Projeto de edificios de alvenaria estrutural, Manuais, Projetos, Pesquisas de Engenharia Civil

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PROJETO DE EDIFÍCIOS DE

ALVENARIA ESTRUTURAL

Prof. Dr. Jefferson Sidney Camacho

Ilha Solteira - SP 2006

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• 1 INTRODUÇÃO S U M Á R I O
• 1.1 Definição .......................................................................................................................................
• 1.2 Nomenclatura ...............................................................................................................................
• 1.3 Classificação .................................................................................................................................
• 1.4 Vantagens e Desvantagens ..........................................................................................................
• 1.5 Breve Histórico.............................................................................................................................
• 1.6 Desenvolvimento no Brasil ..........................................................................................................
• 1.7 Normas ..........................................................................................................................................
• 2 COMPONENTES EMPREGADOS
• 2.1 Unidades........................................................................................................................................
• 2.2 Argamassa ..................................................................................................................................
  • 2.2.1 Recomendações sobre as Argamassas.....................................................................................
• 2.3 Graute .........................................................................................................................................
• 2.4 Armaduras..................................................................................................................................
• 3 FATORES QUE AFETAM A RESISTÊNCIA DA ALVENARIA
• 3.1 Resistência das Unidades...........................................................................................................
• 3.2 Resistência da Argamassa .........................................................................................................
• 3.3 Qualidade da Mão-de-obra .......................................................................................................
• 4 PROJETO EM ALVENARIA ESTRUTURAL............................................
• 4.1 Coordenação de projetos ...........................................................................................................
• 4.2 Coordenação modular ...............................................................................................................
• 5 ANÁLISE ESTRUTURAL
• 5.1 Concepção Estrutural ................................................................................................................
• 5.2 Distribuição das Ações Horizontais..........................................................................................
• 5.3 Distribuição das Ações Verticais...............................................................................................
• 5.4 Excentricidades ..........................................................................................................................
  • 5.4.1 Excentricidade devido a Laje: .................................................................................................
  • 5.4.2 Excentricidade de Segunda Ordem (e2):.................................................................................
• 5.5 Grau de Deslocabilidade da Estrutura.....................................................................................
• 5.6 Estabilidade Lateral...................................................................................................................
• 6 CAPACIDADE RESISTENTE DOS ELEMENTOS ESTRUTURAIS.........
• 6.1 Ações Verticais ...........................................................................................................................
  • 6.1.1 Paredes Resistentes .................................................................................................................
  • 6.1.2 Pilares...................................................................................................................................... iii
• 6.2 Ações Horizontais.......................................................................................................................
• 6.4 Tensões Admissíveis na Alvenaria de concreto ....................................................................... 6.3 Carga Excêntrica Erro! Indicador não definido.
• 7 ENSAIOS DE COMPRESSÃO AXIAL......................................................
• 7.1 Ensaios em Materiais e Unidades .............................................................................................
• 7.2 Ensaios em Prismas....................................................................................................................
• 7.3 Ensaios em Paredes....................................................................................................................
• 8 DISPOSIÇÕES CONSTRUTIVAS
• 8.1 Dimensões externas dos elementos ...........................................................................................
• 8.2 Abertura e canalizações embutidas ..........................................................................................
• 8.3 Armaduras para alvenaria armada..........................................................................................
  • 8.3.1 Paredes ....................................................................................................................................
  • 8.3.2 Pilares e enrijecedores.............................................................................................................
• 8.4 Proteção da armadura e espessura de juntas ..........................................................................
• 8.5 Juntas de dilatação.....................................................................................................................
• 8.6 Juntas de controle ......................................................................................................................
• 9 BIBLIOGRAFIA
• Figura 1 – Desenho dos tipos blocos............................................................................... L I S T A D E F I G U R A S
  • resistência das unidades................................................................................ Figura 2 – Resistência característica da alvenaria em função da
• Figura 3 – Resistência da alvenaria para diferentes argamassas. ....................................
• Figura 4 – Desenho dos tipos de amarrações de blocos. .................................................
• Figura 5 - Ações atuantes em um sistema estrutural tipo caixa. .....................................
• Figura 6 - Deslocamento horizontal em paredes de contraventamento...........................
• Figura 7 - Esquemas estruturais para paredes de contraventamento...............................
• Figura 8 - Estruturas sujeitas a um momento torçor........................................................
• Figura 9 - Distribuição das cargas das lajes para as paredes resistentes. ........................
• Figura 10 - Excentricidade no topo da parede (BS-5628)...............................................
• Figura 11 - Excentricidade final (BS-5628). ...................................................................
• Figura 12 - Deslocamento horizontal em paredes de contraventamento.........................
• Figura 13 – Enrijecedores nas paredes. ...........................................................................
• Figura 14 – Enrijecedores nas paredes. ...........................................................................

