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ESTUDO DE CONFORMIDADES EM RELAO ABNT DE BLOCOS CERMICOS PRENSADOS E QUEIMADOS

LEONARDO GONALVES PEDROTI

UNIVERSIDADE ESTADUAL DO NORTE FLUMINENSE - UENF CAMPOS DOS GOYTACAZES - RJ AGOSTO 2007

ESTUDO DE CONFORMIDADES EM RELAO ABNT DE BLOCOS CERMICOS PRENSADOS E QUEIMADOS

LEONARDO GONALVES PEDROTI

Dissertao de Mestrado apresentado ao Centro de Cincia e Tecnologia da Universidade Estadual Norte do Fluminense Darcy Ribeiro, como parte das exigncias para obteno do ttulo de Mestre em Engenharia Civil

Orientador: Prof. Jonas Alexandre

UNIVERSIDADE ESTADUAL DO NORTE FLUMINENSE - UENF CAMPOS DOS GOYTACAZES - RJ AGOSTO 2007

ESTUDO DE CONFORMIDADES EM RELAO ABNT DE BLOCOS CERMICOS PRENSADOS E QUEIMADOS

LEONARDO GONALVES PEDROTI

Dissertao de Mestrado apresentado ao Centro de Cincia e Tecnologia da Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro, como parte das exigncias para obteno do ttulo de Mestre em Engenharia CivilAprovada em de 2007

Comisso Examinadora:

Prof. Luiz Antonio Silveira Lopes (D.Sc., IME) IME

Prof. Gustavo de Castro Xavier (D.Sc) UENF

Prof. Jean Marie Dsir (D.Sc.) UFRGS Co-orientador

Prof. Jonas Alexandre (D.Sc.) UENF Orientador

FICHA CATALOGRFICA Preparada pela Biblioteca do CCT / UENF 13/2008

Pedroti, Leonardo Gonalves Estudo de conformidades em relao ABNT de blocos cermicos prensados e queimados / Leonardo Gonalves Pedroti. Campos dos Goytacazes, 2007. xi, 106 f. : il. Dissertao (Mestrado em Engenharia Civil) --Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro. Centro de Cincia e Tecnologia. Laboratrio de Engenharia Civil. Campos dos Goytacazes, 2007. Orientador: Jonas Alexandre. Co-orientador: Jean Marie Dsir rea de concentrao: Estruturas Bibliografia: f. 99-106 1. Alvenaria estrutural 2. Blocos cermicos 3. Solo-cimento 4. Prensados e queimados 5. Anlise numrica l. Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro. Centro de Cincia e Tecnologia. Laboratrio de Engenharia Civil lI. Ttulo CDD 624.183

I SUMRIO Resumo ......................................................................................................... Abstract ......................................................................................................... Lista de Figuras ............................................................................................. Lista de Tabelas ............................................................................................ Lista de Smbolos e Abreviaturas .................................................................. 1. Introduo ................................................................................................. 1.1 Motivao ................................................................................................ 2. Reviso da Literatura ................................................................................ 2.1 Solo ............................................................................................... 2.1.1 Compactao do solo ..................................................... 2.2 Argila ............................................................................................. 2.2.1 Argila na Indstria Cermica ........................................... 2.3 Material Cermico ......................................................................... 2.3.1 Queima ............................................................................ 2.3.2 Processo de Fabricao ................................................. 2.3.3 Perdas ............................................................................. 2.3.4 Patologias em blocos cermicos ..................................... 2.4 Solo-cimento ................................................................................. 2.4.1 Fabricao dos Tijolos em solo-cimento ......................... 2.4.2 Patologias nos blocos em solo-cimento .......................... 2.5 Adobe ........................................................................................... 2.6 Alvenaria Estrutural ...................................................................... 2.6.1 Alvenaria Estrutural Cermica ........................................ 2.6.2 Elementos de Estudos das Alvenarias ........................... 2.6.2.1 Resistncia do bloco, prisma e paredes ........... 2.6.2.2 Avaliaes segundo a NBR 15.270 .................. 2.6.3 Modelagem numrica ..................................................... 3. Metodologia ............................................................................................... 3.1 Matria-prima: argila ..................................................................... 3.2 Metodologia para preparao das amostras ................................ 3.2.1 Caracterizao fsica ....................................................... 3.2.1.1 Anlise granulomtrica ...................................... IV V VI X XI 01 02 04 04 04 05 06 07 08 09 10 12 13 15 17 18 19 22 22 24 28 28 40 40 40 41 41

II 3.2.1.2 ndices de consistncia ..................................... 3.2.1.3 Massa especfica e real dos gros .................... 3.2.2 Caracterizao qumica .................................................. 3.3 Metodologia para confeco dos blocos prensados e queimados 3.3.1 Controle de umidade e confeco dos blocos ................ 3.3.1.1 Blocos cermicos extrudados ........................... 3.3.1.2 Blocos em solo-cimento .................................... 3.4 Ensaio de resistncia mecnica dos blocos ................................. 3.5 Ensaio em prismas de blocos prensados e queimados ............... 3.6 Absoro dgua ........................................................................... 3.7 Ensaio de desgaste: Slake Durability ........................................... 3.8 Durabilidade: Ciclos de Secagem e Molhagem ............................ 3.9 Modelagem Numrica ................................................................... 3.9.1 Bloco ............................................................................... 3.9.2 Prisma ............................................................................. 3.9.3 Meia Parede .................................................................... 3.10 Resumo das etapas e dos ensaios experimentais realizados nos blocos ........................................................................................... 4. Resultados e discusso ............................................................................ 4.1 Introduo ..................................................................................... 4.2 Caracterizao Fsica da Matria Prima ....................................... 4.2.1 Anlise granulomtrica .................................................... 4.2.2 ndices de consistncia ................................................... 4.2.3 Massa especfica real dos gros ..................................... 4.3 Caracterizao qumica ................................................................ 4.4 Estudo da determinao da umidade de prensagem dos blocos (BPQ) em uma prensa manual e em uma prensa mecnica ............. 4.4.1 Umidade x resistncia mecnica (ETAPA 0) ............... 4.4.2 Umidade x resistncia mecnica (ETAPA PMEC) ....... 4.5 Ensaios das propriedades mecnicas dos blocos prensados e queimados (ETAPA-PMANUAL) ........................................................ 4.5.1 Ensaios de resistncia mecnica em blocos prensados e queimados ............................................................................. 4.5.2 Ensaios de absoro em blocos prensados e 65 64 62 63 64 59 60 60 60 60 61 61 61 41 41 42 42 44 47 48 49 49 50 50 52 53 54 56 58

III queimados ................................................................................ 4.5.3 Ensaios de durabilidade em blocos prensados e queimados ................................................................................ 4.5.4 Ensaios de resistncia mecnica em prismas de blocos prensados e queimados manualmente ................................... 4.6 Ensaios em blocos de solo-cimento ............................................. 4.6.1 Resistncia em blocos de solo-cimento .......................... 4.6.2 Absoro em blocos de solo-cimento ............................. 4.6.3 Durabilidade em blocos de solo-cimento ........................ 4.7 Ensaios em blocos cermicos extrudados ................................... 4.7.1 Resistncia em blocos cermicos ................................... 4.7.2 Absoro em blocos cermicos ...................................... 4.7.3 Durabilidade em blocos cermicos ................................. 4.8 Comparao entre as Propriedades Fsicas e Mecnicas dos Blocos Analisados .............................................................................. 4.8.1 Ensaios de absoro ....................................................... 4.8.2 Ensaios de resistncia dos blocos .................................. 4.8.3 Ensaios de durabilidade .................................................. 4.9 Modelagem numrica ....................................................... 4.9.1 Bloco ............................................................................. 4.9.2 Prisma ........................................................................... 4.9.3 Parede ........................................................................... 5. Concluses e sugestes ........................................................................... 6. Referncias bibliogrficas ......................................................................... 77 77 78 79 81 82 86 92 96 99 70 72 72 72 73 74 74 75 75 67 66

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RESUMO O municpio de Campos dos Goytacazes um dos principais produtores de peas cermicas para serem utilizadas na construo civil do estado do Rio de Janeiro. O processo de produo normalmente usado nessas indstrias a extruso, em que o material argiloso umedecido para ser moldado, o que acarreta uma maior variabilidade dimensional das unidades devido retrao. Quando no descartados devido s deformaes elevadas, esses blocos se tornam grandes problemas nos canteiros de obra, pois a deformidade exige correes com o uso de argamassas. Esse modelo de produo tambm exige tempo e grandes espaos fsicos para secagem, o que agrega um custo adicional. A grande maioria dos processos produtivos custosa e necessitam de diferentes equipamentos para a fabricao de um determinando produto, algumas vezes, inviabilizando um novo negcio. Devido a esses fatores, foi desenvolvida, a partir de uma tcnica de moldagem do bloco em solo-cimento, uma nova morfologia de blocos cermicos, em que esses deixam de ser extrudados para serem prensados. A tcnica de prensagem resgata a eficincia construtiva j conhecida pelos blocos em solo-cimento, possibilitando uma maior rapidez nas obras e uma reduo no custo de processos de fabricao. Dessa forma, este trabalho visa o estudo de uma nova morfologia em bloco cermico, por processo de prensagem, contemplando as normas de blocos cermicos e de solocimento, e a comparao entre os modelos cermicos extrudados, prensados e solocimento. Foram realizados, tambm, ensaios em prismas e comparativos numricos entre blocos, prismas e paredes, com o uso da modelagem computacional.

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ABSTRACT The municipal district of Campos dos Goytacazes is one of the main producers of ceramic pieces (brick, tile etc) used in the civil construction in Brazil. Normally the production process used in these industries is the extrusion, where the clay material is moistening to be molded; its cause a high dimensional variability of the units due to retraction. When not discarded these blocks with high deformations, its become great problems in the building site, because this deformity demands corrections with the use of mortar. This model production also demands time and great physical spaces for drying, what it produce an additional cost. The great majority of the productive processes is expensive and demands great physical spaces and different equipment for the manufacture of one determining product, many times making unfeasible a new business. Due these factors it was developed from a molding technique, a new morphology of ceramic bricks, where these quit to be extrusion to be pressed. The pressed technique ransom the efficiency constructive already known by the soil-cement brick, allow a high speed in the building site, and a cost reduction of manufacture processes. Hence this work aims at the study of a new morphology, by pressed process, accordant ceramic and soil-cement bricks norms. The numerical modeling will be another used tool to compare the experimental tests with numerical modeling.

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LISTA DE FIGURAS Figura 1.1 Modelos de blocos .................................................................... Figura 2.1 Tetraedro de Slica .................................................................. Figura 2.2 Octaedro de Alumnio ............................................................... Figura 2.3 Exemplo de ptio de secagem de peas cermicas ................. Figura 2.4 Exemplo de fluxograma de produo de blocos cermicos ...... Figura 2.5 Perdas na extruso ................................................................... Figura 2.6 Perdas no transporte e queima ................................................. Figura 2.7 Patologias em alvenarias .......................................................... Figura 2.8 Diferentes formas de blocos em solo-cimento .......................... Figura 2.9 Passagem de tubulaes hidrulicas e eltricas ...................... Figura 2.10 Modelos comerciais de prensas .............................................. Figura 2.11 Fluxograma de produo do bloco em solo-cimento .............. Figura 2.12 Formao de eflorescncias e fungos no bloco ...................... Figura 2.13 Formatos de tijolos de solo cru ............................................... Figura 2.14 Diferentes moldes para tijolos prismticos .............................. Figura 2.15 Ziggurate de Ur (Detalhe da Escadaria) Mesopotmia ........ Figura 2.16 Trincas provocadas por deformaes nas vigas ..................... Figura 2.17 Relao de resistncia para os diferentes grupos de grautes Figura 2.18 Modelos para alvenaria estrutural ........................................... Figura 2.19 Curva de isovalores de deslocamentos e deformaes em Y MODELO 1 ................................................................................................. Figura 2.20 Curva de isovalores das tenses em Y e das tenses principais S3 - MODELO 1 ........................................................................... Figura 2.21 Curva de isovalores de deslocamentos e deformaes em Y MODELO 2 ................................................................................................. Figura 2.22 Curva de isovalores das tenses em Y e das tenses principais S3 - MODELO 2 ........................................................................... Figura 2.23 Curva de isovalores de deslocamentos e deformaes em Y MODELO 3 ................................................................................................. Figura 2.24 Curva de isovalores das tenses em Y e das tenses principais S3 - MODELO 3 ........................................................................... 34 33 33 32 31 31 02 05 05 07 10 11 11 12 14 16 16 17 18 19 19 20 23 27 30

VII Figura 2.25 Curva de isovalores de deslocamentos e deformaes em Y MODELO 4 ................................................................................................. Figura 2.26 Curva de isovalores das tenses em Y e das tenses principais S3 MODELO 4 .............................................................................. Figura 2.27 Relao entre os valores de deslocamento obtidos nos modelos numricos 1 e 2 e nos ensaios paredes sem graute ................... Figura 2.28 Relao entre os valores de deslocamento obtidos nos modelos numricos 3 e 4 e nos ensaios paredes grauteadas ................... Figura 2.29 reas lquidas dos blocos analisados ..................................... Figura 2.30 Distribuio de tenso de compresso no plano de direo Z das morfologias analisadas (MPa) ................................................................ Figura 2.31 Distribuio de tenso de compresso em Z das morfologias (MPa) ............................................................................................................. Figura 3.1 Organograma das etapas de caracterizao ............................ Figura 3.2 Equipamento de EDX ................................................................ Figura 3.3 Processo de produo do bloco prensado e queimado ............ Figura 3.4 Misturador ................................................................................. Figura 3.5 Prensa manual .......................................................................... Figura 3.6 Blocos prensados manualmente ............................................... Figura 3.7 Prensa mecnica ...................................................................... Figura 3.8 Blocos prensados mecanicamente ........................................... Figura 3.9 Blocos extrudados prontos para queima ................................... Figura 3.10 Blocos em solo cimento .......................................................... Figura 3.11 Prismas preparados para ensaio ............................................ Figura 3.12 Aparelho Slake Durability ........................................................ Figura 3.13 Peas de um grupo preparadas para o ensaio ....................... Figura 3.14 Bloco padro usado na modelagem numrica e nos ensaios experimentais ................................................................................................ Figura 3.15 Conveno de eixos .................................. ............................ Figura 3.16 Fundo do bloco: restrio dos ns do encaixe ........................ Figura 3.17 Prisma usado na modelagem numrica .................................. Figura 3.18 Fundo do prisma: restrio dos ns do encaixe ..................... Figura 3.19 Parede usada na modelagem numrica ................................. Figura 3.20 Detalhe do meio bloco utilizado na parede ............................. 54 55 56 56 57 58 58 39 40 42 43 43 45 45 46 47 48 49 50 51 51 38 36 37 36 35 35

VIII Figura 3.21 Resumo dos ensaios ............................................................... Figura 4.1 Curva granulomtrica do material usado .................................. Figura 4.2 Blocos empacotados para no perderem a umidade ............... Figura 4.3 Disperso entre resistncia e umidade - prensagem manual ... Figura 4.4 Disperso entre resistncia e umidade prensagem mecnica ....................................................................................................... Figura 4.5 Blocos prensados e queimados ETAPA-MANUAL ................... Figura 4.6 Durabilidade referente aos ciclos de desgaste do Slake Durability do bloco prensado e queimado mecanicamente ........................... Figura 4.7 Durabilidade referente aos ciclos de desgaste do Slake Durability do bloco prensado e queimado manualmente .............................. Figura 4.8 Ensaio em prismas .................................................................... Figura 4.9 Desgaste dos blocos solo-cimento ......................................... Figura 4.10 Resistncia compresso dos blocos .................................... Figura 4.11 Absoro mdia dos blocos .................................................... Figura 4.12 Perda mdia do peso para 2 e 5 ciclos de desgaste ........... Figura 4.13 Absoro mdia dos blocos .................................................... Figura 4.14 Resistncia mdia compresso dos blocos ......................... Figura 4.15 Perda mdia do peso para 2 e 5 ciclos de desgaste ........... Figura 4.16 Perda mdia por secagem e molhagem ................................. Figura 4.17 Distribuio de tenses no bloco, vista superior MOD B01 .... Figura 4.18 Distribuio de tenses no bloco, vista inferior MOD B01 ...... Figura 4.19 Distribuio de deformaes no bloco, vista superior MOD B01 ................................................................................................................ Figura 4.20 Distribuio de deformaes no bloco, vista inferior MOD B01 ................................................................................................................ Figura 4.21 Distribuio de tenses no bloco, vista superior MOD B02 .... Figura 4.22 Distribuio de tenses no bloco, vista inferior MOD B02 ...... Figura 4.23 Distribuio de deformaes no bloco, vista superior MOD B02 ................................................................................................................ Figura 4.24 Distribuio de deformaes no bloco, vista inferior MOD B02 ................................................................................................................ Figura 4.25 Distribuio de tenses no prisma, vista superior MOD P01 .. Figura 4.26 Distribuio de tenses no prisma, vista inferior MOD P01 .... 86 87 87 85 84 84 85 83 68 71 73 74 75 76 77 78 79 80 82 83 68 64 65 59 60 63 63

IX Figura 4.27 Distribuio de deformaes no prisma, vista superior MOD P01 ................................................................................................................ Figura 4.28 Distribuio de deformaes no prisma, vista inferior MOD P01 ................................................................................................................ Figura 4.29 Distribuio de tenses no prisma, vista superior MOD P02 .. Figura 4.30 Distribuio de tenses no prisma, vista inferior MOD P02 .... Figura 4.31 Distribuio de deformaes no prisma, vista superior MOD P02 ............................................................................................................... Figura 4.32 Distribuio de deformaes no prisma, vista inferior MOD P02 ................................................................................................................ Figura 4.33 Resultados numricos e experimentais .................................. Figura 4.34 Prisma sendo ensaiado ........................................................... Figura 4.35 Distribuio de tenses na paredinha MOD01 .................... Figura 4.36 Distribuio de tenses na paredinha MOD02 .................... Figura 4.37 Deslocamento MOD02 ......................................................... Figura 4.38 Deformaes ........................................................................... 90 91 92 93 93 94 95 90 88 89 89 88

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LISTA DE TABELAS Tabela 2.1 Nmeros do setor cermico ..................................................... Tabela 2.2 Valores-limite segundo a NBR 10834 ...................................... Tabela 2.3 Valores de eficincia parede-bloco .......................................... Tabela 2.4 Valores de eficincia prisma-bloco ........................................... Tabela 2.5 Equao para determinao do mdulo de elasticidade da alvenaria de tijolos cermicos ....................................................................... Tabela 2.6 Resistncia compresso de blocos, prismas e grautes ........ Tabela 2.7 Exigncias segundo a NBR 15.270 .......................................... Tabela 2.8 Parmetros adotados nas simulaes ..................................... Tabela 3.1 Classificao da durabilidade de rochas em funo da perda de massa no ensaio Slake Durability ............................................................ Tabela 3.2 Lotes de ensaios com o determinado nmero de repeties ... Tabela 3.3 Parmetros de entrada no software ......................................... Tabela 4.1 ndices de Atterberg ................................................................. Tabela 4.2 Teores qumicos do material utilizado na confeco dos blocos cermicos e dos blocos prensados e queimados (% em peso) ........ Tabela 4.3 Resistncia mecnica dos blocos prensados e queimados ..... Tabela 4.4 Absoro dos blocos prensados e queimados .......................... Tabela 4.5 Resultados dos ensaios nos prismas de blocos prensados e queimados ..................................................................................................... Tabela 4.6 Resultados dos ensaios a compresso de blocos em solocimento .......................................................................................................... Tabela 4.7 Resultados de absoro de blocos em solo-cimento ............... Tabela 4.8 Resumo de carregamentos e modelos utilizados .................... 71 72 72 70 62 66 67 52 52 54 61 26 27 28 38 8 17 24 25

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LISTA DE SMBOLOS E ABREVIATURAS a. C. ABCP ABNT BNH BPQ BPR c:a:p CBR CEBRACE CEPED CP CPA CPs DNER EDX EMBRAPA IBGE IP IPT kg kgf/s km km2 LL LP Mf Mi MIT SC Antes de Cristo Associao Brasileira de Cimento Portland Associao Brasileira de Normas Tcnicas Banco Nacional da Habitao Bloco Prensado e Queimado Bureau of Public Roads Trao - Cimento:areia:brita ndice de Suporte Califrnia Centro Brasileiro de Construes e Equipamentos Escolares Centro de Pesquisas e Desenvolvimento Corpo-de-prova Portland Cement Association Corpos-de-prova Departamento Nacional de Estradas de Rodagem Aparelho de fluorescncia de raios-X de energia dispersiva Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuria Instituto Brasileiro de Geografia e Estatstica ndice de Plasticidade Instituto de Pesquisas Tecnolgicas do Estado de So Paulo Quilograma Quilograma fora por segundo Quilmetro Quilmetro quadrado Limite de Liquidez Limite de Plasticidade Massa seca final do bloco Massa seca inicial do bloco Massachussets Institute of Tecnology Solo-cimento

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1. INTRODUO Um importante plo da indstria de cermica vermelha no Brasil o municpio de Campos dos Goytacazes que produz cerca de 40% da produo de cermica vermelha do Estado do Rio de Janeiro, possuindo mais de 100 empresas no setor, isso se justifica pela vasta reserva de argila. Segundo Xavier (2001), a regio possui depsitos quaternrios do tipo aluvionares, com abundncia em material argiloso. A produo concentra-se na fabricao de tijolos e telhas e, em menor escala, na fabricao de blocos estruturais. Inmeros processos construtivos so usados em tempos atuais, processos que marcaram pocas de nossa histria e so insubstituveis. A evoluo da construo civil baixa se comparada com outras tcnicas de diferentes reas. Um processo conhecido que, agora, tenta ganhar espao o da construo modular, que planejado do incio ao fim, diminuindo consideravelmente desperdcios, pois suas paredes so formadas por blocos com dimenses que se completam. A alvenaria estrutural, acompanhada dessas modulaes, ganhou fora no Brasil na dcada de 80, quando pesquisadores comearam a desvendar e analisar materiais e formatos para produo dos blocos. Um outro processo muito conhecido nas construes o bloco em solo cimento, que pode, em muitos casos, ser fabricado no prprio canteiro de obra, quando acompanhado de uma orientao tcnica. O sistema de prensagem facilita o aparecimento de um modelo que vem ganhando espao nas construes, o bloco macho e fmea (encaixe). Essa caracterstica (encaixe), juntamente com a modulao das paredes, possibilita ao construtor um ganho de tempo na montagem das alvenarias, j que esse processo favorece o assentamento dos blocos, dispensando o uso da argamassa. Na tentativa de aliar a cermica vermelha que usa, para produo dos artefatos, o processo de extruso, tcnica de prensagem de blocos, que permite formar blocos macho e fmea, surge uma nova alternativa para a construo, a de blocos prensados e queimados de encaixe.

