Em 1849, um jardineiro francês chamado Josef Monier inventou o princípio do concreto armado para a fabricação de vasos para jardim e cubas de concreto reforçadas com uma malha de ferro para aumentar sua durabilidade e evitar que se partissem, o que era bastante comum nos vasos de argila muito usados até então. Com os excelentes resultados que obteve e percebendo o enorme potencial dessa combinação, começou então a buscar novos usos para esse material e a partir daí desvendou-se o sistema que revolucionou toda a indústria da construção no mundo. Muito cedo já compreenderam o princípio básico do concreto armado, ou seja, que o aço absorvia a tração e o concreto fornecia resistência à compressão, e assim nasceu a teoria do concreto armado.

Uma zona tracionada fissurada é sempre assumida no cálculo geral da construção em concreto armado, e esta condição por si só não representa um risco à segurança (embora possa haver algumas preocupações com relação à durabilidade). Entretanto, no processo de cálculo de uma ligação de um placa de ancoragem em aço, esta questão é claramente de maior importância, uma vez que as fissuras presentes no material base não só interferem na distribuição das tensões resultantes das ancoragens carregadas, mas também podem levar ao um mau funcionamento crítico das ancoragens que são inadequadas para esta condição.
Como engenheiro calculista, você é o responsável por assumir em sua estratégia de projeto se o concreto está ou não fissurado na área da fixação, bem como selecionar e calcular a conexão da placa de ancoragem de acordo com essa premissa. No entanto, deve ter em conta que os resultados deste processo podem variar significativamente dependendo do pressuposto inicial e do sistema de ancoragem selecionado.

Como regra geral nesses casos, por segurança, deve-se assumir que o concreto está fissurado, salvo prova em contrário (por exemplo, através da realização de uma análise detalhada de tensões ou de uma inspeção visual documentada de fissuras).
Para tomar uma decisão bem fundamentada, você deve se interessar em saber mais sobre os princípios básicos de fixação em concreto fissurado, que serão abordados neste artigo, com a citação das referências bibliográficas na parte final.

Quão fissurado estará o concreto?

O concreto possui baixa resistência à tração, portanto fissuras são esperadas em condições normais de serviço em componentes de flexão ou tração. A experiência mostra que as larguras de fissuras resultantes principalmente de cargas quasi-estáticas (cargas permanentes mais uma fração da carga acidental) não excedem o valor de w95% ~ 0,3 a 0,4 mm. Fissuras mais largas são esperadas sob cargas máximas de serviço permitidas, atingindo w95% ~ 0,5 a 0,6 mm [2],[3],[4].


Figura 1. Frequência relativa da largura da fissura, medida sob cargas máximas de serviço

As fissuras dependem tanto de forças internas quanto externas

As fissuras formam-se num elemento reforçado não só devido à ação de forças (transferidas a partir de fixações ou de outros elementos da estrutura), mas também como resultado do processo da cura do concreto, onde ocorre retração. Além disso, tensões podem ocorrer através de forças de restrição devido a diferenças de temperatura, impedindo a deformação, ou recalque da base que, por sua vez, pode causar fissuras.



Se o concreto estiver tracionado, é muito provável que as fissuras cruzem com a ancoragem – cuidado!

Foi observado que quando se formam fissuras em um elemento de concreto que contém uma ancoragem instalada, é mais provável que elas cruzem o local da ancoragem direta ou tangencialmente ao furo [1]. Isto ocorre porque existem tensões mais elevadas ao redor da ancoragem como resultado dos esforços radiais associados ao seu travamento e carregamento e à concentração de tensões causada pela descontinuidade gerada pelo furo (efeito de entalhe).


Figura 2. A probabilidade de formação de fissuras em relação à posição da ancoragem é muito alta devido à concentração de tensões e a descontinuidade causada pelo furo

O campo de tensões irregular associado às fissuras reduz a capacidade de carga

Em concreto não fissurado, uma ancoragem carregada por tração gera um padrão de tensões rotacionalmente simétrico ao seu redor [1]. Se a ancoragem estiver localizada em fissuras, essas tensões não podem mais ser transferidas através do plano da fissura e não são mais distribuídas rotacionalmente. Esse fato reduz a carga de falha no caso de ruptura do cone de concreto.


Distribuição das forças na zona da ancoragem em concreto não fissurado e fissurado [1]

Uma ancoragem dimensionada para concreto não fissurado pode apresentar deslizamento descontrolado (fluência) quando carregada em concreto tracionado

O efeito da fissuração não se restringe apenas à carga máxima da fixação. Na verdade, o comportamento de deslocamento sob carga também pode variar significativamente dependendo da capacidade da ancoragem de responder à abertura das fissuras. Por exemplo, chumbadores de expansão controlados por torque, que não são adequadas para aplicações em concreto fissurado, podem apresentar fluência descontrolada quando carregadas sob tração em fissuras. Deslocamentos descontrolados que causam desvios imprevisíveis são um grande risco, especialmente para algumas aplicações, como estruturas sobre cabeça, balanços e conexões de vigas rígidas.


Figura 3. Curvas esquemáticas de deslocamento sob carga de ancoragens de expansão [1] submetidas à tração em concreto fissurado e não fissurado
a) Ancoragens adequadas para uso em concreto fissurado
b) Ancoragens não adequadas para uso em concreto fissurado


Figura 3. Ancoragem com escorregamento descontrolado (fluência)

Para concluir

Em geral, são esperadas fissuras no concreto, e a provável localização das fissuras pode ser facilmente prevista na posição da ancoragem, implicando redução da capacidade de carga ou aumento de deformações. Recomendamos que você sempre considere o concreto como fissurado em seu cálculo, a não ser em aplicações onde esteja claro que o concreto não estará tracionado. Caso contrário, ancoragens qualificadas para uso em concreto fissurado devem ser utilizadas para garantir a segurança através de um dimensionamento adequado, enquanto outras soluções cujo desempenho nesta condição não foi avaliado, não podem garantir a confiabilidade necessária.

 
Referências bibliográficas
[1] Eligehausen R.; Mallee, R.; Silva, J.F. (2006): Anchorage in concrete construction, Ernst & Sohn, Berlin 2006
[2]Schiessl, P. (1986): Crack influence of the durability of reinforced and prestressed concrete components. Schriftenreihe des Deutschen Ausschuss für Stahlbeton, No. 370, Ernst & Sohn, Berlin 1986 (in German)
[3] Bergmeister, K. (1988): Stochastic in fixing technology based on realistic influenced parameters, Doctor Thesis, University of Innsbruck, 1988 (in German)
[4] Eligehausen, R.; Bozenhardt, A. (1989): Crack widths as measured in actual structures and conclusions for the testing of fastening elements. Report No. 1/42-89/9, Institute of Construction Materials, University of Stuttgart, August 1989

Sobre o autor:
Eng. Paulo Bellintani - Gerente de Normas e Aprovações da Hilti do Brasil