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3ª SEMANA DA ENGENHARIA CIVIL ALVENARIA ESTRUTUTAL Eng. Civil Paulo Roberto Amaral Souza Graduação pela EESC USP em 1996 Mestrado em Construção Civil pela UFSCAR em 2008 Proprietário e Resp. Técnico da empresa ENGEPRAS ENGENHARIA LTDA Tópicos da Apresentação • Alvenaria estrutural em um contexto histórico • Componentes da Estrutura • Projetos de Edificações : Concepção, Dimensionamento e Apresentação • Alvenaria Protendida • Pré-fabricação de paredes de alvenaria Alvenaria Estrutural • Estrutura convencional vedação (conforto térmico e acústico),estanqueidade, resistência ao fogo, durabilidade, instalações • Alvenaria Estrutural paredes formam também a superestrutura (substituem as vigas e pilares) AE em um contexto histórico • Sistema construtivo muito tradicional e antigo • No início eram utilizados blocos de pedra e argila • Técnicas e métodos empíricos e/ou rudimentares • Estruturas muito robustas, paredes com grandes espessuras; Exemplos clássicos • Pirâmides do Egito – 2600A.C – 147m de altura - 2,3 milhões de blocos com peso médio de 2500 kg Exemplos clássicos • Farol de Alexandria – 280 A.C – Ilha de Faro : 134m de altura, construído com blocos de mármore branco Exemplos clássicos • Coliseo – Roma – 70 D.C – 50m de altura e 500m de diâmetro (utilização de pórticos formados por pilares e arcos) • Edifício Monadnock – Chicago (1891) – marco inicial • 16 pavimentos, 65m de altura, • paredes na base com espessura de 1,80m (métodos empríricos) • pelos procedimentos atuais, com os mesmos materiais teria 30 cm • Hotel Excalibur – Las Vegas • 28 pavimentos em alvenaria armada de blocos de concreto • Resistência à compressão na base de 28 MPa • Primeiros edifícios elevados construídos construídos no Brasil no final da década de 60 • Condomínio Central Parque Lapa (São Paulo – 1972) • 12 pavimentos em alvenaria armada de blocos de concreto Vantagens da Alvenaria Estrutural • A alvenaria estrutural se situa entre os sistemas industrializados, uma vez que o componente básico de seus elementos estruturais, o bloco ou o tijolo, é uma peça modular, e o sistema construtivo é racionalizado. • Fundações : baixas tensões no solo em função da distribuição dos carregamentos, redução dos baldrames (efeitos arco), revestimentos de menor espessura com redução de cargas permanentes. • Inexistência de formas; • Menor consumo de aço; • Redução de tempo de execução das obras • Redução de entulhos Aspectos Negativos do Sistema • Dificuldade de adaptação da arquitetura para novo uso (reformas) • Interferência entre os diferentes projetos é grande • Mão-de-obra qualificada Situação atual no Brasil • Até a década de 80, alvenaria estrutural era sinônimo de construção popular, devido ao grande número de conjuntos construídos assim. • Grande impulso com a migração do sistema para edificações altas e de padrão médio, durante a década de 90, fez com que se investisse em tecnologia e, aos poucos, consolida-se como uma opção de construção racionalizada e atraente. • Normas brasileiras atualizadas e em sintonia com as pesquisas desenvolvidas no Brasil e no exterior Situação atual no Brasil – Normas ABNT • NBR15270-2 :Componentes cerâmicos - Parte 2: Blocos cerâmicos para alvenaria estrutural -Terminologia e requisitos • NBR15270-3 :Componentes cerâmicos - Parte 3: Blocos cerâmicos para alvenaria estrutural e de vedação - Método de ensaio • NBR15812-1 :Alvenaria estrutural - Blocos cerâmicos - Parte 1: Projetos • NBR15812-2 :Alvenaria estrutural - Blocos cerâmicos - Parte 2: Execução e controle de obras • NBR15961-1 :Alvenaria estrutural — Blocos de concreto - Parte 1: Projeto • NBR15961-2 :Alvenaria estrutural — Blocos de concreto - Parte 2: Execução e controle de obras • NBR6136:Blocos vazados de concreto simples para alvenaria — Requisitos • Outras normas relacionadas a procedimentos de ensaios, argamassas, etc. Componentes da alvenaria estrutural • “Componente complexo constituído por blocos ou tijolos unidos entre si por juntas de argamassa, formando um conjunto rígido e coeso • Blocos : resistência da estrutura • Argamassa : solidarização e distribuição de tensões • Graute : preencher os vazios dos blocos, + resistência • Aço : ductilidade, tração, flexão, Blocos • Concreto (ABNT NBR 6136), Cerâmica (ABNT NBR 15270), Silico-calcário • Dimensional: tolerância de + 2 para a largura e + 3 para altura e comprimento. • Paredes com espessura 25mm, parede longitudinal 32mm para blocos de 19x19x39 • Retração: 0,065% • Absorção: 10% em qualquer bloco • Resistência mínima: fbk : 4,5MPa (6,0 MPa para casos aparentes) – Até 16MPa Blocos - Dimensões Argamassa • ABNT NBR 13281 • Consistência da argamassa deve estar dentro dos limites previstos para permitir adequada trabalhabilidade, compatível com as ferramentas de aplicação • As argamassas devem ter resistência inferior à dos blocos para permitir acomodação de deformações e para que qualquer fissura ocorra nas juntas (ideal 70% da resistência do bloco) Graute • Micro-concreto (concreto com pedrisco) com alta fluidez (slump 20 a 28cm) • Aumentar a resistência em pontos localizados (cargas concentrada, vergas) • Aumentar a resistência a compressão de uma Parede • Unir armaduras às paredes • Avaliação da influência mediante ensaios (Eficiência em ensaios ~ 60% Cerâmica e 100% Concreto) • Fgk ~ fbk (15 MPa para alvenaria armada) Aço • ABNT NBR 7480 • Alvenaria Estrutural Não Armada : finalidade construtiva ou de amarração (ductilidade ) • Alvenaria Estrutural Armada : absorver os esforços de tração calculados • Alvenaria Estrutural Protendida : pós-tensionada, • Norma de alvenaria com especificação de armaduras mínimas e metodologia de cálculo de elementos estrututurais Resistência da Parede • Depende fundamentalmente dos blocos • Argamassa tem influência secundária • Número de furos grauteados • Geometria do bloco e espessura da junta horizontal são fundamentais, juntas verticais • Determinação da Resistência da Alvenaria (ABNT NBR 8949) : Ensaio de paredes ou 70% Ensaio de Prisma (Fpk) ou 85% Ensaio de Pequenas Paredes ( Fppk) - (ABNT NBR 15961-2) • Em ensaios : Concreto Fpk= Projetos de Alvenaria Estrutural para Edificações • Desenvolvimento de forma sequencial (Arquitetura Estrutura Instalações Obra) • Pouca comunicação e falta de compatibilização • Pouca preocupação com a construtibilidade • Execução com baixa qualidade, retrabalho, desperdício, resultados insatisfatórios X • Otimização de soluções (Arquitetura X Estrutura X Instalações X Execução) • Visão Global com integração e compatibilização das soluções construtivas • Compatibilização entre interface • Planejamento (antecipação de soluções) • Influência no custo e qualidade Informações Iniciais • Bloco: tipo, dimensões, componentes disponíveis (bloco padrão, canaleta, bloco jota, etc) • Aberturas (portas, janelas, quadro de luz e força) • Instalações hidráulicas: paredes hidráulicas ? • Possibilidade de alteração na arquitetura?? • Tipo de laje - altura do pavimento - tipo de escada • Paredes chegam até o solo, Térreo com pilotis, Subsolos, Contenções • Ático, Equipamentos, Reservatório (abastecimento, incêndio) • Instalações elétricas e hidráulicas (soluções) • carregamento distribuído nas paredes • Tensões no solo (tipo de solo, fundações diretas, várias estacas de pequena capacidade) Instalações • As instalações têm grande interferência na execução da alvenaria pois não há cortes posteriores, execução simultânea. • Minimizá-la deve ser um dos objetivos da compatibilização dos projetos. • Elétrica, telefone, TV : trajetória horizontal pela laje e vertical nos vazios dos blocos, pequenos trechos horizontais em canaletas grauteadas dentro da alvenaria (solução a ser evitada), Caixas instaladas préviamente ou após execução da paredes • Hidráulica : nenhuma tubulaçãodentro de paredes estruturais • Melhor solução são as instalações externas (shafts,tubulação horizontal sob laje, sancas, etc) • Paredes de vedação para embutimento, paredes hidráulicas, revestimento + espesso Instalações Concepção : Modulação horizontal • Lançamento das paredes estruturais considerar: • Necessidades arquitetônicas • Maior número de paredes < fbk • Paredes 2 sentidos > estabilidade • Definição do tipo de bloco e família (20 ou 15) • Definição do tipo de amarrações • Amarração direta > estabilidade / distribuição cargas • Amarraçã indireta não recomendada (edifícios baixos - 3 pavimentos) Concepção : Modulação horizontal • Uso de blocos especiais para aberturas • Peças não devem ser cortadas • Bloco menor = maior flexibilidade, influência no custo. Concepção : Modulação horizontal • Plantas 1ª e 2ª fiadas 1ª Fiada Concepção : Modulação vertical • Definição do pé-direito • Vergas e contravergas • Tipo de bloco no encontro com a laje (“J”, U) Dimensionamento – Análise Estrutural • Conceito estrutural básico : As cargas das lajes descarregam nos topos das paredes e as paredes conduzem as cargas para as fundações ou estruturas de transição através de tensões de compressão • Tensões de tração somente em pontos localizados • Carregamentos verticais :Peso próprio, Lajes (permanentes e sobrecargas), paredes vedação • Ações horizontais : vento, desaprumo, empuxo do solo Dimensionamento – Análise estrutural • Distribuição de carregamentos verticais nas paredes isoladas (áreas de influência, tipo de laje, aberturas) • Definição dos grupos de paredes adjacentes • Interação entre as paredes (espalhamento a 45º) • Uniformização de cargas (planilhas) Parede CARGA ISOLADA - 3° Pav. (kN) CARGA UNIFORMIZA DA - 3° Pav. (kN/m) CARGA ISOLADA - 2° Pav. (kN) CARGA UNIFORMIZA DA - 2° Pav. (kN/m) CARGA ISOLADA - 1° Pav. (kN) CARGA UNIFORMIZA DA - 1° Pav. (kN/m) Grupo 1 x1 54,03 86,86 64,77 104,81 75,52 122,77 y1 381,13 86,86 460,34 104,81 539,54 122,77 0,00 86,86 0,00 104,81 0,00 122,77 0,00 86,86 0,00 104,81 0,00 122,77 Grupo 2 x2 55,22 97,32 66,26 117,26 77,30 137,20 y4 71,46 97,32 86,27 117,26 101,07 137,20 x3 75,74 97,32 91,38 117,26 107,01 137,20 Grupo 3 x4 151,44 87,17 182,98 105,16 214,52 123,14 y12 133,65 87,17 160,38 105,16 187,11 123,14 x8 131,59 87,17 159,29 105,16 186,98 123,14 Grupo 4 x5 93,74 90,72 113,25 109,50 132,75 128,29 x6 41,99 90,72 50,38 109,50 58,78 128,29 x9 188,25 90,72 227,69 109,50 267,13 128,29 y9 225,77 90,72 272,26 109,50 318,76 128,29 Grupo 5 x7 41,99 65,31 50,38 78,71 58,78 92,11 x12 78,98 65,31 94,77 78,71 110,57 92,11 y11 539,94 65,31 651,38 78,71 762,81 92,11 0,00 65,31 0,00 78,71 0,00 92,11 PX1 PX2 PX3 PX4 P Y 1 P Y 5 P Y 6 P Y 7 P Y 1 0 P Y 9 P Y 8 P Y 2 P Y 4 P Y 3 PX11 PX5 PX6 PX7 PX8 PX9 PX10 Dimensionamento • Ações horizontais (vento, desaprumo, empuxo do solo) • Distribuição conforme geometria e rigidez de cada grupo • Rigidez –(seção do grupo de paredes e do módulo de elasticidade) • Amarração entre as paredes, cintas sob a laje do pavimento, tipo de laje (diafragma rígido) • Painéis de contraventamento normais à área de atuação do esforço • Abas de enrijecimento (80cm) • Diagrama de tensões e cisalhamento Parede área centro de inércia momento de Inércia Rigidez relativa Momento na base kn.m Força Cortante (kN) m2 m m4 7o Pav. 6o Pav. 5o Pav. 4o Pav. 3o Pav. 2o Pav. 1o Pav. 1o Pav. x1 0,221 0,567 0,012 0,012 0,177 0,698 1,539 2,680 4,097 5,645 7,193 0,573 x2 0,167 0,370 0,005 0,005 0,069 0,270 0,597 1,039 1,588 2,188 2,789 0,222 x3 0,125 0,331 0,003 0,003 0,037 0,146 0,322 0,560 0,856 1,180 1,503 0,120 x4 0,104 0,370 0,005 0,005 0,067 0,265 0,584 1,017 1,554 2,142 2,729 0,218 x5 0,211 0,149 0,010 0,009 0,136 0,535 1,180 2,056 3,142 4,330 5,517 0,440 x6 0,211 0,521 0,010 0,009 0,136 0,535 1,180 2,056 3,142 4,330 5,517 0,440 y4 0,291 0,385 0,041 0,003 0,105 0,412 0,909 1,583 2,420 2,420 2,420 0,339 y5 0,283 1,010 0,096 0,007 0,246 0,967 2,133 3,714 5,677 5,677 5,677 0,794 y6 0,273 0,277 0,020 0,001 0,050 0,198 0,437 0,761 1,163 1,163 1,163 0,163 y7 0,286 0,265 0,021 0,001 0,053 0,207 0,458 0,797 1,218 1,218 1,218 0,170 y8 0,319 0,300 0,024 0,002 0,061 0,242 0,534 0,930 1,421 1,421 1,421 0,199 Dimensionamento • Combinação de ações (estados limites) • Verificação da resistência necessária para a parede (Resistência de prisma mínima) – Compressão : Dimensionamento • Tensões de Tração: • Tensões de Cisalhamento : Apresentação de um projeto de alvenaria estrutural • Planta da 1ª e 2ª fiadas (vãos de portas e janelas, pontos de graute, legenda dos diferentes tipos de blocos); • Elevação de cada parede (vergas e contravergas, detalhamento de armadura); • Detalhes de amarrações; • Compatibilização com os projetos de instalações • Resistências características (prisma, argamassa, classificação aço e argamassa) Apresentação de um projeto de alvenaria estrutural não armada - Formas Apresentação de um projeto de alvenaria estrutural não armada - Elevações Apresentação de um projeto de alvenaria estrutural armada - Formas Apresentação de um projeto de alvenaria estrutural armada - Elevações Obra de um Galpão em Alvenaria Estrutural Armada Obra de um Galpão em Alvenaria Estrutural Armada Obra de um Galpão em Alvenaria Estrutural Armada Obra de um Galpão em Alvenaria Estrutural Armada Alvenaria protendida • Técnica utilizada desde fins do séc. XIX • Eliminação das tensões de tração e aumento da resistência à flexão • Maior resistência em paredes submetidas a carregamento lateral (Silos,Muro de arrimo,Paredes para fechamento em galpões, Coberturas). • Vantagens em relação à alvenaria simplesmente armada – Utilização eficiente dos materiais. – Aumento da resistência ao cisalhamento; – Controle da fissuração e deformação dos elementos; Alvenaria protendida • Inclusão inicialmente na norma britânica em 1985 e posteriormente na norma americana e australiana, entre outras; • Processo de dimensionamento incluso na Norma Brasileira em 2010 (Anexos da NBR 15812 e NBR 15961) • Aumentar resistência em paredes submetidas a carregamento lateral (Silos, Reservatórios, Muro de arrimo, Paredes para fechamento em galpões, Coberturas). Alvenaria Protendida Coberturas ; Recuperação de edificações Muro de arrimo Alvenaria protendida • Critérios de dimensionamento : Tração nula em serviço • Verificações no dimensionamento: Flexão e compressão : Hipóteses da alvenaria não armada; Pressão de contato nas ancoragens: Cisalhamento; Alvenaria protendida • Dimensionamento da armadura ativa e da força de protensão (sp<0,70fpu) : Momento Último (Mu), Momento máximo admissível para a seção fissurada: FA = FP (fp.b.x) = Ap.fpe Mu = Ap.fpe. z Mu = fpe . Ap (d – 0,5.x) Alvenaria Protendida • Cálculo das perdas de protensão: – acomodação das ancoragens; – deformação elástica da alvenaria; – fluência da alvenaria; – movimentação higroscópica da alvenaria; – relaxação do aço; – atrito; – efeitos térmicos Painéis pré-fabricados de alvenaria • Necessidade de modernização no setor da construção civil • Racionalização do processo construtivo; • O papel fundamental das vedações verticais : influências no planejamento, interfaces com os subsistemas, patologia; • Da alvenaria tradicional aos sistemas pré-fabricados de painéis : aumento do potencial de racionalização; • Utilização em diversos países com predominância de painéis de concreto e no Brasil a partir da década de 90 (OLIVEIRA 2002); • Poucas pesquisas relacionadas ao uso de outros materiais e sistemas desenvolvidos por empresas privadas; Painéis pré-fabricados de alvenaria protendida • Vantagens : – Simplificação no processo de produção de painéis (assentamento e protensão manuais; – Elementos com menor peso – montagem otimizada; – Diminuição de custos; – Eliminação de estrutura de fundaçãopara as paredes; Pré-fabricação de painéis de alvenaria • Segundo BIA (2001) , são utilizados 2 métodos de produção: – Assentamento manual; – Moldagem. • Exemplos (PARIZOTO FILHO 2004): – Placa cerâmica protendida (Espanha) – Painéis Vet-O-Vitz (Estados Unidos) Pré-fabricação de painéis de alvenaria • Cascas pré-fabricadas de alvenaria cerâmica armada (OLIVEIRA -2005) Pré-fabricação de painéis de alvenaria • Painéis do GDA/LABSISCO/UFSC: Pré-fabricação de painéis de alvenaria • Fabricação nacional direcionada para moradias populares: Painéis Jet Casa Processos construtivos da empresa DOMINÓ, IPT e Jet Casa Painéis em alvenaria protendida • Painel não-portante fixado lateralmente aos pilares • Carregamentos : peso próprio e ação do vento • Método executivo baseado no assentamento manual tradicional para a alvenaria aparente • Principais referências normativas : CSA S304.1/1994 e ASTM C901/2001 Painéis em alvenaria protendida • Proposta de 2 Métodos construtivos baseados no assentamento manual : – Execução em uma única etapa com assentamento horizontal sobre base nivelada; – Execução de paredes de tamanho padrão reduzido, unidas posteriomente, para protensão Painéis em alvenaria protendida • Características dos materiais utilizados no painel protótipo : – Blocos cerâmicos Selecta (14x19x39) com fbk=7,57MPa e fpk=4,76MPa (RANGEL-2006); – Argamassa 1:0,50:4,50; – Graute com resistência mínima de 13,50 MPa – Armadura ativa (Este Industrial) com fpyk=750MPa • Peso total do painel protótipo : 597 kg Painéis em alvenaria protendida Análise experimental • Avaliação da resistência do painel quando submetido a cargas laterais : – Execução de 2 painéis (métodos de produção distintos) – Ensaios com aplicação de cargas e medição de deformações; Painéis em alvenaria protendida Análise experimental • Dimensionamento do painel : – Carregamentos : Peso próprio (7,29 kN) e Vento (0,60kN/m2); – Análise estrutural em diferentes situações (produção, transporte e montagem, vida útil) • Painel biapoiado com plano horizontal : M=4,13kNm - st= 1.072,73 kN/m2 – Fp = 179,15kN; • Ação do vento : M=2,44kN - st= 771,60 kN/m2 – Fp = 