Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
Rodrigo Felipe Santos Samanta de Oliveira Alves Torres Beatryz Cardoso Mendes PROJETO DE EDIFÍCIO EM ALVENARIA ESTRUTURAL PARA ATENDER À DEMANDA ESTUDANTIL DA CIDADE DE VIÇOSA - MG Universidade Federal de Viçosa Curso de Graduação em Engenharia Civil Viçosa-MG 2016 2 0 1 6 /I P R O JE TO D E ED IF ÍC IO E M A LV EN A R IA E ST R U TU R A L P A R A A TE N D ER N o 1 5 3 À D EM A N D A E ST U D A N TI L D A C ID A D E D E V IÇ O SA - M G N o . D o g ru p o Rodrigo Felipe Santos Samanta de Oliveira Alves Torres Beatryz Cardoso Mendes PROJETO DE EDIFÍCIO EM ALVENARIA ESTRUTURAL PARA ATENDER À DEMANDA ESTUDANTIL DA CIDADE DE VIÇOSA - MG Trabalho Final de Curso apresentado ao Departamento de Engenharia Civil da Universidade Federal de Viçosa, como parte das exigências da conclusão do curso de graduação em Engenharia Civil. Orientador: Rita de Cássia Silva Sant’Anna Alvarenga – 6514-5 Universidade Federal de Viçosa Curso de Graduação em Engenharia Civil Viçosa-MG 2016 Rodrigo Felipe Santos Samanta de Oliveira Alves Torres Beatryz Cardoso Mendes PROJETO DE EDIFÍCIO EM ALVENARIA ESTRUTURAL PARA ATENDER À DEMANDA ESTUDANTIL DA CIDADE DE VIÇOSA - MG Trabalho Final de Curso apresentado ao Departamento de Engenharia Civil da Universidade Federal de Viçosa, como parte das exigências da conclusão do curso de graduação em Engenharia Civil. Orientador: Rita de Cássia Silva Sant’Anna Alvarenga – 6514-5 Aprovada em: 01 de julho de 2016. José Maria Franco de Oliveira Membro da Banca Examinadora Reginaldo Carneiro da Silva Membro da Banca Examinadora Rita de Cássia Silva Sant’Anna Alvarenga Orientador RESUMO A alvenaria estrutural é definida como um sistema construtivo racionalizado, no qual componentes industrializados de cerâmica, concreto ou silico-calcário são ligadas por argamassa, tornando o conjunto monolítico. As alvenarias desse sistema são resistentes às ações atuantes, de tal modo que dispensam os pilares e vigas de concreto armado característicos das edificações convencionais. Esse modo de construir é bem antigo, remontando à pré-história da humanidade, sem contudo perder sua aplicação nos dias atuais. Desde que bem planejada e projetada, possui inúmeras vantagens como rapidez de execução, menor custo e diminuição de desperdícios de materiais. Assim, este trabalho teve como objetivo a elaboração de um projeto de edifício de alvenaria estrutural sobre pilotis de concreto armado para o município de Viçosa. Tal construção atenderia à grande demanda estudantil por moradia, já que se trata de uma cidade universitária. A metodologia consistiu inicialmente na elaboração de um projeto arquitetônico e de modulação. Em seguida, efetuou-se o projeto estrutural de acordo com a ABNT NBR 15961-1:2011, considerando as ações verticais e horizontais pertinentes. As paredes foram dimensionadas quanto à flexo-compressão e cisalhamento, sendo também verificadas quanto à compressão simples. Além disso, dimensionaram-se as vigas em alvenaria quanto à flexão simples. Assim, chegou-se ao uso de blocos de 6 MPa nos três primeiros pavimentos tipos e de 4 MPa nos demais. Ao fim do trabalho obteve-se o projeto de um edifício que atendia à realidade viçosense e apresentava todas as vantagens inerentes do processo construtivo em alvenaria estrutural. Palavras-chave: alvenaria estrutural, racionalização, blocos de concreto, dimensionamento. LISTA DE FIGURAS Figura 1 - Pirâmides de Gizé. ......................................................................................... 15 Figura 2 - Parthenon, Grécia........................................................................................... 15 Figura 3 - Catedral de Notre-Dame, Paris. ..................................................................... 16 Figura 4 - Edifício Monadnock, Chicago. ...................................................................... 17 Figura 5 - Edifício “Park Mayfair East”. ........................................................................ 18 Figura 6 - Hotel Excalibur, Las Vegas, USA. ................................................................ 18 Figura 7 - Casa de taipa. ................................................................................................. 19 Figura 8 - Conjunto habitacional “Central Parque da Lapa”. ......................................... 20 Figura 9 - Edifício Jardim Prudência. ............................................................................. 20 Figura 10 - Edifícios construídos no Brás, SP. ............................................................... 21 Figura 11 - Canteiro de obra feita em alvenaria estrutural. Fonte: Google Imagens, 2016. ........................................................................................................................................ 24 Figura 12 - Família de blocos 29. Fonte: Júnior, 2012. .................................................. 28 Figura 13 - Família de blocos 39. Fonte: Júnior, 2012. .................................................. 28 Figura 14 - Tipos de juntas de argamassa. Fonte: Santos, 1998. .................................... 30 Figura 15 - Dimensões do bloco de concreto. ................................................................ 33 Figura 16 - Modulação de piso à teto. Fonte: Ramalho; Côrrea, 2003........................... 34 Figura 17 - Modulação de piso à piso. Fonte: Ramalho; Côrrea, 2003. ......................... 35 Figura 18 - Amarração indireta. ..................................................................................... 36 Figura 19 - Amarração direta.......................................................................................... 36 Figura 20 - Dispersão das ações verticais. Fonte: ABNT NBR 15961-1:2011 .............. 38 Figura 21 - Espalhamento do carregamento em parede plana e parede em L. ............... 39 Figura 22 - Interação no canto de uma parede em L. ..................................................... 40 Figura 23 - Interação entre paredes numa região com abertura de janela. ..................... 40 Figura 24 - Exemplo de grupos de paredes isoladas definidas por aberturas. ................ 43 Figura 25 - Ação do vento e distribuição para os painéis de contraventamento. ........... 45 Figura 26 - Desaprumo global. Fonte: ............................................................................ 46 Figura 27 - Força horizontal equivalente para a consideração do desaprumo................ 46 Figura 28 - Representação de uma parede isolada. ........................................................ 47 Figura 29 - (a) Parede com aberturas. (b) Representação em pórtico. ........................... 49 Figura 30 - Detalhes do bloco “chaminé”,utilizado para a passagem das prumadas. .... 51 Figura 31 - Bloco Elétrico. ............................................................................................. 51 Figura 32 - Detalhamento das instalações elétricas. ....................................................... 52 Figura 33 e 34- Shafts hidráulicos. ................................................................................. 53 Figura 35 - Representação 3D da edificação ..................................................................54 Figura 36 - Planta baixa do pavimento tipo. ................................................................... 56 Figura 37 - Corte do prédio. ........................................................................................... 57 Figura 38: Planta de modulação da primeira fiada. ........................................................ 58 Figura 39: Planta de modulação da segunda fiada. ........................................................ 59 Figura 40: Parede Nº 1 em elevação. .............................................................................. 60 Figura 41: Parede Nº 14 em elevação. ............................................................................ 60 Figura 42 – Enumeração das lajes e linhas de ruptura em um dos apartamentos e no hall do edifício. ...................................................................................................................... 69 Figura 43 - Grupos de paredes do pavimento-tipo. ........................................................ 70 Figura 44 - Fator topográfico S1. Fonte: ABNT NBR 6123:1988 ................................. 84 Figura 45 - Atuação das forças devido ao vento no eixo x............................................. 86 Figura 46 - Atuação das forças devido ao vento no eixo y............................................. 87 Figura 47 - Atuação das forças devido ao desaprumo – Direções X e Y (kN) .............. 90 Figura 48 - Painéis de Contraventamento na direção X. ................................................ 91 Figura 49 - Painéis de Contraventamento na direção Y. ................................................ 