anlise do comportamento de prismas grauteados
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Anais do 50º Congresso Brasileiro de Cerâmica Proceedings of the 50th Annual Meeting of the Brazilian Ceramic Society
22 a 25 de maio 2006 – Blumenau, SC ANÁLISE DO COMPORTAMENTO DE PRISMAS GRAUTEADOS
DE ALVENARIA ESTRUTURAL CERÂMICA
J. M. D. Soares; L. Z. Grohmann; P. I. O. do Carmo Rua Honório Magno, 441 - Santa Maria - RS - CEP 97070-450
e-mail: [email protected] - fone 0**55-2208313 Universidade Federal de Santa Maria (UFSM) - CT - Santa Maria - RS
RESUMO
Com a finalidade de analisar a influência do graute na resistência à compressão de
prismas de blocos cerâmicos, este trabalho aborda ensaios de resistência à
compressão axial simples de prismas contrafiados com diferentes tipos de grautes,
bem como diferentes porcentagens de grauteamento. Para tanto, foram realizados
ensaios experimentais com quatro diferentes tipos de porcentagens de
grauteamento (0%, 33%, 66% e 100% grauteado) combinados com três diferentes
tipos de grautes (G1, G2 e G3). Com base nos dados experimentais foi realizada
uma análise dos resultados obtidos e através da análise destes resultados pôde-se
chegar a conclusões sobre o comportamento dos prismas, onde percebe-se um
aumento não significativo de resistência dos prismas ao aumentar a resistência do
graute e um ganho efetivo de resistência dos prismas somente ao terem a totalidade
de suas células grauteadas.
Palavras-chave: alvenaria estrutural, blocos cerâmicos e graute.
INTRODUÇÂO
Entre os métodos construtivos em alvenaria estrutural, é comumente usado o
método da alvenaria grauteda, que consiste em preencher os vazios dos blocos das
paredes para aumentar a resistência da mesma.
Porém, poucos estudos foram realizados buscando descrever a influência do
graute na alvenaria estrutural, entre as principais pesquisas realizadas destacam-se
Hamid & Drysdale (1), Kingsley, Tulin & Noland (2), Colville & Wolde-Tinsae (3), Hamid
& Chandrakeerthy (4) e Gomes (5).
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Anais do 50º Congresso Brasileiro de Cerâmica Proceedings of the 50th Annual Meeting of the Brazilian Ceramic Society
22 a 25 de maio 2006 – Blumenau, SC Existe, ainda, a necessidade de uma melhor compreensão da influência do uso
de diferentes tipos de graute e porcentagens de grauteamento na resistência à
compressão da alvenaria estrutural, com o objetivo de aprimorar os critérios de
dimensionamento e a técnica construtiva.
Através deste trabalho, foi feito um estudo avaliando o comportamento de
prismas grauteados, parcialmente grauteados e não-grauteados de blocos
cerâmicos. E, com isso, espera-se otimizar a utilização do graute, e contribuir para o
aprimoramento da alvenaria estrutural como sistema construtivo.
METOLOGIA
Na realização desta pesquisa, foram ensaiados, à compressão axial simples,
60 prismas de blocos cerâmicos, contrafiados, de três fiadas de altura, com
diferentes porcentagens de grauteamento e diferentes tipos de grautes. O Quadro 1
apresenta o número de prismas ensaiados por tipo de prisma e a Figura 1 mostra o
modelo dos prismas com suas diferentes porcentagens de grauteamento. Vale
lembrar que as porcentagens de grauteamento se referem as porcentagens de
células grauteáveis efetivamente grauteadas, em cada modelo de prismas .
Argamassa Sem graute Graute 33%
grauteado 66%
grauteado 100%
grauteado
G1 6 6 6
G2 6 6 6
A
6
G3 6 6 6
Quadro 1 – Número de prismas ensaiados (seis prismas por série).
Figura 1 – Modelos de prismas com diferentes porcentagens de grauteamento.
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Anais do 50º Congresso Brasileiro de Cerâmica Proceedings of the 50th Annual Meeting of the Brazilian Ceramic Society
22 a 25 de maio 2006 – Blumenau, SC MATERIAIS, COMPONENTES E ELEMENTOS
Para a realização dos ensaios foi feita a caracterização dos materiais (areia,
pedrisco, cal e cimento), componentes (bloco argamassa e graute) e elemento
(prisma) utilizados na pesquisa, porém, são apresentados somente os resultados
mais relevantes.
Bloco estrutural
O bloco estrutural cerâmico utilizado na pesquisa, de dimensões nominais 19 x
14 x 29 cm (H x L x C) foi caracterizado conforme as normas da ABNT, onde foram
obtidas suas características físicas e mecânicas. A Tabela 1 apresenta os resultados
obtidos.
Tabela 1 – Caracterização do bloco estrutural.
Propriedades Valores
Dimensões média (H x L x C) (cm) 18,95 x 13,95 x 28,96
Resistência média à compressão (MPa) 13,25
IRA (sucção) (g/193,55.cm².min) 42,08
Área bruta (cm²) 403,99
Área líquida (cm²) 161,14
Argamassa
A argamassa utilizada nesta pesquisa é mista de cimento, cal e areia. Na
confecção da argamassa foi utilizado um traço pré-determinados em volume,
considerando a utilização de cimento comum. Para a utilização do cimento Portland
pozolânico CP-IV, cimento este utilizado nesta pesquisa, foi adotada a conversão de
traço baseada na diferença das massas unitárias dos cimentos, conforme proposto
por Pedroso (2003) (6). A Tabela 2 mostra a os valores dos traços e a resistência à
compressão da argamassa aos 28 dias.
Tabela 2 – Traços e resistências para argamassa.
Traço em volume cimento CP-I 32
Traço em massa cimento CP-IV 32
f,médio (MPa)
A 1:0,250:3,000 1:0,127:4,115 18,35
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22 a 25 de maio 2006 – Blumenau, SC Grautes
O graute utilizado neste trabalho é misto, com cimento, cal, areia e pedrisco,
sem a utilização de qualquer tipo de aditivo. Foram adotados três tipos de grautes
com resistências à compressão distintas, para se verificar a influência desta variável
no comportamento dos prismas.
De forma análoga à argamassa, os traços dos grautes foram corrigidos para a
utilização do cimento Portland pozolânico CP-IV. A Tabela 3 apresenta os valores
obtidos na correção dos traços dos grautes e também os valores de resistência à
compressão, aos 28 dias, dos mesmos.
Tabela 3 – Traços e resistências para grautes.
Traço em volume cimento CP-I 32
Traço em massa cimento CP-IV 32
f,médio (MPa)
G1 1:0,05:3,250:3,500 1:0,025:4,458:3,695 7,98
G2 1:0,05:2,250:2,500 1:0,025:3,086:2,639 16,47
G3 1:0,05:1,250:1,750 1:0,025:1,714:1,847 24,38 RESULTADOS
O modelo de prisma adotado tem três fiadas de altura e um bloco e meio de
largura, apresentando dimensões médias de 44 cm de comprimento, 14 cm de
largura e 59 cm de altura. O assentamento dos blocos é contrafiado, portanto com
amarração, e com argamassamento total. As Figuras 2 e 3 apresentam a execução
dos prismas e a série de prismas após o grauteamento.
Figura 2 – Execução dos prismas.
Figura 3 – Prismas grauteados.
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22 a 25 de maio 2006 – Blumenau, SC Os prismas foram moldados conforme orientação das normas da ABNT, suas
juntas de argamassas foram controladas para que sua espessura fosse de
aproximadamente 10 mm. O grauteamento ocorreu após a moldagem, sendo o
graute adensado em três camadas.
Os prismas foram ensaiados a resistência à compressão aos 28 dias em séries
de seis prismas para cada combinação graute/porcentagem de grauteamento. O
Quadro 2 apresenta os resultados médios da resistência à compressão axial dos
prismas estudados, em relação a sua área bruta, para as diversas situações de
grauteamento.
Oco 33% 66% 100%
G1 7,98
5,92 (22,06)
6,70 (8,22)
8,29 (13,13)
G2 16,47
7,23 (13,82)
7,15 (20,78)
8,25 (12,94)
G3 24,38
6,44 (11,76)
7,50 (16,30)
7,89 (17,20)
8,44 (18,37)
Observação: Os valores apresentados no quadro são as resistências médias (MPa) para a série de prismas e os valores entre parênteses são os coeficientes de variação (%).
Quadro 2 – Resultados de resistência à compressão dos prismas (área bruta). ANALISE DOS RESULTADOS
Comparação entre grautes
Mesmo com todo o acréscimo de resistência aplicado ao graute pode-se
considerar pequena a influência desta variável na resistência à compressão dos
prismas. Em média, considerando todos os tipos de prismas grauteados, o ganho de
resistência à compressão dos prismas, se compararmos o uso do graute G1 com o
graute G2 (que tem aproximadamente o dobro da resistência do graute G1), é de
8,23%. Fazendo a comparação da utilização do graute G2 com o graute G3 (que tem
uma vez e meia a resistência do graute G2) constata-se um ganho médio de
resistência de 8,18%. Já na comparação dos extremos, o graute G1 com o graute
G3, nota-se um aumento de resistência de 5,30%. As Figuras 4 e 5 mostram estas
variações de resistências.
