Resumo Com objetivo de contribuir com o melhor entendimento do comportamento de vigas de alvenaria estrutural armada, foi realizado o estudo experimental de vigas de alvenaria armada com blocos de concreto. Essas foram projetadas para ruptura à flexão, sendo analisando o modo de fissuração, a flecha, o momento fletor último, a deformação por encurtamento médio último da alvenaria na compressão simples e na flexão. Foi desenvolvido um programa experimental no qual foram ensaiadas, à flexão simples, 12 vigas de alvenaria estrutural armada confeccionadas com canaletas e blocos de concreto. Para comparação entre resistência à compressão da alvenaria paralela e perpendicular às juntas horizontais, foram confeccionados e ensaiados dois tipos de prismas; 4 prismas grauteados, confeccionados com a maior dimensão dos blocos na vertical, simulando a ocorrência das tensões de compressão nas vigas (paralelas às juntas horizontais), e 4 prismas convencionais grauteados. Resultados mostraram que, em média, a resistência à compressão da alvenaria paralela às juntas horizontais foi 25% menor comparada com a outra direção (perpendicular às juntas horizontais). Houve um aumento significativo da rigidez das vigas devido à inserção de mais uma fiada. O modelo utilizado para o cálculo do momento fletor último conduziu a valores próximos dos experimentais (diferença de aproximadamente 15%). E em média, o encurtamento último da alvenaria na compressão simples foi 50% menor do que na flexão.

Abstract An experimental program on reinforced concrete masonry beams was conducted aiming to better understand the behavior of reinforced masonry beams. The beams were designed to fail in flexure, assessing cracking patterns, maximum displacement, ultimate bending moment, and maximum flexural and axial compression strain. The experimental program included 12 reinforced masonry beam tested under flexure and built with bond-beam and hollow concrete blocks. Also, two type of prism were built and tested; one type stacked into the block greater dimension allowing testing with compression in the same direction as in the beams; and the second type as standard grouted prisms. Results indicate an average masonry compression strength parallel to bed joint 25% lower than the masonry compression strength in the other direction (perpendicular to bed joints). There was a significant increase on the beam stiffness due to the construction of one more block course. The model used to calculate the ultimate bending moment led to values close to the experimental result (difference of about 15%). Finally, the ultimate average shortening strain of masonry at axial compression was 50% lower than at flexural compression.

Resumo Vigas são submetidas à flexão e cisalhamento, sendo esse último esforço o tema desta pesquisa. O objetivo deste trabalho é analisar especificações para dimensionamento ao esforço cortante de vigas de alvenaria estrutural em blocos de concreto, a partir de extensa avaliação da literatura e de ensaios experimentais aqui relatados. A partir desse escopo, são sugeridas especificações para revisão da normalização brasileira. Na parte teórica, foram considerados trabalhos anteriores tanto nacionais quanto internacionais e as prescrições das normas brasileiras NBR15691-1/2011 e NBR 6118/2014, além da norte-americana, australiana, canadense e europeia, TMS 402/2016, AS3700/2001, CSA S304/2014 e EuroCode 6.1/2001, respectivamente. Com intuito de analisar e validar as especificações da literatura foi realizado um programa experimental de análise de dez vigas de alvenaria com blocos de concreto submetidos principalmente ao esforço cortante. Foram consideradas vigas de duas fiadas, três posições da carga vertical, variando a/d, e duas taxas de armadura transversal. Na análise dos ensaios verificaram-se semelhanças no comportamento último das vigas de alvenaria armada com a teoria proveniente das vigas de concreto armado, com algumas particularidades de fissuração na região das juntas de argamassa. Além disso, as especificações estabelecidas pela norma brasileira e europeia levaram a resultados consideravelmente maiores do que os resultados experimentais, enquanto que os presentes nas normas TMS 402/2016, AS3700/2001, CSA S304/2014 e NBR6118/2014 levam a resultados próximos aos obtidos experimentalmente. Como conclusão pode-se destacar que o padrão de ruptura é semelhante ao esperado para vigas de concreto armado, as fissuras foram condicionadas pela posição do ponto de aplicação do carregamento e pelas juntas de argamassa, o aumento da taxa de armadura transversal levou ao aumento da força cortante de ruptura. Os resultados indicam não ser consistente a consideração de aumento aparente da resistência ao cisalhamento pela relação M ⁄ (V∙d). Eliminando-se essa recomendação, considerando a resistência da alvenaria igual a 0,35 Mpa, limitando a tensão nos estribos a 0,90 de fyk e considerando a contribuição da armadura longitudinal, foi possível estimar o valor de cortante na ruptura de cada viga entre 73% a 106% dos valores verificados nos ensaios.

