Desenvolvimento das Técnicas deProdução de Blocos de Concreto

para Alvenaria Estruturalna Escala (1:4)

Eng. Rodrigo Piernas Andolfato

Núcleo de Estudo e Pesquisa da Alvenaria Estrutural

Objetivo

• Desenvolvimento das técnicas de produção de Desenvolvimento das técnicas de produção de modelos reduzidos dos blocos de concreto;modelos reduzidos dos blocos de concreto;

• Estudo inicial de correlações entre modelo e Estudo inicial de correlações entre modelo e protótipo de prismas de três fiadas.protótipo de prismas de três fiadas.

Introdução

• A Alvenaria EstruturalAlvenaria Estrutural:– Sistema construtivo racionalizado;– Componente rígido e coeso conformado em obra;– Vantagens:

• Conceitos de racionalização, produtividade e qualidade.• Bom desempenho tecnológico aliado a baixos custos;

– Utilizada correntemente sem adequada normalização do processo e produtos envolvidos.

Introdução• Necessidade de se conhecer o comportamento dos

elementos estruturais mais complexos:– Estruturas correntes;– “Um melhor entendimento do comportamento complexo

das estruturas de alvenaria é necessário para se conseguir um conceito mais apropriado do estado limite de projeto” (ABBOUD et al., 1990).

• Estudo em modelos na escala real:• HENDRY (década de setenta);• Building Research Institute (1979 à 1982);• Custo, tempo e complexidade de sistemas de ensaio;• Tratamentos estatísticos inadequados;

• Estudo em modelos na escala reduzida.

Estudo realizado porHendry na década de 70.

Estudo realizadopelo

BRI e MCJ

Introdução

• Aprimoramento das técnicas de modelagem nos últimos anos:– Melhoria na instrumentação;– Dispositivos de carga mais precisos.

• Técnica aplicada com sucesso em problemas não lineares em C.A. e protendido:– Ferramenta poderosa;– Foi proposta como alternativa econômica aos

ensaios na escala real;

Histórico na Alvenaria Estrutural

– Modelos com tijolos:• VOGT (50’s) - (1:4 e 1:10);• MOHR (60’s) (1:6);• HENDRY e MURTHY (70’s) - (1:1, 1:3 e 1:6) –

conclusões fundamentadas;• SINHA, MAURENBRECHER e HENDRY (70’s) -

(1:1 e 1:6) – comparação entre edifícios nas duas escalas;

Histórico na Alvenaria Estrutural

– Modelos com blocos:• NATIONAL BUREAU OF STANDARDS NBSNBS (final

dos 70’s) - (1:4) estudo não foi conclusivo;• HARRIS e BECICA (70’s) - (1:4) aspectos

qualitativos;• HAMID e ABBUD (estudo seguinte) - (1:4) aspectos

quantitativos;• CAMACHO (Brasil, 1995) - Estudo em modelos

cerâmicos.

Modelos Físicos Reduzidos• Definições:

– Modelo – representação física de uma estrutura ou porção dela. Usualmente construído em escala reduzida, e freqüentemente representa um protótipo de uma estrutura específica.

– Modelo Indireto – O carregamento e os materiais não têm relação direta aos usados no protótipo. Cargas e deformações são aplicadas para se obter linhas ou superfícies de influência.

– Modelo Direto – Modelo carregado na mesma maneira do protótipo, tal que tensões e deformações sejam similares às aquelas do protótipo.

– Modelo Elástico – Modelo direto que geometricamente representa o protótipo, mas que utiliza materiais elásticos e homogêneos.

– Modelo de Resistência Última – Modelo direto que geometricamente representa o protótipo tanto nas dimensões externas quanto nas internas. Além disso, os materiais do modelo reproduzem fielmente as características dos materiais do protótipo.

Modelos Físicos Reduzidos

• Estabelecimento das condições de semelhança física:– Respostas obtidas nos modelos podem ser

estendidas ao protótipo.“O uso de modelos traz grandes vantagens para o perfeito

entendimento dos fenômenos que ocorrem nas estruturas e podem ser utilizados no ensino, pesquisa e desenvolvimento de projetos” (KLEIN, 1998).

• Efeitos negligenciados nos procedimentos teóricos;

Modelos Físicos Reduzidos• Vantagens da MF em relação a MN:

– Efeitos negligenciados nos procedimentos teóricos;– Estudo do comportamento do material até sua ruína;

• Desvantagens:– Avaliação de estruturas através de modelos:

• Dispendioso;• Consumidor de tempo;• Mão-de-obra especializada.

