INFLUÊNCIA DO GRAUTE NA ALVENARIA ESTRUTURAL DE BLOCOS VAZADOS CERÂMICOS

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1 I CONFERÊNCIA LATINO-AMERICANA DE CONSTRUÇÃO SUSTENTÁVEL X ENCONTRO NACIONAL DE TECNOLOGIA DO AMBIENTE CONSTRUÍDO julho 2004, São Paulo. ISBN INFLUÊNCIA DO GRAUTE NA ALVENARIA ESTRUTURAL DE BLOCOS VAZADOS CERÂMICOS César Augusto Arantes (1); Odilon Pancaro Cavalheiro (2) (1) Prof. MSc. Universidade de Passo Fundo, Brasil, cesararantes@upf.br (2) Prof. MSc. Universidade Federal de Santa Maria,Brasil,odilonpc@brturbo.com RESUMO O grauteamento de paredes de alvenaria estrutural, não armadas, tem se mostrado uma prática adotada por alguns calculistas, com o objetivo de aumentar a capacidade de carga da alvenaria, seja para uniformização da classe do bloco (fbk) em todo o pavimento, para paredes com carregamentos diferenciados (caso mais comum em alvenarias com blocos de concreto) ou mesmo como solução de reforço estrutural, uma vez constatada a não conformidade da resistência do bloco especificado. Objetivando uma avaliação do comportamento de alvenarias cerâmicas, nestas condições, foram realizados ensaios de compressão axial em prismas contrafiados, grauteados, parcialmente grauteados e não grauteados, como referencial. Os prismas foram confeccionados com blocos de um mesmo fabricante, variandose as resistências da argamassa de assentamento e do graute. Os resultados obtidos mostram uma contribuição do graute na resistência dos prismas, de maior significação para a situação de grauteamento de todas as células dos blocos. Palavras-chave: Alvenaria, estrutural, cerâmica, graute 1. INTRODUÇÃO A utilização de blocos estruturais cerâmicos (vazados verticais), no Brasil, teve início em meados da década de 80, quando prédios de até 6 pavimentos foram construídos em São Paulo, principalmente no Guarujá, e em Porto Alegre no Rio Grande do Sul. A racionalização proveniente do sistema de alvenaria estrutural, somada à eliminação de revestimentos, pelo uso de blocos de alta estanqueidade à água, resultou em obras mais econômicas, fator importante num período de grande retração econômica no setor habitacional no país. Atualmente, a alvenaria estrutural cerâmica vem ampliando seu espaço em diversos estados, principalmente pela disponibilidade de blocos modulados de grande resistência e perfeição dimensional. No entanto, ensaios laboratoriais realizados nos últimos vinte anos (1) têm mostrado que a resistência da parede de alvenaria cerâmica não armada é, em média, igual a 34% da resistência à compressão dos blocos com os quais é confeccionada e a resistência do prisma de dois blocos 50% da resistência da unidade. Desta forma, o preenchimento de células dos blocos, com graute, pode se constituir numa solução de elevação da eficiência do bloco na resistência à compressão axial da alvenaria, independente da armadura. A existência de blocos cerâmicos com várias classes de resistência, de um mesmo produtor, não é freqüente como no caso dos blocos de concreto, mas algumas cerâmicas podem disponibilizar blocos estruturais com duas ou até três resistências diferentes, em função de composições, queima e mesmo formas diferenciadas, implicando em variação do custo da unidade. Neste caso, pode-se lançar mão do expediente de utilização de bloco de uma só classe (resistência menor) em todo o pavimento, reforçando com graute eventuais paredes mais carregadas. Na alvenaria estrutural cerâmica, no entanto, pela existência na maioria dos casos de bloco de apenas uma resistência declarada, por fabricante, o grauteamento tem sido empregado, em algumas situações, com objetivo corretivo, ainda durante a execução, uma vez comprovada a insuficiência de