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22 a 25 de maio 2006 – Blumenau, SC
6,0
6,5
7,0
7,5
8,0
8,5
0 5 10 15 20 25
Resistência do graute (MPa)
Res
istê
ncia
do
pris
ma
(MPa
)
Figura 4 – Resistência média dos prismas em função da resistência do graute.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
33% 66% 100%TIPOS DE PRISMAS
Res
istê
ncia
à c
ompr
essã
o (M
Pa)
G1G2G3
Figura 5 – Comparativo em relação ao tipo de graute utilizado.
Na análise dos prismas com a totalidade de células grauteadas, comparando a
utilização dos grautes G1 e G3, que têm uma diferença de resistência de 205,51%,
percebe-se um acréscimo de apenas 1,93% na resistência à compressão dos
prismas. Os resultados se aproximam aos resultados de Mendes (1998) (7) para a
utilização de argamassa com resistência semelhante, que concluiu que os prismas
que apresentam melhor desempenho são os com grautes com módulos de
deformação próximos aos dos prismas não-grauteados.
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22 a 25 de maio 2006 – Blumenau, SC Comparação entre porcentagens de grauteamento
O aumento da porcentagem das células grauteadas apresenta também um
ganho pouco significativo de resistência à compressão nos prismas. Em média, o
ganho de resistência dos prismas com 1/3 de suas células grauteadas em relação
aos prismas ocos é de 6,89%, já dos prismas com 2/3 de suas células grauteadas é
de 12,53%. Analisando a série de prismas totalmente grauteados em relação os
prismas não grauteados nota-se um aumento médio da resistência de 29,24%. A
Figura 6 apresenta o ganho de resistência médio dos prismas em função da
porcentagem de células grauteadas.
6
7
7
8
8
9
OCO 33% 66% 100%
TIPO DE GRAUTE
Res
istê
ncia
à c
ompr
essã
o (M
Pa)
Figura 6 – Resistência média dos prismas em função do tipo de grauteamento.
De forma geral, quando comparados todos os prismas ensaiados em relação
ao aumento de resistência, percebe-se um ganho mais evidente de resistência à
compressão nos prismas totalmente grauteados. Existem alguns fatores que fazem
com que o grauteamento total possa ser realmente eficiente, como a utilização de
grautes e argamassas adequados às necessidades dos prismas. De forma similar a
Garcia (2000) (8) e Arantes (2003) (9), nota-se uma proporcionalidade no acréscimo
de resistência dos prismas parcialmente grauteados.
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Anais do 50º Congresso Brasileiro de Cerâmica Proceedings of the 50th Annual Meeting of the Brazilian Ceramic Society
22 a 25 de maio 2006 – Blumenau, SC Fazendo uma análise geral dos tipos de grautes utilizados em relação à
porcentagem de grauteamento nota-se que não há uma variação significativa de
aumento de resistência ao compararmos a utilização de 100% das células
grauteadas com os prismas. A Figura 7 mostra estas variações de resistência.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
G1 G2 G3
TIPOS DE PRISMAS
Res
istê
ncia
à c
ompr
essã
o (M
Pa)
Oco 33%66% 100%
Figura 7 – Comparativo em relação ao tipo de grauteamento utilizado.
Formas de ruptura
De forma geral, em função da elevada resistência da argamassa, os prismas
têm uma ruptura explosiva, com os prismas fissurando e rompendo subitamente.
Conforme Cheema & Klingner (10), a argamassa tem a tendência de expandir
lateralmente e, como é ligada mecanicamente ao bloco, ela é restringida
lateralmente, surgindo tensões laterais de tração no bloco e de compressão na
argamassa. A argamassa pode tanto fendilhar o bloco, como em menor escala, ser
esmagada pelas tensões de compressão geradas.
A ruptura dos prismas grauteados ocorre devido à expansão do graute que,
ao atingir sua capacidade de resistência à compressão, deforma devido à
microfissuração interna. Segundo Hamid & Drysdale (1), o graute transmite tensões
aos demais componentes do prisma, bloco e junta de argamassa, que tendem a
confinar o graute. A ação do graute sobre o prisma gera tensões de tração na
interface bloco/argamassa, zona mais frágil do prisma, levando-o a ruína. Quando o
graute não atinge a sua capacidade resistiva antes do conjunto bloco/argamassa, as
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22 a 25 de maio 2006 – Blumenau, SC faces do bloco são tracionadas ao restringirem as deformações da argamassa. O
bloco sempre romperá por tensões de tração geradas pela deformação dos demais
componentes. As Figuras 5 a 8 apresentam as formas de rupturas dos prismas e a
ação do graute sobre os prismas.
Figura 8 – Ruptura explosiva (prisma oco).
Figura 10 – Ação do graute no o prisma.
Figura 9 – Ruptura explosiva do prisma.
Figura 11 – Detalhe da ação do graute.
CONCLUSÕES
Na comparação entre os prismas grauteados com diferentes tipos de grautes,
conclui-se que o aumento de resistência dos grautes não gera um aumento
significativo na resistência dos prismas. De forma geral, há um pequeno aumento na
resistência dos prismas com o aumento da resistência dos grautes. Os prismas com
100% das células grauteadas sofrem maior influência das tensões geradas pelo
graute em função do estado de confinamento do mesmo.
Para prismas parcialmente grauteados o aumento da porcentagem das
células grauteadas gera um aumento proporcional, mas não significativo, na
resistência dos prismas. Os prismas totalmente grauteados fogem desta
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Anais do 50º Congresso Brasileiro de Cerâmica Proceedings of the 50th Annual Meeting of the Brazilian Ceramic Society
22 a 25 de maio 2006 – Blumenau, SC proporcionalidade apresentada pelos prismas parcialmente grauteados e não
grauteados e, na sua maioria, têm um ganho significativo de resistência.
Conclui-se que a utilização do grauteamento parcial em painéis de alvenaria
pode ser eficiente desde que seja utilizado de forma adequada, com uma
compatibilização da dosagem de traços de grautes e argamassas com as
características mecânicas dos blocos utilizados.
Este estudo pode trazer subsídios para a utilização de grauteamento parcial
em projetos em alvenaria estrutural, colaborando para melhorar a resistência à
compressão das estruturas, garantido também, maior eficiência à mesma.
REFERÊNCIAS
1. HAMID, A. A.; CHANDRAKEERTHY,S. R. Compressive strength of partially grouted concrete masonry using samll scale wall elements. Drexel University, Philadelphia. 1992.
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3. COLVILLE, J.; WOLDE-TINSAE, A. M. Compressive strenght of a grouted concrete masonry. 9th International Brick/Block Masonry Conference. 1991 b. Berlin, Germany. Proceedings, v. 1, p. 149-156. 1991
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5. GOMES, N.S. A resistência das paredes de alvenaria. 1983. 190p.. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) – Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, São Paulo-SP.
6. PEDROSO, G. M. Estudo de resistência de aderência ao cisalhamento na alvenaria estrutural. 2001. 105p.. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) – Pós-Graduação em Engenharia Civil, UFSM, Santa Maria-RS.
7. MENDES, R. J. K. Resistência à compressão de alvenaria de blocos cerâmicos estruturais. 1998. 185p.. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) - Pós-Graduação em Engenharia Civil, UFSC, Florianópolis.
8. GARCIA, P.D. Contribuições ao estudo da resistência à compressão de paredes de alvenaria de blocos cerâmicos. 2000. 115p.. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) – Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Carlos-SP.
9. ARANTES, C. A. Influência do graute na alvenaria estrutural cerâmica. 2003. 175p.. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) – Pós-Graduação em Engenharia Civil, UFSM, Santa Maria-RS.
10. CHEEMA, T.S.; KLINGNER, R. E. Compressive strength of a concrete masonry prism. American Concrete Institute Journal. January-February, 1986. p. 88-97.
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Anais do 50º Congresso Brasileiro de Cerâmica Proceedings of the 50th Annual Meeting of the Brazilian Ceramic Society
22 a 25 de maio 2006 – Blumenau, SC
ANALYSIS OF THE BEHAVIOR OF GROUTED CLAY PRISMS FOR STRUCTURAL MASONRY
ABSTRACT
In order to study the influence of the grout in the compression strength of prisms made of ceramic blocks, this paper deals with compression testing done with different types of grout and grouting ratios. The testing was done in sets of prisms with three different types of grout (G1, G2 e G3) combined with four different ratios of grouted cavities (0%, 33%, 66% e 100% grouted). Based on experimental data an analysis of the results gathered was done and, through the comparison among the different variables, some conclusions regarding the mechanical behavior of the prisms were drawn, such as; there is a non-significant increase in the prisms’ strength when the grouts’ strength is increased and, only when 100 % of its cavities is grouted, there is a significant increase in the prisms’ strength. Key words: structural masonry, ceramic blocks and grout.
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