( PDF ) Caracterização e comportamento da alvenaria estrutural de blocos cerâmicos

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ

CENTRO DE TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA E DE PRODUÇÃO

PROGRAMA DE MESTRADO EM ENGENHARIA E CIÊNCIA DE

MATERIAIS

CARACTERIZAÇÃO E COMPORTAMENTO DA ALVENARIA

ESTRUTURAL DE BLOCOS CERÂMICOS

CARLOS EDUARDO DE FRANÇA VILLAR

DISSERTAÇÃO APRESENTADA À

UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ

COMO PARTE DOS REQUISITOS PARA A

OBTENÇÃO DO TÍTULO DE MESTRE EM

ENGENHARIA E CIÊNCIA DE MATERIAIS.

ORIENTADOR: Prof. Dr. Hamilton Ferreira Gomes de Abreu

CO-ORIENTADOR: Prof Dr. Luís Alberto de Melo Carvalho

FORTALEZA - CE

ABRIL - 2005

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ

CENTRO DE TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA E DE PRODUÇÃO

PROGRAMA DE MESTRADO EM ENGENHARIA E CIÊNCIA DE

MATERIAIS

PARECER DA COMISSÃO DE DISSERTAÇÃO DE MESTRADO

CARLOS EDUARDO DE FRANÇA VILLAR

“CARACTERIZAÇÃO E COMPORTAMENTO DA ALVENARIA

ESTRUTURAL DE BLOCOS CERÂMICOS”

A Comissão de Dissertação composta pelos professores Hamilton Ferreira Gomes de

Abreu (Presidente e Orientador) do Departamento de Engenharia Mecânica e de Produção da

Universidade Federal do Ceará, Luiz Alberto de Melo Carvalho do Departamento de

Engenharia Estrutural e Construção Civil, da Universidade Federal do Ceará e Márcio

Roberto Silva Corrêa do Departamento de Estruturas da Escola de Engenharia de São Carlos,

da Universidade de São Paulo, consideram o candidato:

( ) Aprovado com Louvor ( ) Aprovado ( ) Não Aprovado

Secretaria do Programa de Mestrado em Engenharia e Ciência de Materiais da

Universidade Federal do Ceará, em 20 de abril de 2005.

_____________________________ __________________________________

Hamilton Ferreira Gomes de Abreu Luiz Alberto de Melo Carvalho

Presidente e Orientador Membro e Co-orientador

_________________________

Márcio Roberto Silva Corrêa

Membro

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III

AGRADECIMENTOS

A Deus pela saúde e força concedidas para vencer os desafios ao longo de minha vida.

À Universidade Federal do Ceará pela oportunidade de realizar este Mestrado.

Ao Prof. Dr. Hamilton Ferreira Gomes de Abreu, meu orientador, por todo o

trabalho de orientação e que, com sua sabedoria e experiência, soube conduzir de forma

irretocável o desenvolvimento deste trabalho sempre com total dedicação.

Ao Professor Dr. Luís Alberto de Melo Carvalho, meu co-orientador, por toda a

dedicação, ensinamentos, incentivo e acompanhamento ao longo de toda a minha vida

acadêmica.

Ao Professor Dr. Ricardo Emílio por sua grande ajuda na área dos materiais

cerâmicos e nas revisões do artigo que foi escrito.

Aos Professores Dr. Lindberg Lima Gonçalves e Dr. Francisco Alcides Germano

por conduzirem o Programa de Mestrado com muita dedicação e seriedade.

Ao Engenheiro José Ramalho pela grande e indispensável ajuda na realização dos

ensaios deste trabalho.

Aos Mestres Adailson, Flávio Herculano, Marcelo e Nélio que muito colaboraram

para a realização deste trabalho.

Aos colegas de mestrado Engenheiros Jean, John, Paulo e Rodrigo que

colaboraram para o desenvolvimento deste trabalho.

Ao aluno de graduação Éder pela sua grande cooperação nos ensaios de

resistência à compressão.

À Jacerama Jaguaruana Cerâmica LTDA pela doação dos blocos cerâmicos

estruturais utilizados.

Aos meus pais Villar e Kelma pelo incentivo, todos os ensinamentos e pela

intensa presença em todas as etapas de minha vida.

À minha esposa Melissa pela grande ajuda, incentivo e compreensão,

fundamentais para ao desenvolvimento e conclusão deste trabalho.

A todos que de alguma forma colaboraram para a realização deste trabalho.

SUMÁRIO

LISTA DE FIGURAS........................................................................................................................................... VI

LISTA DE TABELAS............................................................................................................................................X

RESUMO.............................................................................................................................................................. XI

ABSTRACT.........................................................................................................................................................XII

1 INTRODUÇÃO .............................................................................................................................................. 1

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA........................................................................................................................ 4

2.1 Conceito de alvenaria estrutural.............................................................................................................. 4

2.2 Aspectos históricos da alvenaria estrutural ............................................................................................. 5

2.3 Componentes da alvenaria estrutural ...................................................................................................... 8

2.3.1 Blocos.............................................................................................................................................. 8

2.3.2 Argamassa..................................................................................................................................... 11

2.3.3 Graute............................................................................................................................................ 12

2.3.4 Armadura ...................................................................................................................................... 14

2.4 Mecanismos de ruptura da alvenaria estrutural..................................................................................... 14

2.4.1 Comportamento do bloco.............................................................................................................. 17

2.4.2 Comportamento da argamassa....................................................................................................... 18

2.4.3 Comportamento simultâneo da argamassa e do bloco................................................................... 19

2.5 A alvenaria estrutural de blocos cerâmicos........................................................................................... 20

2.6 Caracterização dos materiais cerâmicos................................................................................................ 23

2.6.1 Diagrama de fases ......................................................................................................................... 23

2.6.2 Microestrutura............................................................................................................................... 24

3 MATERIAIS E MÉTODOS ......................................................................................................................... 26

3.1 Ensaios dos blocos cerâmicos estruturais.............................................................................................. 26

3.1.1 Determinação das características geométricas .............................................................................. 26

3.1.1.1 Determinação dos valores médios dos comprimentos das faces............................................... 27

3.1.1.2 Determinação do desvio em relação ao esquadro..................................................................... 28

3.1.1.3 Determinação da planeza das faces .......................................................................................... 29

3.1.1.4 Determinação da área líquida ................................................................................................... 29

3.1.1.5 Determinação da área bruta......................................................................................................30

3.1.2 Determinação da resistência à compressão ................................................................................... 30

3.1.3 Caracterização da microestrutura.................................................................................................. 31

3.2 Ensaios das argamassas......................................................................................................................... 33

3.2.1 Determinação da resistência à compressão ................................................................................... 34

3.3 Ensaios dos prismas .............................................................................................................................. 34

3.3.1 Determinação da resistência à compressão ................................................................................... 35

3.4 Ensaios dos prismas contrafiados.......................................................................................................... 35

3.4.1 Determinação da resistência à compressão ................................................................................... 36

4 RESULTADOS E DISCUSSÕES ................................................................................................................ 37

4.1 Ensaios dos blocos cerâmicos estruturais.............................................................................................. 37

4.1.1 Características geométricas........................................................................................................... 37

4.1.1.1 Valores médios dos comprimentos das faces ........................................................................... 37

4.1.1.2 Desvio em relação ao esquadro ................................................................................................ 39

4.1.1.3 Planeza das faces...................................................................................................................... 40

4.1.1.4 Área líquida.............................................................................................................................. 41

4.1.1.5 Área bruta................................................................................................................................. 42

4.1.2 Resistência à compressão.............................................................................................................. 43

4.1.3 Caracterização da microestrutura.................................................................................................. 43

4.2 Ensaios das argamassas......................................................................................................................... 64

4.2.1 Resistência à compressão.............................................................................................................. 65

4.3 Ensaios dos prismas .............................................................................................................................. 66

4.3.1 Resistência à compressão.............................................................................................................. 66

4.4 Ensaios dos prismas contrafiados.......................................................................................................... 71

4.4.1 Resistência à compressão.............................................................................................................. 71

5 CONCLUSÕES ............................................................................................................................................ 77

5.1 Blocos cerâmicos estruturais................................................................................................................. 77

5.1.1 Características geométricas........................................................................................................... 77

5.1.2 Resistência à compressão.............................................................................................................. 77

5.1.3 Caracterização da microestrutura.................................................................................................. 77

5.2 Prismas.................................................................................................................................................. 79

5.3 Prismas contrafiados ............................................................................................................................. 80

5.4 Sugestões para pesquisas futuras........................................................................................................... 81

REFERÊNCIAS.................................................................................................................................................... 83

ANEXOS .............................................................................................................................................................. 87

ANEXO A............................................................................................................................................................. 88

ANEXO B........................................................................................................................................................... 106

LISTA DE FIGURAS

FIGURA 2.1 – OBRAS HISTÓRICAS CONSTRUÍDAS EM ALVENARIA ESTRUTURAL.(A) PIRÂMIDES

DO EGITO; (B) COLISEO, EM ROMA; (C) MURALHA DA CHINA............................................................... 6

FIGURA 2.2 – EDIFÍCIO MONADNOCK, CHICAGO (1891). (A) FACHADA MOSTRANDO OS SEUS 16

PAVIMENTOS; (B) PAREDES DO PAVIMENTO TÉRREO COM 1,80M DE LARGURA. ............................ 7

FIGURA 2.3 - ESQUEMA DE BLOCOS CERÂMICOS ESTRUTURAIS. (A) PAREDES VAZADAS; (B)

PAREDES MACIÇAS; (C) PERFURADO............................................................................................................ 9

FIGURA 2.4 – ESQUEMA DE UMA PAREDE COMPRIMIDA....................................................................... 15

FIGURA 2.5 – ESQUEMA DE DISTRIBUIÇÃO DE TENSÕES NO BLOCO E ARGAMASSA EM UMA

PAREDE COMPRIMIDA. ................................................................................................................................... 16

FIGURA 2.6 – ESQUEMA DE RUPTURA DOS BLOCOS QUANDO SUBMETIDOS À COMPRESSÃO

UNIAXIAL OU TRAÇÃO UNIAXIAL............................................................................................................... 17

FIGURA 2.7 – GRÁFICO DA RELAÇÃO ENTRE A TENSÃO DE RUPTURA À COMPRESSÃO

UNIAXIAL DO BLOCO E A TENSÃO DE RUPTURA À TRAÇÃO UNIAXIAL DO BLOCO. .................... 18

FIGURA 2.8 – AUMENTO DA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO DA ARGAMASSA SOB UM ESTADO

MULTIAXIAL DE TENSÕES DE COMPRESSÃO........................................................................................... 19

FIGURA 2.9 – DIAGRAMA DE FASES DO SISTEMA AL

-SIO

FONTE AKSAY AND PASK APUD

KINGERY ET AL. (1976).................................................................................................................................... 24

FIGURA 3.1 – BLOCO CERÂMICO ESTRUTURAL UTILIZADO................................................................. 26

FIGURA 3.2 – LOCAIS ONDE FORAM FEITAS AS MEDIÇÕES DA LARGURA (L) DOS BLOCOS........ 27

FIGURA 3.3 – LOCAIS ONDE FORAM FEITAS AS MEDIÇÕES DA ALTURA (H) DOS BLOCOS........... 27

FIGURA 3.4 – LOCAIS ONDE FORAM FEITAS AS MEDIÇÕES DO COMPRIMENTO (C) DOS

BLOCOS.................................................................................................................................................................28

FIGURA 3.5 – ESQUEMA DE MEDIDA DO DESVIO EM RELAÇÃO AO ESQUADRO (D)....................... 28

FIGURA 3.6 – ESQUEMA DE MEDIDA DA PLANEZA DAS FACES (F). .................................................... 29

FIGURA 3.7 - ENSAIO DE ÁREA LÍQUIDA: BLOCOS IMERSOS EM ÁGUA FERVENTE........................ 30

FIGURA 3.8 - ENSAIO DE DETERMINAÇÃO DA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO DOS BLOCOS....... 31

FIGURA 3.9 - ESQUEMA USADO PARA RETIRADA DAS AMOSTRAS. ................................................... 32

FIGURA 3.10 - ENSAIO DE DETERMINAÇÃO DA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO DOS PRISMAS.... 35

FIGURA (3.11) - ENSAIO DE DETERMINAÇÃO DA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO DOS PRISMAS

CONTRAFIADOS................................................................................................................................................ 36

FIGURA 4.1 - MICROGRAFIA 1 DO BLOCO 7, CORTE AA, EM CAMPO ESCURO COM UM AUMENTO

DE 100X.MATRIZ DE COR ALARANJADA (1), ............................................................................................. 44

FIGURA 4.2 - MICROGRAFIA 2 DO BLOCO 7, CORTE BB, EM CAMPO ESCURO COM UM AUMENTO

DE 100X. MATRIZ DE COR ALARANJADA (1), INCLUSÕES DE SÍLICA DE DIVERSOS TAMANHOS

(2) E UMA GRANDE QUANTIDADE DE POROS ALONGADOS (3), NA DIREÇÃO DE EXTRUSÃO DO

BLOCO (4). .......................................................................................................................................................... 44

FIGURA 4.3 - MICROGRAFIA 2 DO BLOCO 7, CORTE CC, EM CAMPO ESCURO COM UM AUMENTO

DE 100X. MATRIZ DE COR ALARANJADA (1), INCLUSÕES DE SÍLICA DE DIVERSOS TAMANHOS

VII

(2) E UMA GRANDE QUANTIDADE DE POROS ALONGADOS (3), NA DIREÇÃO PARALELA AO

COMPRIMENTO DO BLOCO (4). ..................................................................................................................... 45

FIGURA 4.4 - REPRESENTAÇÃO ESQUEMÁTICA DA DISPOSIÇÃO DOS POROS NOS BLOCOS; (A)

SEGUNDO O CORTE B-B; (B) SEGUNDO O CORTE C-C; (C) SEGUNDO O CORTE A-A; (D)

DISPOSIÇÃO DOS POROS NOS BLOCOS....................................................................................................... 47

FIGURA 4.5 - ESQUEMA TEÓRICO PROPOSTO PARA A FORMAÇÃO DE PLANOS DE RUPTURA. ... 48

FIGURA 4.6 - ESQUEMA DE NUCLEAÇÃO E PROPAGAÇÃO DAS TRINCAS ENTRE OS POROS........ 48

FIGURA 4.7 - BLOCO ROMPIDO POR COMPRESSÃO. A RUPTURA SE DEU SEGUNDO UM PLANO

VERTICAL, PELA SEPARAÇÃO DE “CAMADAS”........................................................................................ 49

FIGURA 4.8 – DETALHE DA FORMAÇÃO DE FISSURAS VERTICAIS EM UM PEDAÇO DE BLOCO

ROMPIDO À COMPRESSÃO (UMA CAIXA DE FÓSFOROS FOI COLOCADA PARA EFEITO DE

ESCALA).............................................................................................................................................................. 49

FIGURA 4.9 – MICROGRAFIA DO BLOCO 7, CORTE BB EM CAMPO CLARO (100X) PARA A

QUANTIFICAÇÃO DA FASE DE SÍLICA. ....................................................................................................... 51

FIGURA 4.10 – IMAGEM DA MICROGRAFIA DO BLOCO 7, CORTE BB EM CAMPO CLARO (100X)

FILTRADA PARA DESTACAR A FASE DE SÍLICA....................................................................................... 51

FIGURA 4.11 - MICROGRAFIA DO BLOCO 7, CORTE BB EM CAMPO ESCURO (100X) PARA A

QUANTIFICAÇÃO DA FASE DE POROS. ....................................................................................................... 52

FIGURA 4.12 - IMAGEM DA MICROGRAFIA DO BLOCO 7, CORTE BB EM CAMPO ESCURO (100X)

FILTRADA PARA DESTACAR A FASE DE POROS....................................................................................... 52

FIGURA 4.13 – FRAÇÃO VOLUMÉTRICA DAS FASES PRESENTES NOS BLOCOS 2, 5 E 7. ................. 53

FIGURA 4.14 – MICROGRAFIA DO BLOCO 0 (100X) INDICANDO OS PONTOS ONDE FORAM FEITAS

ANÁLISES DE COMPOSIÇÃO QUÍMICA (A). ESPECTROS DE EDS DO BLOCO 0 EM QUATRO

DIFERENTES PONTOS. (B) PONTO A; (C) PONTO B; (D) PONTO C; (E) PONTO D................................. 59

FIGURA 4.15 – MICROGRAFIA DO BLOCO 2 (100X) INDICANDO OS PONTOS ONDE FORAM FEITAS

ANÁLISES DE COMPOSIÇÃO QUÍMICA (A). ESPECTROS DE EDS DO BLOCO 2 EM QUATRO

DIFERENTES PONTOS. (B) PONTO A; (C) PONTO B; (D) PONTO C; (E) PONTO D................................. 60

FIGURA 4.16 – MICROGRAFIA DO BLOCO 5 (100X) INDICANDO OS PONTOS ONDE FORAM FEITAS

ANÁLISES DE COMPOSIÇÃO QUÍMICA (A). ESPECTROS DE EDS DO BLOCO 5 EM QUATRO

DIFERENTES PONTOS. (B) PONTO A; (C) PONTO B; (D) PONTO C; (E) PONTO D................................. 61

FIGURA 4.17 – MICROGRAFIA DO BLOCO 7 (100X) INDICANDO OS PONTOS ONDE FORAM FEITAS

ANÁLISES DE COMPOSIÇÃO QUÍMICA (A). ESPECTROS DE EDS DO BLOCO 7 EM QUATRO

DIFERENTES PONTOS. (B) PONTO A; (C) PONTO B; (D) PONTO C; (E) PONTO D................................. 62

FIGURA 4.18 – CURVA F

X F

PARA OS TRÊS TRAÇOS DE ARGAMASSA UTILIZADOS. ................. 67

FIGURA 4.19 – INÍCIO DE RUPTURA DO PRISMA PELOS BLOCOS. FORMAÇÃO DE TRINCA

VERTICAL AO LONGO DA DIREÇÃO DE EXTRUSÃO (1) E DESPRENDIMENTO DE PEQUENOS

PEDAÇOS (2)....................................................................................................................................................... 68