• Uso em pesquisas que subsidiarão informações que alimentarão os modelos matemáticos.

• Casos especiais.

Modelos Físicos Reduzidos

• Aspectos gerais da modelagem física reduzida;“Para que os resultados obtidos na experimentação de modelos

em laboratório possam ser estendidos para a representação de um protótipo, é necessário primeiramente que exista semelhança geométrica” (CARNEIRO, 1996)

• Teoria da homogeneidade dimensional:– Equação matemática que define um processo físico deve ser

inalterável a qualquer mudança do sistema de unidades empregado;

– Grandezas fundamentais e grandezas derivadas.

Modelos Físicos Reduzidos

• Fator de escala:

• Adoção de parâmetros:• Características geométricas;• Resistência à compressão;• Deformabilidade;

4:141

p

mL L

Lk

Técnica de Produção Desenvolvida

• Diferença na produção das unidades entre escalas:– Escala real:

• Massa final seca - relação direta com a umidade da mistura;

– Escala reduzida:• Massa final seca - definida no processo de fabricação;

• Etapas de produção dos modelos:

Técnica de Produção Desenvolvida

Técnica de Produção Desenvolvida

Técnica de Produção Desenvolvida

Técnica de Produção Desenvolvida

Técnica de Produção Desenvolvida

Técnica de Produção Desenvolvida

Ensaios de Caracterização

• Curvas granulométricas:– Areia;– Pedrisco;

• Areia e pedrisco de referência;– Tabela apresentada no próximo slide;

• Tentativa da redução não completa dos agregados:

– Realizados em Drexel;– Materiais não correlatos.

Ensaios de Caracterização

Porcentagem retida nas peneiras

Agregado

Pene

ira 9

,50

(mm

)

Pene

ira 4

,80

(mm

)

Pene

ira 2

,38

(mm

)

Pene

ira 1

,19

(mm

)

Pene

ira 0

,59

(mm

)

*Pen

eira

0,4

2 (m

m)

Pene

ira 0

,297

(m

m)

Pene

ira 0

,149

(m

m)

*Pen

eira

0,1

05

(mm

)

*Pen

eira

0,0

74

(mm

)

Fund

o

Areia da Fábrica - - 1,72 5,08 21,22 30,70 17,82 21,55 1,17 0,51 0,23

Areia de referência - - - - 28,00 30,00 18,00 24,00 - - -

Areia na escala (1:4) - - - - - - - 28,00 30,00 18,00 24,00

* Peneiras intermediárias. Estas não fazem parte da série normal. OBS: As areias apresentaram mesmo peso específico para as duas escalas com valor de 348,1 cm

gf .

Ensaios de Caracterização

• Argamassa de assentamento:– Areia específica;– Traço 1:1:6 em volume;– Corpos-de-prova cilíndricos de 5x10cm;– Ensaios de compressão (NBR-5739);– Resultados obtidos:

• Valores médios de 4,9 e 4,7 MPa (real e reduzida).

Ensaios de Unidades

• Considerações iniciais:– 5 traços diferentes na escala real;– 4 traços diferentes na escala reduzida;– Teste de hipótese “t de studentt de student”;

• Características dos blocos na escala real:– Traço 1P (protótipo);– Traço 2P (menos cimento);– Traço 3P (mais cimento);– Traço 4P e 5P (maior grau de compacidade).

gfgf 5,15864

10145

gfgf 7,15564

9967

gfgf 7,15764

10096

gfgf 0,16464

10493

gfgf 8,16464

10546

Ensaios de Unidades

• Características dos blocos na escala real:– Resumo dos traços na escala real:

Materiais Traço 1 Traço 2 Traço 3 Traço 4 Traço 5

Cimento (kg) 40 33 47 40 40 Areia (kg) 213 213 213 213 213

Pedrisco (kg) 132 132 132 132 132 Água (lts) 7 7 7 14 21

Areia / pedrisco 1,62 1,62 1,62 1,62 1,62 Cim. / agregado (%) 11,61 9,64 13,57 11,61 11,61

Água / Mat. Secos++ (%) 7,41 7,54 7,28 9,23 10,79 Água / cimento++ (%) 71,24 85,77 60,91 88,74 103,74

++ Computada a água presente na umidade da areia e pedrisco.

Traço de controle

Traço commenos

cimento

Traço commais

cimento

Traço como dobrode água

Traço como triplode água

Ensaios de Unidades

y = -0,0004x2 + 0,015x + 1,23R2 = 1

1,31

1,32

1,33

1,34

1,35

1,36

1,37

1,38

6,00 8,00 10,00 12,00 14,00 16,00 18,00 20,00

Quantidade de Água (lts)

G.C

. (gf

/cm

³)

1

4

5

Ensaios de Unidades

• Características dos blocos na escala reduzida:• Características geométricas:• Traços proporcionalmente iguais:

– Traço 1M (modelo) 157,67 [ gf ]157,67 [ gf ];– Traço 2M (menos cimento) 156,92 [ gf ]156,92 [ gf ];– Traço 3M (mais cimento) 160,03 [ gf ]160,03 [ gf ];– Traço 4M (maior G. C.) 164,04 [ gf ]164,04 [ gf ].

• Descrição dos ensaios (NBR-7184):• Capeamento;• Velocidade de carregamento.

skN /00,2 skN /10,0

158,5158,5155,7155,7

157,7157,7164,0164,0

Ensaios de Unidades

• Descrição dos ensaios (NBR-7184):• Instrumentação:

Planta

Seção Transversal

Meiaaltura

Direçõesopostas

Resistência Módulo Secante

Escala Traço Ruptura ( MPa ) C. V. (%)

Valor médio

( MPa ) C. V. (%)

Traço 1F 9,17 12,85 14387 31,71 Traço 2F 7,94 13,39 8295 29,37 Traço 3F 8,90 13,17 15858 31,87 Traço 4F 13,38 17,87 10387 27,38

Esca

la R

eal

Traço 5F 13,48 13,72 10572 23,30 Traço 1S 9,47 16,77 10761 19,68 Traço 2S 6,31 14,85 9006 27,13 Traço 3S 11,39 17,50 10936 10,77 Es

cala

R

eduz

ida

Traço 4S 12,88 11,20 11409 18,24

Ensaios de Unidades

• Resultados obtidos:

Teste de hipóteseTeste de hipóteseconfirma a igualdadeconfirma a igualdadeTeste de hipótese nãoTeste de hipótese nãoconfirma a igualdadeconfirma a igualdade

Valor para validação Valor para validação 7MPa7MPa..Erro = ( Erro = ( 7,00 - 6,31 ) 7,00 - 6,31 ) ÷ 6,31÷ 6,31

ErroErro = = 10,93% 10,93%ACI → ExcelenteACI → Excelente

Teste de hipótese nãoTeste de hipótese nãoconfirma a igualdadeconfirma a igualdade

y = -1518,4x2 + 4155,7x - 2830R2 = 1

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

16,00

1,31 1,32 1,33 1,34 1,35 1,36 1,37

Grau de Compacidade (gf/cm³ )

Res

istê

ncia

(MPa

)

1

4 5

8,90

11,00

Teste de hipóteseTeste de hipóteseconfirma a igualdadeconfirma a igualdade

Teste de hipóteseTeste de hipóteseconfirma a igualdadeconfirma a igualdadeTeste de hipóteseTeste de hipóteseconfirma a igualdadeconfirma a igualdadeTeste de hipóteseTeste de hipóteseconfirma a igualdadeconfirma a igualdadeTeste de hipóteseTeste de hipóteseconfirma a igualdadeconfirma a igualdade

11,39

Teste de hipóteseTeste de hipóteseconfirma a igualdadeconfirma a igualdade

Ensaios de Unidades

• Discussão dos resultados:• Resistência à compressão:

» Variações no GC reflete na resistência;» Teor de cimento;

• Módulo de deformação:» Quanto ao grau de compacidade;» Quanto ao teor de cimento;» Igualdade verificada nos valores entre escalas;

• Curvas tensão-deformação:» Comportamento ao longo dos incrementos de carga.

Ensaios de Unidades

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

0,0000 0,0005 0,0010 0,0015 0,0020 0,0025 0,0030 0,0035 0,0040

Deformação ()

Ten

são

(MPa

)

Modelo Protótipo

Traço 1

Ensaios de Unidades

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

0,0000 0,0005 0,0010 0,0015 0,0020 0,0025 0,0030 0,0035 0,0040

Deformação ()

Ten

são

(MPa

)

Modelo

Protótipo

Traço 2

Ensaios de Unidades

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

0,0000 0,0005 0,0010 0,0015 0,0020 0,0025 0,0030 0,0035 0,0040

Deformação ()

Ten

são

(MPa

)

Modelo

Protótipo

Traço 3

Ensaios de Unidades

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

16,00

0,0000 0,0005 0,0010 0,0015 0,0020 0,0025 0,0030 0,0035 0,0040

Deformação ()

Ten

são

(MPa

)