L I S T A D E T A B E L A S

Tabela 1 - Traços e propriedades das argamassas americanas e britânicas..................................... 12

Tabela 2 - Fator de eficiência da alvenaria para diversos tipos de unidades................................... 15

Tabela 3 - Fatores relacionados à mão-de-obra que afetam a resistência da alvenaria.......................................................................................................................... 17

Tabela 4 – Paredes com enrijecedores............................................................................................. 34

Tabela 5 – Tensões admissíveis para alvenaria não armada de concreto (NBR-10837). ................................................................................................................. 38

Tabela 6 - Tensões admissíveis para alvenaria armada de concreto (NBR- 10837). ............................................................................................................................ 39

Tabela 7 - Resistência à compressão da alvenaria de concreto ( f' ), baseada na área líquida das unidades.

m .......................................................................................... 41

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9 Sistema construtivo : um processo construtivo de elevado nível de industrialização e de organização, constituído por um conjunto de elementos e componentes inter-relacionados e completamente integrado pelo processo.

9 Material : constituinte dos componentes da obra.

9 Componente : ente que compõe os elementos da obra: blocos, argamassa, graute, armaduras.

9 Elemento : é a parte da obra suficientemente elaborada, constituída da reunião de dois ou mais componentes (Ex: parede, coluna e laje).

9 Parede resistente : parede que tem por função resistir às ações atuantes na estrutura, além de seu peso próprio, desempenhando também as funções de vedação.

9 Parede de contraventamento : parede resistente que além de resistir às ações verticais, tem por função resistir às ações horizontais, segundo seu plano, seja da ação de vento, de desaprumo da estrutura ou sísmicas, conferindo rigidez necessária à estrutura.

9 Parede de Fechamento : parede para resistir somente ao seu peso próprio e desempenhar as funções de vedação.

9 Pilar ou coluna : elemento para absorver ações verticais em que a relação de seus lados seja inferior a cinco.

9 Verga : elemento estrutural colocado sobre os vãos de aberturas com a finalidade de transmitir as ações verticais para as paredes adjacentes.

9 Contraverga : elemento estrutural colocado sob os vãos de aberturas com a finalidade de absorver tensões de tração nos cantos.

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9 Coxim : elemento estrutural não contínuo, apoiado na parede, com a finalidade de distribuir cargas verticais.

9 Cinta : elemento estrutural apoiado continuamente na parede, ligado ou não às lajes, vergas ou contra vergas, com a finalidade de uniformizar a distribuição das ações verticais e servir de travamento e amarração.

9 Enrijecedores : elementos estruturais vinculados a uma parede resistente com a finalidade de produzir um enrijecimento na direção perpendicular ao plano da parede.

9 Diafragma : elemento estrutural laminar admitido como totalmente rígido em seu próprio plano e sem rigidez na direção perpendicular, sendo normalmente o caso das lajes maciças.

1.3 Classificação

A alvenaria estrutural pode ser classificada quanto ao processo construtivo empregado, quanto ao tipo de unidades ou ao material utilizado, como segue:

Alvenaria Estrutural Armada : é o processo construtivo em que, por necessidade estrutural, os elementos resistentes (estruturais) possuem uma armadura passiva de aço. Essas armaduras são dispostas nas cavidades dos blocos que são posteriormente preenchidas com micro-concreto (Graute).

Alvenaria Estrutural Não Armada : é o processo construtivo em que nos elementos estruturais existem somente armaduras com finalidades construtivas, de modo a prevenir problemas patológicos (fissuras, concentração de tensões, etc.).

Alvenaria Estrutural Parcialmente Armada : é o processo construtivo em que alguns elementos resistentes são projetados como armados e outros como não armados. De uma forma geral, essa definição é empregada somente no Brasil.

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Tem-se como principal inconveniente, a limitação do projeto arquitetônico pela concepção estrutural, que não permite a construção de obras arrojadas. Outra desvantagem é a impossibilidade de adaptação da arquitetura para um novo uso.

1.5 Breve Histórico

Até o final do século XIX, a alvenaria era um dos principais materiais de construção utilizados pelo homem. As construções da época eram então erguidas segundo regras puramente empíricas, baseadas nos conhecimentos adquiridos ao longo dos séculos.

Com o advento do aço e do concreto armado no início do século XX, uma revolução veio abalar a arte de construir. Juntamente com os novos materiais, que possibilitaram a construção de obras de maior porte e arrojo, surgiram também novas técnicas construtivas com embasamento científico que se desenvolveram rapidamente. Em meio a isso, a alvenaria foi relegada a um segundo plano, passando a ser usada quase que exclusivamente como elemento de fechamento.

Em meados do século XX, com a necessidade do mercado em buscar novas técnicas alternativas de construção, a alvenaria foi, por assim dizer, redescoberta. A partir daí um grande número de pesquisas foram desenvolvidas em muitos países, permitindo que fossem criadas normas, e adotados critérios de cálculo baseados em métodos racionalizados.

Na Europa e Estados Unidos a evolução das pesquisas em Alvenaria Estrutural tem permitido que sejam elaboradas normas modernas, contendo recomendações para o projeto e execução dessas obras, fazendo com que se tornem competitivas com as demais técnicas existentes.

No Brasil, a introdução da Alvenaria Estrutural se deu no final da década de 60, sendo até hoje pouco conhecida no meio técnico e empregada quase que somente nos grandes centros.

Antiguidade : as construções persas e assírias a 10.000 AC eram feitas com tijolos secos ao sol. No ano 3.000 AC já se empregavam tijolos queimados em fornos. Farol de Alexandria com 165 m de altura (destruído em 1.300 DC por um terremoto). Coliseu (terminado em 82 DC).

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Idade Média : os castelos e as grandes catedrais dos séculos XII a XVII.

Século XVIII : teoria matemática de Euler que equacionou a carga de flambagem de colunas.

1880 : primeiras pesquisas experimentais sistemáticas em alvenaria de tijolos realizadas nos EUA.

1891 : construção do edifício Monadnock em Chicago, com 16 pavimentos e 65 m de altura (paredes com 1.80 m de espessura).

Início Século XX : abandono da alvenaria como estrutura em função do surgimento do aço e do concreto armado, que então ofereciam vantagens econômicas e técnicas.

1923 : A Brebner publica os resultados de ensaios realizados ao longo de 2 anos. Este marco é considerado o início da alvenaria estrutural armada.

1948 : foi publicada a primeira norma para o cálculo de alvenaria de tijolos na Inglaterra - CP

Década de 50 : construção na Europa de vários edifícios relativamente altos. Em 1951, o primeiro edifício em Alvenaria Estrutural não Armada é construído na Suíça, com 13 pavimentos e 41 m de altura.

1966 : é editado o primeiro código americano de Alvenaria Estrutural (Recommended Building Code Requirements for Engineered Brick Masonry).

1978 : é editada uma nova norma inglesa (BS-5628), que trabalha com o método semiprobabilístico (abandona-se o critério das tensões admissíveis).

1.6 Desenvolvimento no Brasil

No Brasil, apesar das características sócio-econômicas serem favoráveis para o pleno desenvolvimento da Alvenaria Estrutural, pouco tem sido feito em termos de pesquisas, sendo

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Norma Européia:

9 ENV1996-1-1: Design of masonry structures.

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2 COMPONENTES EMPREGADOS

Os principais componentes empregados na execução de edifícios de alvenaria estrutural são as unidades (tijolos ou blocos), a argamassa, o graute e as armaduras (construtivas ou de cálculo). É comum também a presença de elementos pré-fabricados como: vergas, contravergas, coxins, e assessórios, entre outros. Em relação aos componentes, apresentam-se as principais funções de cada um deles e suas características desejáveis:

2.1 Unidades

As unidades (blocos e tijolos) são os componentes mais importantes que compõe a alvenaria estrutural, uma vez que são eles que comandam a resistência à compressão e determinam os procedimentos para aplicação da técnica da coordenação modular nos projetos. Os principais tipos e as mais importantes características estão indicados abaixo:

Tipos →

cerâmicos de concreto sílico-calcáreos outros

⎧⎪ ⎪⎨ ⎪⎪ ⎩

maciços vazados

Propriedades →

resistência à compressão estabilidade dimensional vedação absorção adequada trabalhabilidade modulação

⎧⎪ ⎪ ⎪⎨ ⎪⎪ ⎪⎩

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Propriedades →

retenção d'água conveniente resistência à compressão trabalhabilidade

⎧⎪ ⎨ ⎪⎩

2.2.1 Recomendações sobre as Argamassas

Por ser o agente ligante que integra a alvenaria, a argamassa deve ser forte, durável e capaz de garantir a integridade e estanqueidade da mesma, devendo também possuir certas propriedades elásticas, trabalhabilidade e ser econômica.

