Anais do 47º Congresso Brasileiro de Cerâmica



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Anais do 47º
Congresso Brasileiro de Cerâmica

Proceedings of the 47th Annual Meeting of the Brazilian Ceramic Society

15-18/junho/2003 – João Pessoa - PB - Brasil



ESTUDO DA EXPANSÃO POR UMIDADE (EPU) EM EDIFÍCIOS COM FALÊNCIA ESTRUTURAL NA GRANDE RECIFE - PE

L.V. Amorim1, H.S. Ferreira2, G.A. Neves3, R. A. Oliveira4, H.C. Ferreira3

Av. Aprígio Veloso, 882 CEP: 58.109-970 - Campina Grande/PB

heber@dema.ufpb.br

1Aluna de Doutorado em Eng. de Processos, CPGEP/CCT/UFCG

2 Aluno de Graduação em Eng. de Materiais, DEMa/CCT/UFCG

3Professores do Departamento de Eng. de Materiais, DEMa/CCT/UFCG

4Professor do Departamento de Eng. Civil, DEC/UFPE

RESUMO


Este trabalho tem como objetivo o estudo da expansão por umidade (EPU) em tijolos cerâmicos de vedação, utilizados em alvenarias estruturais, afetados e não afetados pela umidade de quatro edifícios com problemas estruturais localizados na Grande Recife-PE. Foram confeccionados corpos de prova prismáticos a partir das amostras de blocos cerâmicos nas dimensões de aproximadamente 10 x 2 x 1 cm3 para determinação da tensão de ruptura à flexão, e de 5 x 0,8 x 0,8 cm3 para determinação das EPUs atual, real e futura através de análises termodilatométricas. Os resultados mostraram que os blocos cerâmicos estudados apresentaram EPU superior ao limite máximo indicado pelas normas australianas, contribuindo negativamente para instabilidade das estruturas.
Palavras-chave: Expansão por umidade, blocos cerâmicos, alvenarias estruturais
INTRODUÇÃO
Expansão por umidade (EPU) é o termo técnico utilizado para designar a expansão sofrida por alguns materiais cerâmicos quando em contato com água na forma líquida ou de vapor. Esta expansão pode causar danos desde o gretamento de vidrados e/ou o destacamento de pisos, até o surgimento de trincas e o comprometimento das alvenarias, pois além da degradação que confere aos blocos cerâmicos, prejudica a aderência entre a argamassa e os tijolos e, consequentemente, a estabilidade da estrutura. Tentando quantificar esses problemas, a ABNT(1) apresenta a metodologia de ensaios necessários para detectar o fenômeno da EPU e sugere como limite máximo aceitável para blocos cerâmicos uma expansão de 0,3mm/m.

A EPU começou a ser estudada na década de 20 por numerosos pesquisadores, sendo o trabalho de Merrit e Peters o pioneiro(2). Em 1931, teve-se a primeira referência do fenômeno de EPU em tijolos cerâmicos(3) e em 1954, a EPU foi apontada como a causa principal da falha estrutural de três construções nos Estados Unidos(4).

As pesquisas sobre EPU no Brasil detêm-se às Universidades Federais de São Carlos (UFSCar), de Santa Catarina (UFSC) e da Paraíba (UFPB), atual Universidade Federal de Campina Grande (UFCG). Na UFPB os estudos iniciaram em 1975(5). As pesquisas mais recentes focalizam os seguintes aspectos: otimização da técnica de dilatometria na determinação da EPU; estudo da EPU em massas convencionais e alternativas pelo uso do resíduo de granito, para revestimentos cerâmicos; estudo da EPU em pisos cerâmicos comerciais; estudo da inter-relação entre a EPU e o comportamento mecânico de cerâmicas vermelhas e a influência do tratamento térmico e da metodologia de indução na determinação da EPU em placas cerâmicas comerciais. Uma descrição detalhada desses estudos pode ser encontrada na referência(6).

Também como parte dos trabalhos do DEMa/UFCG, foram elaborados laudos técnicos sobre a influência da EPU no desabamento dos Edifícios Aquarela em 1997, Ericka e Enseada de Serrambí em 1999, construídos em alvenaria estrutural singela, na Grande Recife, PE. Mais recentemente, em 2001, a EPU foi novamente apontada como a causa de diversos danos na estrutura do Conjunto Residencial Arruda.

Este trabalho teve como objetivo estudar a EPU em tijolos cerâmicos provenientes dos Edifícios Aquarela, Éricka e Enseada do Serrambí que sofreram falência estrutural e do Bloco F do Conjunto Residencial Arruda, localizados na Grande Recife, PE.
MATERIAIS E METODOLOGIA

Materiais


Foram estudadas amostras de tijolos cerâmicos não afetados e afetados pela ação da umidade dos Edifícios Aquarela, Éricka e Enseada de Serrambí e do Bloco F do Conjunto Residencial Arruda, localizados na Grande Recife, PE. A denominação e procedência das amostras estão apresentadas na Tabela I.
Tabela I - Denominação e procedência das amostras de tijolos cerâmicos.

Edifício

Denominação

Procedência das Amostras de Tijolos

Aquarela

AquarelaN

Superestrutura não afetados pela ação da umidade




AquarelaA

Fundação afetados pela ação da umidade




ÉrickaN

Superestrutura não afetados pela ação da umidade

Éricka


ÉrickaA

Fundação, pouco afetados pela ação da umidade proveniente das águas superficiais e do lençol freático




ÉrickaA1

Fundação esmagada, muito afetados pela ação da umidade proveniente das águas superficiais e do lençol freático




SerrambíN

Superestrutura, não afetados pela ação da umidade

Enseada do Serrambí

SerrambíA

Fundação, pouco afetados pela ação da umidade proveniente das águas superficiais e do lençol freático




SerrambíA1

Alvenaria próxima da caixa d'água, afetados pela ação da umidade proveniente das águas superficiais e do lençol freático, bem como de eventuais vazamentos da caixa d'água

Residencial Arruda

ArrudaN

Superestrutura com 6 furos não afetados pela ação da umidade

ArrudaA

Fundação com 8 furos afetados pela ação da umidade

A fundação do Edifício Éricka foi constituída por blocos pré-moldados trapezoidais e seu embasamento por blocos de cimento e tijolos cerâmicos de seis furos, sendo as alvenarias ora constituídas com tijolos, ora com blocos e ora com uma mistura de blocos e tijolos.


Metodologia

Corpos de Prova - Foram cortados corpos de prova prismáticos a partir das amostras de tijolos cerâmicos nas dimensões de aproximadamente 10 x 2 x 1 cm3 para determinação da tensão de ruptura à flexão e de 5 x 0,8 x 0,8 cm3 para determinação da EPU através de análises termodilatométricas.

Expansão por Umidade (EPU) - A EPU foi determinada através de análises termodilatométricas, realizadas segundo metodologia do DEMa/CCT/UFCG, que consiste no aquecimento do corpo de prova desde a temperatura ambiente até 500oC a 5,0oC/min e resfriamento natural até temperatura ambiente(7).

Foram determinadas três tipos de EPUs: EPU real, EPU total e EPU futura. A EPU real foi determinada em corpos de prova como recebidos e significa a EPU que os tijolos sofreram durante o período que estiveram em serviço. A EPU total significa a expansão por umidade que os tijolos seriam capazes de desenvolver durante sua vida útil, e foi determinada em corpos de prova após tratamento térmico a 500oC(1), e a seguir ensaiados em autoclave utilizando uma pressão de vapor de 1,035MPa (150psi) por período de 5h consecutivas(8). A EPU futura significa toda a expansão por umidade que os tijolos poderiam ainda apresentar no futuro, sendo determinada através da equação (A):


EPU futura = EPU total - EPU real (A)
Para as amostras de tijolos provenientes do Conjunto Residencial Arruda foi determinada apenas a EPU real através de análises termodilatométricas, segundo a norma NBR 13818(1), originalmente destinada a revestimentos cerâmicos; aquecimento até 550oC com patamar de queima de 120 min.

Comportamento Mecânico - Foi determinada a tensão de ruptura à flexão (TRF), segundo metodologia proposta por Souza Santos(9), em corpos de prova secos ao ar. Os resultados da TRF são expressos MPa com aproximação de duas casas decimais.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Os resultados serão apresentados e analisados por Edifício; inicialmente os do Edifício Aquarela, a seguir os do Edifício Éricka, os do Edifício Enseada de Serrambí e por fim os do Conjunto Residencial Arruda.

Edifício Aquarela - Os resultados obtidos para a EPU e para a TRF das amostras AquarelaN e AquarelaA, estão apresentados na Figura 1(a) e 1(b), respectivamente. Mediante análise dos resultados, observou-se que a amostra AquarelaA apresentou valor de EPU real (1,80mm/m) muito superior (200%) ao encontrado pela amostra AquarelaN (0,62mm/m). Este resultado comprova que os tijolos provenientes da fundação do Edifício Aquarela desenvolveram durante o período que estiveram em serviço o fenômeno da EPU de forma mais pronunciada que os tijolos da superestrutura.

Analisando os resultados encontrados para a EPU total, observou-se que os valores obtidos para as amostras AquarelaN e AquarelaA foram bastante próximos, 2,70mm/m e 2,95mm/m respectivamente, indicando que os tijolos cerâmicos utilizados tanto na superestrutura quanto na fundação do Edifício apresentaram tendências similares ao desenvolvimento da EPU. Por fim, os resultados encontrados para a EPU futura mostraram valores elevados, sendo a EPU da amostra AquarelaA aproximadamente 80% superior ao da amostra AquarelaN. Estes dados indicam que os tijolos cerâmicos ainda poderiam desenvolver o fenômeno de EPU, causando danos ainda maiores.


E
m resumo, concluiu-se que os tijolos provenientes do Edifício Aquarela desenvolveram o fenômeno de EPU durante o tempo que estiveram em serviço, e que ainda poderiam ter esta acrescida com o decorrer do tempo.

Mediante análise dos resultados de TRF, observou-se que a amostra AquarelaA (2,5MPa) apresenta comportamento mecânico bastante inferior ao apresentado pela amostra AquarelaN (5,8MPa). Comparando os dados de TRF (Figura 1(b)) com os de EPU (Figura 1(a)), observou-se que a amostra AquarelaA foi a que apresentou menor valor de TRF e maior valor de EPU real, confirmando que a queda no comportamento mecânico foi causada pela expansão dimensional sofrida pelos tijolos durante o tempo que estiveram em serviço. Neste caso, parece haver uma nítida correlação entre a EPU e a TRF, ou seja, quando os tijolos entram em contato com água, expandem e causam tensões de compressão em toda a alvenaria. Estas tensões ao atingirem o ponto crítico começam a comprometer a aderência entre os tijolos e a argamassa, que por sua vez não acompanha o aumento dimensional sofrido pelos tijolos. Além desses problemas, também há perda de resistência dos tijolos cerâmicos. A união de todos esses fatores leva ao colapso da alvenaria.


Edifício Éricka - Os resultados obtidos para a EPU e para a TRF das amostras ÉrickaN, ÉrickaA e ÉrickaA1, estão apresentados na Figura 2(a) e 2(b), respectivamente. Mediante análise dos resultados, observou-se que a amostra ÉrickaA1 foi a que apresentou maior valor de EPU real (1,23mm/m), sendo aproximadamente 100% e 150% superior aos valores encontrados para as amostras ÉrickaN (0,63mm/m) e ÉrickaA (0,52mm/m), respectivamente. Estes dados mostraram que os tijolos esmagados (ÉrickaA1) provenientes da fundação do Edifício foram os que mais desenvolveram o fenômeno de EPU durante o período que estiveram em serviço. Os resultados encontrados para a EPU total, mostraram que a amostra ÉrickaA1 foi a que apresentou maior valor (3,89mm/m). As demais amostras, ÉrickaN e ÉrickaA, apresentaram valores de 1,85mm/m e de 1,23mm/m, respectivamente.

Para a EPU futura, a amostra ÉrickaA1 foi novamente a que apresentou maior valor (2,66mm/m), sendo este valor aproximadamente 120% e 275% superior aos obtidos pelas amostras ÉrickaN e ÉrickaA, respectivamente. Estes dados indicaram que os tijolos cerâmicos provenientes do Edifício Éricka poderiam continuar a desenvolver o fenômeno de EPU causando danos ainda mais graves, e que a amostra de tijolos da fundação esmagada (ÉrickaA1) apresentava-se em péssimas condições e com possibilidades de EPU futura extremamente danosa.

Finalmente, conclui-se que os tijolos cerâmicos provenientes do Edifício Éricka apresentaram EPU durante o período que estiveram em serviço e que ainda poderiam ter esta expansão acrescida com o decorrer do tempo.

Mediante análise dos resultados de TRF, observou-se que a amostra ÉrickaA1 apresentou comportamento mecânico bastante inferior (3,56MPa) ao apresentado pelas amostras ÉrickaN (4,56MPa) e ÉrickaA (4,76MPa).

Comparando os resultados de TRF (Figura 2(b)) com os de EPU (Figura 2(a)), observou-se que quanto maior a EPU menor o valor de TRF, sendo a amostra ÉrickaA1 a que apresentou maior EPU real e menor TRF. Também neste caso, estes dados mostram uma correlação direta entre estas duas variáveis, com a EPU contribuindo para os baixos valores de TRF encontrados, para o comprometimento da aderência entre a argamassa e os tijolos/blocos de cimento, e por fim, para o colapso da estrutura.




Edifício Enseada do Serrambí - Os resultados obtidos para a EPU e a TRF das amostras SerrambíN, SerrambíA e SerrambíA1, estão apresentados na Figura 3(a) e 3(b), respectivamente. Mediante análise dos resultados, observou-se que a amostra SerrambíA1 foi a que apresentou maior valor de EPU real (1,01mm/m), sendo aproximadamente 15% e 85% superior aos valores encontrados para as amostras SerrambíN (0,88mm/m) e SerrambíA (0,52mm/m), respectivamente.

Estes dados mostraram que os tijolos esmagados (SerrambíA1) provenientes da fundação do Edifício foram os que mais desenvolveram o fenômeno de EPU durante o período que estiveram em serviço.

Os resultados encontrados para a EPU total, mostraram que a amostra SerrambíA1 foi a que apresentou maior valor (1,41mm/m). As demais amostras, SerrambíN e SerrambíA, apresentaram valores de 1,18mm/m e de 1,06mm/m, respectivamente.

Para a EPU futura, a amostra SerrambíA foi a que apresentou maior valor (0,51mm/m), enquanto que as amostras SerrambíN e SerrambíA1 apresentaram valores de 0,30mm/m e de 0,40mm/m. Estes dados mostraram que os tijolos cerâmicos provenientes do Edifício Enseada do Serrambí poderiam continuar a desenvolver o fenômeno de EPU, e que a amostra de tijolos da alvenaria próxima da caixa d'água (SerrambíA1), que embora tenha sido a amostra a desenvolver de forma mais pronunciada a EPU durante o período que esteve em serviço, ainda poderia vir a ter essa expansão acrescida em aproximadamente 40%.

F
inalmente, conclui-se que os tijolos cerâmicos provenientes do Edifício Enseada do Serrambí apresentaram EPU durante sua vida útil e que ainda poderiam ter esta expansão acrescida com o decorrer do tempo, bem como que a amostra da alvenaria próxima da caixa d'água (SerrambíA1) apresentou elevada EPU, muito provavelmente pelo fato da superposição das águas superficiais e do lençol freático, com eventuais/permanentes vazamentos do reservatório de água.

Mediante análise dos resultados de TRF, observou-se que as amostras SerrambíA e SerrambíA1 apresentaram comportamento mecânico bastante inferior (3,04MPa e 3,74MPa) ao apresentado pela amostra SerrambíN (6,08MPa). Isto mostra que os tijolos da fundação e da alvenaria próxima da caixa d'água, em virtude do prolongado contato com águas do lençol freático, superficiais e de eventuais/permanentes vazamentos do reservatório de água, tiveram sua resistência comprometida, apresentando uma queda sensível nas suas propriedades mecânicas.

Não observou-se correlação entre o comportamento mecânico e a EPU das amostras do Edifício Enseada do Serrambí, contudo, as expansões detectadas são mais que suficientes para comprometer a aderência entre a argamassa e os tijolos e, consequentemente, a estabilidade da estrutura.
C
onjunto Residencial Arruda
- Os resultados obtidos para a EPU real e para a TRF das amostras ArrudaN e ArrudaA, estão apresentados na Figura 4(a) e 4(b), respectivamente. Mediante análise dos resultados, observou-se que a amostra ArrudaN apresentou valor de EPU real (0,94mm/m) superior (31%) ao encontrado pela amostra ArrudaA (0,72mm/m). Este resultado comprova que os tijolos provenientes da superestrutura desenvolveram o fenômeno da EPU de forma mais pronunciada que os tijolos da fundação.
Mediante análise dos resultados de TRF, observou-se que a amostra ArrudaA (7,4MPa) apresentou comportamento mecânico inferior ao apresentado pela amostra ArrudaN (9,16MPa). Comparando os dados de TRF (Figura 4(b)) com os de EPU (Figura 4(a)), observou-se que não houve correlação entre estas variáveis; a amostra ArrudaN apresentou maior valor de TRF (9,16MPa) e maior valor de EPU real (0,94mm/m), enquanto que a amostra ArrudaA apresentou menor valor de TRF (7,40MPa) e menor valor de EPU real (0,72mm/m). Contudo, como mencionado para o Edifício Enseada do Serrambí, as expansões detectadas são mais que suficientes para comprometer a aderência entre a argamassa e os tijolos e, consequentemente, a estabilidade da estrutura.

