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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA
CENTRO DE TECNOLOGIA
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
PROJETO DE UM EDIFICIO RESIDENCIAL DE
ALVENARIA ESTRUTURAL
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO
Pedro Lima Pires
Santa Maria, RS, Brasil
2008
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Cálculo de Edifício em Alvenaria de Concreto, Exercícios de Engenharia Civil
Cálculo de Edifício em Alvenaria de Concreto
Tipologia: Exercícios
2020
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA
CENTRO DE TECNOLOGIA
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
PROJETO DE UM EDIFICIO RESIDENCIAL DE
ALVENARIA ESTRUTURAL
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO
Pedro Lima Pires
Santa Maria, RS, Brasil
PROJETO DE UM EDIFICIO RESIDENCIAL DE ALVENARIA
ESTRUTURAL
por
Pedro Lima Pires
Monografia apresentada ao Curso de Graduação em Engenharia
Civil da Universidade Federal de Santa Maria (UFSM, RS),
Como requisito parcial para obtenção do grau de
Engenheiro Civil
Orientador: Prof. Dr. João Kaminski Junior
Santa Maria, RS, Brasil
RESUMO
Trabalho de Conclusão de Curso
Curso de Graduação em Engenharia Civil
Universidade Federal de Santa Maria
PROJETO DE UM EDIFÍCIO RESIDENCIAL DE
ALVENARIA ESTRUTURAL
Autor: Pedro Lima Pires
Orientador: João Kaminski Júnior
Santa Maria, 10 de dezembro de 2008
Este trabalho apresenta o projeto de um edifício residencial, que será construído
no município de Aquiraz/CE, tendo sua estrutura parte em concreto armado e
outra parte em alvenaria estrutural. O projeto de alvenaria estrutural dessa obra
será detalhado neste trabalho, contemplando dois aspectos importantes: a
modulação, em que a disposição dos blocos interfere no funcionamento da
estrutura como um todo e na produtividade; e o dimensionamento das paredes,
em que é demonstrado o processo de obtenção das forças verticais e horizontais,
obtenção de tensões de tração e compressão, assim como a determinação da
resistência de bloco. Para os cálculos e obtenção de desenhos, foram usados
conhecimentos de engenharia juntamente com softwares computacionais, que
servem como uma ferramenta que acelera a obtenção de resultados. Também são
feitas recomendações básicas para o projeto de edifícios em alvenaria estrutural,
assim como uma revisão básica de conceitos necessários para a construção do
projeto.
Palavras-chave: alvenaria estrutural; dimensionamento; modulação; CAD-TQS
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO
1.1 Histórico
Alvenaria é um sistema estrutural empregado pelo homem, desde os primórdios das grandes civilizações. Desde a Antigüidade ela tem sido utilizada largamente pelo ser humano em suas habitações, monumentos e templos religiosos. Alguns exemplos são: as Pirâmides de Guizé; o farol de Alexandria, com altura próxima a 190m; o Coliseo, com 50 m de altura (figura 1) e as grandes catedrais góticas, construídas na Idade Média, com vãos expressivos e arquitetura belíssima, realizada com a utilização de arcos e abóbadas.
Figura 1 – Coliseo
Apesar do uso intenso da alvenaria, apenas no início do século XX, por volta de 1920, começou-se a estudar o assunto com base em princípios científicos e experimentação laboratorial. Com isso, podem-se desenvolver teorias que fundamentam a arte de se projetar em alvenaria estrutural de forma racional. A partir daí, edifícios cujas paredes tinham espessuras exageradas como o Monadnock Building (figura 2), feito em Chicago no final do século XIX, com paredes de 1,80 m de espessura no térreo não se repetiram e foram substituídos por edifícios com paredes mais esbeltas, sendo mais econômicos e eficientes.
Figura 2 – Monadnock Building
Com a utilização do aço estrutural e do concreto armado, que possibilitaram a construção de edifícios com peças de dimensões reduzidas, a utilização da alvenaria dirigiu-se prioritariamente a construções de pequeno porte. Mas, a partir da década de 50, com a procura de formas alternativas de construção, a alvenaria ganhou novo ânimo, sendo utilizada em vários edifícios construídos em vários países do mundo como Inglaterra, Alemanha, suíça, Austrália e Estados Unidos. Nos últimos anos, o interesse pela alvenaria estrutural cresceu de forma extraordinária, em especial no nosso país, devido às vantagens que se obtêm com a sua
1.3.1.1 Objetivos específicos
- Mostrar um exemplo prático de projeto;
- Demonstrar os problemas enfrentados e soluções adotadas no dimensionamento da estrutura.
