SEMINRIO MONTAGEM DA ESTRUTURAS PRMOLDADAS DE CONCRETO ALMOFADAS

SEMINÁRIO: MONTAGEM DA ESTRUTURAS PRÉ-MOLDADAS DE CONCRETO ALMOFADAS DE ARGAMASSA MODIFICADA EM LIGAÇÕES DE ESTRUTURAS DE CONCRETO PRÉ-MOLDADO MOUNIR KHALIL EL DEBS

Motivação Observação do emprego de placas de chumbo em apoio no laboratório. Porque não um placa de material à base de cimento com características intermediaras entre o contato direto e uma almofada de elastômero, inspirada nas placas de chumbo? Tomando com base a argamassa de cimento e areia. Seria possível obter um material bastante deformável e não frágil, ou seja, um material maleável no estado endurecido? MKED: ALMOFADAS DE ARGAMASSA MODIFICADA. . . (AGO/2019) 2

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Estudos iniciais em nível de IC (iniciação científica) em 1998. Primeiras publicações: BARBOZA, A. S. R. ; SOARES, A. M. M. ; EL DEBS, M. K. A new material to be used as bearing pad in precast concrete connections. In: ANUMBA, C. J. ; EGBU, C. ; THORPE, A. , eds. Perspectives on innovation in architecture, engineering and construction (Proc. 1 st International Conference on Innovation in Architecture, Engineering and Construction), Loughborough, UK, 18 -20 July 2001. Loughborough, CICE/Loughborough University, 2001. p. 81 -91. EL DEBS, M. K. ; BARBOZA, A. S. R. ; SOARES, A. M. M. An alternative material for bearing pad in precast concrete connections [CD-ROM]. In: INTERNATIONAL CONGRESS OF THE PRECAST CONCRETE INDUSTRY, 17. , Istanbul, Turkey, May 2002. Proceedings. Ankara, Turkey, Turkish Precast Concrete Association, 2002. 8 p. EL DEBS M. K. , MONTEDOR L. C. ; HANAI J. B. Compression tests of cementcomposite bearing pads for precast concrete connections. Cement and Concrete Composites, v. 28, n. 7, p. 621– 629, 2006. MKED: ALMOFADAS DE ARGAMASSA MODIFICADA. . . (AGO/2019) 4

Primeira aplicação da almofadas de argamassa modificada (AAM) Marka Soluções Pré-fabricadas, 2007, Cravinhos SP MKED: ALMOFADAS DE ARGAMASSA MODIFICADA. . . (AGO/2019) 5

SUMÁRIO DA APRESENTAÇÃO 1. Introdução 2. Características do material desenvolvido 3. Comportamento das AAMs submetidas força uniforme 4. Ensaio simulando ligação submetida a elevadas tensões de compressão 5. Recomendações e considerações finais MKED: ALMOFADAS DE ARGAMASSA MODIFICADA. . . (AGO/2019) 6

1. Introdução A transferência de tensões de compressão em ligações de concreto pré-moldado é feita, normalmente, por contato direto ou mediante colocação de uma camada entre os elementos pré-moldados O contato direto entre os componentes é bastante limitada devido a concentração de tensões que reduzem a eficiência da transferência. A camada entre os componentes pode ser feita usando uma almofada ou pelo preenchimento com graute ou concreto MKED: ALMOFADAS DE ARGAMASSA MODIFICADA. . . (AGO/2019) 7

A transferência de tensões de compressão nas ligações podem ser divididas em dois grupos O primeiro (Grupo 1) é o apoio de elementos fletidos. O segundo (Grupo 2) correspondente a transferência de elevadas tensões de compressão, como ligações pilar-pilar. No caso de apoios de elementos fletidos, utiliza-se comumente almofadas de elastômero MKED: ALMOFADAS DE ARGAMASSA MODIFICADA. . . (AGO/2019) 8

As almofadas de elastômeros possibilitam acomodar as imperfeições na superfície de contato e permitem, com pouca restrição, o deslocamento horizontal e a rotação dos elementos apoiados. O deslocamento horizontal possibilita o alívio de tensões introduzidas pela variação de comprimento dos elementos apoiados. Esta característica representa uma grande vantagem deste tipo de material, especialmente quando tais variações de comprimento introduzem na estrutura esforços de grande magnitude. MKED: ALMOFADAS DE ARGAMASSA MODIFICADA. . . (AGO/2019) 9

De acordo com o Boletim 43 da fib (Structural connections for precast concrete buildings: guide to good practice, 2008), outros materiais mais “macios” que o concreto podem ser adequados para o apoio de elementos fletidos, como papelão de construção, feltro, hardboard , plásticos e chumbo. Nesta apresentação apresenta-se um almofada feita de material à base de cimento, as Almofadas de Argamassa Modificada (AAM), mais “macio” que o concreto e mais “duro” que o elastômero empregado nas almofadas, que estaria de acordo com a ideia de almofadas dos materiais elencados no Boletim 43 da fib. Comparadas com a almofadas de elastômero, as AAMs poderiam acomodar as imperfeiçoes menos eficientemente, teriam capacidade de rotações mais limitadas e não permitiriam os deslocamentos horizontais. MKED: ALMOFADAS DE ARGAMASSA MODIFICADA. . . (AGO/2019) 10

Para a segunda forma de aplicação (Grupo 2), em ligações submetidas predominantemente a tensões de compressão relativamente elevadas, as AAMs seriam alternativa para juntas de argamassa ou graute. As almofadas de elastômero não são empregadas nestas situações devido a grande deformabilidade do material e resistência relativamente baixa. Nesta forma de aplicação, as almofadas teriam a finalidades de acomodar as imperfeições minimizando os efeitos desfavoráveis da concentração de tensões e acomodar pequenas excentricidades da forças de compressão. O objetivo desta apresentação é mostrar uma síntese dos estudos desenvolvidos, de forma a evidenciar o potencial das AAMs na transferência das tensões de compressão nas ligações de concreto prémoldado. MKED: ALMOFADAS DE ARGAMASSA MODIFICADA. . . (AGO/2019) 11

2. Características do material desenvolvido O ponto de partida foi o desenvolvimento de material à base de cimento com características de grande deformabilidade e grande tenacidade, ou seja “maleável”. O material pode ser obtido da argamassa de cimento Portland e areia, incorporando os seguintes ingredientes: a) agregado leve ou aditivos incorporadores de ar na mistura, b) latex e c) fibras curtas. O agregado leve, como por exemplo a vermiculita termo-expandida, termo-expandida ou agente de incorporador de ar aumenta a capacidade de deformação do material no estado endurecido. Devido à presença de estabilizadores utilizados na produção do latex, latex uma quantidade significativa de ar é incorporada na mistura, aumentando também a capacidade de deformação do material. A adição de fibras curtas ao concreto aumenta a tenacidade do material. MKED: ALMOFADAS DE ARGAMASSA MODIFICADA. . . (AGO/2019) 12

Nos principais estudos relacionados com material foram empregados os seguintes ingredientes: • Cimento - cimento de alta resistência inicial. • Areia - areia com diâmetro máximo de 2, 4 mm. • agregado leve - vermiculita termo-expandida, com diâmetro máximo de 2, 4 mm, com massa específica de 0, 173 kg/dm 3. • Látex - estireno-butadieno SB 112, com 50% de sólidos, e massa específica de 1, 02 kg/dm 3 a 25 o. C. • Dois tipos de fibras - a) fibra de PVA (polyvinyl alcohol) e b) fibra de vidro Cem-FI. As fibras de PVA tinham 12 mm de comprimento e diâmetro equivalente de 0, 2 mm. As fibras de vidro tinham também cumprimento de 12 mm e comprimento de 0, 014 mm. Nas misturas com grande quantidade de vermiculita foi utilizado superplastificante. MKED: ALMOFADAS DE ARGAMASSA MODIFICADA. . . (AGO/2019) 13

No principal estudo sobre material foram utilizadas 19 misturas. A determinação da resistência à compressão e do módulo de elasticidade foram feitos com corpos-de-prova cilíndricos de 50 mm de diâmetro e altura de 100 mm. V 5 P 3 L 30 Resistência à compressão (em MPa) Notação: Va. Bc. Ld onde V significa Vermiculita, a é a quantidade de vermiculita em porcentagem do total da massa de agregados, B é o tipo de fibra (P para PVA e G para vidro), c é a taxa volumétrica de fibras em %, L significa Látex e d é a quantidade de látex em porcentagem da massa de cimento. O termo REF significa a mistura de referência, que corresponde a uma mistura sem vermiculita, fibras e látex. MKED: ALMOFADAS DE ARGAMASSA MODIFICADA. . . (AGO/2019) 14

V 5 P 3 L 30 Módulo de elasticidade (em GPa) Se as misturas sem e com 50% de vermiculita, com 20% e 40% de látex forem descartadas, os seguintes valores podem ser considerados representativos do material: a) resistência à compressão média de 20 MPa a 45 MPa e b) módulo de elasticidade de 10 GPa a 15 GPa. MKED: ALMOFADAS DE ARGAMASSA MODIFICADA. . . (AGO/2019) 15

3. Comportamento das AAMs submetidas força uniforme As AAM foram submetidas à força de compressão em máquina universal de ensaio. O objetivo deste ensaio foi analisar a capacidade de deformação das almofadas quando submetidas à compressão uniforme. Ensaio de compressão uniforme MKED: ALMOFADAS DE ARGAMASSA MODIFICADA. . . (AGO/2019) 16

Exemplos de curvas tensão x deformação e de determinação da rigidez da almofada Como a parte inicial da curva inclui uma acomodação inicial da almofada, a rigidez da almofada foi determinada com a expressão: MKED: ALMOFADAS DE ARGAMASSA MODIFICADA. . . (AGO/2019) 17

Rigidez e deformação das almofadas de 150 x 150 mm MKED: ALMOFADAS DE ARGAMASSA MODIFICADA. . . (AGO/2019) 18

Introdução de rugosidade superficial para aumentar a capacidade de deformação das AAMs. Detalhes da moldagem e da rugosidade da AAM: a) fôrma montada b) detalhe da manta colada à fôrma c) demoldagem das almofadas e d) almofadas com superfície rugosa e superfície lisa. MKED: ALMOFADAS DE ARGAMASSA MODIFICADA. . . (AGO/2019) 19

Detalhes da AAM com rugosidade nas duas faces antes e após o ensaio Para os casos mais representativos, foram obtidos os seguintes valores médios de rigidez: a) 449 MPa para superfície lisa nas duas faces, b) 372 MPa para superfície lisa numa face e rugosa na outra e c) 307 MPa para superfície rugosas nas duas faces. MKED: ALMOFADAS DE ARGAMASSA MODIFICADA. . . (AGO/2019) 20

“Maleabilidade” da almofada MKED: ALMOFADAS DE ARGAMASSA MODIFICADA. . . (AGO/2019) 21

4. Ensaio simulando ligação submetida a elevadas tensões de compressão Os blocos de concreto empregados no corpo-deprova que representava a ligação eram cúbicos com arestas de 150 mm. O bloco superior de concreto possuía 4 ou 9 saliências na face ligada com espessura variável entre 0, 0 mm (face lisa), 0, 50 mm, 1, 0 mm e 1, 50 mm. mm MKED: ALMOFADAS DE ARGAMASSA MODIFICADA. . . (AGO/2019) 22

Estas saliências tinham a finalidade de simular imperfeiçoes das superfícies de contato. Além da espessura das saliências, variou-se também a classe de resistência média à compressão dos concretos, procurando atingir os valores de 40 MPa, 65 MPa e 90 MPa. MKED: ALMOFADAS DE ARGAMASSA MODIFICADA. . . (AGO/2019) 23

Resistência à compressão das ligações, com e sem almofada de apoio, em função das espessuras das saliências na face do bloco, para concreto de resistência à compressão média de 65 MPa MKED: ALMOFADAS DE ARGAMASSA MODIFICADA. . . (AGO/2019) 24

Os principais resultados encontrados estão sintetizados a seguir: a) a eficiência da almofada na ligação sujeita ao carregamento de compressão centrada é maior para as rugosidades de 0, 5 e 1, 0 mm, mm sendo que para saliências com 0, 5 mm de espessura a melhora da resistência do conjunto foi de cerca de 24%. ; b) para níveis de saliências acima de 1, 0 mm de espessura, os resultados obtidos apresentaram grande variabilidade e as conclusões não foram precisas, o que demostra a necessidade da realização de um número maior de ensaios, c) nota-se uma tendência de melhor desempenho da ligação com almofada de apoio para concretos com resistência à compressão abaixo de 50 MPa; d) a aplicação do carregamento cíclico reduziu a resistência da ligação em valores da ordem de 33% para corpos de prova sem AAM e 16% para modelos com AAM. MKED: ALMOFADAS DE ARGAMASSA MODIFICADA. . . (AGO/2019) 25

5. Recomendações e considerações finais As misturas recomendadas para o material das almofadas têm relação cimento/agregado de 0, 3, relação cimento/água de 0, 4, porcentagem de vermiculita, em relação à massa total de agregados, de 5 a 15%, taxa volumétrica de fibras de 2%, ou mais, mais e quantidade de látex de 20 a 30% da massa de cimento. Os valores representativos do material com estas misturas seriam: a) resistência à compressão média de 20 MPa a 45 MPa e b) módulo de elasticidade de 10 GPa a 15 GPa. As espessuras recomendas para AAM são de 10 mm a 20 mm, mm com emprego de rugosidade dos dois lados. A rigidez das almofadas, com 10 mm de espessura, feitas com esta misturas indicada seria da ordem de 300 MPa a 500 MPa. MKED: ALMOFADAS DE ARGAMASSA MODIFICADA. . . (AGO/2019) 26

Tensão “admissível” de compressão: 20 MPa (da ordem de 2, 5 a tensão limite das almofadas de elastômero simples) Estimativa da rotação que a AAM acomoda: Considerando a=150 mm, h=10 mm e o afundamento do lado mais comprimido de 1, 5 mm, a rotação é de 1, 5/150=1/100=0, 01 MKED: ALMOFADAS DE ARGAMASSA MODIFICADA. . . (AGO/2019) 27

Posição da resultante: Comparadas com as almofadas de elastômero, a tendência do deslocamento das AAMs é ser maior. Mas, por outro lado, o comprimento do consolo pode bem ser menor. MKED: ALMOFADAS DE ARGAMASSA MODIFICADA. . . (AGO/2019) 28

Ações repetidas: Curva tensão deformação para carregamento cíclico (1200 ciclos) MKED: ALMOFADAS DE ARGAMASSA MODIFICADA. . . (AGO/2019) 29

Efeito da variação de comprimento dos elementos apoiados: Conforme adiantado, a distorção das AAMs seriam desprezíveis, ao contrário das almofadas de elastômero. Mas, quando se utiliza almofadas de elastômeros com chumbadores grauteados, situação típica de aplicações em edifícios, também haveria restrição a variação de comprimento das vigas. MKED: ALMOFADAS DE ARGAMASSA MODIFICADA. . . (AGO/2019) 30

Como as AAMs são mais rígidas que as almofadas de elastômero, elas tornam as ligações mais rígidas estruturas menos deformáveis MKED: ALMOFADAS DE ARGAMASSA MODIFICADA. . . (AGO/2019) 31

Por serem feitas com material à base de cimento, as AAMs teriam, em princípio, duas características favoráveis: Ø Mesma durabilidade do concreto. Ø Grande resistência em situações de incêndio Possiblidade de embutir a almofada nos elementos pré-moldado. Utilizações em ligações com contato direto. MKED: ALMOFADAS DE ARGAMASSA MODIFICADA. . . (AGO/2019) 32

O potencial das AAMs está evidenciado com base em realizados e aplicações experimentais que tem sido realizados há algum tempo. Naturalmente, existe a possibilidade de melhorar o material para tornar as almofadas mais “maleáveis” Próximos passos? ? ? MKED: ALMOFADAS DE ARGAMASSA MODIFICADA. . . (AGO/2019) 33

AGRADECIMENTOS