Abstract Beams are subject a flexure and shear, with the last as the theme of this research. The purpose of this paper is to analyze specifications for the shear design of concrete block structural masonry beams, based on an extensive literature review and experimental tests here reported. From this scope, specifications for revision of Brazilian standardization are suggested. In the theoretical part, literature review from both national and international researchers were considered and the specifications of Brazilian standards, in addition to North American, Australian, Canadian and European, ABNT NBR 15961-1/2011, ABNT NBR 6118/2014TMS 402/2016, AS3700/2001, CSA S304/2014 and EuroCode6.1/2001, respectively. To analyze and validate the specifications of the literature, an experimental program was carried out assessing ten concrete block masonry beams results tested mainly to shear loads. Two-course high beams with three vertical load positions (position a/d) and two transverse reinforcement rates were tested. The specifications from the Brazilian and European standards led to considerably higher results than the experimental results, while those presented in the standards TMS 402/2016, AS3700/2001, CSA S304/2014 and NBR6118/2014 lead to results close to those obtained experimentally. As a conclusion, it can be noted that the rupture pattern is similar to that expected for reinforced concrete beams, the cracks were conditioned by the position of the loading point and by the mortar joints positions, the increase in the transverse reinforcement ratio led to an increase in the shear force. Results indicate that the consideration of apparent increase in shear strength by the ratio M ⁄ (V∙d) is not consistent. Eliminating this recommendation, considering the masonry shear strength equal to 0.35 MPa, limiting the stirrups tension to 0.90 of fyk and considering the contribution of the longitudinal reinforcement, it was possible to estimate the shear value at the rupture of each beam between 73% to 106% of the values verified in the tests.

Resumo O concreto celular, que se caracteriza por ter um peso próprio reduzido pela incorporação artificial de ar, pode constituir uma alternativa sustentável ao concreto comum nas estruturas de pequeno e médio porte. O presente trabalho trata da avaliação da aderência entre o concreto celular e as barras de aço. Foram realizados ensaios de arrancamento com barras de diâmetro igual a 4,2 mm, parcialmente imersas em corpos-de-prova cilíndricos de concreto. A taxa de agente espumígeno no concreto e a presença ou não de uma barra transversal dentro do cilindro, simulando uma condição mais próxima ao uso de tela de aço, constituem as variáveis da pesquisa. Foram utilizadas três dosagens de concreto, com massa específica aparente de 2255, 1565 e 1510 kg/m3. Pelo arrancamento de barras simples de diâmetro igual a 4,2 mm, notou-se o forte decréscimo da tensão de aderência junto com o rebaixamento da massa específica aparente do concreto. A barra transversal permitiu obter um ganho de resistência ao arrancamento da barra longitudinal, que cresceu junto com o rebaixamento da massa específica do concreto celular. Assim, a utilização de ancoragens especiais (não exclusivamente retas), pode se tornar uma solução para melhorar o desempenho mecânico do concreto celular.

Abstract Cellular concrete is a lightweight concrete obtained by aerating agent, which produces air-voids into the mixture. This work deals with bond between cellular concrete and steel rebars. Pull-out tests of 4,2 mm diameter rebars partly immersed into concrete cylinders were made. Concrete unit weight variation and setting of a transverse rebar into the concrete cylinder center constitute the variables of the work. Three types of mixture were prepared: one without aerating agent (with a dry unit weight of 2255 kg/m3), and two with different aerating agent rates (with a dry unit weight equal to 1565 and 1510 kg/m3). The study revealed the large decrease of bond stress between 4,2 diameter rebars and cellular concrete, due to concrete unit weight reduction. Transverse rebar introduced into concrete cylinder center increased the ultimate pull-out force of the test: the gain of bond produced by the transverse rebar grew up when the cellular concrete unit weight had been reduced. Therefore, special anchorages (not exclusively straight), permitting bond improvement between cellular concrete and rebars could be a solution to improve the mechanical performance of cellular concrete.

