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PROJETOS DE EDIFÍCIOS DE ALVENARIA ESTRUTURAL TURMA N-XX FXXXX MXXXXXX DE AXXXX RA: 000000000 LXXXXXXX RXXXXXXXX P. BXXXXXX RA:00000000 RXXXX XXXXX SXXXX RA: 0000000 Pesquisa bibliográfica referente aos capítulos cinco e seis do autor Marcio A. Ramalho, da disciplina de alvenaria estrutural do curso de engenharia civil. PROFESSOR: RICARDO OLIVEIRA Campo Grande/MS 2017 Sumário 1.0 INTRODUÇÃO ....................................................................................................... 3 2.0 TENSÕES ADMISSÍVEIS E ESTADOS LIMITES ................................................ 4 3.0 INFLUÊNCIA DOS COMPONENTES NA RESISTÊNCIA A COMPRESSÃO .... 5 4.0 ENSAIOS E RESISTÊNCIA DOS MATERIAIS .................................................... 5 4.1 ENSAIO EM BLOCOS ....................................................................................... 5 4.2 ENSAIO EMPRISMA .......................................................................................... 6 5.0 EFICIÊNCIA ........................................................................................................... 6 6.0 ARGAMASSA ........................................................................................................ 8 7.0 GRAUTE ................................................................................................................. 8 8.0 ARMADURAS ........................................................................................................ 9 9.0 MODELOS TEÓRICOS DE RUPTURA ................................................................ 9 10.0 CARACTERISTICAS GEOMÉTRICAS .................................................................. 10 10.1 PILARES ........................................................................................................... 10 10.2 PAREDES ......................................................................................................... 11 10.3 ESBELTEZ ....................................................................................................... 11 10.4 PARÂMETROS DE RESISTÊNCIA (NBR 10837) .......................................... 12 10.5 INTERAÇÕES PARA AÇÕES HORIZONTAIS ..................................................... 14 10.5.1 INTERAÇÃO EM FLANGES (Abas) ............................................................... 14 10.5.2 MODELO DE PAREDES ISOLADAS ............................................................. 15 10.5.3 MODELO DE PAREDES COM ABERTURA .................................................. 15 11.0 CORTES E JUNTAS ............................................................................................... 17 12.0-DIMENSIONAMENTOS DE ELEMENTOS ............................................................ 17 12.1 COMPRESSÃO SIMPLES .................................................................................. 18 12.2 TENSÃO ATUANTE .......................................................................................... 19 12.3 COMPARAÇÃO DE DIMENSIONAMENTOS ................................................... 19 12.4 FLEXÃO SIMPLES ........................................................................................... 21 12.5 DIFERENÇAS CONCEITUAIS ENTRE A NBR 10837 E A BS 5628 ............... 21 12.6 HIPÓTESES BÁSICAS DA NBR 10837 ............................................................ 21 13.0 EQUACIONAMENTO BÁSICO ............................................................................. 22 13.1 DIMENSIONAMENTO BALANCEADO............................................................. 25 13.2 DIMENSIONAMENTO SUB ARMADO ............................................................. 25 13.3 DIMENSIONAMENTO COM ARMADURA DUPLA .......................................... 25 13.4 CISALHAMENTO ............................................................................................... 