FIGURA 4.20 – RUPTURA DO PRISMA PELA FORMAÇÃO DE PLANO DE RUPTURA PROVOCADA

PELA TRAÇÃO NO BLOCO COM O DESPRENDIMENTO DE UM GRANDE PEDAÇO. .......................... 68

FIGURA 4.21 – CURVA F

PCF

X F

PARA OS TRÊS TRAÇOS DE ARGAMASSA UTILIZADOS. .............. 72

FIGURA 4.22 – RUPTURA DE UM PRISMA CONTRAFIADOS. FORMAÇÃO DE TRINCAS VERTICAIS

AO LONGO DA DIREÇÃO DE EXTRUSÃO (1) E DESPRENDIMENTO DE PEQUENOS PEDAÇOS (2). 73

VIII

FIGURA 4.23 – CURVA F

PCF

X F

PARA OS TRÊS TRAÇOS DE ARGAMASSA UTILIZADOS................ 74

FIGURA 4.24 – RELAÇÕES ENTRE A RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO DOS BLOCOS, PRISMAS E

PRISMAS CONTRAFIADOS, COM OS TRAÇOS DE ARGAMASSA............................................................ 76

FIGURA A1 - MICROGRAFIA 1 DO BLOCO 0, CORTE AA, EM CAMPO ESCURO COM UM AUMENTO

DE 100X. .............................................................................................................................................................. 89

FIGURA A2 - MICROGRAFIA 2 DO BLOCO 0, CORTE AA, EM CAMPO ESCURO COM UM AUMENTO

DE 100X. .............................................................................................................................................................. 89

FIGURA A3 – MICROGRAFIA 3 DO BLOCO 0, CORTE AA, EM CAMPO ESCURO COM UM AUMENTO

DE 100X. .............................................................................................................................................................. 90

FIGURA A4 - MICROGRAFIA 1 DO BLOCO 0, CORTE BB, EM CAMPO ESCURO COM UM AUMENTO

DE 100X. .............................................................................................................................................................. 90

FIGURA A5 - MICROGRAFIA 2 DO BLOCO 0, CORTE BB, EM CAMPO ESCURO COM UM AUMENTO

DE 100X. .............................................................................................................................................................. 91

FIGURA A6 - MICROGRAFIA 3 DO BLOCO 0, CORTE BB, EM CAMPO ESCURO COM UM AUMENTO

DE 100X. .............................................................................................................................................................. 91

FIGURA A7 - MICROGRAFIA 1 DO BLOCO 0, CORTE CC, EM CAMPO ESCURO COM UM AUMENTO

DE 100X. .............................................................................................................................................................. 92

FIGURA A8 - MICROGRAFIA 2 DO BLOCO 0, CORTE CC, EM CAMPO ESCURO COM UM AUMENTO

DE 100X. .............................................................................................................................................................. 92

FIGURA A9 - MICROGRAFIA 3 DO BLOCO 0, CORTE CC, EM CAMPO ESCURO COM UM AUMENTO

DE 100X. .............................................................................................................................................................. 93

FIGURA A10 - MICROGRAFIA 1 DO BLOCO 2, CORTE AA, EM CAMPO ESCURO COM UM

AUMENTO DE 100X. ......................................................................................................................................... 93

FIGURA A11 - MICROGRAFIA 2 DO BLOCO 2, CORTE AA, EM CAMPO ESCURO COM UM

AUMENTO DE 100X. ......................................................................................................................................... 94

FIGURA A12 – MICROGRAFIA 3 DO BLOCO 2, CORTE AA, EM CAMPO ESCURO COM UM

AUMENTO DE 100X. ......................................................................................................................................... 94

FIGURA A13 - MICROGRAFIA 1 DO BLOCO 2, CORTE BB, EM CAMPO ESCURO COM UM

AUMENTO DE 100X. ......................................................................................................................................... 95

FIGURA A14 - MICROGRAFIA 2 DO BLOCO 2, CORTE BB, EM CAMPO ESCURO COM UM

AUMENTO DE 100X. ......................................................................................................................................... 95

FIGURA A15 - MICROGRAFIA 3 DO BLOCO 2, CORTE BB, EM CAMPO ESCURO COM UM

AUMENTO DE 100X. ......................................................................................................................................... 96

FIGURA A16 - MICROGRAFIA 1 DO BLOCO 2, CORTE CC, EM CAMPO ESCURO COM UM

AUMENTO DE 100X. ......................................................................................................................................... 96

FIGURA A17 - MICROGRAFIA 2 DO BLOCO 2, CORTE CC, EM CAMPO ESCURO COM UM

AUMENTO DE 100X. ......................................................................................................................................... 97

FIGURA A18 - MICROGRAFIA 3 DO BLOCO 2, CORTE CC, EM CAMPO ESCURO COM UM

AUMENTO DE 100X. ......................................................................................................................................... 97

FIGURA A19 - MICROGRAFIA 1 DO BLOCO 5, CORTE AA, EM CAMPO ESCURO COM UM

AUMENTO DE 100X. ......................................................................................................................................... 98

FIGURA A20 - MICROGRAFIA 2 DO BLOCO 5, CORTE AA, EM CAMPO ESCURO COM UM

AUMENTO DE 100X. ......................................................................................................................................... 98

FIGURA A21 – MICROGRAFIA 3 DO BLOCO 5, CORTE AA, EM CAMPO ESCURO COM UM

AUMENTO DE 100X. ......................................................................................................................................... 99

FIGURA A22 - MICROGRAFIA 1 DO BLOCO 5, CORTE BB, EM CAMPO ESCURO COM UM

AUMENTO DE 100X. ......................................................................................................................................... 99

FIGURA A23 - MICROGRAFIA 2 DO BLOCO 5, CORTE BB, EM CAMPO ESCURO COM UM

AUMENTO DE 100X. ....................................................................................................................................... 100

FIGURA A24 - MICROGRAFIA 3 DO BLOCO 5, CORTE BB, EM CAMPO ESCURO COM UM

AUMENTO DE 100X. ....................................................................................................................................... 100

FIGURA A25 - MICROGRAFIA 1 DO BLOCO 5, CORTE CC, EM CAMPO ESCURO COM UM

AUMENTO DE 100X. ....................................................................................................................................... 101

FIGURA A26 - MICROGRAFIA 2 DO BLOCO 5, CORTE CC, EM CAMPO ESCURO COM UM

AUMENTO DE 100X. ....................................................................................................................................... 101

FIGURA A27 - MICROGRAFIA 3 DO BLOCO 5, CORTE CC, EM CAMPO ESCURO COM UM

AUMENTO DE 100X. ....................................................................................................................................... 102

FIGURA A28 - MICROGRAFIA 2 DO BLOCO 7, CORTE AA, EM CAMPO ESCURO COM UM

AUMENTO DE 100X. ....................................................................................................................................... 102

FIGURA A29 – MICROGRAFIA 3 DO BLOCO 7, CORTE AA, EM CAMPO ESCURO COM UM

AUMENTO DE 100X. ....................................................................................................................................... 103

FIGURA A30 - MICROGRAFIA 1 DO BLOCO 7, CORTE BB, EM CAMPO ESCURO COM UM

AUMENTO DE 100X. ....................................................................................................................................... 103

FIGURA A31 - MICROGRAFIA 3 DO BLOCO 7, CORTE BB, EM CAMPO ESCURO COM UM

AUMENTO DE 100X. ....................................................................................................................................... 104

FIGURA A32 - MICROGRAFIA 1 DO BLOCO 7, CORTE CC, EM CAMPO ESCURO COM UM

AUMENTO DE 100X. ....................................................................................................................................... 104

FIGURA A33 - MICROGRAFIA 3 DO BLOCO 7, CORTE CC, EM CAMPO ESCURO COM UM

AUMENTO DE 100X. ....................................................................................................................................... 105

LISTA DE TABELAS

TABELA 3.1 – CARACTERÍSTICAS DOS TRAÇOS DE ARGAMASSA UTILIZADOS. ............................. 34

TABELA 4.1 – LARGURA DOS BLOCOS........................................................................................................ 37

TABELA 4.2 – ALTURA DOS BLOCOS. .......................................................................................................... 38

TABELA 4.3 – COMPRIMENTO DOS BLOCOS.............................................................................................. 38

TABELA 4.4 – DESVIO EM RELAÇÃO AO ESQUADRO DOS BLOCOS..................................................... 40

TABELA 4.5 – PLANEZA DAS FACES DOS BLOCOS................................................................................... 41

TABELA 4.6 – ÁREA LÍQUIDA DOS BLOCOS............................................................................................... 41

TABELA 4.7 – ÁREA BRUTA DOS BLOCOS.................................................................................................. 42

TABELA 4.8 – CARGA DE RUPTURA E RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO DOS BLOCOS. ..................... 43

TABELA 4.9 – TAMANHO DAS INCLUSÕES DA FASE DE SÍLICA PARA OS BLOCOS 2, 5 E 7............ 55

TABELA 4.10 – TAMANHO DOS POROS PARA OS BLOCOS 0, 2, 5 E 7. ................................................... 56

TABELA 4.11 – DIÂMETRO MÉDIO DOS CORPOS DE PROVA DE ARGAMASSA.................................. 65

TABELA 4.12 – RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO DOS CORPOS DE PROVA DE ARGAMASSA............ 65

TABELA 4.13 – RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO DOS PRISMAS NA ÁREA BRUTA. ............................. 66

TABELA 4.14 – INFLUÊNCIA DA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO DAS ARGAMASSAS NA

RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO DOS PRISMAS........................................................................................... 69

TABELA 4.15 – FATOR DE MAJORAÇÃO DA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO DA ARGAMASSA..... 69

TABELA 4.16 – EFICIÊNCIA DOS PRISMAS.................................................................................................. 70

TABELA 4.17 – RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO DOS PRISMAS CONTRAFIADOS NA ÁREA

BRUTA................................................................................................................................................................. 72

TABELA 4.18 – INFLUÊNCIA DA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO DAS ARGAMASSAS NA

RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO DOS PRISMAS CONTRAFIADOS. .......................................................... 74

TABELA 4.19 – RAZÃO ENTRE AS RESISTÊNCIAS À COMPRESSÃO DOS PRISMAS CONTRAFIADOS

E DOS BLOCOS. ................................................................................................................................................. 75

RESUMO

Neste trabalho apresenta-se um estudo de caracterização de blocos cerâmicos

estruturais. A finalidade principal é estudar aspectos da microestrutura desses blocos,

determinantes no processo de sua ruptura à compressão. São utilizados 18 blocos

cerâmicos estruturais, submetidos à compressão até a ruptura. Para a caracterização da

microestrutura, retiram-se amostras de blocos específicos de acordo com os resultados

obtidos nos ensaios de resistência à compressão. A observação da microestrutura é

realizada com a utilização de microscopia ótica e de microscopia eletrônica de

varredura. São também realizadas análises de composição química através de EDS

“energy dispersion spectrometry”. Com a análise dos resultados identifica-se a

existência de relações fundamentais entre formato e disposição dos poros presentes na

microestrutura dos blocos e o processo de ruptura à compressão. Com base nestas

relações, propõe-se um esquema teórico para o mecanismo de ruptura dos blocos

cerâmicos estruturais. Também é apresentado um estudo quantitativo da microestrutura

(metalografia) dos blocos cerâmicos estruturais. Adicionalmente são confeccionados

prismas (dois blocos unidos por uma junta de argamassa) e prismas contrafiados

(formados por um bloco e meio na base e com três fiadas de altura, unidos por juntas

verticais e horizontais) com três diferentes traços de argamassa. Determina-se para os

prismas e para os prismas contrafiados a resistência à compressão. São, então, propostas

equações relacionando as propriedades medidas para cada um dos elementos (prismas e

prismas contrafiados) estudados.

XII

ABSTRACT

This work presents a study of characterization of structural ceramic blocks. The

main goal of it is to investigate microstructure features of these blocks which determine

their process of failure under compression. Eighteen ceramic blocks are subjected to

compression up to failure. Samples are removed from specific blocks according to the

results of the compression tests in order to characterize their microstructure.

Investigation of microstructure is carried out by means of optical and scanning electron

microscopy. Chemical analysis is realized by energy dispersion spectrometry (EDS).

Analyzing the results, it is possible to identify the existence of a basic relationship

between shape and distribution of pores present in the microstructure and the process of

failure under compression. Based on this relationship, a model is proposed to explain

the failure mechanism of structural ceramic blocks. A metallographic study of

microstructure is also presented. In addition, prisms (two blocks on top of each other

joined by mortar) and small scale walls are assembled using three different mortar

mixes. Prisms and small scale walls have strength determined. Finally, equations are

proposed to relate measured properties of each element (prism and small wall) studied.

1 Introdução

Desde as civilizações mais antigas se tem construído edificações em alvenaria.

Em uma edificação em alvenaria estrutural pode-se chegar a uma economia de até 25%

do custo total de uma obra, ampliando-se muito a possibilidade de acesso à moradia de

uma parcela importante da população. Este aspecto tem uma grande importância em um

país que convive com sérios problemas econômicos e sociais, agravados pela grande

falta de moradia, o que tem gerado uma ocupação desordenada dos grandes centros

urbanos.

No Brasil, a partir da década de 70, devido a um grande aumento do déficit

habitacional, se começou a construir e pesquisar alvenaria estrutural de forma mais

acentuada. Devido à tradição brasileira em obras de concreto armado, os investimentos

e pesquisas foram centrados na alvenaria estrutural de blocos de concreto o que

culminou com a elaboração de um conjunto de normas técnicas para alvenaria estrutural

de blocos de concreto a partir da década de 80.

A alvenaria estrutural de blocos cerâmicos ficou em segundo plano de forma que

até hoje não se dispõe, no Brasil, das normas necessárias para a sua utilização segura.

Atualmente se dispõe apenas de um número reduzido de normas para a alvenaria de

blocos cerâmicos. Estas normas tratam tanto da alvenaria estrutural como da alvenaria

de vedação, não sendo, portanto, específicas para a alvenaria estrutural de blocos

cerâmicos. Isto tem levado a interpretações errôneas e perigosas. O que se tem feito

para preencher esta lacuna é recorrer a normas internacionais e a adaptações da norma

para a alvenaria estrutural de blocos de concreto.

Encontra-se em fase de elaboração, um conjunto completo de normas para a

alvenaria estrutural de blocos cerâmicos. Ao longo deste trabalho, foram utilizados

alguns desses projetos de norma, pois se avaliou que estes fazem uma abordagem mais

atual, refletindo a nova tendência na utilização da alvenaria estrutural de blocos

cerâmicos no Brasil. Não se recorreu, portanto, salvo indicação em contrário, a normas

internacionais e a adaptações das normas para blocos de concreto.

A utilização da alvenaria estrutural no Brasil ainda convive com conceitos e

procedimentos inadequados, pondo muitas vezes em risco, a segurança dos habitantes.

Atualmente, ainda persistem alguns questionamentos importantes, basicamente no que

diz respeito à caracterização e ao comportamento conjunto dos materiais principalmente

dos blocos cerâmicos. O uso inadequado da alvenaria estrutural vem ocasionando a

ocorrência de problemas graves em obras, inclusive com vítimas fatais e, portanto,

induzindo a “preconceito” e reação à sua utilização.

Este trabalho tem como objetivo principal determinar características na

microestrutura de blocos cerâmicos estruturais determinantes no processo de sua ruptura

à compressão. Para isso, utilizam-se 18 blocos que são submetidos à compressão até a

ruptura.

O segundo capítulo trata dos conceitos e definições gerais sobre a alvenaria

estrutural bem como um breve histórico da sua utilização e evolução desde a

antiguidade até os dias atuais. São mostrados os mecanismos de ruptura da alvenaria em

função do comportamento de seus componentes.

No terceiro capítulo mostram-se todos os ensaios que foram realizados ao longo

deste trabalho. Detalham-se todos os materiais, equipamentos e procedimentos

experimentais que foram utilizados para a realização destes experimentos. Também são

descritos os equipamentos e técnicas que foram utilizados na caracterização da

microestrutura dos blocos cerâmicos estruturais.

O quarto capítulo é o cerne do trabalho. Nele são apresentados todos os resultados

obtidos nos ensaios e medidas que foram realizados bem como as análises da

microestrutura.

Para a caracterização da microestrutura, são retiradas amostras de blocos

específicos de acordo com os resultados obtidos nos ensaios de ruptura à compressão. O

estudo da microestrutura é realizado com a utilização de microscopia ótica e

microscopia eletrônica de varredura. Também são realizadas análises de composição

química através de EDS “energy dispersion spectrometry” – espectroscopia por

dispersão de energia em equipamento acoplado a um microscópio eletrônico de

varredura. Com os resultados obtidos identifica-se a existência de relações fundamentais

entre formato e disposição dos poros presentes na microestrutura e o processo de

ruptura à compressão. Com base nestas relações, propõe-se um esquema teórico para a

ruptura dos blocos através do qual se explica porque os blocos cerâmicos estruturais

apresentam eficiência bem menor que os blocos de concreto estruturais. Também se

apresenta um estudo quantitativo da microestrutura (metalografia). Pode-se constatar a

existência de um conjunto de relações entre características das fases presentes na

microestrutura dos blocos e o seu comportamento à compressão.

Adicionalmente são dosados três traços de argamassa para os quais se realizaram

ensaios de resistência à compressão. Para cada um dos traços dosados, confeccionam-se

prismas (dois blocos unidos por uma junta de argamassa) e prismas contrafiados

(formados por um bloco e meio na base e com três fiadas de altura, unidos por juntas

verticais e horizontais). Para os prismas e para os prismas contrafiados determina-se a

resistência à compressão. Com base nos resultados obtidos, são desenvolvidas equações

relacionando as propriedades medidas para cada um dos elementos (prismas e prismas

contrafiados) estudados.

Avalia-se também, a influência das propriedades dos componentes (blocos e

argamassa) no comportamento dos elementos da alvenaria estrutural de blocos

cerâmicos.

No quinto capítulo apresentam-se as conclusões finais deste trabalho bem como

algumas sugestões para futuras pesquisas que poderão complementá-lo. Por fim, têm-se

os seguintes anexos:

Anexo A – Micrografias feitas para os blocos 0, 2 ,5 e 7, que foram usadas nos

estudos da microestrutura e de quantificação de fases.

Anexo B – Formulário de levantamento do sistema produtivo dos blocos

cerâmicos estruturais utilizados neste trabalho.

2 Revisão Bibliográfica

2.1 Conceito de alvenaria estrutural

GALLEGOS (1991) define a alvenaria como um material estrutural composto

que, em sua forma tradicional, é formado por unidades básicas, assentadas com

argamassa e, portando, fracamente ligadas. Trata-se de um material heterogêneo e

anisotrópico, que tem por natureza, uma resistência à compressão elevada e dependente

principalmente da resistência das unidades básicas, os blocos. A resistência à tração é

baixa e depende da aderência entre as unidades e a junta de argamassa.

PRUDÊNCIO JR. et al. (2002) consideram a alvenaria estrutural um tipo de

estrutura em que as paredes são elementos portantes, compostos por unidades de

alvenaria, unidos por juntas de argamassa e capazes de resistirem a outras cargas além

de seu peso próprio.

Segundo RAMALHO e CORRÊA (2003), o principal conceito ligado à utilização

da alvenaria estrutural é a transmissão de ações através de tensões de compressão. Esse

é mais importante conceito a ser levado em conta quando se discute a alvenaria como

processo construtivo para a elaboração de estruturas. Tensões de tração devem,

preferencialmente, se restringir a regiões limitadas da estrutura e não apresentar valores

muito elevados. Se as trações ocorrerem de forma generalizada, este tipo de estrutura

pode ser até tecnicamente viável, mas não será economicamente adequada.

Pode-se, então, concluir que em uma edificação de alvenaria estrutural são as

paredes que resistem às ações verticais e horizontais, transmitindo-as às fundações

através de tensões de compressão. São, portanto, responsáveis pela segurança do

edifício, substituindo as vigas e os pilares das estruturas convencionais de concreto

armado. Cumprem, portanto, um papel duplo de estrutura e vedação.

De acordo com a norma brasileira NB-1228 (1989), a alvenaria estrutural pode ser

classificada em três categorias:

• Alvenaria estrutural não armada: Aquela construída com blocos vazados,

assentados com argamassa e que contém armaduras com finalidade

construtiva ou de amarração, não sendo esta considerada na absorção dos

esforços calculados.

• Alvenaria estrutural armada: Aquela construída com blocos vazados,

assentados com argamassa, na qual certos furos são preenchidos

continuamente com graute, contendo armaduras para absorver os esforços

calculados além daquelas com finalidades construtivas ou de amarração.

• Alvenaria estrutural parcialmente armada: Aquela em que algumas paredes

são construídas segundo as recomendações da alvenaria armada, sendo as

paredes restantes consideradas não armadas.

2.2 Aspectos históricos da alvenaria estrutural

A alvenaria estrutural é o sistema construtivo mais antigo de que se tem notícia,

tendo sido utilizado desde o início da atividade humana. Segundo GALLEGOS (1991),

é provável que a alvenaria tenha sido inventada por um nômade a cerca de 15000 anos.

Ao não encontrar refúgio natural para se proteger do frio, decidiu empilhar pedras

construindo um local onde pudesse se abrigar.

Conforme a NATIONAL CONCRETE MANSONRY ASSOCIATION apud

PRUDÊNCIO JR. et al. (2002), no ano de 4000 a.C. a argila passou a ser trabalhada,

possibilitando a produção de tijolos. Alguns anos depois os romanos desenvolveram a

argamassa de cal utilizada tanto para assentamento como para revestimento.

A falta de conhecimento dos materiais e a utilização de técnicas rudimentares não

impediram a construção de obras monumentais de alvenaria estrutural. As pirâmides do

Egito (figura 2.1a), o Pathernon na Grécia, o Coliseo em Roma (figura 2.1b) e a

muralha da China (figura 2.1c), podem ser citados como exemplos da capacidade,

confiabilidade e durabilidade e deste sistema.

(a)

(b)

(c)

Figura 2.1 – Obras históricas construídas em alvenaria estrutural.(a)

Pirâmides do Egito; (b) Coliseo, em Roma; (c) Muralha da China.

Entre 1889 e 1891, foi construído em Chicago, o edifício Monadnock (figura 2.2).

Com 16 pavimentos e 65m de altura, foi o primeiro arranha-céu em alvenaria estrutural.

Em sua base, as paredes tinham 1,80m de largura e foram dimensionadas utilizando-se

métodos empíricos que eram os únicos disponíveis à época.

(a) (b)

Figura 2.2 – Edifício Monadnock, Chicago (1891). (a) Fachada mostrando

os seus 16 pavimentos; (b) Paredes do pavimento térreo com 1,80m de

largura.

PRUDÊNCIO JR. et al. (2002) comenta que, até o final do século XIX, a

alvenaria predominou como material estrutural. Entretanto, devido à ausência de

procedimentos racionais de dimensionamento, as estruturas eram muito robustas e

pouco econômicas. Nessa época, surgiram as estruturas de aço e de concreto armado.

Fundamentadas em teorias racionais de cálculo, e devido ao grande arrojo e

flexibilidade de forma que possibilitaram às edificações, esses novos tipos de estrutura

proliferaram pelo mundo deixando a alvenaria estrutural relegada a um segundo plano.

Segundo RAMALHO e CORRÊA (2003), edifícios altos de alvenaria estrutural

foram construídos no Brasil a partir de 1972. Inicialmente construiu-se em São Paulo o

condomínio Central Parque Lapa com 4 blocos de 12 pavimentos em alvenaria armada

de blocos de concreto. Logo depois veio o edifício Muriti, em São José dos Campos,

com 16 pavimentos também em alvenaria armada de blocos de concreto.

Atualmente a utilização da alvenaria estrutural, principalmente a de blocos de

concreto, se encontra bastante difundida no Brasil, concentrando-se nas regiões sul e

sudeste. Apesar de dirigida essencialmente para habitações populares, a alvenaria

estrutural já rompeu esta barreira. Edifícios de padrão médio e até mesmo de alto padrão

tem sido construídos utilizando-se esta técnica.

2.3 Componentes da alvenaria estrutural

Segundo RAMALHO e CORRÊA (2003), entende-se por componente da

alvenaria, uma entidade básica, ou seja, algo que compõe os elementos. Os elementos,

por sua vez, irão compor a estrutura. Os componentes principais da alvenaria estrutural

são: blocos, argamassa, graute e armadura. Os elementos da alvenaria estrutural são

aqueles formados por pelos menos dois componentes. Como exemplo de elementos

podemos citar: prismas, paredes, cintas, verga e contra-vergas.

2.3.1 Blocos

Segundo GALLEGOS (1991), os blocos são os componentes básicos para a

execução da alvenaria.

Os blocos respondem por cerca de 80% do volume total das paredes e, portanto,

desempenham um papel fundamental para a sua resistência. Na maioria dos casos,

quanto mais resistente for o bloco, mais resistente será a alvenaria. No Brasil, se

utilizam principalmente blocos de concreto e blocos cerâmicos tendo-se

respectivamente a alvenaria estrutural de blocos de concreto e a alvenaria estrutural de

blocos cerâmicos.

Conforme o projeto de norma NBR XX02/2003 – REV. 16 (2003), os blocos

cerâmicos estruturais são componentes da alvenaria estrutural que possuem furos

prismáticos perpendiculares às faces que os contêm, são assentados com os furos na

vertical e são produzidos por conformação plástica de matéria-prima argilosa contendo

ou não aditivos e queimados a elevadas temperaturas. O projeto de norma citado

também adota a seguintes definições, que são utilizadas neste trabalho:

• Área bruta: Área da seção perpendicular aos eixos dos furos, sem o

desconto das áreas desses furos;

• Área líquida: Área da seção perpendicular aos eixos dos furos, com o

desconto das áreas desses furos;

• Área argamassada: Área da seção perpendicular aos eixos dos furos,

correspondente à área ocupada pela argamassa de assentamento;

• Bloco cerâmico estrutural de paredes vazadas: É aquele cujas paredes

externas e internas apresentam vazados, sendo a razão da área líquida para

a área bruta não maior que 60% (figura 2.3a);

• Bloco cerâmico estrutural com paredes maciças: É aquele cujas paredes

externas são maciças e as internas podem apresentar vazados, sendo a

razão da área líquida para a área bruta não maior que 65% (figura 2.3b);

• Bloco cerâmico estrutural perfurado: É aquele com vazados distribuídos

em toda a sua face de assentamento sendo a razão da área líquida para a

área bruta não maior que 75% (figura 2.3c).

(a) (b) (c)

Figura 2.3 - Esquema de blocos cerâmicos estruturais. (a) Paredes vazadas;

(b) Paredes maciças; (c) Perfurado.

Devido à grande importância que tem para a resistência da alvenaria, os blocos

estruturais devem ser fabricados sob condições rígidas de controle, de modo a

apresentarem propriedades uniformes. Infelizmente, no Brasil, não se convive com esta

realidade, principalmente quando se trata de blocos cerâmicos estruturais. Estes blocos

são produzidos em condições extremamente diversas. Tem-se desde sofisticadas

fábricas que produzem blocos de alta qualidade, com propriedades uniformes e

respeitando todas as especificações de norma, até olarias precárias, muitas vezes

temporárias produzindo blocos sem nenhum tipo de controle de qualidade.

Devido a essas diferenças, GALLEGOS (1991) recomenda que, a qualidade dos

blocos estruturais seja controlada através do coeficiente de variação de suas

propriedades significativas. O coeficiente de variação é um parâmetro estatístico que

mede o efeito da variação ou dispersão em relação à média. Ele é calculado através da

razão entre o desvio padrão e a média (equação 2.1).

= (2.1)

Onde:

ν: coeficiente de variação

σ:

desvio padrão

: média

É importante se apresentar aqui a definição de prisma. Segundo o projeto de

norma NBR XX03/2003 – REV. 23 (2004) tem-se:

• Prisma oco: Elemento composto pela justaposição de dois blocos

cerâmicos unidos por junta de argamassa, destinado ao ensaio de

compressão axial.

• Prisma cheio: Elemento composto pela justaposição de dois blocos

cerâmicos unidos por junta de argamassa, tendo seus vazios usados para o

grauteamento, preenchidos por graute destinado ao ensaio de compressão

axial.

Neste trabalho foram usados apenas prismas ocos que são chamados

simplesmente de prismas.

O prisma é, portanto, o elemento da alvenaria estrutural usado para avaliar o

comportamento conjunto do bloco e da argamassa. A ele está ligado um conceito

fundamental utilizado para a avaliação do comportamento das alvenarias. Trata-se da

eficiência do prisma que é definida como a razão entre a resistência à compressão do

prisma e a resistência à compressão do bloco (equação 2.2). Também se pode definir a

eficiência da parede, que é a razão entre a resistência à compressão da parede e a

resistência à compressão do bloco (equação 2.3).

(2.2)

par

(2.3)

Onde:

: Eficiência do prisma

par

: Eficiência da parede

: Resistência à compressão do prisma

par

: Resistência à compressão da parede

: Resistência à compressão do bloco

2.3.2 Argamassa

Segundo GALLEGOS (1991), a argamassa tem a função de absorver as

irregularidades inevitáveis existentes na superfície dos blocos e, sobretudo, uni-los ou

aderi-los com relativa estabilidade durante o processo construtivo. A argamassa deve

prover a rigidez necessária para garantir o assentamento da fiada seguinte e, para formar

um conjunto durável, impermeável e com alguma resistência à tração.

Segundo RAMALHO e CORRÊA (2003), a argamassa de assentamento possui as

funções básicas de solidarizar os blocos, transmitir e uniformizar as tensões, absorver

pequenas deformações e prevenir a entrada de água e de vento nas edificações.

Usualmente composta de cimento, cal, areia e água, a argamassa deve reunir boas

características de trabalhabilidade, resistência, plasticidade e durabilidade para o

desempenho de suas funções.

GALLEGOS (1991), ressalta a importância de se distinguir as propriedades da

argamassa no estado fresco e no estado endurecido. No estado fresco a propriedade

essencial da argamassa é a trabalhabilidade. A argamassa com uma trabalhabilidade

adequada é aquela que pode ser manipulada e espalhada com facilidade sobre as

superfícies horizontais e verticais dos blocos, se aderindo facilmente e estabelecendo

um contato completo com as irregularidades presentes. Outra propriedade importante da

argamassa no estado fresco é a retenção de água. PRUDÊNCIO JR. et al. (2002), define

a retenção de água como a capacidade da argamassa de opor resistência à perda de água

quando em contato com os blocos, que são, em geral, ávidos por água. Se a argamassa

não possui boa retenção, a mesma enrijecerá rapidamente, dificultando ou até mesmo

impedindo o assentamento da fiada seguinte e a completa hidratação do cimento. Se a

retenção de água for muito elevada, será difícil manter a correta espessura da junta de

argamassa, principalmente depois da confecção das fiadas subseqüentes.

Segundo GALLEGOS (1991), as propriedades da argamassa no estado endurecido

são a aderência e a resistência à compressão.

A aderência é uma propriedade essencial da argamassa, que vai garantir a

solidarização entre os blocos e, portanto, depende das características do bloco que está

sendo utilizado. Já a resistência à compressão da argamassa é tida como uma

propriedade com importância secundária.

Segundo RAMALHO e CORRÊA (2003), deve-se destacar pelo menos dois

fatores quando se trata da influência da argamassa na resistência à compressão das

paredes. O primeiro diz respeito à espessura da junta horizontal que deve se situar

dentro de limites bem estreitos, em torno de 10mm. O segundo diz respeito a resistência

à compressão argamassa que deve estar entre 70% e 100% da resistência do bloco na

área bruta não devendo ser inferior a 40%.

A argamassa é, portanto, o componente de ligação entre os blocos sendo

constituída por cimento, cal, areia e água. Responde por cerca de 20% do volume total

da parede desempenhando, pois, um papel secundário para a resistência. Entretanto,

cabe à argamassa o papel fundamental de controlar o tipo de ruptura das paredes. De

maneira geral, em paredes com juntas de argamassa muito resistentes, a ruptura se dará

nos blocos sendo, portanto, uma ruptura frágil, o que não é desejável. Em paredes com

juntas de argamassa com uma resistência adequada, a ruptura ocorrerá primeiro na junta

de argamassa e depois no bloco, o que garante um menor grau fragilidade à alvenaria,

sendo, portanto, desejável. Diante disso, pode-se atribuir à junta de argamassa o papel

de conferir ductilidade às paredes de alvenaria estrutural.

PRUDÊNCIO JR. et al. (2002) comenta que, apesar do uso de argamassas de

assentamento de blocos de alvenaria datar dos primórdios da civilização, só nas últimas

décadas é que se deu um enfoque e um tratamento racionais de sua tecnologia.

Inicialmente, os avanços eram alcançados por um processo de tentativa e erro e a

técnica era passada de geração para geração. Atualmente, apesar de haver um crescente

interesse científico e tecnológico neste material, muitos dos vícios e do

desconhecimento do meio técnico da construção, no que se refere à sua formulação,

persistem.

É importante destacar que as argamassas utilizadas na alvenaria estrutural devem

ser mistas, ou seja, devem ter a cal como um de seus componentes. A cal otimiza as

propriedades da argamassa conferindo-lhe plasticidade, coesão, retenção de água e

principalmente uma melhoria de sua aderência, sendo, portanto, fundamental.

Como a argamassa e o concreto são elaborados basicamente a partir dos mesmos

componentes (aglomerantes e agregados), há uma tendência de se confundir esse dois

materiais que tem funções totalmente diferentes. O concreto, como um material

estrutural, tem como meta básica a resistência. Já a argamassa é um adesivo e, portanto,

a aderência é o seu principal objetivo. Portanto, a elaboração de uma boa argamassa não

segue as mesmas diretrizes do concreto sento muitas vezes completamente diferentes.

2.3.3 Graute

Segundo o American Concrete Institute-ACI em PRUDÊNCIO JR. et al. (2002), o

graute é definido como uma mistura de materiais cimentícios e água, com ou sem

agregados graúdos, em proporção tal que se obtenha uma consistência líquida sem

segregação de seus constituintes.

RAMALHO e CORRÊA (2003), definem o graute como um concreto com

agregados de pequena dimensão e relativamente fluido, eventualmente necessário para o

preenchimento dos vazios dos blocos. Sua função é propiciar o aumento da área líquida

da seção transversal dos blocos ou promover a solidarização dos blocos com eventuais

armaduras colocadas em seus vazios.

O Graute é, portanto, um concreto bastante fluido constituído por cimento,

agregados e água que é utilizado para preencher os furos dos blocos, aumentando assim

a sua área líquida e, portanto, sua capacidade de carga. O graute ideal é aquele que

garante um aumento da capacidade de carga das paredes tão somente pelo aumento da

área líquida (não havendo dessa forma aumento da resistência das paredes). Ele também

deve ser capaz de garantir o funcionamento monolítico do conjunto bloco-graute-

armadura, bem como proteger as armaduras contra a corrosão.

O graute é elaborado com os mesmos componentes do concreto, porém deve-se

atingir uma elevada fluidez. Isto é necessário para permitir que ele preencha

completamente os furos dos blocos em uma parede ao longo da sua altura. Têm-se então

dois fatores que exigem esta alta fluidez. O primeiro é a pequena dimensão dos furos

dos blocos muitas vezes ainda diminuída pela presença de armadura. O segundo é a

grande altura a ser preenchida pelo graute que normalmente exige que o lançamento

seja feito em duas etapas limitando esta altura à metade da altura da parede.

Para se atingir essa fluidez elevada é necessária a utilização de grandes

quantidades de água o que pode resultar em um produto final muito poroso e

conseqüentemente com uma baixa resistência à compressão. Esta queda da resistência

não ocorre pois os blocos onde o graute será colocado absorvem o excesso de água o

que diminui a relação água/cimento e resulta em uma maior resistência à compressão.

Combinações inadequadas de graute com o bloco podem afetar negativamente as

propriedades da parede. Por exemplo, se o graute tiver um módulo de deformação muito

menor do que o bloco, ele terá uma deformação transversal exagerada levando a uma

ruptura por tração das paredes dos blocos. Estes problemas se tornam mais críticos na

alvenaria estrutural de blocos cerâmicos devido às diferenças existentes entre as

propriedades dos dois materiais (concreto e cerâmica).