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 Definição da Alvenaria Estrutural
Segundo Camacho (2006), conceitua-se de Alvenaria Estrutural o processo construtivo na qual, os elementos que desempenham a função estrutural são de alvenaria, sendo os mesmos projetados, dimensionados e executados de forma racional em um sistema que alia alta produtividade com economia, desde que executado de maneira correta.
2.1.1 Classificação
De acordo com a ABNT NBR-10837 (1989), alvenaria estrutural não-armada de blocos vazados de concreto é “aquela construída com blocos vazados de concreto, assentados com argamassa, e que contém armaduras com finalidade construtiva ou de amarração, não sendo esta última considerada na absorção dos esforços calculados”. Por outro lado, a alvenaria estrutural armada de blocos vazados de concreto, de acordo com a mesma referência, é “aquela construída com blocos vazados de concreto, assentados com argamassa, na qual certas cavidades são preenchidas continuamente com graute, contendo armaduras envolvidas o suficiente para absorver os esforços calculados, além daquelas armaduras com finalidade construtiva ou de amarração”. É consenso entre engenheiros que uma construção em Alvenaria Estrutural não armada, se bem executada, pode ter uma melhor retorno financeiro que a mesma feita pelo método convencional em concreto armado. Accetti (1998) diz que: "É importante salientar que as alvenarias não-armadas são de mais simples execução, uma vez que não exigem grauteamento, pois esse exige interrupção do trabalho de assentamento das paredes, sendo que o tempo necessário para grautear é equivalente ao tempo necessário para levantar a parede". É preciso fazer a armação de paredes no momento em que as tensões de tração tiverem valores acima que os admissíveis indicados na ABNT NBR-10837 (1989). Desde que isto não
2.1.2.2 Argamassa
De acordo com CAMACHO (2006), a argamassa é o componente utilizado na ligação entre os blocos, evitando pontos de concentração de tensões, sendo composta de cimento, agregado miúdo, água e cal, sendo que algumas podem apresentar adições para melhorar determinadas propriedades. Algumas argamassas industrializadas vêm sendo utilizadas na construção de edifícios de alvenaria estrutural. A argamassa deve possuir capacidade de retenção de água para que ao entrar em contato com blocos de absorção inicial elevada, não tenha suas funções primárias prejudicadas pela perda de água excessiva para a unidade. Também é importante que essa consiga desenvolver resistência suficiente para absorver os esforços solicitantes que podem atuar na estrutura logo após o assentamento.
2.1.2.3 Graute
O graute consiste em um concreto fino (micro-concreto), formado de cimento, água, agregado miúdo e agregados graúdos de pequena dimensão (até 9,5mm), tendo como característica alta fluidez para que possa preencher integralmente os furos dos blocos e envolver as armaduras completamente, para que, com isso, permita uma maior aderência das armaduras com o bloco. Outra função é de aumentar a área da seção transversal dos blocos aumentando a capacidade de resistência das tensões solicitantes sobre a parede.
2.1.2.4 Armaduras
As armaduras de alvenaria estrutural podem ser construtivas, características da alvenaria não armada, ou de cálculo, presentes na alvenaria armada. Estas armaduras são do mesmo tipo das usadas em estruturas concreto armado, não necessitando de nenhum tratamento especial para seu uso em alvenaria estrutural. As armaduras têm como função básica absorver os esforços de tração ou compressão, provenientes do vento ou desaprumo ou outras ações, e também possuem função construtiva, com o objetivo de prevenir patologias como fissuras nas paredes.
2.1.2.5 Vergas e Contravergas
Segundo a ABNT NBR-10837 (1989), “denomina-se verga o elemento estrutural colocado sobre vãos de aberturas não maiores que 1,20 m, a fim de transmitir cargas verticais para as paredes adjacentes aos vãos.”
2.1.2.6 Cintas
São denominadas cintas os elementos apoiados sobre as paredes, com a função de amarração das mesmas, proporcionando o travamento da estrutura, transmitindo os esforços provindos das lajes à alvenaria de forma uniforme, minimizando os efeitos da variação da umidade, temperatura e retração.
2.2 Modulação
Camacho (2006) diz que “A modulação ou coordenação modular consiste no ajuste de todas as dimensões da obra, horizontais e verticais, como múltiplo da dimensão básica da unidade, cujo objetivo principal é evitar cortes e desperdícios na fase de execução”. Na modulação deve-se escolher a melhor solução para o encontro de paredes, aberturas, grauteamento de furos e utilização de pré-moldados. Para um bom desempenho geral da estrutura, é necessário que seja feita a distribuição dos blocos de forma a evitar o aparecimento de junta prumo, ou seja, evitar pontos em que os blocos sobrejacentes não ultrapassem o bloco inferior.
