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2015 IBRACON

The inuence of grouting and reinforcement ratio in

the concrete block masonry compressive behaviorInuncia do graute e da taxa de armadura nocomportamento compresso da alvenaria de blocosde concreto

a Universidade Estadual Paulista Jlio de Mesquita Filho - UNESP, Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira, Departamento de Engenharia Civil, Ilha Solteira-SP, Brasil;b Universidade Federal de So Carlos UFSCar, Departamento de Engenharia Civil, So Carlos-SP, Brasil.

Received: 08 May 2014 Accepted: 19 Dec 2014 Available Online: 12 Jun 2015

Abstract

Resumo

This paper presents an experimental investigation on the compressive strength and stress-strain curves of concrete block masonry with varyingblock and grout strengths and reinforcement ratio. The three-block prisms, built with 8.5 and 15.0 MPa blocks, were tested hollow and lled with

17.0 and 30.0 MPa compressive strength grouts. In addition, prisms and walls with reinforcement rates of 0.15%, 0.40% and 1.0 % were alsotested. With the results, it was possible to measure the compressive strength and stress-strain behavior of masonry with inclusion of different groutand reinforcement components, giving parameters for better evaluation of their performance and design. Among the conclusions, it was observedthat increasing the compressive strength of masonry is not proportional to the increase of the grouting area and the efciency of reinforcement toincrease compressive strength is low. Stress-strain curves for the several materials combinations are made available.

Keywords: concrete blocks, reinforcement, masonry, compressive strength, stress-strain curve.

Este trabalho apresenta uma investigao experimental do comportamento estrutural, resistncia compresso axial e deformabilidade, da alve-naria de bloco de concreto em funo da variao da resistncia dos blocos e graute e da taxa de armadura. Os prismas de trs adas de altura,construdos com blocos de 8,5 e 15,0 MPa, foram ensaiados ocos e preenchidos com grautes de 17,0 e 30,0 MPa. Alm destes, tambm foramensaiados prismas e paredes armadas com taxas de 0,15%, 0,40% e 1,0%. Com os resultados foi possvel mensurar a variao da resistnciae os diagramas tenso-deformao da alvenaria com a insero destes componentes (graute e armadura), fornecendo parmetros para melhoravaliao de seu desempenho para projeto. Entre as concluses, pode-se armar que o aumento da resistncia compresso das alvenariasno proporcional ao aumento de rea pelo grauteamento e que baixa a ecincia da presena de armaduras para aumento da resistncia acompresso. So disponibilizados os diagramas tenso-deformao para as vrias combinaes de materiais.

Palavras-chave:blocos de concreto, armadura, alvenaria estrutural, resistncia a compresso, curva tenso-deformao.

J. S. CAMACHO a

[email protected]

B. G. LOGULLO a

[email protected]

G. A. PARSEKIAN b

[email protected]

P. R. N. SOUDAIS a

[email protected]

Volume 8, Number 3 (June 2015) p. 341-364 ISSN 1983-4195http://dx.doi.org/10.1590/S1983-41952015000300006

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The inuence of grouting and reinforcement ratio in the concrete block masonry compressive behavior

1. Introduo

Tem sido frequente atualmente a construo de edifcios em alve-

naria estrutural de maior porte e com vos mais arrojados, subme-tendo o sistema a carregamentos mais intensos. Face ao crescen-te aumento das solicitaes nos elementos em alvenaria estruturaltem-se mostrado importantes aes que possam aumentar a ca-pacidade resistente de paredes e colunas em alvenaria.Entretanto, muitos problemas relevantes na alvenaria continuamsem respostas. A anlise terica do sistema estrutural de umaobra de alvenaria apresenta uma srie de diculdades, conside-rando que se trata de um sistema estrutural de placas e chapas,

composto por materiais no homogneos e de comportamentono linear [1].Na alvenaria estrutural armada so ainda maiores as interfern-cias entre materiais distintos. A insero do graute e da armadura

aumenta as dvidas e inibem a utilizao desse sistema, pois ge-ram insegurana do meio tcnico diante do desconhecimento deseu comportamento estrutural.A compatibilizao de todos os componentes envolvidos na pro-duo da alvenaria (bloco, argamassa, graute e armadura) pri-mordial e indispensvel para se maximizar e otimizar o seu de-sempenho, com o aproveitamento de todo o potencial do sistema.Essa compatibilidade s possvel com o conhecimento das ca-ractersticas dos materiais e dos fenmenos fsicos e mecnicos,desenvolvidos na alvenaria quando em regime de trabalho [2].

