Resumo A alvenaria é um sistema construtivo que tem sido usado desde o início da civilização e ainda é usado em todo o mundo. O método dos elementos finitos é um desenvolvimento recente que permite resolver problemas complexos, incluindo problemas de alvenaria estrutural. Existe uma vasta quantidade de literatura sobre modelagem de elementos finitos, usando software como o ABAQUS, para representar modelos experimentais de alvenaria. Com base nesse padrão estabelecido, um programa de pesquisa experimental e analítica foi projetado e implementado. Assim, um conjunto de testes foi realizado para determinar as forças de compressão e tração dos componentes de alvenaria, isto é, bloco, argamassa e graute. Foram realizados ensaios tipo bond wrench, de tração diagonal e cisalhamento de juntas horizontais para caracterizar a interface entre os blocos e a argamassa. Um modelo de elementos finitos foi desenvolvido para representar os modelos físicos e a conclusão geral é que o modelo de elementos finitos foi capaz de representar razoavelmente bem os modelos físicos.

Abstract Masonry is a construction system that has been used since the beginning of civilization and is still used throughout the world. The finite element method is a recent development that allows complex problems, including structural masonry problems, to be solved. A vast amount of literature exists on finite element modeling, using software such as ABAQUS, to represent experimental masonry models. Based on this established pattern, an experimental and analytical research program was designed and implemented. Thus, a set of tests was conducted to determine the compressive and tensile strengths of the masonry components, i.e., block, mortar, and grout. Bond wrench tests, diagonal tension tests, and horizontal joint shear tests were conducted to characterize the interface between the blocks and the mortar. A finite element model was then developed to represent the physical models and the general conclusion is that the finite element model was able to represent reasonably well the physical models.

Resumo O objetivo principal desta pesquisa é determinar as propriedades mecânicas da argamassa de assentamento à compressão, avaliando o início do dano, perda de rigidez e variação do coeficiente de Poisson aparente. Foram testados dois tipos de argamassa, com traços em volume de 1:0,5:4 e 1:1:6 (cimento, cal e areia), testadas aos 28 dias, com corpos de prova de prova cilíndricos com duas relações diâmetro/altura (d/h), de 0,3 e 1,0. Estas relações diâmetro/altura foram escolhidas de forma a avaliar o efeito do confinamento causado pelo atrito entre os pratos de aplicação de carga da prensa e o corpo de prova. Foram desenvolvidos, também, modelos numéricos de maneira a confrontar os resultados com os experimentais. Dos resultados experimentais conclui-se que há diferenças significativas de comportamento mecânico entre os dois tipos de argamassa e as duas relações diâmetro/altura. A relação d/h influenciou a relação tensão-deformação e o coeficiente de Poisson aparente do material, definido aqui como a relação entre as deformações específicas lateral e axial, independentemente da formação das fissuras. O início da fissuração e a perda de rigidez para os dois tipos de argamassa e relações d/h são diferentes e dependem do nível de tensão aplicado. Todas as amostras com relação d/h igual a 0,3 apresentaram decréscimo de volume específico constante até a ruptura, mas com uma pequena expansão das deformações laterais. Por outro lado, as amostras com relação d/h igual a 1,0 apresentaram um crescimento da rigidez após o aparecimento da primeira fissura, resultando em aumento do volume específico. O comportamento tensão-deformação obtido nas análises numéricas e experimentais das amostras de argamassa 1:0,5:4 com relação d/h igual a 0,3 foram similares até, aproximadamente, 10 MPa, depois disso, houve divergência entre os resultados dos dois conjuntos. Para a relação d/h igual a 1,0, as deformações específicas verticais foram similares, mas as deformações específicas laterais foram muito diferentes próximo à ruptura. O modelo numérico não foi capaz de representar o crescimento não linear das deformações específicas laterais próximo à ruptura porque a propagação de fissuras e a perda de rigidez não puderam ser controladas. Para a argamassa 1:1:6, as deformações específicas verticais dos modelos numéricos e experimentais foram semelhantes, mas mais uma vez não foi possível repetir o crescimento não linear das deformações específicas laterais próximo à ruptura.

Abstract The main goal of this research is to determine the mechanical properties of bedding mortar by assessing the mortar damage onset, the stiffness plasticity degradation and the apparent Poisson´s ratio under compression. Two mortar types, 1:0.5:4 and 1:1:6 (cement:lime:sand ratio), were used and tested at 28 days; specimens had diameter-to-height (d/h) ratios of 0.3 and 1.0. These diameter-to-height (d/h) ratios were chosen to evaluate the effect of confinement caused by the friction between the steel plates of the testing machine and the sample. Numerical models were developed, and their response compared with the experimental results. From the experimental results, it was concluded that there are meaningful differences in their responses with weak and strong mortar types and different d/h ratios. The d/h ratio influences the relationship between the stress and strength and the apparent Poisson´s ratio of the specimen, which is defined herein as the ratio of the horizontal to vertical strain, regardless of cracking of the specimen. The mortar damage onset and stiffness plasticity degradation for both mortar types and d/h ratio are different and depend on the stress/strength ratio level. All samples with a d/h ratio of 0.3 show a constant decrease in the volumetric strain until failure but with negligible expansion on the horizontal deformation. In contrast, samples with a d/h ratio of 1.0 present an increase of stiffness after development of the first crack, which causes the increase of the sample volume. Numerical simulation and experimental results for mortar 1:0.5:4 with a d/h ratio of 0.3 are similar until approximately 10 MPa, after which the numerical results diverge from the experimental results. For the d/h ratio of 1.0, the vertical strain results are also similar, but the horizontal strains results near failure are very different. The model can not represent the nonlinear increase of the horizontal strain near failure probably because the crack propagation and the stiffness plasticity degradation could not be controlled. For mortar 1:1:6, vertical strains from numerical and experimental results are similar, but again the model can not reproduce the nonlinear increase of horizontal strain near failure.

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.