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ANAIS DO 49º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2007 – 49CBC0198 1 Análise Experimental de Paredes em Alvenaria Não Estrutural à Compressão Experimental Analysis of Non-Structural Masonry under Compression Rodrigo Soares Peixoto (1); Amaury José Oliveira de Aguiar (2); Manoel Diniz Peres (3); Dênio Ramam Carvalho de Oliveira (3) (1) Graduando em Engenharia Civil, Universidade Federal do Pará (2) Mestrando em Engenharia Civil, Universidade Federal do Pará (3) Professor Doutor, Departamento de Engenharia Civil, Universidade Federal do Pará Rua Augusto Corrêa, Número 01. Guamá – Belém – Pará. CEP: 66075-970 Resumo São apresentados os resultados experimentais para 12 paredes em alvenaria não estrutural submetidas à compressão normal, linearmente distribuída sobre a superfície superior das mesmas. 03 paredes foram assentadas com os furos dos blocos na direção horizontal sem qualquer tipo de revestimento, 03 paredes a cutelo com revestimento de argamassa em uma das faces, 03 paredes de topo (furos na vertical) sem revestimento e 03 paredes de topo com revestimento em uma das faces. Os painéis mediam 1.100mm x 1.450mm e foram constituídos por blocos cerâmicos de 06 furos. Para medir os deslocamentos foram usados 03 deflectômetros analógicos com precisão de 0,01mm. As paredes de blocos com furos na horizontal revestidos apresentaram tensão de ruptura média 35% maior que a das paredes sem revestimento. O mesmo comportamento foi observado para as paredes com blocos assentados de topo, sendo que a diferença foi de apenas 18% a favor dos blocos revestidos. Em média, as paredes com blocos de topo foram 80% mais resistentes que as com blocos a cutelo. Os modos de ruptura de todas as paredes foram caracterizados como frágeis, sem qualquer aviso prévio. Pequenos deslocamentos horizontais, excentricidades ou defeitos ns blocos podem reduzir consideravelmente a resistência das paredes. Palavras-chave: Alvenaria, Bloco cerâmico, Argamassa. Abstract Twelve (12) non-structural masonry walls were tested under compression linearly distributed on top. Three walls had bricks-on-edge without any type of covering, three with one face covered, three with bricks-on-top without any covering and three had covering on one face. All the panels presented ceramic bricks with six holes with dimensions of 1.100mm x 1.450mm. Three dial gages with 0,01mm precision were applied to monitoring displacements. The walls with bricks-on-top covered with conventional mortar presented failure load 35% higher than those without covering. The same behavior was observed to the walls with bricks-on- top, being the difference of just 18% to the covered bricks. In average, the walls with bricks-on-top are 80% more resistant then those with bricks-on-edge. The failure modes of all walls were brittle, without any warning. Small horizontal displacements, eccentricities or damages on the bricks can reduce significantly the failure loads of the walls. Keywords: Masonry walls, Ceramic brick, Mortar. ANAIS DO 49º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2007 – 49CBC0198 2 1 Introdução Sabe-se que os painéis de fechamento lateral em alvenaria não estrutural apresentam certa resistência quando submetidos à compressão normal, no entanto esta resistência não é considerada nos cálculos estruturais das edificações. Em edificações de pequeno porte executadas em discordância com as normas técnicas, esta resistência vem assegurando o funcionamento da edificação, pois muitas vezes as cargas provenientes da cobertura (muitas vezes laje) são transferidas diretamente para as fundações através das paredes de alvenaria não estrutural, isto é, algumas moradias populares não apresentam estrutura ou quando apresentam não é satisfatória (dimensionada). Atualmente, trabalhos têm sido realizados visando quantificar a influência dos painéis de alvenaria não estrutural, quanto à sua resistência e rigidez, no comportamento