128,86 kN Painéis em alvenaria protendida Análise experimental • Dimensionamento do painel : – Fp= 112 kN (anterior às perdas para tensão admissível de contato) – Avaliação das perdas com as considerações das normas britânica, americana e australiana : 12,94 %; – Fp = 97,51 kN (Adotado Fp=100kN) – Momento máximo para tração nula : 2,30 kN – Momento máximo admissível para a seção fissurada : 6,13 kN – Força cortante máxima V= 117,60 kN Análise experimental • Execução dos painéis para os ensaios – Painel 1 executado horizontalmente em única etapa Análise experimental • Execução dos painéis para os ensaios – Painel 2 executado com o método das pequenas paredes Análise experimental • Execução dos painéis para os ensaios – Aplicação da protensão Análise experimental • Considerações a respeito dos métodos de execução: – Ambos satisfatórios quanto aos aspectos estéticos e de resistência; – A execução das pequenas paredes apresenta eficiência em função do assentamento vertical tradicional, da padronização, e da melhor organização do processo produtivo; – A execução em uma única etapa reduz o tempo necessário para aplicação da protensão, com possibilidade de otimização do processo construtivo; – Definição do método com base no prazo de execução, área de produção e equipamentos disponíveis Análise experimental • Análise teórica do ensaio – Flexão : Mtotal = Mp + Mpp • Mp= (P/2) x (L/2–0,5)= P • Mpp = 4,13 kN.m • P = 2,0kN – Cisalhamento: Vtotal = Vp + Vpp • P = 2 x (117,60 – 3,65) = 227,90 kN – Deformação • d = 2,71 P • P/d = 0,37 kN/mm (rigidez teórica) – Ruptura por flexo-compressão 5,00m P/2 P/2 2,00m 1,00m 2,00m Gpp M = Mp + Mpp Análise experimental • Esquema de laboratório e Instrumentação do ensaio • Representação gráfica para cada painel : CargaXdeslocamento (médio) • Painel já fissurado em função do peso próprio Análise experimental • Resultados experimentais para o painel 1 – Plastificação com a carga máxima de 9,30kN 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 5 10 15 20 25 30 Deslocamento-d (mm) C a rr eg am en to - P ( kN ) fissuração na face superior fissuração da junta central Análise experimental • Resultados experimentais para o painel 2 – Ruptura carga máxima de 8,30 kN 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 5 10 15 20 25 Deslocamento-d (mm) C a rr e g am e n to - P ( k N ) Face superior Junta de uniãoJunta central Análise experimental • Análise do desempenho estrutural dos painéis Pu=2kN 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 5 10 15 20 25 Deslocamento - d (mm) C ar re g a m en to - P ( kN ) Curva Experimental Painel 1 Curva Experimental Painel 2 tan = 0,47 tan =0,70 tan = 0,25 tan =0,70 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 5 10 15 20 25 30 Deslocamento-d (mm) C ar re g am en to - P ( kN ) Resultados Experimentais Painel 2 Resultados Experimentais Painel 1 Reta teórica Painel 1 Reta teórica Painel 2 •Carga experimental superior à teórica •Comportamento idêntico até 3,50kN •Validação dos resultados teóricos •Painel 2 apresentou resistência e rigidez superior •Influência do método executivo (argamassa nas juntas ) Conclusões e Recomendações • Viabilidade técnica dos painéis em alvenaria protendida • Métodos construtivos propostos possibilitaram a execução dos painéis • Devem ser aprimorados para execução em escala industrial • A protensão aplicada condicionada à resistência à compressão do bloco • Possibilidade de utilização de outro tipo de aço FIM !! OBRIGADO PELA ATENÇÃO
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