26 TRABALHO DE ALVENARIA ESTRUTURAL 1.0 INTRODUÇÃO A alvenaria estrutural é construída com blocos de concreto industrializados de tamanhos diversos para atender cada tipo de projeto. Esses blocos podem ser cerâmicos, concreto ou sílico calcário, e são fixados com argamassa para deixar o conjunto monolítico. No Brasil, o emprego em maiores proporções surgiu nos anos 80 com as construções de conjuntos habitacionais. Um dos fatores atrativos às construtoras era possibilidade em reduzir os custos nas obras, porém a falta de qualificação da mão de obra trouxe prejuízos por apresentar várias patologias nas edificações. No entanto, as vantagens econômicas proporcionadas pela alvenaria estrutural continuam sendo um atrativo nos dias de hoje. Nesses sistemas, a alvenaria tem a função de resistir o carregamento e ao mesmo tempo de fazer a vedação. A remoção de qualquer parede deve ser analisada para não comprometer a estrutura e indicar os locais que receberão os reforços para compensação. Portanto, em um projeto de alvenaria estrutural o profissional deverá considerar como um processo construtivo racionalizado, projetado, calculado e construído em conformidade com as normas técnicas para que a estrutura suporte todos os esforços previstos sem comprometer as demais funções. 2.0 TENSÕES ADMISSÍVEIS E ESTADOS LIMITES Entende-se por segurança de uma estrutura a capacidade desta suportar aos esforços previstos durante toda sua vida útil. Assim, um mesmo corpo e nas mesmas condições, a repetição de uma solicitação produzirá as mesmas deformações, tensões, esforços e deslocamentos. O método das tensões admissíveis introduz a segurança no projeto estrutural mediante o estabelecimento de um coeficiente de segurança interno. A aplicação deste método pode ser resumida por: S<R/Yi Em que: S = máxima tensão atuante; Yi = coeficiente de segurança interno; R = tensão de ruptura ou de escoamento do material. No entanto, este método apresenta algumas deficiências: a) Impossibilidade de se interpretar o coeficiente Yt como um coeficiente externo; b) Preocupação exclusiva com a relação serviço-ruptura; c) Adequação apenas para o comportamento linear. Assim, pode-se conceituar a segurança de uma estrutura com a introdução da ideia de estado limite, sendo que durante sua vida útil não atinja nenhum estado limite. Esses estados limites podem ser definidos como: a) Estado limite ultimo (ELU); b) Estado limite de serviço (ELS). O ELU corresponde ao esgotamento da capacidade portante da estrutura e pode ser ocasionado por diversos fatores: - perda de estabilidade do equilíbrio - ruptura; - colapso; - deterioração por fadiga ou excesso de deformação plástica que inviabilize a sua utilização como estrutura. O ELS está relacionado a exigências funcionais ou de durabilidade da estrutura e pode ser causado por: - excessos de deslocamentos - deformações; - danos; - vibrações. 3.0 INFLUÊNCIA DOS COMPONENTES NA RESISTÊNCIA A COMPRESSÃO A resistência à compressão é o parâmetro de resistência mais importante para alvenaria estrutural. O objetivo é dar noções qualitativas e também quantitativas, sobre a maneira como cada um desses componentes atua no sentido de aumentar ou reduzir a referida resistência. 4.0 ENSAIOS E RESISTÊNCIA DOS MATERIAIS 4.1 ENSAIO EM BLOCOS Para realização do ensaio deve-se fazer a medida das dimensões para cálculo da área bruta e para determinar sua resistência à compressão (fb) os lotes são limitados a 20.000 ou numero necessário para aconstrução de dois pavimentos. O capeamento dos blocos deverão ser com pasta cimenticia ou argamassa de resistência superior à resistência do bloco na área liquida (aproximadamente 2fb) e espessura média de 3mm. A resistência característica dos blocos (fbk) deverá ser maior ou igual ao valor especificado em projeto,porém nunca menor que 4,5 Mpa. No Brasil esses valores variam entre 4,5 à 20 Mpa. Nos ensaios dos blocos o capeamento deverá ser em toda a superfície. 4.2 ENSAIO EMPRISMA Nestes ensaios são realizados com dois ou três blocos, com junta de argamassa de 10 mm e uma tolerância media de 3mm. Os corpos de provas são capeados e comprimidos para determinação da resistência do prisma (fp) e a resistência características (fpk). Para paredes que serão grauteadas em obra, os prismas também deverão ser grauteados. O capeamento do bloco deverá ser em toda área liquida do bloco (total). A NBR 10837, em seu item 5.3.1, é enfática na especificação do prisma como resistência básica da alvenaria estrutural de blocos vazados de concreto, e podem-se reproduzir as suas palavras textuais "As tensões admissíveis para a alvenaria não-armada e para a alvenaria armada devem ser baseadas na resistência dos prismas (fp) aos 28 dias ou na idade na qual a estrutura está submetida ao carregamento total. Nas plantas submetidas à aprovação ou usadas na obra, deve constar claramente a resistência (fp) na idade em que todas as partes das estruturas foram projetadas". 