global da estrutura e, conseqüentemente, da edificação. Trabalhos como o de SILVA et al. (2004) e CAPUZZO et al. (2005) simularam numericamente paredes ensaiadas em laboratório visando representar situações comuns, apresentando resultados satisfatórios. Outros trabalhos, também abordando a distribuição de cargas normais sobre paredes, divergem significativamente em seus resultados como, por exemplo, o de SINHA et al. (1979), que considera que as paredes trabalham isoladamente, enquanto que o de SUTHERLAND (1969) considera as interações das paredes adjacentes na transferência de esforços. Para edificações populares, sem controle técnico de execução, a interação entre as paredes pode ser desconsiderada. Assim, procurou-se avaliar o comportamento de painéis de alvenaria não estruturais constituídos por blocos cerâmicos comuns com 8 furos sob compressão. Espera-se que os resultados dos ensaios possam ser utilizados por outros pesquisadores e que sirvam de base para representantes de entidades que, de alguma forma, consideram a qualidade das habitações populares brasileiras na avaliação da qualidade de vida dos habitantes. 2 Programa Experimental 2.1 Características dos blocos cerâmicos Os blocos cerâmicos com 8 furos (figura 1) que constituíram os painéis foram adquiridos em um estabelecimento comercial típico na cidade de Belém. Foram coletados aleatoriamente 13 blocos de um lote com aproximadamente 3.000 unidades visando a realização de ensaios para a caracterização geométrica (dimensões, área bruta) e mecânica dos blocos (resistência à compressão individual e em prismas com 2 blocos cerâmicos). Posteriormente, foram definidos ensaios de paredes compostas por blocos do mesmo lote de fabricação. A figura 1 mostra detalhes do bloco utilizado e a identificação de suas dimensões externas. As espessuras médias das paredes e dos septos, bem como a massa seca de cada bloco também foram determinadas. ANAIS DO 49º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2007 – 49CBC0198 3 Figura 1 – Bloco cerâmico com 8 furos 2.2 Características das paredes e sistema de ensaio Foram confeccionadas artesanalmente 12 paredes de alvenaria medindo 1.100mm x 1.450mm com mão-de-obra local e sem supervisão técnica rigorosa. As dimensões das paredes não atenderam às recomendações normativas devido às limitações do Laboratório de Engenharia Civil da UFPA. As principais variáveis do trabalho foram o tipo de assentamento dos blocos e o revestimento em uma das faces dos painéis. Os blocos foram assentados com os furos na direção horizontal (identificação das paredes iniciando com as letras PC) e largura da base do assentamento igual à aproximadamente 90mm (base do bloco cerâmico), e de topo, com os furos na direção vertical (identificação das paredes iniciando com as letras PT). O topo de cada painel foi nivelado com a mesma argamassa de cimento, cal, areia e água (1,0:1,0:5,0:1,30) utilizada no assentamento dos blocos cerâmicos. Esta camada niveladora apresentou espessura igual a das juntas de assentamento e dos revestimentos dos painéis, 15mm. O índice de esbeltez (λ) das paredes foi determinado de acordo com a norma NBR 10837 (ABNT, 1989), sendo encontrado o valor de 15,8, considerando a largura média dos blocos de 91,5mm. Assim, os painéis foram divididos em 4 grupos, como apresentado na tabela 1. Tabela 1 – Características das paredes GRUPO PAREDE DIREÇÃO DOS FUROS DO BLOCO REVESTIDA PCR1F HORIZONTAL SIM PCR2F HORIZONTAL SIM G1 PCR3F HORIZONTAL SIM PCP4 HORIZONTAL NÃO PCP5 HORIZONTAL NÃO G2 PCP6 HORIZONTAL NÃO PTR1F VERTICAL SIM PTR2F VERTICAL SIM G3 PTR3F VERTICAL SIM PTP4 VERTICAL NÃO PTP5 VERTICAL NÃO G4 PTP6 VERTICAL NÃO ANAIS DO 49º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2007 – 49CBC0198 4 2.2 Sistema de ensaio O sistema de ensaio consistiu de um cilindro hidráulico com capacidade para 1.000kN para aplicação do carregamento e uma célula de carga com precisão de 0,50kN devidamente calibrada para registro das cargas. O carregamentofoi aplicado de cima para baixo, com incrementos de 5kN, e distribuído nos painéis por uma viga metálica de grande rigidez, como mostram as figuras 2 e 3. Em cima da camada niveladora foi posicionada uma tábua de madeira para melhor distribuição das tensões. Os deslocamentos foram monitorados com 3 relógios comparadores analógicos com precisão de 0,01mm, posicionados a 300mm, 850mm e 1.350mm da base de cada painel. Figura 2 – Painel padrão de alvenaria e sistema de ensaio ANAIS DO 49º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2007 – 49CBC0198 5 Figura 3 – Instrumentação e detalhes do sistema de ensaio 3 Resultados 3.1 Caracterização dos blocos cerâmicos A tabela 2 apresenta os resultados obtidos para as dimensões, massa seca e resistência à compressão individual. Na tabela, fbk1 refere-se à resistência à compressão dos blocos ensaiados com os furos na horizontal e fbk2 aos blocos ensaiados com os furos na vertical. Para a determinação das dimensões foi utilizado um paquímetro universal de 300mm e 0,04mm de precisão. Para a realização dos ensaios de resistência à compressão os blocos cerâmicos foram revestidos nas duas faces em contato com os pratos da prensa com argamassa de traço 1,0:1,0:5,0:1,30 (cimento, cal, areia e água) em volume. Para os blocos ensaiados de topo, ou seja, com os furos na direção vertical, adotou-se o mesmo procedimento dos blocos ensaiados com os furos na horizontal para determinação da área bruta. Os resultados para estes blocos são apresentados na tabela 3. Todos os ensaios e análises consideraram as recomendações das normas NBR 15270-1 (ABNT, 2005), NBR 15270-2 (ABNT, 2005), NBR 15270-3 (ABNT, 2005). Todos os valores obtidos para as dimensões estão de acordo com as recomendações das normas consultadas. A resistência característica à compressão individual estimada (fbk,est) ANAIS DO 49º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2007 – 49CBC0198 6 foi de 1,1MPa para os blocos ensaiados com os furos na horizontal e de 11,0MPa para os blocos com os furos na vertical, 10 vezes maior que a primeira. Tabela 2 – Resultados experimentais para os blocos com furos na horizontal L H C Parede Septo Massa fbk1Ordem ensaio (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (g) (MPa) 7 93 150 199 7,1 6,0 2977,5 1,1 5 92 149 200 7,0 6,2 2870,9 1,1 10 94 150 201 7,2 6,1 2823,3 1,2 11 92 152 201 7,0 6,2 3037,1 1,2 13 93 153 200 7,2 6,3 3117,2 1,2 6 90 151 202 7,2 6,1 3033,3 1,2 1 92 149 201 7,2 6,0 3004,1 1,2 2 90 150 200 7,0 6,3 3040,4 1,2 9 90 153 203 7,2 6,0 2998,7 1,3 12 93 149 202 7,3 6,2 3041,7 1,3 4 91 149 200 7,0 6,3 2877,8 1,3 8 89 150 200 7,0 6,0 3026,4 1,3 3 90 151 198 7,3 6,0 2913,9 1,3 Média 91,5 150,5 200,5 7,1 6,1 2981,7 1,2 Tabela 3 – Resultados experimentais para os blocos com furos na vertical fbk2Ordem de ensaio (MPa) 13 10,8 10 11,3 5 11,4 11 11,5 7 11,6 8 11,6 12 11,9 9 12,4 6 12,6 2 12,7 1 12,7 4 13,4 3 16,1 Média 12,3 ANAIS DO 49º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2007 – 49CBC0198 7 3.2 Caracterização da argamassa Como mencionado anteriormente, a argamassa utilizada no assentamento dos blocos foi a mesma utilizada na execução do revestimento vertical das paredes. O traço adotado foi 1,0:1,0:5,0:1,3 (cimento, cal, areia e água) em volume. Foram confeccionados 4 corpos- de-prova cilíndricos medindo 50mm x 100mm para a realização dos ensaios de compressão axial, de acordo com a norma NBR 13279 (ABNT, 1995). A média dos valores encontrados foi 9,1MPa (tabela 4), aproximadamente igual ao limite recomendado pela norma NBR 8798 (ABNT, 1985). Tabela 4 – Resistência à compressão da argamassa de assentamento Argamassa 1,0:1,0:5,0:1,3 CP fc (MPa) CP1 8,7 CP2 9,8 CP3 8,9 CP4 9,0 Média 9,1 3.1 Paredes 3.1.1 Ensaio de prisma de alvenaria Foram realizados ensaios em 6 prismas de alvenaria com 2 blocos cada, de acordo com a NBR 8215 (ABNT, 8215), três com os blocos assentados com os furos na direção horizontal e três com os furos na direção vertical. A argamassa