2 resistência em relação à especificada no projeto, ou mesmo após a parede executada, quando técnicas especiais de colocação do graute são empregadas (cachimbo). O grauteamento permite, ainda, a opção de utilização de paredes com blocos de menor largura, quando o ganho de área útil construída é determinante. Poucos trabalhos sobre a influência do graute na alvenaria estrutural cerâmica foram realizados e publicados no Brasil. Podem ser destacadas as pesquisas de GOMES (2), MENDES (3) e GARCIA (4). No exterior, são importantes os trabalhos de HAMID & DRYSDALE (5), HAMID & CHANDRAKEERTHY (6), NAWAWY & HADDAD (7) pesquisas estas, no entanto, empregando blocos de concreto, de KINGLEY, TULIN & NOLAND (8) e de ATKINSON, KINGSLEY E YAN (9). A maioria destes trabalhos é focada na análise de prismas, tendo em vista ser este elemento o mais utilizado, pelas normas, como parâmetro de projeto em alvenaria estrutural. Particulares abordagens são feitas em cada trabalho, como o estudo da retração do graute, modo e tempo de vibração do graute, descrição de modelos de ruína etc. Três dos trabalhos citados acima (6,7,9) propõem ou citam fórmulas para a determinação da resistência da alvenaria parcialmente grauteada, em função da resistência do bloco, resistência do graute, resistência da argamassa, relação entre área líquida e bruta, relação entre área grauteada e área bruta, relação de módulos de deformação do graute e do bloco, e relação entre espessura da junta e altura da unidade. Os demais autores limitam-se a apresentar as tensões de ruptura à compressão axial obtidas para os diferentes elementos e componentes ensaiados, nas condições dos ensaios. 2. PROGRAMA EXPERIMENTAL Os elementos escolhidos para os ensaios de avaliação da influência do graute na alvenaria foram prismas contrafiados de três fiadas, com um e meio ou dois blocos de comprimento, com 0%, 33%, 50% e 100% das células grauteadas, conforme modelos e seções apresentados nas Figuras 1 e 2. Os prismas foram confeccionados com blocos estruturais de um mesmo lote, argamassa mista de cimento, cal e areia, com duas resistências (fraca e forte) e três tipos de graute de cimento, cal, areia e pedrisco, procurando-se atingir resistências baixa, média e alta, com relação à resistência do bloco adotado. Foram ensaiados à compressão axial 13 blocos vazios, 50 corpos de prova de graute, 33 corpos de prova de argamassa e 120 prismas contrafiados, além de ensaios dimensionais, de sucção e área líquida dos blocos e ensaios de caracterização dos materiais dos componentes. Figura 1 Modelos dos prismas utilizados.

3 Sem graute 33 % grauteado 50 % grauteado 100 % grauteado Figura 2 Seções transversais dos prismas, com representação dos vazados grauteados. A escolha das seções dos prismas deu-se em função de garantir, em todas as situações, a eqüidistância dos vazados grauteados, em relação ao centro do elemento, procurando-se, assim, evitar possíveis excentricidades durante a aplicação do carregamento. 3. CARACTERIZAÇÃO DOS COMPONENTES 3.1. Bloco Os blocos, foram ensaiados conforme as normas da ABNT ou ASTM, na falta daquela, cumprindo todos os limites especificados. A Tabela 1 sintetiza as características mais importantes obtidas. Tabela 1 Características geométricas, físicas e mecânicas dos blocos. Resistência média (Área bruta) 13,08 N/mm 2 (C.V. 11,11%) Resistência característica 10,98 N/mm 2 IRA (Sucção) 14,38 g/193,55cm 2 /min Dimensões médias (L, H, C) 13,97 x 19,09 x 28,99 cm Área líquida 189,88 cm 2 (47% da área bruta) 3.2. Argamassas Para a confecção das argamassas mistas, preparadas em laboratório, adotou-se, cimento CPV, objetivando a realização dos ensaios dos prismas aos 14 dias de idade e, também, pela dificuldade de obtenção, no Rio Grande do Sul, do cimento CPI, mais usado no centro do país e referencial internacional de traços de argamassa. Neste contexto os traços utilizados foram corrigidos para corresponderem em resistência, aproximadamente, aos traços em volumes, com cimento CPI, 1:1:6 e 1:0,25:3,75 considerados, neste trabalho, fraco e forte, respectivamente. A correção se deu pela mera multiplicação dos volumes de cal e areia (para os traços com CPI) pela relação das massas unitárias dos dois cimentos 0,96Kg/dm 3 (CPV) e 1,4Kg/dm 3 (CP1). Os traços corrigidos e as resistências obtidas aos 14 dias, para os corpos de prova cilíndricos de argamassa (50x100mm), encontram-se na Tabela 2. Tabela 2 Composições e resistências médias das argamassas. Traço em volume de materiais secos Resistência à compressão axial Argamassa (N/mm Cimento Cal hidratada Areia média 2 ) A1 1,0000 0,6857 4,1143 6,50 (C.V. 13,82%) A2 1,0000 0,1714 2, ,80 (C.V. 17,93%)

4 3.3. Graute Os grautes foram confeccionados com cimento CPV, pelas mesmas razões já expostas acima. Os traços e as resistências obtidas aos 14 dias, para os corpos de prova cilíndricos de graute (50x100mm), encontram-se na Tabela 3. Tabela 3 Composições e resistências médias dos grautes. Graute Traço em volume de materiais secos Resistência à compressão axial Cimento Cal hidratada Areia média Pedrisco (N/mm 2 ) G1 1,0000 0,0343 2,8114 2,7429 8,93 (C.V. 9,34%) G2 1,0000 0,0343 2,0983 1, ,36 (C.V. 16,00%) G3 1,0000 0,0686 1,3029 1, ,66 (C.V. 15,36%) 4. EXECUÇÃO, ENSAIO E RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO DOS PRISMAS Os prismas contrafiados foram executados numa base nivelada, utilizando-se para assentamento da argamassa uma canaleta com dimensões adequadas para garantir espessura de junta de 10 mm, com o grauteamento ocorrendo após 24 horas. O graute foi lançado em duas camadas sucessivas, adensadas através de 30 golpes cada, com haste metálica de 16 mm de diâmetro. Para o capeamento foi utilizada argamassa de traço 1:1 (cimento e areia peneirada), colocada no topo do prisma e comprimida com placa de vidro devidamente nivelada, até atingir a espessura de 5 mm. Para melhor distribuição da carga foram colocadas, entre os pratos da prensa e o prisma capeado, chapas de gesso acartonado. A Figura 3 mostra alguns prismas em processo de cura ao ar ambiente do laboratório e um prisma sendo ensaiado. Figura 3 Prismas, em cura e em ensaio de compressão axial. A Tabela 4 apresenta, de forma compacta, os resultados médios das resistências à compressão dos prismas, aos 14 dias de idade, para as diversas situações de grauteamento e diferentes tipos de argamassa e graute, sendo apresentadas no Quadro 1, resumidamente, as formas de ruptura observadas. Tabela 4 Resumo das resistências dos prismas. Resistência média do prisma à compressão axial fp (MPa) área bruta Grauteamento 0% 33% 50% 100% Argamassa fa,14 (MPa) A1 6,50 A2 18,80 A1 6,50 A2 18,80 A1 6,50 A2 18,80 A1 6,50 A2 18,80 G1 fg,14=8,93 MPa 7,35 (9,19) 7,66 (12,94) 8,07 (8,49) 8,65 (9,00) 8,04 (16,44) 9,34 (6,87) 11,58 (5,14) 13,30 (5,81) Graute G2 fg,14=15,36mpa G3 fg,14=26,66 MPa 7,35 (9,19) 7,35 (9,19) 7,66 (12,94) 7,66 (12,94) 8,85 (11,87) 8,67 (8,43) 8,48 (6,34) 8,93 (10,16) 8,81 (9,35) 8,33 (16,41) 9,47 (7,25) 10,06 (12,76) 12,61 (5,38) 13,59 (9,23) 13,74 (4,74) 15,25 (8,19)

5 Observações: - os valores entre parênteses correspondem aos coeficientes de variação das resistências dos prismas, em percentual; - fa,14 = resistência à compressão da argamassa aos 14 dias; - fg,14 = resistência à compressão do graute aos 14 dias. Células 0% grauteadas Quadro 1 Modos de ruptura dos prismas. Descrição - Fissuras verticais nas faces longitudinais coincidentes com as juntas verticais alinhadas. - Desenvolvimento destas fissuras até à ruptura. - Para a argamassa A2 (forte) observou-se ruptura explosiva.(figura 4 à direita) 33% grauteadas - Fissuras verticais nos septos transversais das células não grauteadas, com desplacamento das faces longitudinais. - Para o graute G1(fraco) observou-se ruptura explosiva. 50% grauteadas - Fissuras verticais nos septos transversais das células não grauteadas, com desplacamento das faces longitudinais. 100% grauteadas - Fissuras verticais nas faces longitudinais coincidentes com as juntas verticais alinhadas. - Desenvolvimento destas fissuras até à ruptura. - Observou-se ruptura do graute em alguns casos. Figura 4 Fotos das rupturas com 0% de células grauteadas

6 Figura 5 Fotos das rupturas com 33% de células grauteadas x Figura 6 Fotos das rupturas com 50% de células grauteadas Figura 7 Fotos das rupturas com 100% de células grauteadas

7 5. DISCUSSÃO DOS RESULTADOS Com base nos resultados dos ensaios e modos de ruptura observados dos prismas, pode-se fazer as considerações a seguir. a) A influência da resistência da argamassa na resistência do prisma, independente da resistência do graute, mostrou-se relativamente pequena, ficando na faixa de 9 a 20% o acréscimo de resistência do prisma ao se passar da argamassa A1 para A2 (cerca de três vezes mais resistente), para os prismas com 50 e 100% de vazados grauteados, sendo menor ainda o percentual para os demais casos. b) A influência da resistência do graute na resistência do prisma, independente da resistência da argamassa, igualmente mostrou-se pequena, ficando, em média, 16% o acréscimo de resistência do prisma ao se passar do graute G1 para G3 (cerca de três vezes mais resistente), para os prismas com 100% de vazados grauteados, não atingindo 6% o percentual médio para os demais casos de grauteamento. c) A Tabela 5, abaixo, apresenta relações de resistência entre os prismas nas diversas situações estudadas, permitindo uma visualização mais direta da influência do grauteamento. Pode-se perceber, nesta tabela, a nítida influência do grauteamento total dos vazados, em relação aos prismas não grauteados, elevando significativamente a resistência à compressão dos prismas, de 58 a 99%. Constata-se, ainda, que as relações aumentam com as resistências da argamassa e do graute. Já para os prismas parcialmente grauteados os acréscimos de resistência são bem menos significativos, variando de 9 a 31%. Tabela 5 Relações de resistência dos prismas. Relações adimensionais para diferentes percentuais de grauteamento Graute Argamassa A1 Argamassa A2 fp33/fp0 fp50/fp0 fp100/fp0 fp33/fp0 fp50/fp0 fp100/fp0 G1 1,10 1,09 1,58 1,13 1,22 1,74 G2 1,20 1,20 1,72 1,11 1,24 1,79 G3 1,18 1,13 1,85 1,17 1,31 1,99 d) O gráfico da Figura 4 permite verificar, claramente, que os prismas confeccionados com a argamassa A1 apresentam praticamente a mesma resistência para os percentuais de grauteamento de 33 e 50% das células, sugerindo que as células não grauteadas seriam as partes mais fracas do elemento, para esta argamassa. Esta conclusão parece também ser confirmada pelos modos de ruptura dos prismas (Quadro 1). e) O gráfico da Figura 5, por sua vez, mostra um pequeno crescimento da resistência do prisma, ao se passar do percentual de grauteamento de 33% para 50%, utilizando a argamassa A2, levando a crer que, para argamassa mais forte, possivelmente ocorra um enrijecimento em torno da célula não grauteada. f) O melhor resultado encontrado para prismas 100% grauteados, fp=15,25mpa, foi obtido com argamassa e graute mais fortes. Este valor é praticamente o dobro do atingido nos prismas não grauteados, confeccionados com a argamassa mais forte.