Vrios relatos de ensaios experimentais em blocos de concreto ecermicos [3], [4], [5] (Drysdale & Hamid, 1979, Chachine, 1989,Hamid & Chukwunenye, 1986) indicam que no vlido fazer a

superposio de resistncia do bloco mais seo grauteada para

determinar a resistncia do prisma. De acordo com [6] o aden-samento incompleto do graute, retrao plstica e por secagem,incompatibilidade entre curvas de deformao do bloco e graute efatores geomtricos podem explicar esse efeito.Sobre a taxa de armadura, a verso de 1989 da norma brasilei-ra para projeto de alvenaria estrutural de blocos de concreto [7],permitia um pequeno aumento da resistncia a compresso da

alvenaria com a presena de armadura. Entretanto, a tenso ad-missvel na armadura comprimida era limitada a 62 MPa, o que

na prtica resultava em ecincia muito pequena da incluso de

armadura para aumento da resistncia a compresso. A verso de2011 da norma [8] elimina a possibilidade de armadura para au-

mento da resistncia compresso. A principal causa da baixa e-cincia em paredes comprimidas de ordem construtiva, devido afalta de estribos em paredes armadas de alvenaria estrutural [6].Sobre o diagrama tenso-deformao de alvenaria, o Eurocode[9] indica o diagrama da Figura 1, sendo a deformao na ruptu-ra admitida igua a 0,0035 para blocos do Grupo 1 e 0,002 paraGrupo 2 e 3, sendo que blocos do Grupo 1 tm volume mximo

de vazios de 25% (alvenaria perfurada) e blocos do Grupo 2 entre25% e 50% (inclui blocos vazados). Outras normas admitem osseguintes valores: BS 5628-part 2 1995 [10] = 0,0035 (todas as alvenarias). MSJC (2011) [11] = 0,0035 (alvenaria cermica) ou 0,0025

(alvenaria de blocos de concreto).

S304. 1-04 [12] = 0,0030 (todas as alvenarias). AS 3700-1998 [13] = 0,0035 (todas as alvenarias).Ensaios relatados em [14] indicam o diagrama tenso-deformaoda Figura 2, com deformao na ruptura igual a 0,002 para blocosde concreto.Segundo [6] a partir da constatao que a mxima deformao de

compresso varia entre 0,0020 e 0,0035 para prismas com blocosde concreto e cermico, entende-se que a adoo de um valor

mdio igual a 0,0030 para a normalizao nacional seria adequa-do, como est especicado na norma canadense.

O objetivo principal deste trabalho apresentar estudo sobre avariao do comportamento da alvenaria estrutural de blocos deconcreto em funo da utilizao de graute e armadura. So afe-ridos parmetros para avaliar o aumento da resistncia da alve-

naria estrutural na presena do graute e armadura, bem como ocomportamento dos materiais no instante de ruptura, fornecendoinformaes que auxiliam no entendimento desse material com-posto e permitem melhor calibrar modelos de dimensionamentono estado limite ltimo.

Figura 1 Diagrama tenso-deformao para

dimensionamento de alvenaria segundo Eurocode [9]

Figura 2 Diagrama tenso-deformaode alvenarias segundo [14]

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355IBRACON Structures and Materials Journal 2015 vol. 8 n 3

J. S. CAMACHO | B. G. LOGULLO | P. R. N. SOUDAIS | G. A. PARSEKIAN

1.1 Justifcativa

Edifcios em alvenaria estrutural so construdos no Brasil em al-turas e concepes arrojadas em relao ao atualmente visto emoutras partes do planeta. O aumento do nivel de solicitao emelementos de alvenaria, em especial compresso, percept-vel. Ainda recetemente foi feito um esforo para que a atualiza-o da normalizao a respeito do dimensionamento de elemen-tos em alvenaria de blocos de concreto indroduzisse critrios devericaes no estado limite ltimo. Desta forma entende-se ser

plenamente justicvel a realizao e apresentao de estudos

experimentais que possam contribuir para melhor entendimento

de elementos compostos por diferentes combinaes de blocos,

argamassa, graute e armaduras.