2.3.4 Armadura

São Barras de aço (do mesmo tipo utilizado em estruturas de concreto) colocadas

nos furos dos blocos que deverão ser preenchidos com graute para que se garanta a

solidarização bloco-graute-armadura. Tem a função de reforçar as paredes aumentando,

portanto, sua capacidade de carga, combater eventuais esforços de tração e reforçar,

determinadas regiões onde se observam concentrações de tensões.

É importante destacar as duas funções distintas da armadura que pode ser

encontrada nas paredes de alvenaria estrutural. A primeira é combater eventuais

esforços de tração oriundos de deformações volumétricas (devido à retração, variações

de temperatura e de umidade) e reforçar determinadas regiões onde ocorrem

concentrações de tensões (bordas de aberturas e extremidades de paredes). Trata-se,

portanto, de uma armadura construtiva, que não é calculada, sendo encontrada em todos

as categorias de alvenaria estrutural (não armada, parcialmente armada e armada). A

segunda função é a de reforçar as paredes aumentando, portanto, sua capacidade de

carga. Trata-se, portanto, de uma armadura obrigatória, calculada, sem a qual as paredes

não resistem aos esforços de compressão aos quais estão submetidas. Esta armadura é

encontrada apenas na alvenaria armada. Ressalta-se, que o aumento da capacidade de

carga da alvenaria permitido pela NB 1228 (1989), em função colocação de armadura, é

muito reduzido.

2.4 Mecanismos de ruptura da alvenaria estrutural

Segundo GALLEGOS (1991), a alvenaria é um material composto, heterogêneo e

anisotrópico em que se reúnem, com um comportamento único, materiais com

características elásticas distintas. As juntas horizontais, devido a sua natureza contínua,

dividem a alvenaria em camadas (as fiadas) lhe dando a aparência de um material

composto laminado. Por outro lado, quando os furos dos blocos estão preenchidos com

graute, se consegue atingir um determinado grau de continuidade o que diminui o

caráter anisotrópico do conjunto.

Várias pesquisas têm sido desenvolvidas na tentativa de se elaborar modelos

matemáticos que sejam capazes de prever a resistência à compressão de uma parede de

alvenaria estrutural.

GALLEGOS (1991), comenta que os primeiros estudos sobre este assunto foram

realizados por Haller em 1959 e se basearam em uma análise elástica do sistema bloco-

argamassa. Os resultados obtidos não condiziam com a realidade, uma vez que foram

encontrados, para a resistência à compressão dos prismas, valores maiores que os da

resistência à compressão dos blocos.

Posteriormente, HILLSDORF apud GALLEGOS (1991), em 1969 e FRANCIS et

al. apud GALLEGOS (1991), em 1970, de forma independente, desenvolveram

modelos elásticos baseados na resistência e na deformação do bloco e da argamassa

submetidos a esforços multiaxiais. FRANCIS et al. Apud RAMALHO e CORRÊA

(2003), se basearam na deformação unitária dos materiais para fundamentar seu modelo

enquanto que HILLSDORF apud RAMALHO e CORRÊA (2003), baseou-se nos

esforços resistidos pelos materiais. Estes pesquisadores, apesar de terem trabalhado

separadamente, adotaram as mesmas hipóteses para elaborar suas pesquisas:

• Blocos sólidos, isto é, sem furos;

• Relação linear, ou de Coulomb, entre o valor da resistência à tração biaxial

e a resistência à compressão uniaxial, para definir a envoltória de ruptura

do bloco submetido a um carregamento triaxial;

• Esforços laterais de tração uniformes ao longo da altura dos blocos;

• Esforços de tração iguais nas duas direções laterais dos blocos;

• Aderência perfeita entre a argamassa e os blocos.

Quando o bloco está inserido no contexto de uma parede submetida a uma ação de

compressão, como apresentado na figura (2.4), surgem tensões que serão transmitidas

através de seus componentes de formas distintas.

Figura 2.4 – Esquema de uma parede comprimida.

bloco do Altura

argamassa de junta da Espessura

aplicada Carga P

→

Segundo DUARTE (1999), a argamassa apresenta um módulo de deformação

menor que o do bloco, porém seu coeficiente de Poisson é maior. Devido a essas

diferenças de propriedades, quando bloco e argamassa trabalham em conjunto sob

compressão, a argamassa se deforma mais que o bloco e, de forma simplificada, em

uma parede com blocos e argamassa (sem graute), a solicitação dos componentes dar-

se-á como no esquema apresentado na figura (2.5).

Figura 2.5 – Esquema de distribuição de tensões no bloco e argamassa em

uma parede comprimida.

Como se pode observar, o bloco está submetido uma combinação de compressão

axial e tração biaxial gerando um estado biaxial de tensões compressão-tração. Isto

caracteriza uma situação desfavorável, por tratar-se de material frágil. Sob estas

circunstâncias o bloco apresenta uma resistência à compressão menor que a obtida para

o mesmo, em um ensaio de compressão uniaxial. Quando colocado para trabalhar em

uma parede, o bloco irá, portanto, atingir a ruptura sob solicitações menores do que se

estivesse trabalhando isoladamente.

A argamassa, entretanto, está submetida a um estado triaxial de compressão o que

lhe confere um aumento na sua capacidade resistente. Quando inserida em uma parede a

ARGAMASS

BLOCO

parede da Extensão

z eixo - argamassa na compressão de Tensão

xeixo - argamassa na compressão de Tensão

z eixo - bloco no traçãode Tensão

xeixo - bloco no traçãode Tensão

y eixo - argamassa e bloco no compressão de Tensão

→

argamassa apresenta, portanto, uma resistência maior que a encontrada quando ela

trabalha isoladamente.

Pode-se compreender melhor as diferentes possibilidades de ruptura da alvenaria

quando se analisa isoladamente seus componentes.

2.4.1 Comportamento do bloco

Segundo DUARTE (1999), quando submetidos ao ensaio de compressão ou de

tração, os blocos apresentam a mesma configuração de ruptura (figura 2.6).

Onde:

bloco do uniaxial traçãoà ruptura de Tensão

bloco do uniaxial compressão à ruptura de Tensão

→

Figura 2.6 – Esquema de ruptura dos blocos quando submetidos à

compressão uniaxial ou tração uniaxial.

Considerando uma relação linear entre a tensão de ruptura à compressão uniaxial

do bloco e a tensão de ruptura à compressão uniaxial da argamassa, a ruptura dos blocos

quando submetidos à compressão uniaxial e tração uniaxial combinadas, pode então ser

representada pela reta da figura (2.7).

COMPRESSÃO TRAÇÃO

Figura 2.7 – Gráfico da relação entre a tensão de ruptura à compressão

uniaxial do bloco e a tensão de ruptura à tração uniaxial do bloco.

Temos então a equação (2.4), que representa a ruptura do bloco submetido a um

estado de tensões de compressão e tração combinadas:

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

−•=

btxb

σσ

(2.4)

Onde:

bloco do uniaxial traçãoà ruptura de Tensão

bloco do uniaxial compressão à ruptura de Tensão

xeixo - bloco no traçãode Tensão

y eixo - bloco no compressão de Tensão

→

2.4.2 Comportamento da argamassa

De acordo com CHEEMA e KLINGLER Apud MOHAMAD et al. (2002a), o

aumento da resistência à compressão da argamassa devido a um estado multiaxial de

tensões de compressão, pode ser representada pelo gráfico de uma reta com coeficiente

angular de 4,1 (figura 2.8).

Figura 2.8 – Aumento da resistência à compressão da argamassa sob um

estado multiaxial de tensões de compressão.

Temos então a equação (2.5) que representa a ruptura da argamassa submetida a

um estado multiaxial de tensões de compressão:

1.4

acy

−

(2.5)

Onde:

argamassa da uniaxial compressão à ruptura de Tensão

xeixo - argamassa na compressão de Tensão

y eixo - argamassa na compressão de Tensão

→

Considerando o equilíbrio na direção horizontal tem-se a equação (2.6):

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

•=⇒••=••

xaxbaxabxb

ltlt

σσσσ

(2.6)

2.4.3 Comportamento simultâneo da argamassa e do bloco

Quando a ruptura ocorre através do bloco, ela se dá de acordo com a equação (2.4)

vista anteriormente.

Quando a ruptura ocorre através da argamassa, ela se dá de acordo com a equação

(2.5) já deduzida. Considerando esta hipótese, teremos a expressão da equação (2.7), a

seguir, para a tensão de tração no bloco.

⇒

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

•

−

=⇒

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

•=

acy

xaxb

1.4

σσσ

•

−=⇒ )(

acyxb

(2.7)

Onde:

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

•

1.4

Igualando os valores da tensão de tração no bloco no eixo x, quando a ruptura se

dá através do bloco (equação 2.4) e quando a ruptura se dá através da argamassa

(equação 2.7), teremos a equação 2.8, a seguir, de ruptura simultânea na argamassa e no

bloco.

⇒•−=

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

−•

λσσ

)(1

acy

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

•+

•=⇒

bcbt

acbt

bcy

σλσ

σσ

(2.8)

Esta é a equação de HILSDORF apud DUARTE (1999) para a determinação da

tensão de ruptura à compressão da alvenaria.

2.5 A alvenaria estrutural de blocos cerâmicos

Os blocos cerâmicos têm como matéria prima a argila, um material com valor

agregado muito baixo. A fabricação de blocos cerâmicos estruturais, assim como outros

produtos baseados em argila, se caracteriza pelo baixo custo de produção. Isto resulta

em um produto final barato, o que permite uma boa competitividade com os

semelhantes que utilizam outras matérias primas, como os blocos de concreto. O grande

obstáculo para esses produtos é o alto custo com transporte. Este fato exige que as

fábricas de blocos cerâmicos se situem próximas de jazidas de argila bem como de

potenciais mercados consumidores do produto final.

Segundo GALLEGOS (1991), as argilas se originam da degradação natural de

rochas ígneas ou feldspatos. São encontradas em depósitos aluviais ou eólicos,

misturadas com uma grande quantidade de areia e impurezas. Apresentam-se com uma

grande variedade de composição e estrutura dependendo do local de onde foram

extraídas. CAPUTO (1988), comenta que apesar de sua aparência amorfa, as argilas são

constituídas por minerais cristalinos denominados minerais argílicos, dentre os quais

podemos destacar três grupos principais: caolinitas, montmorilonitas e ilitas. Para

KINGERY et al. (1976), os minerais argílicos presentes estão normalmente misturados

com quartzo, feldspato, mica e outras impurezas. Impurezas secundárias como dolomita,

rutila e materiais ferruginosos também podem ser encontrados.

Segundo KINGERY et al. (1976), a estrutura dos minerais argílicos é composta

por combinações de camadas (Si

)

de SiO

tetraédrico unidas pelos vértices com

camadas AlO(OH)

de alumina octaédrica. As caolinitas são formadas por camadas

alternadas de (Si

)

e AlO(OH)

. Já as montmorilonitas têm uma estrutura composta

por camadas de AlO(OH)

alternadas por duas camadas de (Si

)

A obtenção de blocos cerâmicos estruturais se dá através de quatro fases

seqüenciais bem definidas: preparação da matéria-prima, conformação, tratamento

térmico e acabamento.

Na fase de preparação da matéria-prima, a argila extraída da natureza deve passar

por um processo de beneficiamento que a deixe pronta para ser industrializada. Depois

de extraída, a argila é estocada a céu aberto e é deixada em descanso por um

determinado período. Esta etapa é conhecida como sazonamento ou apodrecimento.

Segundo BAUER (1992), o sazonamento tem por finalidade principal a fermentação das

partículas orgânicas, o que aumenta a plasticidade. SOARES et al. (2002), comenta que

apesar do período de descanso para se alcançarem resultados ideais no processamento

cerâmico ser de 1 ano, é comum que a duração da fase de sazonamento esteja associada

à operacionalização de cada indústria.

Após o sazonamento, a argila passa por um processo de redução de seus grãos. A

seguir se tem a correção, que é feita para se dar à argila a constituição desejada. Nesta

etapa, é comum a adição de uma argila pré-queimada e moída. Isto é feito para se

diminuir a proporção de finos, com o objetivo de reduzir a retração ocorrida na queima.

Finalizando a fase de preparação da matéria–prima ocorre a mistura, que é feita de

forma manual ou mecânica para que se obter uma massa homogênea.

A segunda fase na produção de blocos cerâmicos estruturais é da conformação

plástica, que é feita através da extrusão. A extrusão consiste basicamente em se

compactar a massa plástica de argila, numa câmara de alta pressão, contra o molde

(boquilha) de formato desejado. A massa moldada é expelida como um corpo contínuo,

sendo cortada no comprimento desejado. Portanto, é nesta fase que a massa de argila

adquire a forma de bloco. Existem três sistemas diferentes para a extrusão: pistão,

cilindros e hélice. Segundo SOARES et al. (2002), para se obter um bom resultado na

extrusão, deve-se garantir que o material a ser conformado apresente as mínimas

variações possíveis, tanto na composição (plasticidade), como na preparação

(granulometria) e no seu teor de umidade.

O tratamento térmico constitui a terceira fase na produção de blocos cerâmicos e

tem duas etapas: secagem e queima. Segundo OLIVEIRA apud SOARES et al. (2002),

o processo de secagem pode ser definido como a eliminação da água de conformação

através do ar aquecido e é considerada uma das fases mais delicadas do processo

produtivo. A umidade de extrusão dos produtos cerâmicos normalmente oscila entre

20% e 30% e, após a secagem, esta umidade residual deve estar abaixo de 5%.

A queima é a etapa fundamental na fabricação de blocos cerâmicos estruturais,

pois é nela que ocorrem a reações químicas para a formação do material cerâmico. Os

fornos são os equipamentos utilizados nesta etapa do processo e são classificados, de

acordo com o tipo de operação, em intermitentes e contínuos.

Segundo KINGERY et al. (1976), durante um processo de queima regular, os

grandes grãos de quartzo e outros minerais, normalmente não são afetados. As argilas

contêm uma quantidade de impurezas suficiente para que haja a pronta formação de

uma fase vítrea. A estrutura resultante consiste em grandes grãos de componentes

secundários envolvidos por uma matriz de grãos pequenos de mulita e partículas de

vidro. O pequeno tamanho dos grãos da matriz torna difícil a observação por

microscopia ótica.

A estrutura interna resultante está diretamente relacionada com a composição da

argila utilizada e com o processo de queima. Blocos que tenham passado por uma

queima insuficiente, apresentam uma grande quantidade de poros o que resulta em uma

baixa resistência e também afeta negativamente as demais propriedades. Produtos que

tenham sido excessivamente queimados tornam-se muito vítreos e, portanto, são muito

frágeis. Uma pequena quantidade de porosidades resulta em altas resistências à

compressão, entretanto, provoca a ruptura do bloco como um todo, de uma forma

explosiva e repentina, quanto submetido a esforços mecânicos. A insuficiência de poros

também impede a obtenção de uma boa aderência entre o bloco e a argamassa.

Tem-se, portanto, que executar uma queima ideal de forma a se conseguir um

bloco que apresente uma boa resistência à compressão e não seja tão frágil, rompendo

através da formação de fissuras que possam ser acompanhadas. É importante, também, a

existência de uma determinada quantidade de poros que possa garantir uma boa

aderência com a argamassa.

A coloração dos blocos depende dos seus elementos constituintes. Normalmente o

ferro e o TiO

são os principais responsáveis pela cor que pode variar de amarelo a preto

dependendo de impurezas particulares presentes.

2.6 Caracterização dos materiais cerâmicos

2.6.1 Diagrama de fases

No equilíbrio, um sistema está em seu estado de energia livre mais baixo para

uma determinada composição de temperatura, pressão e outras condições impostas.

Quando um determinado conjunto de parâmetros de um sistema é fixado, apenas uma

combinação de fases poderá ser encontrada e a composição de cada uma dessas fases

poderá ser determinada. Os diagramas de equilíbrio de fases permitem de uma forma

clara, representar graficamente esta situação de equilíbrio e são uma ferramenta muito

importante para a caracterização dos sistemas cerâmicos. Eles mostram a composição de

cada fase presente, o número de fases presentes e a quantidade de cada fase presente na

condição de equilíbrio. Os componentes principais dos blocos cerâmicos são a alumina

(Al

) e a sílica (SiO

) formando, pois, um sistema Al

-SiO

. A figura (2.9) mostra

o diagrama de fases de um sistema Al

-SiO

Figura 2.9 – Diagrama de fases do sistema Al

-SiO

Fonte Aksay and

Pask apud KINGERY et al. (1976).

Os blocos cerâmicos, normalmente têm uma composição de alumina variando

entre 35% e 55%. Dentro deste intervalo e desprezando as impurezas, as fases presentes

no equilíbrio para temperaturas abaixo de 1587°C, de acordo com o diagrama de fases

da figura (2.9), são a mulita e a sílica. A quantidade relativa destas fases varia de acordo

com a composição e provocam variações correspondentes nas propriedades dos blocos.

2.6.2 Microestrutura

Segundo VOORT (1984), uma determinação detalhada e precisa da

microestrutura dos materiais tem uma importância fundamental para a caracterização da

sua composição, estrutura e propriedades.

As propriedades dos materiais cerâmicos, assim como as de outros materiais, são

significativamente influenciadas por sua microestrutura. A observação da

microestrutura pode revelar características de fundamental importância no

comportamento e para a utilização dos blocos cerâmicos estruturais. Algumas das

características que contribuem para a resistência e praticamente todas as que iniciam o

processo de falha mecânica podem ser identificadas através do estudo da microestrutura

de um material.

Segundo KINGERY et al. (1976), um fato importante no estudo dos materiais

cerâmicos é que suas propriedades são determinadas não só pela composição e estrutura

das fases presentes, mas também pelo arranjo entre essas fases. A distribuição de fases

ou microestrutura nos produtos finais depende das técnicas de fabricação, matérias

primas, relações de equilíbrio de fases, crescimento dos grãos e processo de queima.