91 Figura 50 - Diagrama de tensões devido ao vento no painel Y16. ............................... 118 Figura 51 - Vigas no pavimento tipo. ........................................................................... 119 LISTA DE TABELAS Tabela 1 - Requisitos para resistência característica à compressão, absorção e retração. Fonte: ABNT NBR 6136:2014. ...................................................................................... 27 Tabela 2 - Peso específico dos principais tipos de alvenaria .......................................... 38 Tabela 3 - Resistência ao cisalhamento .......................................................................... 64 Tabela 4 - Resistência característica à tração na flexão ................................................. 66 Tabela 5- Valores mínimos das sobrecargas verticais. ................................................... 70 Tabela 6 – Ações no pavimento tipo. ............................................................................. 73 Tabela 7 –Ações no sétimo pavimento. .......................................................................... 75 Tabela 8 – Ações no oitavo pavimento. ......................................................................... 77 Tabela 9 – Peso próprio das paredes no pavimento tipo. ............................................... 78 Tabela 10 –Peso próprio das paredes no oitavo pavimento............................................ 79 Tabela 11 - Tensões totais nos grupos de paredes dos pavimentos 1 a 6. ...................... 80 Tabela 12 - Tensões totais nos grupos de paredes do pavimento 7. ............................... 81 Tabela 13 - Tensões totais no grupo de parede do oitavo pavimento............................. 82 Tabela 14 - Parâmetros para cálculo de S2..................................................................... 84 Tabela 15 - Cálculo do coeficiente de arrasto. ............................................................... 85 Tabela 16 - Cálculo da força de arrasto para o eixo x. ................................................... 86 Tabela 17 - Cálculo da força de arrasto para o eixo y. ................................................... 86 Tabela 18 - Peso Próprio das Paredes dos pavimentos 1 ao 6 ........................................ 88 Tabela 19 - Peso Próprio das Paredes do pavimento 7 ................................................... 88 Tabela 20 - Carga Total Permanente das Lajes dos pavimentos 1 ao 6 ......................... 88 Tabela 21 - Carga Total Permanente das Lajes por pavimento ...................................... 89 Tabela 22 - Peso dos Pavimentos 1 ao 6 ........................................................................ 89 Tabela 23 - Peso do Pavimento 7 ................................................................................... 89 Tabela 24 - Propriedades geométricas dos painéis da direção X ................................... 92 Tabela 25 - Propriedades geométricas dos painéis da direção Y ................................... 92 Tabela 26 - Rigidez relativa de cada painel da direção X .............................................. 93 Tabela 27 - Rigidez relativa de cada painel da direção Y .............................................. 94 Tabela 28 - Esforços horizontais na direção X, devidos ao vento e desaprumo ............ 94 Tabela 29 – Distribuição dos esforços horizontais por painel, na direção X, devidos ao vento e desaprumo .......................................................................................................... 95 Tabela 30 - Esforços horizontais na direção Y, devidos ao vento e desaprumo ............ 95 Tabela 31 – Distribuição dos esforços horizontais por painel, na direção Y, devidos ao vento e desaprumo .......................................................................................................... 96 Tabela 32 – Estabilidade global na direção X. ............................................................... 97 Tabela 33 – Estabilidade global na direção Y. ............................................................... 97 Tabela 34 - Resistência à compressão dos blocos do 7° pavimento. .............................. 98 Tabela 35 - Resistência à compressão dos blocos do 6° pavimento. .............................. 98 Tabela 36 - Resistência à compressão dos blocos do 5° pavimento. .............................. 98 Tabela 37 - Resistência à compressão dos blocos do 4° pavimento. .............................. 99 Tabela 38 - Resistência à compressão dos blocos do 3° pavimento. .............................. 99 Tabela 39 - Resistência à compressão dos blocos do 2° pavimento. .............................. 99 Tabela 40 - Resistência à compressão dos blocos do 1° pavimento. ............................ 100 Tabela 41 - Verificação ao cisalhamento na direção x. ................................................ 100 Tabela 42 - Verificação ao cisalhamento na direção y. ................................................ 101 Tabela 43 – Verificação da tração máxima na direção X. ............................................ 102 Tabela 44 – Verificação da tração máxima na direção Y. ............................................ 104 Tabela 45 – Verificação da compressão máxima na direção X com o vento como ação variável principal. ......................................................................................................... 108 Tabela 46 – Verificação da compressão máxima na direção X com a sobrecarga como ação variável principal. ................................................................................................. 110 Tabela 47 - Verificação da compressão máxima na direção Y com o vento como ação variável principal. ......................................................................................................... 112 Tabela 48 - Verificação da compressão máxima na direção Y com a sobrecarga como ação variável principal. ................................................................................................. 115 Tabela 49 – Primeira parte do dimensionamento. ........................................................ 122 Tabela 50 - Continuação do dimensionamento. ...........................................................122 Tabela 51 - Verificação ao cisalhamento das vigas. ..................................................... 124 Tabela 52 - Verificação do coxim. ............................................................................... 125 SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO ...................................................................................................... 12 2. OBJETIVOS............................................................................................................ 14 2.1. OBJETIVO GERAL ............................................................................................ 14 2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS .............................................................................. 14 3. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA .......................................................................... 15 3.1. HISTÓRICO ........................................................................................................ 15 3.1.1. A alvenaria estrutural no mundo ...................................................................... 15 3.1.2. A alvenaria estrutural no Brasil ....................................................................... 19 3.2. ASPECTOS TÉCNICOS E ECONÔMICOS ...................................................... 21 3.2.1. Vantagens ......................................................................................................... 23 3.2.2. Desvantagens ................................................................................................... 24 3.3. COMPONENTES DA ALVENARIA ESTRUTURAL ..................................... 25 3.3.1. Blocos .............................................................................................................. 25 3.3.2. Argamassa ........................................................................................................ 28 3.3.3. Graute ............................................................................................................... 30 3.3.4. Armaduras ........................................................................................................ 31 3.4. PROCESSO CONSTRUTIVO ............................................................................ 32 3.4.1. Modulação ....................................................................................................... 32 3.4.2. Amarração ........................................................................................................ 35 3.5. ANÁLISE ESTRUTURAL ................................................................................. 36 3.6. AÇÕES VERTICAIS .......................................................................................... 37 3.6.1. Ações das lajes ................................................................................................. 37 3.6.2. Peso próprio das paredes .................................................................................. 37 3.6.3. Dispersão das ações verticais e interação de paredes ...................................... 38 3.6.4. Uniformização do carregamento vertical ......................................................... 41 3.6.5. Modelos de distribuição de cargas verticais .................................................... 41 3.6.5.1. Modelo de paredes isoladas.......................................................................... 42 3.6.5.2. Modelo de grupo de paredes isoladas .......................................................... 42 3.6.5.3. Modelo de grupos de paredes com interação ............................................... 43 3.6.5.4. Modelagem tridimensional em elementos finitos ........................................ 44 3.7. AÇÕES HORIZONTAIS .................................................................................... 44 3.7.1. Ação do vento .................................................................................................. 44 3.7.2. Desaprumo ....................................................................................................... 45 3.7.3. Distribuição das ações horizontais ................................................................... 47 3.7.3.1. Paredes isoladas............................................................................................ 47 3.7.3.2. Paredes com aberturas .................................................................................. 49 3.8. DIMENSIONAMENTO DE EDIFICAÇÕES DE ALVENARIA ESTRUTURAL ..............................................................................................................................50 3.9. INSTALAÇÕES ELÉTRICAS E HIDROSSANITÁRIAS ................................ 50 3.9.1. Instalações Elétricas e de Comunicação .......................................................... 50 3.9.2. Instalações Hidrossanitárias ............................................................................. 52 4. PROJETOS DESENVOLVIDOS ........................................................................... 54 4.1. ASPECTOS TÉCNICOS ..................................................................................... 54 4.2. PROJETO ARQUITETÔNICO .......................................................................... 55 4.3. PROJETO DE MODULAÇÃO ........................................................................... 56 4.4. PROJETO ESTRUTURAL ................................................................................. 61 4.4.1. Lajes ................................................................................................................. 61 4.4.2. Ações verticais ................................................................................................. 61 4.4.3. Ações horizontais ............................................................................................. 62 4.4.4. Dimensionamento ............................................................................................ 62 4.4.4.1. Compressão simples .......................................................................................... 63 4.4.4.2. Cisalhamento ..................................................................................................... 63 4.4.4.3. Flexão composta ou flexocompressão ............................................................... 64 4.4.5. Estabilidade global ........................................................................................... 67 4.5. MEMORIAL DE CÁLCULO ............................................................................. 68 4.5.1. Determinação das ações verticais .................................................................... 68 4.5.1.1. Reações das lajes .......................................................................................... 68 4.5.1.2. Peso próprio das paredes .............................................................................. 77 4.5.3. Ações horizontais ............................................................................................. 82 4.5.3.1. Ação do vento............................................................................................... 82 4.5.3.2. Desaprumo ................................................................................................... 87 4.5.4. Distribuição das ações horizontais ................................................................... 90 4.5.5. Estabilidade global ........................................................................................... 96 4.5.6. Dimensionamento ............................................................................................ 97 4.5.6.1. Compressão Simples .................................................................................... 97 4.5.6.2. Verificação ao cisalhamento ...................................................................... 100 4.5.6.3. Verificação da resistência à flexocompressão ............................................ 101 4.5.6.4. Verificaçãodas vigas ................................................................................. 118 5. CONCLUSÃO ...................................................................................................... 126 6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................. 128 7. APÊNDICE ........................................................................................................... 133 12 1. INTRODUÇÃO A indústria da Construção Civil apresenta um conjunto particular de características, tanto de natureza do processo de produção, como do próprio mercado em que se insere (BARROS; SABBATINI, 2003). Os métodos construtivos tradicionais no Brasil apresentam ainda muitos aspectos que necessitam de uma evolução tecnológica, principalmente no que se refere a custos, geração de resíduos e racionalização. Diante deste panorama, tornou-se crescente a busca e o estudo de outros sistemas que pudessem conduzir ao avanço necessário, dentre os quais se destaca a alvenaria estrutural. Este processo consiste no emprego de paredes de blocos funcionando simultaneamente como estrutura e vedação. Desta forma, elimina-se da edificação a execução de pilares e vigas em concreto armado. A alvenaria estrutural apresenta inúmeras vantagens que justificam o seu uso. Dentre estas, destaca-se o grande potencial de racionalização de todas as etapas de construção, através da otimização do uso de recursos temporais, materiais e humanos (MEDEIROS; SABBATINI, 1993). A racionalização é consequência da modulação, já que todas as dimensões da estrutura seguem o padrão modular dos blocos. Evita-se, portanto, o corte dos blocos, desperdício de material e mão-de-obra e improvisos no canteiro de obras. A padronização e o alto nível de planejamento inerentes ao sistema, leva ao aumento da flexibilidade e rapidez na execução, o que resulta na melhoria da produtividade e da qualidade do produto final. Além disso, os métodos construtivos empregados contribuem para a diminuição dos custos da obra, gerando uma economia de até 20% em relação aos sistemas tradicionais (SILVESTRE, 2013). Estes tornam possível a produção de construções com maior facilidade de execução aliada a baixos custos. Outro aspecto positivo é que o sistema pode ser aplicado tanto em residências simples como em edifícios de múltiplos andares. Assim, a alvenaria estrutural passou a ser largamente utilizada no país, mesmo quando não se dispunha de normalizações técnicas e métodos eficientes para o controle de qualidade da execução e produção dos materiais envolvidos. A falta de tais conhecimentos acarretou o surgimento de patologias em inúmeros edifícios em alvenaria estrutural, levando muitos a associarem o sistema a obras de má qualidade. 13 Ressalta-se que atualmente existem normas e tecnologias que, se aplicadas da maneira adequada, asseguram a execução de edificações em alvenaria estrutural que atendem aos requisitos de qualidade e funcionalidade exigidos e mantêm as vantagens oferecidas pelo sistema. Tendo em vista todos os pontos favoráveis encontrados, a Alvenaria Estrutural configura-se como uma excelente alternativa, sendo viável tanto economicamente quanto tecnicamente. Esta é ideal sobretudo para a realidade brasileira, a qual apresenta um grande déficit habitacional e boa parte da população com baixo poder aquisitivo. No presente trabalho é apresentada uma proposta de projeto de um edifício em alvenaria estrutural sobre pilotis de concreto. A edificação é composta por sete pavimentos, sendo quatro apartamentos por andar, totalizando vinte e oito unidades residenciais. Esta será implantada no município de Viçosa – MG e visa atender ao público universitário, predominante na cidade. Utilizou-se o processo construtivo de alvenaria estrutural em blocos de concreto, sendo realizado o dimensionamento dos elementos de acordo com as normas vigentes que dizem respeito ao assunto. O desenvolvimento dos projetos arquitetônico, de modulação e estrutural mostra que a escolha do sistema construtivo é perfeitamente viável e adequada ao contexto proposto. 14 2. OBJETIVOS 2.1. OBJETIVO GERAL Estudar o sistema construtivo em alvenaria estrutural, ampliando e completando deste modo os conhecimentos adquiridos ao longo do curso de graduação em Engenharia Civil pela Universidade Federal de Viçosa. 2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS Com vistas em se alcançar e validar o objetivo geral proposto, estipularam-se os seguintes objetivos específicos: Elaborar o projeto arquitetônico de uma edificação dotada de sete pavimentos tipo com quatro apartamentos por andar. Efetuar a modulação do edifício de alvenaria estrutural, apresentando como resultados a primeira e segunda fiada de blocos de concreto, além das elevações das paredes. Elaborar o projeto estrutural, tomando como base a ABNT NBR 15961-1:2011. 15 3. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 3.1. HISTÓRICO 3.1.1. A alvenaria estrutural no mundo A alvenaria estrutural é um sistema construtivo tradicional e sua utilização data de milhares de anos atrás, desde a Pré-História. Inicialmente utilizaram-se blocos de rocha como o principal elemento de alvenaria, encontrados em abundância na natureza para extração, por meio de técnicas bastante rudimentares. A partir do ano 4.000 a.C. notou-se que a argila era um material que, se úmido, podia ser moldada e possuía propriedades plásticas. Então, a argila passou a ser trabalhada, ocasionando na produção dos tijolos. Ao longo dos séculos, foram produzidas várias obras em alvenaria estrutural, algumas delas de grande importância histórica em cunho mundial. Podem ser citadas as pirâmides de Guizé no Egito (Figura 1), construídas em blocos de pedra que datam de aproximadamente 2600 a.C.; o Parthenon na Grécia (Figura 2), construído entre 480 a.C. e 323 a.C.; e a Muralha da China, construída no período de 1368 a 1644. O sistema construtivo desenvolveu-se através do simples empilhamento de unidades, tijolos ou blocos; os vãos eram executados com peças auxiliares. As primeiras alvenarias apresentavam grandes espessuras em suas obras mais imponentes, face ao desconhecimento das características resistentes dos materiais e de procedimentos racionais de cálculo (CAVALHEIRO, 2012). Figura1 - Pirâmides de Gizé. Fonte: Portugal Mundial, 2016. Figura2 - Parthenon, Grécia. Fonte: Arquitetando teoria, 2011 apud Tavares, 2011 16 Ao passar do tempo, foi descoberta uma alternativa para a execução dos vãos: os arcos. Estes seriam obtidos através do arranjo entre as unidades. Assim foram executadas pontes e outras obras de grande beleza, obtendo maior qualidade à alvenaria estrutural (KALIL, 2007). Um exemplo é a parte superior da Catedral de Notre Dame, em Paris, mostrada na Figura 3. Figura3 - Catedral de Notre-Dame, Paris. Fonte: Paris Museum Pass, 2016. Segundo Kalil (2007), até o final do século XIX a alvenaria predominou como material estrutural, porém devido à falta de estudos e de pesquisas na área, não se tinha conhecimento de técnicas de racionalização. As teorias de cálculos eram feitas de forma empírica, com isso não se tinha plena garantia da segurança da estrutura, forçando um super- dimensionamento das mesmas. Ao mesmo tempo, com o aprimoramento do cimento e o domínio do aço, as estruturas em concreto armado foram marcantes no início do século XX e se tornaram, juntamente com as edificações metálicas, os sistemas estruturais predominantes até a metade do século, não só pela menor área útil ocupada, mas igualmente pelo custo mais baixo em relação às pesadas obras em alvenaria estrutural (CAVALHEIRO, 2012). Um marco na história da alvenaria estrutural foi a construção do Edifício Monadnock (Figura 4). Foi construído em Chicago de 1889 a 1891 e tornou-se um símboloclássico da moderna alvenaria estrutural. Com seus 16 pavimentos e 65 m de altura, foi considerado uma obra ousada, como se explorasse os limites dimensionais possíveis para edifícios de alvenaria. 17 Entretanto, por causa dos métodos empíricos de dimensionamento empregados até então, as paredes na base têm 1,80 m de espessura. Acredita-se que se fosse dimensionado pelos procedimentos utilizados atualmente, com os mesmos materiais, essa espessura seria inferior a 30 cm (RAMALHO; CÔRREA, 2003). Figura4 - Edifício Monadnock, Chicago. Fonte: Pinterest, 2016. Por volta de 1950 começam a surgir normas que permitem calcular a espessura necessária das paredes e a resistência das alvenarias, em bases de cálculo mais racionais e experimentações laboratoriais, principalmente na Suíça (CAVALHEIRO, 2012). Estes empreendimentos foram bem-sucedidos, de modo que levou ao ressurgimento do sistema construtivo em alvenaria estrutural na Europa a partir desta década. Foram então construídos prédios altos, com paredes esbeltas. Um exemplo é um edifício construído em 1950, por Paul Haller, na Basiléia, Suíça. O edifício, com 13 pavimentos e 42 m de altura, foi executado em alvenaria estrutural não-armada. A espessura das paredes é de 15 cm, para paredes internas, e 37,5 cm, para as paredes externas (RAMALHO; CÔRREA, 2003). Os anos 60 e 70 foram marcados por intensas pesquisas experimentais e aperfeiçoamento de modelos matemáticos de cálculo, objetivando projetos resistentes não só a ações estáticas e dinâmicas de vento e sismo, mas também a ações de caráter excepcional, como explosões e retiradas de paredes estruturais (CAVALHEIRO, 2012). 18 No ano de 1966 foi erguido, em Denver, Colorado, o edifício mais arrojado em alvenaria armada até aquele momento. Com o nome de “Park Mayfair East” (Figura 5), destacou-se por ser o primeiro edifício de grande altura (17 pavimentos) a ser construído em zona sísmica somente em alvenaria estrutural. Possui lajes protendidas que vencem vãos de até 11 metros. Figura5 - Edifício “Park Mayfair East”. Fonte: Silva, 2004. Outro exemplo da aplicação das técnicas e conhecimento científico desenvolvidos foi a construção do Hotel Excalibur, em Las Vegas, USA (Figura 6). O mesmo possui 28 pavimentos e todas as paredes estruturais, do primeiro ao último andar, foram feitas com blocos de 19 cm de espessura. Figura6 - Hotel Excalibur, Las Vegas, USA. Fonte: Excalibur Hotel&Cassino, 2016. 19 3.1.2. A alvenaria estrutural no Brasil A história brasileira registra que a técnica da utilização da taipa, aqui chegada nos primórdios da colonização, difundiu-se largamente representando elemento preponderante na construção de prédios em que a durabilidade era a preocupação maior. A taipa (Figura 7) é uma terra simplesmente apiloada, socada (SILVA, 2004). Para adquirir a rigidez necessária a uma estrutura, ela requer espessura um tanto exagerada, diminuindo os espaços da edificação. O desenvolvimento impunha a modernização das paredes para a obtenção de maiores espaços úteis. Figura7 - Casa de taipa. Fonte: Russas News, 2014. Os primeiros avanços na técnica construtiva são marcados, já no Império, pelo uso do tijolo de barro cozido, a partir de 1850, proporcionando construções com maiores vãos e mais resistentes à ação das águas, sepultando a técnica da taipa de terra socada (CAVALHEIRO, 2012). Em 1966 foram construídos os primeiros prédios em alvenaria estrutural, com 4 pavimentos em alvenaria armada de blocos de concreto, no Conjunto Habitacional “Central Parque da Lapa” (KALIL, 2007). Os blocos apresentavam 19 cm de espessura. O conjunto é mostrado na Figura 8. Estima-se que entre 1964 e 1966 foram executadas mais de dois milhões de unidades habitacionais em alvenaria estrutural. Segundo TAVARES (2011), até 1972 os projetistas brasileiros não ousavam elaborar projetos de edifícios com mais de quatro pavimentos para serem construídos com blocos de concreto. Essa ousadia só foi estimulada após a passagem do projetista norte-americano Green 20 Ferver pelo Brasil, que foi contratado como consultor pela empresa Regional, responsável pela construção do Central Parque Lapa. Figura8 - Conjunto habitacional “Central Parque da Lapa”. Fonte: Arroba Casa, 2016. Em alvenaria estrutural não armada, o pioneiro foi o Edifício Jardim Prudência (Figura 9), erguido em São Paulo em 1977. Ele possui 9 pavimentos com paredes resistentes de alvenaria de blocos sílico-calcários de 24 cm (SILVA, 2004). Figura9 - Edifício Jardim Prudência. Fonte: Comunidade da Construção, 2016. Com o aprimoramento das técnicas com a utilização dos blocos estruturais, o mercado começa a dar espaço para novas edificações (SILVA, 2004). O auge do sistema construtivo no Brasil se deu na década de 80, com a disseminação dos conjuntos habitacionais. Em 1988, foram construídos 12 edifícios em São Paulo, no bairro do Brás, todos com 19 pavimentos 21 (Figura 10). Foram, por um bom tempo, os edifícios mais altos já construídos no Brasil, em alvenaria estrutural armada. Figura10- Edifícios construídos no Brás, SP. Fonte: Comunidade da Construção, 2016. A alvenaria estrutural oferece grande potencial de redução de custos, levando muitas construtoras e produtoras de blocos a investirem nesta tecnologia a fim de torná-la mais vantajosa. No entanto, devido à inexperiência dos profissionais, alguns erros de execução nas obras foram cometidos e assim muitas patologias surgiram neste tipo de edificação. A utilização do sistema construtivo desacelerou; mas, ainda assim, as vantagens econômicas proporcionadas pela alvenaria estrutural incentivaram algumas construtoras a permanecerem no sistema e buscar as melhorias necessárias para uma melhor execução. 3.2. ASPECTOS TÉCNICOS E ECONÔMICOS Para a escolha e execução adequada de qualquer sistema construtivo, sobretudo a alvenaria estrutural, deve-se ter conhecimento suficiente acerca das vantagens e desvantagens oferecidas pelo sistema, bem como das características da edificação considerada; não é correto afirmar que um sistema construtivo seja adequado a qualquer edifício. Alguns parâmetros da edificação devem ser observados em relação à adoção da alvenaria estrutural, para que esse sistema não se torne mais oneroso para a produção da estrutura. Dentre estes, destacam-se: 22 a) Altura da edificação A alvenaria estrutural é indicada para edifícios de no máximo 15 ou 16 pavimentos, considerando-se a realidade brasileira. Um número maior de pavimentos demandaria blocos com resistência superior à encontrada no mercado, exigindo que a obra fosse executada por meio de um grauteamento generalizado, elevando os custos. Além disso, segundo Ramalho e Corrêa (2003), as ações horizontais provocariam tensões de tração significativas. Isso levaria à utilização de armaduras e graute, comprometendo a economia da obra. b) Arranjo arquitetônico Para a correta concepção estrutural do sistema, é necessário que haja simetria. O projeto arquitetônico deve ser o mais simétrico possível em todos os seus aspectos, como, por exemplo, na geometria: tanto em planta baixa quanto na elevação, na distribuição das paredes no pavimento e na disponibilização das aberturas (BUSI, 2009). Dessa forma, consegue-se desenvolver mais facilmente a modulação e evita-se, ainda, torções e trações acentuadas na edificação. c) Tipo de uso da edificação Em edifícios comerciais ou residenciais de alto padrão, onde seja necessário a utilização de vãos grandes, este sistema construtivo não é adequado (RAMALHO; CORREA, 2003). Além disso, edificações comerciais usualmente apresentam a necessidade de rearranjo das paredes, e a alvenaria estrutural não proporciona esta flexibilidade sem que se comprometa a estrutura.Por isso, o sistema é mais adequado a edifícios residenciais de médio ou baixo padrão, cujos vãos são relativamente pequenos. A alvenaria estrutural se apresenta como uma tecnologia racionalizada, que proporciona dentre outras vantagens, a redução de custos e de prazos de execução (NASCIMENTO, 2007 apud HOFFMANN, 2012). No entanto, como qualquer outro sistema construtivo, apresenta também pontos negativos que devem ser reduzidos ao máximo ou eliminados do projeto. 23 3.2.1. Vantagens A principais vantagens associadas ao sistema construtivo em alvenaria estrutural, em comparação com o sistema convencional, estão relacionadas a seguir. Entende-se por sistema convencional aquele que contempla as estruturas em concreto armado (pilares, vigas e lajes). a) Diminuição dos custos da obra Ao se optar pela execução de uma edificação em alvenaria estrutural pode-se ter uma redução dos custos, uma vez que muitos serviços feitos no sistema convencional não são empregados. Por exemplo, não há o uso de formas para a concretagem de pilares e vigas, o que diminui a mão de obra de carpinteiros e armadores além da economia de materiais. Outro fator que merece ser destacado é o fato de se encontrar hoje, no mercado, blocos cerâmicos ou de concreto com variadas resistências. Dessa maneira, pode-se utilizar blocos com menores resistências nos pavimentos superiores, contribuindo também para a economia. b) Racionalização A alvenaria estrutural é, sem dúvidas, um processo construtivo racionalizado. O sistema traz para a construção civil a linha de produção, padronização e o alto nível de planejamento, sendo a obra totalmente conduzida por projetos integrados entre si. Eliminam- se as decisões durante a execução, pois os detalhes construtivos e soluções necessárias são discutidos antecipadamente na fase de projeto. A redução do desperdício, decorrente da modulação, detalhamento do projeto e melhor aproveitamento dos recursos levam à diminuição do entulho gerado, tornando o canteiro mais limpo e organizado, como pode ser visto na Figura 11. 24 Figura11 - Canteiro de obra feita em alvenaria estrutural. Fonte: Katiuscia, 2016. c) Flexibilidade e rapidez de execução da obra A aplicação da alvenaria estrutural reduz as etapas executivas da obra, simplifica os procedimentos de execução e possibilita diferentes níveis de mecanização. Dessa forma, o ritmo de execução se torna mais flexível. Por exemplo, não é necessário esperar o tempo de cura dos elementos estruturais para a realização de outros serviços, fato que ocorre nas estruturas convencionais. A melhoria na produtividade garantida pelo sistema, associada à sua flexibilidade, fazem com que haja um ganho considerável de rapidez na execução da edificação. Ressalta-se que a produtividade e, consequentemente, a rapidez, irão depender diretamente do treinamento e qualificação da mão de obra empregada. 3.2.2. Desvantagens Como afirma Ramalho e Corrêa (2003), apesar de as vantagens apresentadas serem de grande relevância, não se pode esquecer de algumas desvantagens da alvenaria estrutural em relação às estruturas convencionais em concreto armado. São estas: a) Limitações do projeto Sabe-se que, na alvenaria estrutural, as paredes não só exercem a função de vedação, mas também são elementos estruturais. Dessa forma, há uma grande dificuldade de adaptação 25 da arquitetura para novo uso, já que não é possível a remoção ou alteração de paredes já executadas. Essa limitação é um grande inibidor de vendas de imóveis. Outras limitações são o comprimento dos vãos, que devem ser relativamente pequenos (5 a 6 metros), e a execução de formas arredondadas, visto que os blocos são padronizados em formato retangular. b) Interferência entre projetos Em se tratando da alvenaria estrutural, a interferência entre os projetos arquitetônicos, estruturais e de instalações é muito grande. Isto se deve, principalmente, à manutenção do módulo, que afeta diretamente o projeto arquitetônico, e à impossibilidade de furar as paredes, o que condiciona a passagem e posicionamento das instalações elétricas e hidráulicas. c) Mão-de-obra qualificada O desempenho da alvenaria é altamente influenciado por fatores inerentes à maneira como ela é executada, por isso exige controle de qualidade eficiente, tanto dos materiais como da mão-de-obra empregada (TAVARES, 2011). Pastro (2007) expõe que é muito difícil encontrar equipes especializadas que saibam dos detalhes e das necessidades do sistema construtivo, de modo a executar a obra do jeito que foi pensada e projetada. Constata-se, na área, carência e necessidade de treinamentos, o que desmotiva alguns empresários devido ao tempo e custos demandados. Caso as equipes de trabalho não tenham o conhecimento necessário do sistema e das ferramentas aplicadas, os riscos de falhas que comprometam a segurança da edificação crescem sensivelmente (RAMALHO; CORRÊA, 2003). 3.3. COMPONENTES DA ALVENARIA ESTRUTURAL 3.3.1. Blocos Os blocos são as unidades básicas da alvenaria estrutural, sendo os principais responsáveis pela definição das características relacionadas à resistência da estrutura. Os 26 blocos influenciam em diversas características do projeto, sendo estas a modulação, a coordenação dimensional e a passagem de tubulações. Em relação ao material componente, as unidades mais comuns no Brasil para edificações executadas em alvenaria estrutural são, em ordem decrescente de utilização: unidades de concreto, unidades cerâmicas e unidades sílico-calcárias. No desenvolvimento do presente trabalho, será utilizado o bloco de concreto. O bloco de concreto “é a unidade de alvenaria constituída pela mistura homogênea, adequadamente proporcionada, de cimento Portland, agregado miúdo e graúdo, conformado através de vibração e prensagem, que possui dimensões superiores a (250x120x55) mm (comprimento, largura e altura).” (MEDEIROS; SABBATINI, 1993). Os blocos estruturais utilizados no sistema construtivo em alvenaria estrutural apresentam valores de resistência à compressão e peso muito diferentes. Se por algum motivo a classe de resistência do bloco for alterada ocasionam-se modificações em todo o cálculo estrutural do projeto. Os blocos de concreto estrutural apresentam altas resistências, que variam entre 12 e 20 MPa e permitem construções em alvenaria estrutural com um número maior de pavimentos. Na Tabela 1 é apresentada a classificação dos blocos de concreto conforme a ABNT NBR 6136:2014. Os blocos da Classe A possuem função estrutural e são utilizados em elementos de alvenaria acima ou abaixo do nível do solo. Já os blocos da classe B e C possuem função estrutural, porém, são utilizados em elementos de alvenaria acima do nível do solo. Para facilitar a modulação, as medidas dos blocos devem, usualmente, ser múltiplas; por isso, os blocos de concreto mais utilizados são divididos em duas famílias, a família 39 e a família 29. Os blocos da família 29, mostrados na Figura 12, possuem modulação de 15 cm tanto no comprimento quanto na largura. Existe o bloco de 14x19x29 que é o mais utilizado nos comprimentos das paredes, o meio bloco desta medida é o 14x19x14, muito usado em vãos de portas e janelas, onde a amarração da alvenaria precisa terminar em prumo, e o 14x19x44 usado nos encontros de parede e “T”. (PASTRO, 2007). 27 Tabela1 - Requisitos para resistência característica à compressão, absorção e retração. Fonte: ABNT NBR 6136:2014. A família 39 (Figura 13) possui dimensão em módulo de 20 cm diferente da largura que é de 15cm, por isso precisam-se de blocos com a finalidade de modular estas medidas, o de 14x19x34 usado nos cantos e o 14x19x54 usado nos encontros de paredes em “T”. Tem-se o 14x19x39 que é o mais utilizado nos comprimentosdas paredes e o meio bloco desta medida que é o 14x19x19, muito usado em vãos de portas e janelas, onde a amarração da alvenaria precisa terminar em prumo. (PASTRO, 2007). Sendo assim, ao se projetar usando blocos da família 39, usa-se uma diversidade de componentes muito maior do que quando se usa os blocos da família 29. (SIQUEIRA et al., 2015). 28 Figura12 - Família de blocos 29. Fonte: Júnior, 2012. Figura13 - Família de blocos 39. Fonte: Júnior, 2012. 3.3.2. Argamassa Na obtenção de uma alvenaria de qualidade, além do controle das condições do tijolo ou bloco é preciso também controlar a argamassa utilizada. (KALIL, 2007). 29 A argamassa de assentamento é responsável pela solidarização das unidades, transmissãoe uniformização das tensões entre as unidades de alvenaria, absorção de pequenas deformações e prevenção da entrada de água e de vento nas edificações. Geralmente é composta de areia, cimento, cal e água, e deve reunir boas características de trabalhabilidade, resistência, plasticidade e durabilidade para o desempenho de suas funções. É bom ressaltar que mais importante que a resistência é a plasticidade, permitindo que as tensões sejam transferidas de modo uniforme de uma unidade à outra. Na produção da argamassa são utilizados Cimentos Portland Comum (CP-I), Composto (CP-II) e Alta Resistência Inicial (CPV-ARI). Podem ser utilizados ainda outros tipos de cimento, como o Cimento Portland Pozolânico (CP-IV) e Alto-Forno (CP-III). Os cimentos com maior superfície específica tornam as argamassas mais trabalháveis e com maior retenção de água. As argamassas produzidas com os cimentos CP-III e CP-IV tem a tendência de ser tecnicamente melhores do que as argamassas executadas com os outros tipos de cimento, devido ao seu endurecimento mais lento, propiciando argamassas com maior capacidade de absorver pequenas deformações (KALIL, 2007). Segundo Sabbatini (1984), as argamassas de assentamento não têm forma definida, mas possuem uma função específica: destinam-se ao assentamento de unidades de alvenaria. A argamassa de assentamento produz a junta de argamassa que é um componente com forma e funções bem definidas. A junta de argamassa “é a lâmina ou cordão de argamassa endurecida, intercalado e aderente às unidades de alvenaria, que garante a monoliticidade da alvenaria” (CAVALHEIRO,1996). Existem dois tipos de juntas horizontais de argamassa utilizadas na alvenaria de blocos vazados de concreto: a com preenchimento total (longitudinal e transversal) e a com preenchimento parcial (longitudinal). Além das juntas horizontais existem as juntas verticais, sendo que estas podem ou não ser preenchidas por argamassa na fase de execução. Na maioria dos casos a junta vertical não recebe a devida atenção pelos projetistas, porém a mesma confere propriedades importantes para a alvenaria estrutural. Na Figura 14 mostram-se os diferentes tipos de juntas. A ausência de argamassa nas juntas verticais (“juntas secas”) repercute na resistência ao cisalhamento da alvenaria, à resistência ao fogo, ao desempenho termoacústico, à resistência a cargas laterais e à capacidade de redistribuição das tensões desenvolvidas nas paredes. Santos (2001) corrobora com esta proposição argumentando que “o não 30 preenchimento de juntas verticais com argamassa indica, claramente, que esta prática não contribui para a melhoria do desempenho estrutural das edificações em alvenaria’. Segundo Roman et al. (1999), “o não preenchimento das juntas verticais tem pouco efeito na resistência à compressão, mas afeta a resistência à flexão e ao cisalhamento da parede”. Sendo assim, não se recomenda em nenhuma circunstância à adoção de “juntas secas” nas alvenarias estruturais (THOMAZ; HELENE, 2000). Figura14 - Tipos de juntas de argamassa. Fonte: Santos, 1998. 3.3.3. Graute O graute pode ser definido como um concreto com agregados de pequena dimensão, possuindo alta fluidez e baixa retração. A fluidez é eventualmente necessária para que ocorra o preenchimento dos vazios dos blocos. O graute tem como função o aumento da área da seção transversal das unidades e/ou a solidarização dos blocos com eventuais armaduras posicionadas nos seus vazios. Além disso, pode ser utilizado como reforço estrutural nas zonas de concentração de tensões e quando necessita-se armar as estruturas. 31 Utilizado para preenchimento de blocos e canaletas, os grautes constituem-se em materiais peculiares, com propriedades e comportamento distintos dos concretos em geral. Após a mistura, devem apresentar fluidez, consistência do tipo bombeável, baixa ou nenhuma retração e ausência de segregação e exsudação (BAUER, 2005). Em relação à sua composição, o graute pode ser fino (cimento + areia) ou grosso (cimento + brita + areia), sendo responsável pelo aumento da área útil em cerca de 50%. Além disso, o aumento de resistência é da ordem de 30 a 40%. Parsekian et al (2010) recomenda as seguintes dosagens básicas de graute para obras de pequeno vulto. Graute fino: 1 saco de cimento; até 35 dm³ de cal; até 88 dm³ de agregado miúdo; até 37 litros de água. Em volume de material seco esta dosagem corresponde a um traço de 1:3 a 4. Graute grosso: 1 saco de cimento, até 35 dm³ de cal, até 66 dm³ de agregado miúdo, até 35 litros de água. O traço correspondente é 1:2 a 3; 1 a 2. De acordo com a ABNT NBR 15961:2011, a dimensão máxima do agregado deve ser de 10 mm ou 20 mm, conforme o cobrimento de armadura, se for 15 mm (cobrimento mínimo) ou 25 mm, respectivamente. Os agregados devem ter dimensão inferior a 1/3 da menor dimensão dos vazados a serem preenchidos. A resistência à compressão da alvenaria é resultado da combinação da resistência à compressão do graute, em conjunto com as propriedades mecânicas dos blocos e da argamassa. Assim, com a utilização do graute, pode-se aumentar a capacidade resistente da alvenaria à compressão ou permitir que as armaduras resistam às tensões de tração que a alvenaria não teria condições de resistir. Analogamente ao que acontece com o concreto armado, considera-se que na alvenaria estrutural, o conjunto bloco, graute e armadura trabalhem monoliticamente. Para que isso ocorra, é necessário que o graute envolva completamente as armaduras e tenha aderência tanto a ela quanto ao bloco, formando um conjunto único. 3.3.4. Armaduras 32 As barras de aço utilizadas nas construções em alvenaria são as mesmas utilizadas nas estruturas de concreto armado, mas, neste caso, serão sempre envolvidas por graute, para garantir o trabalho conjunto com o restante dos componentes da alvenaria. Uma exceção é feita para as armaduras colocadas nas juntas das argamassas de assentamento. Nesse caso, é importante ressaltar que o diâmetro deve ser de no mínimo 3,8 mm, não ultrapassando a metade da espessura da junta. (RAMALHO; CÔRREA, 2003). O sistema construtivo em alvenaria armada é mais adequado quando se deseja atribuir ductilidade à estrutura, aumentar o limite de esbeltez das paredes ou quando se necessita de acréscimo localizado de resistência. 3.4. PROCESSO CONSTRUTIVO 3.4.1. Modulação Para o bom desenvolvimento de um projeto de alvenaria estrutural é essencial a definição dos elementos estruturais, a modulação da alvenaria em função do projeto arquitetônico e a adequação desta às dimensões modulares dos componentes. O ideal é que o projeto arquitetônico seja desenvolvido com base na modulação, evitando-se assim ajustes durante as fases de execução do projeto. “Modular uma alvenaria é projetar utilizando-se de uma ‘unidade modular’, que é definida pelas medidas dos blocos, comprimento e espessura. Essas medidas podem ou não ser múltiplas uma das outras. Quando as medidas não são múltiplas, a modulação é ‘quebrada’ e para compensá-la precisa-se lançarmão de elementos especiais chamados de elementos compensadores da modulação.” (ABCP, 2015). É de grande importância que o comprimento e a largura sejam iguais ou múltiplos, assim tem-se um único módulo em planta, facilitando a amarração entre as paredes, resultando em uma melhor otimização do sistema construtivo. Após ter sido definido o módulo, a partir do bloco de concreto disponível no mercado, todo o processo de modulação ocorrerá naturalmente, e todos os ambientes do projeto terão suas medidas internas e externas definidas pelo módulo de referência adotado. A unidade é o componente básico da alvenaria. Uma unidade é definida por três dimensões: comprimento, largura e altura (Figura 15). O comprimento e a largura definem o módulo horizontal. Já a altura define o módulo vertical a ser adotado nas elevações. 33 Figura15 - Dimensões do bloco de concreto. Fonte: Ramalho e Côrrea, 2003. Um fator muito importante que deve ser observado é à distância do fornecedor dos blocos até a obra, esta deve ser relativamente pequena de forma que se viabilize economicamente o empreendimento. Distâncias grandes, acima de 200 km, tornam o frete inviabilizado. Além disso, é necessário que existam no mínimo dois fornecedores viáveis para uma determinada edificação, a menos que os blocos estejam sendo produzidos no canteiro de obras. (RAMALHO; CÔRREA, 2003). a) Modulação Horizontal O módulo horizontal é igual ao comprimento real do bloco mais a espessura de uma junta. Ao se adotar um determinado módulo (M), esse módulo refere-se ao comprimento real do bloco mais a espessura de uma junta (J). As demais fiadas devem evitar ao máximo as juntas a prumo, para isso as juntas devem estar defasadas de uma distância M. No processo de modulação da alvenaria estrutural trabalha-se com as famílias modulares de blocos. As principais famílias utilizadas já mencionadas anteriormente são a família 39 (módulo horizontal de 20 cm) e a família 29 cm (módulo horizontal de 15 cm). O primeiro conceito que deve ser esclarecido é que o bloco possui três comprimentos. De acordo com a ABNT NBR 6136:2014 para o bloco M15, o comprimento nominal é de 14 cm, o real é de 14,2 cm e o modular é de 15 cm. Para essas dimensões modulares e reais estão sendo consideradas juntas de assentamento de 1 cm, que são as mais utilizadas. (RAMALHO; CÔRREA, 2003). 34 b) Modulação Vertical Já quanto à modulação vertical, a situação é bem mais simples. É necessário apenas ajustar a distância de piso a teto ou de piso a piso, para que esta seja um múltiplo do módulo vertical a ser adotado, normalmente igual a 20 cm, já que os blocos são fabricados com altura nominal de 19 cm. A modulação vertical dificilmente atrapalha o arranjo arquitetônico da edificação. Existem duas formas de se fazer a modulação vertical. A primeira trata de ser considerada a altura do pavimento de piso a teto. Neste caso as paredes externas terminarão com um bloco J com uma das laterais maior que a outra, de forma a acomodar a laje. As paredes internas terminarão com um bloco canaleta, conforme ilustrado na Figura 16. Já a segunda modulação, apresentada na Figura 17, considera a altura do pavimento de piso a piso. A diferença dos dois sistemas está na utilização dos blocos canaleta. Enquanto que no primeiro caso é usado um bloco padronizado com altura igual aos demais, no segundo caso o bloco deve ser compensador para que junto com a espessura da laje dê continuidade na modulação, que geralmente é 20 cm (RAMALHO; CORRÊA, 2003, p.22). Figura16 - Modulação de piso à teto. Fonte: Ramalho; Côrrea, 2003. 35 Figura17 - Modulação de piso à piso. Fonte: Ramalho; Côrrea, 2003. 3.4.2. Amarração Accetti (1999) afirma que é altamente recomendado, na planta de um prédio, amarrar duas ou mais paredes que se encontrem. Esta amarração permite a uniformização das cargas, transmitindo ações de uma parede para outra, o que alivia uma parede muito carregada e acrescenta tensões em outra menos carregada. Esta uniformização é ótima para a economia, uma vez que a resistência dos blocos de um pavimento é dada pela tensão atuante na parede mais solicitada, já que não é comum ser usados blocos com resistências diferentes em um mesmo pavimento, por razões operacionais. Amarração direta é o entrosamento alternado de fiadas. É a tendência de uniformização de tensões que ocorre ao longo da altura do edifício. Essa tendência é altamente benéfica ao comportamento estrutural das paredes, pois significa que as mais carregadas servem-se das menos solicitadas para aliviarem os seus excessos (CORRÊA; RAMALHO, 1994). Amarração direta consiste na disposição dos blocos nas fiadas desde que 50% deles penetrem alternadamente na parede interceptada, enquanto que a amarração indireta é obtida com o auxílio de barras ou telas metálicas. Nas Figuras 18 e 19 exemplificam-se os dois tipos de amarração. 36 Figura18 - Amarração indireta. Fonte: Helena Júnior, 2012. Figura19 - Amarração direta. Fonte: Helena Júnior, 2012. 3.5. ANÁLISE ESTRUTURAL A análise estrutural compreende três etapas: levantamento das ações que atuarão na edificação ao longo de sua vida útil; verificação do seu comportamento mediante a atuação dessas ações; e quantificação dos esforços solicitantes e deslocamentos na estrutura. Nesse processo é importante que seja escolhido um modelo matemático adequado que se aproxime do comportamento real da estrutura, que as ações sejam determinadas de forma correta e que se considere adequadamente as não linearidades físicas e geométricas do sistema estrutural quando for o caso (REBOREDO, 2013). Neste trabalho serão consideradas as ações verticais e horizontais na análise estrutural, as quais serão mais bem explicadas nos tópicos seguintes. 37 3.6. AÇÕES VERTICAIS As ações verticais a serem consideradas no projeto vão depender do tipo de estrutura e sua finalidade. Como exemplo, em edifícios industriais pode ser necessário levar em conta a carga de uma ponte rolante, e já em edificações residenciais este já não seria o caso. Em se tratando de edifícios de alvenaria estrutural são consideradas principalmente as ações das lajes e os pesos próprios das paredes como ações verticais (RAMALHO; CÔRREA, 2003). 3.6.1. Ações das lajes Nas lajes podem atuar dois tipos de ações: permanentes e variáveis. Como definido na ABNT NBR 15961:2011, as ações permanentes são aquelas que atuam na estrutura ao longo de toda sua vida útil e cujos valores praticamente não mudam. No caso de lajes, as principais cargas permanentes atuantes são o peso próprio, contrapiso, revestimento ou piso e paredes não estruturais. O peso próprio irá variar conforme o tipo e material empregado na confecção das lajes e as demais cargas citadas podem ser consultadas na ABNT NBR 6120:1980 ou bibliografia específica. Já ações variáveis verticais atuantes nas lajes são caracterizadas por cargas acidentais previstas durante o uso da construção, e por sobrecargas de utilização como peso de pessoas, móveis, materiais diversos, veículos, entre outros. No caso específico de edifícios residenciais, assumem-se os valores de 1,5 kN/m2 para dormitórios, sala, copa, cozinha e banheiro, 2,0 kN/m2 para despensa, área de serviço e lavanderia, e 3,0 kN/m2 para escadas com acesso ao público (ABNT, 1980). Essas cargas, permanentes e variáveis, serão descarregadas das lajes para as paredes estruturais, e destas para os pilotis ou fundações (RAMALHO, CÔRREA, 2003). 3.6.2. Peso próprio das paredes O peso próprio das paredes é obtida mediante a seguinte expressão (1): 𝑝 = 𝛾𝑒ℎ (1) sendo que: 𝑝 = peso da parede por unidade de comprimento 38 𝛾 = peso específico da parede 𝑒 = espessurada parede, incluindo bloco e revestimento ℎ = altura da parede O peso específico vai depender do tipo e materiais da alvenaria, tendo-se como valores adotados para os principais tipos de paredes presentes em edifícios residenciais os apresentados na Tabela 2. Tabela2- Peso específico dos principais tipos de alvenaria Fonte: Ramalho e Côrrea, 2003. 