2. Materiais e programa experimental

2.1 Blocos de concreto

Os blocos de concreto apresentam dimenses de 14 cm x 19 cm x29 cm, bloco inteiro, e 14 cm x 19 cm x 14 cm, meio bloco (largurax altura x comprimento), sendo utilizadas duas resistncias, desig-

nadas B1 e B2. Os resultados de ensaios indicaram resistncias compresso iguais a 8,64 (B1) e 15,76 (B2) Mpa, com suas reaslquidas indicadas na tabela 1.

Foram realizados ensaios de resistncia compresso axial e ca-racterizao fsica desses blocos, segundo NBR 12118 [15]. Nosensaios de resistncia, os blocos foram capeados com pasta degesso, nas propores 1 : 0,6 (gesso : gua), e, foram adotadosrelgios comparadores, extensmetro eltricos e clulas de car-ga, para aferir o diagrama tenso-deformao. A Figura 3 ilustra oesquema de ensaio e a Tabela 1 apresenta os resultados obtidos.

2.2 Prismas

Os prismas foram executados com trs blocos e argamassa mista,

Figura 3 Esquema de ensaio dos blocos

Tabela 1 Resultados dos ensaios de resistncia compresso e caracterizao dos blocos

Bloco Umidade (%) Absoro (%) rea lquida (cm2)

[rea lquida/bruta]

B1 24,93 6,86 227,92 [0,57]

B2 41,34 4,79 289,67 [0,71]

Bloco Resistncia(A. bruta) (MPa)CV(%)

Resistncia(A. lquida) (MPa)

CV(%)

Def. de ruptura()

B1 8,64 7,39 15,39 7,39 3,30

B2 15,76 8,88 22,09 8,88 1,60

Tabela 2 Caractersticas da argamassa,grautes e armaduras

Corpo-de-prova

Resistnciamdia(MPa)

Trao(em massa)

Relaoa/c

Argamassa 7,0 1:0,34:6,39 1,27

Graute G1 17,0 1:1,83:2,17 0,67

Graute G2 30,0 1:1,20:1,80 0,55

Taxa dearmadura

rea de ao(cm)

Armaduraexecutada

r1 = 0,15% 0,63 2 6,3 mm

r2 = 0,4% 1,60 2 10,0 mm

r3 = 1,0% 4,00 2 16,0 mm

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com trao em volume 1 : 0,5 : 4,5 (cimento : cal : areia) e a/c iguala 1,27, conforme os procedimentos descritos pela norma NBR15961-2 [16] para as duas classes de blocos.

Os grautes utilizados foram de duas resistncias distintas, sendoelas 17 e 30 MPa e consistncia de 200 30 mm, denominados deG1 e G2, respectivamente, e foram combinados com as classesde blocos. Assim, foram executados prismas B1-G1 e B1-G2, B2-G1 e B2-G2, alm de prismas vazios para cada classe de blocosB1 e B2.Foram utilizadas trs taxas de armaduras, r1, r2 e r3, e combi-nadas com os prismas grauteados, acima citados. As armadurase os traos dos grautes adotados so mostrados na Tabela 2, ocapeamento dos prismas foi feito com pasta de gesso na mesmaproporo dos blocos.Os ensaios de resistncia compresso axial foram realizados uti-lizando novamente relgios comparadores, extensmetros eltricos

e clulas de carga. Os resultados obtidos so apresentados na Ta-bela 3 e a Figura 4 apresenta o esquema de ensaio dos prismas.

2.3 Paredes

Foram montados e ensaiados pequenos painis de alvenaria

com dimenses de 100 cm x 90 cm (altura x comprimento), ou

seja, pequenas paredes de alvenaria estrutural, utilizando as

duas classes de blocos, com trs blocos de comprimento e cincoadas de altura.

A argamassa, grautes e armaduras utilizadas foram os mesmosadotados nos prismas, com a diferena que nas paredes foi empre-gado apenas um tipo de graute, G1, pois esse graute apresentoumaior fator de ecincia nos prismas. Os procedimentos de execu-o das paredes foram realizados segundo a NBR 8949 [17], nosensaios de compresso foi utilizada essa mesma norma, adotando--se relgios comparadores, extensmetros eltricos e clulas decarga, as paredes foram capeadas tambm com pasta de gesso.Os resultados das paredes so dados na Tabela 4 e o esquema de

ensaio pode ser observado na Figura 5.

3. Resultados e discusses

3.1 Prismas

A Tabela 4 apresenta os resultados de resistncias de todas ascombinaes de prismas, na qual se observa um aumento expressi-vo na alvenaria destes prismas vazios (relao rea bruta) para osgrauteados. Contudo, os aumentos da resistncia dos graute ado-tados representaram variaes mnimas na resistncia do prisma,

Tabela 3 Resultados de argamassa e grautes, dos prismas vazios, grauteados e armados

Prisma Resistncia

(MPa) (rea bruta)

Resistncia

(MPa) (Area lquida)CV % Def. de ruptura

()Argamassa 6,10 21,31

Graute G1 17,73 10,07

Graute G2 26,66 15,93

Vazio B1 5,63 10,04 6,19 1,97

B1-G1 11,29 11,29 3,74 1,70

B1-G2 10,50 10,50 11,67 1,43

Vazio B2 7,77 10,89 3,91 1,90

B2-G1 15,33 15,33 4,92 1,90

B2-G2 15,17 15,17 8,94 1,43

B1-G1-r1 10,20 10,20 4,70 1,77

B1-G1-r2 11,39 11,39 8,50 1,60

B1-G1-r3 11,73 11,73 4,32 1,90

B1-G2-r1 11,91 11,91 7,38 1,33

B1-G2-r2 11,03 11,03 8,90 1,63

B1-G2-r3 11,79 11,79 8,71 1,37

B2-G1-r1 14,25 14,25 4,52 1,67

B2-G1-r2 13,87 13,87 9,55 1,67

B2-G1-r3 15,01 15,01 3,27 1,63

B2-G2-r1 15,64 15,64 12,79 1,73

B2-G2-r2 15,75 15,75 6,04 1,56

B2-G2-r3 17,30 17,30 7,36 1,43

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fato constatado por outros autores como [18], [19], [20], [21].Observando os prismas armados, no foram constatadas variaesexpressivas nas resistncias da alvenaria com o aumento da rea

de ao, comparando-se com seus respectivos prismas grauteados.

A Tabela 3 mostra os resultados dos prismas vazios na rea lqui-da com os prismas apenas grauteados das duas classes de blo-cos. Os dados da gura mostram os prismas vazios (rea lquida)

de blocos B1 tiveram suas resistncias praticamente igualadascom o grauteamento, j os prismas de blocos B2 apresentaramresistncias quando grauteados 50% superiores aos seus pris-mas vazios na rea lquida. Esse efeito pode ser dado pela maior

espessura das paredes dos blocos B2 aliada menor rea de

graute, pois as paredes de B2 so mais resistentes expanso

Figura 4 Esquema de ensaio dos prismas

Figura 5 Esquema de ensaio das paredes

Tabela 4 Resultados das paredes vazias,

grauteadas e armadas

ParedeResistncia

(MPa)(A. bruta)

CV %Def. deruptura

()

Vazia B1 4,39 2,58 1,35

B1-G1 7,86 4,52 1,35

Vazia B2 8,19 0,09 1,80

B2-G1 15,17 4,88 1,00

B1-G1-r1 9,32 11,61 1,25

B1-G1-r2 9,50 13,55 1,25

B1-G1-r3 9,11 5,51 1,05

B2-G1-r1 13,93 3,27 0,95

B2-G1-r2 15,86 0,72 0,90

B2-G1r3 17,31 16,44 0,70

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transversal interna do graute, que, por sua vez, tendo uma rea

inferior deforma-se menos.Comparando os resultados das resistncias de compresso xan-

do os valores de blocos e grautes e variando apenas as taxas de

armaduras (Tabela 3), houve um aumento mdio da resistnciados prismas da classe de blocos B1 para B2, entretanto as varia-es relativas s armaduras mostraram-se diferentes em todas as

combinaes, no apresentando um comportamento comum na

Figura 6 Grfico Tenso x Deformao dos prismas vazios e grauteados B1

Figura 7 Grfico Tenso x Deformao dos prismas vazios e grauteados B2

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variao de resistncia das combinaes de prismas, alm destasvariaes serem muito pequenas dentro dos conjuntos de mesma

combinao no permitindo avaliar ganhos.

Com o intuito de analisar os comportamentos das curvas de Tenso x

Deformao das combinaes de prismas vazios e grauteados, e tam-bm dos prismas grauteados com os armados, so fornecidos os gr-cos das Figuras 6 at 11, sendo, a tenso adotada, em todos os grcos,

referente carga de ruptura dos prismas, dividida pela sua rea bruta.

Figura 8 Grfico Tenso x Deformao dos prismas B1-G1 com armaduras


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Na Figura 6 mostrada a curva dos prismas B1, na qual se verica

que os prismas grauteados com G1 e G2 apresentaram um com -portamento prximo entre si e com os prismas vazios em relao

suas reas lquidas.

A Figura 7, dos prismas vazios e grauteados de B2, mostra, nova-mente, um mesmo comportamento de deformabilidade dos prismasgrauteados com G1 e G2. Os prismas grauteados apresentam inico

de curva tenso-deformao semelhantes aos dos prismas ocos, com



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deformaes na ruptura em valores prximos.As Figuras 8 at 11apresentam os prismas apenas grauteados e armados, para as quatro

combinaes de blocos e grautes, sendo, observado um mesmo com-

portamento para as taxas de armaduras em todas estas combinaes.

3.2 Paredes

A Tabela 4 mostra os resultados mdios de resistncia das pare-

des vazias, grauteadas e armadas. Para casos no armados a

Figura 12 Grfico Tenso x Deformao das paredes vazias e grauteadas B1

Figura 13 Grfico Tenso x Deformao das paredes vazias e grauteadas B2

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resistncia na rea lquida igual para os blocos B1 grauteados

ou no, comportamento semelhante ao observado nos prismas.Para o B2, observa-se um aumento de 30% na resistncia em

relao a rea lquida.Vrios autores, p. e. [22], concluem que o aumento percentual na

resistncia compresso das paredes grauteadas em relao sparedes no grauteadas inversamente proporcional ao aumen-to da resistncia do bloco. Deve-se destacar que os blocos aqui

ensaiados tem geometria (espessura da parede do bloco) distintaspara B1 e B2, portanto o compartivo direto no adequado. O que

se pode inferir que blocos de paredes mais espessas proporcio-naram maior aumento de resistncia quando totalmente grauteado,

possivelmente porque a ruptura ocorre por expanso lateral dos

blocos devido a maior rigidez do graute interior e paredes mais es-pessas possuem melhor resistncia essa expanso lateral.A variao das taxas de armadura (r1, r2 e r3) nas paredes de

blocos B1 no gerou variao na resistncia das paredes, comaumento de cerca de 18% em relao a parede sem armadura.

Ao analisar a deformao de ruptura das parede, percebe-se que

no h deformao suciente para aproveitamento do ao. Por

exemplo, com uma rea de armadura de 1,89 cm (rea relativa taxa de armadura r1) adotando E do ao igual a 21 GPa e coma deformao de ruptura da parede de 1,0, obtm-se uma con-tribuio em carga da armadura prxima de 39,7 kN, valor muitopequeno (cerca de 2,6%) se comparado com a carga nal da pa-rede na ordem de 1.500 kN. Desta forma, o aumento observadonas paredes B1 est relacionado a alterao na forma de ruptura(que ocorre por expanso lateral do bloco em funo da expanso

do graute interno) do que com a contribuio da armadura em

absorver parte da carga de compresso.Nas paredes armadas B2 possvel identicar variao da resis-

tncia com a variao da taxa de armadura. Porm, para as barrasde dimetros pequeno (6,3 mm, r1) houve diminuio da resis-tncia em relao a parede grauteada, com valores semelhantes

para as barras de 10 mm (r2) e aumento de 14% para barras de16 mm (r3). Novamente entende-se que h alterao na formade ruptura, com barras de pequeno dimetro sujeitas a tenses

maiores que no caso do B1, contribuindo de forma negativa (pos-sivelmente por conta de efeito de ambagem).

Os resultados indicam que o efeito de armaduras sem estribos

em paredes grauteadas no proporcional ao aumento da taxamecnica de ao/graute, sendo seu efeito varivel em funo dodimetro da barra de ao e do nvel de tenso aplicada, com pe-quenas variaes na resistncia a compresso do conjunto, even-tualmente de forma negativa. Resultados apresentados em [22]tambm indicam pequenas variaes nas resistncias de paredes

de blocos de concreto armadas comparadas com suas respecti-

vas paredes grauteadas.Visando analisar os comportamentos das curvas de Tenso x De-formao das combinaes de paredes vazias e grauteadas, etambm das paredes grauteadas com as armadas, so dados osgrcos das Figuras 12 a 15. Observando a Figura 12, se perce-be um mesmo comportamento de deformabilidade das paredesB1 grauteadas e vazias na rea lquida, fato tambm vericado

nos prismas, inclusive nas leituras obtidas pelos extensmetrosde bloco e armadura.A Figura 13 apresenta as paredes B2 vazias e apenas grauteadas.O grauteamento destas paredes aumentou sua rigidez e resistn-cia nal se comparado com as paredes vazias na rea lquida,

este fato foi tambm vericado com os prismas.

As Figuras 14 e 15 apresentam as curvas das paredes B1 e B2 arma-das, que apresentaram um comportamento bastante semelhante da

Figura 14 Grfico Tenso x Deformao das paredes armadas B1

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alvenaria, com as trs taxas de armaduras, e, dos blocos e barras deao inseridas, fato tambm ocorrido com os prismas armados.

4. Concluses

A partir das observaes aqui relatadas, pode-se concluir: O grauteamento resultou em mesmo resistncia do prisma

grauteado comparado com o prisma vazio na rea lquida para

o B1 e aumentou em 50% a resistncia para o B2. Comporta-mento semelhante foi observado nas paredes, com aumentoinferior (de 30%) para o caso B2. Este fato pode ser explicadopela maior espessura das paredes dos blocos B2 apresentan-do maior resistncia a expanso lateral do graute interno.

Os prismas grauteados apresentaram diminuio na deforma-o de ruptura com a utilizao de grautes mais rgidos, ape-sar da tenso de ruptura ser semelhante para ambos grautes.

A insero do graute nas paredes aumentou em mcia 80%a resistncia coampresso se comparada com as paredesvazias na rea bruta. O aumento da resistncia da alvenariacom o grauteamento no necessariamente proporcional relao efetica de reas.

As armaduras no alteraram de forma signicativa o compor-tamento estrutural dos prismas e paredes (resistncia com-presso axial e deformabilidade), sendo observado eventual-mente pequena reduo na resistncia (barras de 6,3 mm e

blocos B2), pouco ou nenhum aumento na resistncia a com-presso (demais casos). Entende-se no ser possvel calculara resistncia da parede grauteada pela compatibilizao dasdeformaes, tenses e reas de bloco, graute e armadura. A

inuncia provavelmente tem relao com a expanso lateraldo graute e armaduras (sem estribos neste estudo).

Figura 15 Grfico Tenso x Deformao das paredes armadas B2

A deformao na ruptura de alvenarias de blocos de concreto prxima a 2,0, valor esse inferior ao atualmente adotado

na normalizao brasileira, adotado em 3,5, porm seme-lhante ao relatado em outras referncias.

5. Referncias bibliogrcas

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