O estudo da microestrutura se baseia essencialmente na capacidade de diferenciar

materiais que tenham diferente composição química, estrutura e orientação. Através

deste estudo, podemos determinar as seguintes características:

•

A quantidade e identificação das fases presentes, incluindo a porosidade;

•

A quantidade relativa de cada fase presente;

•

Características de cada fase como tamanho, forma e orientação.

Segundo KINGERY et al. (1976), os poros, que são uma das fases presentes em

grande parte dos materiais cerâmicos, podem ocorrer com uma grande diversidade de

tamanho, forma e distribuição.

As características dos poros são determinantes no processo de ruptura de um

material uma vez que é a partir dos poros que se inicia o processo de nucleação e

propagação de trincas.

Existem diferentes técnicas para a observação da microestrutura dos materiais

sendo as duas principais a microscopia ótica e a microscopia eletrônica de varredura.

3 Materiais e métodos

3.1 Ensaios dos blocos cerâmicos estruturais

Foram utilizados dezoito blocos cerâmicos estruturais comerciais (figura 3.1) com

dimensões nominais de 140 x 290 x 190 (largura, comprimento e altura em mm) que

foram numerados de 0 a 17. Os blocos foram retirados de uma mesma fornada, tendo

sua origem em uma fábrica de blocos cerâmicos localizada no município de Jaguaruana,

estado do Ceará, Brasil. No anexo (B) podem-se verificar detalhadamente as

especificações do processo de fabricação. Os blocos foram selecionados levando-se em

conta características visuais. Foram escolhidos os que não apresentavam defeitos

sistemáticos como trincas, quebras, superfícies irregulares, deformações e indícios de

uma queima inadequada.

Figura 3.1 – Bloco cerâmico estrutural utilizado.

Convém mencionar, para uma melhor identificação dos blocos, que eles são

semelhantes (forma e dimensões) aos blocos Selecta (blocos produzidos pela Selecta,

hoje, Uralita, que se tornaram referência a nível nacional).

3.1.1 Determinação das características geométricas

A determinação das características geométricas dos blocos foi realizada

experimentalmente de acordo de acordo com o projeto de norma NBR XX03/2003 –

REV. 23 (2004).

3.1.1.1 Determinação dos valores médios dos comprimentos das faces

Os valores médios dos comprimentos das faces foram determinados para os

dezoito blocos. Foi utilizado um paquímetro com precisão de 0,1mm. Os valores para a

largura (L), altura (H) e comprimento (C) foram obtidos fazendo-se duas medidas em

cada bloco nos pontos indicados nas figuras (3.2), (3.3) e (3.4).

Figura 3.2 – Locais onde foram feitas as medições da largura (L) dos blocos.

Figura 3.3 – Locais onde foram feitas as medições da altura (H) dos blocos.

Figura 3.4 – Locais onde foram feitas as medições do comprimento (C) dos

blocos.

3.1.1.2 Determinação do desvio em relação ao esquadro

O desvio em relação ao esquadro (D) foi determinado para os dezoito blocos.

Foram utilizados um esquadro metálico e uma régua metálica com precisão de 0,5mm.

Os valores foram obtidos fazendo-se uma medida em cada bloco conforme a figura

(3.5).

Figura 3.5 – Esquema de medida do desvio em relação ao esquadro (D).

3.1.1.3 Determinação da planeza das faces

A planeza das faces (F) foi determinada para os dezoito blocos. Foram utilizados

um esquadro metálico e uma régua metálica com precisão de 1mm. Os valores foram

obtidos fazendo-se uma medida em cada bloco conforme a figura (3.6).

Figura 3.6 – Esquema de medida da planeza das faces (F).

3.1.1.4 Determinação da área líquida

O ensaio de determinação da área líquida foi realizado em cinco blocos (13 a 17).

Os blocos foram saturados através da imersão em água fervente por duas horas como

mostrado na figura (3.7). Depois de saturados, foram enxutos superficialmente com um

pano úmido e pesados obtendo-se a massa saturada M

. Posteriormente foram pesados

imersos em água à temperatura de 25°C obtendo-se a massa aparente M

A área líquida expressa em cm

de cada bloco foi então calculada pela equação

(3.1), a seguir:

liq

•

−

(3.1)

Onde:

liq

- área líquida em cm

- massa do bloco saturado, em g.

- massa aparente do bloco, em g.

H - altura do bloco, em cm.

γ - massa específica da água, g/cm

, adotando-se igual a 1.

Figura 3.7 - Ensaio de área líquida: blocos imersos em água fervente.

3.1.1.5 Determinação da área bruta

A área bruta dos blocos foi determinada pela multiplicação dos valores médios

obtidos para a largura e comprimento de cada um dos 18 blocos.

3.1.2 Determinação da resistência à compressão

A resistência à compressão foi determinada para os dezoito blocos, os quais foram

submetidos à compressão até a ruptura, na direção dos furos, como se mostra na figura

(3.8). Foi utilizada uma máquina hidráulica para testes em materiais VEB-

Werkstoffprüfmaschinen-Leipzig, modelo 265/6 com capacidade nominal de carga de

3000 kN.

Figura 3.8 - Ensaio de determinação da resistência à compressão dos

blocos.

Os ensaios foram realizados de acordo com o projeto de norma NBR XX03/2003

– REV. 23 (2004). As faces de aplicação do carregamento foram regularizadas com

capeamento de enxofre.

3.1.3 Caracterização da microestrutura

As amostras analisadas para a caracterização da microestrutura foram retiradas de

três blocos após a realização do ensaio de ruptura à compressão. Os blocos foram

selecionados da seguinte forma:

Bloco 5 - foi o que resistiu à maior carga no ensaio de ruptura à compressão;

Bloco 7 - foi o que resistiu à menor carga no ensaio de ruptura à compressão;

Bloco 2 - foi o que resistiu a uma carga próxima da média no ensaio de ruptura à

compressão.

Além destas foram analisadas amostras do bloco 0, retiradas antes do ensaio de

ruptura à compressão.

Para cada um dos blocos selecionados foram retiradas três amostras de acordo

com os três sentidos indicados na figura (3.9). Procurou-se observar cada uma das três

direções possíveis de orientação do material nos blocos. Retirou-se, portanto, três

amostras por bloco, perfazendo um total de doze amostras analisadas.

Figura 3.9 - Esquema usado para retirada das amostras.

De acordo com a figura (3.9) tem-se:

•

Corte vertical A-A: As amostras foram preparadas de forma a se observar

uma área pertencente a um plano paralelo à face de 29x19cm do bloco e,

portanto, paralela à direção de extrusão;

•

Corte vertical B-B: As amostras foram preparadas de forma a se observar

uma área pertencente a um plano paralelo à face de 14x19cm do bloco e,

portanto, paralela à direção de extrusão;

•

Corte horizontal C-C: As amostras foram preparadas de forma a se

observar uma área pertencente a um plano paralelo à face de 14x29cm do

bloco e, portanto, perpendicular à direção de extrusão;

Cada uma das amostras foi embutida em Bakelite e posteriormente lixada com

lixas 220, 320, e 600 por um período de cinco minutos para cada uma. Não foi

necessário realizar qualquer tipo de ataque químico, pois as fases presentes puderam ser

bem diferenciadas em microscópio ótico após o processo de lixamento.

As observações foram feitas em um microscópio ótico Olympus BX51M, com

uma ampliação de 100X, equipado com câmera Evolution LC Color modelo PL-A662

para captura das imagens. Para cada uma das amostras se capturou um conjunto de seis

DIREÇÃO DE EXTRUSÃO

14cm

19cm

imagens (três em campo claro e três em campo escuro) de regiões diferentes totalizando

setenta e duas micrografias.

O estudo quantitativo da microestrutura dos blocos foi realizado através do

software “Image-Pro Plus

”. Cada uma das 72 micrografias foi quantificada sendo as

fotos em campo claro usadas para a quantificação da fase de sílica, e as fotos em campo

escuro para a quantificação da fase dos poros.

A obtenção da composição química de pontos específicos das amostras foi

realizada através de análises de EDS “energy dispersion spectrometry” (espectroscopia

por dispersão de energia). Isto foi feito em equipamento acoplado a um microscópio

eletrônico de varredura Philips XL-30. Procurou-se realizar as análises de forma a

identificar a composição química das fases presentes e também de pontos que

apresentaram aspectos particulares. A distinção das fases e dos pontos particulares foi

feita pela coloração apresentada nas observações realizadas no microscópio eletrônico

de varredura com elétrons retroespalhados. Foi escolhida uma amostra de cada bloco na

qual foram feitas quatro medidas em pontos específicos da região observada. No total

realizaram-se, portanto, dezesseis análises de composição química.

3.2 Ensaios das argamassas

Utilizaram-se três traços de argamassa mista (cimento, cal e areia) que foram

dosados de maneira a se obter uma argamassa mais resistente (T1), uma com resistência

intermediária (T2) e uma menos resistente (T3). As argamassas foram preparadas com

cimento Portland CP II-Z-32RS, cal hidratada da classe CH-III e areia lavada de rio.

Devido à pequena dimensão das juntas de argamassa (10mm), a areia recebida foi seca

em estufa e posteriormente peneirada de forma a se obter uma dimensão máxima

característica dos grãos de 2,4 mm. Para a areia, também foi determinado o módulo de

finura e o teor de material pulverulento.

Na produção de cada traço, todos os constituintes foram medidos em massa e

misturados em betoneira. As características de cada traço utilizado são apresentadas na

tabela (3.1). A quantidade de água utilizada foi a necessária para garantir uma

trabalhabilidade semelhante à utilizada em obra, de acordo com a avaliação de um

pedreiro experiente.

Tabela 3.1 – Características dos traços de argamassa utilizados.

Identificação

do traço

Traço em volume

(cimento:cal:areia)

Traço em peso

(cimento:cal:areia)

Fator água /cimento

(litros/kg)

T1 1:0,25:3 1:0,089:3,214 0,762

T2 1:0,5:4,5 1:0,179:4,821 1,048

T3 1:1:6 1:0,357:6,429 1,474

Para cada traço de argamassa foram moldados quatro corpos de prova cilíndricos

com 50mm de diâmetro por 100mm de altura perfazendo um total de 12 corpos de

prova. A moldagem foi feita de acordo com a NBR 7215 (1996), imediatamente após a

mistura de cada traço. Posteriormente, os corpos de prova foram deixados em ambiente

laboratorial até a idade de realização dos ensaios de determinação da resistência à

compressão, como recomenda a NBR 13279 (1995

). Para cada corpo de prova foi

determinado o diâmetro através da média de duas medidas realizadas em posições

ortogonais de seu terço médio. Para as medidas, foi utilizado um paquímetro com

precisão de 0,1mm

3.2.1 Determinação da resistência à compressão

A resistência à compressão foi determinada para os quatro corpos de prova de

cada traço. Eles foram submetidos à compressão em uma máquina universal para

ensaios mecânicos, marca Instron, modelo 8802, com capacidade nominal de carga de

250 kN.

Os ensaios foram realizados aos 28 dias e de acordo com a NBR 13279 (1995) As

faces de aplicação do carregamento foram regularizadas com capeamento de enxofre.

3.3 Ensaios dos prismas

Para cada traço de argamassa foram moldados três prismas de dois blocos

perfazendo um total de 9 corpos de prova. O preparo, assentamento e cura dos prismas

foram feitos de acordo com as prescrições do projeto de norma NBR XX03/2003 –

REV. 23 (2004).

A moldagem foi feita logo após a mistura da argamassa tendo todos os prismas

sido executados por um mesmo pedreiro com experiência comprovada em alvenaria

estrutural. A espessura das juntas foi controlada para que ficassem com 10±3mm.

Depois de moldados, os prismas foram deixados em ambiente laboratorial até a idade de

realização dos ensaios de determinação da resistência à compressão.

3.3.1 Determinação da resistência à compressão

A resistência à compressão foi determinada para os três prismas executados com

cada traço de argamassa. Os prismas foram submetidos à compressão até a ruptura, na

direção dos furos, como se mostra na figura (3.10). Foi utilizada uma máquina

hidráulica para testes em materiais VEB-Werkstoffprüfmaschinen-Leipzig, modelo

265/6 com capacidade nominal de carga de 3000 kN.

Os ensaios foram realizados aos 28 dias e de acordo com as prescrições do

projeto de norma NBR XX03/2003 – REV. 23 (2004). Para a regularização das faces de

aplicação do carregamento, os blocos foram capeados com enxofre.

Figura 3.10 - Ensaio de determinação da resistência à compressão dos

prismas.

3.4 Ensaios dos prismas contrafiados

Para cada traço de argamassa foram moldados três prismas contrafiados com um

bloco e meio de comprimento por três fiadas de altura, totalizando 9 corpos de prova. O

preparo, assentamento e cura dos prismas contrafiados foram feitos de acordo com as

prescrições do projeto de norma NBR XX03/2003 – REV. 23 (2004).

Os prismas contrafiados foram moldados logo após a mistura da argamassa, por

um mesmo pedreiro com experiência comprovada em alvenaria estrutural. A espessura

das juntas foi controlada para que ficassem com 10±3mm. Depois de moldados os

prismas contrafiados foram deixados em ambiente laboratorial até a idade de realização

dos ensaios de determinação da resistência à compressão.

3.4.1 Determinação da resistência à compressão

A resistência à compressão foi determinada para os três prismas contrafiados

executados para cada traço de argamassa. Os prismas contrafiados foram submetidos à

compressão até a ruptura, na direção dos furos, como se mostra na figura (3.11). Foi

utilizada uma máquina hidráulica para testes em materiais VEB-

Werkstoffprüfmaschinen-Leipzig, modelo 265/6 com capacidade nominal de carga de

3000 kN.

Os ensaios foram realizados aos 28 dias e de acordo com as prescrições do

projeto de norma NBR XX03/2003 – REV. 23 (2004). As faces de aplicação do

carregamento foram regularizadas com capeamento de enxofre.

Figura (3.11) - Ensaio de determinação da resistência à compressão dos

prismas contrafiados.

4 Resultados e discussões

4.1 Ensaios dos blocos cerâmicos estruturais

São apresentados a seguir os resultados obtidos nos ensaios realizados nos blocos

cerâmicos estruturais.

4.1.1 Características geométricas

4.1.1.1 Valores médios dos comprimentos das faces

Os valores individuais e médios obtidos para a largura, altura e comprimento dos

blocos são apresentados na tabela (4.1), tabela (4.2) e tabela (4.3).

Tabela 4.1 – Largura dos blocos.

Bloco Largura (mm)

Nº Medida 1 Medida 2 Média

0 135,7 136,1 135,9

1 135,2 136,4 135,8

2 134,6 135,5 135,1

3 137,0 135,8 136,4

4 136,6 135,5 136,1

5 134,4 135,1 134,8

6 135,7 136,8 136,3

7 134,7 135,9 135,3

8 136,6 135,7 136,2

9 135,4 136,1 135,8

10 135,1 136,0 135,6

11 137,2 136,6 136,9

12 137,4 137,5 137,5

13 136,7 137,3 137,0

14 137,2 136,2 136,7

15 137,4 136,1 136,8

16 136,2 135,5 135,8

17 136,2 135,0 135,6

Largura Média 136,1

Desvio Padrão 0,7

Tabela 4.2 – Altura dos blocos.

Bloco Altura (mm)

Nº Medida 1 Medida 2 Média

0 189,8 190,1 190,0

1 190,5 188,0 189,3

2 187,0 190,0 188,5

3 191,0 191,0 191,0

4 190,0 190,0 190,0

5 189,0 190,0 189,5

6 190,0 190,0 190,0

7 189,0 188,5 188,8

8 190,0 190,0 190,0

9 191,0 190,0 190,5

10 188,0 189,0 188,5

11 189,5 191,0 190,3

12 191,0 191,0 191,0

13 188,6 188,7 188,7

14 189,3 189,7 189,5

15 189,8 188,8 189,3

16 188,1 187,8 188,0

17 188,6 189,5 189,0

Altura Média 189,5

Desvio Padrão 0,9

Tabela 4.3 – Comprimento dos blocos.

Bloco Comprimento (mm)

Nº Medida 1 Medida 2 Média

0 285,3 286,4 285,9

1 282,0 283,0 282,5

2 282,0 281,0 281,5

3 286,0 285,0 285,5

4 283,0 280,0 281,5

5 279,0 279,0 279,0

6 282,0 283,0 282,5

7 283,5 284,0 283,8

8 285,0 286,0 285,5

9 284,0 284,0 284,0

10 284,0 282,0 283,0

11 286,0 285,0 285,5

12 288,0 288,0 288,0

13 284,0 284,5 284,3

14 286,2 283,0 284,6

15 285,2 285,2 285,2

16 284,0 284,3 284,2

17 283,1 283,4 283,2

Comprimento Médio 283,9

Desvio Padrão 2,0

Conforme o projeto de norma NBR XX02/2003 – REV. 16 (2003) as tolerâncias

dimensionais máximas de fabricação para a largura, altura e comprimento dos blocos

cerâmicos devem ser de ±3mm. Pode-se observar que os blocos não atenderam a essas

exigências tanto na largura (140±3mm) quanto no comprimento (290±3mm). Apenas a

altura ficou dentro dos limites exigidos (190±3mm). As variações dimensionais são um

problema sério nos blocos cerâmicos estruturais. GALLEGOS (1991), comenta que é

difícil se prever a retração dos produtos à base de argila. KIRABIRA (2003), recomenda

a adição de uma argila pré-queimada e triturada (grog) à massa de argila, para diminuir

a retração durante a secagem e a queima.

Esta falta de precisão dimensional invalida o conceito de modulação, que é

fundamental na alvenaria estrutural, levando à necessidade de ajustes para compensar a

imprecisão dos blocos. Estes ajustes são normalmente feitos com um aumento das

juntas de argamassa e dos revestimentos. Isto prejudica a qualidade final das alvenarias

tanto no aspecto econômico, pois será necessário um volume maior de argamassa,

quanto no aspecto estrutural com um pior funcionamento do sistema e um aumento do

peso total da estrutura. Felizmente, a altura dos blocos ficou dentro dos limites exigidos,

pois a execução de juntas horizontais mais espessas tem um efeito muito negativo sobre

o desempenho estrutural do sistema. Segundo GALLEGOS (1991), um aumento da

junta de argamassa de 10mm para 15mm e 20mm provoca respectivamente uma

redução de 30% e 50% na resistência do prisma. OLIVEIRA (2002), encontrou uma

redução de 40% na resistência do prisma quando a junta de argamassa foi aumentada de

10mm para 20mm.

