Dissertação de mestrado

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Dissertação de mestrado

  1. 1. Desenvolvimento das Técnicas de Produção de Blocos de Concreto para Alvenaria Estrutural na Escala (1:4) Eng. Rodrigo Piernas Andolfato Núcleo de Estudo e Pesquisa da Alvenaria Estrutural
  2. 2. Objetivo • Desenvolvimento das técnicas de produção de modelos reduzidos dos blocos de concreto; • Estudo inicial de correlações entre modelo e protótipo de prismas de três fiadas.
  3. 3. Introdução • A Alvenaria Estrutural: Estrutural – Sistema construtivo racionalizado; – Componente rígido e coeso conformado em obra; – Vantagens: • Conceitos de racionalização, produtividade e qualidade. • Bom desempenho tecnológico aliado a baixos custos; – Utilizada correntemente sem adequada normalização do processo e produtos envolvidos.
  4. 4. Introdução • Necessidade de se conhecer o comportamento dos elementos estruturais mais complexos: – Estruturas correntes; – “Um melhor entendimento do comportamento complexo das estruturas de alvenaria é necessário para se conseguir um conceito mais apropriado do estado limite de projeto” (ABBOUD et al., 1990). • Estudo em modelos na escala real: • HENDRY (década de setenta); • Building Research Institute (1979 à 1982); • Custo, tempo e complexidade de sistemas de ensaio; • Tratamentos estatísticos inadequados; • Estudo em modelos na escala reduzida.
  5. 5. Estudo realizado Estudo realizado por pelo Hendry na década de 70. BRI e MCJ
  6. 6. Introdução • Aprimoramento das técnicas de modelagem nos últimos anos: – Melhoria na instrumentação; – Dispositivos de carga mais precisos. • Técnica aplicada com sucesso em problemas não lineares em C.A. e protendido: – Ferramenta poderosa; – Foi proposta como alternativa econômica aos ensaios na escala real;
  7. 7. Histórico na Alvenaria Estrutural – Modelos com tijolos: • VOGT (50’s) - (1:4 e 1:10); • MOHR (60’s) (1:6); • HENDRY e MURTHY (70’s) - (1:1, 1:3 e 1:6) – conclusões fundamentadas; • SINHA, MAURENBRECHER e HENDRY (70’s) - (1:1 e 1:6) – comparação entre edifícios nas duas escalas;
  8. 8. Histórico na Alvenaria Estrutural – Modelos com blocos: • NATIONAL BUREAU OF STANDARDS NBS (final dos 70’s) - (1:4) estudo não foi conclusivo; • HARRIS e BECICA (70’s) - (1:4) aspectos qualitativos; • HAMID e ABBUD (estudo seguinte) - (1:4) aspectos quantitativos; • CAMACHO (Brasil, 1995) - Estudo em modelos cerâmicos.
  9. 9. Modelos Físicos Reduzidos • Definições: – Modelo – representação física de uma estrutura ou porção dela. Usualmente construído em escala reduzida, e freqüentemente representa um protótipo de uma estrutura específica. – Modelo Indireto – O carregamento e os materiais não têm relação direta aos usados no protótipo. Cargas e deformações são aplicadas para se obter linhas ou superfícies de influência. – Modelo Direto – Modelo carregado na mesma maneira do protótipo, tal que tensões e deformações sejam similares às aquelas do protótipo. – Modelo Elástico – Modelo direto que geometricamente representa o protótipo, mas que utiliza materiais elásticos e homogêneos. – Modelo de Resistência Última – Modelo direto que geometricamente representa o protótipo tanto nas dimensões externas quanto nas internas. Além disso, os materiais do modelo reproduzem fielmente as características dos materiais do protótipo.
  10. 10. Modelos Físicos Reduzidos • Estabelecimento das condições de semelhança física: – Respostas obtidas nos modelos podem ser estendidas ao protótipo. “O uso de modelos traz grandes vantagens para o perfeito entendimento dos fenômenos que ocorrem nas estruturas e podem ser utilizados no ensino, pesquisa e desenvolvimento de projetos” (KLEIN, 1998). • Efeitos negligenciados nos procedimentos teóricos;
  11. 11. Modelos Físicos Reduzidos • Vantagens da MF em relação a MN: – Efeitos negligenciados nos procedimentos teóricos; – Estudo do comportamento do material até sua ruína; • Desvantagens: – Avaliação de estruturas através de modelos: • Dispendioso; • Consumidor de tempo; • Mão-de-obra especializada. • Uso em pesquisas que subsidiarão informações que alimentarão os modelos matemáticos. • Casos especiais.
  12. 12. Modelos Físicos Reduzidos • Aspectos gerais da modelagem física reduzida; “Para que os resultados obtidos na experimentação de modelos em laboratório possam ser estendidos para a representação de um protótipo, é necessário primeiramente que exista semelhança geométrica” (CARNEIRO, 1996) • Teoria da homogeneidade dimensional: – Equação matemática que define um processo físico deve ser inalterável a qualquer mudança do sistema de unidades empregado; – Grandezas fundamentais e grandezas derivadas.
  13. 13. Modelos Físicos Reduzidos • Fator de escala: Lm 1 kL = = = 1: 4 Lp 4 • Adoção de parâmetros: • Características geométricas; • Resistência à compressão; • Deformabilidade;
  14. 14. Técnica de Produção Desenvolvida • Diferença na produção das unidades entre escalas: – Escala real: • Massa final seca - relação direta com a umidade da mistura; – Escala reduzida: • Massa final seca - definida no processo de fabricação; • Etapas de produção dos modelos:
  15. 15. Técnica de Produção Desenvolvida
  16. 16. Técnica de Produção Desenvolvida
  17. 17. Técnica de Produção Desenvolvida
  18. 18. Técnica de Produção Desenvolvida
  19. 19. Técnica de Produção Desenvolvida
  20. 20. Técnica de Produção Desenvolvida
  21. 21. Ensaios de Caracterização • Curvas granulométricas: – Areia; – Pedrisco; • Areia e pedrisco de referência; – Tabela apresentada no próximo slide; • Tentativa da redução não completa dos agregados: – Realizados em Drexel; – Materiais não correlatos.
  22. 22. Ensaios de Caracterização Porcentagem retida nas peneiras *Peneira 0,105 *Peneira 0,074 *Peneira 0,42 Peneira 0,297 Peneira 0,149 Peneira 9,50 Peneira 4,80 Peneira 2,38 Peneira 1,19 Peneira 0,59 Agregado Fundo (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) Areia da - - 1,72 5,08 21,22 30,70 17,82 21,55 1,17 0,51 0,23 Fábrica Areia de - - - - 28,00 30,00 18,00 24,00 - - - referência Areia na - - - - - - - 28,00 30,00 18,00 24,00 escala (1:4) * Peneiras intermediárias. Estas não fazem parte da série normal. OBS: As areias apresentaram mesmo peso específico para as duas escalas com valor de 1,48 gf cm 3 .
  23. 23. Ensaios de Caracterização • Argamassa de assentamento: – Areia específica; – Traço 1:1:6 em volume; – Corpos-de-prova cilíndricos de 5x10cm; – Ensaios de compressão (NBR-5739); – Resultados obtidos: • Valores médios de 4,9 e 4,7 MPa (real e reduzida).
  24. 24. Ensaios de Unidades • Considerações iniciais: – 5 traços diferentes na escala real; – 4 traços diferentes na escala reduzida; – Teste de hipótese “t de student”; student • Características dos blocos na escala real: – Traço 1P (protótipo); 10145[ gf ] ≅ 158,5[ gf ] 64 – Traço 2P (menos cimento); 9967[ gf ] ≅ 155,7[ gf ] 64 – Traço 3P (mais cimento); 10096[ gf ] ≅ 157,7[ gf ] – Traço 4P e 5P (maior grau de compacidade). 64 10493[ gf ] 10546[ gf ] ≅ 164,0[ gf ] ≅ 164,8[ gf ] 64 64
  25. 25. Ensaios de Unidades Traço comTraço com Traço com Traço com Traço de menos mais o dobro o triplo • Características dos blocos na escala real: controlecimento cimento de água de água – Resumo dos traços na escala real: Materiais Traço 1 Traço 2 Traço 3 Traço 4 Traço 5 Cimento (kg) 40 33 47 40 40 Areia (kg) 213 213 213 213 213 Pedrisco (kg) 132 132 132 132 132 Água (lts) 7 7 7 14 21 Areia / pedrisco 1,62 1,62 1,62 1,62 1,62 Cim. / agregado (%) 11,61 9,64 13,57 11,61 11,61 ++ Água / Mat. Secos (%) 7,41 7,54 7,28 9,23 10,79 ++ Água / cimento (%) 71,24 85,77 60,91 88,74 103,74 ++ Computada a água presente na umidade da areia e pedrisco.
