ARGAMASSA ARMADA COM ADIÇÃO DE METACAULIM PARA REFORÇO DE ALVENARIA RESISTENTE

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1 ARGAMASSA ARMADA COM ADIÇÃO DE METACAULIM PARA REFORÇO DE ALVENARIA RESISTENTE JOÃO M. F. MOTA (1); ROMILDE A. OLIVEIRA (2); ÂNGELO J. COSTA E SILVA (3); JOÃO R. CARVALHO (4) (1) Professor da Faculdade do Vale do Ipojuca FAVIP; Doutorando da UFPE. joao@vieramota.com.br; (2) Professor Doutor da Universidade Católica de Pernambuco UNICAP. romildealmeida@gmail.com; (3) Professor Doutor da Universidade Católica de Pernambuco UNICAP; Engenheiro da Tecomat. angelo@tecomat.com.br; (4) Engenheiro da Tecomat. engjribeiro@gmail.com 1 RESUMO Diversas edificações tipo caixão com até quatro pavimentos localizadas na Região Metropolitana do Recife tem estrutura constituída de alvenaria resistente (alvenaria de vedação usada com função estrutural), apresentam diversos tipos de patologias. Esses prédios foram executados com o processo e materiais, fundamentalmente os blocos, não conformes no que concerne o atendimento às normas técnicas pertinentes a alvenaria estrutural. Inúmeras pesquisas buscaram estabelecer um entendimento de como se comporta essas obras em serviço, com o objetivo de propor um modelo para reforço. O presente trabalho objetiva avaliar por meio de análises experimentais a resistência mecânica de prismas com três blocos cerâmicos de alvenaria resistente com a aplicação de capa de argamassa armada com adição da pozolana metacaulim. Foi verificada a resistência à compressão axial. Moldaram-se amostras para três famílias de prismas, a saber: Família 1 - prismas sem revestimento; Família 2 prismas com revestimento de argamassa no traço 1:2:9 (cimento, cal e areia), com 2,0 cm de espessura em ambos os lados, simulando revestimentos de edifícios com esse processo construtivo; Família 3 prismas análogos aos da Família 2, aplicando sobre o revestimento anterior uma camada de argamassa no traço 1:1:6 com adição de 15% de metacaulim em substituição ao cimento, com 3 cm de espessura em cada face, armadas com malha e conectores ligando as duas armaduras. Os resultados indicam que o revestimento armado com adição de pozolana incrementa benefícios importantes na propriedade estudada, tendo em vista a argamassa efeitos físicos (filler) e químicos (reações pozolânicas), e, a armadura devido ao maior confinamento

2 2 e absorção da carga atuante. Verificou-se a elevação da resistência mecânica de prismas com o uso de revestimentos argamassa armada com adição de pozolana. Palavras-chave: Argamassas armada, pozolana, alvenaria resistente. REINFORCED MORTAR WITH METAKAOLIN ADITION TO REPAIR NON STRUCTURAL MASONRY ABSTRACT Several buildings with up to four floors located in the Metropolitan Region of Recife whose structure is made of non structural masonry (brickwork seal used with structural function), exhibit different pathologies. These buildings were executed with the process and materials, primarily blocks, non-compliant regarding compliance with technical standards relevant to structural masonry. Numerous researches sought to establish an understanding of how these works behaves in service, with the aim of proposing a model for reinforcement. The present study aims to evaluate by experimental analyzes the strength of prisms with three masonry ceramic blocks with the application of "cover" mortar with addition of pozzolan metakaolin. It was checked for compressive strength. Samples were molded for three families of prisms, namely: Family 1 - uncoated prisms; Family 2 - prisms coated on the dash 1:2:9 mortar (cement, lime and sand), with 2.0 cm thickness on both sides simulating coatings for buildings with this constructive process; Family 3 - prisms similar to those of Family 2, the coating prior to applying a layer of mortar on the dash 1:1:6 with addition of 15% metakaolin, with 3 cm thick on each side, reinforced with mesh and connectors linking the two meshes. The results indicate that the coating reinforced with addition of pozzolan increases important benefits in the property studied, in view of physical effects mortar (filler) and chemical (pozzolanic reaction), and the rebars due to greater containment and absorption of the active load. Elevation of mechanical strength with the use of prisms rendered with reinforced mortars and with addition of pozzolan. Key-words: reinforced mortar, metakaolin, non structural masonry

3 3 1. INTRODUÇÃO Há milhares de anos, a alvenaria tem sido usada em larga escala, sendo possivelmente o material composto mais utilizado nas edificações antigas e atuais. A alvenaria pode ser constituída com tijolos maciços, blocos cerâmicos e de concreto ou pedra (1). Alvenaria pode ser entendida como a união de tijolos ou blocos por juntas de argamassa, formando um conjunto rígido e coeso. As alvenarias podem ser classificadas como de vedação e estrutural (não armada, armada, parcialmente armada e protendida). Também pode ser citada a alvenaria resistente (de vedação com função estrutural). Portanto, diversas construções em alvenaria são verificadas em países da Europa, dos Estados Unidos, Canadá, Austrália, apresentando em todos os casos elevados desempenho em serviço até os dias atuais (2). Na Região metropolitana do Recife existem aproximadamente (seis mil) edifícios tipo caixão, com até quatro pavimentos em alvenaria de vedação com função estrutural (blocos de vedação), que apresentam instabilidade teórica da estrutura. Entretanto, diversos prédios com esse modelo estão em serviço há mais de trinta anos (3). A Figura 1 apresenta um dos desabamentos ocorridos. Figura 1 Desabamento de parte do edifício Ijuí (OLIVEIRA et al., 2012). Nessa conjuntura, devem-se estabelecer propostas para reforço coma finalidade de impor elevada condição de desempenho para os prédios tipo caixão.

4 4 Esse trabalho tem objetivo analisar a resistência mecânica e ductilidade de prismas formados por três blocos cerâmicos (oito furos na horizontal) de alvenaria resistente armada com adição de metacaulim para contribuir ao reforço para essas edificações. Sabe-se que qualquer que seja o modelo de reforço, é importante que além do atendimento à capacidade de suporte, deve-se ter ductilidade e durabilidade (4; 5). Pode-se dizer que a utilização da armadura busca contribuir com a ductilidade e a pozolana com a durabilidade. Adição de pozolanas em materiais cuja matriz é cimentícia provoca um maior adensamento da mistura, gerando redução natural da porosidade desde a interface (devido ao efeito parede) até a superfície (fenômeno físico) e ademais, CSH (silicato de cálcio hidratado) composto importante para estrutura da matriz (fenômeno químico) (6). Pesquisas buscaram identificar fatores que influenciasse na capacidade de suporte dessas alvenarias, bem como modelos para reforço. Nessa premissa, poder-se-á apresentar resultados, a saber: Cavalheiro (1991) (7) estudou-se a influência da argamassa de revestimento nas alvenarias de blocos cerâmicos de vedação com furos assentados na horizontal. Os furos dos blocos estudados tinham formato arredondado, ocasionando assim resistência inferior aos que possuem formato retangular. O autor concluiu que o revestimento incrementou o módulo de deformação e a resistência mecânica, portanto, o revestimento inibe as deformações, aumentando a rigidez e a capacidade de suporte da alvenaria, sendo, particularmente interessante no caso de reforço estrutura. Oliveira e Hanai (2002) (8) estudaram a influência do revestimento na resistência à compressão axial em alvenarias com blocos cerâmicos de vedação. Esses autores observaram que o aumento da resistência devido o revestimento foi evidente, além

5 5 do aumento substancial da rigidez; o incremento de resistência à compressão devido o revestimento chegou até 261%. Mota (2006) (3) e Mota; Oliveira (2007) (9) estudaram a influência da argamassa de revestimento na resistência à compressão axial em prismas de alvenaria resistente de blocos cerâmicos posicionados a galga com oito furos assentados com os furos na horizontal, concluíram que: - os prismas não revestidos e chapiscados tiveram rupturas bruscas; - os prismas revestidos apresentaram ruptura por tração dos septos horizontais dos blocos cerâmicos ligados à argamassa de assentamento apresentaram no instante posterior, desequilíbrio do estado de confinamento. Portanto, a argamassa de assentamento deixou de estar triaxialmente comprimida, passando a se deformar substancialmente nas duas direções horizontais, gerando deslocamentos laterais excessivos, implicando na ruptura das camadas de argamassa de revestimento nesta região; - observou-se incremento de até 322% na capacidade de suporte devido à influência do revestimento com 3 cm de espessura. A Figura 3 mostra a ruptura por tração dos septos. Figura 2 Formas de ruptura de prismas revestidos com 2 cm Silva et al. (2008) (10) ensaiaram prismas de alvenaria de blocos cerâmicos e de concreto, ambos de vedação com finalidade estrutural. Foram ensaiados prismas sem revestimento e com revestimento; prismas armados com tela de aço na região central da argamassa de revestimento com e sem conectores que interligam as malhas de aço inseridas nas capas de revestimento nas duas faces dos prismas. Os autores obtiveram os seguintres resultados:

6 6 - em prismas de blocos cerâmicos, o revestimento com 3,0 cm de espessura contribui na capacidade de suporte em até 335% na carga; - em que pese rupturas diversas nos prismas de blocos cerâmicos, predominantemente verificou-se ruptura devido à tração lateral dos septos dos blocos, provocando o desequilíbrio do estado de confinamento da argamassa de assentamento. Não se verificou acréscimos substanciais de carga quando foram ensaiados prismas com tela sem conectores; - nos prismas com blocos de concreto verificou-se acréscimo no suporte devido à capa de revestimento com 3,0 cm de espessura em até 72%. Contudo, o acréscimo ocorreu a patamares de até 159% quando se utilizou tela de aço. 2. MATERIAIS E MÉTODOS Utilizou-se blocos cerâmicos de vedação de oito furos assentados com os furos em posição horizontal similares aos usados nas construções dos edifícios tipo caixão da Região Metropolitana do Recife. O cimento que compõe as argamassas de assentamento e de revestimento foi CP II F 32, a cal CH-I e areia média amplamente encontrada na Região. A Tabela 1 mostra a nomenclatura estabelecida dos processos e suas proporcionalidades (traços)/materiais. Tabela 1 Nomenclatura das argamassas utilizadas. PROCESSOS Chapisco médio (sobre prismas nus) Chapisco para reforço forte (sobre revestimento fraco) Revestimento fraco (sobre chapisco médio) Revestimento para reforço médio sobre chapisco, para reforço) PROPORCIONALIDADES (em volume)/materiais 1:4 (cimento e areia) 1:3:0,8 (cimento, areia e relação água/cimento) com 5% de substituição de metacaulim por cimento 1:2:9 (cimento, cal e areia) 1:1:6:1,5 (cimento, cal, areia e relação água/cimento) com 15% de metacaulim em relação ao cimento

7 7 Destaca-se que os prismas tiveram juntas de assentamento 1,0 cm de espessura. Os ensaios de resistência à compressão ocorreram aos 90 dias. Esse período é justificado pelas reações pozolânicas ocorrem de forma lenta. Nas argamassas de reforço adicionou-se metacaulim com 15% de substituição ao cimento. Esse teor e a relação água/cimento foram originados em pesquisas realizadas anteriormente para estabelecimentos desses parâmetros (11). A produção dos prismas ocorreu em ambiente da empresa Tecomat devido ser próximo ao local da prensa utilizada. Sabe-se que esse equipamento possui elevado nível de manutenção e aferição. O profissional pedreiro que executou as 18 réplicas foi o mesmo, sendo 6 (seis) prismas de cada amostra com três blocos, conforme a seguir: Amostra 1 prismas nus; amostra 2 prismas nus + chapisco médio + revestimento fraco com 2,0 cm de espessura; amostra 3 prismas nus + chapisco médio + revestimento fraco + chapisco para reforço forte + revestimento para reforço médio com 3,0 cm de espessura. A amostra 3 teve armadura mergulhada no centro da capa da argamassa de revestimento com adição de pozolana (argamassa para reforço), sendo a tela em ambos os lados do prisma com fios de Ø 5.0 mm a cada 10,0 cm ligados por dois conectores de Ø 8.0 mm por prisma. Os conectores ficaram com extremidades em formato de gancho (180 o ), que fixaram às telas de ambas as faces. Eles passaram por furos dados nas duas juntas dos prismas de três blocos onde os diâmetros dos furos foram de tal ordem que o conector passasse pronto, com as curvas nas extremidades previamente confeccionadas. Foi adotada a espessura 3,0 cm de argamassa de revestimento para reforço devido ser uma espessura que evita a ruptura brusca, uma vez que tende a confinar as deformações laterais excessivas (3), bem como melhor promover durabilidade. A Figura 3 apresenta prismas das três amostras.

8 8 Figura 3 Prismas tipo 1, 2 e 3 preparados para receberem de argamassa de reforço. 3. RESULTADOS E DISCUSSÕES A resistência média à compressão dos blocos cerâmicos foi de 2,49 MPa com coeficiente de variação de 29%, denotando que o processo de fabricação dos blocos não tem controle adequado. Esse material foi adquirido em armazém escolhido aleatoriamente. A Tabela 2 mostra os resultados da resistência à compressão dos prismas. Tabela 2 Resistência à compressão dos prismas AMOSTRA/ RESULTADOS INCREMENTOS em relação a média da amostra 1 (%) área das bases (cm 2 ) Média (MPa) Tensão (MPa) D. Padrão (MPa) COV (%) Força (Kgf) (Média) No valor médio da tensão (σ) No valor médio da força (F) 1/172 1,02 0,31 30, /256 2,42 0,63 26, ,26% 252,78% 3/371 2,72 0,4 14, ,67% 472,08% Podem-se destacar no ensaio dos prismas alguns detalhes: - Amostra 1: Em vários prismas observaram-se desnivelamento, desaprumo, blocos com dimensões diferentes e ruptura altamente brusca por tração nos septos; - amostra 2 Algumas imperfeições e ruptura por tração nos septos na maioria dos casos e também por cisalhamento do revestimento;

9 9 - amostra 3 Argamassa de reforço com características inferior à esperada. A primeira fissuração identificada no revestimento ocorreu na Região da interface revestimento fraco/revestimento para reforço médio, em que pese nesse momento os blocos já apresentarem ruptura em quase todos os septos, ou seja, estavam absolutamente falidos. Sublinha-se na ruptura elevada ductilidade, haja vista ação da armadura, telas nas duas faces interligadas por 2 conectores. Ressalta-se a ação dos conectores. Na Figura 4, se observa a condição importante da deformação sem a ruptura brusca, de tal maneira que após o rompimento do prisma, liberou-se o equipamento para deformar próximo de 10 cm para verificação da condição de desmoronamento. Figura 3 Prismas da amostra 3 após a deformação de próximo 10cm. 3. CONSIDERAÇÕES FINAIS Com base nos resultados obtidos, podem-se enumerar as seguintes conclusões: - A eficiência (relação entre as resistências do prisma e do bloco) foi de 0,41; - A capa de revestimento com 2 cm de espessura (amostra 2) elevou a resistência à compressão em mais de 250% quando comparado com os prismas sem revestimento (amostra 1);

10 10 - quando se comparou os prismas com argamassa de reforço (amostra 3) com os prismas nu (amostra 1), o incremento da resistência à compressão foi da ordem de 470%; - verificou-se uma elevada ductilidade sem desmoronamento (ruptura brusca) nos prismas da amostra 3, uma vez que após a ruptura a prensa foi induzida a um deslocamento próximo de 10 cm; - é imperativo que qualquer que seja o modelo de reforço, além da capacidade de suporte atender as cargas atuantes, a alvenaria tem que ter ductilidade e durabilidade; - a forma de ruptura foi explosiva para a amostra 1 (prismas nus). Com relaçãoo aos prismas da amostra 2 (com revestimento com 2 cm de espessura), a ruptura ocorreu por tração dos septos, tendo em vista quebra do estado de confinamento entre a argamassa de assentamento/bloco. Entretanto, nos prismas da amostra 3 ruptura foi dúctil e também se verificou alta condição de deformabilidade sem desmoronamento. REFERÊNCIAS 1. RAMALHO, M.A.; CORRÊA.M.R.S. Projetos de edifícios de alvenaria estrutural. Ed. Pini, São Paulo ROMAN, H. R. Alvenaria estrutural, diretrizes básicas para projeto. UFSC. Florianópolis, MOTA, J. M. F. Influência da argamassa de revestimento na resistência à compressão axial em prismas de alvenaria resistente de blocos cerâmicos Dissertação (Mestrado) Universidade Federal de Pernambuco, Recife, MOTA, J. M. F. Influência da argamassa de revestimento armada com adição de metacaulim na resistência mecânica, ductilidade e durabilidade de alvenaria resistente. Qualificação para tese de doutorado. UFPE Universidade Federal de Pernambuco, OLIVEIRA, R. A. Notas de Aulas da Disciplina: Alvenaria Estrutural Mestrado/doutorado de Estruturas, UFPE Universidade Federal de Pernambuco, Recife, NEVILLE, A. M. Propriedades do concreto. 2. ed. PINI. São Paulo, CAVALHEIRO, O. P. Comportamento de pequenas paredes de blocos cerâmicos de vedações comuns submetidos à compressão axial: Influência do revestimento e correlações com as resistências de prismas e de unidades. UFSM, Santa Maria, 1991.

11 11 8. OLIVEIRA, F. L.; HANAI, J. B. Análise do comportamento de paredes de alvenaria construídas com blocos cerâmicos de vedação. VII International Seminar on Structural Masonry for Developing Countries. Belo Horizonte, MOTA; OLIVEIRA, R. Formas de ruptura em prismas de alvenaria Resistente de blocos cerâmicos. II Congresso Brasileiro de Pontes e Estruturas. Rio de janeiro-rj, SILVA, F. A. N.; OLIVEIRA, R. A.; PIRES SOBRINHO, C. W. Influência do revestimento na resistência de paredes de alvenaria resistente de blocos cerâmicos. In: XXXIII Jornadas Sulamericanas de Engenharia Estrutural, 2008, Santiago - Chile. Anais das XXXIII Jornadas Sulamericanas de Engenharia Estrutural. Santiago - Chile: ASAEE, MOTA; OLIVEIRA; DOURADO, K. Utilização de pozolana em argamassas de reforço para alvenarias resistentes. In: 7º Congresso Internacional sobre Patologia e reabilitação de estruturas (CINPAR). Fortaleza-CE, 2011.