N
as Figuras 5(a) e 5(b), encontram-se respectivamente os resultados de EPU e de TRF das amostras dos Edifícios Aquarela, Éricka e Enseada do Serrambí e do Bloco F do Residencial Arruda. Em relação aos resultados de EPU, observou-se que as amostras afetadas pela ação da umidade do Edifício Aquarela apresentaram maior expansão do que aquelas encontradas para os Edifícios Éricka e Enseada do Serrambí e do Bloco F do Residencial Arruda, bem como, que todas as amostras, com exceção da SerrambíN, apresentaram EPU superior ao limite máximo especificado pelas norma australiana AS 1226.5(), que é de 0,3mm/m.


Em relação aos resultados de TRF, observou-se que os tijolos afetados pela ação da umidade do Edifício Éricka são similares aos provenientes do Enseada do Serrambí, e ambos são bastante superiores aos do Aquarela. Dentre as amostras analisadas, as provenientes do Bloco F do Residencial Arruda foram as que apresentaram maiores valores de TRF.

CONCLUSÕES


Os tijolos cerâmicos estudados apresentaram EPU superior ao limite máximo sugerido pela ABNT. No caso do Edifício Aquarela a EPU foi fator determinante da sua falência estrutural. Para os Edifícios Éricka e Enseada do Serrambí, EPUs elevadas contribuíram para degradações das alvenarias de fundação, o que resultou na falência da estrutura. Por fim, que as EPUs observadas nos tijolos provenientes do Bloco F do Residencial Arruda foram bastante elevadas, sendo, provavelmente, a causa dos danos nas alvenarias da superestrutura e da fundação.
REFERÊNCIAS


  1. ABNT, Associação Brasileira de Normas Técnicas, Ensaios para Certificação de Revestimentos Cerâmicos, Centro Cerâmico do Brasil, NBR-13818, 1999.

  2. G. E. Merrit, C. G. Peters, J. Am. Ceram. Soc. 9, (1926) 327.

  3. T. McNeilly, J. Brit. Ceram. Soc., 1983.

  4. W. McBurney, Proc. Am. Soc. Testing Mat. 54, (1954) 1219.

  5. J. B. Baungartner, H. C. Ferreira, Cerâmica 26, 130 (1980) 263.

  6. A.E. Raposo, Influência da Temperatura de Tratamento Térmico e da Metodologia de Indução na Determinação da Expansão por Umidade em Placas Cerâmicas para Revestimento, Dissertação de Mestrado/PGECA/UFCG, 2003. No prelo.

  7. C. M. Gomes, L. V. Amorim, A.M.C.B Segadães, H. C. Ferreira, Anais do 44o Congresso Brasileiro de Cerâmica, S. Pedro, S.P., Junho de 2000, p. 14601.

  8. ASTM, Standard Test Method for Moisture Expansion of Fired Whiteware Products, C370-88, 1994.

  9. Souza Santos, P., Ciência e Tecnologia de Argilas, 2a Edição, Vol. I, Ed. Edgard Blücher, São Paulo, SP (1989), p. 195.

  10. AS, Standard Association of Australian, Method of Sample and Testing Clay Building Bricks, Method for Determining Characteristic Expansion, 1226.5, 1984.


STUDY OF MOISTURE EXPANSION IN BUILDINGS WITH STRUCTURAL COLLAPS IN RECIFE - PE
ABSTRACT

The aim of this paper is the study of the moisture expansion in ceramic bricks affected and not affected by the action of the humidity from four buildings with structural problems located in the Recife-PE. Specimens of 10 cm in length by 2 cm by 1 cm in cross sections and of 5 cm in length by 0,8 cm by 0,8 cm in cross section were cut and submitted to mechanical test and dilatometer test for determination of real, total and future moisture expansions. The results show that the ceramic blocks presented moisture expansion higher than to the maximum limit indicated by Australian Standards, contributing negatively to instability of the structural masonry.


Key-words: Moisture expansion, ceramics bricks, structural masonry.


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