Análise do comportamento mecânico das alvenarias estruturais de blocos cerâmicos utilizando modelos físicos reduzidos: efeito da geometria

Resumos

This paper presents the experimental results of a research program with ceramic block masonry under compression. Four different block geometries were investigated. Two of them had circular hollows with different net area. The third one had two rectangular hollow and the last block was with rectangular hollows and a double central webs. The prisms and walls were built with two mortar type 1:1:6 (I) and 1:0,5:4 (II) (proportions by volume of cement: lime: sand). One:three small scale blocks were used to test block, prisms and walls on compression. It was possible to conclude that the block with double central webs gave better results of compressive strength showing to be more efficient. The mortar didn't influenced the compressive strength of prisms and walls.

ceramic blocks; structural masonry; geometry of the block

Análise do comportamento mecânico das alvenarias estruturais de blocos cerâmicos utilizando modelos físicos reduzidos – Efeito da geometria

E. Rizzatti^I; H. R. Roman^II; G. Mohamad^III; E.Y. Nakanishi^IV

^IDepartamento de Estruturas e Construção Civil, Universidade Federal de Santa Maria, e-mail: [e-mail], Avenida Roraima, Prédio 07, Centro de Tecnologia, Santa Maria, RS

^IIDepartamento de Engenharia Civil, Universidade Federal de Santa Catarina, e-mail: [e-mail], Rua João Pio Duarte da Silva, 205, Bairro Córrego Grande, CEP.: 88040-970, Florianópolis, SC

^IIICurso Engenharia Civil, Universidade Federal do Pampa, UNIPAMPA, e-mail: [e-mail], Av. Tiarajú, 810 – Bairro Ibirapuitã CEP.: 97546-550, Alegrete, RS

^IVCurso Engenharia Civil, Universidade Federal do Pampa, UNIPAMPA, e-mail: [e-mail], Av. Tiarajú, 810 – Bairro Ibirapuitã CEP.: 97546-550, Alegrete, RS

RESUMO

Neste trabalho são apresentados os resultados experimentais sob compressão centrada de alvenaria estrutural de blocos cerâmicos. Foram estudadas quatro diferentes geometrias de blocos designados por A, B, C e D, sendo o primeiro e segundo (A e B) com septos arredondados com diferentes áreas líquidas, o terceiro bloco (C) com furos verticais no formato retangular e o último (D) com um duplo septo central. O programa experimental abrangeu os estudos de blocos, prismas e paredes. Os prismas e as paredes foram construídas com dois traços de argamassa 1:1:6 (tipo I) e 1:0,5:4 (tipo II) (proporções em volume de cimento:cal:areia). Para tanto, foram realizadas análises da resistência à compressão do bloco, prismas e paredes, construídas com essas geometrias em escala reduzida na proporção de 1:3 das dimensões reais. Com base na análise dos resultados experimentais, pode-se concluir que o bloco tipo D, que possui duplo septo central, é o bloco mais eficiente para o uso em alvenaria estrutural entre os blocos analisados. As paredes construídas com os blocos do tipo D apresentaram uma melhor capacidade de absorver esforços verticais, devido à coincidência dos septos entre as fiadas subseqüentes, provocadas pela existência de um duplo septo central. Além disso, não se verificou influência significativa da resistência da argamassa na resistência de prismas e paredes.

Palavras-chave: bloco cerâmico, alvenaria estrutural, geometria dos blocos.

1. Introdução

No Brasil, a indústria de cerâmica vermelha é uma das responsáveis pela geração de empregos. Por exemplo, no Estado de Santa Catarina, existem 742 olarias, com uma produção de cerca de 100 milhões de unidades por mês e responsáveis por 11.000 empregos diretos e 30.000 indiretos, constituindo-se como um setor importante do ponto de vista sócio-econômico, [1]. Esse setor tem, aproximadamente, o mesmo perfil em praticamente todos os estados, demonstrando um potencial de produção, mas ainda com pequena capacidade tecnológica e de investimentos na geração de novos produtos. Essas indústrias produzem diferentes produtos como telhas, tavelas, tijolos maciços, bloco de vedação e estruturais. Quando se tratam de alvenarias para a compartimentação dos espaços nas construções, o principal produto são os blocos de vedação, cujos furos são dispostos horizontalmente e possuem formato circular ou retangular. Esses blocos de vedação possuem características mecânicas mínimas (resistência à compressão) definidas por normalização nacional. Para os blocos estruturais existem uma gama de diferentes tipologias de blocos, com formatos e espessuras de paredes que serão posteriormente discutidos a sua eficiência na distribuição nas tensões quando parte da parede.

O aumento da importância do emprego do sistema construtivo em alvenaria estrutural de blocos cerâmicos no mercado brasileiro da construção habitacional, vem sendo um fator de destaque para o desenvolvimento de projetos de pesquisa que foquem no desenvolvimento de produtos e na capacidade de eficiência, quando submetidos a carregamentos externos além do peso-próprio. Portanto, esse trabalho vai ao encontro de uma necessidade técnica de avaliar quantitativamente, por meio de experimentos, a influência da geometria do bloco cerâmico no desempenho mecânico das paredes estruturais à compressão em escala reduzida. Assim, o desenvolvimento deste trabalho de pesquisa tem por objetivo analisar o comportamento de blocos cerâmicos com diferentes geometrias de furos, em escala reduzida, auxiliando no desenvolvimento deste importante componente para o setor industrial ceramista.

