UNI V E R S I D A D E F E D E R A L D O C E A R Á C E NT R O D E T E C NOL O G I A
D E PA R T A M E NT O D E E NG E NH A R I A E S T R UT UR A L E C O NS T R UÇ Ã O C I V I L PR O G R A M A D E PÓS -G R A D UA Ç Ã O E M E NG E NH A R I A C I V I L : E S T R UT UR A S E
C O NS T R UÇ Ã O C I V I L
A F O NS O H E NR I Q UE L A C E R D A B R I T O D E O L I V E I R A
E V O L UÇ Ã O D A R E S I S T ÊNC I A À C O M PR E S S Ã O D E PR I S M A S D E B L O C O S DE C O NC R E T O : A NÁ L I S E E X PE R I M E NT A L E M O D E L A G E M M A T E M Á T I C A
A F ONSO HE NR IQUE L A C E R D A B R IT O D E OL IV E IR A
E V OL UÇ Ã O D A R E S IS T ÊNC IA À C OMPR E S S Ã O D E PR IS MA S D E B L OC OS D E C ONC R E T O: A NÁ L IS E E X PE R IME NT A L E MOD E L A GE M MA T E MÁ T IC A
D issertaçã o submetida ao Programa de Pó s-Graduaçã o em E ngenharia C ivil: E struturas e C onstruçã o C ivil da Universidade F ederal do C eará, como parte integrante do Projeto de Pesquisa.
Á rea de C oncentraçã o: C onstruçã o C ivil. Orientador: Prof. D r. A lexandre A raújo B ertini C oorientador: Prof. D r. Guilherme A ris Parsekian
A F ONSO HE NR IQUE L A C E R D A B R IT O D E OL IV E IR A
E V OL UÇ Ã O D A R E S IS T ÊNC IA À C OMPR E S S Ã O D E PR IS MA S D E B L OC OS D E C ONC R E T O: A NÁ L IS E E X PE R IME NT A L E MOD E L A GE M MA T E MÁ T IC A
D issertaçã o apresentada ao Programa de Pó s-Graduaçã o em E ngenharia C ivil: E struturas e C onstruçã o C ivil da Universidade F ederal do C eará, como requisito parcial à obtençã o do título de Mestre em E ngenharia C ivil. Á rea de concentraçã o: C onstruçã o C ivil.
A provada em: 19 / 08 / 2017.
B A NC A E X A MINA D OR A :
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ Prof. D r. A lexandre A raújo B ertini (Orientador)
Universidade F ederal do C eará - UF C
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ Prof. D r. Guilherme A ris Parsekian
Universidade F ederal de S ã o C arlos - UF S C ar
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ Prof. D r. A ntônio Macário C artaxo de Melo
Universidade F ederal do C eará - UF C
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ Prof. D r. Humberto R amos R oman
A G R A D E C I M E NT O S A D eus por tudo.
A os meus pais, C armanoelito B rito de Oliveira e Maria de L ourdes L acerda B rito de Oliveira, pelo amor e incentivo para realizaçã o deste trabalho.
A s minhas irmã s, F atima T eresa e C armelita A ngélica, pelo apoio e descontraçã o nos momentos difíceis da vida acadê mica.
A o professor A lexandre A raújo B ertini, pela orientaçã o, dedicaçã o, confiança e amizade.
A o professor Guilherme A ris Parsekian pela co-orientaçã o, por suas contribuições para este trabalho e amizade.
A o professor A ntônio E duardo B ezerra C abral pelo apoio com os seus conhecimentos.
A todos os amigos e companheiros de Mestrado da Universidade F ederal do C eará, em especial, ao Maurício, J ordana, Heloína, George, D avid, A na Mara, S ávio, A frânia, D élcia, B osco, T iago e S hogo.
A os colegas do NUT E C que ajudaram na realizaçã o dos ensaios, em especial, a engenheira Maria, ao Marcos e ao V aldemir.
A os bolsistas da E ngenharia C ivil que ajudaram na realizaçã o dos ensaios, em especial, à L idia, F lávia e ao Geovane.
A o C NPq pelo apoio financeiro a este trabalho.
À empresa OS C Mineraçã o e E mpreendimentos pelo fornecimento dos blocos de concreto necessários para a realizaçã o desta pesqui sa.
À s empresas R ejuntamix e V otorantim pelo fornecimento das argamassas necessárias a realizaçã o desta pesquisa.
“Um gê nio é 1% de inspiraçã o e 99% de transpiraçã o.”
R E S UM O
E ste trabalho apresenta um estudo experimental com o objetivo de avaliar a evoluçã o da resistê ncia à compressã o da alvenaria estrutural, ao longo das idades, através do estudo da resistê ncia de primas, constituídos por dois blocos estruturais de concreto e propor um modelo matemático capaz de estimar a resistê ncia à compressã o dos prismas em diferentes idades. Para tanto, foram realizados ensaios de resistê ncia à compressã o e módulo de deformaçã o de prismas nã o grauteados e grauteados, em idades de 7, 14 e 28 dias, utilizando blocos de trê s diferentes resistê ncias, dois tipos de argamassa de assentamento industrializada e dois traços de graute, totalizando 12 diferentes tipos de prismas. A demais, nas referidas idades, a argamassa e o graute foram avaliados quanto à resistê ncia à compressã o e ao módulo de deformaçã o. T ambém foi avaliada a evoluçã o da resistê ncia da argamassa de assentamento, em funçã o do método de moldagem e forma dos corpos de prova. A crescenta-se que os prismas foram avaliados a respeito da interferê ncia das suas dimensões nominais e efetivas no resultado do ensaio de resistê ncia à compressã o.
A partir da análise dos resultados dos ensaios, nã o háinterferê ncia significativa das dimensões dos prismas nos resultados do ensaio de resistê ncia à compressã o, bem como nã o há diferenças si gnificativas em relaçã o ao formato do corpo-de-prova da argamassa e o respectivo resultado de resistê ncia à compressã o.
T ambém observou-se que os resultados de resistê ncia à compressã o aos 14 dias é bem próximo do valor obtido aos 28 dias (superior a 80%). C oncluíu-se também que a influê ncia dos componentes na resistê ncia final dos prismas pode ser analisada aos sete dias, de modo que, se, aos 7 dias, um aumento de resistê ncia no bloco provoca aumento de resistê ncia no prisma, esse mesmo efeito será observado aos 28 dias; da mesma forma, se, aos 7 dias, um aumento de resistê ncia no graute provoca diminuiçã o da resistê ncia no prisma, esse mesmo efeito será observado aos 28 dias.
Por fim, o presente trabalho foi capaz de fornecer trê s expressões para a estimativa de resistê ncia à compressã o de prismas, em diferentes idades (7, 14 e 28 dias), grauteados ou nã o, a partir das resistê ncias à compressã o das unidades.
A B S T R A C T
T his paper presents an experimental study in order to assess the evolution of the compressive strength of masonry, throughout the ages, through the materials resistance study consisting of two structural concrete blocks and propose a mathematical model able to estimate compressive strength of the prisms at different ages.
F or this purpose, the compressive strength tests were performed and prisms modulus of elasticity without grout and with grout, in ages of 7, 14 and 28 days, using three different resistances blocks, two types of mortar of industrialized and two lines of grout , totaling 12 different types of prisms. Moreover, in these ages, mortar and grout was evaluated for compressive strength and modulus of elasticity. It also evaluated the evolution of the mortar resistance, depending on the molding method and form of the specimens. It adds that the prisms were evaluated regarding the interference of their nominal and effective dimensions in the result of the compressive strength test.
F rom the anal ysis of the test results, there is no significant interference of the dimensions of the prisms on the results of the compressive strength test, and no significant differences in relation to the body-of-proof mortar format and the respective result of resistance compression.
It was also observed that the compressive strength results after 14 days is very close to the value obtained after 28 days ( greater than 80%). It was concluded that also influence of components in the final strength of the prisms can be anal yzed at seven days, so that if, at 7 days, a resistance increased in block causes increase in resistance in the prism, this same effect is observed after 28 days; L ikewise, if, at 7 days, a resistance increase in the grout causes a decrease in resistance in the prism, this same effect is observed after 28 days.
F inally, this study was able to provide three expressions for estimating prisms C ompressive strength at different ages (7, 14 and 28 days), with grout or not, from the compressive strength of the units.
L I S T A D E F I G UR A S
F igura 1 - F amília de blocos estruturais de largura 14 cm com seus complementares .... 26 F igura 2 - E squema do ensaio de traçã o indireta por compressã o, conforme A S T M
C 1006 (1984) ... 33 F igura 3 - T ipos de prismas utilizados para caracterizaçã o mecânica da alvenaria
estrutural: a) prisma com uma junta de argamassa, b) prismas com duas juntas de argamassa … ... 42 F igura 4 - E squema de distribuiçã o de tensões na alvenaria quando submetida à
compressã o ... 43 F igura 5 - D imensões de paredes (à esquerda) e mini-paredes (à direita) utilizadas em
ensaios para determinaçã o da resistê ncia à compressã o de alvenaria estrutural ... 45 F igura 6 - V ariaçã o da resistê ncia à compressã o de prismas de alvenaria de blocos
vazados de concreto em funçã o da resistê ncia do bloco … … … ... 49 F igura 7 - E feito da resistê ncia da argamassa na resistê ncia à compressã o de prismas
de alvenaria de blocos vazados de concreto ... 50 F igura 8 - E feito da espessura da junta de assentamento na resistê ncia de prismas de
alvenaria de blocos vazados de concreto … … ... 51 F igura 9 - B locos de concreto utilizados na pesquisa sendo entregues sobre palets ... 56 F igura 10 - E quipamento utilizados nos ensaios de resistê ncia a compressã o dos blocos
de concreto utilizados na pesquisa ... 58 F igura 11 - E tapas de produçã o dos prismas: a) identificaçã o dos blocos; b) capeamento
dos blocos com enxofre; c) assentamento dos blocos; d) verificaçã o da espessura da junta; e) grauteamento dos furos; f) lote de prismas portos para serem ensaiados ... 65 F igura 12 - F ixaçã o do equipamento utilizado na pesquisa para determinaçã o do
módulo de deformaçã o das argamassas ... 68 F igura 14 - F ixaçã o do equipamento utilizado na pesquisa para determinaçã o do
módulo de deformaçã o dos prismas ... 70 F igura 15 - R esultados da resistê ncia média à compressã o ( área líquida) dos blocos tipo
B 2 ao longo do tempo ... 74 F igura 16 - C urvas de resistê ncia à compressã o das argamassas utilizadas na pesquisa,
considerando-se as diferentes formas dos corpos-de-prova ensaiados: prismáticos e cilíndricos ... 77 F igura 17 - Influê ncia da resistê ncia dos blocos na resistê ncia dos prismas sem graute ... 82 F igura 18 - Influê ncia da resistê ncia dos blocos na resistê ncia dos prismas grauteados ... 83 F igura 19 - Influê ncia da resistê ncia dos blocos na resistê ncia dos prismas ao longo do
tempo: a) 7dias, b) 14 dias e c) 28 dias... 84 F igura 20 - Influê ncia da resistê ncia da argamassa na resistê ncia dos prismas das séries
1, 3, 5, 7, 9 e 11 … … ... 85 F igura 21 - Influê ncia da resistê ncia da argamassa na resistê ncia dos prismas das séries
2, 4, 6, 8, 10 e 21 ao longo do tempo: a) 7dias, b) 14 dias e c) 28 dias ... 86 F igura 22 - Influê ncia da resistê ncia dos grautes na resistê ncia dos prismas ao longo do
tempo: a) 7dias, b) 14 dias e c) 28 dias ... 88 F igura 23 - Modos de ruptura de prismas nã o grauteados das séries 1 ( B 3-A 1) e 2 (B
2-A 1) aos 28 dias: a) prisma antes da ruptura; b) prisma da série 2 após ruptura; c) prisma da série 1 após ruptura ... 89 F igura 24 - Modos de ruptura de prismas nã o grauteados das séries 7 ( B 3-A 1) e 8 (B
2-A 1) aos 28 dias: a) prisma B 3-A 1, vista lateral; b) prisma B 3-A 1, perspectiva; c) prisma B 2-A 1, perspectiva; d) prisma B 2-A 1, vista lateral .... 90 F igura 25 - Modos de ruptura de prismas grauteados aos 28 dias: a) prisma B3-A 1-G1,
vista lateral; b) prisma B 3-A 1-G1, perspectiva; c) prisma B 2-A 1-G 1, perspectiva; d) prisma B 2-A 1-G1, vista lateral … … … ... 91 F igura 26 - Modos de ruptura de prismas grauteados aos 28 dias: a) prisma B3-A 1-G2,
perspectiva; d) prisma B 2-A 1-G2, vista lateral … … … ... 91 F igura 27 - Modos de ruptura de prismas grauteados aos 28 dias: a) prisma B1-A 2-G1,
vista lateral; b) prisma B 1-A 2-G1, perspectiva; c) prisma B 2-A 2-G 1, perspectiva; d) prisma B 2-A 2-G1, vista lateral ... 92 F igura 28 - Modos de ruptura de prismas grauteados aos 28 dias: a) prisma B1-A 2-G2,
vista lateral; b) prisma B 1-A 2-G2, perspectiva; c) prisma B 2-A 2-G 2, perspectiva; d) prisma B 2-A 2-G2, vista lateral … … … ...… … 92 F igura 29 - E voluçã o da resistê ncia à compressã o para as 12 séries de prismas, 2 tipos
de argamassas e 2 tipos de grautes ensaiados durante a execuçã o desta pesquisa … … … ... 97 F igura 30 - E voluçã o da resistê ncia à compressã o para os 2 tipos de argamassas e 2
tipos de grautes ensaiados durante a execuçã o desta pesquisa … … … 98 F igura 31 - E voluçã o da resistê ncia à compressã o para as 12 séries de prismas
ensaiados durante a execuçã o desta pesquisa: a) todas as 12 séries; b) séries nã o grauteadas; c) detalhamento das séries B 2-A 1-G2 e B 2-A 2-G2 ... 99 F igura 32 - Rj/R28 entre a resistê ncia à compressã o numa idade “j” (Rj) e a resistê ncia à
compressã o aos 28 dias (R28) para todas as séries de prismas, argamassas e
grautes utilizados na pesquisa ... 100 F igura 33 - Rj/R28 entre a resistê ncia à compressã o numa idade “j” (Rj) e a resistê ncia à
compressã o aos 28 dias (R28) para: a) argamassas e grautes; b) todas as
L I S T A D E T A B E L A S
Tabela 1 - R esistê ncia mínima à compressã o para blocos de concreto de acordo com a
A S T M C 90-15 (2015) … … … ... 25
Tabela 2 - Dimensões padronizadas para algumas famílias de blocos de concreto inteiro, conforme A B NT NB R 6136:2014 (A B NT, 2014) … … … ... 26
Tabela 3 - E spessura mínima das paredes dos blocos de concreto, conforme A BNT NB R 6136:2014 (A B NT, 2014) … … … ... 27
Tabela 4 - R equisitos para absorçã o e retraçã o de blocos de concreto, conforme a A B NT NBR 6136:2014 ( A B NT, 2014) … … … ... 28
Tabela 5 - A bsorçã o máxima (%) para blocos de concreto segundo a A S T M C 90-15 (2015) ... 28
Tabela 6 - Teor de umidade admissível para os blocos de concreto, conforme A ST M C 90-15 (2015) … … … ... 29
Tabela 7 - V alores de ∅ para cálculo da resistê ncia a compressã o de blocos de concreto,conforme a A B NT NB R 6136:2014 (A B NT, 2014) … … ... 32
Tabela 8 - V alores de ∅ ... 46
Tabela 9 - Dimensões dos blocos vazados de concreto utilizados na pesquisa ... 57
Tabela 10 - C aracterísticas físicas dos blocos vazados de concreto utilizados na pesquisa... 57
Tabela 11 - Propriedades da argamassa de assentamento A 1 utilizada na pesquisa ... 59
Tabela 12 - Propriedades da argamassa de assentamento A 2 utilizada na pesquisa ... 59
Tabela 13 - T raços dos grautes utilizados na pesquisa ... 60
Tabela 14 - Propriedades cimento utilizado para confecçã o dos grautes ... 61
Tabela 15 - C omposiçã o granulométrica da areia utilizada na pesquisa … … … .. 61
Tabela 16 - C aracterísticas físicas da areia utilizada na pesquisa … … … 62
Tabela 17 - C aracterísticas físicas da brita utilizada na pesquisa … … … . 62
Tabela 19 - C ombinações de bloco, argamassa e graute utilizadas para confecçã o dos prismas … … … .. 63 Tabela 20 - R esistê ncia média à compressã o dos blocos de concreto utilizados na
pesquisa … … … . 73 Tabela 21 - R esistê ncia média do módulo de elasticidade dos blocos de concreto
utilizados na pesquisa … … … 73 Tabela 22 - C álculo do módulo de deformaçã o dos blocos, de acordo com o A C I
B uilding C ode 318 … … … 74 Tabela 23 - V alores médiosde resistê ncia à traçã o na flexã o de C P’s prismáticos das
argamassas utilizadas na pesquisa … … … . 75 Tabela 24 - V alores médios de resistê ncia à compressã o de C P’s prismáticos das
argamassas utilizadas na pesquisa … … … . 75 Tabela 25 - V alores médios de resistê ncia à compressã o de C P’s cilíndricos das
argamassas utilizadas na pesquisa … … … . 76 Tabela 26 - V alores médios de módulo de deformaçã o das argamassas utilizadas na
pesquisa … … … . 77 Tabela 27 - V alores médios de resistê ncia à compressã o dos grautes utilizadas na
pesquisa … … … . 78 Tabela 28 - V alores médios de módulo de deformaçã o dos grautes utilizadas na
pesquisa … … … . 79 Tabela 29 - V alores médios de resistê ncia à compressã o dos diferentes tipos de prismas
utilizados na pesquisa … … … 80 Tabela 30 - V alores médios do módulo de deformaçã o dos diferentes tipos de prismas
utilizados na pesquisa … … … 81 Tabela 31 - Diferença percentual entre as tensões de ruptura obtidas utilizando-se as
dimensões efetivas e as tensões obtidas considerando-se as dimensões nominais, em relaçã o à s tensões obtidas considerando-se as dimensões efetivas, para os prismas das séries 07 a 12 … … … .. 94 Tabela 33 - C omparativo dos Módulos de elasticidade das argamassas obtidos
experimentalmente e calculados através de equações propostas por outros autores … … … ... 95 Tabela 34 - C omparativo dos Módulos de elasticidade dos grautes obtidos
experimentalmente e calculados através de equações propostas por outros autores … … … ... 96 Tabela 35 - C omparativo dos Módulos de elasticidade dos prismas obtidos
experimentalmente e calculados através de equações propostas por outros autores … … … ... 96 Tabela 36 - C omparativo dos Módulos de elasticidade dos prismas obtidos
L I S T A D E Q UA DR O S
S UM Á R I O
1 I NT R O D UÇ Ã O ... 19
1.1 Pr oblema ... 20
1.2 J ustificativa ... 20
1.3 O bj etivos ... 21
1.3.1 Geral ... 21
1.3.2 E specíficos ... 21
1.4 E str utur a do T exto ... 22
2 R E V I S Ã O B I B L I O G R Á F I C A ... 24
2.1 B r eve histór ico da alvenar ia estr utur al ... 24
2.2 C omponentes da alvenar ia estr utur al de blocos de concr eto ... 24
2.2.1 B locos de C oncreto ... 24
2.2.1.1 Propriedades F ísicas ... 27
2.2.1.2 Propriedades Mecâ nicas ... 30
2.2.2 A rgamassa de A ssentamento ... 34
2.2.2.1 Propriedades ... 35
2.2.2.2 T rabalhabilidade ... 35
2.2.2.3 Retençã o de água ... 36
2.2.2.4 Aderê ncia ... 37
2.2.2.5 Resiliê ncia ... 37
2.2.2.6 Resistê ncia à compressã o ... 38
2.2.3 Graute ... 38
2.2.3.1 Propriedades ... 39
2.2.3.2 T rabalhabilidade ... 39
2.2.3.3 Aderê ncia ... 40
2.2.3.4 Resistê ncia à compressã o ... 40
2.3.1 Prismas ... 42
2.3.2 Mecanismo de R uptura ... 43
2.3.3 R esistê ncia à C ompressã o ... 44
2.3.4 F atores que afetam a resistê ncia da alvenaria ... 48
2.3.4.1 Resistê ncia do bloco ... 48
2.3.4.2 Resistê ncia da argamassa de assentamento ... 49
2.3.4.3 Geometria do Bloco ... 50
2.3.4.4 E spessura da junta de assentamento ... 51
2.3.4.5 C aracterísticas de deformaçã o das unidades e da argamassa. ... 51
2.4 E quações par a estimar a r esistê ncia e pr opr iedades da alvenar ia ... 52
3 PR O G R A M A E X PE R I M E NT A L ... 56
3.1 C ar acter izaçã o dos mater iais e ensaios r ealizados ... 56
3.1.1 B locos ... 56
3.1.2 A rgamassa de assentamento ... 58
3.1.3 Graute ... 60
3.2 Pr ismas ... 63
3.3 I nstr umentaçã o e deter minaçã o do módulo de defor maçã o par a os pr ismas e seus componentes. ... 65
3.3.1 B loco ... 66
3.3.2 A rgamassa de assentamento ... 67
3.3.3 Graute ... 68
3.3.4 Prisma ... 69
3.4 M odelo matemático ... 71
4 A NÁ L I S E E A PR E S E NT A Ç Ã O D O S R E S UL T A D O S ... 73
4.1 B locos ... 73
4.2 A r gamassas ... 74
4.3 G r autes ... 78
4.4.1 I nfluê ncia da resistê ncia do bloco na resistê ncia do prisma ... 82
4.4.2 I nfluê ncia da resistê ncia da argamassa na resistê ncia do prisma ... 85
4.4.3 I nfluê ncia da resistê ncia do graute na resistê ncia do prisma ... 87
4.4.4 Modos de ruptura dos prismas ... 89
4.4.5 I nfluê ncia das dimensões nominais e efetivas dos prismas no resultado do en- saio de compressã o axial ... 92
4.4.6 C omparativo dos resultados de módulos de elasticidade obtidos experimental- mente e calculado a partir de equações analíticas. ... 94
4.5 A valiaçã o da r esistê ncia à compr essã o ao longo do tempo ... 97
4.6 M odelo M atemático ... 102
5 C O NC L US Õ E S E R E C O M E ND A Ç Õ E S ... 105
R E F E R ÊNC I A S ... 108
A NE X O A – R E S UL T A D O S I NDI V I D UA I S D OS E NS A I O S D E R E S I S - T ÊNC I A ... 113
19
1 I NT R O D UÇ Ã O
O direito à moradia estampa a necessidade básica do homem, sendo requisito imprescindível para uma vida plena. E como tal, está expressamente incluído no rol dos direitos constitucionais como direito social fundamental, conforme o artigo 6º da C onstituiçã o F ederal de 1988 (B R A S IL , 1988).
A pesar de caracterizada como direito fundamental e necessidade básica, nem todos os brasileiros tem acesso à moradia, pois, segundo dados da F undaçã o J oã o Pinheiro (2015), o déficit habitacional no B rasil, em 2012, era da ordem de 5,43 milhões de moradias; no C eará este número chega a 246.274 moradias; e só na regiã o metropolitana de F ortaleza, o déficit chega a 123.361 domicílios.
S egundo artigo do portal V alor E conômico ( B R A S IL ..., 2014) esse índice continuará crescendo, sendo necessário um investimento de R $ 760 bilhões até o ano de 2024 para atender ao volume de construçã o de 1 milhã o de residê ncias por ano.
Por outro lado, o atual cenário de crise da economia brasileira, e a conseqüente reduçã o do crédito imobiliário, dificultam ainda mais um investimento anual dessa ordem, impondo ao S etor da C onstruçã o uma renovaçã o técnica e a busca por métodos de construçã o capazes de elevar a produtividade e minimizar custos.
Uma boa resposta a essa conjuntura é a opçã o pela alvenaria estrutural, sistema construtivo utilizado desde a A ntiguidade até os dias atuais, cujas principais características sã o, dentre outras: fácil aplicaçã o dos materiais, racionalizaçã o e a reduçã o dos prazos de execuçã o em comparaçã o a outras técnicas construtivas, sendo frequentemente adotada em obras do Programa Minha C asa Minha V ida (PMC MV ).
T al utilizaçã o no PMC MV decorre do fato de que as edificações tornam-se mais baratas para o construtor, tornando-se mais viáveis para o consumidor, evidenciando o grande benefício social que pode advir desse processo construtivo, principalmente num país que tem um grande déficit habitacional a eliminar (J US T E , 2001).
C ontudo, o conhecimento atual ainda nã o permite o estabelecimento límpido de um conjunto de parâmetros e seus respectivos coeficientes de segurança a serem utilizados em projetos de alvenaria estrutural (B A R B OS A , 2008; PA R S E K IA N & S OA R E S , 2010).
20
preconizado pela A B NT NB R 10837 ( A B NT , 1989). T odavia, os mesmos dispositivos normativos estabelecem alguns coeficientes de segurança considerados bastante conservadores por alguns autores ( IZ IQU IE R D O, 2015; PA R S E K IA N & S OA R E S , 2010).
V ale ressaltar que à medida que o comportamento de um material (sistema construtivo) torna-se mais conhecido e dominado, os coeficientes de segurança e alguns parâmetros e/ou recomendações de projeto podem ser minimizados/otimizados. D este modo, permite-se a utilizaçã o mais eficiente dos materiais – por exemplo, o emprego de seções mais esbeltas – possibilitando ganhos em menor consumo de material, consequentemente, menor custo de execuçã o e, até mesmo, menor prazo de duraçã o da obra.
A ssim, os resultados de novas pesquisas sobre o comportamento da alvenaria, em especial, o desenvolvimento da resistê ncia à compressã o e suas correlações com as propriedades mecânicas dos componentes que a constituem contribuem para melhores esclarecimentos dos coeficientes a serem utilizados em projetos.
1.1 Pr oblema
Obter parâmetros e formulaçã o matemática para estimar a evoluçã o da resistê ncia à compressã o ao longo do tempo de prismas de blocos estruturais de concreto, conhecidas as propriedades mecânicas (resistê ncia à compressã o e/ou módulo de elasticidade) de seus constituintes – bloco, argamassa e graute.
1.2 J ustificativa
A alvenaria estrutural, devido à s diversas vantagens inerentes a esse sistema construtivo, tem sido bastante adotada para execuçã o de Habitações de Interesse S ocial (H IS ) (MA T A , 2006; J UST E , 2001).
A pesar do uso remoto desse sistema construtivo, ainda é incipiente o número de trabalhos conclusivos sobre o seu comportamento no que se refere a evoluçã o e distribuiçã o de tensões/deformações do material, coeficientes de segurança, dentre outras características ( IZ IQU IE R D O, 2015; PA R S E K IA N et al., 2012; B A R B OS A , 2008; S IL V A , 2007; MA T A , 2006; J US T E , 2001).
21
desenvolvimento da resi stê ncia à compressã o da alvenaria em decorrê ncia das propriedades mecânicas dos materiais envolvidos.
S eguindo essa linha, alguns estudos, além de normas estrangeiras, propõem modelos matemáticos para predizer a resistê ncia à compressã o da alvenaria estrutural a partir da resistê ncia à compressã o dos seus componentes (J A B E R apud F ortes, 2012; K HA L A F , 1991; HIL S D OR F , 1969; E UR OC OD E 6, 1996). E ntretanto, a variável tempo nã o está associada a nenhum desses modelos, surgindo a necessidade do desenvolvimento de novos modelos que introduzam tal variável no cálculo.
D este modo, o presente trabalho tem por objetivo central abrir possibilidade de estimar a resistê ncia à compressã o da alvenaria ao longo do tempo.
1.3 O bj etivos 1.3.1 Geral
O objetivo geral da pesquisa é estudar o comportamento estrutural de prismas de blocos estruturais de concreto (prisma é um corpo-de-prova obtidos pela superposiçã o de blocos unidos pro junta de argamassa, grauteados ou nã o) ao longo do tempo quando submetidos a ensaio de compressã o axial, bem como a interferê ncia das propriedades mecânicas de seus consti tuintes (bloco, argamassa e graute) nesse comportamento.
1.3.2 E specíficos
Os objetivos específicos sã o:
a) C aracterizar mecanicamente os blocos de concreto, argamassas e grautes comumente utilizados em obra de alvenaria estrutural na R egiã o Metropolitana de F ortaleza;
b) A valiar experimentalmente a resistê ncia à compressã o de blocos de concreto, argamassas e grautes, prismas ocos e cheios em diferentes idades;
22
d) V erificar as propriedades mecânicas de argamassas (resistê ncia à compressã o, resistê ncia à traçã o e módulo de deformaçã o) e a influê ncia dessas propriedades na resistê ncia à compressã o do prisma de alvenaria;
e) V erificar as propriedades mecânicas de grautes (resistê ncia à compressã o e módulo de deformaçã o) e a influê ncia dessas propriedades na resistê ncia à compressã o do prisma de alvenaria;
f) V erificar a influê ncia das dimensões nominais e efetivas de prismas de alvenaria no seu resultado do ensaio de compressã o axial;
g) E stabelecer relações ( fatores de eficiê ncia) entre a resistê ncia à compressã o dos blocos e a resistê ncia à compressã o de prismas de alvenaria;
h) A nalisar os resultados obtidos para o módulo de elasticidade dos componentes (bloco, graute e argamassa) em comparaçã o com resultados obtidos através de equações para estimar essa propriedade;
i) A nalisar os resultados obtidos para o módulo de elasticidade dos prismas em comparaçã o com resultados obtidos através de equações para estimar essa propriedade;
j) Propor um modelo matemático capaz de estimar a resistê ncia à compressã o de primas de blocos estruturais de concreto ao longo do tempo em funçã o da resistê ncia à compressã o de seus componentes em diferentes idades.
1.4 E str utur a do T exto
E ste trabalho está estruturado em cinco capítulos, sendo que na introduçã o foi apresentado o tema em estudo, indicando a hipótese do trabalho, os motivos que levaram à pesquisa, a importância e os objetivos desta.
O capítulo 2 apresenta revisã o sobre o estado-da-arte da A lvenaria E strutural, enfatizando os assuntos diretamente relacionados com os objetivos do presente trabalho, dissertando-se sobre os principais fatores intervenientes no comportamento estrutural dos elementos de alvenaria, as propriedades mecânicas dos materiais que constituem as unidades e sobre as pesquisas que utilizam modelos matemáticos para previsã o da resistê ncia e deformabilidade destas estruturas.
23
Os resultados experimentais sã o apresentados no C apítulo 4, no qual as correlações entre as propriedades mecânicas dos materiais sã o estabelecidas e o comportamento dos elementos nos respectivos ensaios. A presentam-se ainda a análise teórica embasada nos resultados experimentais e os resultados provenientes da modelagem matemática.
24
2 R E V I S Ã O B I B L I O G R Á F I C A
E ste capítulo descreve os materiais componentes da alvenaria estrutural em blocos de concreto, suas propriedades físicas e mecânicas, bem como essas características influenciam na resistê ncia à compressã o dos prismas de alvenaria estrutural e no seu modo de ruptura. T ambém estápresente uma revisã o de pesquisas anteriores, cujas abordagens envolvem tanto ensaios experimentais, como modelos matemáticos sobre o comportamento da alvenaria estrutural sob compressã o.
2.1 B r eve histór ico da alvenar ia estr utur al
A alvenaria estrutural é um sistema construtivo bastante anti go em que o homem utilizava blocos espessos de pedra para construir as edificações. A estrutura e arquitetura das construções, nesta época, eram caracterizadas pela execuçã o de paredes com grande espessura, e pela utilizaçã o de formas e arcos, na tentativa de alcançar maiores vã os (F R A S S ON J UNIOR , 2000).
A s construções em alvenaria estrutural, até o final do século X IX , eram erguidas segundo regras puramente empíricas, baseadas nos conhecimentos adquiridos ao longo dos séculos (SA B B A T INI, 1984).
A s pesquisas iniciais no B rasil, sobre alvenaria estrutural com blocos cerâmicos, foram desenvolvidas no Instituto de Pesquisas T ecnológicas do E stado de S ã o Paulo ( IPT ) e na E scola Politécnica da Universidade de S ã o Paulo, por volta das décadas de 70 e 80 (PA R S E K IA N& S OA R E S , 2010).
D estaca-se ainda que o sistema de alvenaria estrutural é bastante aplicado em empreendimentos habitacionais de larga escala, em que é exigido uma maior racionalizaçã o dos processos, planejamento, controle, rapidez e menor custo, os quais constituem exigê ncias que sã o contempladas pela opçã o do referido sistema (PA R S E K IA N& S OA R E S , 2010).
2.2 C omponentes da alvenar ia estr utur al de blocos de concr eto 2.2.1 B locos de C oncreto
25
75% da área bruta. A inda de acordo com a referida norma, também podem ser utilizados os blocos perfurados (quando a sua área líquida estiver entre 75 e 100% da área bruta) e maciços (quando a área líquida for igual a área bruta).
Medeiros & S abbatini ( 1993) definem o bloco de concreto como “unidade de alvenaria constituída pela mistura homogê nea, adequadamente proporcionada, de cimento Portland, agregado miúdo, graúdo e água, conformada através de vibraçã o e prensagem possuindo dimensões superiores a 250 x 120 x 55 mm (comprimento x largura x altura)”.
Para a norma americana A S T M C 90-15 (2015), o bloco de concreto é uma unidade obtida a partir da mistura de cimento Portland, água e agregados minerais, com ou sem a adiçã o de outros materiais.
J á a norma britânica B S 6073-2 (2008) define este mesmo bloco como sendo a unidade de alvenaria que excede as dimensões máximas dos tijolos, seja no comprimento, na altura ou na largura, devendo ter altura máxima de seis vezes a largura e o volume das cavidades que o atravessam na direçã o da altura, ser inferior a 50% do volume total do bloco.
Quanto a aplicaçã o dos blocos, a A B NT NB R 6136:2014 (A B NT , 2014) os dividem em trê s classes:
C lasse A (fbk ≥ 8,0MPa) – podem ser aplicados em todas as situações, acima ou
abaixo do nível do solo, e podem ser expostos à umidade;
C lasse B (4,0MPa ≤ fbk< 8,0MPa) – podem ser usados em qualquer estrutura,
desde que esteja acima do nível do solo e sem contato com umidade;
C lasse C ( fbk ≥ 3,0MPa) – única classe que pode ser utilizada como vedaçã o,
quando utilizado com funçã o estrutural limita-se à edificações de cinco pavimentos, acima do nível do solo e sem contato com umidade.
Por outro lado, a A S T M C 90-15 (2015) classifica os blocos estruturais vazados de concreto por sua resistê ncia mínima à compressã o (T abela 1) de acordo com o uso – nã o por classes de resistê ncia.
T abela 1 – R esistê ncia mínima à compressã o para blocos de concreto de acordo com a A S T M C 90-15 ( 2015). C lasse
R esistê ncia à compr essã o (M Pa)
M édia de 3 blocos V alor individual
N 6,88 5,51
S 4,42 4,13
26
C om relaçã o à s medidas dos blocos, a A BNT NB R 6136:2014 (A B NT , 2014) preconiza dimensões padronizadas. A T abela 2 mostra alguns desses valores para blocos inteiros das famílias de blocos mais utilizadas em edificações. V ale ressaltar que a referida norma permite tolerâncias para a largura de ± 2mm e para a altura e comprimento de ± 3mm.
T abela 2 – D imensões padronizadas para algumas famílias de blocos de concreto inteiro, conforme A B NT NB R 6136:2014 (A B NT , 2014) .
F amília
M edida Nominal ( mm)
L ar gur a A ltur a C ompr imento
20 x 40 190 190 390
15 x 40 140 190 390
15 x 30 140 190 290
F onte: A B NT NB R 6136:2014 ( A B NT , 2014) .
A F igura 1 ilustra exemplos da geometria de uma família de blocos de 14 cm com seus elementos complementares.
F igura 1 – F amília de blocos estruturais de largura 14 cm com seus complementares.
F onte: Mohamad (2007)
27
paredes transversais aos blocos (em milímetros) , dividida pelo comprimento nominal dos blocos (em metros).
T abela 3 – E spessura mínima das paredes dos blocos de concreto, conforme A B NT NB R 6136:2014 (A B NT , 2014) .
C lasse L ar gur a Nominal ( mm)
E spessur a das Par edes longitudinais ( mm)
Par edes tr ansver sais E spessur a ( mm)
E spessur a E quivalente
( mm/m) A
190
32
25 188
140
25 B
190
32 140
25 F onte: A B NT NB R 6136:2014 ( A B NT , 2014) .
2.2.1.1 Propriedades F ísicas
Os blocos estruturais de concreto sã o caracterizados por trê s propriedades físicas: absorçã o, teor de umidade e retraçã o por secagem (A B NT , 2014; MA T A , 2006; S T E IL , 2003). A diante serã o abordadas cada uma dessas propriedades.
A capacidade de absorçã o de água é utilizada como um indicador da quantidade de vazios e da permeabilidade do bloco e, conseqüentemente, de sua durabilidade. A lém disso, se a absorçã o inicial é alta, quando em contato com a argamassa e o graute, o bloco pode absorver muita água destes materiais, prejudicando a hidrataçã o da pasta de cimento dos mesmos e, com isso, diminuindo a resistê ncia desses componentes, (PA R S E K IA N& S OA R E S , 2010), além disso, a alta absorçã o dos blocos poderá ocasionar perda de aderê ncia da argamassa e retraçã o do graute (MA T A , 2006; C A L Ç A D A , 1998).
Para o cálculo desta propriedade, há um método de ensaio estabelecido pela A B NT NB R 12118:2007 (A BNT , 2007), no qual a absorçã o é calculada através da equaçã o abaixo:
�(%)= ×100 (1)
Onde: � (%) = medida da absorçã odo (s) bloco(s);
m1 = massa seca em gramas (após secagem em estufa por 24 horas);
28
A A B NT NB R 6136:2014 (A BNT , 2014) estabelece valores limites para esta absorçã o, tais valores variam de acordo com a classe a que pertencem os blocos e o tipo de agregado utilizado na fabricaçã o dos mesmos (T abela 4). O menor valor desta propriedade, conforme a mesma norma, é estabelecido para os blocos de “classe A ”, fabricados com agregados normais, cuja absorçã o máxima é de 8% para resultados individuais e 6% para a média dos blocos ensaiados.
T abela 4 – R equisitos para absorçã o e retraçã o de blocos de concreto, conforme a A B NT NB R 6136:2014 ( A B NT , 2014) .
C lasse
A bsor çã o ( % )
A gr egado nor mal A gr egado leve I ndividual M édia I ndividual M édia
A ≤ 8,0 ≤ 6,0
≤ 16,0 ≤ 13,0
B ≤ 10,0 ≤ 8,0
C ≤ 12,0 ≤ 10,0
F onte: A B NT ( 2014)
A norma americana A S T M C 90-15 (2015) também utiliza a classe dos blocos para definir o limite de absorçã o. E ntretanto, para a fixaçã o dos valores máximos dessa propriedade, utiliza-se o peso seco das unidades (T abela 5), ao invés do tipo de agregado empregado na produçã o dos blocos.
T abela 5 – A bsorçã o máxima ( %) para blocos de concreto segundo a A S T M C 90-15 ( 2015).
F amília
A bsor çã o ( média 3 blocos) M assa específica seca ( k gf/m³)
>2000 1680-2000 <1680
V azado, classe N
13 15 18
V azado, classe S Perfurado, classe N Perfurado, classe S
Maciço, classe N 10 13 15
Maciço, classe S 13 15 18
F onte: A S T M C 90-15 ( 2015) .
29
C lasse A (fbk ≥ 8,0MPa) – o teor de umidade média, no momento da execuçã o
do ensaio de compressã o deve ser de 40 ± 20%;
C lasse B e C ( fbk< 8,0MPa) – o teor de umidade média, no momento da
execuçã o do ensaio de compressã o deve ser de 25 ± 15%;
E m ambas as condições e quando o teor de umidade dos blocos for superior ao especificado acima, a norma brasileira permite a aceitaçã o dos resultados do ensaio de compressã o, no caso de valores superiores ao especificado em projeto.
Quando o teor de umidade dos blocos for inferior ao especificado acima, a norma brasileira indica a rejeiçã o dos resultados do ensaio de compressã o, mesmo no caso de valores superiores ao especificado em projeto.
J á a A S T M C 90-15 (205) fixa o teor máximo de umidade para a utilizaçã o dos blocos, em funçã o da sua retraçã o por secagem e da umidade relativa anual média do local de utilizaçã o. E stes valores podem ser observados na T abela 6.
T abela 6 – T eor de umidade admissível para os blocos de concreto, conforme A S T M C 90-15 ( 2015).
R etr açã o linear ( % )
Umidade máxima de utilizaçã o dos blocos par a difer entes condições de umidade r elativa do ar
Úmido* I nter mediár io** Á r ido***
S = 0,030 45 40 35
0,030 < S < 0,045 40 35 30
0,045 < S < 0,065 35 30 25
* U midade relativa anual média superior a 75%
** Umidade relativa anual média entre 50% e 75%
*** U midade relativa anual média inferior a 50%
F onte: A S T M C 90-15 ( 2015) .
O cálculo do teor de umidade dos blocos é normatizado pela A B NT NB R 12118:2007 (A B NT , 2007), e obtido através da equaçã o abaixo:
�(%)= ×100 (2)
Onde: � (%) = medida do teor de umidade do(s) bloco(s);
m1 = massa seca em gramas (após secagem em estufa por 24 horas);
m2 = massa saturada em gramas (após imersã o em água por 24 horas);
30
E m se tratando da retraçã o linear por secagem, sabe-se que o bloco de concreto, semelhantemente ao concreto convencional, quando absorve umidade expande-se e, da mesma forma, quando perde umidade retrai-se. E ste movimento do bloco quando inserido na parede pode provocar o aparecimento de fissuras e a diminuiçã o da vida útil da parede. A ssim a retraçã o linear por secagem é uma medida dessa movimentaçã o, sendo definida por Mata (2006) como a mudança de comprimento do bloco do estado úmido para seco, ocasionada pela diminuiçã o do volume do mesmo quando a água presente no seu interior evapora.
A A B NT NB R 6136:2014 (A B NT , 2014) limita em 0,065% o valor máximo da retraçã o linear por secagem para todos os blocos ensaiados, independente da classe a que pertencem – mesmo valor adotado pela A S T M C 90 (1991). T odavia, a norma brasileira torna optativa a execuçã o do ensaio para obtençã o desta característica. O método para mensurá-la é especificado pela A B NT NBR 12118:2007 (A B NT , 2007), cujo resultado é obtido através da expressã o abaixo:
�= ×100 (3)
Onde: � = medida da retraçã o linear do bloco;
L = variaçã o média da dimensã o do corpo de prova na condiçã o saturada e o ponto de constância de massa ou de comprimento em milímetros, após ciclos de saturaçã o em tanque de água e secagem em estufa;
G = medida inicial da dimensã o do corpo-de-prova analisada no ensaio.
2.2.1.2 Propriedades Mecâ nicas
Mata (2006) e S teil (2003) classificam a resistê ncia à compressã o, a resistê ncia à traçã o, o módulo de elasticidade e o coeficiente de Poisson como sendo as principais propriedades mecânicas dos blocos de concreto. A diante, tais propriedades serã o detalhadas.
A resistê ncia à compressã o do bloco é o principal parâmetro de dimensionamento da alvenaria estrutural, sendo assim, esta propriedade é a principal variável do controle de qualidade dos blocos ( PA R S E K IA N et al.,2012; F OR T E S , 2012; MA T A , 2006; S T E IL , 2003; D R Y S D A L E et al., 2002).
31
da unidade, maior será o efeito do confinamento gerado pelo atrito com os pratos do equipamento de ensaio, induzindo a um estado triaxial de tensões e, com isso, elevando os resultados além dos valores reais para a compressã o axial(ME D E IR OS , 1993).
O ensaio para determinaçã o da resistê ncia à compressã o de blocos de concreto é prescrito pela A BNT NB R 12118:2007 (A B NT , 2007). J á a equaçã o para o cálculo dessa propriedade, é estabelecida pela A B NT NBR 6136:2014 (A B NT , 2014). E sta norma estabelece duas formas de cálculo: uma quando o desvio-padrã o da série histórica é conhecido e outra quando tal medida de dispersã o nã o é conhecida.
Quando se conhece o desvio-padrã o da série história de ensaios, pode ser utilizada a equaçã o abaixo:
�
, =� −1,65×� (4)
Onde: �
, = valor estimado da resistê ncia característica à compressã o dos blocos;
� = resistê ncia característica à compressã o média da amostra; � = desvio-padrã o da séria histórica de ensaios.
C aso o desvio-padrã o seja desconhecido (caso mais comum), deve-se utilizar a seguinte expressã o:
�
, =2
⋯
−� (5)
Onde: �
, = valor estimado da resistê ncia característica à compressã o dos blocos;
� +� +⋯+� = valores individuais de resistê ncia à compressã o dos blocos da amostra, ordenados em ordem crescente;
� = número de blocos da amostra;
� = , se � for par ou �= ,se � for ímpar.
A B NT NB R 6136:2014 (A BNT , 2014) prescreve ainda que nã o se deve adotar �
, menor que � – espécie de valor auxiliar de cálculo, obtido pela equaçã o abaixo:
� =� ×∅ (6)
32 T abela 7 – V alores de ∅ para cálculo da resistê ncia a compressã o de blocos de concreto,conforme a A B NT NB R 6136:2014 (A B NT , 2014) .
Númer o de blocos da amostr a
6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
∅ 0,89 0,91 0,93 0,94 0,96 0,97 0,98 0,99 1 1,01
F onte: A B NT ( 2014)
Na R egiã o Metropolitana de F ortaleza (R MF ) , os blocos estruturais de concreto comumente comercializados no mercado possuem resistê ncia à compressã o superiores a 4,0 MPa. C ontudo, seguindo engenheiros estruturais da regiã o, especializados em projetos de edificações em alvenaria estrutural, frequentemente indica-se a utilizaçã o de blocos com resistê ncia à compressã o de 6,0 MPa para edificações até 4 pavimentos, mesmo que as unidades com resistê ncia à compressã o de 4,0 MPa satisfaça as condições de cálculo – segundo os mesmos projetistas, os blocos de 4,0 MPa apresentam-se com extremidades quebradiças (informaçã o verbal)¹.
Um fenômeno interessante que pode ocorrer com os blocos que constituem a alvenaria estrutural é o fato de estarem sujeitos a tensões de traçã o, mesmo a parede sendo carregada à compressã o, isto decorre da interaçã o bloco-argamassa nas juntas da alvenaria (MA T A , 2006; S T E IL , 2003; MOHA MA D , 1998).
A tualmente nã o existe normatizaçã o brasileira para obtençã o da resistê ncia à traçã o dos blocos. Um dos métodos mais utilizado para a obtençã o dessa propriedade é o método indireto, no qual a resistê ncia à traçã o é determinada a partir da compressã o de um bloco apoiado sobre duas barras de aço (F igura 2). E ste método é descrito na norma americana A S T M C 1006 (1984) e a resistê ncia à traçã o é obtida utilizando-se a seguinte equaçã o:
� =
× × ×
(7) Onde: � = valor da resistê ncia à compressã o indireta por compressã o dos blocos;
� = carga de ruptura; � = largura do bloco; � = altura do bloco.
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
33 F igura 2 – E squema do ensaio de traçã o indireta por compressã o, conforme A ST M C 1006 ( 1984) .
F onte: A S T M C 1006 (1994)
E xistem duas outras propriedades mecânicas dos blocos que estã o diretamente relacionadas com o desenvolvimento das tensões de traçã o nestas unidades: o módulo de elasticidade e o coeficiente de Poisson – blocos mais deformáveis ( menor módulo de elasticidade e maior coeficiente de Poisson) estã o sujeitos a menores tensões de traçã o na interface bloco/argamassa (ST E IL , 2003).
A inda nã o há ensaios normalizados para a determinaçã o destas propriedades mecânicas. S teil (2003) recomenda adotar o coeficiente de Poisson igual a 0,20.
Para a obtençã o do módulo de elasticidade da unidade, tem-se adotado o mesmo procedimento utilizado em prismas de alvenaria: expressa o valor do módulo de elasticidade pelo coeficiente angular da reta que une os pontos correspondentes a 5% e 33% da tensã o de ruptura no diagrama tensã o x deformaçã o, (D R Y S D A L E et. al, 2002).
Outra alternativa para obtençã o do módulo de elasticidade dos blocos de concreto é a utilizaçã o de expressões matemáticas que estimam essa propriedade a partir da resistê ncia à compressã o da unidade. A s equações 8, 9 e 10 – sugeridas respectivamente pela A B NT B R 6118:2014 (A B NT , 2014), por C E B - F IP Model C ode 1990 ( A ST M, 1993)e por A C I B uildingC ode530 (2013) , para concretos com massa específica entre 1442 e 2483 kg/m³– ilustram algumas dessas expressões.
� =5600× � ��
,
� (8)
� =4730× � �� 25000× (9)
� =0,0428 × � ×(� )
,
34
Onde: � = valor módulo de elasticidade do bloco (MPa); � = resistê ncia à compressã o do bloco (MPa);
� = resistê ncia característica à compressã o do concreto (MPa);
� = resistê ncia característica à compressã o do concreto na idade em que se pretende estimar o módulo de elasticidade (MPa);
� = massa unitária do bloco (kg/m³).
2.2.2 A rgamassa de A ssentamento
D e acordo com a norma brasileira A B NT NB R 13281:2005 (A BNT , 2005), a argamassa de assentamento é uma mistura homogê nea de agregados miúdo(s), aglomerante(s) e água contendo, ou nã o, aditivos com propriedades de aderê ncia e endurecimento podendo ser dosada em obra ou em instalaçã o própria (argamassa industrializada).
Para S olórzano (1994), as argamassas de assentamento podem ser entendidas como um material de construçã o sem forma definida, mas com funçã o específica de unir as unidades de alvenaria que, após emprego, converte-se em junta de argamassa com forma e funções bem definidas.
A s principais funções que as argamassas destinadas ao assentamento de blocos de alvenaria estrutural devem apresentar sã o (PA R S E K IA N & S OA R E S , 2010; MA T A , 2006; GA L L E GOS , 1989):
Unir solidariamente as unidades de alvenaria, transmitindo esforços e transformando-a em uma estrutura monolítica;
D istribuir uniformemente as cargas atuantes por toda a área resistente dos blocos;
R esistir a esforços mecânicos;
A comodar as deformações naturais, as quais a parede estiver submetida; S elar as juntas contra penetraçã o de água;
35
S teil (2003) tipifica quatro classes de argamassa de assentamento: argamassas de cal, argamassas de cimento de alvenaria, argamassas de cimento Portland com ou sem aditivos e argamassas mistas de cal e cimento
D e acordo com S abbatini (1986) e Mata (2006) , nã o se recomenda a utilizaçã o dos dois primeiros tipos de argamassa no assentamento de alvenaria estrutural. J á a argamassa de cimento Portland sem aditivos possui uso bastante restrito nesse tipo de edificaçã o (S OL ÓR Z A NO, 1984).
A s argamassas mista de cimento e cal reúnem as propriedades e vantagens das argamassas feitas com cada material isolado: a resistê ncia dada pelo cimento e a trabalhabilidade e retençã o de água dada pela cal. D evido a estes benefícios, e à facilidade de produçã o no canteiro de obras, é o tipo de argamassa mais utilizada no assentamento estrutural.
J á as argamassas de cimento Portland com aditivos, tê m sido cada vez mais utilizadas nesse tipo de obra. Um dos motivos, segundo S teil (2003), é a possibilidade de maior racionalizaçã o do processo construtivo quando da utilizaçã o deste insumo na forma de argamassas industrializadas, e por este motivo, esta classe de argamassa foi empregada para realizaçã o do presente estudo. A tualmente, existem mais de 20 fabricantes nacionais de argamassas industrializadas de assentamento estrutural.
E m um levantamento feito por A raújo (2001) junto à s principais construtoras da grande F lorianópolis observou-se que 80% das obras utilizavam argamassas mistas de cimento e cal e as outras 20% utilizavam argamassas industrializadas.
2.2.2.1 Propriedades
A s principais propriedades das argamassas sã o: trabalhabilidade, retençã o de água, aderê ncia, resiliê ncia e resistê ncia à compressã o (MA T A , 2006; S T E IL , 2003; S A B B A T INI, 1986). A s duas primeiras sã o ditas propriedades do estado fresco, enquanto que as demais sã o classificadas como propriedades do estado endurecido. A diante serã o abordadas cada uma dessas propriedades.
2.2.2.2 T rabalhabilidade
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várias características reológicas da argamassa como plasticidade, coesã o, consistê ncia, viscosidade, adesã o e densidade (MA T A , 2006; S T E IL , 2003).
D e acordo com Panarese, K osmatka e R andall ( 1991) para que uma argamassa tenha boa trabalhabilidade ela dever ser fácil de manusear e de espalhar sobre a superfície da unidade de alvenaria; ter adesã o para permitir a pré-colocaçã o da argamassa nos topos das unidades para formaçã o das juntas verticais; manter consistê ncia durante um intervalo de tempo tal que permita o assentamento de algumas unidades consecutivamente; ter coesã o suficiente para nã o escorrer pelas paredes da unidade inferior quando do assentamento da unidade superior; ter facilidade e rapidez para alcançar a espessura de junta desejada; manter a espessura da junta após o processo de assentamento e mesmo depois da confecçã o das fiadas subseqüentes.
A tualmente nã o existe um método direto para medir a trabalhabilidade das argamassas de assentamento. Na prática, quem define se uma argamassa é trabalhável é o assentador da alvenaria, sendo que seu julgamento baseia-se no tipo de ferramenta utilizada e em critérios subjetivos (PR UD ÊNC IO J R ., OL IV E IR A e B E D IN, 2002).
Uma forma comumente utilizada para a avaliaçã o da trabalhabilidade é através do ensaio normalizado que avalia a consistê ncia da argamassa, indicado pela NB R 8798 (1985) e prescrito pela NBR 7215 (1991) (índice de consistê ncia pela mesa de flow), a qual estabelece o valor de 230 ê 10 mm para a consistê ncia das argamassas de assentamento.
2.2.2.3 Retençã o de água
S abbatini (1986) define a retençã o de água como a capacidade que a argamassa possui de reter a água de amassamento quando em contato com uma superfície absorvente. T al capacidade da água está diretamente relacionada com a manutençã o da consistê ncia da argamassa.D essa forma, reter a água de amassamento é essencial para manter a consistê ncia e, em conseqüê ncia, a trabalhabilidade desejada.
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O ensaio para determinaçã o da retençã o de água é normatizado pela A B NT NB R 13277:2015 (A B NT , 2015).
2.2.2.4 Aderê ncia
A aderê ncia pode ser definida como a capacidade que a interface bloco-argamassa possui de absorver tensões de cisalhamento e de traçã o, sem romper-se. Uma uniã o adequada vai depender fundamentalmente das características dos dois componentes individualmente e da sua compatibilidade.
A aderê ncia entre a junta de argamassa e a unidade de alvenaria é um fenômeno mecânico que se processa pela ancoragem da argamassa na unidade através da penetraçã o por sucçã o dos componentes da pasta de aglomerante nas reentrâncias e poros do substrato, ficando a argamassa endurecida encunhada na superfície rugosa do substrato (MÜ L L E R , 1999).
S egundo D rysdale, Hamid e B aker (1993) sã o vários os fatores que influenciam na aderê ncia como, por exemplo, o tipo de argamassa, relaçã o a/c, propriedades da unidade, mã o-de-obra e condições de cura.
2.2.2.5 Resiliê ncia
R esiliê ncia é a capacidade que a argamassa possui de deformar-se sem apresentar ruptura, quando sujeita a solicitações diversas e de retornar ao estado original quando cessam estas solicitações. E ntretanto, para argamassas de assentamento este conceito estende-se para um estado de deformaçã o plástica em que a ruptura ocorre na forma de fissuras microscópicas ou capilares nã o prejudiciais (S A B B A T INI, 1986) .
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2.2.2.6 Resistê ncia à compressã o
A resistê ncia à compressã o nã o é a mais importante das propriedades da argamassa de assentamento, entretanto a sua determinaçã o serve como um parâmetro da qualidade e durabilidade do material (S T E IL , 2003).
S egundo Mohamad (1998), deve haver uma compatibilidade entre a argamassa e o bloco de concreto, recomendando que a resistê ncia à compressã o da mesma seja entre 0,70 à 1 vez a resistê ncia à compressã o do bloco na área bruta.
A norma brasileira A B NT NB R 15961-1:2010 (A B NT , 2010) indica que a resistê ncia à compressã o da argamassa deve ser limitada ao valor máximo de 0,7 em relaçã o à resistê ncia característica especificada para o bloco, referida sobre a área líquida. S egundo Parsekian& S oares (2010), recomenda-se utilizar uma argamassa com resistê ncia média próxima de 70% da resistê ncia do bloco referida à área bruta.
D e acordo com F ortes (2012), argamassas muitos resistentes aumentam consideravelmente o potencial de fissuraçã o da alvenaria. O autor ainda explica que a ocorrê ncia de fissuras prejudica o desempenho da alvenaria, e por esse motivo, recomenda-se um valor máximo de 20 MPa para resistê ncia da argamassa, também afirma que deve-se evitar resistê ncias maiores que duas vezes a resistê ncia média dos blocos.
2.2.3 Graute
S egundo C ardoso (2007) , o graute consiste em um concreto fino (microconcreto) formado de cimento, água, plastificante, agregado miúdo e agregado graúdo de pequena dimensã o (até 9,5 mm), com alta fluidez. E sta fluidez é fundamental para que o graute possa preencher os furos dos blocos vazados sem sofrer segregaçã o. A lém de sua alta fluidez, o graute deve apresentar boa trabalhabilidade e boa capacidade de reter água, evitando perdas excessivas de água para o bloco.
Para D rysdale et al. (2002), o graute para a construçã o de alvenaria é uma forma de concreto com alta fluidez constituído de materiais cimentícios, agregados e água.
R ecomenda-se a utilizaçã o de graute grosso em blocos que apresentam grandes furos, pelo fato de ser mais econômico (menor consumo de cimento) e por reduzir as fissuras causadas pela retraçã o por secagem (C A R D A S O, 2007).
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alvenaria, ou aumentar a sua capacidade de carregamento. Portanto, deve-se ter características no estado fresco que garantam o complemento preenchimento dos furos, e nã o apresente retraçã o que provoque o deslocamento do graute das paredes dos blocos.
Por outro lado a A B NT NB R 15961-2:2010 ( A B NT , 2010) permite o emprego de argamassa de assentamento na obra para preencher os vazios, em elementos de alvenaria nã o armados, ou com armadura construtiva, desde que os ensaios de prisma apresentem resultados especificados pelo projetista. A norma ainda permite o uso de cal na mistura do graute para se obter uma boa plasticidade do material, desde que seu teor nã o seja superior 10% em volume em relaçã o ao cimento.
2.2.3.1 Propriedades
A s principais propriedades dos grautes sã o: trabalhabilidade, aderê ncia e resistê ncia à compressã o (C A R D OS O, 2007). A seguir serã o abordadas cada uma dessas propriedades.
2.2.3.2 T rabalhabilidade
D a mesma forma que nas argamassas, a trabalhabilidade do graute está ligada diretamente a outras propriedades como plasticidade e consistê ncia. A ssim, o parâmetro de medir a trabalhabilidade é a consistê ncia. No caso do graute, a consistê ncia é determinada através do ensaio de abatimento do tronco de cone, como no concreto simples. E ste ensaio é regulamentado pela NB R 7223 (A B NT , 1992).
Os valores de abatimento geralmente adotados para o graute estã o entre 200 e 280 mm (C A L Ç A D A , 1998). S egundo D rysdale et. al (2002) o abatimento pelo ensaio do tronco de cone deve ser de 200 a 250mm.
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2.2.3.3 Aderê ncia
Para resistir à s solicitações e para que o bloco e o graute atuem como uma estrutura homogê nea, é necessário que exista uma boa aderê ncia entre ambos. A ausê ncia ou fraca aderê ncia entre os blocos e o graute diminui o caráter de material composto da alvenaria, pois a transferê ncia de tensões entre estes materiais depende desta aderê ncia.
O mecanismo básico da aderê ncia bloco-graute é similar à aderê ncia entre o bloco e a argamassa, consistindo na penetraçã o de parte de água do graute, contendo partículas de cimento, nos poros capilares e nas reentrâncias do bloco, que posteriormente se hidratam, criando um efeito de ancoragem.
Os fatores que mais influem na capacidade de aderê ncia do graute sã o a absorçã o do bloco, a retençã o de água do graute, a relaçã o a/c e a superfície específica dos agregados (C A R D OS O, 2007). A perda exagerada de água para o bloco pode reduzir aderê ncia, pelo enrijecimento precoce do graute. Por isso deve-se ter um equilíbrio entre a perda de água para o bloco e a retençã o de água do graute, de forma a proporcionar uma boa aderê ncia entre os elementos, sem que haja prejuízo à completa hidrataçã o do cimento.S egundo Pereira de Oliveira (1994), se esta perda de água for muito exagerada, ocorrerã o retrações plásticas iniciais que prejudicarã o o contato do graute com a superfície dos blocos.
J á a dimensã o e a área específica dos agregados modificam o arranjo espacial e a estrutura do graute na zona de transiçã o. T anto valores baixos, como os altos, reduzem a resistê ncia de aderê ncia, pois superfícies específicas baixas promovem a presença de vazios e as altas superfícies provocam reduçã o da quantidade de cimento por área dos agregados, reduzindo a ligaçã o entre as partículas. D eve-se entã o ter uma área específica intermediária para atender bem à resistê ncia de aderê ncia do graute (PE R E IR A D E OL IV E IR A , 1994).
2.2.3.4 Resistê ncia à compressã o
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A resistê ncia à compressã o característica deve ser especificada com um valor mínimo de 15 MPa, para elementos de alvenaria armada,de acordo com a A B NT NB R 15961-2:2010 (A B NT , 2010), caso o graute tenha sido produzido em obra, deve-se realizar ensaios com antecedê ncia adequada, para garantir que o prisma grauteado atinja a resistê ncia à compressã o especificada pelo projetista.
A norma brasileira supracitada ainda especifica que a resistê ncia à compressã o simples do graute deve ser determinada de acordo com uma amostra mínima de 6 exemplares, moldadas em formas cilíndricas metálicas.
Parsekian& S oares (2010) avaliaram que, na ausê ncia de ensaios,pode-se estimar a resistê ncia à compressã o do graute, para a alvenaria de blocos de concreto como sendo como sendo o dobro da resistê ncia à compressã o do bloco na área bruta. Os autores ainda recomendam valores para a resistê ncia do graute ente 15 MPa e 30 MPa, pois fora desses limites o graute passa a prejudicar a resistê ncia da alvenaria.
S egundo D rysdale et al. (2002), o ensaio de resistê ncia à compressã o do graute é importante do ponto de vista do controle da qualidade, além de ter influê ncia no desenvolvimento do comprimento do reforço pela armadura e na resistê ncia da alvenaria grauteada.
2.3 A lvenar ia
D e acordo com Hendry ( 1981), a alvenaria estrutural em bloco de concreto possui excelentes propriedades de durabilidade, aparê ncia e custo em comparaçã o com as alternativas ( alvenaria em tijolos cerâmicos, blocos sílicos-calcáreo). O autor explica que a qualidade da alvenaria depende dos materiais usados e, portanto, todos os materiais da alvenaria devem atender os padrões mínimos exigidos na edificaçã o.
A A B NT NB R 15961-2:2010 (A B NT , 2010), define trê s tipos de elemento de alvenaria como sendo: (i) elemento de alvenaria nã o armada; (ii) elemento de alvenaria armada e (iii) elemento de alvenaria protendida.
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2.3.1 Prismas
Prismas sã o corpos-de-prova constituídos de dois ou mais blocos ligados entre si por juntas de argamassa ( entre 7mm e 13mm de espessura), grauteados ou nã o. Usualmente os prismas se caracterizam geometricamente por uma unidade de comprimento, uma unidade de largura e altura entre 1,5 e 5 vezes a largura (C A L Ç A D A , 1998).
O comportamento mecânico de uma parede é semelhantemente ao prisma, porém, diferente do comportamento mecânico da unidade (bloco). Isso é devido principalmente à presença da junta horizontal de argamassa, que é mais deformável que o bloco (MA T A , 2006).
A figura a seguir, ilustra dois tipos de prismas: com uma junta de argamassa (F igura 3a) e com duas juntas de argamassa (F igura 3b). O primeiro é bem mais utilizado, visto que possui menor custo para confecçã o, maior facilidade de manuseio e mais equipamentos capazes realizar ensaios nestes elementos (quanto maior a altura do prisma, mais caro é o equipamento necessário para realizaçã o do ensaio, consequentemente, poucos laboratórios possuem tais equipamentos).
F igura 3 – T ipos de prismas utilizados para caracterizaçã o mecânica da alvenaria estrutural: a) prisma com uma junta de argamassa, b) prismas com duas juntas de argamassa.
F onte: o A utor.
D e acordo com F ortes ( 2012) e Mohamad (2007), os ensaios de compressã o em prismas sã o usados como bases para determinar as tensões de projeto e como medida do controle da qualidade.
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2.3.2 Mecanismo de R uptura
A s paredes de um edifício em alvenaria estrutural, embora sofram a atuaçã o de outros esforços, sã o primordialmente submetidas à compressã o. Por este motivo, e pelo fato de possuir geralmente um bom desempenho frente a este tipo de esforço, sua resistê ncia à compressã o é tã o estudada. Os principais parâmetros de projeto levam em conta tal propriedade, o que faz com que receba especial atençã o (C A L Ç A D A , 1998) .
S egundo Priestley & Y uk (1984), quando a alvenaria é submetida à compressã o, a argamassa, por ser mais flexível que o bloco, tende a se expandir lateralmente, mas o atrito na interface bloco/argamassa restringe esta deformaçã o. D evido a isto, surgem tensões de compressã o na lateral da argamassa e, para que seja mantido equilíbrio de tensões, o bloco fica sujeito a tensões de traçã o. A F igura 4 ilustra um esquema desta distribuiçã o de tensões.
F igura 4 – E squema de distribuiçã o de tensões na alvenaria quando submetida à compressã o.
F onte: S teil ( 2003)
D e maneira geral, a resistê ncia da alvenaria, quando submetida à compressã o, é superior à resistê ncia da argamassa, que na parede é favorecida pelas tensões de confinamento lateral, o que nã o ocorre quando ensaiada isoladamente à compressã o, e inferior à resistê ncia do bloco pois este, quando ensaiado separadamente, além de nã o estar sujeito à traçã o lateral, sofre o efeito de confinamento dos pratos da prensa (D R Y S D A L E et. al, 2002).
S egundo C heema & K lingner (1986) os modos de ruptura das alvenarias nã o grauteadas submetidas à compressã o simples sã o:
