projecto sipdeco uma solução inovadora para paredes divisórias · sustentabilidade na...

Projecto SipdECO – Uma

solução inovadora para

paredes divisórias

Graça Vasconcelos ; Pedro Alves

Paulo Mendonça; Aires Camões

Paulo B. Lourenço

Universidade do Minho

([email protected])

Projecto SipdECO – Proposta de uma solução inovadora para paredes divisórias

Institute for Sustainability and Innovation in Structural Engineering

2 |

Índice

Introdução

Objectivos

Solução para paredes divisórias

Material compósito – comportamneto mecânico

Forma e geometria dos blocos

Tecnologia de fabrico dos blocos

Tecnologia de construção

Selecção do material de ligação e assentamento

Validação mecânica das paredes de alvenaria

Conclusões



3 |

Introdução (I)

A construção constitui um sector económico com um impacto muito

importante no consumo de energia, quer ao nível da produção dos

materiais de construção, quer ao nível do consumo de energia no uso

dos espaços interiores das (40% do total do consumo)

Por outro lado, este sector é responsável pela produção de resíduos

depositados posteriormente em aterros e pela emissão de dióxido de

carbono para a atmosfera

Necessidade de encontrar soluções que se traduzam numa maior

sustentabilidade na construção, o que é uma exigência das sociedades

modernas - Económica, amiga do ambiente, eficiente do ponto de vista

térmico e acústico, adequada do ponto de vista mecânico

Proposta de materiais e estruturas mais sustentáveis para

a construção (paredes divisórias) – Projecto SipdECO



4 |

baixa densidade

isolamento térmico e

acústico

material ecológico –

sustentabilidade da

floresta

Consumo anual de

280 mil ton – 20% a 30%

é resíduo

Produção de pneus

é de 3 milhões de ton

por ano

Disponibiliddae

razoável de

quantidades de

material

pode promover o

melhoramento

acústico

Gesso FGD

Regranulado de

cortiça

Fibras têxteis

Material compósito

Material leve

amigo do ambiente

eficiente do ponto de

vista térmico, acústico e

mecânico

produção anual de 225

milhões de ton

não é previsto uso

comercial

Introdução (II)



5 |

Objectivos

O principal objectivo consiste na proposta de uma solução para paredes

divisórias com base em blocos moldados de material compósito à base

de gesso que resulta da combinação de subprodutos industriais,

nomeadamente gesso FGD, regranulado de cortiça e fibras texteis

Estudo do material compósito

Concepção do bloco de alvenaria

Definição da tecnologia de construção

Validação mecânica da solução



6 |

Solução de paredes divisórias (I)

Bloco de alvenaria (I)

Bloco composto por duas metades –

possibilita a construção por fases e a

fácil colocação das instalações

eléctricas e hidráulicas sem

necessiadde de abertura de roços

Apesenta forma rectangular com

furação vertical e horizontal induzida

pela formas concavas e convexas da

parte interior

Parte exterior do bloco pode ser

composta de uma placa prensada

conduzindoa uma solução mista (parte

moldada + parte moldada) ou moldada

juntamente com o parte interna

Ligação entre as metades do bloco

deve ser feita no perímetro, nas partes

concavas e com auxílio de peças

auxiliares que melhoram a a

estabilidade durante a construção



7 |

Solução de paredes divisórias (II)

Bloco de alvenaria (II)



8 |

Material compósito (I) - Materiais

Solução de paredes divisórias (III)

O gesso FGD é produzido numa central

termoelectrica como resultado da dessulfuração de

gases de combustão. Apresenta-se na forma de

sulfato de cálcio bi-hidratado com 7% de humidade

O gesso FGD precisa de ser desidratado (calcinação).

Através de testes de calorimetria diferencial de

varrimento e de análise termo-gravimétrica concluiu-

se que a temperatura de calcinação poderia ser de

105ºC

O regranulado de cortiça é constituído por partículas

de diferentes tamanhos, nomeadamente 2/4mm,

2/9mm and 4/8mm. A densidade máxima é de

198kg/m3

As fibras texteis são constituídas por fios

poliméricos , sendo o principal constituinte a

políamida 6. Apresenta alguns resíduos de pneus.



9 |

Material compósito (II) – Selecção da mistura – percentagem de

regranulado de cortiça e fibras texteis

Solução de paredes divisórias (IV)

Composição Tipologia Água Ácido

Cítrico. Regranulad

o Fibras

M5 moldada 80.0 0.05 5.0 3.0

M7 moldada 87.5 0.05 7.0 3.0

M9 moldada 93.75 0.05 9.0 3.0

P prensada 22.5 0.05 – –

5C0F moldada 80.0 0.05 5.0 0.0

5C1F moldada 80.0 0.05 5.0 1.0

5C2F moldada 80.0 0.05 5.0 2.0

5C3F moldada 80.0 0.05 5.0 3.0

7C0F moldada 87.5 0.05 7.0 0.0

7C1F moldada 87.5 0.05 7.0 1.0

7C2F moldada 87.5 0.05 7.0 2.0

7C3F moldada 87.5 0.05 7.0 3.0

Valor médio do massa volúmica – 840kg/m3



10 |

Material compósito (III) – Propriedades mecânicas

Solução de paredes divisórias (V)

Composição E (MPa) fc (MPa)

M5 1899.6 (4.7) 3.10 (2.7)

M7 1311.8 (12.1) 2.0 (13.4)

M9 823.3 (1.5) 1.1 (5.8)

P 2196.9 (17.1) 13.3 (18.2)

5C0F 3731.9 (10.7) 2.62 (13.3)

5C1F 2917.3 (15.6) 2.88 (15.4)

5C2F 2855.7 (1.8) 2.63 (6.0)

5C3F 2662.5 (20.2) 3.35 (7.8)

7C0F 1977.3 (19.3) 1.68 (22.2)

7C1F 2360.8 (17.6) 2.04 (16.4)

7C2F 2090.5 (22.8) 2.27 (6.3)

7C3F 2068.6 (14.0) 2.13 (12.0)

0.00 0.05 0.10 0.15 0.200

1

2

3

4

E (mm/mm)

Co

mp

ress

ive

stre

ng

th, f c

(M

Pa)

A resistência à compressão diminui com o aumento da percentagem de

regranulado de cortiça

A introdução de fibras parece aumenta a resistência à compressão e

ductilidade do material em compressão e tracção (ensaios de energia

de fractura)



11 |

Foram seleccionados 4 materiais

adesivos comerciais à base de

gesso e resinas sintéticas:

Pasta adesiva PA1

Pasta adesiva PA2

Pasta adesiva PA3

Pasta adesiva PA4

Os resultados dos ensaios de pull-off

demonstraram que a pasta PA2 conduz a

um valor mais elevado da resistência de

aderência em tracção.

Selecção do material de ligação (I) - (testes de pull-off)

Baseados nos resultados, decidiu-se

efectuar ensaios de compressão uniaxial em

blocos (4 materiais) e ensaios de compressão

e flexão em alvenaria (2 materiais)

Solução de paredes divisórias (VI)



12 |

Selecção do material de ligação (II) - Ensaios de compressão em blocos

Solução de paredes divisórias (VII)

Material fcb (MPa)

PA1 0.85 (7.2%)

PA2 1.05 (11.2%)

PA3 0.88 (7.8%)

PA4 0.89 (9.1%)

O comportamento bastante dúctil

Rotura caracterizada pela fendilhação vertical

e subvertical na espessura do bloco

O material de ligação mais resistente à

tracção conduz a valores mais elevados da

resistência em compressão



13 |

Provete fc (MPa)

Material PA2

1 1.13

2 1.04

3 1.03

Média 1.07

Material PA1

1 0.83

2 0.93

3 0.88

Média 0.88 Esquema de ensaio

600

300

900

600

LVDT 1

LVDT 4

LVDT 2

LVD

T 3

Geometria dos

provetes

A resistência em compressão é 18% superior no caso do material de

ligação PA2 relativamente ao material de ligação PA1, o que se justifica pela

rotura da interface entre as duas metades

Solução de paredes divisórias (VIII)

Selecção do material de ligação (III) - Ensaios de compressão em alvenaria



14 |

Comportamento bastante dúctil quando

comparado com a solução tradicional de

alvenaria de blocos cerâmicos

O modo de rotura caracteriza-se pela

fendilhação e esmagamento dos blocos ou

rotura da interface

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 150.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

Te

nsã

o (M

Pa

)

Deslocamento (mm)

PC1

PC2

PC3

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 150.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

Te

nsã

o (M

Pa

)

Deslocamento (mm)

PC1

PC2

PC3

Solução de paredes divisórias (IX)

Selecção do material de ligação (IV) - Ensaios de compressão em alvenaria



15 |

Esquema de ensaio Geometria

A resistência de aderência em flexão obtida através dos ensaios de flexão

na direcção perpendicular às juntas horizontais é 22% superior no caso da

aplicação do material PA2 ao nível das juntas horizontais

Em qualquer dos casos, a resistência de aderência é comparável com a

resistência de alvenaria estrutural

LVDT 1 LVDT 2

LVDTControlo

Célula deCarga

l1=80050

l2=480

ls=900

50

600

900

Ligante fl (MPa)

PA2

0.49

0.53

0.51

0.47

Média 0.50

PA1

0.40

0.41

0.39

0.37

Média 0.39

Solução de paredes divisórias (X)

Selecção do material de ligação (V) - Aderência em flexão (juntas horizontais)

Recomendações EN1052-2



16 |

-2.5 -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.50.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

Vertical

Te

nsã

o (M

Pa

)

Deslocamento (mm)

PF1

PF2

PF3

PF4

Horizontal

-2.5 -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.50.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

Vertical

Te

nsã

o (M

Pa

)

Deslocamento (mm)

PF1

PF2

PF3

PF4

Horizontal

Solução de paredes divisórias (XI)

Selecção do material de ligação (V) - Aderência em flexão (juntas horizontais)



17 |

Solução de paredes divisórias (IV)

Tecnologia de fabrico dos blocos



18 |

Tecnologia de construção (I)

Os blocos da primeira fiada devem ser

colocados sobre uma base nivelada e

podem ser ligados com um material

adesivo

O primeiro pano de parede pode ser

construída até ao nível de colocação das

instalações

Duas peças poliméricas devem ser

colocadas em cada metade do bloco ddo

primeiro pano de modo a aumentar a

estabilodade durante a construção

Assentamento do segundo pano ligando-o

ao primeiro pano através de um material

adesivo colocado no perímetro e nas

partes côncavas centrais e através das

peças poliméricas

Solução de paredes divisórias (XII)



19 |

Validação mecânica (I) – Ensaios de compressão uniaxial (EN1052-1)

Esquema de

ensaio Geometria

Ligante fl (MPa)

PA2

0.97

0.83

0.97

0.94

Média 0.93

LVDTControl

Célula deCarga

LVDTControl

Célula deCarga

LVDT 1

LVDT 4

LVDT 2

600

150

0

600

1200

900

140

LVD

T 3 LVDT 10

O valor médio da resistência à

compressão é inferior ao valor obtido

em alvenaria de blocos cerâmicos

A resistência à compressão é muito

superior ao valor da tensão normal

instalada na base das paredes

(<0.1MPa)

Solução de paredes divisórias (XIV)



20 |

Validação mecânica (II) – Ensaios de compressão uniaxial (EN1052-1)

Comportamento

consideravelmente mais

dúctil do que a alvenaria

tradicional

O modo de rotura

caracteriza-se pela

fendilhação dos blocos na

espesssura

Solução de paredes divisórias (XV)



21 |

Esquema de

ensaio

Geometria dos

provetes

LVDT 1 LVDT 2

LVDTControlo

Célula deCarga

l1=80050

l2=480

ls=900

50

900

90

0

1500

1200

LVDT 1 LVDT 2

LVDTControl

Célula deCarga

l1=1340

l2=600

ls=1500

80 80

Solução de paredes divisórias (XVI)

Validação mecânica (III) – Resistência à flexão da alvenaria (EN1052-2)



22 |

0 1 2 3 4 50.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

Te

nsã

o (M

Pa

)

Deslocamento (mm)

PF1

PF2

PF3

0 1 2 3 40.0

0.1

0.2

0.3

0.4

Te

nsã

o (M

Pa

)

Deslocamento (mm)

PC4

PC5

PC5

Direcção paralela às juntas

A resistência média é de 0.37 e 0.33MPa na direcção paralela e

perpendicular às juntas horizontais

Os valores são comparáveis com os valores obtidos em alvenaria de

blocos cerâmicos. No entanto, a resistência à flexão na direcção paralela

apresenta valores superiores relativamente à alvenaria tradicional

Solução de paredes divisórias (XVII)

Validação mecânica (IV) – Resistência à flexão da alvenaria (EN1052-2)

Direcção perpendicular às juntas



23 |

Solução de paredes divisórias (XVIII)

Validação mecânica (V) – Resistência à flexão da alvenaria (EN1052-2)

Direcção paralela às juntas Direcção perpendicular às juntas



24 |

Solução de paredes divisórias (XIX)

Validação mecânica (V) – Resistência a acções de impacto (ETAG (1998))

420027

00

15

00

65°

60

4,9

7

1062,24

1139,54

AA 1

AA 2

AB 3

AA 4

AA 5

AA 7AA 6

LVDT 1

Definição de dois estados para verificação de segurança – diferentes acções de

impacto

Definição de diferentes categorias de uso relacionada com a protecção das

paredes e o risco de ocorrer acidentes e utilização indevida (associadas às

categorias definidas no Eurocódigo 1 – habitação, edifícios comerciais, edifícios

públicos, etc)

Solicitações de impacto:

Impacto mole

Impacto duro



25 |

Solução de paredes divisórias (XX)

Validação mecânica (VI) – Resistência a acções de impacto (ETAG (1998))

Instrumentação para

identificação das

deformadas e

deslocamentos máximos

Simulação de impacto mole



26 |

Solução de paredes divisórias (XX)

Validação mecânica (VI) – Resistência a acções de impacto (ETAG (1998))

Massa (Kg)

Categoria Energia

(Nm) Nº de

impactos Flecha

Deformação permanente

(mm) Avaliação

50

I 60

3

0.61 0.05 Inexistência de dano visível na estrutura

Flecha com valor inferior a 5mm ou 1/500 da altura

Deformação permanente muito pouco significativa e decrescente no caso de 3 impactos consecutivos

0.24 0.01

0.27 0.00

II

120

0.41 0.01

III 0.39 0.01

IV 0.39 0.00

II 200

1

0.70 0.02

III 300 0.84 0.03

IVa 400 1.01 0.00



27 |

Ensaio de compressão excêntrica

4200

2700

LVDT 1 LVDT 2 LVDT 3 LVDT 4

Solução de paredes divisórias (XXI)



28 |

Solução de paredes divisórias (XXII)



29 |

Tipo de

fixação Categoria

Cota de medição

Após 24h Carga total

aplicada

Deformação permanente Destacamento

dos apoios Deformação da parede

Bucha plástica

a

(100Kg) 1.50m 0.47mm 0mm 140kg 0.01mm

Bucha química

b

(200Kg) 1.50m 1.71mm 0.1mm 290Kg 0.02mm

Zona com junta seca

Solução de paredes divisórias (XXIII)



30 |

Zona com junta seca

Fixação Após rotura Avaliação

Bucha plástica

Deformação após 24h insignificante ou inexistente

Destacamento dos apoios inexistente

Deformação permanente insignificante ou inexistente

Bucha química

Deformação após 24h insignificante ou inexistente

Destacamento dos apoios inexistente

Deformação permanente insignificante ou inexistente

Quadro I – Avaliação do desempenho de carga excêntrica para zonas com juntas seca

Solução de paredes divisórias (XXII)



31 |

Tecnologia de construção (I) – Validação final

Solução de paredes divisórias (XXIII)



32 |

O trabalho desenvolvido teve como objectivo a proposta de uma solução

para paredes divisórias, não estruturais com base em blocos moldados

constituídos por um material compósito à base de gesso resultante de três

subprodutos industriais

Conclusões (I)

A geometria dos blocos foi definida de modo a ser possível a obtenção de

furação vertical e horizontal para permitis a colocação das instalações

A tecnologia de construção é faseada para permitir a colocação das

instalações sem a abertura de roços

O material compósito apresenta boas características mecânicas e elevada

capacidade de deformação e ductilidade

A selecção do material de ligação foi efectuado com base num programa

experimental de ensaios de arrancamento, compressão uniaxial e de

ensaios de flexão



33 |

Em termos de validação mecânica foi possível concluir que:

A resistência à compressão é adequada e superior à tensão

instalada. Apresenta um comportamento dúctil.

A resistência à flexão apresenta valores muito razoáveis e

comparáveis com a solução tradicional. O comportamento é mais

dúctil do que a solução tradicional.

A resistência ao impacto foi garantida até uma energia de impacto de

400N.m, o que equivale a considerar uma categoria de uso IV –

espaços muito frequentados com risco de ocorrência de acidentes

A utilização da bucha química ou bucha plástica garante um

comportamento e resistência adequada em termos de carga

excentricas

Conclusões (II)

projecto sipdeco uma solução inovadora para paredes divisórias · sustentabilidade na...

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