  26. 26. Ensaios de Unidades 1,38 1,37 y = -0,0004x2 + 0,015x + 1,23 R2 = 1 5 1,36 4 G.C. (gf/cm³ ) 1,35 1,34 1,33 1,32 1 1,31 6,00 8,00 10,00 12,00 14,00 16,00 18,00 20,00 Quantidade de Água (lts)
  27. 27. Ensaios de Unidades • Características dos blocos na escala reduzida: • Características geométricas: • Traços proporcionalmente iguais: – Traço 1M (modelo) 157,67 [ gf ]; ] 158,5 – Traço 2M (menos cimento) 156,92 [ gf ]; ] 155,7 – Traço 3M (mais cimento) 160,03 [ gf ];] 157,7 – Traço 4M (maior G. C.) 164,04 [ gf ]. ] 164,0 • Descrição dos ensaios (NBR-7184): • Capeamento; • Velocidade de carregamento. 2,00kN / s 0,10kN / s
  28. 28. Ensaios de Unidades • Descrição dos ensaios (NBR-7184): • Instrumentação: Direções Planta opostas Meia altura Seção Transversal
  29. 29. Ensaios de Unidades 16,00 • Resultados obtidos:+ 4155,7x - 2830 y = -1518,4x 2 4 5 14,00 R2 = 1 Valor para validação 7MPa. 12,00 Resistência Erro = ( 7,00 - 6,31Secante Módulo ) ÷ 6,31 11,00 Erro = 10,93% 11,39 Valor Resistência (MPa ) Escala 10,00 1 Traço Ruptura ACI → Excelente C. V. (%) médio C. V. (%) 8,90 ( MPa ) 8,00 ( MPa ) Traço 1F 9,17 12,85Teste de14387 hipótese 31,71 confirma a8295 igualdade 29,37 Escala Real 6,00 Traço 2F 13,39 7,94 Traço 3F Teste de hipótese Teste de hipótese 31,87 8,90 13,17 15858 Traço 4F confirma a hipótese Teste de igualdade de hipótese não27,38 Teste 4,00 13,38 17,87 confirma 10387a igualdade Teste de hipótese Teste de hipótese não Traço 5F confirma a hipótese Teste de igualdade 13,48 confirma 10572 13,72 a igualdade23,30 Traço 1S confirma a igualdade confirma 10761a igualdade 2,00 9,47 16,77 confirma a igualdade Teste de hipótese 19,68 Reduzida 0,00 Traço 2S 6,31 14,85 confirma a igualdade27,13 9006 Escala Traço 3S1,32 1,31 11,39 1,33 17,50 1,34 10936 1,36 10,77 1,35 1,37 Traço 4S 11,20 12,88 de Compacidade (gf/cm³ ) Grau 11409 18,24
  30. 30. Ensaios de Unidades • Discussão dos resultados: • Resistência à compressão: » Variações no GC reflete na resistência; » Teor de cimento; • Módulo de deformação: » Quanto ao grau de compacidade; » Quanto ao teor de cimento; » Igualdade verificada nos valores entre escalas; • Curvas tensão-deformação: » Comportamento ao longo dos incrementos de carga.