A argamassa deve ter capacidade de retenção de água suficiente para que quando em contato com unidades de elevada absorção inicial, não tenha suas funções primárias prejudicadas pela excessiva perda de água para a unidade. É importante também que seja capaz de desenvolver resistência suficiente para absorver os esforços que possam atuar na parede logo após o assentamento.

Escolha:

A resistência à compressão da alvenaria é o resultado da combinação da resistência da argamassa presente nas juntas e dos blocos. Três tipos de ruptura à compressão podem ocorrer na alvenaria:

i. Ruptura dos blocos: frequentemente se manifesta pelo surgimento de uma fissura vertical que passa pelos blocos e juntas de argamassa; ii. Ruptura da argamassa: quando ocorre o esmagamento das juntas, sendo freqüente a constatação do esfarelamento da argamassa presente na junta; iii. Ruptura do conjunto: é a situação desejável, quando a ruptura se dá pelo surgimento de fissura vertical no conjunto, porém precedida de indícios de ruptura conjunta da argamassa.

Assim, a combinação ideal entre blocos e argamassas deve ser a que conduza, nos ensaios laboratoriais, a uma ruptura do conjunto como um todo, ou seja, das juntas e dos blocos concomitantemente.

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Na escolha da argamassa também se deve observar que não existe um único tipo, uma vez que nem sempre o critério de desempenho estrutural seja o fator determinante da escolha, lembrando que existem outros parâmetros de desempenho. Assim, uma regra básica da seleção de uma argamassa para um determinado projeto é:

"Não se deve usar argamassa que tenha resistência à compressão superior à exigida pelo projeto estrutural, e entre as que sejam compatíveis com as exigências de desempenho da obra, deve-se selecionar sempre a mais fraca".

As argamassas de alta resistência concentram os efeitos de recalques de apoios em poucas e grandes fissuras, enquanto que nas mais fracas, eles são melhores distribuídos.

Tipos de Argamassas:

As normas americanas especificam quatro tipos de argamassas mistas, designadas por M, S, N e O, assim como a britânica tem suas correspondentes i, ii, iii, e iv, conforme tabelas que seguem:

Tabela 1 - Traços e propriedades das argamassas americanas e britânicas. Variação das Traço em volume propriedades

Tipo de argamassa (^) cimento cal areia * (a) M (i) 1 0 a 1/4 3 + S (ii) 1 1/2 4 a 4,5+ N (iii) 1 1 5 a 6+ (b) O (iv) 1 2 8 a 9+ (a) - Aumento da resistência (b) - Aumento na capacidade de absorver movimentos da estrutura.

• A norma americana prevê um intervalo na quantidade de areia de 2,25 a 3,0 vezes o volume de cimento e cal somados. + As quantidades de areia fornecidas pela norma britânica se encaixam dentro do intervalo da norma americana.

Emprego:

9 Argamassa tipo M : recomendada para alvenaria em contato com o solo, tais como fundações, muros de arrimo, etc. Possui alta resistência à compressão e excelente durabilidade.

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Funções → ⎧⎨absorver esforços de tração e/ou compressãocobrir necessidades construtivas ⎩

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3 FATORES QUE AFETAM A RESISTÊNCIA DA ALVENARIA

De um modo geral, a resistência à compressão das paredes e dos pilares de alvenaria depende de muitos fatores, entre os quais se destacam:

9 Resistência das unidades; 9 Resistência da argamassa; 9 Qualidade da mão-de-obra; 9 Esbeltez do elemento.

3.1 Resistência das Unidades

É o principal fator que determina a resistência final da alvenaria. A relação entre essas duas resistências é dada na figura (1), genericamente. Definindo "fator de eficiência da parede" como sendo a relação resistência da alvenaria/resistência da unidade, pode-se observar na Figura 2 que:

9 O fator de eficiência é maior para alvenaria confeccionada com blocos do que com tijolos; 9 Conforme cresce a resistência das unidades, o fator de eficiência diminui.

A Tabela 2 apresenta valores aproximados do fator de eficiência para diferentes alvenarias.

Tabela 2 - Fator de eficiência da alvenaria para diversos tipos de unidades. unidades fator de eficiência tijolo cerâmico 18 a 30% tijolo de concreto 60 a 90% bloco de concreto 50 a 100% bloco cerâmico 15 a 40%

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