2.3.1 Ações Verticais
De acordo com Camacho (2006) “As ações verticais podem atuar diretamente sobre as paredes resistentes, ou então sobre as lajes, que trabalhando como placas, as transmitem às paredes resistentes, que por sua vez irão transmiti-las diretamente às fundações”. Existem varias formas de determinar a distribuição das cargas verticais. Correa & Ramalho (2003) citam 3 procedimentos:
2.3.1.1 Paredes isoladas
Neste procedimento cada parede é considerada como um elemento independente, não interagindo com os outros elementos. É um procedimento seguro, pois não considera a uniformização das cargas, mas com isso, tende a apresentar valores de resistência de bloco maiores que o necessário, sendo anti-econômico.
2.3.1.2 Grupos isolados de paredes
Neste sistema, são feitos grupos de paredes que podem ser consideradas totalmente isoladas. Grupos esses definidos por aberturas como portas e janelas. Segundo Corrêa & Ramalho (2003) “Neste procedimento consideram-se as cargas totalmente uniformizadas em cada grupo de paredes. Isso significa que as forças de interação em canto e bordas são consideradas suficientes para garantir um espelhamento e uniformização total em uma pequena altura.”
2.3.1.3 Grupos de paredes com interação
Este sistema é semelhante ao grupos isolados de paredes com a diferença que este tem o adicional de considerar que grupos de paredes tenham interação entre si. Neste procedimento Correa & Ramalho (2003) recomendam que “seja definida uma taxa de interação, que representa quanto da diferença de cargas entre grupos que interagem deve ser uniformizada em cada nível”. Também é importante definir quais paredes interagem entre si, de forma a obter os resultados mais condizentes com a realidade.
2.3.2 Ações Horizontais
As ações horizontais, agindo ao longo de uma parede de fachada, são transmitidas às lajes, que trabalhando como diafragmas rígidos, são transmitidas às paredes. Esses elementos, denominadas paredes de contraventamento, irão transmitir as ações horizontais às fundações.
Figura 3 – Distribuição dos esforços na estrutura
Com base nessas essas informações, pode-se utilizar o conceito da Eficiência, em que se analisa a relação entre a resistência do prisma e do bloco que a compõe, que é decrita pela equação 1:
Em que: η: Eficiência; fp : Resistência de prisma; fb : Resistência de bloco;
De acordo com Correa & Ramalho (2003), os valores de eficiência prisma-bloco, para a prática corrente no Brasil, variam de 0,5 a 0,9 para blocos de concreto e 0,3 a 0,6 para cerâmicos. Um fato observado em pesquisas foi quem os blocos de concreto apresentam maiores valores de eficiência sobre os cerâmicos. Outra relação interessante é que a eficiência diminui com o aumento da resistência do bloco. O método do ensaio de prismas é regulamentado pela NBR 8215 (1983), que contem toda a normatização para realização de tais procedimentos.
2.4.2 Compressão simples
A compressão que atua nas paredes é composta pela carga solicitante dividida pela área da seção transversal desse elemento. A NBR 10837 (1989) trabalha com a área bruta, isto é desconsiderando a presença de vazios. Essa tensão atuante não sofre não sofre nenhuma majoração por coeficientes de segurança, por ser baseada no método das tensões admissíveis.
ᡘᡓᡤᡴ, ᡕ = ᡀ ᠧ = ᡃ ᠸ^ ∙∙^ ᠸᡲ (2)
Onde: ᡘᡓᡤᡴ, ᡕ = Tensão de compressão axial;
N = Carga atuante sobre a parede; A = Área da seção transversal; Q = Carga linear atuante por unidade de comprimento; L = Comprimento do elemento; t = Espessura efetiva.
2.4.2.1 Tensão de compressão admissível
De acordo com o item 5.1.2 da NBR 10837 (1989), as cargas admissíveis em paredes de alvenaria não armada devem ser calculadas pela equação 3:
ᠲ^ ㍤㍤〨〹ぉ㍤㍤㍤㍤,〰㍤^ = 0 , 20 ᡘぃ∙ 䜀 1 − 㐶 40 ℎ ∙ ᡲ㑀
⡱ 䜁 (^) (3)
Onde: fp = Resistência média dos prismas h = Altura efetiva
2.4.3 Cisalhamento
O cisalhamento ocorre geralmente junto com os esforços provenientes do momento fletor. De acordo com Correa & Ramalho (2003), recomenda-se que em vergas, vigas ou paredes que participem do sistema de contraventamento são elementos em que o cisalhamento deve ser verificado. Para alvenaria não armada, o valor para a tensão de cisalhamento atuante em peças de alvenaria é dada por: