Influência dos furos prismáticos ou cilíndricos na resistência mecânica à compressão de blocos cerâmicos de vedação

Esse trabalho analisa a resistência mecânica à compressão dos blocos cerâmicos de vedação com furos cilíndricos e prismáticos. Os resultados têm por finalidade contribuir para elucidação de uma dúvida em torno dos blocos cerâmicos vazados. Em uma primeira etapa as boquilhas foram dimensionadas para que a área das secções transversais dos furos prismáticos e cilíndrico fosse igual. Com isso foi possível obter também a mesma área líquida para ambos os blocos, de modo que a resistência mecânica à compressão fosse influenciada somente pela forma geométrica do furo. Amostras de blocos com furos cilíndricos e prismáticos foram produzidas em uma indústria cerâmica e ensaiadas no Laboratório de Materiais do DACOC/UTFPR, de acordo com a NBR 15.270. Os resultados apontam que blocos cerâmicos de vedação com furos de secção prismática apresentam os maiores valores de resistência mecânica à compressão.

O presente trabalho tem por objetivo comparar dois modelos de blocos cerâmicos de vedação, cujo único diferencial é a secção reta de furos cilíndricos e prismáticos. Após a realização de todos os ensaios recomendados pela norma NBR 15.270-1(¹) e NBR 15.270-3(²), foi avaliado qual modelo de bloco suporta maior carga em solicitação de compressão.

As alvenarias de vedação destinam-se ao fechamento de espaços entre componentes da estrutura, geralmente entre pilares e vigas. Diferente das alvenarias estruturais, as de vedação são caracterizadas por não resistirem a cargas verticais além daquelas resultantes do peso próprio e de pequenas cargas de ocupação. Entretanto, no caso de pequenas obras, essas alvenarias podem influenciar na estabilidade da edificação.

Todavia, as funções dessas alvenarias cerâmicas, podem ir além da simples divisão de espaços, tais como:

• Bom desempenho térmico e acústico;
• Segurança física dos usuários em caso de incêndio e ou ventos;
• Estanqueidade às chuvas e/ou infiltrações;
• Contraventamentos ou parte deles.

Pelas funções apresentadas, particular atenção deve ser dada ao projeto e execução das alvenarias de vedação, procurando explorar, no caso dos blocos cerâmicos de vedação, as propriedades mínimas especificadas nas normas técnicas, como: a resistência mecânica à compressão, absorção de água, aspectos geométricos, planeza das faces, dimensões e defeitos visuais.

Quanto à resistência mecânica desses blocos, existe no mercado uma polêmica referente à qual tipo de furo resulta no maior carregamento. Na opinião dos fabricantes de blocos os furos de forma prismática propiciam maiores resistências mecânicas, enquanto que os profissionais da construção civil, (pedreiros, oficiais e serventes) preferem os blocos fabricados com furos cilíndricos.

Devido à escassez de referências técnicas e divergências de resultados envolvendo ensaios em blocos com diferentes tipos de furos, permanece a opinião dos fabricantes pelos blocos com furos prismáticos e a preferência dos profissionais por blocos com furos cilíndricos.

Além da norma específica para blocos cerâmicos de vedação, há a necessidade do mercado da construção civil ter outro parâmetro técnico que defina a melhor configuração geométrica em relação aos furos, de modo a produzir elementos de melhor qualidade. Essa informação dará subsídio aos fabricantes de blocos cerâmicos, bem como aos consumidores, órgãos fiscalizadores e empresas de construção civil, para decidirem sobre o material mais vantajoso.

De acordo com Gomes(³) resistência a seco é manifestada pelo corpo depois de seco e antes de queimado, devendo ser suficiente para possibilitar a manipulação que o acabamento e o transporte até a queima do corpo cerâmico exigem.

Altas resistências mecânicas dos corpos de argila são dependentes de um teor mais alto de argila, da maior plasticidade e de granulometria mais fina. Quanto menor a dimensão e mais lamelar forem as partículas constituintes das argilas, maior será a superfície de contato entre elas, e consequentemente maior a resistência mecânica à compressão, Gomes(³).

Conforme o Manual de Execução de Alvenarias de Vedação em Blocos Cerâmicos (?), do Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo, os blocos com furos prismáticos geralmente apresentam resistência mecânica à compressão igual ou superior a 2,5 MPa, enquanto para os blocos com furos cilíndricos este valor é acentuadamente menor, em torno de 1,0 MPa. A rigor, as duas categorias de blocos podem ser empregadas na construção de paredes de vedação. Contudo, a favor da segurança, para a execução de paredes externas (fachadas) de edifícios altos, sujeito à ação de ventos fortes, é recomendado o emprego de blocos com resistência igual ou superior a 2,5 MPa, ou seja, blocos com elementos vazados prismáticos.

Para L’Hermite(?), a resistência à ruptura das alvenarias é geralmente menor do que a dos elementos que a coinstituem, a saber: tijolo ou bloco, argamassa e pedra. A resistência mecânica de paredes e muros é ensaiada em painéis de 2,5 metros de altura e 1,2 metros de largura em máquinas de ensaio especiais. Nessa configuração de ensaio a ruptura geralmente ocorre de modo frágil (catastrófico), e se a carga está bem centrada há um esmagamento. Em blocos cerâmicos com furos cilíndricos cujos vazios representam em torno de 10% do volume total, obteve-se a resistência do bloco de 2,4 MPa e a resistência do muro de 0,7 MPa. Para os blocos com elementos vazados de secção prismática cujo volume de vazios representam 30% do volume total, obteve-se a resistência do bloco de 1,8 MPa e a resistência do muro de 0,5 MPa.

Observa-se que a própria literatura diverge quanto a resistência dos blocos cerâmicos constituídos de furos com formas geométricas diferentes.

De modo a garantir que os resultados de resistência mecânica à compressão dos blocos fossem devidos somente à geometria dos furos, a formulação e uso da massa cerâmica e o processamento das amostras para ensaio foram realizados na Indústria de Tijolos Beira-Rio Ltda. As amostras a serem ensaiadas além de terem sido produzidas industrialmente, foram queimadas juntamente com um lote em um forno industrial.

Desenvolvimento de Boquilhas

As boquilhas que produziram os blocos para ensaio foram adequadas de modo a garantir que ambas tivessem equivalência das áreas líquidas (secções transversais excluindo a área dos furos) e que estivessem de acordo com as dimensões de septos, preconizadas na NBR 15.270/2005.

Inicialmente tentou-se utilizar a boquilha para obtenção dos blocos com furos prismáticos que a empresa emprega em sua linha de produção. Para obtenção de blocos com furos cilíndricos, foi desenvolvida uma boquilha por meio do software AutoCad. A partir do projeto desenvolvido para a boquilha cilíndrica, a avaliação quanto as áreas líquidas de ambas não se mostraram equivalentes. Assim, foram projetadas duas novas boquilhas (com furos cilíndricos e prismáticos) de modo a atingir ao parâmetro de áreas líquidas equivalentes. Tendo sido ambas as boquilhas validadas quanto as áreas líquidas, com auxílio do software AutoCad, os projetos foram enviados para usinagem.

Caracterização da matéria-prima

Toda matéria-prima utilizada na produção dos blocos cerâmicos de vedação e as boquilhas foram disponibilizadas pela Indústria de Tijolos Beira Rio Ltda. Os dois modelos de blocos foram moldados com a mesma massa, tendo assim a mesma constituição. A formulação da massa cerâmica foi feita de forma empírica, sendo 80% argila e 20% terra preta. A empresa usa esta composição como padrão de fabricação de seus artefatos cerâmicos.

Amostragem

Para definição do número de blocos cerâmicos a serem coletados para a realização dos ensaios, adotaram-se como parâmetro de referência os valores estabelecidos na Tabela 5 (Número de blocos dos lotes e da amostragem) da NBR 15.270-1.

Foram utilizados três lotes de blocos cerâmicos para a realização dos ensaios, cada lote foi composto por 13 blocos com elementos vazados cilíndricos e 13 prismáticos. Isto para que os resultados fossem mais precisos. Todos os blocos foram devidamente identificados:

• Lote 1C - 13 blocos com elementos vazados cilíndricos
• Lote 1P - 13 blocos com elementos vazados prismáticos
• Lote 2C - 13 blocos com elementos vazados cilíndricos
• Lote 2P - 13 blocos com elementos vazados prismáticos
• Lote 3C - 13 blocos com elementos vazados cilíndricos
• Lote 3P - 13 blocos com elementos vazados prismáticos

As amostras foram classificadas e identificadas como C = cilíndricos e P = prismáticos. Conforme a NBR 15.270 - Parte 3 as dimensões dos blocos cerâmico de vedação são: Largura (L) 9cm, Altura (H) 14cm e Comprimento (C) 19cm.

A NBR 15.270/2005 atende às exigências dos consumidores ou produtores, no processo de fabricação, no acabamento, forma e dimensões, na composição química e nas propriedades físicas, nos ensaios de inspeção, no recebimento ou no emprego dos produtos.

Os benefícios qualitativos que a normalização traz permitem utilizar adequadamente os recursos naturais, uniformizar a produção, facilitar o treinamento de mão de obra, registrar o conhecimento tecnológico e facilitar a concentração ou venda de tecnologia.

Os benefícios quantitativos permitem reduzir o consumo de materiais, reduzir o desperdício, padronizar os componentes, padronizar equipamentos, reduzir a variedade de produtos, fornecer procedimentos para cálculos e projetos, aumentar a produtividade, melhorar a qualidade e controlar processos.

Ensaios de caracterização

As amostras dos blocos cerâmicos após serem processadas juntamente com um lote de rotina foram coletadas na Indústria de Tijolos Beira Rio Ltda, em Curitiba (PR) foram ensaiadas no Laboratório de Materiais da UTFPR, campus Campo Comprido. De acordo com a NBR 15.270/2005, foram analisadas as seguintes características e propriedades:

• a) características geométricas:
  • determinação das dimensões;
  • determinação das espessuras das paredes externas e septos dos blocos;
  • determinação do desvio em relação ao esquadro;
  • determinação da planeza das faces;
  • determinação da área bruta.
• área líquida: expressa em centímetros quadrados de cada bloco, foi calculada segundo a expressão:

Desenvolvimento de novas boquilhas

Não foi possível obter um bloco com furos cilíndricos a partir da boquilha da empresa, de modo que as áreas líquidas de ambos os blocos fossem equivalentes. Assim, com os projetos das novas boquilhas foi possível obter exatamente as mesmas seções transversais aos furos das duas boquilhas, Figura 1. A área da secção transversal aos furos de projeto é de 1.277mm² e como pode ser observado no ensaio de área líquida, foi confirmada também na prática. Dessa forma, o único parâmetro que diferencia os blocos e pode influenciar na resistência mecânica à compressão é a geometria dos furos.

Pode-se concluir que os blocos com furos de secções prismáticas apresentaram resistência mecânica à compressão maior que os blocos com furos de secção cilíndrica, indicando que o formato do furo tem influência na resistência mecânica à compressão. Os fatos de apenas alguns blocos não terem atingido a resistência mecânica à compressão mínima, não implica na reprovação do lote. Os casos em que alguns blocos que não atingiram a resistência forem em número inferior a três em cada lote, o que, segundo os critérios da norma, não desqualificam o lote.

Com os resultados apresentados, esse trabalho visa contribuir com a literatura técnica sobre esse assunto e também com o mercado da construção civil, de modo a subsidiar as decisões tanto do empresário como dos especificadores e usuários de blocos cerâmicos de vedação.

(1) Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 15.270-1: Componentes Cerâmicos. Parte 1: Blocos Cerâmicos para Alvenaria de Vedação - Terminologia e Requisitos. Rio de Janeiro, 2005;

(2) Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 15.270-3: Componentes Cerâmicos. Parte 3: Blocos Cerâmicos para Alvenaria Estrutural e de Vedação - Métodos de Ensaio. Rio de Janeiro, 2005;

(3) Gomes, C.F. - Argilas, o que são e para que servem. Lisboa: Fundação Cal Gulbenkian, 1988;

(4) IPT - Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo - Paredes de Vedação com Blocos Cerâmicos. Ed. Globo, São Paulo, 1988;

(5) L’hermite, R. - Ao Pé do Muro. São Paulo - SENAI, 1978;

(6) Oliveira, S.M. e Roman, H.R. - Avaliação e Uso de Blocos Cerâmicos nos estados da Bahia e Santa Catarina. International Seminar on Structural Masonry for Developing Countries, Florianópolis - SC, 1994.

Em que:
A(liq) = área líquida com aproximação decimal (cm);
M(v) = massa do bloco saturado (g);
M(A) = massa aparente do bloco (g);
H = altura do bloco (cm);
? = massa específica da água (1g/cm³).

características físicas:determinação da massa seca;
determinação do índice de absorção de água.
propriedades mecânicas:determinação da resistência à compressão em máquina universal de ensaios (EMIC DL-2000) com capacidade máxima de 200kN.
 

A elaboração e projeto das novas boquilhas teve como objetivo obter as mesmas áreas de secções transversais aos furos em ambas as boquilhas. A área da secção transversal aos furos de projeto é de 1.277m² e como pode ser observado no resultado da área líquida, foi confirmada também na prática, Figura 2.

A seguir são apresentados os resultados dos ensaios.

• características geométricas:
  • determinação das dimensões - todos os blocos apresentaram as dimensões de acordo com os valores previstos em norma, considerando também a tolerância de 5mm;
    espessura das paredes externas e septos - somente os blocos cilíndricos estão em não conformidades com dimensões reduzidas, pois a norma recomenda medidas de septos de 6mm e espessura de parede de 7mm;
  • determinação do desvio em relação ao esquadro - nenhum bloco extrapolou o recomendado na norma e todos os blocos estão em conformidade;
  • determinação da planeza das faces - nenhum bloco extrapolou o recomendado em norma (flecha deve ser no máximo 3mm) e todos os blocos estão em conformidade;
  • determinação da área bruta - sendo que as dimensões de fabricação do bloco cerâmico tem largura de 9cm e comprimento de 19cm, a área bruta deve ser de 171cm² . A variação entre os lotes foi de no máximo 1,4cm²;
• determinação da área líquida: 
  • A similaridade dos valores das áreas líquidas evidencia que não há outro fator que possa influenciar nos resultados de resistência mecânica à compressão.
• características físicas
  • determinação da massa seca - a variação menor que 0,25% foi obtida já na segunda para terceira hora mostrando a homogeneização e semelhanças entre os corpos de prova;
  • determinação do índice de absorção de água - pode ser observado que independente do tipo de furo, os blocos cerâmicos apresentaram absorção de água próxima a 22%, indicando conformidade de acordo com a norma.
• propriedade mecânica
  • Apenas alguns blocos não alcançaram a resistência mínima exigida em norma que é de >= 1,5 MPa. Os blocos cerâmicos com furos cilíndricos foram os que menos resistiram à compressão, mas também estariam aprovados pois a sua resistência foi acima da prevista em norma. Deve ser salientado que, nos blocos cerâmicos com furos prismáticos, a resistência à compressão foi maior, em alguns casos quase três vezes maior que a prevista em norma.

Discussão Geral

A realização de todos os ensaios solicitados em norma foi necessária para se ter resultados confiáveis, pois o foco principal desse estudo é analisar a influência do tipo de furo na resistência à compressão dos blocos cerâmicos de vedação.

Primeiramente o desenvolvimento das novas boquilhas foi necessário para garantir que a área líquida dos blocos fossem aproximadamente as mesmas. Dessa forma, foi garantido que não houve nenhuma outra variável que interferisse na avaliação da resistência mecânica à compressão.

Para aumentar ainda mais a confiabilidade dos resultados e melhorar o campo amostral, foram ensaiados três lotes com 13 blocos para cada tipo de bloco (com furos cilíndricos e prismáticos) sendo um total de seis lotes. O uso de um lote adicional com relação à exigência da norma, que prevê somente dois, teve por objetivo garantir que os ensaios pudessem ser completados seguindo os critérios da norma para qualificação de um lote. Ao final dos ensaios, observou-se que todos os lotes foram aprovados.