Nos últimos anos diversos trabalhos foram realizados utilizando modelos reduzidos em alvenaria estrutural no Brasil. Podem ser citados, as pesquisas desenvolvidas no Núcleo de Ensino e Pesquisa de Alvenaria Estrutural - NEPAE da Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira - UNESP, do Laboratório de Estruturas da Escola de Engenharia de São Carlos - EESC/USP e da Universidade Federal de Santa Catarina - UFSC, em ordem cronológica: Santos (2001), Lindner (2001), Andolfato (2002) - onde se desenvolveu a técnica necessária para a produção de blocos estruturais de concreto em escala reduzida (1:4), Signor e Roman (2002), Holanda Jr. (2002), Silva (2003), Nascimento Neto (2003), Maurício (2005), Capuzzo Neto (2005) e Moreira (2007).
Ensaios de laboratório em escala real de subsistemas de parede de alvenaria e edifícios podem ser impraticáveis devido a limitações de espaço, construção e limitações de ensaio, e restrições financeiras. O modelo estrutural é a representação física de uma estrutura (protótipo), ou de parte dela, sendo normalmente construído em escala reduzida. Pode-se ainda definir como um elemento ou conjunto de elementos construídos em escala reduzida e submetidos a ensaios. Como vantagens da utilização de modelos físicos reduzidos em detrimento de protótipos, têm-se a utilização de estruturas com dimensões reduzidas, facilitando o transporte e armazenamento dentro do laboratório e a contribuição, positiva, para economia de espaço, de material e financeira.
Portanto, ensaios com modelos em escala reduzida de componentes de alvenaria de vários programas experimentais têm sido amplamente relatados na literatura. A principal conclusão da maioria dessas experiências é que é possível modelar o comportamento e os modos de ruptura de componentes de alvenaria em escala real nas escalas reduzidas. A literatura apresenta alguns sucessos recentes com modelagem na escala 1:2 de paredes de alvenaria de contraventamento, tais como Long, (2006); Banting et al., (2009); Shedid, (2009). O desafio ao realizar ensaios experimentais em modelos em escala reduzida é relacionar os resultados a um protótipo ou corpos de prova na escala real para que os dados se tornem utilizáveis. Para se ter confiança em um modelo em escala reduzida, deve ser correlacionada um protótipo em escala real com um razoável grau de similaridade. Isso requer uma investigação de todos os componentes individuais que compõem alvenaria de blocos de concreto armada.
Nascimento Neto (2003, pág. 48), afirma que os estudos desenvolvidos com modelos reduzidos não mais se preocupam com a correlação direta com resultados de protótipos, mas tem como objetivo avaliar o comportamento estrutural e servir de base para uma modelagem numérica e/ou teórica mais adequada, que seja capaz de representar tanto quanto possível, e de modo sensato, o comportamento real da estrutura.
Segundo Long et al., (2005) uma solução potencial para este problema é a modelagem em escala real de paredes e edifícios utilizando blocos de alvenaria de concreto na escala 1/2, o que, de fato, resulta em um oitavo do volume de material. De acordo com os autores, espera- se que ao contrário de blocos de menor escala, blocos na escala 1/2 possam comportar-se como um modelo direto, eliminando assim a necessidade de fatores de escala ao relacionar o comportamento da alvenaria.
Pesquisa de modelagem em escala reduzida da Universidade de Drexel ao longo dos últimos 30 anos incluiu ensaios experimentais de alvenaria utilizando blocos na escala 1:4 e 1:3, Harris e Sabnis (1999) e Abboud et al. (1990).
Long et al. (2005) apresentaram resultados de ensaios preliminares de blocos de alvenaria de concreto na escala 1:2 para a modelagem de comportamento no plano de paredes de alvenaria de contraventamento. De acordo com os autores a análise das propriedades dos materiais e o comportamento dos blocos e dos elementos de alvenaria na escala real e na escala 1:2 e também da resistência, características de tensão-deformação e modos de falha dos elementos de alvenaria em compressão axial e tração diagonal demostraram que alvenaria na escala 1:2 comporta como um bom modelo da alvenaria na escala real, especialmente para as amostras grauteadas. Segundo os autores, as resistências e curvas tensão-deformação dos dois modelos são comparáveis. E segundo eles as diferenças encontradas podem ser atribuídas aos efeitos do tamanho, variação normal de propriedades da alvenaria, e as diferenças na resistência dos blocos. Portanto os autores concluíram que é viável modelagem de paredes de alvenaria de contraventamento e de edifícios na escala real usando blocos na escala 1:2.
Hughes et al. (2011) desenvolveram um programa experimental com o objetivo de realizar
uma comparação detalhada entre modelos na escala 1:3 e de protótipos na escala real dos componentes da alvenaria, dos prismas e de paredes de contraventamento (shear walls). Os autores observaram grande habilidade dos prismas na escala 1:3 de alcançar as mesmas resistências caraterísticas de compressão e de cisalhamento semelhantes aos ensaios dos
prismas na escala real, entre outros, demonstrando dessa forma segundo os autores a clara capacidade da alvenaria na escala 1:3 de agir como um modelo direto para os ensaios de alvenaria na escala real.
Quanto ao comportamento na flexão das paredes de contraventamento na escala 1:3, incluindo padrão de fissuras, deslocamentos laterais no plano, o perfil de deformação, a curvatura das paredes e a relação carga-deformação os autores observaram que no geral houve uma boa correlação dos modelos na escala reduzida de 1:3 em relação aos protótipos na escala real até a falha prematura da armadura vertical dentro dos corpos-de-prova na escala 1:3.
Ainda, os autores, através da análise de uma resposta de carga-deslocamento idealizada, com a parte elástica da curva que passa pelo escoamento inicial, compararam a ductilidade em função dos deslocamentos, μΔ, das amostras de parede do modelo com a escala real, conforme Figura 16 e Figura 17. Os autores concluíram que os resultados da comparação força- deslocamento indicaram que os modelos na escala 1:3 das paredes de contraventamento tem potencial de replicação do comportamento do protótipo na escala real, com limitação na utilização de armadura de aço quebradiço.
Figura 17- Comparação direta da parede 2 (escala 1:3) com a escala real, Hughes et al. (2011)
Mohammed e Hughes (2005) apresentam uma comparação experimental do comportamento da alvenaria entre protótipos na escala real e modelos na escala 1/6 sob carregamento de compressão. Os autores observaram boa concordância entre os modelos e o protótipo, e afirmam que os resultados mostram que é possível que pequenos modelos (escala reduzida) de alvenaria podem prever o comportamento elástico, bem como os modos de falha dos protótipos (escala real).
Camacho (1995) com o objetivo de estudar a possibilidade da substituição dos ensaios em alvenaria de blocos cerâmicos por ensaios em modelos físicos reduzidos, tanto em condições de serviço, como em regime de ruptura, ensaiou blocos, prismas de dois, três e quatro blocos justapostos e paredinhas. O autor utilizou duas escalas diferentes, (1:3) e (1:5), inclusive a natural (1:1), com o objetivo de também avaliar se o fator escala poderia alterar significativamente as relações entre modelo e protótipo. O autor observou que a forma de ruptura dos prismas e paredinhas foram semelhantes para as três escalas, sendo caracterizada pelo aparecimento de fissuras verticais, seguidas de estilhaçamento e quebra das paredes dos blocos. Com relação às resistências obtidas na ruptura, tanto os blocos, prismas e paredinhas
para as três escalas, o autor afirma que apresentaram comportamento semelhante. Já o fator de eficiência decresce com o aumento do número de fiadas do elemento, tendendo a um crescimento global conforme se diminui a escala. Grandes diferenças nos valores de deformação na ruptura, para as escalas reduzidas (1:3) e (1:5), foram encontradas, onde as maiores deformações foram observadas nos blocos em relação aos prismas e paredinhas, não sendo constatado este comportamento para a escala natural, e ainda os corpos de prova na escala reduzida apresentaram deformações superiores às observadas na escala natural. Segundo o autor, a grande deformabilidade verificada nos blocos reduzidos se deve ao processo de fabricação.
Camacho (1995) de forma geral afirma que as resistências à compressão axial dos modelos são semelhantes entre si, de forma geral. Porém, para os prismas e paredinhas, os modelos apresentam valores superiores aos observados no protótipo. As deformações de ruptura, medidas nos modelos, foram consideravelmente superiores aos valores medidos no protótipo, fato observado também em outras pesquisas. Apesar da diferença dos valores numéricos, o comportamento e os modos de ruptura apresentados pelo protótipo e modelos foram semelhantes. Assim, o autor concluiu que é possível trabalhar de forma direta com modelos físicos reduzidos para o estudo da alvenaria de blocos cerâmicos.