Nesta pesquisa estudou-se a influência de recalques em edifícios de alvenaria estrutural. Inicialmente os efeitos desses deslocamentos foram avaliados por meio de uma investigação numérica preliminar. A partir das análises realizadas foram definidos alguns casos mais interessantes de painéis constituídos por parede de alvenaria sobre viga de concreto armado para serem submetidos a ensaios em laboratório. Desta forma foi possível observar experimentalmente o comportamento desses painéis, variando-se alguns dos parâmetros mais importantes: existência e tipo de abertura e rigidez da viga. Além disso, foram avaliadas algumas alternativas para a minimização da fissuração. Utilizando os resultados experimentais, foram realizadas novas análises numéricas com o intuito de validar a modelagem adotada. Verificou-se em especial a importância de consideração da não-linearidade de contato. / In this research, the influence of settlements on structural masonry buildings has been studied. Initially the effect of these displacements was evaluated by means of a preliminary numerical investigation. From these analyses, some interesting cases of panels made of masonry wall on reinforced concrete beam were defined to be submitted to laboratory tests. Thus, it was possible to experimentally observe the behavior of these panels, varying some of the most important parameters: existence and type of opening and rigidity of the beam. Moreover, some cracking minimization alternatives have been evaluated. Using the experimental results, new numerical analyses have been performed to validate the modeling adopted. The importance of contact non-linearity consideration has been specially verified.

A avaliação da capacidade de carga das estruturas de alvenaria submetidas a ações horizontais depende da confiabilidade dos modelos de dimensionamento utilizados. De fato, a alvenaria é um material heterogêneo com característica ortotrópicas. Além disso, por possuir juntas de argamassa que acarretam planos de fraqueza, geralmente a modelagem computacional desse tipo de estrutura apresenta grandes dificuldades. Um modelo robusto para alvenaria só pode ser desenvolvido por meio de uma descrição suficientemente precisa do comportamento mecânico individual de cada um dos seus componentes (unidades de alvenaria e a argamassa) e sobretudo nas juntas de argamassa, as quais são responsáveis pela maior parte dos fenômenos não-lineares que ocorrem na estrutura. Entretanto, diante da escassez de resultados experimentais, descrever esses comportamentos com a precisão e o rigor necessários é uma tarefa bastante difícil. Diante desta motivação, este trabalho se propôs a identificar e quantificar a influência da ligação unidade-argamassa, denominada junta, no comportamento estrutural de painéis de contraventamento de alvenaria estrutural executados com blocos de concreto. Assim, foram obtidos dados experimentais do comportamento da ligação unidade-argamassa e das partes componentes que posteriormente foram utilizados em modelagens computacionais realizadas para prever o comportamento estrutural de painéis de contraventamento submetidos a esforços horizontais no plano. Posteriormente, a partir dos resultados obtidos dos ensaios de painéis submetido a força horizontal e vertical e das modelagens numéricas propostas foi possível comparar os resultados experimentais e numéricos com os resultados obtidos pelo procedimento de dimensionamento da norma brasileira NBR 15812-1 (ABNT, 2010). Assim pode-se concluir que os valores da força horizontal máxima determinados a partir das recomendações da NBR 15812-1 (ABNT, 2010) apresentaram valores mais conservadores que os resultados experimentais e numéricos, como seria esperado. / The evaluation of load bearing capacity of masonry structures subjected to horizontal actions depends on the reliability of the dimensional models used. Masonry is indeed a heterogeneous material with orthotropic characteristics. In addition, due to its weak mortar joints, in general, the computational modeling of this type of structure presents major difficulties. A robust model for masonry structures can only be developed through a fairly accurate description of the individual mechanical behavior of each of its constituents (masonry units and mortar) and, especially, in the mortar joints, which are responsible for most nonlinear phenomena occurring in the structure. However, due to the lack of experimental data, describing these behaviors with the accuracy and rigor required is a rather difficult task. Hence, the objective of this study is to identify and quantify the influence of mortar-unit bond, also called joint, on the structural behavior of concrete block masonry shear walls. Accordingly, the experimental data of the behavior of the mortar-unit bond and the constituents, which were further used in the numerical modeling developed to predict the structural behavior of shear wall subjected to horizontal forces in the plane, were obtained. Subsequently, from the results obtained in the assays of shear walls subjected to a horizontal and vertical force and the numerical modeling proposed it was possible to compare the experimental and numerical results with those obtained by mean of the Brazilian Code NBR 15812-1 (ABNT, 2010). Therefore, it can be concluded that the values of maximum horizontal force determined according to the recommendations of Brazilian Code design criterion are more conservative values than the experimental and numerical values, as expected.

A norma brasileira de cálculo de alvenaria é baseada no método de tensões admissíveis e passa por revisão para ser escrita no método dos estados limites. A confiabilidade estrutural é um ramo da engenharia que mede segurança das estruturas, sendo muitas vezes empregada para calibrar fatores de segurança. Para medir a confiabilidade de uma estrutura deve-se conhecer as incertezas que envolvem o problema. A incerteza de modelo estima a tendência do modelo (que pode ser eventualmente ser eliminada) e a variância do modelo (uma medida da sua variabilidade). O presente trabalho propõe um método de cálculo da incerteza de um modelo numérico de um prisma formado por três unidades concreto sujeito à compressão. O estudo numérico é feito em elementos finitos com análise não-linear baseada em dano. A incerteza é avaliada através de variáveis de projeto: tensão máxima, deformação na tensão máxima e módulo de elasticidade. São aplicados métodos probabilísticos para comparar resultados numéricos e ensaios experimentais disponíveis na literatura. Confronta-se a probabilidade de falha resultante de resistências corrigidas, sem correção e obtidas experimentalmente. Conclui-se que a incerteza de modelo é importante para quantificar a medida de segurança e deve ser levada em conta na análise da confiabilidade de uma estrutura. O procedimento também é útil para qualificar e comparar modelos de cálculo, com aplicações em alvenaria ou quaisquer outros tipos de estruturas. / The brazilian masonry code is based on the allowable stress method and is currently in revision to be written in the partial safety factor format. Structural reliability is a branch of engineering which allows quantitative evaluation of the safety of structures, being useful in the calibration of safety factors. To measure structural safety, it is necessary to know the uncertainties present in the problem. Model error variables estimate the bias of the model (wich can eventually be eliminated) and the variance of the model (a measure of the model variability). The present work suggests a method for evaluation of modeling uncertainty of the resistence of a prism made of three concrete units subject to compression. The numerical study is based on the finite element method and nonlinear analysis with damage mechanics. The uncertainty is evaluated by design variables: maximum stress, deformation in maximum stress and elasticity modulus of the prism. A probabilistic method is used to compare numerical results with experimental results taken from the literature. The probability of failure based on experimental resistances are compared with the probability of failure based on the model and corrected resistances. It is concluded that the model uncertainty is important to quantify safety and must be taken into account in structural reliability analysis. The procedure is also useful to qualify and compare different models, with application to masonry or other kinds of structural materials.

Apresenta-se neste trabalho um estudo sobre o comportamento de estruturas de pórticos preenchidos por painéis de alvenaria submetidos a ações horizontais, considerando a contribuição de alvenaria na rigidez global da estrutura. Este estudo envolveu uma série de ensaios experimentais como protótipos de aço em escala real utilizando-se blocos celular autoclavados; a macromodelagem numérica pelo método dos elementos finitos; a aplicação do conceito da diagonal equivalente; e a realização de um estudo paramétrico, considerando-se pórticos com diferentes relações altura/comprimento, visando à obtenção de recomendações práticas para análise de pórticos preenchidos. Essas recomendações são apresentadas na forma de uma proposta para determinação da carga de ruptura em painéis de pórticos preenchidos com alvenaria, utilizando-se o modelo de bielas e tirantes. Os resultados obtidos com a aplicação desta proposta foram comparados com os dos modelos experimentais e teóricos disponíveis na literatura, comprovando-se a eficiência e praticidade em sua utilização. / This work presents a study of the behavior of masonry infilled frames structures, subjected to horizontal actions, regarding the contribution of the masonry to the structure global stiffening. The study consists of tests, in real size, in steel frames infilled with structural blocks of autoclaved aerated concrete; of the macromodeling using the finite element method; of the application of the concept of equivalnet diagonal struts and of the realization of a parametric study, regarding frames with different ratios height/length, aiming to get design recommendations for the analysis of infilled frames. These recommendations are presented as a proposal for determining the cracking load in panels of infilled frames with masonry. utilizing the strut-and-tie model. The results obtained with this proposal are compared with tests and predictions derived from approximate theoretical analyses, proving the efficiency and practicality in their utilization.

A presente tese versa sobre ampla investigação em torno da distribuição das ações verticais entre paredes de alvenaria estrutural dentro de um edifício. O edifício foi caracterizado como pertencente ao sistema complexo de paredes, o qual é de uso mais comum no Brasil. Desenvolveu-se análise numérica no edifício, com objetivo de predizer o comportamento na análise experimental, assim como na comparação entre os próprios modelos numéricos. Serviu de modelo experimental um edifício em escala real, o qual foi monitorado, durante sua execução e depois dela, com ensaio de prova de carga. Realizou-se monitoramento mediante uso de unidades especiais de alvenaria instrumentadas para se converterem em células de carga, nas quais as tensões em cada ponto de análise puderam ser determinadas. Tabelas e gráficos foram montados para tornarem possível a verificação das diferenças entre todos os modelos analisados. Como principais conclusões uma se mostrou de grande importância e foi esta: as paredes sofrem efeito da flexão e a causa são as rotações nas lajes apoiadas por elas. / The present thesis contemplated a wide investigation about the vertical action distribution among structural masonry walls within a building. The building was characterized as related to the complex system of walls, which practice is the most customary in Brazil. It was developed a numerical analysis in the building aiming to predict the structural behavior on the experimental analysis, as well as a comparison among numerical models themselves. The experimental model consisted on a real scale building, which was monitored during its execution and after that, with a live load test. The monitoring was done with the usage of special masonry units, which were instrumented to convert itself in a load cell, on which the stress in each point of analysis could be determined. Tables and graphics were mounted to make feasible to verify the differences among all models analyzed. As main conclusions observed, one showed to be of great importance, which was the effect of bending on the walls caused by the rotations on the slabs supported by them.

A ação estrutural monolítica de paredes interconectadas é dependente da resistência ao cisalhamento da interface, que por sua vez, depende do tipo de ligação entre elas. Neste contexto, o presente trabalho tem por objetivo avaliar o comportamento mecânico das interfaces verticais entre paredes de alvenaria conectadas por amarração direta e por amarração indireta com grampos de barras de aço CA-50 com 10 mm de diâmetro. Para compreensão do mecanismo de funcionamento das ligações foram realizados ensaios de caracterização dos materiais, dos componentes e da alvenaria, além de ensaios de cisalhamento direto em quatro séries de seis corpos de prova de cinco fiadas, em formato H e em escala natural. Nas séries ensaiadas foi variado o tipo de ligação e o material do bloco, sendo a primeira produzida com blocos de concreto e amarração direta, a segunda com blocos cerâmicos com amarração direta, a terceira com blocos de concreto e amarração indireta e a quarta com blocos cerâmicos e amarração indireta. Todos os corpos de prova foram assentados com argamassamento lateral e argamassa de traço 1:1:6 em volume. Na análise experimental foi investigada a força de ruptura, a relação tensão-deformação específica, o tipo de ruptura e a propagação das fissuras nas paredes. Posteriormente foram realizadas modelagens computacionais no programa DIANA, que é baseado no método dos elementos finitos, para prever o comportamento estrutural dos painéis H. A partir dos resultados experimentais e numéricos pôde-se concluir que todos os modelos romperam por cisalhamento da interface, sendo que o mecanismo resistente depende primordialmente do tipo da ligação das paredes. A resistência ao cisalhamento da interface no plano vertical de ligação entre a parede central e o flange das séries de blocos de concreto foi praticamente a mesma, independente do tipo de ligação. Já as séries de blocos cerâmicos e amarração direta apresentaram resistência ao cisalhamento aproximadamente 46% maior que a obtida para amarração indireta. Para os modelos com amarração direta o mecanismo de ruptura foi o mesmo: a tração indireta dos blocos que interceptavam o plano de cisalhamento. Para os modelos com amarração indireta a ruptura foi governada por tração indireta dos blocos da interface, no caso de blocos cerâmicos, e por escoamento das barras da armadura nos modelos de blocos de concreto. A resistência ao cisalhamento vertical da interface foi avaliada em cada caso e comparada com algumas prescrições normativas, as quais, em sua maioria, se apresentaram conservadoras. Ainda, as análises numéricas realizadas mostraram que os modelos computacionais das paredes interligadas representam adequadamente o comportamento observado em laboratório e, portanto, podem ser utilizados em análises paramétricas. A força de ruptura estimada por meio dos resultados de caracterização dos componentes apresentou boa correlação com a força obtida no ensaio de painel H, apresentando-se como um procedimento simples que pode ser utilizado de forma conservadora no desenvolvimento de projetos estruturais. / The monolithic structural behaviour of interlocked walls is dependent on the shear strength of the interface, which depends on the connection type. The present research aims to evaluate the mechanical behaviour of vertical interfaces of masonry walls connected by running bond and U-Steel anchors. The characterization testing of materials, components and masonry was carried out to understand the behaviour of the connections. Four series of tests with six H-shaped specimens were performed to determine the bonding pattern effect (running bond and U-Steel anchor) on the shear strength of the web-flange connection. In the tested series some parameters of the H-shaped specimens were varied, such as the type of connection and the block material. The first series was built with concrete blocks and running bond, the second one with clay blocks and running bond, the third one with concrete blocks and U-Steel anchors and, finally, the fourth series was constructed with clay blocks and U-Steel anchors. Face shell bedding was used to build all the specimens and the volume proportion of mortar was 1:1:6. In the experimental program the failure load, the stress-strain relationship, the type of failure and the crack propagation on the walls were investigated. Computational modelling was carried out using the FEM software Diana, which has a library with constitutive models suitable for civil engineering application, to complete the study and understand the structural behaviour of the masonry panels. The shear strength of the web-flange vertical interface, considering the specimens with concrete blocks, was nearly the same, irrespective of the connection type. Regarding the clay block series, running bond specimens were 46% stronger than the U-Steel anchor ones. Considering the running bond specimens, the failure mechanism was the same: tensile splitting of the blocks that cross the shear plane. For the U-Steel anchor models, failure was governed by tensile splitting of the blocks located in the interface plane, in the case of clay blocks, and yielding of the U- Steel anchors for concrete block specimens. The vertical shear strength of the interface was assessed in each case and compared with some normative prescriptions. In most cases the codes were conservative. Furthermore, the numerical analysis showed that the computer models of the interlocked walls represented adequately the behaviour of the physical models, and thus can be used in parametric analysis. The failure loads estimated by the results of the characterization tests of the components showed good correlation with those obtained in the tests. Based on the results, this procedure can be used conservatively in practical structural designs.

O emprego de processos construtivos inovadores sem o domínio da tecnologia apropriada e sem a observância de requisitos mínimos de desempenho, conduz de maneira geral, a edifícios com sérios problemas patológicos. Por estas razões, a Alvenaria Estrutural, que tem sido empregada com prioridade na construção de edifícios habitacionais, nos últimos anos no Brasil, tem apresentado aqueles problemas com indesejável extensão e gravidade. Este trabalho procura estabelecer a tecnologia mais adequada para a construção de edifícios em Alvenaria Estrutural Não Armada, em especial, para a que utiliza o bloco sílico-calcário. Procura-se também salientar os aspectos ainda não suficientemente conhecidos e que necessitam, por isto, ser pesquisados. São apresentadas as principais características dos materiais empregados. O elemento construtivo essencial do processo - a parede resistente - é sistemicamente analisado sob diferentes abordagens. Como complemento, a análise é extendida para o edifício. No estudo, é enfatizado o mais comum e menos compreendido problema patológico da alvenaria sílico-calcária: as fissuras por retração na secagem. A tecnologia construtiva apropriada é estritamente condicionada pela necessidade de que seja evitada a ocorrência destas fissuras. Em resumo, este trabalho objetiva colaborar para o projeto e a construção de edifícios competentes e duráveis, o que, infelizmente, não tem sido a regra, quando processos inovadores são empregados. / Pathological buildings problems certainly occur when innovative constructive processes are employed without knowing their own technology and without getting to minimum performance requirements. Based on these reasons, the engineered masonry which has been mainly employed on housing constructions in Brazil during the last years, shows up severs pathological problems. This study aims to describe the most appropriate known technology for unreinforced engineered brickworks, mainly for that one employing calcium silicate bricks. Therefore, the important parameters which are not yet suitably known are pointed out, thus requiring further research. The materials main characteristics are introduced. The bearing wall which is the most important constructing element is systemically analised under different approaches. Coming at the end the concepts are extended to the whole building itself. Emphasis is given in this study to drying shrinkage cracking as the most usual problem in calcium silicate brickworks and to its mechanisms not yet fully understood. The correct building technology avoids the cracking problems by using the mentioned materials and processes. Summarising , this study intends to cooperate for the correct and durable housing buildings which unfortunately are not usual nowadays when innovative constructive processes are applied.

Uma das áreas da engenharia civil que têm apresentado maior potencial de crescimento é a execução de edifícios em alvenaria estrutural. Usualmente são utilizados procedimentos puramente experimentais para o desenvolvimento dos processos construtivos e de projeto. Entretanto, a experimentação sem uma modelagem teórica prévia pode ser muito dispendiosa. A modelagem numérica, desde que confiável, pode ser de grande ajuda na redução do número de corpos-de-prova a serem ensaiados e do número de pontos a serem instrumentados, bem como o seu devido posicionamento. Isso significa diminuição de custos e maior eficiência na obtenção de resultados. No presente trabalho apresentam-se as ferramentas computacionais mais adequadas para a análise de alvenaria estrutural submetida a compressão, objetivando o suporte teórico a pesquisas experimentais. Elabora-se um estudo comparativo sobre os vários recursos de modelagem numérica, linear e não-linear, disponíveis em softwares comerciais baseados no método dos elementos finitos. Inicialmente, após a apresentação do estado da arte, investiga-se a modelagem numérica do volume elementar representativo da alvenaria. Modelos não-lineares são, então, escolhidos, aferindo-os com resultados disponíveis na literatura técnica. São realizadas simulações de casos específicos de paredes de alvenaria submetidas à compressão, assim como a interação de paredes sujeitas a carregamentos verticais. Resultados experimentais são comparados com os produzidos por modelos lineares e não-lineares, focando a análise na sua representatividade e no seu grau de precisão / The construction of structural masonry buildings has been one of the most increasing civil engineering areas. The development of building and design methods usually is based only on experiments. However, testing without previous numerical analysis can be very expensive. Numerical modeling, since reliable, can be greatly helpful for reducing the number of experimental tests and the number of instrumented points, including the improvement of their positions. That enables smaller costs and higher efficiency in obtaining the results. The present work deals with the most appropriate computational strategies for the analysis of masonry walls subjected to compression, focusing the theoretical support for experimental research programs. A comparative study is elaborated on the several capabilities of linear and nonlinear numerical models, which are available in commercial computer programs based on the finite element method. Initially, after the presentation of the state-of-the-art, the numerical analysis of the representative volume masonry element is investigated. Nonlinear models are chosen and confronted with available results in the technical literature. Specific cases of masonry walls submitted to compression are numerical simulated, including the interaction of intersecting walls under vertical loads. Experimental results are compared to those produced by linear and nonlinear numerical modeling, emphasizing their effectiveness and precision

Um edifício de alvenaria estrutural normalmente se apóia sobre uma estrutura de concreto armado. Devido à existência do efeito arco, a interação entre a alvenaria e a estrutura de concreto se dá de forma complexa. Usualmente essa interação é desconsiderada e as cargas das paredes de alvenaria são simplesmente colocadas na estrutura de concreto de maneira uniforme. Este trabalho propõe um procedimento numérico seguro e eficiente, baseado no método dos elementos finitos, para se considerar essa interação. Inicialmente são discutidos alguns conceitos básico sobre o efeito arco e estabelecida uma estratégia de cálculo baseada na modelagem de um pavimento de alvenaria sobre a estrutura de concreto armado. Em seguida é apresentado um programa para gerar dados e visualizar resultados, de forma que a construção dos modelos e a visualização dos resultados seja realizada com facilidade. Como aplicação, consideram-se os casos reais de edifícios completos de forma a se mostrar a possibilidade de utilização prática dos procedimentos propostos. / A structural masonry building is commonly supported by a reinforced concrete structure. That interaction is complex to evaluate due to the existence of the so-called \"arch effect\". In fact, usually this interaction is not considered and the loads are uniformly applied over the concrete structure. This work proposes a simple and efficient numerical procedure based on the finite element method in order to consider that interaction. First, basic concepts about arch effect and the adopted strategy for considering it are shown. After, a computational program for data generation and results visualization is presented. This program was developed for making easier to build the numerical models for the analysis. Finally, real cases of complete buildings are considered so that the practical use can be clearly established.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Innovations in building systems over the years have raised the masonry, through large and important works built in the past, allowing the understanding of logic and design of the elements and materials used, as well as its constructive process. The aim of this is to research on the technological process of structural masonry in the course of human history and present it through the project-book called, Structural Masonry: Building Knowledge. With the following objectives: to propose the organization and sequencing for the structural masonry education; provide an overview of the technical principles for the design of architectural design; demonstrate the correlation between technical and adopted system, addressing the advantages and disadvantages to the system, linked to performance quality; and propose equipment designed for architects, engineers and technicians in buildings with didactic, based on a graphical tool. The research methodology is divided into two stages: the first exploratory, from a literature review to determine the basics of building system. The second stage consists of the construction of so-called project-book, Structural Masonry: Building knowledge, grounded in theory the initial research and the use of graphics resources devoted to visual understanding of the system. As a result, the book obtained is developed in chapter 4: Chapter 1 - Historical aspects; Chapter 2 - Materials: Components and elements; Chapter 3 - Project Structural Masonry; and Chapter 4 - Execution of works Structural Masonry. Completing the dissertation is observed that the project-book in question is regarded as an introductory teaching resource to the system in Structural Masonry. Therefore, seeks its verbal content in a clear and clean arrangement, which scored well parts that should be highlighted, bringing dynamism and interactivity to the reader. The continuity in evaluating the use of the book in educational institutions become necessary for insertion of the same in the social context be it under construction, universities, teaching methods, design, and so on. / As inovações nos sistemas construtivos ao longo dos anos fizeram surgir a alvenaria estrutural, por meio das grandes e significativas obras construídas no passado, permitindo o entendimento da lógica e da concepção dos elementos e materiais empregados, bem como o seu processo construtivo. O objetivo geral deste trabalho é pesquisar sobre o processo tecnológico da Alvenaria Estrutural no decorrer da história da humanidade e apresentá-lo através do projeto-livro denominado Alvenaria Estrutural: Construindo Conhecimento. Os objetivos específicos são: propor a organização e sequenciamento para o ensino da alvenaria estrutural; fornecer uma visão geral dos princípios técnicos para a concepção do projeto arquitetônico; demonstrar a correlação entre técnica e sistema adotado, abordando as vantagens e desvantagens para o sistema, vinculado à execução de qualidade; e propor material destinado a arquitetos, engenheiros e técnicos em edificações, com caráter didático, baseado em uma ferramenta gráfica. A metodologia da pesquisa divide-se em duas etapas: a primeira de cunho exploratório, a partir de uma revisão bibliográfica para determinação dos conceitos básicos do sistema construtivo. A segunda etapa consiste na construção do projeto-livro denominado Alvenaria Estrutural: Construindo conhecimento, embasado teoricamente pela pesquisa inicial e pela utilização de recursos gráficos voltados à compreensão visual do sistema. Como resultado, obtém-se o livro desenvolvido em 4 capítulos: Capítulo 1 - Aspectos históricos; Capítulo 2 - Materiais: Componentes e elementos; Capítulo 3 - Projeto em Alvenaria Estrutural; e Capítulo 4 - Execução de obras em Alvenaria Estrutural. Concluindo a dissertação, observa-se que o projeto-livro em questão é encarado como recurso de ensino introdutório ao sistema em Alvenaria Estrutural, pois, busca seu conteúdo verbal em um arranjo claro e limpo, pontuando partes que deveriam ser destacadas e trazendo dinamismo e interatividade para o leitor. A continuidade em avaliar a utilização do livro em instituições de ensino torna-se necessária para inserção do mesmo no contexto social, seja ele em obras e universidades, seja em métodos de ensino, projeto, entre outros.