Projecto SipdECO Uma solução inovadora para paredes divisórias Graça Vasconcelos ; Pedro Alves Paulo Mendonça; Aires Camões Paulo B. Lourenço Universidade do Minho (graca@civil.uminho.pt)
Índice Introdução Objectivos Solução para paredes divisórias Material compósito comportamneto mecânico Forma e geometria dos blocos Tecnologia de fabrico dos blocos Tecnologia de construção Selecção do material de ligação e assentamento Validação mecânica das paredes de alvenaria Conclusões 2
Introdução (I) A construção constitui um sector económico com um impacto muito importante no consumo de energia, quer ao nível da produção dos materiais de construção, quer ao nível do consumo de energia no uso dos espaços interiores das (40% do total do consumo) Por outro lado, este sector é responsável pela produção de resíduos depositados posteriormente em aterros e pela emissão de dióxido de carbono para a atmosfera 3 Necessidade de encontrar soluções que se traduzam numa maior sustentabilidade na construção, o que é uma exigência das sociedades modernas - Económica, amiga do ambiente, eficiente do ponto de vista térmico e acústico, adequada do ponto de vista mecânico Proposta de materiais e estruturas mais sustentáveis para a construção (paredes divisórias) Projecto SipdECO
Introdução (II) 4 Regranulado de cortiça baixa densidade isolamento térmico e acústico material ecológico sustentabilidade da floresta Consumo anual de 280 mil ton 20% a 30% é resíduo Gesso FGD produção anual de 225 milhões de ton não é previsto uso comercial Material compósito Material leve amigo do ambiente eficiente do ponto de vista térmico, acústico e mecânico Fibras têxteis Produção de pneus é de 3 milhões de ton por ano Disponibiliddae razoável de quantidades de material pode promover o melhoramento acústico
Objectivos 5 O principal objectivo consiste na proposta de uma solução para paredes divisórias com base em blocos moldados de material compósito à base de gesso que resulta da combinação de subprodutos industriais, nomeadamente gesso FGD, regranulado de cortiça e fibras texteis Estudo do material compósito Concepção do bloco de alvenaria Definição da tecnologia de construção Validação mecânica da solução
Solução de paredes divisórias (I) Bloco de alvenaria (I) Bloco composto por duas metades possibilita a construção por fases e a fácil colocação das instalações eléctricas e hidráulicas sem necessiadde de abertura de roços Apesenta forma rectangular com furação vertical e horizontal induzida pela formas concavas e convexas da parte interior Parte exterior do bloco pode ser composta de uma placa prensada conduzindoa uma solução mista (parte moldada + parte moldada) ou moldada juntamente com o parte interna Ligação entre as metades do bloco deve ser feita no perímetro, nas partes concavas e com auxílio de peças auxiliares que melhoram a a estabilidade durante a construção 6
Solução de paredes divisórias (II) Bloco de alvenaria (II) 7
Solução de paredes divisórias (III) Material compósito (I) - Materiais O gesso FGD é produzido numa central termoelectrica como resultado da dessulfuração de gases de combustão. Apresenta-se na forma de sulfato de cálcio bi-hidratado com 7% de humidade O gesso FGD precisa de ser desidratado (calcinação). Através de testes de calorimetria diferencial de varrimento e de análise termo-gravimétrica concluiuse que a temperatura de calcinação poderia ser de 105ºC O regranulado de cortiça é constituído por partículas de diferentes tamanhos, nomeadamente 2/4mm, 2/9mm and 4/8mm. A densidade máxima é de 198kg/m 3 As fibras texteis são constituídas por fios poliméricos, sendo o principal constituinte a políamida 6. Apresenta alguns resíduos de pneus. 8
Solução de paredes divisórias (IV) Material compósito (II) Selecção da mistura percentagem de regranulado de cortiça e fibras texteis 9 Composi ção Tipologia Água Ácido Cítrico. Regranulad o Fibras M5 moldada 80.0 0.05 5.0 3.0 M7 moldada 87.5 0.05 7.0 3.0 M9 moldada 93.75 0.05 9.0 3.0 P prensada 22.5 0.05 5C0F moldada 80.0 0.05 5.0 0.0 5C1F moldada 80.0 0.05 5.0 1.0 5C2F moldada 80.0 0.05 5.0 2.0 5C3F moldada 80.0 0.05 5.0 3.0 7C0F moldada 87.5 0.05 7.0 0.0 7C1F moldada 87.5 0.05 7.0 1.0 7C2F moldada 87.5 0.05 7.0 2.0 7C3F moldada 87.5 0.05 7.0 3.0 Valor médio do massa volúmica 840kg/m 3
Compressive strength, f c (MPa) Projecto SipdECO Proposta de uma solução inovadora para paredes divisórias Solução de paredes divisórias (V) Material compósito (III) Propriedades mecânicas 10 Composição E (MPa) f c (MPa) M5 1899.6 (4.7) 3.10 (2.7) M7 1311.8 (12.1) 2.0 (13.4) M9 823.3 (1.5) 1.1 (5.8) P 2196.9 (17.1) 13.3 (18.2) 5C0F 3731.9 (10.7) 2.62 (13.3) 5C1F 2917.3 (15.6) 2.88 (15.4) 5C2F 2855.7 (1.8) 2.63 (6.0) 5C3F 2662.5 (20.2) 3.35 (7.8) 7C0F 1977.3 (19.3) 1.68 (22.2) 7C1F 2360.8 (17.6) 2.04 (16.4) 7C2F 2090.5 (22.8) 2.27 (6.3) 7C3F 2068.6 (14.0) 2.13 (12.0) 4 3 2 1 0 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 E (mm/mm) A resistência à compressão diminui com o aumento da percentagem de regranulado de cortiça A introdução de fibras parece aumenta a resistência à compressão e ductilidade do material em compressão e tracção (ensaios de energia de fractura)
Solução de paredes divisórias (VI) Selecção do material de ligação (I) - (testes de pull-off) Foram seleccionados 4 materiais adesivos comerciais à base de gesso e resinas sintéticas: Pasta adesiva PA1 Pasta adesiva PA2 Pasta adesiva PA3 Pasta adesiva PA4 Os resultados dos ensaios de pull-off demonstraram que a pasta PA2 conduz a um valor mais elevado da resistência de aderência em tracção. Baseados nos resultados, decidiu-se efectuar ensaios de compressão uniaxial em blocos (4 materiais) e ensaios de compressão e flexão em alvenaria (2 materiais) 11
Solução de paredes divisórias (VII) Selecção do material de ligação (II) - Ensaios de compressão em blocos 12 Material f cb (MPa) PA1 0.85 (7.2%) PA2 1.05 (11.2%) PA3 0.88 (7.8%) PA4 0.89 (9.1%) O comportamento bastante dúctil Rotura caracterizada pela fendilhação vertical e subvertical na espessura do bloco O material de ligação mais resistente à tracção conduz a valores mais elevados da resistência em compressão
LVDT 3 600 900 Projecto SipdECO Proposta de uma solução inovadora para paredes divisórias Solução de paredes divisórias (VIII) 13 Selecção do material de ligação (III) - Ensaios de compressão em alvenaria LVDT 1 LVDT 4 300 600 LVDT 2 Geometria dos provetes Esquema de ensaio Provete f c (MPa) Material PA2 1 1.13 2 1.04 3 1.03 Média 1.07 Material PA1 1 0.83 2 0.93 3 0.88 Média 0.88 A resistência em compressão é 18% superior no caso do material de ligação PA2 relativamente ao material de ligação PA1, o que se justifica pela rotura da interface entre as duas metades
Tensão (MPa) Tensão (MPa) Projecto SipdECO Proposta de uma solução inovadora para paredes divisórias Solução de paredes divisórias (IX) 14 Selecção do material de ligação (IV) - Ensaios de compressão em alvenaria 1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Deslocamento (mm) Comportamento bastante dúctil quando comparado com a solução tradicional de alvenaria de blocos cerâmicos O modo de rotura caracteriza-se pela fendilhação e esmagamento dos blocos ou rotura da interface PC1 PC2 PC3 1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Deslocamento (mm) PC1 PC2 PC3
900 Projecto SipdECO Proposta de uma solução inovadora para paredes divisórias Solução de paredes divisórias (X) 15 Selecção do material de ligação (V) - Aderência em flexão (juntas horizontais) 600 Geometria LVDT Controlo Célula de Carga Recomendações EN1052-2 LVDT 1 LVDT 2 l2=480 l1=800 ls=900 Esquema de ensaio A resistência de aderência em flexão obtida através dos ensaios de flexão na direcção perpendicular às juntas horizontais é 22% superior no caso da aplicação do material PA2 ao nível das juntas horizontais Em qualquer dos casos, a resistência de aderência é comparável com a resistência de alvenaria estrutural 50 50 Ligante f l (MPa) 0.49 0.53 PA2 0.51 0.47 Média 0.50 0.40 0.41 PA1 0.39 0.37 Média 0.39
Tensão (MPa) Tensão (MPa) Projecto SipdECO Proposta de uma solução inovadora para paredes divisórias Solução de paredes divisórias (XI) 16 Selecção do material de ligação (V) - Aderência em flexão (juntas horizontais) 0.6 0.5 0.4 Horizontal Vertical PF1 PF2 PF3 PF4 0.6 0.5 0.4 Horizontal Vertical PF1 PF2 PF3 PF4 0.3 0.3 0.2 0.2 0.1 0.1 0.0-2.5-2.0-1.5-1.0-0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 Deslocamento (mm) 0.0-2.5-2.0-1.5-1.0-0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 Deslocamento (mm)
Solução de paredes divisórias (IV) Tecnologia de fabrico dos blocos 17
Solução de paredes divisórias (XII) Tecnologia de construção (I) Os blocos da primeira fiada devem ser colocados sobre uma base nivelada e podem ser ligados com um material adesivo O primeiro pano de parede pode ser construída até ao nível de colocação das instalações Duas peças poliméricas devem ser colocadas em cada metade do bloco ddo primeiro pano de modo a aumentar a estabilodade durante a construção Assentamento do segundo pano ligando-o ao primeiro pano através de um material adesivo colocado no perímetro e nas partes côncavas centrais e através das peças poliméricas 18
LVDT 3 600 1500 Projecto SipdECO Proposta de uma solução inovadora para paredes divisórias Solução de paredes divisórias (XIV) Validação mecânica (I) Ensaios de compressão uniaxial (EN1052-1) 19 LVDT 1 LVDT Control Célula de Carga LVDT 4 LVDT 2 LVDT Control Célula de Carga LVDT 10 Ligante f l (MPa) 0.97 0.83 PA2 0.97 0.94 Média 0.93 600 900 1200 Geometria 140 Esquema de ensaio O valor médio da resistência à compressão é inferior ao valor obtido em alvenaria de blocos cerâmicos A resistência à compressão é muito superior ao valor da tensão normal instalada na base das paredes (<0.1MPa)
Solução de paredes divisórias (XV) Validação mecânica (II) Ensaios de compressão uniaxial (EN1052-1) 20 Comportamento consideravelmente mais dúctil do que a alvenaria tradicional O modo de rotura caracteriza-se pela fendilhação dos blocos na espesssura
900 1200 Projecto SipdECO Proposta de uma solução inovadora para paredes divisórias Solução de paredes divisórias (XVI) Validação mecânica (III) Resistência à flexão da alvenaria (EN1052-2) 21 Geometria dos provetes 900 1500 LVDT Controlo Célula de Carga LVDT Control Célula de Carga LVDT 1 LVDT 2 l2=480 LVDT 1 LVDT 2 l2=600 Esquema de ensaio 50 l1=800 50 80 l1=1340 80 Institute for Sustainability ls=900 and Innovation in Structural Engineering ls=1500
Tensão (MPa) Tensão (MPa) Projecto SipdECO Proposta de uma solução inovadora para paredes divisórias Solução de paredes divisórias (XVII) Validação mecânica (IV) Resistência à flexão da alvenaria (EN1052-2) 0.5 0.4 PF1 PF2 PF3 0.4 0.3 PC4 PC5 PC5 22 0.3 0.2 0.2 0.1 0.1 0.0 0 1 2 3 4 5 Deslocamento (mm) Direcção paralela às juntas 0.0 0 1 2 3 4 Deslocamento (mm) Direcção perpendicular às juntas A resistência média é de 0.37 e 0.33MPa na direcção paralela e perpendicular às juntas horizontais Os valores são comparáveis com os valores obtidos em alvenaria de blocos cerâmicos. No entanto, a resistência à flexão na direcção paralela apresenta valores superiores relativamente à alvenaria tradicional
Solução de paredes divisórias (XVIII) Validação mecânica (V) Resistência à flexão da alvenaria (EN1052-2) 23 Direcção paralela às juntas Direcção perpendicular às juntas
1500 2700 604,97 Projecto SipdECO Proposta de uma solução inovadora para paredes divisórias Solução de paredes divisórias (XIX) Validação mecânica (V) Resistência a acções de impacto (ETAG (1998)) 24 Definição de dois estados para verificação de segurança diferentes acções de impacto Definição de diferentes categorias de uso relacionada com a protecção das paredes e o risco de ocorrer acidentes e utilização indevida (associadas às categorias definidas no Eurocódigo 1 habitação, edifícios comerciais, edifícios públicos, etc) 1062,24 65 LVDT 1 AA 1 AA 2 Solicitações de impacto: Impacto mole Impacto duro AA 6 AB 3 AA 7 1139,54 AA 4 AA 5 4200
Solução de paredes divisórias (XX) Validação mecânica (VI) Resistência a acções de impacto (ETAG (1998)) 25 Instrumentação para identificação das deformadas e deslocamentos máximos Simulação de impacto mole
Solução de paredes divisórias (XX) Validação mecânica (VI) Resistência a acções de impacto (ETAG (1998)) 26 Massa (Kg) Categoria Energia (Nm) Nº de impactos Flecha Deformação permanente (mm) Avaliação 50 0.61 0.05 Inexistência de I 60 0.24 0.01 dano visível na estrutura 0.27 0.00 Flecha com valor 3 inferior a 5mm ou II 0.41 0.01 1/500 da altura III 120 0.39 0.01 Deformação permanente IV 0.39 0.00 muito pouco II 200 0.70 0.02 significativa e decrescente no III 300 1 0.84 0.03 caso de 3 impactos IVa 400 1.01 0.00 consecutivos
2700 Projecto SipdECO Proposta de uma solução inovadora para paredes divisórias Solução de paredes divisórias (XXI) Ensaio de compressão excêntrica 27 LVDT 1 LVDT 2 LVDT 3 LVDT 4 4200
Solução de paredes divisórias (XXII) 28
Solução de paredes divisórias (XXIII) Zona com junta seca 29 Tipo de fixação Categoria Cota de medição Destacamento dos apoios Após 24h Deformação da parede Carga total aplicada Deformação permanente Bucha plástica a (100Kg) 1.50m 0.47mm 0mm 140kg 0.01mm Bucha química b (200Kg) 1.50m 1.71mm 0.1mm 290Kg 0.02mm
Solução de paredes divisórias (XXII) Zona com junta seca Quadro I Avaliação do desempenho de carga excêntrica para zonas com juntas seca Fixação Após rotura Avaliação 30 Bucha plástica Deformação após 24h insignificante ou inexistente Destacamento dos apoios inexistente Deformação permanente insignificante ou inexistente Bucha química Deformação após 24h insignificante ou inexistente Destacamento dos apoios inexistente Deformação permanente insignificante ou inexistente
Solução de paredes divisórias (XXIII) Tecnologia de construção (I) Validação final 31
Conclusões (I) 32 O trabalho desenvolvido teve como objectivo a proposta de uma solução para paredes divisórias, não estruturais com base em blocos moldados constituídos por um material compósito à base de gesso resultante de três subprodutos industriais A geometria dos blocos foi definida de modo a ser possível a obtenção de furação vertical e horizontal para permitis a colocação das instalações A tecnologia de construção é faseada para permitir a colocação das instalações sem a abertura de roços O material compósito apresenta boas características mecânicas e elevada capacidade de deformação e ductilidade A selecção do material de ligação foi efectuado com base num programa experimental de ensaios de arrancamento, compressão uniaxial e de ensaios de flexão
Conclusões (II) Em termos de validação mecânica foi possível concluir que: 33 A resistência à compressão é adequada e superior à tensão instalada. Apresenta um comportamento dúctil. A resistência à flexão apresenta valores muito razoáveis e comparáveis com a solução tradicional. O comportamento é mais dúctil do que a solução tradicional. A resistência ao impacto foi garantida até uma energia de impacto de 400N.m, o que equivale a considerar uma categoria de uso IV espaços muito frequentados com risco de ocorrência de acidentes A utilização da bucha química ou bucha plástica garante um comportamento e resistência adequada em termos de carga excentricas