4.1.1.2 Desvio em relação ao esquadro

Os valores obtidos para o desvio em relação ao esquadro dos blocos são

apresentados na tabela (4.4).

Tabela 4.4 – Desvio em relação ao esquadro dos blocos.

Bloco Nº Desvio (mm)

0 1,8

1 1,5

2 3,3

3 2,3

4 1,3

5 1,9

6 1,5

7 1,1

8 0,4

9 0,1

10 1,8

11 1,7

12 1,3

13 0,5

14 2,0

15 0,4

16 2,1

17 2,5

Média 1,5

Desvio Padrão 0,8

Conforme o projeto de norma NBR XX02/2003 – REV. 16 (2003) as tolerâncias

dimensionais máximas de fabricação para o desvio em relação ao esquadro dos blocos

cerâmicos devem ser de ±3mm. Pode-se observar que os blocos atenderam a esse

requisito.

4.1.1.3 Planeza das faces

Os valores obtidos para planeza das faces dos blocos são apresentados na tabela

(4.5).

Tabela 4.5 – Planeza das faces dos blocos.

Bloco Nº Planeza (mm)

0 0,3

1 0,0

2 0,5

3 0,0

4 0,5

5 0,0

6 0,0

7 0,0

8 0,0

9 0,0

10 0,5

11 0,0

12 0,0

13 0,0

14 0,4

15 0,1

16 0,2

17 0,0

Média 0,1

Desvio Padrão 0,2

Conforme o projeto de norma NBR XX02/2003 – REV. 16 (2003) as tolerâncias

dimensionais máximas de fabricação para planeza das faces dos blocos cerâmicos

devem ser de ±3mm. Pode-se observar que os blocos atenderam a esta exigência.

4.1.1.4 Área líquida

Os blocos ensaiados apresentaram as áreas líquidas que são mostradas na tabela

(4.6).

Tabela 4.6 – Área líquida dos blocos.

Bloco M

Área Líquida

Nº (g) (g) (cm

)

13 6527 3563 157

14 6643 3632 159

15 6720 3715 159

16 6531 3646 153

17 6510 3653 151

Média 155,9

Desvio Padrão 3,4

Não existe nenhum padrão de valores exigidos pelas normas para a área líquida.

Este é um dado importante utilizado para a classificação e caracterização dos blocos.

4.1.1.5 Área bruta

Os resultados obtidos para a área bruta dos blocos na tabela (4.7).

Tabela 4.7 – Área bruta dos blocos.

Bloco Nº Área Bruta (cm

)

0 388,5

1 383,6

2 380,2

3 389,4

4 383,0

5 376,0

6 384,9

7 383,9

8 388,7

9 385,5

10 383,6

11 390,8

12 395,9

13 389,4

14 389,0

15 390,0

16 386,0

17 384,1

Média 386,3

Desvio Padrão 4,5

Assim como para área líquida, não existe nenhum padrão de valores exigidos

pelas normas para a área bruta. Este é um dado importante utilizado para a classificação

e caracterização dos blocos.

Com base na área líquida média e na área bruta média obtida podemos, então,

calcular a razão “área líquida / área bruta” para os blocos:

40,0

3,386

9,155

ruta

bÁrea

líquidaÁrea

De acordo com valor obtido para a razão “área líquida / área bruta”, o projeto de

norma NBR XX02/2003 – REV. 16 (2003) classifica os blocos estudados como blocos

cerâmicos estruturais de paredes vazadas. Pode-se também recomendar o uso do valor

obtido como o fator a ser utilizado para a razão “área líquida / área bruta” na elaboração

de projetos de alvenaria estrutural com o bloco estudado.

4.1.2 Resistência à compressão

Os resultados obtidos para a resistência à compressão dos blocos na área bruta são

apresentados na tabela (4.8).

Tabela 4.8 – Carga de ruptura e resistência à compressão dos blocos.

Bloco Carga de Ruptura Resistência à Compressão

Nº (kN) (MPa)

0 810,0 20,9

1 575,0 15,0

2 560,0 14,7

3 570,0 14,6

4 555,0 14,5

5 840,0 22,3

6 510,0 13,2

7 370,0 9,6

8 535,0 13,8

9 625,0 16,2

10 530,0 13,8

11 530,0 13,6

12 465,0 11,7

13 625,0 16,0

14 410,0 10,5

15 390,0 10,0

16 640,0 16,6

17 475,0 12,4

Média 556,4 14,4

Desvio Padrão 124,7 3,3

Coef. de Variação (%) 22,4 23,0

GALLEGOS apud OLIVEIRA (2002) recomenda como limite aceitável o valor

máximo de 9% para o coeficiente de variação da resistência à compressão de unidades

de alvenaria submetidas à compressão simples. O coeficiente de variação de 23,0%

obtido indica falta de homogeneidade dos blocos. Com base nesta constatação, pode-se

esperar também uma falta de homogeneidade nas demais propriedades dos blocos

cerâmicos estruturais estudados.

4.1.3 Caracterização da microestrutura

As figuras (4.1), (4.2), e (4.3) apresentam as micrografias feitas para o bloco 7,

onde se mostram características gerais observadas em todas as amostras analisadas. As

demais micrografias realizadas podem ser encontradas no anexo (A).

Figura 4.1 - Micrografia 1 do bloco 7, corte AA, em campo escuro com um

aumento de 100X.Matriz de cor alaranjada (1), inclusões de sílica de

diversos tamanhos (2) e uma quantidade de poros muito pequena sem uma

orientação preferencial (3).

Figura 4.2 - Micrografia 2 do bloco 7, corte BB, em campo escuro com um

aumento de 100X. Matriz de cor alaranjada (1), inclusões de sílica de

diversos tamanhos (2) e uma grande quantidade de poros alongados (3), na

direção de extrusão do bloco (4).

Figura 4.3 - Micrografia 2 do bloco 7, corte CC, em campo escuro com um

aumento de 100X. Matriz de cor alaranjada (1), inclusões de sílica de

diversos tamanhos (2) e uma grande quantidade de poros alongados (3), na

direção paralela ao comprimento do bloco (4).

Pôde-se observar nas micrografias feitas dos cortes B-B e cortes C-C, figuras (4.2)

e (4.3) respectivamente, a existência de uma matriz onde se detectou através de EDS,

apresentados nas figuras (4.14), (4.15), (4.16) e (4.17), a presença de O, Na, Al, Si, K,

Ca, Mg, Fe e Ti. Nota-se também a existência de poros alongados na direção de

extrusão, paralelamente ao comprimento dos blocos e uma grande quantidade de

inclusões onde se detectou a presença de O e Si de acordo com os resultados de EDS

apresentados nas figuras (4.14), (4.15), (4.16) e (4.17).

As micrografias feitas dos cortes A-A, figura (4.1), mostram a existência da

matriz, uma grande quantidade de inclusões da fase de sílica e uma quase total

inexistência de porosidades. Na realidade, constatou-se, de acordo com as observações

dos cortes B-B e C-C, que, nos cortes A-A as amostras foram retiradas paralelamente

aos poros. Estes se revelaram bem achatados e, portanto, quando visualizados sob este

ângulo, não são facilmente identificados, pois estão sendo seccionadas

longitudinalmente.

O formato e disposição dos poros caracterizam uma estrutura interna que favorece

a formação de um conjunto de planos paralelos preferenciais de ruptura ao longo da

direção de extrusão e paralelos ao comprimento dos blocos quando estes são

comprimidos. Na figura (4.4) apresenta-se esquematicamente a disposição dos poros

nos blocos e na figura (4.5) propõe-se um esquema teórico de formação de planos de

ruptura.

(a) (b)

(c)

(d)

Figura 4.4 - Representação esquemática da disposição dos poros nos blocos;

(a) segundo o corte B-B; (b) segundo o corte C-C; (c) segundo o corte A-A;

(d) Disposição dos poros nos blocos.

Direção da

extrusão

Direção

paralela ao

comprimento

do bloco

Figura 4.5 - Esquema teórico proposto para a formação de planos de ruptura.

Quando os blocos são submetidos a esforços de compressão, a região entre os

poros fica sujeita a uma concentração de tensões, nucleando trincas que acabam por

ligá-los como pode ser visto na figura (4.6). Ocorre, portanto, a formação de camadas

ou planos fazendo com que haja a ruptura através da sua separação.

Figura 4.6 - Esquema de nucleação e propagação das trincas entre os

poros.

Pôde se constatar, nos ensaios de ruptura à compressão, que os blocos romperam

pela formação de grandes trincas verticais com a separação de grandes pedaços e muitas

vezes com o descolamento de outros menores. Isto ocorreu sempre ao longo da altura e

na direção de extrusão dos blocos, deixando evidente a formação efetiva de diversas

camadas ou planos de ruptura, como pode ser visto nas figuras (4.7) e (4.8).

Figura 4.7 - Bloco rompido por compressão. A ruptura se deu segundo um

plano vertical, pela separação de “camadas”.

Figura 4.8 – Detalhe da Formação de fissuras verticais em um pedaço de

bloco rompido à compressão (uma caixa de fósforos foi colocada para efeito

de escala).

A formação dos planos preferenciais de ruptura devida ao formato e disposição

dos poros encontrados explica porque os blocos cerâmicos apresentam eficiências bem

menores que os blocos de concreto, quando inseridos no contexto de um prisma (f

)

ou de uma parede (f

par

As três amostras retiradas do bloco antes do ensaio de ruptura à compressão,

revelaram uma microestrutura semelhante à das nove amostras que foram retiradas dos

três blocos após o ensaio evidenciando que o formato e a disposição dos poros não

foram alterados pelo processo de carregamento. Isto confirma a característica frágil do

material.

A seguir, nas figuras (4.9), (4.10), (4.11) e (4.12) são apresentadas micrografias

típicas, com os respectivos tratamentos de imagem, que foram utilizadas para a

quantificação das fases presentes nos blocos cerâmicos estruturais.

Figura 4.9 – Micrografia do Bloco 7, corte BB em campo claro (100X) para

a quantificação da fase de sílica.

Figura 4.10 – Imagem da Micrografia do Bloco 7, corte BB em campo claro

(100X) filtrada para destacar a fase de sílica.

Figura 4.11 - Micrografia do Bloco 7, corte BB em campo escuro (100X)

para a quantificação da fase de poros.

Figura 4.12 - Imagem da Micrografia do Bloco 7, corte BB em campo

escuro (100X) filtrada para destacar a fase de poros.

O gráfico da figura (4.13) mostra os resultados obtidos para a fração volumétrica

das fases nos blocos 2, 5 e 7 a partir da média dos valores obtidos em cada uma das

micrografias feitas para esses blocos.

Figura 4.13 – Fração volumétrica das fases presentes nos blocos 2, 5 e 7.

Obteve-se, portanto, que:

•

O bloco 7, que registrou a menor resistência à compressão nos ensaios

realizados (370 kN), apresenta o maior percentual da fase de poros (7,0%),

o maior percentual da fase de sílica (16,7%) e o menor percentual da fase

matriz (78,7%);

•

O bloco 5, que registrou a maior resistência à compressão nos ensaios

realizados (840 kN), apresenta um percentual intermediário da fase de

poros (6,0%), o menor percentual da fase de sílica (11,8%) e o maior

percentual da matriz (84,3%);

•

O bloco 2, que registrou uma resistência à compressão próxima da média

nos ensaios realizados (560 kN), apresenta o menor percentual da fase de

poros (4,6%), um percentual intermediário da fase de sílica (14,2%) e

percentual intermediário matriz (82,7%);

FRAÇÃO VOLUMÉTRICA DAS FASES

4,6%

6,0%

7,0%

14,2%

11,8%

16,7%

82,7%

84,3%

78,7%

0,0% 20,0% 40,0% 60,0% 80,0% 100,0%

BLOCO 2

BLOCO 5

BLOCO 7

POROS SÍLICA MATRIZ

A partir dos resultados obtidos têm-se as seguintes indicações:

•

A matriz está relacionada de forma direta com a resistência à compressão

dos blocos influenciando-a de forma positiva, ou seja, quanto maior a

quantidade desta fase, maior a resistência à compressão do bloco e vice

versa.

•

A fase de sílica está relacionada de forma direta com a resistência à

compressão dos blocos influenciando-a de forma negativa, ou seja, quanto

maior a quantidade desta fase, menor a resistência à compressão do bloco

e vice versa.

•

A fase de poros, do ponto de vista quantitativo, está relacionada de forma

secundária com a resistência à compressão dos blocos influenciando-a de

forma negativa. O bloco 7, que registrou a menor resistência à compressão

apresentou o maior percentual de poros, o que justifica a influência

negativa, entretanto, houve uma inversão entre os blocos 2 e 5. O bloco 5,

que teve a maior resistência à compressão apresentou um percentual

intermediário de poros e o bloco 2, que teve uma resistência intermediária

à compressão apresentou o menor percentual de poros, o que justifica uma

influência secundária.

A relação secundária dos poros, do ponto de vista quantitativo, com a resistência à

compressão dos blocos, significa que a resistência à compressão dos blocos é menos

sensível a uma alteração da quantidade dos poros, do que a uma alteração no seu

formato e orientação, que, como foi visto, governam o mecanismo de ruptura dos blocos

cerâmicos estruturais.

A tabela (4.9) mostra os resultados obtidos para o tamanho das inclusões da fase

de sílica para os blocos 2, 5 e 7 a partir da média dos valores obtidos em cada uma das

micrografias.

Tabela 4.9 – Tamanho das inclusões da fase de sílica para os blocos 2, 5 e 7.

Obteve-se, portanto, que:

•

O bloco 7, que registrou a menor resistência à compressão nos ensaios

realizados (370 kN), apresenta os maiores valores médios para o tamanho

das inclusões da fase de sílica tanto no eixo menor (9,1µm), como no eixo

maior (18,0µm). Também apresenta os maiores desvios padrão, no eixo

menor (10,3µm) e no eixo maior (19,8µm);

•

O bloco 5, que registrou a maior resistência à compressão nos ensaios

realizados (840 kN), apresenta os menores valores médios para o tamanho

das inclusões da fase de sílica tanto no eixo menor (7,6µm), como no eixo

maior (14,8µm). Também apresenta os menores desvios padrão, no eixo

menor (8,7µm) e no eixo maior (15,3µm);

•

O bloco 2, que registrou uma resistência à compressão próxima da média

nos ensaios realizados (560 kN), apresenta valores médios intermediários

para o tamanho das inclusões da fase de sílica tanto no eixo menor

(8,0µm), como no eixo maior (15,4µm). Também apresenta desvios

padrão intermediários, no eixo menor (9,6µm) e no eixo maior (17,2µm);

A partir dos resultados obtidos têm-se as seguintes indicações:

•

O tamanho das inclusões da fase de sílica está relacionado de forma direta

com a resistência à compressão dos blocos influenciando-a de forma

negativa, isto é, quanto maior for esse tamanho, menor a resistência à

compressão e vice versa.

•

A uniformidade do tamanho das inclusões da fase de sílica está

relacionada de forma direta com a resistência à compressão dos blocos

influenciando-a de forma positiva, isto é, quanto mais uniformes forem os

tamanhos dessas inclusões, maior a resistência à compressão e vice versa.

INCLUSÕES DA FASE DE SÍLICA

MÍNIMO MÁXIMO MÉDIO DESVIO PADRÃO

5,1 221,0 15,4 17,2

EIXO MAIOR (µm)

BLOCO 2

2,4 116,0 8,0 9,6

EIXO MENOR (µm)

5,1 185,2 14,8 15,3

EIXO MAIOR (µm)

BLOCO 5

2,4 106,5 7,6 8,7

EIXO MENOR (µm)

5,1 213,7 18,0 19,8

EIXO MAIOR (µm)

BLOCO 7

2,4 129,6 9,1 10,3

EIXO MENOR (µm)

Além disso, a razão média EIXO MAIOR/EIXO MENOR encontrada para as

inclusões da fase de sílica foi de 2,0. Isto significa que as inclusões da fase de sílica, na

média, apresentaram uma maior dimensão, aproximadamente igual ao dobro da menor

dimensão, caracterizando um formato ligeiramente alongado.

A tabela (4.10) mostra os resultados obtidos para o tamanho dos poros para os

blocos 0, 2, 5 e 7 a partir da média dos valores obtidos em cada uma das micrografias

realizadas. O bloco 0, cujas amostras foram retiradas antes do ensaio de ruptura à

compressão, foi estudado para que se pudesse avaliar se seus poros apresentavam

diferenças em relação aos dos blocos cujas amostras foram retiradas após este ensaio (2,

5 e 7).

Tabela 4.10 – Tamanho dos poros para os blocos 0, 2, 5 e 7.

Obteve-se, portanto, que:

•

O bloco 7, que registrou a menor resistência à compressão nos ensaios

realizados (370 kN), apresenta os maiores valores médios para o tamanho

dos poros tanto no eixo menor (7,5µm), como no eixo maior (21,9µm).

Também apresenta os maiores desvios padrão, no eixo menor (6,3µm) e

no eixo maior (22,6µm);

•

O bloco 5, que registrou a maior resistência à compressão nos ensaios

realizados (840 kN), apresenta os menores valores médios para o tamanho

dos poros tanto no eixo menor (6,9µm), como no eixo maior (18,3µm).

Também apresenta o menor desvio padrão no eixo maior (18,0µm) e um

desvio padrão com valor intermediário no eixo menor (6,0µm);

POROS

MÍNIMO MÁXIMO MÉDIO DESVIO PADRÃO

5,6 139,7 17,4 16,1

EIXO MAIOR (µm)

BLOCO 0

2,4 46,7 6,7 5,5

EIXO MENOR (µm)

5,4 146,1 20,9 19,9

EIXO MAIOR (µm)

BLOCO 2

2,4 37,5 7,2 5,4

EIXO MENOR (µm)

5,1 164,2 18,3 18,0

EIXO MAIOR (µm)

BLOCO 5

2,4 60,0 6,9 6,0

EIXO MENOR (µm)

5,6 169,5 21,9 22,6

EIXO MAIOR (µm)

BLOCO 7

2,4 52,9 7,5 6,3

EIXO MENOR (µm)

• O bloco 2, que registrou uma resistência à compressão próxima da média

nos ensaios realizados (560 kN), apresenta valores médios intermediários

para o tamanho dos poros tanto no eixo menor (7,2µm), como no eixo

maior (20,9µm). Também apresenta desvio padrão intermediário no eixo

maior (19,9µm) e o menor desvio padrão no eixo menor (5,4µm);

•

O bloco 0 apresenta, quando comparado com os blocos 2, 5 e 7, os

menores valores médios para o tamanho dos poros tanto no eixo menor

(6,7µm), como no eixo maior (17,4µm). Também apresenta o menor

desvio padrão no eixo maior (16,1µm) e um desvio padrão no eixo menor

(5,5µm) com valor muito próximo do menor que é de (5,4µm) no bloco 2;

A partir dos resultados obtidos têm-se as seguintes indicações:

•

O tamanho dos poros está relacionado de forma direta com a resistência à

compressão dos blocos influenciando-a de forma negativa, isto é, quanto

maior for esse tamanho, menor a resistência à compressão e vice versa.

•

A uniformidade do tamanho dos poros está relacionada de forma direta

com a resistência à compressão dos blocos influenciando-a de forma

positiva, isto é, quanto mais uniformes forem os tamanhos desses poros,

maior a resistência à compressão e vice versa. Não foi considerada a

pequena discrepância ocorrida para os resultados obtidos no desvio padrão

do eixo menor entre os blocos 2 e 5.

•

Os ensaios de resistência à compressão provocaram um aumento nas

dimensões dos poros dos blocos, tanto no eixo menor quanto no eixo

maior, bem como uma diminuição na sua uniformidade. O bloco 0 deveria

ter apresentado, com base em sua carga de ruptura (810 kN), dimensões e

desvio padrão para o tamanho dos poros, semelhantes aos que foram

encontradas para o bloco 5 se os ensaios de ruptura não tivessem

influência sobre este parâmetro. Portanto, o processo de fissuração

ocorrido quando os blocos foram submetidos a um carregamento até a

ruptura provocou um aumento permanente do tamanho dos poros como foi

observado nos blocos 2, 5 e 7 quando comparados ao bloco 0.

Além disso, a razão média EIXO MAIOR/EIXO MENOR encontrada para os

poros foi de 2,8. Isto significa que os poros, na média, apresentaram uma maior

dimensão, aproximadamente igual ao triplo da menor dimensão, caracterizando um

formato alongado.

São apresentadas nas figuras (4.14), (4.15), (4.16) e (4.17) as micrografias feitas

em microscópio eletrônico de varredura para os blocos 0, 2, 5 e 7 respectivamente, com

as indicações dos pontos onde foram realizadas as análises químicas. Também são

mostrados os espectros de EDS de cada ponto analisado.

(a)

(b)

(c)

(d) (e)

Figura 4.14 – Micrografia do bloco 0 (100X) indicando os pontos onde

foram feitas análises de composição química (a). Espectros de EDS do bloco

0 em quatro diferentes pontos. (b) Ponto A; (c) Ponto B; (d) Ponto C; (e)

Ponto D.

(a)

(b)

(c)

(d) (e)

Figura 4.15 – Micrografia do bloco 2 (100X) indicando os pontos onde

foram feitas análises de composição química (a). Espectros de EDS do bloco

2 em quatro diferentes pontos. (b) Ponto A; (c) Ponto B; (d) Ponto C; (e)

Ponto D.

(a)

(b) (c)

(d) (e)

Figura 4.16 – Micrografia do bloco 5 (100X) indicando os pontos onde

foram feitas análises de composição química (a). Espectros de EDS do bloco

5 em quatro diferentes pontos. (b) Ponto A; (c) Ponto B; (d) Ponto C; (e)

Ponto D.

(a)

(b)

(c)

(d) (e)

Figura 4.17 – Micrografia do bloco 7 (100X) indicando os pontos onde

foram feitas análises de composição química (a). Espectros de EDS do bloco

7 em quatro diferentes pontos. (b) Ponto A; (c) Ponto B; (d) Ponto C; (e)

Ponto D.

Para o bloco 0, as análises de composição química foram feitas de acordo com a

figura (4.14a):

•

Fase apresentando uma coloração cinza escuro - foram escolhidos os

pontos A e B onde se detectou a presença de O e Si de acordo com os

espectros de EDS apresentados nas figuras (4.14b) e (4.14c).

•

Locais apresentando uma coloração branca - foi escolhido o ponto C onde

se detectou a presença de O, Fe, Na, Mg, Al, Si, Ti e Ba de acordo com o

espectro de EDS apresentado na figura (4.14d).

•

Fase apresentando uma coloração cinza - foi escolhido o ponto D onde se

detectou a presença de O, Na, Al, Si, e K de acordo com o espectro de

EDS apresentado na figura (4.14e).

Para o bloco 2, as análises de composição química foram feitas de acordo com a

figura (4.15a):

•

Fase apresentando uma coloração cinza escuro - foram escolhidos os

pontos A, B e C onde se detectou a presença de O e Si de acordo com os

espectros de EDS apresentados nas figuras (4.15b), (4.15c) e (4.15d).

•

Fase apresentando uma coloração cinza - foi escolhido o ponto D onde se

detectou a presença de O, Na, Al, Si, e Ca de acordo com o espectro de

EDS apresentado na figura (4.15e).

Para o bloco 5, as análises de composição química foram feitas de acordo com a

figura (4.16a):

•

Fase apresentando uma coloração cinza escuro - foram escolhidos os

pontos A e B onde se detectou a presença de O e Si de acordo com os

espectros de EDS apresentados nas figuras (4.16b) e (4.16c).

•

Local apresentando uma coloração cinza claro - foi escolhido o ponto C

onde se detectou a presença de O, Fe, Al, Si, e Ca de acordo com o

espectro de EDS apresentado na figura (4.16d).

•

Fase apresentando uma coloração cinza - foi escolhido o ponto D onde se

detectou a presença de O, Fe, Na, Mg, Al, Si, K, Ca e Ti acordo com o

espectro de EDS apresentado na figura (4.16e).

Para o bloco 7, as análises de composição química foram feitas de acordo com a

figura (4.17a):

• Fase apresentando uma coloração cinza escuro - foram escolhidos os

pontos A, B e C onde se detectou a presença de O e Si de acordo com os

espectros de EDS apresentados nas figuras (4.17b), (4.17c) e (4.17d).

•

Fase apresentando uma coloração cinza - foi escolhido o ponto D onde se

detectou a presença de O, Na, Al, Si, e K de acordo com o espectro de

EDS apresentado na figura (4.17e).

Segundo as análises químicas realizadas pôde-se constatar:

•

A existência de uma matriz (região cinza) composta basicamente por O,

Na, Al, Si que foram detectados em todos os blocos e K que só não foi

encontrado na matriz do bloco 2. O elemento Ca que foi encontrado na

matriz dos blocos 2 e 5 pode ser considerado como possível na matriz. O

Fe, Mg e Ti foram encontrados apenas na matriz do bloco 7, podendo ser

considerados como impurezas desta fase.

•

Uma grande quantidade de inclusões (região cinza escuro) dentro da

matriz compostas de O e Si que foram detectados em todas as análises

realizadas.

4.2 Ensaios das argamassas

A areia utilizada para o preparo das argamassas apresentou um módulo de finura

de 2,5 e um teor de material pulverulento de 4,5%.

Na tabela (4.11) apresenta-se a identificação de cada corpo de prova de argamassa

de acordo com o traço utilizado, bem como os valores médios obtidos para o diâmetro

de cada um.

Tabela 4.11 – Diâmetro médio dos corpos de prova de argamassa.

Traço Corpo de Prova Diâmetro

(mm)

T1A 50,2

T1B 50,0

T1C 50,0

T1D 50,2

T2A 50,0

T2B 50,1

T2C 50,1

T2D 50,2

T3A 50,0

T3B 50,0

T3C 49,9

T3D 49,9

4.2.1 Resistência à compressão

Os resultados obtidos para a resistência à compressão dos corpos de prova de

argamassa são apresentados na tabela (4.12).

Tabela 4.12 – Resistência à compressão dos corpos de prova de argamassa.

Corpo de Prova Resistência à Compressão Média Desvio Padrão Coef. Var.

(MPa) (MPa) (MPa) (%)

T1A 14,9

T1B (*)

T1C 13,4

T1D 18,0

15,4 2,4 15,4

T2A 8,2

T2B 9,7

T2C 10,3

T2D 9,5

9,4 0,9 9,6

T3A 4,8

T3B 4,9

T3C 4,5

T3D 4,5

4,7 0,2 5,1

(*) Corpo de Prova descartado.

O corpo de prova T1B foi inutilizado devido a um problema na operação da

máquina de compressão durante o ensaio.

4.3 Ensaios dos prismas

4.3.1 Resistência à compressão

Os resultados obtidos para a resistência à compressão dos prismas na área bruta

são apresentados na tabela (4.13).

Tabela 4.13 – Resistência à compressão dos prismas na área bruta.

Corpo de Prova Resistência à Compressão Média Desvio Padrão Coef. Var.

(Mpa) (MPa) (MPa) (%)

P1A

9,7

P1B

10,9

P1C

8,5

9,7 1,2 12,0

P2A

7,5

P2B

8,0

P2C

7,9

7,8 0,3 3,5

P3A

5,2

P3B

5,4

P3C

4,7

5,1 0,4 7,8

Pode-se avaliar a dispersão dos valores de resistência à compressão de prismas

através do coeficiente de variação. Segundo ASTROZA apud OLIVEIRA (1990), os

coeficientes de variação inferiores a 10% podem ser considerados excelentes, entre 10 e

15% são considerados bons e entre 15 e 20% regulares. Valores acima de 20% excedem

o limite considerado aceitável para este tipo de amostragem. Como se pode observar na

tabela (4.13), o resultado de dispersão obtido para os prismas executados com o traço 1

de argamassa foi bom enquanto que os dos traços 2 e 3 foi excelente.

No gráfico da figura (4.18) está representada a relação entre resistência à

compressão dos prismas e a resistência à compressão das argamassas.

Figura 4.18 – Curva f

x f

para os três traços de argamassa utilizados.

A Expressão que melhor representou esta relação foi uma função polinomial do

segundo grau apresentada na equação (4.1).

38,190,002,0

+ f + f = f

aap

⋅⋅−

(4.1)

Os resultados demonstraram que quanto mais fraca a argamassa utilizada, menor

foi a resistência à compressão dos prismas (dentro do intervalo de traços ensaiados).

Isto ocorreu pelo fato de que quando bloco e argamassa trabalham em conjunto,

sob compressão, a argamassa deforma-se mais transversalmente e quanto mais fraca a

argamassa maior é a sua deformação transversal. De forma simplificada, em uma parede

com blocos e argamassa a solicitação dos componentes dá-se como no esquema

apresentado na figura (2.5). Como se pode observar, o bloco fica submetido, entre

outras, a uma tensão de tração perpendicular (σ

) aos planos preferenciais de ruptura o

que potencializa e acelera a formação e separação entre esses planos com a conseqüente

ruptura do bloco. Isto fez com que o bloco (dentro do prisma) rompesse com um nível

de cargas de compressão menor quando foram utilizadas argamassas menos resistentes,

uma vez que as rupturas de todos os prismas ensaiados se deram nos blocos.

As figuras (4.19) e (4.20) mostram a ruptura de prismas pelo bloco através da

formação de grandes trincas verticais, com a separação de grandes pedaços e muitas

vezes com a descamação de outros menores, sempre ao longo da altura e na direção de

extrusão, deixando clara a formação de planos de ruptura. Os prismas de blocos

0 5 10 15 20

(MPa)

cerâmicos se mostraram, portanto, muito sensíveis às deformações da argamassa. Isto se

deve ao formato e disposição interna dos poros vista no item 4.1.3.

Figura 4.19 – Início de ruptura do prisma pelos blocos. Formação de trinca

vertical ao longo da direção de extrusão (1) e desprendimento de pequenos

pedaços (2).

Figura 4.20 – Ruptura do prisma pela formação de plano de ruptura

provocada pela tração no bloco com o desprendimento de um grande

pedaço.

A tabela (4.14) apresenta a influência que o aumento da resistência à compressão

das argamassas trouxe para a resistência à compressão dos prismas. Foram feitas

comparações entre as resistências das argamassas e dos prismas obtidas para todos os

traços utilizados.

Tabela 4.14 – Influência da resistência à compressão das argamassas na

resistência à compressão dos prismas.

Traços

comparados

Crescimento da resistência

da argamassa

(%)

Crescimento da

resistência do prisma

(%)

T2 e T1 63,4 24,3

T3 e T2 102,0 53,4

T3 e T1 230,1 90,7

Observa-se que o aumento da resistência à compressão das argamassas não

provocou um aumento da mesma grandeza na resistência à compressão dos prismas.

Teve-se uma transferência média de aumento de resistência de 43% evidenciando o

papel secundário da resistência das juntas de argamassa para resistência à compressão

dos prismas.

Na tabela (4.15) as tensões de trabalho das argamassas, no momento da ruptura

dos prismas, são comparadas com a resistência à compressão obtida para cada traço de

argamassa.

Tabela 4.15 – Fator de majoração da resistência à compressão da argamassa.

Traço da

argamassa

Resistência à

compressão da

argamassa

(MPa)

Tensão da argamassa

no momento da

ruptura do prisma

(MPa)

Fator de majoração da

resistência à compressão

da argamassa

T1 15,4 24,1 1,6

T2 9,4 19,4 2,0

T3 4,7 12,6 2,7

Pode-se observar que o confinamento lateral da junta de argamassa pelos blocos,

no prisma, provocou um aumento significativo na resistência à compressão da

argamassa. Para o traço T1 obteve-se um aumento de 60%, para o traço T2 o aumento

foi de 100% e para o traço T3 de 170%. A diminuição do fator de majoração da

argamassa com o aumento da sua resistência à compressão é um indicador de ruptura do

prisma pelo bloco. Isto ocorre, pois as argamassas mais resistentes exigem maiores

forças de confinamento lateral para terem a sua resistência majorada. O confinamento

lateral que o bloco pode exercer sobre a argamassa está limitado à resistência à tração

transversal do bloco. Como não se aumentou a resistência do bloco, não houve aumento

da capacidade de confinamento e, portanto, os blocos romperam, por tração, antes de

conseguirem majorar a resistência à compressão da argamassa.

Como todas as rupturas de prismas ocorreram pelos blocos, ainda se poderiam

obter maiores fatores de majoração da resistência à compressão da argamassa, caso

fossem utilizados blocos mais resistentes ou uma argamassa mais fraca que a do traço

T3.

Na tabela (4.16) são mostrados os resultados da eficiência dos prismas para cada

um dos traços utilizados.

Tabela 4.16 – Eficiência dos prismas.

Traço Eficiência do prisma (f

)

T1 0,67

T2 0,54

T3 0,35

Os valores mostram uma perda significativa da eficiência do prisma com a

diminuição da resistência à compressão da argamassa. Também se observa o fato

importantíssimo da obtenção do fator de eficiência do prisma muito baixo para o traço

T3.

Na alvenaria estrutural de blocos cerâmicos deve-se, portanto, trabalhar com

argamassas mais resistentes, para que se possam conseguir os maiores fatores de

eficiência do prisma possíveis. Evidentemente que, a partir de um determinado valor de

resistência de argamassa, não se conseguirá mais aumentos na resistência e na eficiência

dos prismas. Este limite existe, pois sempre teremos para a argamassa, deformações

transversais maiores do que no bloco cerâmico. Estas deformações transversais da

argamassa fazem surgir tensões de tração no bloco, provocando a sua ruptura com uma

carga inferior àquela que o romperia quando trabalhando isoladamente (eficiência do

prisma ≤ 1). A maior eficiência do prisma encontrada foi com a utilização do traço T1

que apresentou uma resistência um pouco superior (15,4 MPa) à do bloco na área bruta

(14,4 MPa).

CAVALHEIRO E GOMES (2002) apresentam uma série de resultados de

ensaios de prismas de blocos cerâmicos estruturais onde os maiores valores de

eficiência do prisma foram alcançados quando a resistência à compressão da argamassa

é aproximadamente igual ou um pouco superior à resistência à compressão do bloco na

área bruta. MOHAMAD et al. (2002b) também chega a esta conclusão trabalhando,

entretanto, com blocos de concreto.

Deve-se procurar, portanto, retardar o aparecimento dos planos de ruptura no

bloco cerâmico com a diminuição da deformação transversal da argamassa. Sugere-se

que isto seja feito com a utilização de traços que gerem argamassas com resistência à

compressão igual à resistência à compressão do bloco na área bruta.

É fundamental se frisar que, devido ao formato e à disposição dos poros, na

alvenaria estrutural de blocos cerâmicos existe a possibilidade de se obterem fatores de

eficiência do prisma muito baixos, quando se usam argamassas muito fracas. Este fato

extremamente perigoso exige que se faça um controle rigoroso das argamassas

utilizadas a fim de se evitarem acidentes graves e inesperados em obras onde se utilizam

blocos cerâmicos estruturais.

Deduz-se que para se obter um comportamento menos frágil para a alvenaria

estrutural de blocos cerâmicos, isto é, onde a ruptura se dá na junta de argamassa ou

simultaneamente na junta e no bloco, ter-se-ia que trabalhar (propositalmente) com

argamassas de resistências muito baixas. Estas baixas resistências implicariam em

fatores de eficiência do prisma muito baixos e, portanto, com um aproveitamento muito

ruim da resistência dos blocos. Para que uma parede pudesse resistir a uma determinada

solicitação de compressão seria necessária a utilização de blocos que resistissem a

solicitações muito maiores. Esta é uma condição extremamente desfavorável ou até

inviável do ponto de vista econômico. Portanto, na alvenaria estrutural de blocos

cerâmicos se estará sempre trabalhando em um regime de ruptura frágil o que ressalta a

importância da utilização de armaduras construtivas.