Resumo Ainda que o uso de blocos de concreto de alta resistência para a construção de edifícios altos esteja se tornando comum no brasil, as características e alguns aspectos do comportamento não são totalmente conhecidos. A literatura mostra uma lacuna em estudos experimentais com a utilização de blocos de concreto de alta resistências, acima de 16 MPa. O trabalho aqui apresentado foi realizado com o objetivo de estudar o comportamento da alvenaria estrutural de alta resistência. Para tanto foram estudadas a resistência a compressão e o modulo de elasticidade em paredes de blocos de concreto ensaiadas sob carregamento axial, divididas em paredes ocas, paredes grauteadas, paredes com cinta grauteada a meia altura e paredes com assentamento parcial e total. As paredes foram construídas e ensaiados no laboratório da CESP e no laboratório de Estruturas do Dep. De Engenharia Civil da UNPESP de Ilha Solteira (NEPAE). Foram utilizados blocos de concreto com valores nominais de resistência à compressão de 16 (B1), 24 (B2) e 30 (B3) MPa. As paredes ocas foram construídas com altura de 220 cm e largura de 120 cm, enquanto as paredes grauteadas foram construídas com altura de 220 cm e largura de 80 cm, utilizando argamassa tradicional de cimento, areia e cal. Foram ensaiados 36 blocos, 18 prismas, 9 paredes ocas (6 com argamassa apenas na lateral dos blocos e 3 com argamassa sobre toda a face desses), 12 paredes grauteadas, e 12 paredes ocas onde foi introduzida uma canaleta grauteada a meia altura. A análise dos resultados experimentais possibilitou verificar a relação entre a resistência a compressão das unidades de alvenaria, dos prismas e das paredes de alvenaria. Foi também analisada a fissuração, modo de ruptura e curva tensão - deformação das alvenarias ensaiadas. Através dos resultados dos ensaios verificou-se que o valor da relação de resistência prisma/bloco varia conforme a resistência do bloco; que o procedimento executivo com argamassa apenas na lateral é adequado para blocos de concreto de alta resistência, sendo conservadora a consideração de diminuição de resistência de 20% quando comparada com casos com argamassa disposta sobre toda a face dos blocos; que o uso de cinta grauteada à meia altura das paredes não levou a diminuição da resistência a compressão, mas alterou a forma de ruptura e a forma da curva tensão-deformação; que os módulos de elasticidade medidos nas paredes ensaidas foram sempre maiores que 800 fp para paredes ocas e entre 688 e 848 fp para paredes grauteadas, não sendo verificado a necessidade de limitar E ao valor máximo de 16 GPa. Por último, foi verificado que o valor da relação de resistência parede/prisma igual a 0,7 pode ser adotado para blocos de concreto de alta resistência.

Abstract Although the use of high strength concrete blocks for the construction of tall buildings is becoming common in Brazil, their mechanical properties and behavior are not fully understood. The literature shows a gap in experimental studies with the use of high strength concrete blocks, i.e., those with compressive strength greater than 16 MPa. The work presented herein was conducted in order to study the behavior of high strength structural masonry. Therefore, the compressive strength and modulus of elasticity of concrete block walls tested under axial load were assessed. The specimens included grouted and ungrouted walls and walls with a mid-height bond beam; ungrouted walls were constructed with face-shell and full mortar bedding. The walls were built and tested in the laboratory of CESP and in the Structures Laboratory of the UNESP Civil Engineering Department in Ilha Solteira (NEPAE). Concrete blocks with nominal compressive strength of 16 (B1), 24 (B2) and 30 (B3) MPa were used. Ungrouted masonry walls had a height of 220 cm and a width of 120 cm while grouted masonry walls had a height of 220 cm and a width of 80 cm. Traditional Portland cement, sand and lime mortar was used. The testing program included 36 blocks, 18 prisms, 9 ungrouted walls (6 with face-shell mortar bedding and 3 with full mortar bedding), 9 grouted masonry walls, and 12 ungrouted walls with a bond beam at mid-height. The experimental results were used to determine the compressive strength ratio between masonry units, prisms and masonry walls. The analyses included assessing the cracking pattern, the mode of failure and the stress-strain curve of the masonry walls. Tests results indicate that the prism-to-unit strength ratio varies according to the block strength; that face-shell mortar bedding is suitable for high strength concrete masonry; and that 20% resistance decrease for face-shell mortar bedding when compared with full mortar bedding is a conservative consideration. The results also show that using a bond beam at the mid-height of the wall does not lead to a compressive strength decreased but it changes the failure mode and the shape of the stress-strain curve. In addition, the results show that estimating E = 800 fp is conservative for ungrouted masonry walls but reasonably accurate for grouted masonry walls and that there is no reason to limit the value of E to a maximum value of 16 GPa. Furthermore, the results show that, for design purposes, a wall-to-prism strength ratio value of 0.7 may be used for high strength concrete masonry.