  31. 31. Ensaios de Unidades Traço 1 12,00 Protótipo 10,00 Modelo 8,00 Tensão (MPa) 6,00 4,00 2,00 0,00 0,0000 0,0005 0,0010 0,0015 0,0020 0,0025 0,0030 0,0035 0,0040 Deformação (µε)
  32. 32. Ensaios de Unidades Traço 2 12,00 10,00 Protótipo 8,00 Tensão (MPa) 6,00 Modelo 4,00 2,00 0,00 0,0000 0,0005 0,0010 0,0015 0,0020 0,0025 0,0030 0,0035 0,0040 Deformação (µε)
  33. 33. Ensaios de Unidades Traço 3 12,00 Protótipo 10,00 Modelo 8,00 Tensão (MPa) 6,00 4,00 2,00 0,00 0,0000 0,0005 0,0010 0,0015 0,0020 0,0025 0,0030 0,0035 0,0040 Deformação (µε)
  34. 34. Ensaios de Unidades Traço 4 16,00 14,00 Protótipo 12,00 Modelo 10,00 Tensão (MPa) 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00 0,0000 0,0005 0,0010 0,0015 0,0020 0,0025 0,0030 0,0035 0,0040 Deformação (µε)
  35. 35. Ensaios de Prismas • Considerações iniciais: – Usados como base para cálculo da resistência de projeto; – NBR-8215 → 2 fiadas de altura; – h/t = 2,78 → h/t = 4,21 (3 fiadas); • Moldagem dos corpos-de-prova: – Três fiadas de altura; – Juntas totalmente preenchidas; – Gabarito para auxílio no prumo;
  36. 36. Ensaios de Prismas • Descrição dos ensaios: – Capeamento; – Velocidade de carregamento; – Instrumentação: • Metodologia própria como para as unidade;
  37. 37. Ensaios de Prismas • Resultados obtidos Valor para validação 9MPa. Valor para9,00 - 9,16 ) ÷ 9,16 . Erro = ( validação 8,40MPa Erro =Erro = -1,77% ÷ 9,52 ( 8,40 9,52 ) Resistência ACI → Excelente Erro Módulo Secante = 11,76% Escala Traço Valor ACI → Muito Boa ou Ruptura C. V. (%) Médio ( MPa ) Próxima da excelência.(%) C. V. ( MPa ) Traço 1F 7,92 7,20 10001 12,79 Escala Real Traço 2F 6,58 6,91 7704 25,16 Teste de Hipótese validou 9,37 de hipótese não Traço 3F 6,97 Teste 9053 11,90 todas as4F Traço 10,15 comparações Teste de hipótese 17,77 12,38 confirma 8372 a igualdade Traço 5F 8,03 8,49 de hipótese não Teste confirma 6709 13,86 a igualdade entre1S médias. Traço as Teste de hipótese 9,77 confirma 9053 5,69 a igualdade 9,16 Reduzida Escala Traço 2S 7,27 confirma 7865 6,95 a igualdade 17,84 Traço 3S 9,52 14,78 10206 10,02 Traço 4S 10,99 8,06 8621 12,06
  38. 38. Ensaios de Prismas • Resistência à compressão: – Relação direta com a argamassa; • Módulos de deformação: • Forma de ruptura: • Curvas tensão-deformação:
  39. 39. Ensaios de Prismas Traço 1 12,00 10,00 Protótipo 8,00 Tensão (MPa) Modelo 6,00 4,00 2,00 0,00 0,0000 0,0005 0,0010 0,0015 0,0020 0,0025 0,0030 0,0035 0,0040 Deformação (µε)
  40. 40. Ensaios de Prismas Traço 2 12,00 10,00 8,00 Tensão (MPa) Modelo Protótipo 6,00 4,00 2,00 0,00 0,0000 0,0005 0,0010 0,0015 0,0020 0,0025 0,0030 0,0035 0,0040 Deformação (µε)
  41. 41. Ensaios de Prismas Traço 3 12,00 10,00 Modelo Protótipo 8,00 Tensão (MPa) 6,00 4,00 2,00 0,00 0,0000 0,0005 0,0010 0,0015 0,0020 0,0025 0,0030 0,0035 0,0040 Deformação (µε )
  42. 42. Ensaios de Prismas Traço 4 12,00 Modelo Protótipo 10,00 8,00 Tensão (MPa) 6,00 4,00 2,00 0,00 0,0000 0,0005 0,0010 0,0015 0,0020 0,0025 0,0030 0,0035 0,0040 Deformação (µε)
  43. 43. Comentários Finais & Conclusões • Granulometria dos agregados; • Graus de compacidade; • Teores de cimento; • Filler; • A escala ¼ ; • Correlações entre escalas;
  44. 44. Comentários Finais & Conclusões •Pequenas diferenças nos G.C. (traço 3); •Técnicas de produção; A alvenaria estrutural de blocos de concreto pode ser estudada através de modelos físicos reduzidos
  45. 45. Sugestões para trabalhos futuros • Ficam como sugestões: Estudo do comportamento geral de Estudo em blocos e prismas com Estudo entre maior número de Estudo correlativo mais outras características geométricas um edifício tanto na escala real escalas com umprismas e paredes aprimorado de mesmo bloco tipo para finsna reduzida; quanto de validação
  46. 46. Agradecimentos UNIVERSIDADE ESTADUAL "JÚLIO DE MESQUITA F Concretic - Nipoã
  47. 47. FIM Núcleo de Estudo e Pesquisa da Alvenaria Estrutural

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