5.0 EFICIÊNCIA Pode-se utilizar o conceito que avalia a resistência do prisma e do bloco que o compõe através da relação n = fbk/fpk. Normalmente esses valores da eficiência prismas-blocos, para prática corrente no Brasil, variam entre 0,5 à 0,9 para blocos de concreto, e de 0,3 à 0.6 para blocos de cerâmicas. A eficiência tende a ser menor quando a resistência do bloco é maior. Há ainda uma terceira reação entre a resistência que é de grande importância F que não deixa de ser também uma eficiência. A relação entre a resistência da parede e do prisma é também muito importante porque mesmo sendo o dimensionamento e o controle feitos com base na resistência do prisma, o que importa em ultima instância é a resistência da parede. A resistência do prisma sempre será maior que da parede. No Brasil, verifica-se que essa relação de resistência parede-prisma situa-se por volta de 0,7 tanto para concretos como os cerâmicos. Se as juntas horizontais tiverem argamassamento parcial, a resistência da alvenaria, fk, deve ser corrigida, multiplicando pela razão entre a área de argamassamento parcial e a área de argamassamento total. Para escolher a resistência do bloco, deve-se considerar a eficiência parede-bloco. Esses valores variam conforme a tabela abaixo. Eficiência parede-bloco Bloco Valor mínimo Valor máximo Concreto 0,40 0,60 Cerâmico 0,20 0,50 Considerando os valores médios 0,50 e 0,35 para a eficiência bloco- parede, chega-se às resistências características dos blocos: • Bloco de concreto: fbk≥8/k*σk ; • Bloco cerâmico: fbk≥11k*σk. As expressões acima só servem para estimativa da resistência dobloco. É necessário realizar ensaios em prismas e ajustar aresistência do bloco e da argamassa até garantir que fpk≥4/k*σk. 6.0 ARGAMASSA Dois fatores importantes devem ser considerados quando se trata da influência da argamassa na resistência à compressão das paredes: I) é a espessura da junta horizontal que precisa se situar dentro dos limites, não podendo ser muito pequena para não permitir falhas na construção através de pontos na superfície que permitiriam o toque entre os blocos, causando assim tensões e prejudicando a resistência da parede; II) segundo é a resistência à compressão da argamassa. A cada 3 mm de aumento da espessura da argamassa há uma redução de 15% da resistência da parede, por isso, a NBR 10837 especifica que a espessura da junta horizontal entre blocos deve ser igual a 1cm, exceto quando houver necessidade comprovada tecnicamente de uma outra medida. Quanto a resistência à compressão da argamassa, esse parâmetro não influi tão significativamente na resistência à compressão. Isso ocorrerá quando a resistência for menor de 30% ou 40% da resistência do bloco é que essa influencia será considerada importante. 7.0 GRAUTE Quando o grauteamento ocorrer em blocos vazados de concreto e for utilizado um material com as mesmas caraterísticas do próprio bloco, será avaliado de forma simples, pois se utilizou um graute para elevar um simples aumento da área liquida da unidade, podendo a capacidade portante da parede ser quantificado sem apresentar algum problema. Por exemplo, tomando-se um bloco de concreto de resistência na área bruta igual a 6 MPa, com 50% de vazios, e realizando-se o preenchimento de seus furos com um graute de resistência igual à do material que compõe o bloco, ou seja 12 MPa, obtém-se na verdade um bloco com resistência à compressão na área bruta 12 MPa. Dessa forma, tomando-se 0,5 como o valor de eficiência bloco parede-parede, pode-se estimar que a resistência da parede seja da ordem de 6 MPa, sempre em relação à área bruta. Caso o grauteamento não fosse utilizado, a resistência estimada para a parede seria da ordem de 3 a 3,5 MPa, dependendo do valor da eficiência bloco-parede que fosse tomado. 