Este trabalho apresenta uma investigação experimental do comportamento estrutural, resistência à compressão axial e deformabilidade, da alvenaria de bloco de concreto em função da variação da resistência dos blocos e graute e da taxa de armadura. Os prismas de três fiadas de altura, construídos com blocos de 8,5 e 15,0 MPa, foram ensaiados ocos e preenchidos com grautes de 17,0 e 30,0 MPa. Além destes, também foram ensaiados prismas e paredes armadas com taxas de 0,15%, 0,40% e 1,0%. Com os resultados foi possível mensurar a variação da resistência e os diagramas tensão-deformação da alvenaria com a inserção destes componentes (graute e armadura), fornecendo parâmetros para melhor avaliação de seu desempenho para projeto. Entre as conclusões, pode-se afirmar que o aumento da resistência à compressão das alvenarias não é proporcional ao aumento de área pelo grauteamento e que é baixa a eficiência da presença de armaduras para aumento da resistência a compressão. São disponibilizados os diagramas tensão-deformação para as várias combinações de materiais.

This paper presents an experimental investigation on the compressive strength and stress-strain curves of concrete block masonry with varying block and grout strengths and reinforcement ratio. The three-block prisms, built with 8.5 and 15.0 MPa blocks, were tested hollow and filled with 17.0 and 30.0 MPa compressive strength grouts. In addition, prisms and walls with reinforcement rates of 0.15%, 0.40% and 1.0 % were also tested. With the results, it was possible to measure the compressive strength and stress-strain behavior of masonry with inclusion of different grout and reinforcement components, giving parameters for better evaluation of their performance and design. Among the conclusions, it was observed that increasing the compressive strength of masonry is not proportional to the increase of the grouting area and the efficiency of reinforcement to increase compressive strength is low. Stress-strain curves for the several materials combinations are made available.

Neste trabalho faz-se a comparação entre diferentes modelos para se prever a resistência à compressão de prismas de alvenaria de blocos de concreto. Foram estudados experimentalmente quatro tipos diferentes de configurações de prismas, sendo cada um deles ensaiados vazios, ou seja, não grauteados, e preenchidos com graute mais armaduras, denominados prismas armados. Para todos os arranjos de prismas foram registradas as suas resistências à compressão axial, deformações e modos de ruptura. Posteriormente, esses resultados foram comparados com diferentes modelos teóricos de previsão de resistência, baseados nas resistências individuais de cada material, nas suas deformações de ruptura e no efeito de cintamento introduzido pelos blocos no sistema. Entre os modelos estudados, verificou-se que os que conduziram à melhores resultados foram aqueles em que foi considerado o efeito do cintamento proporcionado pelo bloco de concreto e, ainda, uma alteração na deformação de ruptura do graute.

This paper compares different models for predicting the compressive strength of concrete block masonry prisms. Four different prism configurations were studied experimentally, each of which was tested without grout (ungrouted prisms) and with grout and reinforcement (reinforced prisms). The axial compressive strength, strain and failure modes of all the prism configurations were recorded. These results were then compared with different theoretical models for predicting compressive strength, based on the individual strength of each material, its break strain and the strapping effect of the blocks on the system. Among the models studied here, the best results were obtained with those that consider the strapping effect of the concrete block, as well as a change in the break strain of grout.