de assentamento utilizada nestes ensaios foi a mesma empregada na confecção das paredes (assentamento e revestimento). Os resultados são apresentados na tabela 5. A resistência à compressão média para os prismas com blocos assentados com furos na direção vertical (fP,FV) foi 88% maior que a resistência média dos prismas com blocos assentados com os furos na direção horizontal (fP,FH). Todos os prismas foram ensaiados aos 28 dias de idade. Tabela 5 – Resistência à compressão de prismas de 2 blocos Prisma 2 blocos fP,FH (MPa) fP,FV (MPa) 1 12,3 25,8 2 14,1 16,5 3 11,7 29,4 Média 12,7 23,9 3.1.2 Deslocamentos O monitoramento dos deslocamentos mostrou que, como esperado, o comportamento dos painéis dependeu basicamente do prumo inicial. Com exceção das paredes PCP5 e PCP6, as paredes que apresentaram menores deslocamentos foram mais resistentes. As figuras 4 e 5 mostram os deslocamentos observados para todos os painéis ensaiados. ANAIS DO 49º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2007 – 49CBC0198 8 Percebe-se que em alguns painéis houve uma discreta rotação da base, exceto na parede PTR1F, que apresentou a menor capacidade resistente de seu grupo. As paredes PCR3F e PTP5 apresentaram deslocamentos acima de 4mm e tensões de ruptura correspondendo a aproximadamente 50% das paredes de mesmo grupo com deslocamentos significativamente menores. As paredes PCP4 e PCP6 apresentaram os maiores e menores deslocamentos de seu grupo, respectivamente, mas as tensões de ruptura foram praticamente iguais. Estes comportamentos apontam a instabilidade dos painéis e a influência do processo executivo nos deslocamentos. Falhas ou imperfeições nos materiais também podem ter acarretado tais comportamentos. 0 10 20 30 40 50 60 70 0 1 2 3 4 5 Deslocamento (mm) P (k N ) R1 R2 R3 PCR1F 0 10 20 30 40 50 60 70 0 1 2 3 4 Deslocamento (mm) P (k N ) 5 R1 R2 R3 PCR2F 0 10 20 30 40 50 60 70 0 1 2 3 4 5 Deslocamento (mm) P (k N ) R1 R2 R3 PCR3F 0 10 20 30 40 50 60 70 0 1 2 3 4 5 Deslocamento (mm) P (k N ) R1 R2 R3 PCP4 0 10 20 30 40 50 60 70 0 1 2 3 4 5 Deslocamento (mm) P (k N )) R1 R2 R3 PCP5 0 10 20 30 40 50 60 70 0 1 2 3 4 5 Deslocamento (mm) P (k N ) R1 R2 R3 PCP6 Figura 4 – Deslocamentos observados nas paredes dos grupos 1 e 2 ANAIS DO 49º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2007 – 49CBC0198 9 0 10 20 30 40 50 60 70 0 1 2 3 4 5 Deslocamento (mm) P (k N ) R1 R2 R3 PTR1F 0 10 20 30 40 50 60 70 0 1 2 3 4 Deslocamento (mm) P (k N ) 5 R1 R2 R3 PTR2F 0 10 20 30 40 50 60 70 0 1 2 3 4 5 Deslocamento (mm) P (k N ) R1 R2 R3 PTR3F 0 10 20 30 40 50 60 70 0 1 2 3 4 5 Deslocamento (mm) P (k N ) R1 R2 R3 PTP4 0 10 20 30 40 50 60 70 0 1 2 3 4 5 Deslocamento (mm) P (k N )) R1 R2 R3 PTP5 0 10 20 30 40 50 60 70 0 1 2 3 4 5 Deslocamento (mm) P (k N ) R1 R2 R3 PTP6 Figura 5 – Deslocamentos observados nas paredes dos grupos 3 e 4 3.2 Resistência das paredes e modos de ruptura A presença do revestimento foi mais significativa para os painéis com blocos assentados com os furos na horizontal. Desconsiderando a parede PCR2F, que apresentou tensão de ruptura de 17,2MPa, a tensão média para as paredes dos grupos 1 e 2 foi de aproximadamente 8,7MPa. A maior diferença entre as tensões de ruptura foi observada no grupo 1. Esta diferença está associada ao desaprumo inicial quando da execução dos painéis. Aplicando o mesmo tratamento às paredes dos grupos 3 e 4, ou seja, desconsiderando a parede PTP5, que apresentou tensão de ruptura de 10,7MPa, a ANAIS DO 49º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2007 – 49CBC0198 10 tensão média para estes grupos foi de 19,8MPa, o que corresponde a aproximadamente 2,3 vezes a tensão média das paredes dos grupos anteriores e a 69% e 83% das tensões de ruptura dos respectivosprismas de 2 blocos. A tabela 6 apresenta as tensões de ruptura observadas durante os ensaios (fPar). Quanto aos modos de ruptura, todos foram frágeis, sem qualquer aviso prévio. Tanto as paredes revestidas como as não revestidas