2. Utilização de modelos físicos reduzidos em alvenaria estrutural

Um dos grandes desafios da engenharia em geral é estudar modelos confiáveis que representem o comportamento das estruturas na escala real, reduzindo os custos e as dificuldades que a escala real proporciona. Qualquer modelagem física das estruturas exige que sejam respeitadas as condições de similaridades, para que o modelo reproduza, verdadeiramente, o comportamento quanto a previsão da tensão de ruptura, modo de falha e rigidez. Para isso, os modelos devem reproduzir as mesmas condições de carregamento, geometria e propriedades dos materiais [2].

Um dos primeiros autores a retratar historicamente o uso de modelos físicos na alvenaria estrutural foi ABBOUD et al. [2] , onde o mesmo cita que VOGT [3] realizou estudos exploratório em modelos em alvenaria de tijolos maciços na escala 1:4 e 1:10, sem conseguir obter dados consistentes do comportamento do material. Esse autor cita que na década de 60, pesquisas foram realizadas na Universidade de Melbourne, com um sucesso limitado em função das dificuldades encontradas na fabricação dos tijolos e execução das paredes. O autor menciona que posteriormente MOHR [4] obteve sucesso na execução das paredes utilizando unidades fabricadas comercialmente e técnicas de prefabricação na escala de 1:6.

Os estudos realizados por ABBOUD et al. [2] em unidades de bloco de concreto demonstraram que existe confiança e viabilidade no uso de modelos reduzidos para a previsão do complexo comportamento da alvenaria estrutural, a partir dos ensaios em escala reduzida dos materiais e componentes. O autor obteve excelente correlação entre os resultados do modelo quando comparados com o protótipo, entretanto o desvio-padrão foi menor nos protótipos. Resultado este, proporcionado pelo efeito da diminuição do volume das tensões.

No Brasil, CAMACHO [5] foi o pioneiro no estudo do comportamento das alvenarias de blocos à compressão. O autor afirmou que apesar da alvenaria ser a mais antiga e clássica forma de construção utilizada pelo homem, a aplicação da técnica de modelagem física para o estudo do comportamento estrutural é bastante recente. CAMACHO [5] cita, em seu trabalho de tese, os estudos realizados nas Universidades de Bath e Karlsruhe na Alemanha, onde se investigou o comportamento de modelos reduzidos de paredes de alvenaria com tijolos cerâmicos nas escalas de 1:2 e 1:4. Segundo o autor, esses estudos permitiram examinar as correlações de resistências e deformações, com isso verificar quais os parâmetros que poderiam se mostrar afetados pelo fator de escala. Pode-se concluir dos estudos que a alvenaria de tijolos maciços pode ser representada em escala reduzida, em relação ao modo de ruptura e as resistências últimas, quando empregados materiais semelhantes entre os modelos e protótipos. No entanto, para a relação entre o módulo de elasticidade pela resistência à compressão, esse valor diminuiu conforme se reduziu a escala, como demonstrado na Figura 01.

CAMACHO [5] realizou estudos experimentais com blocos cerâmicos vazados na escala real 1:1 e na escala reduzida 1:3 e 1:5. O autor ensaiou à compressão prismas de dois, três e quatro blocos e pequenas paredes. Os resultados de resistência dos blocos, prismas (dois, três e quatro blocos), pequenas paredes e o diagrama tensão/deformação dos blocos são apresentados nas Figuras 02 e 03, respectivamente. O autor concluiu, a partir dos seus resultados, que: de uma forma geral, as resistências à compressão axial entre os modelos e protótipos foram semelhantes entre si, porém, para os prismas e paredinhas, os modelos apresentaram valores um pouco superiores à escala real, numa relação de aproximadamente 1,5 para os prismas e 1,3 para as paredinhas; as deformações de ruptura medidas nos modelos, também apresentaram a mesma ordem de grandeza entre si, porém foram consideravelmente superiores aos valores medidos no protótipo, numa relação aproximada de 2,4 para os prismas e 4,5 para as paredinhas; a relação de eficiência (resistência do prisma/resistência do bloco) é afetada pelo fator de escala, com um valor aproximado de 0,4; 0,5 e 0,6 para as escalas 1:1, 1:3 e 1:5, respectivamente; apesar da diferença de valores nos resultados de resistência, os modos de ruptura, apresentados pelo protótipo e modelos físicos, foram semelhantes. Com as considerações acima, o autor concluiu que é possível a utilização de forma direta de modelos físicos reduzidos para o estudo da alvenaria de blocos cerãmicos.

NETO [6] estudou o comportamento teórico e experimental de painéis de alvenaria estrutural com abertura, utilizando modelos físicos reduzidos na escala 1:3. Para tanto, o autor caracterizou mecanicamente os componentes e elementos estruturais. Os blocos cerâmicos estruturais possuíam dois furos retangulares com espessura de paredes longitudinais e transversais iguais e proporção entre a área líquida pela área bruta de 55%. As dimensões reais médias das unidades foram de 9,82 cm x 6,59 cm x 4,65 cm (comprimento x altura x largura). A Tabela 01 apresenta os ensaios experimentais e a correspondente resistência. Pelas imagens do modo de ruptura dos prismas e pequenas paredes apresentadas por NETO [6] na Figura 04, verificou-se a ocorrência de esmagamentos da junta de argamassa de assentamento, combinada com fissuras por lascamento no contato com a argamassa e fissuras verticais por tração provocadas pela aplicação da tensão de compressão. Combinando os resultados de resistências dos prismas e pequenas paredes pelos blocos se obtém os fatores de eficiência dos ensaios experimentais de NETO [6] , cujos valores foram f_p / f_b = 0,55 MPa e f_{pequenas paredes} / f_b = 0,38 MPa.

