de projeto RC (figura 9b) e a formulação proposta para a interface de modelagem de alvenaria estrutural armada (figura 9c) é mostrada na figura 9. Na abordagem clássica de projeto, a armadura cede primeiro e permite levar carga até sua capacidade de produção. Como nesta abordagem, o elemento de interface cede quando uma das condições de fronteira da interface é violada. Isto resulta em uma contribuição relativamente menor da armadura em comparação com o projeto de RC clássico. Assim, uma vigota de alvenaria reforçada exigiria maiores profundidades e armadura perfilada grauteada na alvenaria, de modo a não violar a condição de fronteira de interface e esta abordagem é a que leva à solução ideal.

Figura 9 Vigota típica de alvenaria armada com relação de tensão b) diagrama de tensão como por pressuposto de concepção de RC, c) diagrama de tensão com força de tensão descontada e a tensão do bloco de alvenaria. 

4. CONCLUSÃO

Investigações realizadas em alvenaria armada com foco nos materiais viz. Unidade, argamassa e armadura e interfaces indicam as seguintes características.

O comportamento de alvenaria armada é diferente do RC, portanto pressupostos de projeto clássico de RC não podem ser usados diretamente para as unidades de alvenaria consideradas. Esta diferença seria mais para tijolos frágeis e argamassas fracas. Considerando a complexidade da junta de alvenaria armada, este estudo apresentou uma abordagem para desenvolver um elemento de interface representando 5 elementos diferentes de uma junta de alvenaria armada. Este elemento de interface ajudaria na concepção e modelagem de alvenaria armada na flexão. No entanto, os ensaios são realizados em um determinado tipo de tijolo (unidade), argamassa / argamassa e armadura, o procedimento experimental e abordagem proposta para o desenvolvimento de interface neste estudo é suficientemente robusto e pode ser usado para outros tipos de unidades, argamassas e de armadura. A mesma abordagem pode ser útil em condições semelhantes para simplificar as complexidades das interfaces. O elemento de interface desenvolvido ajudaria os engenheiros a chegarem à solução de alvenaria estrutural armada mais adequada e econômica.