Modelo

Protótipo

Traço 4

Ensaios de Prismas

• Considerações iniciais:– Usados como base para cálculo da resistência de

projeto;– NBR-8215 → 2 fiadas de altura;– h/t = 2,78 → h/t = 4,21 (3 fiadas);

• Moldagem dos corpos-de-prova:– Três fiadas de altura;– Juntas totalmente preenchidas;– Gabarito para auxílio no prumo;

Ensaios de Prismas

• Descrição dos ensaios:– Capeamento;– Velocidade de carregamento;– Instrumentação:

• Metodologia própria como para as unidade;

Resistência Módulo Secante

Escala Traço Ruptura ( MPa ) C. V. (%)

Valor Médio

( MPa ) C. V. (%)

Traço 1F 7,92 7,20 10001 12,79 Traço 2F 6,58 6,91 7704 25,16 Traço 3F 6,97 9,37 9053 11,90 Traço 4F 10,15 12,38 8372 17,77

Esca

la R

eal

Traço 5F 8,03 8,49 6709 13,86 Traço 1S 9,16 5,69 9053 9,77 Traço 2S 7,27 6,95 7865 17,84 Traço 3S 9,52 14,78 10206 10,02 Es

cala

R

eduz

ida

Traço 4S 10,99 8,06 8621 12,06

Teste de Hipótese validouTeste de Hipótese validoutodas as comparaçõestodas as comparações

entre as médias.entre as médias.

Valor para validação Valor para validação 9MPa9MPa..Erro = ( Erro = ( 9,00 - 9,16 ) 9,00 - 9,16 ) ÷ 9,16÷ 9,16

ErroErro = = 1,77% 1,77%ACI → ExcelenteACI → Excelente

Teste de hipótese nãoTeste de hipótese nãoconfirma a igualdadeconfirma a igualdade

Valor para validação Valor para validação 8,40MPa8,40MPa..Erro = ( Erro = ( 8,40 - 9,52 ) 8,40 - 9,52 ) ÷ 9,52÷ 9,52

ErroErro = = 11,76% 11,76%ACI → Muito Boa ou ACI → Muito Boa ou Próxima da excelência.Próxima da excelência.

Teste de hipóteseTeste de hipóteseconfirma a igualdadeconfirma a igualdadeTeste de hipótese nãoTeste de hipótese nãoconfirma a igualdadeconfirma a igualdadeTeste de hipóteseTeste de hipóteseconfirma a igualdadeconfirma a igualdade

Ensaios de Prismas

• Resultados obtidos

Ensaios de Prismas

• Resistência à compressão:– Relação direta com a argamassa;

• Módulos de deformação:• Forma de ruptura:• Curvas tensão-deformação:

Ensaios de Prismas

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

0,0000 0,0005 0,0010 0,0015 0,0020 0,0025 0,0030 0,0035 0,0040

Deformação ()

Ten

são

(MPa

)

Modelo

Protótipo

Traço 1

Ensaios de Prismas

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

0,0000 0,0005 0,0010 0,0015 0,0020 0,0025 0,0030 0,0035 0,0040

Deformação ()

Ten

são

(MPa

)

Modelo Protótipo

Traço 2

Ensaios de Prismas

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

0,0000 0,0005 0,0010 0,0015 0,0020 0,0025 0,0030 0,0035 0,0040

Deformação ()

Ten

são

(MPa

)

Modelo Protótipo

Traço 3

Ensaios de Prismas

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

0,0000 0,0005 0,0010 0,0015 0,0020 0,0025 0,0030 0,0035 0,0040

Deformação ()

Ten

são

(MPa

)

Modelo Protótipo

Traço 4

Comentários Finais & Conclusões

• Granulometria dos agregados;• Graus de compacidade;• Teores de cimento;• Filler;• A escala ¼ ;• Correlações entre escalas;

Comentários Finais & Conclusões

•Pequenas diferenças nos G.C. (traço 3);•Técnicas de produção;

A alvenaria estrutural de blocos de concretopode ser estudada através de

modelos físicos reduzidos

Sugestões para trabalhos futuros

• Ficam como sugestões:

Estudo entre maior número deescalas com um mesmo bloco tipo

Estudo correlativo maisaprimorado de prismas e paredes

Estudo em blocos e prismas comoutras características geométricas

para fins de validação

Estudo do comportamento geral deum edifício tanto na escala real

quanto na reduzida;

Agradecimentos

UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA"JÚLIO DE MESQUITA FILHO"

Concretic - Nipoã

FIM

Núcleo de Estudo e Pesquisa da Alvenaria Estrutural