8.0 ARMADURAS Nas obras de alvenarias estruturais os esforços mais solicitados é a compressão, assim o aço por ter maior resistência à tração tem sua capacidade pouco aproveitada. Deste modo, a imposição de limites baixos para as tensões no aço é explicada pela necessidade de se evitar uma fissuração excessiva e também garantir uma boa aderência das barras de aço com o graute. Quando esse recurso é utilizado para aumentar a resistência á compressão, haverá uma desvantagem do custo-benefício, pois a alvenaria armada é mais recomendada quando necessitar de acréscimo localizado da resistência, aumentar o limite de esbeltez ou oferecer uma boa ductibilidade para a estrutura. 9.0 MODELOS TEÓRICOS DE RUPTURA Vários pesquisadores e estudiosos apresentaram formulações para determinar um modelo de ruptura em paredes de alvenaria, entre eles Paul Haller (1959) foi um dos primeiros a se destacar com estudos de resistência elástica do sistema bloco-argamassa. Nos ensaios de prismas, quando submetidos à tração, a argamassa sofrerá uma deformação maior queo bloco por ter um módulo de elasticidade menor, assim submetendo a tensões de tração. Quando essas tensões atingirem os blocos e os tracionam, ocorrerá a fissuração da peça e sua ruptura. Outros estudos também foram realizados com uso de blocos de concreto preenchidos com graute e dois modelos de ruptura foram apresentados: - quando o graute atingir primeiro a sua capacidade de resistência a esforços de compressão não confinada, ocorrerá uma expansão lateral devido as deformações inelásticas provocadas pelas microfissuração. As faces dos blocos tendem a impedir essas deformações resultando ao estado tensões de tração, esse conjunto de tensão e tração provocada pela deformação da argamassa tende a romper prematuramente as faces dos blocos; - quando as faces dos blocos atingirem suas tensões máximas à compressão antes do graute atingir sua tensão de compressão não confinada, o graute estará submetido a deformações elásticas. Neste caso, as faces dos blocos irão restringir as deformações da argamassa e a tensão de ruptura apresentará outro valor. Para grautes muitos resistentes ou com grandes seções transversais, é possível que mesmo após a ruptura dos blocos o conjunto permaneça resistindo as cargas mais elevadas. 10.0 CARACTERISTICAS GEOMÉTRICAS A NBR 10837define parede sendo um elemento laminar vertical, apoiado de modo continuo em toda sua base, com comprimento maior de cinco vezes a sua espessura. Já o pilar, é um elemento estrutural semelhante a parede, mas no qual o comprimento é menor que cinco vezes sua espessura. Em casos de seções compostas por retângulos (L,T e Z), a laminação é para ramo. É importante identificar as diferenças entre paredes e pilares para melhor dimensionar a estrutura que iráreceber as cargas, já que se sabe que a parede resistirá os maiores esforços. 10.1 PILARES A altura efetiva ou comprimento de flambagem será igual à altura do pilar, caso houver travamentos que restrinjam os deslocamentos horizontais ou as rotações das suas extremidades na direção considerada. Pode-se ainda ser considerada ao dobro da altura para pilares engastados em uma extremidade e livre em outra. Quanto a seção transversal, devem ser consideradas as dimensões brutas sem os revestimentos. Para os carregamentos dos pilares deverá ser consideradas as excentricidades do carregamento e dimensionar os pilares à flexão composta. 10.2 PAREDES A altura efetiva ou comprimento de flambagem será adotado o mesmo critério usado aos pilares. Quanto a espessura efetiva (te), ela será te=t para paredes sem enrijecedores e sem considerar o revestimento. Para paredes com enrijecedores a espessura será te=δt, onde δ será fornecido por tabela. 10.3 ESBELTEZ O parâmetro de esbeltez λ de uma parede ou pilar é definido pela divisão da altura efetiva pela espessura efetiva, ou sejaλ=he/te. Deve-se observar a diferença entre o índice de esbeltez convencional onde λo=comprimento de flambagem dividido pelo raio de giração. λo=𝜆 ∗ √12 * índices máximos permitidos para a esbeltezda NBR10837: TIPO DE ALVENARIA ELEMENTO ESBELTEZ Paredes 20 Não armada Pilares 20 Pilares isolados 15 Armada Paredes e pilares 30 Não-estrutural Paredes 36 TABELA 01 De acordo com BS 5628, o coeficiente de esbeltez não deve ultrapassar 27, exceto nos casos de paredes com espessuras inferiores a 90 mm e em edifícios com mais de dois andares, para os quais não deve ultrapassar 20. 10.4 PARÂMETROS DE RESISTÊNCIA (NBR 10837) As tabelas abaixo trazem um resumo das prescrições da NBR 10837 para as tensões admissíveis da alvenaria não-armada e alvenaria armada. TABELA 02 – TENSÕES ADMISSIVEIS PARA ALVENARIA NÃO ARMADA (NBR 10837) TIPO DE SOLICITAÇÃO TIPO DE SOLICITAÇÃO TENSÃO ADMISSÍVEL (Mpa) 12,0≤fb≤17,0 5,0≤fb≤12,0 TENSÕES NORMAIS Compressão simples Parede 0,20 fpR ou o,286 fpar R 0,20 fp R ou 0,286 fpar R Pilar 0,18 fp R 0,18 fp R Compressão na flexão 0,30 fp 0,30 fp Tração na flexão Normal à fiada 0,15 (bloco vazado) 0,10 (bloco vazado) 0,25 (bloco maciço) 0,15 (bloco maciço) Paralela à fiada 0,30 (bloco vazado) 0,20 (bloco vazado) 0,55 (bloco maciço) 0,40 (bloco macio) TENSÃO ADMISSÍVEL (Mpa) VALOR MÁXIMO (Mpa) Te n sõ es n o rm ai s Compressão simples Parede 0,225 fp R 0,33 fp≤ 6,2 Parede (0,20 fp + 0,30 ρ faⱷ)R Compressão na flexão 0,33 fp 6,2 Tração na flexão xx xx C is al h am e n to Peças fletidas sem armadura Vigas 0,09 0,35 P ila re s e p ar ed es Se M/(V*d) ≥1 0,07 0,25 Se M/(V*d) <1 0,17 0,35 Peças fletidas com armadura p/todas tensões de cisalhamento Vigas 0,25 1 P ila re s e p ar ed es Se M/(V*d) ≥1 0,12 0,5 Se M/(V*d) <1 0,17 0,8 Te n sã o d e co n ta to Em toda espessura da parede 0,250 fp Em 1/3 da espessura (mínimo) 0,375 fp Entre os limites acima interpolar os valores interiores Aderência 1 TABELA 03 –TENSÕES ADMISSÍVEIS PARA ALVENARIA ARMADA (NBR 10837) Em que: - fa, fp e fpar = resist. da argamassa, prisma e parede (respectivamente); - M e V = momento fletor e força cortante em paredes de contraventamento: - d =distancia entre a face comprimida e a armadura (altura útil da seção); - R = 1- (h/40t)^3 = fator de redução associado à esbeltez (he/tef.). Em paredes de alvenaria estrutural o esforço resistente de calculo é dado por: Nrd=fdAR Onde: - Nrd = força normal resistente de cálculo; - fd = resistência à compressão de cálculo da alvenaria; √fp √fp √fp √𝑓𝑝 √𝑓𝑝 √𝑓𝑝 - A = área da seção resistente; - R = redutor devido à esbeltez da parede, sendo: 10.5 INTERAÇÕES PARA AÇÕES HORIZONTAIS 10.5.1 INTERAÇÃO EM FLANGES (Abas) Haverá existência de interação quando se tratar de de flange com amarração direta, em outras situações, a interação só será considerada se houver comprovação experimental de sua eficiência. O comprimento da flange deverá respeitar os limites: Em nenhuma hipótese poderá haver superposição de flanges, e os flanges deverão ser utilizadas tanto para calculo de rigidez do painel de contraventamento, quanto para os cálculos de tensões normais devidas às flexões provenientes das ações horizontais. Lembra-se ainda que os flanges não devam ser considerados na absorção dos esforços cortantes durante o dimensionamento. A distribuição das ações do vento para os diversos painéis de contraventamento é feita com o f f f f mesmo modelo apresentado para o concreto armado. Cada painel é substituído por uma mola de rigidez K. Para determinação da rigidez da mola, pode-se adotar o modelo de paredes isoladas ou modelos de paredes com aberturas. 10.5.2 MODELO DE PAREDES ISOLADAS Este método é mais simples e considera que que as aberturas separem as paredes adjacentes. A rigidez K1 e K2 de cada painel é determinadaem função do momento de inércia das paredes P1 e P2,considerando-se as abas existentes. Os lintéis (trechoshorizontais sobre as aberturas) não são considerados e ficam sem flexão devida ao vento. 10.5.3 MODELO DE PAREDES COM ABERTURA Neste modelo a parede é assimilada a um pórtico plano e sua rigidez é calculada como em concreto armado. Considera-se ainda que as barras horizontais do pórtico possuam barras rígidas para evitar uma flexão excessiva e irreal. Os lintéis ficam solicitados a flexão e cortante, devendo ser dimensionados para essas solicitações. Após obter as forças horizontais em cada painel de contraventamento, determinam-se os momentos fletores, esforços cortantes e normais (quando for modelos pórticos). Carregamento e esforços solicitantes na parede devidos aovento 11.0 CORTES E JUNTAS É expressamente desaconselhável fazer cortes individuais horizontais de comprimento superior a 40 cm em paredes estruturais e são proibidos fazer cortes horizontais em uma mesma parede onde somados seu comprimento ultrapasse 1/6 do comprimento total da parede. Nos cortes verticais de comprimentos acima de 60 cm realizados em paredes definem elementos estruturais distintos. Lembra-se ainda que condutores de fluidos não devem ser embutidos em paredes de alvenaria estrutural, ao menos que suas instalações manutenções não precisem de cortes. Nos projetos devem estar previstos juntas de dilatação a cada 24 m da edificação, podendo ser alterado esse limite em casos de comprovação dos efeitos de variação da temperatura sobre a estrutura. Para controlar o aparecimento de fissuração nos elementos é recomendado o uso de juntas verticais que previnem essas fissuras que podem ser causadas pela variação da temperatura, expansão, variação brusca de carregamento variação da altura ou da espessura da parede. 12.0-DIMENSIONAMENTOS DE ELEMENTOS Para não se estender demais esses tópicos, serão normalmente considerados apenas os procedimentos prescritos pela NBR 10837 – Cálculo de Alvenaria Estrutural de Blocos Vazados de Concreto’. Em muitos casos, nos quais isso for interessante, serão mencionadas e discutidas as recomendações do ACI 530 – Building Code Requeriments for Masonry Structures² e pela BS 5628 – Code of Practice dor Use of Masonry³, sempre no sentido de estabelecer comparações e apresentar sugestões sobre possíveis aprimoramentos a serem oportunamente agregados à NBR 10837. Nesse texto, optou-se por apresentar os dimensionamentos pelo ponto de vista das solicitações, e não dos elementosem si. Esta opção pareceu mais conveniente, pois elementos dos mesmos tipo podem estar submetidos a solicitações variadas, dependendo dos casos específicos que se considere. Por exemplo, uma parede pode estar submetida desde a uma compressão simples até a uma flexão composta oblíqua. De fato, deve-se considerar que na realidade quase todos os elementos presentes numa estrutura acabam sendo submetidos a um estado combinado de solicitações. Paredes submetidas à compressão simples na realidade não existem, pois as excentricidades inevitáveis nas aplicações dos carregamentos têm como conseqüência uma solicitação mais complexa do que a que se imagina inicialmente. O que se admite é que sendo uma dessas solicitações muito pequena em relação ás demais, ela possa ser desconsiderada e, por simplicidade, um determinado elemento possa ser dimensionado com segurança através de um procedimento mais simples. 12.1 COMPRESSÃO SIMPLES A compressão é a solicitação mais comum e a mais simples de ser considerada. Anteriormente foram discutidas todas as prescrições necessárias ao dimensionamento de elementos sob compressão simples. Os elementos comumente considerados como submetidos à compressão simples são as paredes e os pilares, sejam elas armadas ou não. Dessa forma, fica evidente a importância desse tipo de dimensionamento, já que paredes e pilares são elementos mais importantes em qualquer estrutura de edifico de alvenaria. Aliás, para edifícios de altura relativamente reduzida, até seis pavimentos em casos usais, esse é o único dimensionamento necessário na prática. Nem mesmo as vergas sobre aberturar de janelas e portas com vãos convencionais precisariam de fato ser verificadas. Normalmente, qualquer armadura construtiva adotada é suficiente para se garantir a resistência necessária. 12.2 TENSÃO ATUANTE A tensão atuante em elementos comprimidos será sempre a carga dividida pela área da seção transversal desse elemento. A NBR 10837 e a BS 5628 trabalham com a área bruta da seção dos elementos, portanto desconsiderando a existência de vazios. Já o ACI 530 considerada a área líquida, e dessa forma a área da seção transversal deve ser calculada descontando-se a área de vazios. A tensão atuante não sofre nenhuma correção quando o dimensionamento se dá segundo a NBR 10837 e o ACI 530. Essas normas, senso baseadas no método das tensões admissíveis, não prevêem coeficientes de segurança parciais a serem aplicados aos carregamentos. Tabela de Valores de coeficiente parciais de segurança para ações (Ɣf). COMBINAÇÕES CARREGAMENTOS Permanente Variável Vento Terra/Água Permanente e variável 0,9 ou 1,4 1,6 - 1,4 Permanente e vento 0,9 ou 1,4 - 1,4 1,4 Permanente, variável e vento 1,2 1,2 1,2 1,2 Dano acidental 0,95 ou 1,05 0,35 - 0,35 12.3 COMPARAÇÃO DE DIMENSIONAMENTOS Não é muito fácil produzir uma comparação consistente dimensionamentos obtidos pela NBR 10837 e o ACI 530 com o resultante de BS 5628. Entretanto, neste item procurar-se-á obter a máxima tensão de compressão à qual pode estar submetida uma parede não-armada de alvenaria estrutural com as seguintes condições: A. Espessura 14 cm; B. Alturas 240, 260 e 280 cm; C. Resistência média de prisma de 8 Mpa; D. Resistência característica de parede de 4,7 Mpa; E. Contraventamento por laje de concreto armado na base e no topo; F. Tensão atuante para 80% de cargas permanentes e 20% de cargas variáveis; G. Excentricidade das cargas menor ou igual a 5% de espessura. Essas condições especificadas são típicas para as situações normalmente encontradas e edificações residenciais no Brasil. Através delas obter-se-á um panorama interessante sobre os resultados a serem alcançados pelo dimensionamento segundo as três normas mencionadas. Existe um ponto relativamente polêmico a ser destacada. Trata-se da resistência característica da parede, o parâmetro básico para o dimensionamento segundo a BS 5628, a ser obtida com base na resistência média de prisma. Pode-se adotar, com razoável segurança, que a relação entre a resistência de parede e a resistência de prisma seja 0,7. Isso faria com que 8 MPa para a resistência média de prisma representasse uma resistência média de parede de 5,6 MPa. Além disso, a própria BS 5628 menciona que se pode obter a resistência característica de uma parede dividindo-se a resistência média obtida para dois exemplares ensaiados por 1,2. Portanto, se a resistência média de parede for 5,6 Mpa, a sua resistência característica pode e suposta como sendo da ordem de 4,7 Mpa, o valor adotado para as simulações apresentadas. A extensa utilização da NBR 10837, e também do ACI 530, não traz evidências de que a segurança esteja sendo minimizada por esses dois códigos. Então, parece ser o caso de se imaginar que a BS 5628 poderia reduzir um pouco seus coeficientes. Especialmente o coeficiente Ɣm parece um pouco exagerado, quando se considera que está aplicado sobre uma resistência característica de parede. Se sua faixa de variação fosse alterada para algo entre 1,8 e 2,8, provavelmente os resultados obtidos continuariam a ser seguros e poderiam ser considerados mais satisfatórios. Tabela de Coeficiente de redução devido à esbeltez. Altura parede (cm) NBR 10837 ACI 530 BS 5628 240 0, 921 0, 820 0, 905 260 0, 900 0, 789 0, 888 280 0, 875 0, 755 0, 860 Tabela de Máxima tensão na área bruta para a parede exemplo (Mpa). Altura (cm) NBR 10837 ACI 530 BS 5628 Controle normal BS Controle especial 240 1, 474 1, 640 0, 838 1, 173 260 1, 440 1, 578 0, 822 1, 151 280 1, 400 1, 510 0, 796 1, 115 12.4 FLEXÃO SIMPLES Os elementos mais comuns que estão submetidos à flexão simples numa edificação de alvenaria estrutural. Entretanto, muros de arrimo e paredes de reservatório, que também são elementos encontrados com muita frequência nessas edificações, podem ser considerados como submetidos à flexão simples, bastando que as tensões de compressão sejam relativamente pequenas em relação às de flexão. Portanto, a flexão simples pode ser considerada uma solicitação bastante importante e comum em edificações de alvenaria. 12.5 DIFERENÇAS CONCEITUAIS ENTRE A NBR 10837 E A BS 5628 No Brasil, a diferença básica entre a análise de elementos de alvenaria estrutural e de concreto armado está no modelo de cálculo adotado para cada material. A NBR 6118 – Projeto e execução de obras de concreto armado, que utiliza o método dos estados limites, admitem, por exemplo, a possibilidade da plastificarão da armadura ou deformações no concreto iguais às convencionais de ruptura, na situação última de cálculo. Já a NBR 10837, que adota o método das tensões admissíveis, busca garantir distância apropriada entre as tensões atuantes e as que provocam o escoamento ou ruptura dos matérias. Nesse método, as tensões resistentes devem ser calculadas admitindo comportamento elástico e linear do material. 12.6 HIPÓTESES BÁSICAS DA NBR 10837 O item 5.2.2 da NBR 10837 é que fixa as hipóteses de cálculo dos elementos fletidos. Para maior clareza, apresentam-se as suas prescrições. Que são as seguintes: “...Os componentes fletidos são calculados no Estádio II. Nestes cálculos, as hipóteses básicas são as seguintes: a) A seção que é plana antes de se fletir permanece plana após a flexão; b) O módulo de deformação de alvenaria e da armadura permanece constante; c) “As armaduras são completamente envolvidas pelo graute pelos elementos constituintes da alvenaria, de modo que ambos trabalham como material homogêneo dentro dos limites das tensões admissíveis”. É interessante ressaltar que no Estádio II supõe- se que a alvenaria não suporte tensões de tração, que deve ser totalmente resistida pelas armaduras. Além disso, o comportamentodos materiais é admitido como sendo linear, ou seja, supõe-se aplicável a lei de Hooke, até os limites admissíveis das tensões. 