3. Fatores que influenciam na resistência das alvenarias

O principal elemento resistente das paredes de alvenaria estrutural é o bloco sendo, basicamente, o determinante para a sua resistência. No Brasil existem diferentes pesquisas sobre o comportamento mecânico da alvenaria cerâmica [7 e 8]. Nesses estudos, os blocos possuem diferentes geometrias ou formatos e, na maioria das vezes, os resultados não podem ser comparados entre si, em termos de eficiência mecânica devido à diferentes aspectos como a natureza heterogênea da mistura, grau de moagem da cerâmica, disposição dos furos e temperatura de queima. Além disso, no Brasil, existem muito poucas experiências com a utilização de modelos reduzidos, como uma forma de interpretação dos fenômenos físicos e mecânicos. Portanto, são necessários avanços com o desenvolvimento de pesquisas para subsidiar decisões técnicas e de novos produtos cerâmicos para a construção civil.

3.1 Influência da resistência do bloco na alvenaria

Os blocos cerâmicos são componentes da alvenaria estrutural que possuem furos prismáticos ou circulares perpendiculares a face que os contêm, sendo os mesmos produzidos para serem assentados com o furo na vertical. Os blocos cerâmicos classificam-se em: bloco cerâmico estrutural de paredes vazadas (a); bloco cerâmico estrutural com paredes maciças (b); bloco cerâmico estrutural com paredes maciças (paredes internas vazadas) (c); e bloco cerâmico estrutural perfurado (d), como mostra a Figura 05, [9]. A resistência à compressão dos blocos é a principal determinante da resistência da alvenaria. Como exemplo, se pode utilizar como referência para essa análise a norma britânica BSI-5628-1 [10] , pois as normas nacionais vigentes não apresentam relações entre as resistências da alvenaria, bloco e argamassa, citando apenas que a mesma deva ser determinada com os ensaios experimentais de prismas com três blocos. A BSI-5628-1 [10] apresenta alguns gráficos de referência, onde se podem observar as curvas de crescimento da resistência da parede com a resistência do bloco, para os diferentes traços de argamassa, conforme a proporção em volume de cimento, cal e areia (cimento:cal:areia), designados por: i (1:0,25:3), ii (1:0,5:4,5), iii (1:1:6) e iv (1:2:9). Observa-se, na Figura 06, que o fator de eficiência tende a diminuir com o aumento da resistência do bloco, sendo esse fator maior para os tijolos do que para os blocos. A BSI-5628-1 [10] trata apenas das dimensões do bloco (altura e largura), sem considerar a geometria, a disposição dos furos e o formato dos mesmos. Para as paredes com as relações altura (h) pela largura (l) entre 0,6 e 2,0, o valor da resistência à compressão característica deve ser obtida pela interpolação entre os valores da Figura 06.

3.2 Influência da geometria da unidade na alvenaria

A quantidade de furos, formas e disposições podem acarretar, durante a aplicação de carregamentos, concentrações de tensões no bloco que levam a alvenaria a reduzir o seu potencial resistente, conforme trabalho realizado por GANESAN e RAMAMURTHY [11]. Os autores afirmaram que é necessário compreender o efeito da geometria dos blocos, a fim de aumentar a eficiência das paredes estruturais e, por isso, realizaram estudos analíticos por meio do método de elementos finitos sobre o comportamento da alvenaria de blocos de concreto, considerando a influência das diferentes geometrias, arranjos e propriedades das argamassas. GANESAN e RAMAMURTHY [11] propuseram a utilização de blocos com três tipos de geometrias, sendo que um deles com um duplo septo central, ou seja, a espessura da parede transversal interna era igual ao dobro da lateral mais a espessura da junta, conseguindo-se assim o alinhamento dos furos e tornando o conjunto mais eficiente. Foram modelados prismas de três (3) fiadas com juntas a prumo e amarrada, com três geometrias de blocos de concreto, sendo estes: blocos com três furos; dois furos com dimensões padrões e dois furos em que a espessura do septo intermediário é igual a duas vezes a espessura da parede mais 10 mm (estruturalmente mais eficiente pela sobreposição dos septos nas fiadas). Na alvenaria foram empregadas quatro tipos de argamassas de forma a atender a proporção entre o módulo de elasticidade do bloco (E_b) em relação à argamassa (E_a) de 1; 1,5; 2,0 e 2,8, sendo constante o E_b. Com a constância na proporção de rigidez entre E_b/E_a, se verificou a influência da argamassa e do modo de ruptura na alvenaria. No modelo foi empregado um comportamento elástico-linear heterogêneo, utilizando elementos sólidos de oito (8) nós para a determinação das tensões nas faces e nos septos dos blocos. Os autores salientaram que não houve mudanças nas proporções entre as áreas líquidas e brutas dos blocos estudados.