2 1.1 Motivao O desperdcio com materiais e a baixa produtividade das obras fazem com que novos materiais e novas tcnicas surjam, a fim de minimizar tais conseqncias. Afonso (2005) salienta a necessidade de se buscar maneiras racionais de desenvolvimento, passando decisivamente pela insero desse grande mercado na busca por solues que minimizem os impactos ambientais provocados pelo setor. As causas do grande desperdcio originam-se em projetos no modulados e em pequenas modificaes no previstas em oramentos, acrescidos pela falta de processos construtivos racionalizados. A oportunidade de modular a alvenaria, evitando improvisos bem vista por construtoras e engenheiros. A reduo nos custos finais e a minimizao dos resduos gerados, aliadas a tcnica de encaixe j conhecida dos blocos em solocimento, faz deste trabalho uma oportunidade para o incio de uma evoluo gradativa nas construes, formando uma nova morfologia para bloco cermico, o qual deixa de ser extrudado e passa a ser prensado. A Figura 1.1 apresenta os modelos de blocos estudados.

a) bloco cermico

b) bloco solo-cimento

c) bloco prensado e queimado

Figura 1.1 Modelos de blocos Para desenvolver uma nova tcnica, alm de se analisar o novo modelo proposto, h a necessidade de se avaliar os modelos semelhantes a fim de apontar qualidades e defeitos. A prensagem define caractersticas s peas s quais os blocos extrudados no atendem em muitos casos: uniformidade, teor de umidade e a capacidade de apresentarem salincias em sua forma, possibilitando o encaixe. Testes preliminares em prensas manuais demonstraram que a umidade do material deve ser inferior do material extrudado. Ao ser extrudado, o material est com umidade prxima ao limite

3 de plasticidade e suas partculas so unidas atravs da presso provocada pela extrusora. Na prensagem, o material, ao ser colocado na forma, deve estar com uma umidade de tal forma que seus gros ocupem, sem nenhuma fora aplicada, a maior quantidade de material possvel a fim de diminuir os espaos vazios e, depois de prensados, reduzi-los ainda mais.

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2. REVISO DA LITERATURA

2.1 Solo So diversas as definies para o solo, variando para cada cincia que o estuda. Segundo a EMBRAPA (1999), o solo uma coleo de corpos naturais, que possui trs fases: uma slida, uma lquida e uma gasosa, que forma a maior parte do manto superficial das extenses continentais. Ele pode ser vegetado e conter matrias vivas, podendo tambm ser modificado pela ao humana. Segundo Casanova (2004a), o solo provavelmente foi a primeira e mais antiga argamassa empregada pelo homem. Os vestgios de habitaes artificiais humanas no perodo Mesoltico, 12.000 a.C., encontrados em diferentes tipos de stios arqueolgicos das antigas civilizaes, confirmam o uso do solo em paredes e telhados.

2.1.1 Compactao do solo Segundo Pinto (2000), a compactao de um solo a sua densificao atravs de uma determinada energia de compactao aplicada a um solo. Xavier (2001) comenta, ainda que, quanto maior a compactao, menor a deformabilidade (maior a rigidez) e maior a capacidade de cargas, conseqentemente, maior a resistncia. Noni Jr. (2005) realizou estudos no controle dimensional de placas cermicas e observa que o binmio presso-umidade o maior responsvel pelo comportamento durante a compactao dos ps-cermicos granulares contendo argila. A fase de compactao do material permite moldar a pea. Quando a presso se d sobre o material, pode-se descrever alguns fenmenos observados: consolidao permanente do material, ou seja, um aumento na compactao do corpo, que persiste mesmo aps a retirada da carga;

5 uma expanso do material aps a retirada da fora, devido compresso elstica das partculas, ligantes e lubrificantes lquidos, bem como do gs presente do corpo; fluxo de lquidos e gases atravs dos poros do corpo por fluxo viscoso; atrito entre as partculas e entre estas e as paredes do molde o que provoca uma distribuio heterognea da presso de compactao no volume do material. Uma forma de controle numa produo industrial na etapa de prensagem a determinao de densidade aparente, peso e espessura das peas.

2.2 Argila A argila um material natural, terroso, de granulao fina, que geralmente adquire, quando umedecido com gua, certa plasticidade. Quimicamente, so as argilas formadas essencialmente por silicatos hidratados de alumnio, ferro e magnsio (Santos, 1989). Ainda segundo Santos (1989), as argilas so constitudas essencialmente por partculas cristalinas extremamente pequenas de um nmero restrito de minerais conhecidos como argilominerais. Quimicamente, os argilominerais so compostos por silicatos hidratados de alumnio e ferro, contendo ainda, geralmente, certo teor de elementos alcalinos e alcalinos-terrosos. Os silicatos de alumnio possuem formas lamelares, compostas por tetraedro de silcio (Figura 2.1) ordenados em forma de hexgonos, formando folhas e condensados por camadas de octaedros com alumnio ou magnsio ao centro (Figura 2.2).

Figura 2.1 - Tetraedro de Slica Fonte: BUENO e VILAR (1980) - Adaptado

Figura 2.2 - Octaedro de Alumnio

Os argilominerais so minerais secundrios da forma 2:1 ou 1:1 em que h dois tetraedros de slica para um octaedro de alumnio, e um octaedro de alumnio

6 para um tetraedro de slica, respectivamente, formando, assim, conjuntos de lminas finas sobrepostas. Essas formaes podem se associar em novas formas diferentes, classificando como um argilomineral, pelo nmero de estruturas, acomodao ou distncia entre as lminas, grau de saturao. Segundo Azambuja (2004), a resistncia de uma argila funo das foras eltricas atuantes entre as partculas e das tenses de contato. Alm disso, o espao entre as partculas, a sua orientao, as tenses externas aplicadas, as caractersticas do lquido permeante e tudo o que afetar as foras eltricas interpartculas, afetaro a resistncia das argilas. Quanto maiores as foras eltricas que atuam entre as partculas e as tenses de contato interpartculas, maior ser a resistncia de uma massa de argila.

2.2.1 Argila na Indstria Cermica A palavra cermica derivada da palavra grega kerameikos, que significa feito de terra ou terroso. Muito usada na indstria para fabricao de peas para a construo civil, como: ladrilhos, blocos, manilhas, telhas, entre outros, a argila ganhou espao at mesmo entre os utenslios reais ingleses, quando Josianh Wedwood comunicou Royal Society da Inglaterra os primeiros resultados de seus trabalhos sistemticos de pesquisa sobre cermica, que compreenderam perto de 7000 experincias de queima, dentre elas, a massa que resultou na loua da famlia inglesa. As propriedades apresentadas por certas argilas como suportar, sem se deformar, altas temperaturas e tambm ataques corrosivos, proporciona, ao material cermico, uma grande e vasta rea de estudo. Tal valor foi percebido aps observaes nos diferentes tempos da histria, em que esses materiais sempre revestiam fornos, habitao ou eram usados como utenslios domsticos. Atualmente, o material cermico usado em foguetes, fornos, satlites, entre outros. A prtica de se misturar barro com fibras vegetais para depois mold-los na forma de tijolos ou blocos uma das muitas tcnicas de construo com terra conhecida pelo homem desde a Antigidade (Valenciano, 1999). A indstria cermica uma das mais antigas da humanidade. Constatada por historiadores, que observaram, atravs de escavaes, que o homem pr-histrico calafetava as cestas de vime com o barro e, ainda, potes feitos

7 somente com o material argiloso. Posteriormente, observaram que o calor endurecia o barro. Mais tarde, com o uso de diferentes argilas, que possivelmente possuam baixo ponto de fuso, apareceram os elementos vidrados e vitrificados. Por volta de 4.000 a.C. ,os assrios j obtinham cermica vidrada. Com o aparecimento do torno de oleiro, inventado pelos semitas, as peas cermicas puderam ser fabricadas com melhor qualidade e rapidez.

2.3 Material Cermico A cermica tem um papel importante para economia do pas, com participao no PIB (Produto Interno Bruto) estimada em 1%, segundo dados da ANFACER, o que correspondeu a um faturamento de 15,6 bilhes de reais em 2003. A abundncia de matrias-primas naturais, fontes alternativas de energia e disponibilidade de tecnologias prticas embutidas nos equipamentos industriais fizeram com que as indstrias brasileiras evolussem rapidamente e muitos tipos de produtos dos diversos segmentos cermicos atingissem nvel de qualidade mundial com aprecivel quantidade exportada. A indstria da cermica vermelha vem buscando, cada vez mais, a obteno de materiais durveis, propiciando a ampliao do mercado e o crescimento do valor agregado ao produto final, favorecendo confiabilidade ao produto. Um grande desafio da indstria cermica produzir com eficincia e qualidade, formando peas uniformes, minimizando o desperdcio. As etapas de fabricao das peas cermicas necessitam de grandes espaos fsicos, tanto para a produo, quanto para estocagem e secagem (Figura 2.3).

Figura 2.3 Exemplo de ptio de secagem de peas cermicas

8 Segundo dados da Associao Brasileira de Cermica (Tabela 2.1), em 2003, o setor gerou cerca de 214 mil empregos diretos o que denota sua importncia no cenrio nacional. Tabela 2.1 Nmeros do setor cermico. Fonte: ABC 2003CERMICA VERMELHA Nmero de Unidades Produtoras (empresas) Nmero de Peas/Ano (bloco) Nmero de Peas/Ano (telha) Quantidade Produzida (em massa t/ano) Matria-Prima (argilas) Produo Mdia por Empresa (peas/ms) Faturamento (R$ bilhes) Empregos Diretos Fonte: Dados levantados pela ABC referentes a 2003 7.000 25.224.000 4.644.000 64.164.000 82.260.000 365.000 4,2 214.000

2.3.1 Queima Segundo Ross (1991), o objetivo da queima em cermica transformar um material frivel num produto resistente atravs da ao do calor. Durante a queima, o material sinteriza. As partculas, em contato mecnico, criam continuidade da matria na regio do contato, isto , as partculas se unem umas as outras em nvel atmico. Os contatos formados crescem em funo do transporte dos tomos ou ons para esta regio. Ao longo da queima, ocorre uma srie de transformaes qumicas e fsicas no material: perda de massa associada s transformaes qumicas, densificao e vitrificao associada a transformaes fsicas (Noni Jr., 2005).

Transformaes fsicas: - Desidratao: perda da umidade, de capilaridade e de gua absorvida. - Dilatao e Retrao Trmica: variao das dimenses das placas com o aquecimento e resfriamento. - Transformaes alotrpicas: mudana do arranjo cristalino de determinados materiais, a mais conhecida a transformao do quartzo de para a 573 C.

9 - Fuso: mudana de estado fsico do slido para o lquido. - Sinterizao: transporte do material ainda no estado slido de uma regio qualquer para a regio de interface entre duas ou mais partculas.

Transformaes qumicas devido ao processo trmico: - Perda de gua de constituio: gua que faz parte da estrutura cristalina dos argilominerais. - Decomposio da matria orgnica. - Decomposio de carbonatos: CaCO3 CaO + CO2 . - Aumento de oxidao dos xidos de ferro e enxofre. - Formao de novas fases: mulita, por exemplo.

2.3.2 Processo de Fabricao Os processos de fabricao empregados pelos diversos segmentos cermicos assemelham-se parcial ou totalmente. O setor que mais se diferencia quanto a esse aspecto o do vidro, embora exista um tipo de refratrio (eletrofundido), cuja fabricao se d atravs de fuso, ou seja, por processo semelhante ao utilizado para a produo de vidro ou de peas metlicas fundidas. Esses processos de fabricao podem diferir de acordo com o tipo de pea ou material desejado. De um modo geral, eles compreendem as etapas de preparao da matria-prima e da massa, formao das peas, tratamento trmico e acabamento. No processo de fabricao, muitos produtos so submetidos esmaltao e decorao (ABC, 2003). No caso dos blocos cermicos, o fluxograma abaixo (Figura 2.4) ilustra o processo de fabricao. Diferentes tipos de argilas podem ser usadas para a fabricao de uma pea, quando, em muitos casos, as indstrias executam-nas de maneira aleatria, sem nenhum estudo prvio das propriedades fsicas e qumicas. Faz-se a dosagem da massa com um ou mais material argiloso, o qual levado para homogeneizao da mistura. Lamina-se e posteriormente segue para a extruso. O corte das peas realizado e o material levado para secagem por processo mecnico ou natural. Aps esse perodo, levado para queima e, em seguida, estocagem.

10 Argila 1 Argila 2

Dosagem

Alimentao

Estocagem

Mistura

Queima

Laminao

Secagem

Extruso

Corte

Figura 2.4 Exemplo de fluxograma de produo de blocos cermicos

2.3.3 Perdas Como na maioria dos processos produtivos, o setor cermico tambm possui perdas. A grande parte do processo mecnico, o que levaria a uma perda mais baixa, mas no isso que ocorre na prtica. As perdas acontecem em todas as etapas de produo, desde a extruso at a embalagem do produto final. J na homogeneizao, quando constatada uma mistura no adequada, o bloco j extrudado descartado como observado na Figura 2.5. Outras partes do processo, com elevadas perdas, so o transporte e o manuseio.

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Figura 2.5 - Perdas na extruso Chamote, nome dado ao caco de tijolo, quando descartado por problemas na pea, um grande problema para o setor, tanto na rea produtiva quanto na rea ambiental. As elevadas quantidades geram inmeros problemas, pois no podem ser descartados na natureza, tomando grandes espaos nas empresas (Figura 2.6). Segundo Vieira et al. (2004), h um percentual de perda aps queima bastante variado. As cermicas que adotam critrios de controle de qualidade apresentam uma perda na etapa de queima entre 0,5% e 1%. Entretanto, algumas cermicas chegam a apresentar 10% de perda da produo somente na etapa de queima.

Figura 2.6 - Perdas no transporte e na queima

12 2.3.4 Patologias em blocos cermicos Alguns problemas podem ser encontrados em blocos cermicos. Sua durabilidade pode ser afetada devido aos inmeros problemas encontrados em diversas obras. A Figura 2.7 (a e b) representa a degradao em ambientes salinos.

a) Degradao rpida em alvenaria em ambiente b) Degradao rpida em alvenaria em ambiente marinho Grussa-RJ marinho Maca-RJ

Figura 2.7 (a e b) Patologias em alvenarias (Xavier, 2006) Xavier (2006) observa que fenmenos podem ser explicados por diferentes fatores: baixa proteo mecnica, clima tropical, dentre outros, mas sendo o principal fator a m qualidade dos produtos. No Brasil, o clima tropical impe intensas variaes de temperatura e umidade Os agentes atmosfricos ou de intemperismo que atuam diretamente nos materiais cermicos so (Frasca, 2005): Umidade na forma de chuva, nvoa e umidade relativa do ar; Insolao e resfriamento sazonais: responsveis pelos movimentos de dilatao e contrao trmicos; Temperatura do ar: tende a acelerar as reaes qumicas; Vento: energia cintica que promove a ao abrasiva sobre as paredes. Os mecanismos que atuam na degradao de materiais cermicos so naturalmente os mesmos que atuam nos processos intempricos: fsicos, qumicos e microbiolgicos. Os agentes fsicos e qumicos so devido mudana de

13 temperatura e presena de umidade, o agente fsico provoca dilatao e contrao trmica e, como efeito, produz tenses internas na pea cermica. Maia et al. (2004) avaliaram a durabilidade de materiais cermicos da regio de Campos dos Goytacazes-RJ. Fez-se a alterao acelerada em laboratrio e em campo, utilizando diferentes tempos ou intensidade de alterao. Utilizaram a lixiviao contnua e ciclos de umidade como procedimentos de laboratrio para a acelerao da degradao. Pedroti et al. (2006) estudaram a durabilidade dos blocos cermicos extrudados conforme a temperatura de queima e constataram que o aumento da temperatura melhora a durabilidade da pea, quando submetidos a ensaios de desgaste. As conseqncias de uma m qualidade do produto (bloco) podem acarretar deficincias na constituio das construes, no caso da alvenaria estrutural, podem levar at mesmo runa da edificao.

2.4 Solo-cimento Solo-cimento definido como a mistura de solo pulverizado, cimento Portland e gua que, sob compactao a um teor de umidade tima, forma um material estruturalmente resistente, estvel, durvel e de baixo custo (Freire, 1976). As primeiras tentativas para uso do solo-cimento como um material de construo civil, durvel e econmico, ocorreram em Sarasota, na Flrida (EUA), em 1915, por um construtor que fez a pavimentao de uma rua com uma mistura de areia de praia, conchas e cimento, mas, pela falta de tecnologia na poca, essas e outras experincias se tornaram invlidas, descreve Pitta (1995). Ralph Proctor, em 1929, mostrou o efeito da compactao na melhoria das caractersticas mecnicas e hidrulicas dos solos influenciadas pela relao entre a massa especfica aparente, a umidade e a energia de compactao. A partir de bons resultados, como Pitta (1995) descreve, na construo entre 1932 e 1934, de um trecho de 160 m de comprimento e 6 m de largura, com 15 cm de espessura de uma pista de rodagem, realizada pelo Departamento de Estradas e Rodagem do Sul da Califrnia, a Portland Cement Association (PCA) comeou, de forma intensiva, a pesquisar meios cientficos de fixar uma proporo tima de

14 cimento para cada tipo de solo que garantisse, ao produto final, uma boa resistncia mecnica e possusse uma durabilidade aos agentes agressivos e ao tempo. O incio da utilizao do solo-cimento, no Brasil, ocorreu em 1940, pelas Associao Brasileira de Cimento Portland (ABCP) e Diretoria da Aeronutica Civil, na construo da pista de circulao do aeroporto de Santos Dumont no Rio de Janeiro. Em seguida, fez-se, em maro de 1941, um trecho da estrada de Osasco e, logo aps, a estrada federal Caxambu-MG/Areias-SP. O uso do solo-cimento para fabricao de tijolos (Figura 2.8) vem sendo pesquisado no Brasil h muito tempo, constituindo um dos elementos principais da construo com solo, da a necessidade de se conhecer os materiais utilizados, principalmente o solo, que deve ser fsica e mecanicamente caracterizado, estudando-se a resistncia compresso simples do material solo-cimento, determinada, experimentalmente, em corpos-de-prova, tijolos e painis de alvenaria, analisando-se tambm a deformabilidade (Rolim et al., 1999).

Figura 2.8 - Diferentes formas de blocos em solo-cimento No final da dcada de 40, segundo Silva (1994), d-se incio ao uso do solocimento nas habitaes do Brasil, com a construo das casas do Vale Florido, em Petrpolis (RJ), ainda nessa mesma dcada, foi construdo o Hospital Adriano Jorge, do Servio Nacional de Tuberculose, em Manaus, com cerca de 10.800m2. A vantagem dessa modalidade de construo fica na grande facilidade da fabricao, a qual pode ser feita no prprio local da obra, utilizando at mesmo o solo das prprias fundaes, a partir de uma dosagem adequada. Segundo

15 Fiquerola (2004), no final da dcada 70, o antigo BNH (Banco Nacional da Habitao) aprovou a tcnica para construes de habitaes populares. Na poca, estudos feitos pelo IPT (Instituto de Pesquisas Tecnolgicas do Estado de So Paulo) e pelo CEPED (Centro de Pesquisas e Desenvolvimento) comprovaram que, alm do bom desempenho termoacstico, o solo-cimento aplicado em construes gerava uma reduo de custos de 20% a 40% , se comparado alvenaria tradicional de tijolos de barro ou cermica. Alm da utilizao do solo-cimento para a fabricao de blocos e em pavimentao, tambm foi empregado em quadras esportivas, revestimento de barragens, silo trincheira, terreiros de caf, obras de conteno e paredes monolticas. Lima (2006) fez estudo com diferentes solos da cidade de Campos dos Goytacazes RJ e props a anlise de viabilidade de materiais para o uso em blocos de solo -cimento em regies carentes, com adies de 5% e 10% de cimento, em relao ao volume total. Constatou diferentes desempenhos de absoro e de resistncia mecnica dos blocos.

2.4.1 Fabricao dos Tijolos em solo-cimento A possibilidade da fabricao dos blocos na prpria construo, como j mencionado, gera diminuio de custo no transporte, economia de combustvel, dispensa de mo-de-obra especializada e os tijolos possuem aparncia regular, dispensando o uso de revestimentos. Uma boa dosagem, seguida de uma compactao bem executada e uma boa cura do cimento, faz do bloco em solo-cimento uma alternativa simples e econmica para a habitao. Outra grande vantagem dos blocos prensados o formato de encaixe do tipo macho e fmea, o que acelera o processo de montagem (Figura 2.9-a) e diminui o desperdcio pois as tubulaes podem ser embutidas (Figura 2.9-b), passando entre os furos, evitando os rasgos nas paredes.

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a) Processo de encaixe

b) Instalaes hidrulicas e eltricas embutidas

Figura 2.9 Passagem de tubulaes hidrulicas e eltricas Os processos de moldagem dos blocos podem ser feitos por prensas hidrulicas, mecnicas (Figura 2.10-a) ou manuais (Figura 2.10-b). A produtividade e a qualidade de prensagem so fatores importantes que diferenciam tais equipamentos. A prensagem, usando um equipamento manual, dependendo da demanda, pode comprometer todo o processo e o cronograma de obra, uma alternativa o uso pelo equipamento automatizado, que possui caractersticas que garantem uma melhor uniformidade da pea, j que a fora de prensagem mecnica ou hidrulica.

a ) Prensa Mecnica

b) Prensa Manual

Figura 2.10 Modelos comerciais de prensas Fonte:www.man.com.br Vrios fatores influenciam na produo: nmero de operrios, nmeros de misturas, a forma de alimentao das prensas, o nmero de vezes que as misturas sero peneiradas, a forma dos gros em seu estado natural, entre outros, at a prensagem.

17 A seguir, o fluxograma de fabricao do tijolo em solo-cimento (Figura 2.11) de produo bsico, desde sua mistura at prensagem. Aps a etapa de prensagem, os blocos so levados para uma cmara mida, onde devero permanecer para hidratao do cimento. Solo + Cimento + gua

Solo

Destorroamento

Dosagem

Prensagem

Peneiramento

Homogeneizao

Cura Figura 2.11 Fluxograma de produo do bloco em solo-cimento A cura dos blocos essencial para atender s normas de bloco em solocimento. A NBR 10.834 apresenta a Tabela 2.2 abaixo, resumindo valores limites para a resistncia mecnica e a absoro de gua, aos 28 dias, dos lotes. Tabela 2.2 Valores-limite segundo a NBR 10834.Valores-limite (aos 28 dias) Resistncia compresso (MPa) Absoro de gua (%) Mdia 2,0 20 Individual 1,7 22

2.4.2 Patologias nos blocos em solo-cimento O estudo da durabilidade nos blocos em solo-cimento de grande importncia. A qualidade da obra est diretamente relacionada qualidade do bloco e dos materiais empregados. O aparecimento de eflorescncias e fungos (Figura 2.12) comum nas primeiras fiadas, quando esses ficam em contato direto com a umidade, necessitando de uma proteo adicional aos mesmos.

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Figura 2.12 Formao de eflorescncias e fungos no bloco Lopes (2002) comenta que o solo-cimento afetado pelo conjunto de propriedades do solo, de tal maneira que a persistncia de apenas uma caracterstica desfavorvel pode compromet-lo, contra-indicando-o ou exigindo medidas especiais, muitas vezes, onerosas para o seu aproveitamento. A existncia da elevada variedade de solos faz com que o produtor faa constantes ensaios de caracterizao nesse material.

2.5 Adobe Adobe, por definio segundo traduo do texto ingls, palavra de origem espanhola usada no sudoeste dos Estados Unidos para designar argilas adaptadas manufatura de tijolos crus, secos ao sol. s construes feitas com esse tipo de tijolo, do-se o nome de construes de adobe. Esse material pode resistir a tenses de compresso na ordem de 7 MPa, mas fica com o inconveniente de no poder, de forma alguma, entrar em contato com gua, pois tornar-se- plstico. Quanto ao formato dos tijolos de adobe, no est restrito a um nico modelo retangular e pode ser encontrada, na literatura, grande diversidade de formas e dimenses, em que h evoluo do formato do tijolo de adobe no decorrer da histria de algumas culturas (Doat et al, 1990). Os tijolos de adobe iniciaram-se com

19 formato cnico, depois passaram a piriforme, a seguir vieram a ser fabricados nas formas semi-esfrica, dentiforme e, por fim, prismtica, Ainda hoje, em Togo e no norte da Nigria, fabricam-se tijolos piriformes sem auxlio de moldes, em que as paredes so executadas com espessura de dois ou trs tijolos. Fassoni (2000b) apresenta um resumo da evoluo do formato do tijolo de solo cru (Figura 2.13) e dos diferentes moldes para tijolos prismticos de adobe (Figura 2.14).

Figura 2.13 - Formatos de tijolos de solo cru: 1 - cnico, 2 - piriformes, 3 semi-esfricos, 4 - dentiformes, 5 - plano-convexos e 6 - prismticos.

Fonte: Fassoni (2000b).

Figura 2.14 - Diferentes moldes para tijolos prismticos, moldes para confeco de 1, 2 ou vrios ao mesmo tempo.

2.6 Alvenaria Estrutural A alvenaria como moradia muito antiga, Gomes (1983) relata que, por volta do ano 10.000 a.C., ela j era usada pelas civilizaes Assria e Persa. Esses povos desenvolveram tijolos queimados ao sol como material base para a construo. Com a evoluo da tecnologia, em torno do ano 3.000 a.C., surgiram os primeiros tijolos

20 de barro queimados em fornos, obtendo-se, assim, um material mais resistente e mais durvel. Loureno (1996) cita construes israelitas como as pioneiras em alvenaria de pedra. Eram cabanas circulares e semi-circulares com dimetros que variavam de 3 a 9 metros. Segundo o autor, somente no perodo de 8.350 a 7.350 a.C., teriam sido desenvolvidos os primeiros tijolos de barro queimados ao sol. Diversas obras espalhadas ao longo dos tempos impressionam pela magnitude e pela forma que ainda mistificam suas construes. Obras como: as Pirmides do Egito, erguidas h mais de 4.000 a.C.; Muralha da China, construda entre 300 e 200 a.C.; templo de Ziggurat (Figura 2.15); Farol de Alexandria; Runas do Coliseo de Roma terminado em 82 d.C., entre outras.

Figura 2.15 - Ziggurate de Ur ( Detalhe da Escadaria ) Mesopotmia

Aly (1992) observa que: Todas estas estruturas foram construdas em alvenaria ciclpica at o incio do sculo e foram dimensionadas empiricamente com base na experincia acumulada pelos construtores, onde o mtodo mais utilizado era o da tentativa e do erro. Como no havia estudos aprofundados em tal prtica, as estruturas eram super-dimensionadas, resultando em custos mais elevados de construo. Como exemplo clssico dessa prtica pode-se citar o edifcio Monadock Building, ainda existente, construdo em Chicago durante os anos de 1889 e 1891, com 16 andares. Com os conhecimentos ainda incipientes da poca, esse edifcio teve as paredes da base dimensionadas e construdas com 180 cm de espessura, sendo suas

21 fundaes executadas sobre blocos de pedras que funcionam como sapatas. Segundo Schneider (1970), se fossem utilizados os recursos hoje existentes de clculo, as paredes desse edifcio teriam na base 30 cm de espessura. Ainda segundo Schneider, o marco inicial para o uso racional de alvenaria estrutural foi o documento publicado na ndia, em 1923. Posteriormente, na Inglaterra, no ano de 1948, foi elaborada a primeira norma consistente de clculo de alvenaria estrutural, conhecida como CP 111 Structural Recomendation for Loadbearing Walls, que foi reformulada em 1970, sendo a mesma baseada no critrio das tenses admissveis. Em 1978, a CP 111 foi substituda pela BS 5628 : Part 1 Structural Use of Unreinforced Masonry, baseada nos mtodos dos estados limites. Em 1985, a norma britnica foi complementada com a edio da BS 5628 : Part 2 Structural Use of Reinforced and Prestressed Masonry e a BS 5628 : Part 3 Materials and Components, Design and Workmanship. Atualmente, os estudos aplicados nos Estados Unidos e na Inglaterra, voltamse para o desenvolvimento de mtodos de dimensionamento tendo como base o estado limite ltimo para as estruturas de alvenaria que resistam a abalos ssmicos e alvenarias protendidas. No Brasil, embora haja controvrsia, os primeiros edifcios de alvenaria foram construdos a partir da dcada de 60, com emprego mais acentuado na dcada de 70. Um marco no uso de alvenarias portantes no Brasil foi a construo do condomnio Central Parque da Lapa, em So Paulo, no ano de 1972, com 4 prdios de 12 andares (Sabbatini, 1984). Por no haver pesquisas nacionais e por no existir normalizao da alvenaria como elementos estruturais, foram seguidos padres estrangeiros para os dimensionamentos (Garcia, 2000). Na dcada de 80, ocorre, no Brasil, a concentrao de estudos e pesquisas em alvenarias portantes que priorizaram a avaliao da resistncia mecnica e os processos construtivos. Na dcada de 90, nota-se significativo aperfeioamento das peas, reduzindo as patologias e incorporando-se novas tcnicas construtivas e de clculo. Muitos estudos vm sendo desenvolvidos por pesquisadores ao longo das dcadas, a fim de determinar as capacidades de deformao e resistncia compresso em blocos, prismas, corpos-de-prova, paredes pequenas e at paredes em tamanho natural. O formato do bloco e suas dimenses so propostas sempre

22 muito abordadas em diferentes trabalhos. Segundo Monk (1967), Provavelmente o fator geomtrico que maior efeito tem sobre a resistncia da alvenaria o ndice de esbeltez. Esse obtido em funo do vnculo ao qual a parede est submetida e pela relao h/t onde h a altura da parede e t a espessura da mesma.

2.6.1 Alvenaria Estrutural Cermica Na dcada de 80, observou-se, no Pas, a disseminao do uso da alvenaria estrutural e da fabricao de blocos de concreto. Hoje possvel encontrar, em boa parte das cidades brasileiras, indstrias produtoras desses blocos de pequeno e de grande porte. Essas indstrias, em sua maioria, produzem blocos de vedao (no estrutural). A alvenaria estrutural , sem dvida, o processo mais utilizado em So Paulo na construo de conjuntos habitacionais de at 5 pavimentos. Acredita-se, porm, que os estudos desenvolvidos sobre o assunto sejam insuficientes frente a sua importncia tcnico-econmica. (Prado, 1995). Na mesma dcada, uma comisso foi formada, titulada como Comisso de Estudos de Tijolos de Barro Cozido, com o objetivo de fazer reviso nas normas j existentes. Segundo Prudncio (1986), mesmo com a criao da comisso, os valores apresentados para a resistncia mnima compresso dos tijolos macios enquadrados nas categorias propostas pela NBR 7170 1983 continuaram muito aqum das possibilidades do material cermico produzido no nosso pas. Uma nova estruturao proposta pela ABNT para blocos cermicos foi sugerida no ano de 2005, agora com o ttulo de NBR 15270, que foi dividida em trs partes: Parte 1: Blocos cermicos para alvenaria de vedao Terminologia e requisitos, Parte 2: Blocos cermicos para alvenaria estrutural Terminologia e requisitos e Parte 3: Blocos cermicos para alvenaria estrutural e de vedao Mtodos de ensaio.

2.6.2 Elementos de Estudos das Alvenarias Com o uso do concreto armado nas construes, aumentaram os desafios para calculistas que, alm de se preocuparem com a esbeltez das peas, tambm passaram a analisar diferentes materiais que compem o conjunto. A alvenaria de

23 vedao passou a sofrer esforos no previstos, devido s flechas excessivas nas vigas, como demonstrado na Figura 2.16, que descarregam, sobre esses panos, provocando trincas, levando o empreendedor a exigir, dos novos blocos de vedao, caractersticas de blocos estruturais.

Figura 2.16 - Trincas provocadas por deformaes nas vigas. Adaptada de Pfeffermann (1968). Falhas nas construes so cada vez mais comuns. Os projetos em alvenaria estrutural devem ser concebidos em conjunto, evitando improvisos. Paredes hidrulicas podem ser previstas nos clculos, quando essas ou so reforadas ou adaptadas para no receberem cargas sobre elas, a no ser seu peso prprio. Segundo Thomaz (1989), diversos fatores influenciam o comportamento mecnico das paredes de alvenaria como: geometria; rugosidade superficial e porosidade do componente da alvenaria; ndice de retrao; poder de aderncia e poder de reteno de gua da argamassa de assentamento; esbeltez; eventual presena de armaduras; nmero e disposio das paredes contraventantes; amarraes; cintamentos; disposio e tamanho dos vos de portas e janelas e enfraquecimentos provocados pelo embutimento de tubulaes; rigidez dos elementos de fundao; geometria do edifcio, dentre outros. Muitos estudos j foram realizados para analisar diferentes atuaes das paredes. Ensaios normalizados so realizados para comprovao dos dados. Estudos com prismas, grauteados ou no, paredes armadas ou no, e diferentes traos de argamassas, tambm j foram ensaiados. A estimativa da resistncia de paredes atravs do ensaio de prismas o procedimento adotado pela NBR 10.837.

24 2.6.2.1 Resistncia do bloco, prisma e paredes Ramalho e Corra (2003) descrevem que a determinao da resistncia da pea (bloco) de grande importncia, muitos fatores so determinados a partir desse parmetro experimental, que regido pela NBR 15.270, para blocos cermicos. A resistncia do bloco est intimamente ligada sua forma e composio, e influencia diretamente na resistncia da parede. Alguns estudos provaram relaes entre a resistncia do bloco com a resistncia de prismas e paredes e tambm suas relaes com o uso de graute e argamassas. chamada de eficincia () a relao existente entre a resistncia do bloco, ou prisma, e a resistncia da parede. Muitas normas internacionais baseiam-se nos valores das resistncias dos blocos e prismas para estimarem as resistncias das paredes. A expresso 2.1 relaciona a resistncia da parede com a resistncia do bloco.

=

f par fb

,

2.1

onde: fpar: resistncia da parede, ou do prisma fb: resistncia do bloco Ramalho e Corra (2003) descrevem, na Tabela 2.3 ,valores de eficincia para blocos cermicos e de concreto, com resistncia entre 4,5MPa e 20 MPa, no grauteados e com argamassas usuais, e ,na Tabela 2.4, os valores entre prismas e blocos.

Tabela 2.3 Valores de eficincia parede-blocoBloco Concreto Cermico Valor mnimo 0,40 0,20 Valor mximo 0,60 0,50

25 Tabela 2.4 Valores de eficincia prisma-blocoBloco Concreto Cermico Valor mnimo 0,50 0,30 Valor mximo 0,90 0,60

Hilsdorf (1969) avaliou os mecanismos de ruptura na alvenaria com interaes entre argamassa-bloco, em que observou que tal fato ocorreria, quando fosse atingida a resistncia da argamassa. Gomes (1983) fez estudos com alvenarias armadas e no armadas em blocos cermicos, provando diferenas entre os modelos, analisou ainda as deformaes nas peas. Em seu trabalho, ele faz meno a ensaios realizados no Instituto de Pesquisas Tecnolgicas (IPT), que demonstraram um fator de eficincia para blocos cermicos variando de 0,16 a 0,39, tal faixa representativa para valores de resistncia dos blocos e argamassas. Hamid e Drysdale (1979) tambm fizeram estudos para determinao da resistncia da alvenaria a partir da resistncia da unidade. Atravs do modelo desenvolvido por eles, a resistncia no fica vinculada por suas caractersticas fsicas ou mecnicas dos blocos. Segundo os autores, as deformaes na direo paralela aplicao da carga so compatveis e consideraram a ruptura dos blocos sob um estado biaxial de tenses, j a argamassa e graute sob um estado de compresso triaxial. Atckinson e Noland (1985) avaliaram prismas e os consideraram como compostos de camadas entre tijolos e argamassas sujeitos a uma compresso vertical uniforme 1, e as tenses laterais em ambos os materiais tambm uniformes, o equilbrio entre as tenses na direo lateral. Como concluso, os pesquisadores afirmam que quanto maior a altura do bloco, menores as tenses de trao no conjunto. Page e Shrive (1988) afirmam em seu trabalho que o ensaio em paredes a melhor forma de ilustrar uma situao real de projeto, j que as unidades constituintes possuem caractersticas diferentes, em diferentes direes, graas anisotropia das peas e da influncia das juntas, mas esses ensaios se tornam caros e demorados. Para minimizar, so realizadas relaes entre blocos, prismas e paredes, que avaliam esses valores. Afirmam ainda: a resistncia compresso diminui com o aumento da altura do corpo de prova; a ruptura da unidade causada pela iniciao e propagao de

26 fissuras. As fissuras do incio, quando as tenses de trao aumentam o suficiente, para quebrar a adeso interparticular. Os autores apontam a necessidade de transformar os ensaios em prismas e blocos nas mesmas condies em que seriam realizados, quando fossem feitos em paredes, no que diz relao ao capeamento, para se aproximar ao mximo da realidade. Colville e Wolde-Tinsae (1991-a) utilizaram dados colhidos em ensaios em blocos cermicos dos Estados Unidos e Canad na dcada de 60, a fim de avaliar o mdulo de elasticidade da alvenaria. Concluram que os valores e caractersticas das unidades podem variar muito de regio para regio. A Tabela 2.5, apresentada abaixo, mostra anlises realizadas em prismas, propondo equaes para determinao desse mdulo.

Tabela 2.5 Equao para determinao do mdulo de elasticidade da alvenaria de tijolos cermicos (Colville e Wolde-Tinsae, 1991-a)Tipo de mdulo Tangente inicial Tangente inicial Tangente inicial Secante a 0,2*fm Secante a 0,5*fm Tipo de prisma a prumo com amarrao a prumo a prumo a prumo Equao Ealv=480*fm Ealv=524*fm Ealv=728*fm ** Ealv=455*fm Ealv=422*fm

** fm calculado usando os cdigos ACI-ASCE, que se basea na resistncia da unidade e no tipo de argamassa.

Dhanasekar e Kumar (1994) realizaram ensaios em prismas de blocos cermicos no grauteados e grauteados, com e sem armadura. Foram utilizados prismas com quatro blocos, com dois furos de 100x80mm que ocupavam um total de 34,4% da rea do bloco, j que o bloco possua dimenses de 310mm x 50mm x 76mm, respectivamente, comprimento, largura e altura. O trao de argamassa usado foi de 1:1:6 em volume, j o graute, os autores variaram sete vezes. A figura 2.16 adaptada demonstra os resultados das resistncias dos prismas em relao resistncia do graute.

27

50 Resistncias Mdias (MPa) 40 30 20 10 0 gp1 gp2 gp3 gp4 gp5 gp6 prisma graute

Grupos

gp7

Figura 2.17 relao de resistncia para os diferentes grupos de grautes (Dhanasekar e Kumar, 1994 adaptado.) Pode-se concluir que a resistncia do prisma aumenta com o aumento da resistncia do graute, at certa etapa, pois, como notado na Figura 2.17, o grupo gp4 e o grupo gp7, que possuem maior resistncia de graute, aumentaram a diferena consideravelmente. Camacho e Fusco (1994) analisaram a resistncia de blocos cermicos e prismas para diferentes traos de grautes e avaliaram tambm em relao escala do bloco. A Tabela 2.6 demonstra os ensaios e os dados obtidos. Tabela 2.6 Resistncia compresso de blocos, prismas e grautes (Camacho e Fusco 1994, adaptado)ESCALA RESISTNCIA (MPa) 1:3 *9,36 13,96 17,84 21,51

1:1 TRAO RESISTNCIA GRAUTE *6,08 (c:a:p) (MPa) A 1:3,06:2,94 13,08 8,0 B 1:2,48;2,52 15,59 9,92 C 1:1,9:2,21 22,60 12,48 * valores referentes resistncia compresso de prismas sem graute.

1:5 *9,41 12,95 13,96 16,53

Como descrito na Tabela 2.6 acima, a resistncia do prisma grauteado, aumenta quando comparada ao valor no grauteado. Esse valor varia em funo da escala em estudo e do trao do graute. Para o graute C, em que os valores foram maiores, a resistncia elevou significativamente, chegando a aumentos de

28 aproximadamente 57%, no caso da escala 1:5, quando comparado com o valor do bloco sem graute. Concluram tambm que o aumento da resistncia dos prismas no cresce na mesma proporo que o aumento da resistncia dos grautes.

2.6.2.2 Avaliaes segundo a NBR 15.270 Segundo essa norma, vigente desde 2005, os blocos cermicos, para alvenaria estrutural ou vedao, devem suprir algumas exigncias apresentadas na Tabela 2.7. Tabela 2.7 Exigncias segundo a NBR 15.270Caractersticas Vedao Estrutural Tolerncias dimensionais mdias 3mm 3mm Espessura dos septos 6mm/7mm 7mm/8mm (internos/externos), mnimos Desvio em relao ao esquadro 3mm 3mm Planeza das faces 3mm 3mm Resistncia compresso * 1,5 MPa (furo horizontal) 3,0 MPa (furo vertical) ndice de absoro dgua 8% a 22% 8% a 22% * a resistncia compresso da amostra dos blocos (fbk,est) o valor estipulado pela equao

f b (1) + f b ( 2) + ... + f b ( i 1) f bk ,est = 2 f bi . i 1

2.6.3 Modelagem numrica Como j descrito anteriormente, a alvenaria composta por elementos distintos, em que suas unidades possuem diferentes caractersticas. Pode-se afirmar, ento, que se trata de um material heterogneo e anisotrpico, que apresenta alta resistncia compresso, que depende basicamente da resistncia da unidade, e baixa resistncia trao, determinada principalmente pela adeso entre argamassa e bloco. Segundo Gallegos (1991), a alvenaria tem uma resistncia compresso elevada, dependente, principalmente, da resistncia da prpria unidade, mas a resistncia trao reduzida e definida, principalmente, pela adeso entre a argamassa e a unidade. Segundo ele, nos casos em que a alvenaria construda com unidades de baixa resistncia, a adeso pode apresentar resistncia trao