13.0 EQUACIONAMENTO BÁSICO O equacionamento necessário para análise de seções submetidas à flexão reta simples, pelo método das tensões admissíveis, pode ser realizado a partir das hipóteses básicas deste método, apresentadas anteriormente. Busca-se conhecer a situação deformada da seção, que pode ser caracterizada pela posição da linha neutra e pela inclinação do plano da seção após a aplicação da solicitação. Figura : Seção Retangular – Flexão Simples – Armadura Simples. As distâncias x e z, respectivamente profundidade da linha neutra e braço entre as resultantes no aço e na alvenaria, serão referenciadas por parâmetros adimensionais k, e kz, relacionadas à altura útil: Além disso, serão utilizadas duas grandezas auxiliares: a razão de tensões m e a razão modular n. Elas são definidas como: Em que fs e falv são tensões atuantes no aço e na alvenaria, Es e EaJv os módulos de deformação do aço e da alvenaria, respectivamente. O primeiro passo para o equacionamento propriamente dito pode ser a aplicação da lei de Hooke para as tensões atuantes no aço e na alvenaria: Já a compatibilidade de deformações, de acordo com a hipótese de a seção permanecer plana após a deformação, exige que: Utilizando-se a condição de equilíbrio da flexão simples , ou seja, força normal igual a zero, pode-se escrever: Define-se a taxa geométrica de armadura através da relação: Portanto, levando-se em conta as equações anteriores e descritas no livros, temos uma equação de segundo grau: Resolvendo – se a equação e tomando apenas a raiz que interessa, chega-se à posição da linha neutra, dada por: A área de armadura e a máxima tensão atuante, na alvenaria e nas armaduras, podem ser obtidas pela equivalência do momento fletor atuante e o produzido pelas resultantes de tração e compressão na seção. Considerando-se a resultante de tração na armadura, pode-se escrever: M = fs As k. d Então, a tensão na armadura iguala-se a: E a área de aço resulta em: De maneira semelhante, pode-se calcular a máxima tensão na alvenaria, a partir do momento atuante: Então, pode-se escrever o valor de fa.v, a máxima tensão na alvenaria : Considerando a equação com o parâmetro k pode ser também igualado a : É também interessante se expressar Kx e a taxa geométrica de armadura p em função dos parâmetros m e n, o que pode ser realizado tornando-se as equações anteriores: 13.1 DIMENSIONAMENTO BALANCEADO A situação de dimensionamento balanceado, que corresponde ao melhor aproveitamento dos materiais, é obtida quando a tensão atuante na alvenaria é igual à tensão admissível à tração: 13.2 DIMENSIONAMENTO SUB ARMADO No dimensionamento sub armado, que ocorre quando a altura útil disponível é maior ou igual à necessária ao dimensionamento balanceado, d, não são conhecidas, de início, as tensões desenvolvidas na alvenaria, sendo que apenas o aço estará submetido à tensão admissível, ou seja: Tabela: de Flexão de seções sub armadas. 13.3 DIMENSIONAMENTO COM ARMADURA DUPLA O dimensionamento da seção retangular com armadura dupla é realizado determinando-se inicialmente a parcela do momento fletor que é absorvida pela seção considerando-se armadura simples e dimensionando balanceado, M0, e a correspondente parcela complementar, DM. Esta segunda parcela deve ser absorvida por um binário de forças resultantes de armaduras adicionais, uma tracionada e outra comprimida. Seção Retangular – Flexão Simples – Armadura Dupla 13.4 CISALHAMENTO O cisalhamento ocorre normalmente em conjunto com a solicitação or momento fletor. Vergas, vigas ou paredes que participam do sistema de contraventamento são os elementos nos quais o cisalhamento deve ser usualmente verificado. Essas solicitações também ocorrem em paredes do arrimo ou de reservatórios, mas, devido ao fato de esses elementos trabalharem segundo a direção de menor inércia, é muito pouco provável que nesses casos ocorram tensões cisalhantes que ultrapassem os limites admissíveis.