Os resultados obtidos pelos pesquisadores indicaram que os blocos de três furos na vertical produziram níveis e distribuições de tensões superiores aos de dois furos, sendo que na região próxima ao centro do prisma as tensões permaneceram constantes. Com relação aos septos, a diferença de comportamento entre os três tipos de blocos analisados foi mais evidente, quando estes são assentados com a junta amarrada. As tensões de compressão foram maiores em blocos convencionais de dois furos do que nos estruturalmente eficientes (com septo intermediário com o dobro da espessura da parede lateral mais a espessura da junta de argamassa). Como conclusão dos estudos de GANESAN e RAMAMURTHY [11] sobre o comportamento mecânico das alvenarias, pode-se destacar que a geometria do bloco influenciou nas tensões que se desenvolveram, tanto na sua distribuição, quanto na sua magnitude. Também, que a argamassa não influenciou diretamente no comportamento da alvenaria de blocos e o uso de prismas com juntas a prumo superestima a resistência da alvenaria. Outra importante conclusão foi de que o fator de eficiência variou com o formato geométrico do bloco de concreto e do tipo de assentamento. Os autores verificaram que, para algumas geometrias de blocos e tipos de assentamento de argamassa, aparecem concentrações de tensões que reduzem a resistência à compressão da alvenaria. A Figura 07 mostra os tipos de blocos de concreto estudados, as resistências dos mesmos e das paredes, juntamente com os fatores de eficiência. Os blocos do tipo A foram assentados com argamassas apenas nas faces (longitudinal) e os demais foram argamassados nas faces e septos (transversal).

3.3 Influência da resistência da argamassa na alvenaria

O desenvolvimento de unidades (blocos) de maiores capacidades à compressão exige, da junta de argamassa, um aumento de resistência proporcional, devido ao mecanismo de ruptura da alvenaria estar intimamente ligada à interação entre os componentes, como mostra a Figura 08. Vários estudos foram realizados no Brasil para verificar a influência da argamassa, onde se destacam os realizados por GOMES [7]. O autor concluiu que a resistência da argamassa deve se situar entre 0,7 a 1,0 vezes a resistência do bloco medida na área bruta e, cita que ao utilizar as argamassas de resistências à compressão próximas ao do bloco, a alvenaria passará a ter uma ruptura excessivamente frágil, não acompanhando eventuais movimentos da estrutura porventura das cargas de serviço. MENDES [8] , também realizou estudos em prismas de blocos cerâmicos vazados de parede maciça com dimensão de 140 mm de largura por 290 mm de comprimento e 190 mm de altura (tipologia da Figura 05-b), cuja relação entre a área líquida pela bruta foi de 0,52. Foram executados prismas grauteados e não-grauteados assentados com dois traços de argamassas de diferentes resistências à compressão. Como conclusão dos estudos de MENDES [8] , pode-se observar que os prismas não-grauteados romperam por esmagamento da junta de argamassa, gerando concentrações de tensões nos blocos e o fendilhamento nas superfícies do contato entre o bloco e a argamassa. Os tipos de rupturas dos prismas não-grauteados foram bruscos, ou seja, sem aviso para os prismas com argamassa mais resistente (A1) e, por esfacelamento das paredes laterais do bloco para argamassas de resistência mais baixa (A3). Nos prismas grauteados houve uma separação de todas as paredes que contornam o furo do bloco cerâmico provocada pelas deformações laterais de expansão do graute, gerando concentrações de tensões no encontro entre as paredes longitudinais e transversais do bloco. A Figura 09 apresenta os resultados individuais do bloco (B1), argamassas (A1 e A3), grautes (G1, G2 e G3) e as diferentes combinações de resistência entre os prismas não-grauteados e grauteados. Os modos de ruptura dos prismas grauteados e não-grauteados podem ser visualizados na Figura 10, assim como a geometria do bloco e a separação das paredes longitudinais e transversais dos elementos grauteados. Considerando as recomendações de referência da BSI-5628-1 [10] na Figura 06 e os resultados experimentais de GOMES [7] e MENDES [8] , se pode concluir que, para a resistência de blocos entre 2,5 à 10 MPa, a resistência da argamassa não influenciou significativamente na resistência da parede. No entanto, para os blocos com resistência superiores a 10 MPa, o aumento de resistência da argamassa influenciou a resistência da alvenaria.

4. Metodologia experimental

A seguir são apresentadas as metodologias experimentais para a preparação das unidades cerâmicas e caracterização mecânica dos materiais e componentes da alvenaria produzidos em escala reduzida na proporção 1:3.

4.1 A argila para a produção das unidades cerâmicas em laboratório

Um dos primeiros desafios do trabalho foi estudar a composição da argila apropriada para a fabricação dos blocos, onde a mesma deveria possuir plasticidade quando misturado com água, de maneira que possa ser moldado, ter resistência à tração suficiente para manter o formato e, ainda, ser capaz de fundir as partículas quando a altas temperaturas. A plasticidade, a água de moldagem e o comportamento na secagem e queima dependem da granulometria e dos diversos minerais presentes. Em função de se trabalhar com modelos físicos em escala reduzida, as argilas foram compostas por partículas coloidais com diâmetro inferior a 0,005 mm, onde no produto final, ou seja, os blocos cerâmicos, deverão apresentar as propriedades físicas (aspectos, dimensões, esquadro e planeza) de acordo com as recomendações mínimas normativas, conforme a Tabela 02 da NBR 15270-2 [9].

LINDNER [12] ajudou a desenvolver a mistura cerâmica para o estudo apresentado neste trabalho. Para a fabricação das unidades foram utilizados dois tipos de argilas, as quais passaram por um processo de mistura, moagem e homogeneização. As duas argilas, após dosadas e misturadas no alimentador, foram ao destorroador onde foram desagregados e em seguida levados ao misturador horizontal. Neste último processo foi adicionado água para ajustar a umidade ideal para a extrusão. A Tabela 03 apresenta a composição química da argila determinada por meio de análise química por fluorescência de raios-X realizada no Centro de Tecnologia em Cerâmica na cidade de Criciúma/SC.

Nesse estudo foram fabricados blocos com diferentes geometrias adotando-se um fator de redução na escala geométrica de 1:3. A massa cerâmica foi conformada em uma extrusora onde, por meio de pressão, a massa foi empurrada por uma abertura modelada com a geometria do bloco, denominada de boquilha. A extrusora era dotada de uma câmara de vácuo para facilitar a desareação da massa.

4.2 Ensaios de caracterização mecânica dos blocos e argamassas

Na avaliação da influência da geometria dos blocos no comportamento mecânico das alvenarias foram realizados estudos experimentais de resistência à compressão da unidade, do prisma e da parede em escala reduzida 1:3, tendo por base o bloco com as dimensões reais (largura x altura x comprimento) 14 x 19 x 29 cm, assentados com dois traços de argamassa. Portanto, o blocos em escala reduzida tinha as seguintes dimensões (4,67 x 6,33 x 9,67 cm). A Figura 11 mostra as diferentes geometrias elaboradas para o estudo dos blocos, dimensões das unidades e uma imagem em escala reduzida dos blocos e dos prismas de três fiadas estudados nesta pesquisa. O objetivo do programa experimental foi de investigar a influência da geometria do bloco cerâmico nas alvenarias estruturais, quando submetidas a esforços de compressão em escala reduzida e verificar o potencial do uso desta para representar o comportamento da alvenaria. Para isso, estudou-se quatro diferentes tipos de geometrias de blocos, denominadas por blocos tipo A, B, C e D.

A redução na escala geométrica foi aplicada à junta de argamassa de assentamento e preenchimento das juntas verticais dos prismas e paredes. A fim de manter as propriedades nas juntas iguais as da escala real, a curva granulométrica adotada, também, foi reduzida. Optou-se por usar uma areia que se enquadrasse aos limites granulométricos da norma britânica, porém com a menor granulometria possível, conforme mostra a Figura 12. As argamassas de assentamento utilizadas nos ensaios experimentais seguiram os traços recomendados pela BSI-5628-1 [10] , cuja proporção entre os volumes dos materiais foram de 1:1:6 (Argamassa- I) e 1:0,5:4 (Argamassa- II), proporções entre os volumes de cimento:cal:areia. Foram empregadas as composições de argamassas de referência da norma britânica, pois a mesma apresenta as características mecânicas mínimas de cada traço para comparação dos ensaios experimentais. O fator água/cimento foi ajustado para ter uma consistência fixa de 270 mm ± 10 mm, medido na mesa de consistência. A argamassa de assentamento foi preparada em argamassadeira de eixo vertical. Para cada argamassada eram moldados seis corpos-de-prova cilíndricos de 5 cm de diâmetro por 10 cm de altura para, posteriormente, serem ensaiados à compressão aos 28 dias, de acordo com a NBR 13279 [13]. Os corpos-de-prova foram curados ao ar livre, em ambiente laboratorial durante 28 dias, para reproduzir as condições de cura da argamassa dos prismas e paredes. A composição granulométrica da areia das argamassas empregadas nos ensaios experimentais seguiram o recomendado pela BS 1200 [14]. O cimento Portland utilizado foi o CP II- F-32 e a cal hidratada do tipo CH-III. Para a determinação das massas unitárias do cimento e da cal adotaram-se os procedimentos descritos pela norma NBR 7251 [15]. A Tabela 04 mostra os valores das massas unitárias dos materiais que compõem a argamassa.

As geometrias dos blocos foram escolhidas, conforme as seguintes características:

1 – Bloco do tipo A, modelo vazado, com dois furos no formato retangular e similar ao bloco de concreto;

2 – Blocos do tipo B e C, modelo vazado, com dois furos arredondados. O bloco do tipo B mantém a mesma espessura de parede, acarretando uma maior área líquida. Para o bloco do tipo C a área líquida é mantida igual ao bloco tipo A, ocasionando uma menor espessura de parede;

3 – Bloco tipo D, modelo vazado, com dois furos retangulares espaçados pelo dobro da espessura da parede longitudinal, mais a espessura da junta de argamassa. Isso acarreta em uma coincidência nas juntas verticais de argamassa.

As relações entre as diferentes áreas líquidas dos blocos são apresentadas na Figura 13, onde se observa que, para a relação área líquida e bruta entre o bloco A e C (BA/BC), esse valor vale 1,0, ou seja, ambos os blocos possuem a mesma relação entre áreas de contato.

As paredes foram construídas com o auxílio de um aparato de execução, prumo de face e nível, para manter o alinhamento, a verticalidade e o nivelamento das fiadas, observando o que recomenda a NBR 8949 [16]. Na Figura 14 é apresentada a primeira e segunda fiadas das paredes e o aparato de execução. Para os diferentes tipos de blocos foram construídos cinco prismas com e sem a presença da junta vertical e três paredes para cada traço de argamassa, como mostra a Figura 15. A Tabela 05 apresenta as denominações especificadas para os diferentes ensaios de blocos, prismas e paredes. A denominação PA1 indica um prisma construído com bloco do tipo A e argamassa I e a denominação PPB2 indica uma parede construída com bloco tipo B e argamassa II. Portanto, B = bloco; P = prisma; PP = parede; Argamassa I- argamassa de traço (1:1:6); Argamassa II – argamassa de traço 1:0,5:4.

Em função da difícil execução de ensaios de tração direta, optou-se pela obtenção da resistência à tração do bloco cerâmico de forma indireta pelo ensaio de tração por compressão diametral, conforme indica a norma americana ASTM C1006-84 [17]. As barras de aço cilíndricas previstas para o ensaio possuíam diâmetro 1/8 a 1/12 da altura da amostra e com comprimento maior que a largura do mesmo. As mesmas foram posicionadas alinhadas no septo central do bloco. A velocidade de carregamento aplicada foi de 0,33 MPa/min. A resistência à tração foi determinada a partir da Equação 01.

Onde, f_t= resistência à tração por compressão diametral (MPa); P = carga aplicada (kN); L = comprimento (mm); H = altura da amostra. Os valores da resistência à tração por compressão diametral são apresentados na Tabela 06, juntamente com o esquema de ensaio.

Para a realização do ensaio de compressão foram separados, aleatoriamente, dezesseis (16) blocos de cada geometria, para serem submetidos ao ensaio de compressão axial. Os blocos foram testados observando os seguintes procedimentos:

– Os blocos foram capeados com pasta de cimento, sendo que para evitar fissuras por retração usou-se 30% de areia retida na peneira 0,15 mm;

– Após o capeamento de ambas as faces, os corpos de prova foram imersos em água por 24 horas;

– Antes da realização do ensaio, retirou-se o excesso de água com pano seco, efetuando-se a seguir as medições do bloco;

Os ensaios de compressão foram realizados aplicando–se um incremento de carga constante que proporcionasse uma velocidade da ordem de 0,5 MPa/segundo. Os valores da resistência à compressão dos diferentes tipos de blocos na área líquida e bruta são apresentados na Figura 16. A resistência à compressão na área bruta fornece uma resistência normalizada para um padrão de área constante sem o efeito da geometria dos furos.

4.3 Ensaios de caracterização mecânica dos prismas e paredes

Foram moldados cinco prismas de três blocos sobrepostos para cada traço de argamassa (I e II) e cinco prismas de três blocos, cuja fiada intermediária era composta por dois meios blocos e uma junta vertical. Para esse tipo de prisma foi empregado apenas o traço de argamassa designado por I. Optou-se pelo emprego de prismas de três blocos devido ao efeito do confinamento dos pratos da prensa nos blocos das extremidades, assim o bloco intermediário não sofre tensões de cisalhamento oriundos da interface chapa de aplicação de carga e a amostra. Nos ensaios dos prismas foram empregados argamassamento total, ou seja, todas as paredes (longitudinais e transversais) dos blocos foram preenchidas com argamassas. Os prismas foram moldados sobre uma mesa de granito nivelada e coberta com um plástico untado com óleo. A espessura da junta de argamassa permaneceu constante, da ordem de 3 ± 0,1 mm de espessura. Durante a execução dos prismas, se verificou o nivelamento e o prumo dos mesmos. Os prismas foram ensaiados nas idades de 28 dias. Anteriormente ao ensaio de compressão dos prismas, aproximadamente 48 horas antes, estes eram capeados com pasta de cimento acrescida com 30% de areia passante na peneira 0,15 mm. Os ensaios dos prismas e paredes foram realizados em uma prensa servo-controlada da marca SHIMADZU série UH de capacidade de 200 toneladas, com uma velocidade de carregamento de 0,05 ± 0,01 MPa/seg. A Tabela 07 apresenta os resultados médios de resistência à compressão das argamassas do Tipo I e II, obtidos dos ensaios de seis (6) corpos-de-prova.

Os resultados experimentais dos ensaios de compressão dos prismas de três fiadas, com e sem o meio bloco na fiada intermediária, para as argamassas do Tipo I e II são apresentados na Tabela 08, juntamente com o desvio padrão e o coeficiente de variação amostral. Os resultados de resistência à compressão dos prismas e blocos foram obtidos nas áreas líquidas e brutas para, em termos comparativos, avaliar as suas diferenças (ES 772-1 [18]). Pelos resultados de resistência à compressão dos prismas construídos com os blocos tipo A, B, C e D, não foram verificados diferenças significativas nas resistências destes à compressão. Essa pouca diferença nos valores de resistência, talvez se deva a sobreposição dos septos e das paredes longitudinais e transversais dos blocos, para os dois tipos de prismas testados. Além disso, é apresentado na Tabela 08 o fator de eficiência entre as resistências dos prismas pelo bloco (f_p/f_b), onde se verificou entre o prisma e o bloco uma redução no nível de resistência de aproximadamente 55% a 65%. Já os modos de ruptura dos prismas foram semelhantes aos obtidos por MENDES [8] , onde ocorreu uma ruptura por esmagamento da junta de argamassa de assentamento e, posteriormente, o fendilhamento no contato entre o bloco e a argamassa, como destacado pelos círculos da Figura 17. Nos ensaios de prismas se verificaram que os efeitos da redução na escala produziram modos de ruptura semelhantes aos obtidos experimentalmente na escala 1:1.

Foram moldadas três paredes e testadas para cada geometria de bloco e traço de argamassa. Anteriormente ao assentamento, os blocos foram molhados para evitar que o mesmo retire a água da argamassa e, por isso, não consiga hidratar o cimento. Os blocos das extremidades superiores e inferiores das paredes foram capeados, previamente, com pasta de cimento e 30% de areia fina. As paredes foram rompidas aos 28 dias, permanecendo em atmosfera laboratorial até a data dos ensaios. A Tabela 09 apresenta os resultados de resistência das paredes à compressão com as diferentes geometrias dos blocos e dois traços de argamassa, juntamente com os seus respectivos desvios-padrões e coeficiente de variação, medidos na área líquida e bruta. A Figura 18 apresenta os resultados individuais de resistência à compressão dos blocos, argamassas, prismas e paredes.

Na Figura 19 são apresentados os valores dos fatores de eficiência entre os prismas e as paredes em relação ao bloco, onde: fPA1/fB = resistência do prisma com argamassa I dividido pela resistência do Bloco; fPA2/fB = resistência do prisma com argamassa II dividido pela resistência do Bloco; fPPA1/fB = resistência da parede com argamassa I dividido pela resistência do Bloco; fPPA2/fB = resistência da parede com argamassa II dividido pela resistência do Bloco. Além disso, é apresentado o fator de eficiência das paredes, sendo 1,00 quando a resistência da parede equivale à do bloco cerâmico. Pelos resultados experimentais verificou-se que ocorreu uma diminuição significativa no fator de eficiência dos prismas e paredes com os diferentes blocos cerâmicos. Para as paredes, utilizando os blocos do tipo A, B, C e D, os fatores de eficiência não dependeram do tipo de argamassa (I e II). De acordo com os resultados experimentais, a geometria do bloco D apresentou os melhores resultados de eficiência, ficando próximo a 0,25. A melhora na distribuição das tensões verticais do septo central devido à geometria do bloco D, por conseqüência, da parede longitudinal ser o dobro da espessura da parede do bloco mais a espessura da junta de argamassa de assentamento, acarretou numa coincidência nas juntas verticais de argamassa e dos septos longitudinais e transversais do bloco, aumentando a eficiência à compressão da alvenaria. Nos prismas não se pode observar diferença na resistência à compressão com e sem a presença do meio bloco na junta intermediária para as diferentes geometrias de blocos, ou seja, os prismas não conseguiram representar a influência da geometria do bloco. Provavelmente, isso ocorreu devido aos prismas serem construídos pela sobreposição de blocos o que faz com que ocorra um alinhamento dos septos longitudinais e transversais de blocos. Com isso, concluiu-se que o bloco de geometria D teve um melhor desempenho à compressão em relação aos demais. A Figura 20 mostra o modo de ruptura das paredes à compressão construídas com diferentes tipos de blocos. Não observou mudança no modo de ruptura das paredes em função do tipo de bloco, onde a propagação de trinca foi basicamente vertical, cortando a junta de argamassa de assentamento e o bloco. Também foi verificado, durante os ensaios experimentais, o esmagamento de algumas juntas de argamassa, onde aconteceram concentrações de tensões com o conseqüente esmagamento do bloco. As deformações axiais foram medidas usando extensômetros mecânicos denominados de "demec-gauge", seguindo os procedimentos da NBR8522 [19] , como mostra a Figura 21. Os resultados experimentais medidos são a média de três amostras para cada tipologia de bloco. Pode-se identificar, nos resultados experimentais a chamada "Constante de Ritter" (k) para a alvenaria em relação ao tipo geométrico dos blocos. A "Constante de Ritter" é dada pela relação entre o módulo de elasticidade tangente inicial (E_parede) e a resistência à compressão (f_parede), conforme a Equação (02).

A Tabela 10 apresenta os resultados médios do módulo de elasticidade tangente inicial das paredes construídas com traço de argamassa I, obtido para um nível de tensão da ordem de 30% da resistência à compressão. Pelos valores das medidas de tensão e deformação inicial, se observou diferenças nas características do módulo de elasticidade das paredes em função da geometria do bloco, principalmente para os blocos do tipo B e C. Essa diferença entre o bloco B e C foi de 1,8 vezes. Não se acredita que essa diferença seja devido ao formato geométrico do bloco e, sim, pelo nível de tensão lateral confinante desenvolvido na argamassa, provocada pelos diferentes atritos entre a superfície do bloco e a junta de argamassa. Para este nível de tensão, a junta de argamassa é a principal responsável pelas deformações na parede. Calculou-se, também, a "Constante de Ritter". Onde este valor foi menor do que o especificado nas normas nacionais e internacionais como NBR 15812-1 [20] , cuja constante é de 600 e ES 6 [21] , onde o valor da constante recomendada é de 1000. Fato este pode estar relacionado ao grau de adensamento da argamassa no momento do assentamento das unidades, conforme ABBOUD [2] e CAMACHO [5].