8 Resistência à compressão axial dos prismas com argamassa A1 Resistência à compressão axial dos prismas (MPa) G1 G2 G Percentual de Células Grauteadas Figura 8 Gráfico da Resistência à compressão axial dos prismas com argamassa A1. Resistência à compressão axial dos prismas com argamassa A2 Resistência à compressão axial dos prismas (MPa) G1 G2 G Percentual de células grauteadas Figura 9 Gráfico da Resistência à compressão axial dos prismas com argamassa A2. g) Os resultados relatados na presente pesquisa assemelham-se muito aos obtidos pela fórmula sugerida por HAMID & CHANDRAKEERTHY (6), principalmente para os grautes G2 e G3. As influências pouco significativas citadas em a e b, bem como as correlações mais significativas, como as citadas em c, foram confirmadas por análise de variância. 6. CONCLUSÕES - Os resultados obtidos permitem concluir que é viável a técnica de grauteamento dos vazados dos blocos cerâmicos estudados, com o objetivo de aumentar a resistência à compressão de paredes de alvenaria estrutural. - Para um mesmo percentual de células grauteadas, a resistência dos prismas cresce relativamente pouco com o aumento das resistências da argamassa e/ou do graute. - Influências significativas de resistência entre prismas grauteados e prismas ocos são verificadas, apenas, para o percentual de 100% das células grauteadas 7- REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. CAVALHEIRO, O. P. & GOMES, N.S., Alvenaria estrutural de blocos vazados: resultados de ensaios de elementos e redutores de resistência à compressão. In: VII International Seminar on Structural Masonry for Developing Countries, Proceedings, pp , Belo Horizonte, Brazil, 2002.

9 2. GOMES, N.S., A resistência das paredes de alvenaria. São Paulo. 190p. Dissertação (Mestrado) Escola Politécnica, Universidade de São Paulo, MENDES, R.J.K., Resistência à compressão de alvenarias de blocos cerâmicos estruturais. Florianópolis. 185p. Dissertação (Mestrado) Universidade Federal de Santa Catarina, GARCIA, P.D., Contribuições ao estudo da resistência à compressão de paredes de alvenaria de blocos cerâmicos. São Carlos. 115p. Dissertação (Mestrado) Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, HAMID, A.A. & DRYSDALE, R.G., Suggested failure criteria for grouted masonry under axial compressive load. American Concrete Institute Journal, pp HAMID, A.A. & CHANDRAKEERTHY, S.R., Compressive strength of partially grouted concrete masonry using small scale wall elements Drexel University, Philadelphia, NAWAWY, O. A. E HADDAD, M.H., Predicition of strength and fracture behaviour of concrete masonry wall units. In: Fifth North American Masonry Conference, University of Illinois at Urbana Champaign, KINGLEY, G.R., TULIN,L.G., e NOLAND,J.L., Parameters influencing the properties of grout in hollow clay masonry. Colorado. 110p. Dissertação (Mestrado) University of Colorado, ATKINSON, R.H.,KINGSLEY, G.R. & YAN, G.G., A database for compressive stress-strain behavior of masonry. In: Fifth North American Masonry Conference, University of Illinois at Urbana Champaign, AGRADECIMENTOS Os autores agradecem à Cerâmica Pallotti, Santa Maria, RS, pelo fornecimento dos blocos utilizados no programa experimental e à CAPES e UFSM, pelo apoio financeiro.