apresentaram discreta fissuração pouco antes da ruptura. A figura 6 mostra as rupturas de dois painéis. Observa-se que ocorre o esmagamento das camadas de blocos cerâmicos imediatamente abaixo da viga de distribuição. Na maioria dos casos 80% da altura dos painéis permanecia na vertical após a realização dos ensaios. Tabela 6 – Resistência experimental das paredes à compressão GRUPO PAREDE IDADE(dias) fPar (MPa) PCR1F 17 8,3 PCR2F 14 17,2 G1 PCR3F 13 9,4 PCP4 13 8,4 PCP5 13 9,3 G2 PCP6 13 8,3 PTR1F 12 15,0 PTR2F 12 21,5 G3 PTR3F 12 23,0 PTP4 12 19,6 PTP5 13 10,7 G4 PTP6 13 20,0 Figura 6 – Modo de ruptura observado ANAIS DO 49º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2007 – 49CBC0198 11 4 conclusões As paredes revestidas com argamassa convencional e blocos com furos na horizontal apresentaram tensão média de ruptura 35% maior que a das paredes sem revestimento. O mesmo comportamento foi observado para as paredes com blocos assentados de topo, sendo que a diferença foi 18% a favor dos blocos revestidos. Em média, as paredes com blocos de topo foram 80% mais resistentes que as paredes de blocos com furos na horizontal. Os modos de ruptura de todas as paredes foram caracterizados como frágeis, sem qualquer aviso prévio (fissuração, deslocamentos excessivos, etc.). Pequenos deslocamentos horizontais, excentricidades ou defeitos nos blocos (fissuras, baixa resistência, etc.) podem reduzir consideravelmente a resistência das paredes. 5 Agradecimentos Os autores agradecem ao CNPq, CAPES e FUNTEC/SECTAM pelo apoio financeiro no desenvolvimento desta e de outras pesquisas. 6 Referências ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, NBR 10837: Cálculo de alvenaria estrutural de blocos vazados de concreto. Rio de Janeiro, 1989. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, NBR 13279: Argamassa para assentamento de paredes e revestimento de paredes e tetos - Determinação da resistência à compressão. Rio de Janeiro, 1995. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, NBR 15270-1: Componentes cerâmicos - Parte 1 - Blocos cerâmicos para alvenaria de vedação - Terminologia e requisitos. Rio de Janeiro, 2005. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, NBR 15270-2: Componentes cerâmicos - Parte 2: Blocos cerâmicos para alvenaria estrutural - Terminologia e requisitos. Rio de Janeiro, 2005. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, NBR 15270-3: Componentes cerâmicos - Parte 3: Blocos cerâmicos para alvenaria estrutural e de vedação - Método de ensaio. Rio de Janeiro, 2005. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, NBR 8215: Prismas de blocos vazados de concreto simples para alvenaria estrutural - Preparo e ensaio à compressão. Rio de Janeiro, 1983. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, NBR 8798: Execução e controle de obras em alvenaria estrutural de blocos vazados de concreto. Rio de Janeiro, 1985. ANAIS DO 49º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2007 – 49CBC0198 12 CAPUZZO, V., CORRÊA, M. R. S. A Interação de Paredes de Alvenaria Estrutural Submetidas a Ações Verticais. Cadernos de Engenharia de Estruturas, São Carlos, v. 7, n. 27, p. 93-119, 2005. SILVA, F. A. N., OLIVEIRA, R. A. LORENÇO, P. J. B. B. Considerações sobre a Distribuição de Forças Cortantes em Paredes de Contraventamentos de Alvenaria Estrutural dotadas de Aberturas. Jornadas Sud-Americanas de Ingenieria Estructural, Mendonza, Argentina, 2004. SINHA, B. P.; HENDRY, A. W. Compressive Strength of Axially Loaded Brick Walls Stiffened Along their Vertical Edges. Brick Institute of America, International Brick Masonry Conference, Washington, USA, Oct., 1979, p. 254-261. SUTHERLAND, R. J. M. Design Engineer’s Approach to Masonry Construction. F. B. Johnson Ed. Designing, engineering and constructing with masonry products. Houston, 1969, p. 375-385. Resumo Abstract Tabela 6 – Resistência experimental das paredes à compressão
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