5. Conclusões

De acordo com os resultados pode-se concluir que:

• O bloco com duplo septo central foram os que apresentaram melhor desempenho à compressão na parede em relação aos demais. Essa conclusão é possível pela verificação do fator de eficiência do conjunto (bloco e argamassa);

• Em função da sobreposição dos septos e das paredes longitudinais e transversais dos blocos, os ensaios de compressão em prismas, com blocos justapostos e com a presença do meio bloco na fiada intermediária, não foram adequados para verificar a influência da geometria na resistência. Para os casos analisados experimentalmente, o fator de eficiência variou de forma aleatória de 0,35 à 0,47, sem demonstrar um comportamento igual para os mesmos formatos de furos;

• Não houve diferença significativa na resistência da parede provocada pelo aumento da resistência da argamassa, provavelmete a redução na escala diminui esta influência;

• Pelos resultados de resistência e os correspondentes fatores de eficiência, verificou-se que ocorreu uma diminuição significativa no potencial resistente entre os prismas e as paredes;

• Os prismas de três blocos com uma fiada intermediária com dois meios-blocos não produziu fatores de eficiência menores em relação aos prismas com três blocos inteiros;

• Os blocos com o formato geométrico D proporcionaram uma distribuição de tensões de tração mais uniforme em relação aos demais formatos geométricos, devido a coincidência entre os septos das paredes transversais do bloco;

• Pelos resultados entre o módulo de deformação pela resistência à compressão (

  "constante de ritter") observou-se que na escala reduzida os valores foram significativamente menores, fator este proporcionado ao grau de adensamento da argamassa no momento do assentamento das unidades.

• O modo de ruptura dos prismas e paredes em escala reduzida foram semelhantes ao encontrado na literatura retratada neste trabalho, ou seja, com isso pode-se afirmar que o estudo em modelos reduzidos tem capacidade de reproduzir os ensaios em escala real, sendo uma alternativa eficiente para viabilizar os ensaios de tamanhos maiores. O modo de ruptura dos prismas e paredes foram por esmagamento da junta de argamassa de assentamento e, o posteriormente fendilhamento do contato entre o bloco e a argamassa de assentamento.

6. Referências

• [01] BRDE. Banco regional de desenvolvimento do extremo sul. Cerâmica vermelha: informe setorial. Florianópolis, SC, Dezembro, 1994, 14 P.
• [02] ABBOUD, B. E.; HAMID, A.A.; HARRIS, H.G. Small-Scale modeling of concrete block masonry structures. ACI Structural Journal, Detroit, v.87, n.2, p.145-155, mar/apr. 1990.
• [03] VOGT, H. Consideration and investigation on the basic principle of model tests in brickwork and masonry structures. Garston: Building Research Station, 1956. 30p.
• [04] MOHR, G. A. Slender load bearing brickwork walls with returns. Parkville: University of Melbourne/Civil Engineering Department, 1970. Thesis (MESc)-University of Melbourne, 1970.
• [05] CAMACHO, J.S. Contribuição ao estudo de modelos físicos reduzidos de alvenaria estrutural cerâmica. Tese de doutorado, Universidade de São Paulo, 1995.
• [06] NETO, J. A. do N. Estudo de painéis com abertura constituídos por alvenaria estrutural de blocos. Tese de doutorado, Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, 2003.
• [07] GOMES, N. S. A resistência das paredes de alvenaria. Dissertação de mestrado, Escola politécnica da universidade de São Paulo, 1974.
• [08] MENDES, R. J. K. Resistência à compressão de alvenarias de blocos cerâmicos estruturais. Dissertação de mestrado. Programa de pós-graduação em engenharia civil da Universidade Federal de Santa Catarina. Florianópolis, SC, 1998, 185 P.
• [09] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Blocos cerâmicos para alvenaria estrutural – terminologia e requisitos. NBR 15270-2, Rio de Janeiro, 2005.
• [10] BRITISH STANDARD INSTITUTE. Structural use of unreinforced masonry. BSI 5628-1, London, 1992.
• [11] GANESAN, T. P., RAMAMURTHY, K. Behavior of concrete hollow-block masonry prisms under axial compression. Journal of Structural Engineering, vol. 118, July, 1992.
• [12] LINDNER, G. Uso de modelo reduzido para pesquisa e desenvolvimento de blocos cerâmicos estruturais. Dissertação de mestrado. Programa de pós-graduação em engenharia civil da Universidade Federal de Santa Catarina. Florianópolis, SC, 95 P, 2001.
• [13] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Argamassa - Determinação da resistência à compressão – Método de ensaio. NBR 13279, Rio de Janeiro, 1995.
• [14] BRITISH STANDARD INSTITUTE. Specification for buildings sand from natural sources. BSI 1200, 1976.
• [15] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Agregado em estado solto - Determinação da massa unitária. NBR 7251, Rio de Janeiro, 1982.
• [16] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Paredes de alvenaria estrutural. Método de ensaio. NBR 8949, Rio de Janeiro, 1985.
• [17] AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. Standard test methods of splitting tensile strength of masonry units. ASTM C 1006-84, Philadelphia, 1984.
• [18] EUROPEAN STANDARD. Methods of test for masonry units – Part.1: Determination of compressive strength. ES 772-1, 2000.
• [19] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Concreto - determinação dos módulos estáticos de elasticidade e de deformação e da curva tensão e deformação. NBR 8522, Rio Janeiro, 2003.
• [20] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Alvenaria estrutural – Blocos cerâmicos – Parte 1: Projetos. NBR 15812-1, Rio Janeiro, 2010.
• [21] EUROPEAN STANDARD. Design of masonry structures – Part 1-1: Common rules for reinforced and unreinforced masonry structures. ES-6, 2002.

Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  11 Out 2012
• Data do Fascículo
  Out 2012

Histórico

• Recebido
  31 Maio 2011
• Aceito
  27 Jun 2012