29 igual ou superior da prpria unidade. Para esses casos, pode-se falar da homogeneidade e isotropia do material com alguma segurana, por outro lad,o a resistncia da alvenaria ser reduzida. Loureno (1996) descreve, em seu trabalho, que vrios fatores influenciam as propriedades das alvenarias como: anisotropia e dimenso das unidades, espessura das juntas, propriedades das unidades e da argamassa, arranjo das juntas horizontais e verticais e qualidade da mo-de-obra. Uma anlise numrica levando esses fatores em considerao se torna trabalhosa. Adotam-se, ento, modelos aproximados: micromodelagem e macromodelagem. Modelo micromodelagem separado o modelo bloco do modelo argamassa o Micromodelagem detalhada as unidades e a argamassa so representadas por elementos contnuos, a interface entre eles

representada por elementos descontnuos. O mdulo de elasticidade, o coeficiente de Poisson e, opcionalmente, as propriedades no-lineares da unidade e da argamassa so levadas em considerao. A interface da unidade com a argamassa representa um plano potencial de fissurao/deslizamento, com rigidez inicial pequena para evitar a interpenetrao do meio contnuo. Isso possibilita que se estude a ao combinada da unidade, da argamassa e da interface de forma mais minuciosa. o Micromodelagem simplificada - somente as unidades e interfaces so representadas. As unidades so modeladas por elementos contnuos que incorporam a junta da argamassa e a interface concentrada em elementos de interface. Cada junta simulada como uma interface mdia, as unidades tm suas dimenses expandidas com o intuito de manter inalteradas as caractersticas geomtricas da alvenaria. Essa alvenaria , ento, considerada como um conjunto de unidades elsticas unidas por linhas potenciais de fratura e deslizamento nas juntas. Perde-se preciso, porque nesse tipo de modelagem o efeito de Poisson na argamassa desprezado. Modelo macromodelagem o bloco e argamassa se tornam componentes nicos da alvenaria, com propriedades homogneas. No feita distino

30 entre a unidade e a argamassa, mas trata-se a alvenaria como um meio homogneo, contnuo e anisotrpico.

Figura 2.18 - Modelos para alvenaria estrutural: (a) elementos da alvenaria, (b) modelo micro detalhado, (c) modelo micro simplificado, (d) modelo macro, segundo Loureno (1996) A escolha do modelo numrico vai depender do objetivo da anlise. Cada modelo possui suas vantagens e desvantagens. O estudo da micromodelagem necessrio, para fornecer um bom entendimento sobre o comportamento local das estruturas em alvenaria. Essa forma de modelagem apresenta-se muito importante para a anlise de detalhes estruturais, por exemplo, anlise de distribuio e concentrao de tenses junto a vos de portas e janelas. A macromodelagem mais adequada para anlises mais gerais da estrutura, principalmente, quando se est estudando paredes slidas com dimenses grandes o suficiente, para garantir distribuies de tenses bastante uniformes. Com a ajuda de softwares para anlise estrutural, muitas situaes vm sendo desenvolvidas para ajudar a simular diferentes casos e combinaes de carregamento. Tal fato tambm aumenta a confiabilidade dos ensaios em laboratrio, pois h a possibilidade de fazer comparaes entre os modelos experimentais e numricos. Garcia (2000) realizou ensaios numricos com a ajuda do software Ansys, usando elementos de chapa PLANE 42, na qual modelou quatro paredes em diferentes situaes com restries nodais de deslocamento em X e em Y na base. Abaixo, os resultados encontrados.

31 Modelo 1 Parede composta por dois materiais bloco e argamassa Caractersticas do bloco : Eb=817,2 kN/cm2 e b=0,25 Caractersticas da argamassa : Ea=1090 kN/cm2 e a= 0,20 Espessura da parede igual a 7 cm Tenso aplicada de 3,60 MPa equivalente a uma fora de 300 kN

Deslocamentos e deformaes

Figura 2.19 Curva de isovalores de deslocamentos e deformaes em Y MODELO 1 (GARCIA, 2000) Observou-se que os deslocamentos no topo da parede foram maiores, reduzindo-se, gradativamente, quando se aproximaram da base.

Tenses

Figura 2.20 Curva de isovalores das tenses em Y e das tenses principais S3 MODELO 1. (GARCIA, 2000)

32

Garcia (2000) observou uma concentrao de tenses nas juntas verticais preenchidas com argamassa, por ser mais rgida que o bloco (cor laranja). Figura 2.20.

Modelo 2 Parede composta por apenas um material alvenaria Caractersticas do material : Ealv= 965,8 kN/cm2 e alv=0,25 Espessura da parede igual a 7 cm Tenso aplicada de 3,6 MPa equivalente a uma fora de 300 kN

Deslocamentos e deformaes

Figura 2.21 Curva de isovalores de deslocamentos e deformaes em Y MODELO 2 (GARCIA, 2000) Comparando-se com o modelo 1, os deslocamentos em Y so menores.

33 Tenses

Figura 2.22 Curva de isovalores das tenses em Y e das tenses principais S3 MODELO 2. (GARCIA, 2000) Modelo 3 Parede composta por trs materiais bloco grauteado, bloco sem graute e argamassa Caractersticas do bloco grauteado : Ebg=849,3 kN/cm2 e bg=0,25 Caractersticas do bloco sem graute : Eb=817,2 kN/cm2 e b=0,25 Caractersticas da argamassa : Ea=1090 kN/cm2 e a= 0,20 Espessura da parede de 9,8 cm Tenso aplicada de 2,55 MPa equivalente a uma fora de 300 kN Deslocamentos e deformaes

Figura 2.23 Curva de isovalores de deslocamentos e deformaes em Y MODELO 3. (GARCIA, 2000)

34 Uma maior absoro das tenses nas juntas verticais pode ser observada devido diferena entre as rigidezes dos materiais. Observa-se que, nos blocos vazios, por serem menos rgidos que os blocos grauteados, no h concentrao de tenses (Garcia, 2000).

Tenses

Figura 2.24 Curva de isovalores das tenses em Y e das tenses principais S3 MODELO 3. (GARCIA, 2000)

Modelo 4 Parede composta por um material alvenaria grauteada Caractersticas do material : Ealv= 1241,7 kN/cm2 e alv=0,25 Espessura da parede de 9,8 cm Tenso aplicada de 2,55 MPa equivalente a uma fora de 300 kN

35 Deslocamentos e deformaes

Figura 2.25 Curva de isovalores de deslocamentos e deformaes em Y MODELO 4. (GARCIA, 2000) A Figura 2.25 apresenta o deslocamento na direo Y e sua deformao, Observa-se a distribuio da deformao no fundo (cor vermelha).

Tenses

Figura 2.26 Curva de isovalores das tenses em Y e das tenses principais S3 MODELO 4. (GARCIA, 2000)

36 Posteriormente, a pesquisadora avaliou a relao entre resultados numricos e resultados experimentais. A Figura 2.27 avalia a relao do modelo experimental, com os modelos 1 e 2 para paredes sem graute.

Dm1 : Desloc. do modelo 1, Dm2.: Desloc. do modelo 2, Dexp : Desloc. Experimental

Figura 2.27 Relao entre os valores de deslocamento obtidos nos modelos numricos 1 e 2 e nos ensaios paredes sem graute A Figura 2.28 avalia a relao do modelo experimental com os modelos numricos 3 e 4, para paredes grauteadas.

Dm3 : Desloc. do modelo 3, Dm4.: Desloc. do modelo 4, Dexp : Desloc. Experimental

Figura 2.28 Relao entre os valores de deslocamento obtidos nos modelos numricos 3 e 4 e nos ensaios paredes grauteadas.

37 Pode-se observar que, para o elemento nico (alvenaria), houve um ganho de rigidez, quando comparado com os modelos bloco-argamassa e tambm com os modelos experimentais. SantAna et al. (2006) apresentaram, em seu trabalho, a influncia da morfologia na distribuio de tenses em blocos cermicos de alvenaria estrutural, em que verificaram a real influncia da morfologia do bloco na distribuio das tenses. Em seu trabalho, foram usados morfologias de mesmas dimenses e com rea lquida igual a 50% da rea bruta do bloco. Este procedimento foi empregado, pois, usualmente, comparam-se blocos que possuem reas lquidas diferentes, o que pode no demonstrar a real situao de carregamento. A Figura 2.29 apresenta os modelos usados no trabalho.

Figura 2.29 - reas lquidas dos blocos analisados

A Tabela 2.8 traz os parmetros utilizados na anlise, que foi feita pelo mtodo dos elementos finitos com auxlio do programa ANSYS 9, simulando o comportamento dos blocos isoladamente bem como na forma de prismas de trs blocos com juntas de 1 cm de espessura. Em todas as simulaes realizadas, utilizou-se o elemento slido 92 (tetradrico de 10 ns).

38 Tabela 2.8 - Parmetros adotados nas simulaes.Bloco cermico (MPa) Mdulo de elasticidade (E) em relao a Alquida Coeficiente de Poisson () Resistncia compresso 0,25 12,15 0,20 11,0 Neto (2000) Garcia (2000) 6,0 1,0 8172 Argamassa (MPa) 1090 Autor Garcia (2000)

Tenso aplicada nas simulaes no topo dos blocos e dos prismas (MPa) Espessura da argamassa nos prismas (cm)

A Figura 2.30 apresenta a distribuio de tenses nos blocos, observa-se a escala de cores, em que nos pontos avermelhados h concentrao mais acentuada, o que demonstra um possvel ponto de ruptura.

M1

M2

M3

M4

M5

M6

Figura 2.30 - Distribuio de tenso de compresso no plano de direo Z das morfologias analisadas (MPa)

39

Para o modelo prisma apresentado na Figura 2.31, os resultados demonstram que a morfologia M1 apresentou o menor valor absoluto de tenso entre os casos analisados, sendo esse valor de 10,67 MPa, 13% menor que a mxima tenso presente na morfologia M4, cujo valor foi de 12,095 MPa. Os blocos com paredes externas mais espessas (M3 e M5, por exemplo) possibilitaram nveis de tenso do bloco intermedirio um pouco menor que a observada nos blocos com paredes mais esbeltas (M4 e M6). J com relao tenso mxima local de compresso, a morfologia M1 continua apresentando o menor valor, que foi de 10,71 MPa. O maior valor de tenso de compresso foi detectado na morfologia M6, e igual a 11,95 MPa.

Figura 2.31 - Distribuio de tenso de compresso em Z das morfologias (MPa)

40

3. METODOLOGIA Neste captulo, so apresentadas as seqncias dos ensaios realizados neste trabalho. Alm disso, analisado o procedimento para compactao dos blocos prensados e queimados.

3.1 Matria-prima: argila A matria-prima utilizada foi coletada na jazida da empresa Cermica Unio, localizada no municpio de Campos dos Goytacazes-RJ. Essa mesma massa utilizada para confeco dos blocos estruturais, tijolos e lajes em cermica vermelha. Foram coletados aproximadamente 1300 kg de material.

3.2 Metodologia para preparao das amostras O organograma abaixo, Figura 3.1, demonstra as etapas da caracterizao das amostras.Massa Argilosa Coleta Secagem

Destorroamento Quarteamento Peneiramento Caracterizao

Fsica Granulometria LL, LP, IP Massa E. Real

Qumica

Figura 3.1 Organograma das etapas de caracterizao

41 Aps coleta, o material foi separado para secagem ao ar livre. Posteriormente destorroado, com ajuda de marreta e auxlio de uma picadeira eltrica, obtendo-se material com partculas mais finas. Em seguida, peneirado ABNT n 60 (peneira de arroz). Parte deste material foi selecionada para caracterizao fsica e qumica, o restante foi estocado em sacos plsticos fechados, a fim de se manter uma umidade controlada e, posteriormente, usada na confeco dos blocos.

3.2.1 Caracterizao fsica

3.2.1.1 Anlise granulomtrica As determinaes da curva granulomtrica do material utilizado na pesquisa foram determinadas segundo a ABNT 7.181 (1984), que consiste na combinao entre peneiramento e sedimentao do material. Os ensaios foram realizados no Laboratrio de Solos da Universidade Estadual Norte Fluminense Darcy Ribeiro, Campos dos Goytacazes-RJ.

3.2.1.2 ndices de consistncia A determinao dos limites de Atterberg prescrita pela ABNT 6.459 (1984) e pela ABNT 7.180 (1984), que determinam a umidade tima de conformao da massa para ser moldada, por processo convencional de extruso. Os ndices foram determinados no Laboratrio de Solos, da Universidade Estadual Norte Fluminense Darcy Ribeiro, Campos dos Goytacazes-RJ, e tm como objetivo demonstrar que a matria-prima utilizada foi a mesma empregada nas indstrias para fabricao de peas cermicas.

3.2.1.3 Massa especfica e real dos gros A determinao da massa especfica e real dos gros foi determinada segundo a ABNT 6.508 (1984) e a ABNT 6.457 (1986), realizada no Laboratrio de

42 Solos da Universidade Estadual Norte Fluminense Darcy Ribeiro, Campos dos Goytacazes-RJ.

3.2.2 Caracterizao qumica A analise qumica em forma de xidos da matria-prima foi realizada por equipamento EDX (SHIMADZU EDX-700) (Figura 3.2) e tem por objetivo identificar a composio qumica da amostra. Foi realizada no Laboratrio de Solos da Universidade Estadual Norte Fluminense Darcy Ribeiro, Campos dos GoytacazesRJ.

Figura 3.2 Equipamento de EDX

3.3 Metodologia para confeco dos blocos prensados e queimados Para fazer uso de uma nova tcnica de moldagem de blocos cermicos, fezse a associao do processo utilizado na confeco dos blocos em solo-cimento, com ajustes para atender uma melhor qualidade nos blocos prensados sem cimento. Todo o material que no foi utilizado na caracterizao foi preparado e ensacado como j mencionado. A Figura 3.3 demonstra as etapas utilizadas na fabricao dos blocos.

43

Figura 3.3 Processo de produo do bloco prensado e queimado Depois de triturado e peneirado, faz-se o umedecimento do solo com ajuda de um aspersor, a fim de evitar a formao de grumos. Para homogeneizao, utilizada uma betoneira normal de obra, ou um misturador (Figura 3.4). Aps a determinao da umidade desejada de mistura, o material novamente peneirado para retirada dos grumos existentes e compactado na prensa, que pode ser a manual ou mecnica. Faz-se a estocagem desse material para posterior queima. Neste trabalho, esse processo foi seguido com controle da umidade da massa, a fim de se determinar a melhor umidade de prensagem, ou a faixa que melhor se adequasse ao material.

Figura 3.4 Misturador

44 3.3.1 Controle de umidade e confeco dos blocos Foram feitos diferentes dosagens de umidade na mistura, para proporcionar uma faixa de trabalho. Verificou-se inicialmente que a umidade, normalmente usada nas olarias pelo processo de extruso, era inadequada para a prensagem, j que a massa se tornava plstica e agarrava na prensa. Ento, foi reduzida a umidade, o que favoreceu o processo, j que o bloco no necessitaria mais de ser estocado antes de entrar no forno, a faixa inicial de trabalho foi de 13% a 35% de umidade. Os sacos foram hermeticamente fechados, a fim de manter o controle da umidade desse material. Para a determinao da umidade, foram retiradas, de cada saco, trs amostras, as quais foram para estufa por 24 horas, a uma temperatura de 100 C 5 C. Aps esse perodo, eram retiradas e pesadas para medir a perda de gua. Atravs da equao 3.1, foi possvel medir a umidade de cada amostra.

U (%) =

mu ms * 100 ms

3.1

onde: U(%) umidade em porcentagem mu massa mida ms massa seca

Foi retirada a mdia da umidade de cada saco. Com esses valores, foi possvel calcular qual a quantidade de gua necessria para se chegar a uma umidade desejada. Foram ensaiadas diferentes faixas de umidade e prensados em uma prensa manual do tipo MTS-010 normalmente usada para prensagem de blocos em solo-cimento. Foram retirados cinco blocos por faixa para a determinao da resistncia a compresso. Essa etapa caracterizada como ETAPA 0, j que seria necessria para dar incio pesquisa.

45

Figura 3.5 Prensa manual A prensa (Figura 3.5) produz dois blocos por prensagem com formato de cada bloco de 25cm x 12,5cm x 7cm (Figura 3.6).

Figura 3.6 Blocos prensados manualmente Aps determinao da faixa de umidade ideal (aquela que melhor apresenta resultados de resistncia compresso), foram confeccionados os demais blocos para os ensaios de resistncia compresso, absoro, durabilidade, ensaio de meia-parede, ensaios de prisma e parmetros da NBR 15.270. Os blocos prensados manualmente foram fabricados no Laboratrio de Engenharia Civil da Universidade

46 Estadual Norte Fluminense Darcy Ribeiro, Campos dos Goytacazes-RJ. Foram fabricados cerca de 1000 blocos, o que caracterizou o valor de um lote. Essa etapa foi caracterizada de ETAPA-PMANUAL. Todos os blocos produzidos dessa etapa foram queimados a uma temperatura de 900 C, em um forno abbada da cermica Arte Cermica. Foram confeccionados, posteriormente, 30 blocos em uma prensa mecnica, onde foram dosados (umidade) pelo mesmo processo utilizado nos blocos manuais. Foram ensaiados trs tipos de umidade 10%, 14% e 15% (essa faixa de umidade utilizada foi baseada nos resultados da ETAPA-PMANUAL, o qual ser discutido posteriormente). Observou, atravs desses ensaios, que quanto menor a umidade de prensagem, maior a resistncia compresso. Esses blocos prensados por prensa mecnica (Figura 3.7) foram fabricados na fbrica da empresa MquinasMan, em Marlia SP, a uma fora de compresso de 8 toneladas. Os blocos possuem dimenses de 25cm x 12,5cm x 7cm (Figura 3.8).

Figura 3.7 Prensa mecnica

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Figura 3.8 Blocos prensados mecanicamente Os blocos prensados mecanicamente foram ensaiados quanto resistncia mecnica, absoro e durabilidade. Essa etapa foi caracterizada de ETAPA-PMEC. Com o intuito de se obter parmetros de comparao industrial, foram colhidas amostras em indstrias que confeccionam blocos cermicos estruturais e blocos em solo-cimento. O nmero de amostras de blocos cermicos e dos blocos em solo-cimento seguiu determinao de suas normas respectivas.

3.3.1.1 Blocos cermicos extrudados Os blocos cermicos colhidos foram retirados aps extruso (Figura 3.9) e levados para serem calcinados em diferentes temperaturas no Laboratrio de Engenharia Civil da Universidade Estadual Norte Fluminense Darcy Ribeiro, Campos dos Goytacazes-RJ. O material utilizado na confeco desses blocos o mesmo material utilizado na confeco dos blocos prensados e queimados.

48

Figura 3.9 Blocos extrudados prontos para queima As faixas de temperatura desses blocos extrudados foram: 600C, 700C, 800C, 900C, 1000C. As dimenses dos blocos: (14x19x29) cm. Foram selecionados, de cada faixa de temperatura, 13 blocos para resistncia acompresso e 13 blocos para absoro e durabilidade. A temperatura de queima foi controlada por termopar.

3.3.1.2 Blocos em solo-cimento Os blocos em solo-cimento foram fornecidos por uma empresa, com teor de cimento de 8%. As dimenses dos blocos em solo-cimento foram de (25x12,5x6) cm (Figura 3.10). Foram selecionados 5 blocos para ensaios de resistncia; 5 blocos para ensaios de absoro e 5 para durabilidade.

49

Figura 3.10 Blocos em solo cimento

3.4 Ensaio de resistncia mecnica dos blocos Os blocos extrudados foram ensaiados segundo a NBR 15.270, j os blocos prensados e queimados e os blocos em solo-cimento seguiram a norma NBR 8.492. Como no h norma para determinao da resistncia de blocos prensados e queimados, mas considerando que seu formato o mesmo do bloco em solocimento, foram assumidas as caractersticas de ensaio desse padro.

3.5 Ensaio em prismas de blocos prensados e queimados Para determinao do ensaio nos prismas, foi utilizada a NBR 8.215, a qual recomenda um nmero mnimo de trs blocos. Foi utilizada essa norma de blocos em concreto, j que a norma cermica no contempla ensaios em prismas nem em paredes. Foram selecionados aleatoriamente, da ETAPA-PMANUAL, 15 blocos para confeco de 5 prismas (Figura 3.11), para determinao da resistncia compresso.

50

Figura 3.11 Prismas preparados para ensaio

3.6 Absoro dgua Em todos os blocos, foram realizados testes de absoro dgua segundo a NBR 15.270.

3.7 Ensaio de desgaste: Slake Durability Para avaliar a durabilidade pela perda de massa devido ao desgaste por atrito, fez-se o estudo nos blocos prensados e queimados, em que foram realizados testes com o aparelho Slake Durability, descrito pela ASTM D 4644-92. Esse ensaio tradicionalmente utilizado para previso da durabilidade de materiais rochosos de baixa resistncia. No en tanto, Xavier et al. (2005) mostram que esse ensaio pode ser utilizado para materiais cermicos. Maia et al. (2002) tomam como resultado para prvia de desgaste, o 5 ciclo de ensaio. Pedroti et al. (2006) provam que a resistncia e a durabilidade do material cermico extrudado tambm esto intimamente ligadas, ficando evidentes, perante os ensaios, o aumento da resistncia com o aumento da durabilidade. Nesse ensaio, o corpo-de-prova submetido a uma baixa energia de desgaste superficial (Figura 3.12). Durante o ensaio, o material lavado, enquanto sofre desgaste por abraso entre as prprias partculas e a malha metlica com

51 abertura de 2mm, que envolve o cesto. O cesto metlico fica parcialmente submerso e gira em torno do seu eixo. O conjunto submetido a 200 revolues durante 10 minutos, o que leva a um ciclo de ensaio, aps 24 horas, medida da massa final.

Figura 3.12 Aparelho Slake durability O corpo-de-prova constitudo por 10 partculas Figura 3.13 com massa variando entre 40 e 60g cada.

Figura 3.13 Peas de um grupo preparadas para o ensaio Aps a realizao dos ci