4.4 Ensaios dos prismas contrafiados

4.4.1 Resistência à compressão

Os resultados obtidos para a resistência à compressão dos prismas contrafiados na

área bruta são apresentados na tabela (4.17).

Tabela 4.17 – Resistência à compressão dos prismas contrafiados na área

bruta.

Traço

Corpo de

Prova

Resistência à

Compressão

(MPa)

Média

(MPa)

Desvio Padrão

(MPa)

Coef. Var.

(%)

pcf 1A 7,3

pcf 1B 8,8

pcf

1C 7,8

8,0 0,7 9,2

pcf 2A 5,2

pcf 2B 5,6

pcf

2C 6,4

5,7 0,6 10,6

pcf 3A 3,5

pcf 3B 3,5

pcf

3C 3,8

3,6 0,2 5,0

Como se pode observar, os resultados obtidos apresentaram pequena dispersão

com coeficientes de variação menores do que 11%. Isto demonstra uma homogeneidade

no processo de confecção dos prismas contrafiados garantindo uma boa confiabilidade

nos resultados.

No gráfico da figura (4.21) está representada a relação entre resistência à

compressão dos prismas contrafiados e a resistência à compressão das argamassas.

Figura 4.21 – Curva f

pcf

x f

para os três traços de argamassa utilizados.

0 5 10 15 20

(MPa)

pcf

(MPa)

A Expressão que melhor representou esta relação foi uma função polinomial do

segundo grau apresentada na equação (4.2).

267,1531,0006,0

+ f + f = f

aapcf

⋅⋅−

(4.2)

Os prismas contrafiados se comportaram de maneira semelhante aos prismas. Os

resultados confirmaram que quanto mais fraca a argamassa utilizada, menor a

resistência à compressão dos prismas contrafiados (dentro do intervalo de traços

ensaiados). Verificou-se que as rupturas também ocorreram por tração nos blocos

devido às maiores deformações transversais das juntas de argamassa. Pode-se deduzir

então, que a ruptura nos prismas contrafiados se deu através do mesmo mecanismo

discutido anteriormente para os prismas.

A figuras (4.22) mostra um prisma contrafiado rompido pelo bloco através da

formação de grandes trincas verticais, ao longo da altura e na direção de extrusão. Isto,

mais uma vez, deixa claro a formação dos planos de ruptura devido ao formato e

disposição dos poros nos blocos. Assim como os prismas, os prismas contrafiados

também se mostraram, muito sensíveis às deformações transversais da argamassa.

Figura 4.22 – Ruptura de um prisma contrafiados. Formação de trincas

verticais ao longo da direção de extrusão (1) e desprendimento de pequenos

pedaços (2).

A tabela (4.18) apresenta a influência que o aumento da resistência à compressão

das argamassas trouxe para a resistência à compressão dos prismas contrafiados.

Tabela 4.18 – Influência da resistência à compressão das argamassas na

resistência à compressão dos prismas contrafiados.

Traços

comparados

Crescimento da resistência

da argamassa

(%)

Crescimento da resistência

dos prismas contrafiados

(%)

T2 e T1 63,4 39,4

T3 e T2 102,0 58,5

T3 e T1 230,1 120,9

Observa-se que o aumento da resistência à compressão das argamassas não

provocou um aumento da mesma grandeza na resistência à compressão dos prismas

contrafiados. Teve-se uma transferência média de aumento de resistência de 57%

evidenciando, o papel secundário, entretanto maior que nos prismas, das juntas de

argamassa para resistência à compressão dos prismas contrafiados.

No gráfico da figura (4.23) está representada a relação entre resistência à

compressão dos prismas contrafiados e a resistência à compressão dos prismas.

Figura 4.23 – Curva f

pcf

x f

para os três traços de argamassa utilizados.

024681012

(MPa)

pcf

(MPa)

A Expressão que melhor representou esta relação foi uma função polinomial do

segundo grau, apresentada na equação (4.3).

19,337,009,0

+ f f = f

pppcf

⋅−⋅

(4.3)

Segundo GALLEGOS (1991), a resistência de uma parede real equivale a 70% da

resistência do prisma elaborado com os mesmos materiais. Este dado é aceito como um

consenso geral. Utilizando-se uma função linear que passa pela origem para representar

a curva da figura (4.23) temos a equação (4.4), com coeficiente de correlação R

=0,96.

f = f

ppcf

⋅

78,0

(4.4)

Através da equação (4.4), tem-se para a razão f

pcf

o valor de 0,78. Isto indica a

validade de se utilizarem os prismas contrafiados para avaliar o comportamento de

paredes reais de blocos cerâmicos estruturais. Este fato é de fundamental importância

uma vez que o ensaio de paredes em tamanho natural é bastante oneroso, exigindo a

utilização equipamentos de grande porte. Segundo a NBR 8949 (1985), uma parede para

ensaio à compressão simples deve ter 120cm comprimento por 260cm de altura.

Também se pôde confirmar a importância e validade dos prismas para se prever o

comportamento das paredes uma vez que a partir dos valores de f

e da razão (constante)

pcf

, se pode chegar à estimativa de f

pcf

. Portanto, na grande maioria dos casos, se

precisará apenas ensaiar prismas de blocos cerâmicos estruturais.

Na tabela (4.19) são mostrados os resultados da razão entre a resistência à

compressão dos prismas contrafiados e a resistência à compressão dos blocos para cada

um dos traços utilizados.

Tabela 4.19 – Razão entre as resistências à compressão dos prismas

contrafiados e dos blocos.

Traço f

pcf

T1 0,55

T2 0,40

T3 0,25

Os valores de f

pcf

mostram uma perda significativa da eficiência dos prismas

contrafiados com a diminuição da resistência à compressão da argamassa. Também foi

obtido, um valor muito baixo para o traço de argamassa T3, confirmando o perigo que

representa a utilização de argamassas muito fracas com blocos cerâmicos estruturais.

A figura (4.24) ilustra de forma global as variações de resistência à compressão

axial obtidas para os blocos, prismas e prismas contrafiados, para cada um dos três

traços de argamassa utilizados. Pode-se verificar de forma clara, a queda de resistência

ocorrida de blocos para prismas e de prismas para prismas contrafiados. O valor de f

está representado por uma reta paralela ao eixo horizontal. A resistência à compressão

do prisma (f

) e dos prismas contrafiados (f

pcf

) são duas curvas quase paralelas

evidenciando a relação constante entre essas duas grandezas que caem com a

diminuição da resistência da argamassa.

Figura 4.24 – Relações entre a resistência à compressão dos blocos, prismas

e prismas contrafiados, com os traços de argamassa.

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,0

16,0

123

Traço

Resistência à compressão

(MPa)

fb fp fpcf

5 Conclusões

Foram apresentados ao longo dos capítulos 1, 2 3 e 4, uma série de estudos,

ensaios e resultados realizados para a caracterização de blocos cerâmicos estruturais.

Procurou-se entender e justificar o comportamento desses blocos quando submetidos a

ações de compressão. Isto foi feito através do estudo de características na microestrutura

dos blocos que são determinantes no processo de sua ruptura à compressão. Também

foram encontradas relações importantes entre as propriedades dos blocos, da argamassa,

dos prismas e dos prismas contrafiados. A seguir são apresentadas as principais

conclusões deste trabalho.

5.1 Blocos cerâmicos estruturais

5.1.1 Características geométricas

Observou-se, com relação aos valores médios dos comprimentos das faces dos

blocos cerâmicos estruturais (largura, altura e comprimento), que apenas a altura ficou

dentro dos limites exigidos. Esta falta de precisão dimensional invalida o conceito de

modulação, que é fundamental na alvenaria estrutural, levando à necessidade de ajustes

na junta de argamassa e no revestimento para compensar a imprecisão dos blocos. Isto

implica em um maior consumo de materiais, um pior desempenho estrutural do sistema

e um aumento do peso total da estrutura. Com relação ao desvio em relação ao esquadro

e planeza das faces, todos os blocos atenderam os limites exigidos.

Os blocos cerâmicos estruturais apresentaram uma área líquida de 155,9 cm

uma área bruta de 386,3 cm

. A razão “área líquida / área bruta” foi 0,40 e os blocos

podem, portanto, ser classificados como blocos cerâmicos estruturais de paredes

vazadas. Pode-se também recomendar, na elaboração de projetos de alvenaria estrutural

que utilizem os blocos estudados, o uso do valor de 0,40 para a razão “área líquida /

área bruta”.

5.1.2 Resistência à compressão

A resistência à compressão média, na área bruta, encontrada para os blocos

cerâmicos estruturais foi de 14,4 MPa, entretanto, o coeficiente de variação de 23,0%

obtido, indica falta de homogeneidade dos blocos estudados.

5.1.3 Caracterização da microestrutura

Os blocos cerâmicos estruturais investigados apresentam uma microestrutura com

as seguintes características:

• Uma matriz onde se detectou a presença de O, Na, Al, Si, K, Ca, Mg, Fe e

Ti;

• Inclusões de diversos tamanhos em sua grande maioria composta por O e

Si;

•

Poros achatados orientados de acordo com a direção de extrusão e

paralelamente ao comprimento dos blocos.

O formato e disposição dos poros caracterizam uma estrutura interna que favorece

a formação de um conjunto de planos preferenciais de ruptura ao longo da direção de

extrusão e paralelos ao comprimento dos blocos, quando estes são submetidos à

compressão.

A ruptura dos blocos ocorreu pela separação de camadas ou planos de ruptura que

se formaram ao longo da altura, na direção de extrusão e paralelamente ao comprimento

dos blocos, quando os blocos foram submetidos à compressão.

A formação dos planos preferenciais de ruptura devida ao formato e disposição

dos poros encontrados explica porque os blocos cerâmicos apresentam eficiências bem

menores que os blocos de concreto, quando inseridos no contexto de um prisma (f

)

ou de uma parede (f

par

O formato e a disposição dos poros não foram alterados pelo processo de

carregamento. Isto confirma a característica frágil dos blocos.

A partir do estudo metalográfico dos blocos cerâmicos estruturais ficou indicado

que:

•

A matriz encontrada na microestrutura dos blocos está relacionada de

forma direta com a resistência à compressão desses blocos, influenciando-

a de forma positiva.

•

A fase de sílica encontrada na microestrutura dos blocos está relacionada

de forma direta com a resistência à compressão desses blocos,

influenciando-a de forma negativa.

•

A quantidade da fase de poros encontrada na microestrutura dos blocos

está relacionada de forma secundária com a resistência à compressão

desses blocos, influenciando-a de forma negativa.

•

O tamanho das inclusões da fase de sílica dos blocos está relacionado de

forma direta com a resistência à compressão desses blocos, influenciando-

a de forma negativa.

• A uniformidade do tamanho das inclusões da fase de sílica dos blocos está

relacionada de forma direta com a resistência à compressão desses blocos,

influenciando-a de forma positiva.

•

O tamanho dos poros dos blocos está relacionado de forma direta com a

resistência à compressão desses blocos, influenciando-a de forma negativa.

•

A uniformidade do tamanho dos poros dos blocos está relacionada de

forma direta com a resistência à compressão desses blocos, influenciando-

a de forma positiva.

•

Os ensaios de resistência à compressão provocam um aumento nas

dimensões dos poros dos blocos, tanto no eixo menor quanto no eixo

maior, bem como uma diminuição na sua uniformidade.

Os blocos apresentam inclusões de sílica com um formato ligeiramente alongado,

de acordo com a razão média EIXO MAIOR/EIXO MENOR de 2,0 encontrada para

essas inclusões.

Os blocos apresentam poros com um formato alongado, de acordo com a razão

média EIXO MAIOR/EIXO MENOR de 2,8 encontrada para esses poros.

5.2 Prismas

Pôde-se concluir que quanto mais fraca a argamassa utilizada, menor foi a

resistência à compressão dos prismas. Isto ocorre pelo fato de que quando bloco e

argamassa trabalham em conjunto, sob compressão, a argamassa deforma-se mais

transversalmente e quanto mais fraca a argamassa maior é a sua deformação transversal.

Essa deformação da argamassa provoca o surgimento prematuro de tensões de tração

transversais, no bloco, o que potencializa e acelera a formação e separação de planos

preferenciais de ruptura, fazendo com que o bloco (dentro do prisma) rompa.

O aumento da resistência à compressão das argamassas não provocou um

aumento da mesma grandeza na resistência à compressão dos prismas. Teve-se uma

transferência média de aumento de resistência de 43% evidenciando o papel secundário

das juntas de argamassa para resistência à compressão dos prismas.

O confinamento lateral da junta de argamassa pelos blocos, no prisma, provocou

um aumento significativo na resistência à compressão da argamassa. Para o traço T1

obteve-se um aumento de 60%, para o traço T2 o aumento foi de 100% e para o traço

T3 de 170%. Como todas as rupturas de prismas ocorreram pelos blocos, ainda se

poderiam obter fatores maiores de majoração da resistência à compressão da argamassa,

caso fossem utilizados blocos mais resistentes ou uma argamassa mais fraca que a do

traço T3.

Houve uma perda significativa da eficiência do prisma (f

) com a diminuição da

resistência à compressão da argamassa. Devido ao formato e à disposição dos poros na

alvenaria estrutural de blocos cerâmicos, existe a possibilidade de se obterem fatores de

eficiência do prisma muito baixos, quando se usam argamassas muito fracas. Este fato

extremamente perigoso exige que se faça um controle rigoroso das argamassas

utilizadas a fim de se evitarem acidentes graves e inesperados em obras onde se utilizam

blocos cerâmicos estruturais.

Deve-se procurar retardar o aparecimento dos planos de ruptura no bloco

cerâmico com a diminuição da deformação transversal da argamassa. Sugere-se que isto

seja feito com a utilização de traços que gerem argamassas com resistência à

compressão igual à resistência à compressão do bloco na área bruta.

Na alvenaria estrutural de blocos cerâmicos se estará sempre trabalhando em um

regime de ruptura frágil. Para se obter um comportamento menos frágil, ter-se-ia que

trabalhar (propositalmente) com argamassas de resistências muito baixas. Estas baixas

resistências implicariam em fatores de eficiência do prisma (f

) muito baixos e,

portanto, com um aproveitamento muito ruim da resistência dos blocos. Para que uma

parede pudesse resistir a uma determinada solicitação de compressão seria necessária a

utilização de blocos que resistissem a solicitações muito maiores. Esta é uma condição

extremamente desfavorável ou até inviável do ponto de vista econômico.

5.3 Prismas contrafiados

Houve uma variação da resistência à compressão dos prismas contrafiados de

acordo com o traço de argamassa utilizado. Quanto mais fraco o traço de argamassa,

menor foi a resistência à compressão dos prismas contrafiados. Verificou-se que as

rupturas também ocorreram por tração nos blocos devido às maiores deformações

transversais das juntas de argamassa. Pode-se concluir, que a ruína nos prismas

contrafiados se deu através do mesmo mecanismo de ruptura encontrado para os

prismas.

O aumento da resistência à compressão das argamassas não provocou um

aumento da mesma grandeza na resistência à compressão dos prismas contrafiados.

Teve-se uma transferência média de aumento de resistência de 57% evidenciando o

papel secundário, entretanto maior que nos prismas, das juntas de argamassa para

resistência à compressão dos prismas contrafiados.

A função linear passando pela origem que melhor representou a variação da

resistência à compressão dos prismas contrafiados em função da resistência à

compressão dos prismas foi a seguinte:

f = f

ppcf

⋅

78,0

O resultado de 0,78 obtido para a razão f

pcf

indica a validade de se utilizarem os

prismas contrafiados e/ou os prismas, para avaliar o comportamento de paredes reais de

blocos cerâmicos estruturais.

Houve uma perda significativa da eficiência dos prismas contrafiados (f

pcf

) com

a diminuição da resistência à compressão da argamassa. Também foram obtidos fatores

de eficiência dos prismas contrafiados muito baixos, quando se usaram argamassas de

baixa resistência à compressão, confirmando o perigo que representa a utilização de

argamassas muito fracas com blocos cerâmicos estruturais.

5.4 Sugestões para pesquisas futuras

Repetir o trabalho que foi realizado, porém, utilizando blocos cerâmicos

estruturais provenientes de outras cerâmicas do estado do Ceará e de outros estados

brasileiros. Deve-se procurar identificar se as características encontradas na

microestrutura dos blocos estudados podem ser generalizadas para os blocos cerâmicos

principalmente no que diz respeito ao formato e à disposição dos poros. Com isto, será

possível apontar fatores positivos e negativos do processo de fabricação. Pode-se

identificar, por exemplo, se existe alguma diferença nas características dos poros, ligada

ao sistema de extrusão utilizado (pistão, cilindros e hélice). É importante, também, que

se investigue a existência ou não de problemas como a falta de precisão dimensional e

grande variabilidade dos resultados que foram encontrados nos ensaios realizados.

Estudar e implementar alterações no processo de fabricação dos blocos cerâmicos

estruturais, principalmente na etapa da extrusão, visando evitar a formação de poros

com o formato e disposição que favoreçam a formação de planos preferenciais de

ruptura. Analisar a microestrutura e ensaiar os blocos produzidos com estas

modificações para comprovar ou não melhorias nas suas propriedades, principalmente

na resistência à compressão.

Repetir o trabalho que foi realizado utilizando blocos de concreto estruturais.

Estudar a microestrutura dos blocos de concreto visando determinar características que

possam ser determinantes no processo de sua ruptura à compressão, principalmente o

formato e a disposição dos poros.

Estudar a microestrutura da interface do graute com o bloco cerâmico estrutural e

do graute com o bloco de concreto estrutural objetivando identificar fatores que possam

ser determinantes para o bom funcionamento desta ligação.

Elaborar um modelo numérico, fundamentado na mecânica da fratura, para avaliar

a formação e propagação das trincas com a posterior formação dos planos de ruptura

nos blocos. Este modelo deve se basear no formato e disposição dos poros que foram

encontrados para os blocos cerâmicos estruturais. Desta forma se poderá ter um modelo

numérico de avaliação do mecanismo de ruptura e da resistência à compressão dos

blocos cerâmicos estruturais, baseado nas características da sua microestrutura.

Referências

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Paredes de Alvenaria

estrutural ensaio à compressão simples – Método de ensaio - NBR 8949. Rio de Janeiro,

1985.