3.6.3. Dispersão das ações verticais e interação de paredes Na análise estrutural quanto ao carregamento vertical, a ABNT NBR 15961-1:2011 adota como premissa básica que qualquer ação vertical concentrada ou distribuída sobre um trecho de parede plana assumirá uma dispersão ao longo desse elemento segundo uma inclinação de 45°, como indicado na Figura20. Figura 20 - Dispersão das ações verticais. Fonte: ABNT NBR 15961-1:2011 39 Esse tipo de espalhamento também pode ser estendido para cantos e bordas com amarração direta (Figura 21), já que sua configuração se assemelha bastante com a própria parede plana e propicia o desenvolvimento de forças de interação nessa região, como observado na Figura 22 (RAMALHO; CÔRREA, 2003). Já em outras situações de ligação que não a de amarração direta, a ABNT NBR 15691-1:2011 estabelece que a interação de paredes no canto só poderá ser considerada caso haja comprovação experimental de sua existência. Em regiões de parede com aberturas costuma haver interação de elementos, conferindo um espalhamento e uniformização de cargas, como indicado na Figura 23. Porém, a ABNT NBR 15691-1:2011 estabelece que as interações de paredes em regiões de abertura não sejam consideradas, a menos que haja comprovação experimental da sua eficiência. Figura21 - Espalhamento do carregamento em parede plana e parede em L. Fonte: RAMALHO; CÔRREA, 2003. 40 Figura22 - Interação no canto de uma parede em L. Fonte: RAMALHO; CÔRREA, 2003. Figura23 - Interação entre paredes numa região com abertura de janela. Fonte: Ramalho e Côrrea, 2003. É importante que se avalie como se dá o espalhamento de cargas verticais e a ocorrência de interação entre paredes na estrutura projetada, impedindo que se faça considerações que não condizem com a realidade. Além disso, quanto maiores as forças de interação entre os elementos, maior será o espalhamento do carregamento vertical e, portanto, melhor será a uniformização das cargas entre as paredes (RAMALHO; CÔRREA, 2003). 41 3.6.4. Uniformização do carregamento vertical Usualmente, num mesmo pavimento da edificação, as cargas verticais que atuam nas paredes podem assumir valores bem diferentes. No entanto, os blocos adotados para a confecção dessas paredes têm sua resistência determinada pela alvenaria mais carregada. Isso ocorre por motivos de segurança, uma vez que o emprego de blocos com diferentes resistências num mesmo andar elevaria o risco de uma possível troca, levando ao uso de um material menos resistente numa parede mais solicitada. Outra alternativa seria empregar blocos com uma resistência menor nas paredes mais carregadas e fazer uso de pontos grauteados nesses locais, aumentando assim a resistência. Porém, isso tem implicações econômica e técnica, já que o grauteamento usado de forma extensiva se mostra mais oneroso e de difícil execução. Nesse contexto, tendo uma melhor uniformização do carregamento vertical, as diferentes categorias de resistência a se empregar no pavimento seriam reduzidas em número, levando a uma economia. No entanto, deve ficar claro que o estudo sobre essa uniformização deve ser feito com cuidado, evitando que se comprometa a segurança da obra ao se fazer considerações errôneas. Alguns procedimentos podem ser adotados visando a existência de forças de interação elevadas entre os elementos, colaborando consequentemente para a uniformização das cargas verticais. Entre esses métodos estão a amarração direta das paredes em cantos e bordas, a existência de cintas sob a laje do pavimento e à meia altura, e o emprego de pavimento em laje maciça. Dessas práticas, porém, a mais importante é a primeira, sendo que nas demais tem-se dificuldade de se quantificar sua influência benéfica devido às diferentes formas e dimensões com que podem ser executadas. Já em aberturas, o emprego de vergas e contravergas com uma penetração adequada nas paredes também contribui para o desenvolvimento de forças de interação (RAMALHO; CÔRREA, 2003). 3.6.5. Modelos de distribuição de cargas verticais Conforme a tipo de amarração entre os blocos nas paredes da edificação de alvenaria estrutural, diferentes modelos podem ser adotados, os quais serão detalhados a seguir. 42 3.6.5.1. Modelo de paredes isoladas Neste modelo cada parede é considerada como um elemento isolado, não possuindo interação com as demais. Dessa forma, quando uma carga é aplicada neste elemento, ela será transmitida pelo apoio apenas por esta parede (PARSEKIAN; SOARES, 2010). Umas das vantagens desse modelo é sua simplicidade, já que para encontrar a carga numa parede em certo nível basta multiplicar o valor encontrado para um pavimento pelo número de pavimentos que estão acima do nível em questão. Além disso, é um modelo a favor da segurança pois resulta no dimensionamento de blocos com maiores resistências, uma vez que a uniformização não é considerada. Já como pontos negativos tem-se um maior custo da edificação por se empregar blocos de maiores resistências que a necessária, e não ser um modelo condizente com a realidade, já que a maioria das edificações apresentam interação entre as suas paredes (RAMALHO; CÔRREA, 2003). O modelo de paredes isoladas é recomendado para estruturas sem amarração direta das paredes e em edificações de pequeno porte, onde os pontos negativos citados são minimizados (PERSEKIAN, 2012; RAMALHO; CÔRREA, 2003). 3.6.5.2. Modelo de grupo de paredes isoladas Diferente do anterior, neste modelo consideram-se paredes que se cruzam como sendo de um mesmo grupo e constituindo uma só estrutura. Assume-se que a interação entre bordas e cantos é suficiente para que haja espalhamento e uniformização das cargas em uma pequena altura (RAMALHO; CÔRREA, 2003). Os limites entre os grupos são definidos em extremidades de portas ou janelas, ou em grandes extensões de paredes sem aberturas (Figura 24). Definindo-se os diferentes grupos é feita a uniformização das cargas, onde somam-se as cargas de todas as paredes do grupo e divide-se pelo comprimento total deste grupo, resultando num carregamento distribuído nessa extensão considerada. Com este carregamento basta apenas multiplica-lo pelo número de pavimentos que se encontram acima do nível considerado e promover a verificação (PARSEKIAN; SOARES, 2010; RAMALHO; CÔRREA, 2003). 43 Figura24 - Exemplo de grupos de paredes isoladas definidas por aberturas. Fonte: Ramalho e Côrrea, 2003 Como vantagem esse método se mostra de simples implementação, embora não tão simples quanto o modelo anterior, havendo a necessidade do projetista definir os grupos de paredes. Além disso, esse modelo pode ser considerado seguro contanto que a escolha dos grupos seja feita corretamente. E por fim, promove uma redução dos gastos pois leva a escolha de blocos de menor resistência que os obtidos com o modelo de paredes isoladas (RAMALHO; CÔRREA, 2003). 3.6.5.3. Modelo de grupos de paredes com interação Este modelo é uma extensão do anterior, porém há interação entre um grupo e outro de paredes, ou seja, nas aberturas também se considera interação da estrutura. Dessa forma, sua utilização não é tão simples, e para se evitar erros é recomendado a utilização de planilhas eletrônicas ou programas computacionais. Sua vantagem reside na economia obtida, pois a consideração de interação nas aberturas conduz a adoção de blocos menos resistentes em relação aos modelosdiscutidos anteriormente, especialmente quando a estrutura apresenta paredes de pequena extensão e isoladas por aberturas. Porém, quanto à segurança, esse modelo exige uma maior experiência do projetista no que diz respeito a divisão dos grupos e na taxa de interação adotada entre os grupos (RAMALHO; CÔRREA, 2003). 44 3.6.5.4. Modelagem tridimensional em elementos finitos Nesse tipo de modelagem o carregamento é colocado em cada nível de pavimento e a estrutura é modelada com elementos de membrana e chapas, sendo a uniformização dada mediante a compatibilização dos deslocamentos dos nós. Embora seja um dos métodos mais precisos e abrangentes quando se trata de análise estrutural, seu emprego nem sempre é justificado já que demanda elevado esforço computacional e tempo de processamento de dados (PALÁCIO, 2001). 3.7. AÇÕES HORIZONTAIS As ações horizontais atuantes em edificações de alvenaria estrutural são associadas ao vento, ao desaprumo da estrutura, aos empuxos desequilibrados do solo e aos abalos sísmicos. No Brasil, devem ser consideradas obrigatoriamente as duas primeiras e eventualmente a terceira. Abalos sísmicos são levados em conta apenas em regiões muito localizadas do Brasil, tal como na região próxima à cordilheira dos Andes (extremo oeste do Amazonas e Acre) e, de forma simplificada, nos estados do Rio Grande do Norte, Paraíba e Ceará. Como esse tipo de ação pode gerar tensões de tração nas paredes da edificação e a alvenaria é um material com baixa resistência a esse tipo de esforço, se faz importante a análise das ações horizontais nos projetos de alvenaria estrutural (OLIVEIRA, 2009). 3.7.1. Ação do vento Como observado na Figura 25, considera-se que o vento atue de forma perpendicular às paredes da estrutura, que são transferidas para as lajes (hipoteticamente adotadas como diafragmas rígidos no seu plano) e por sua vez as transferem para os painéis de contraventamento e destes para as fundações (SILVA, 1996). 45 Figura25 - Ação do vento e distribuição para os painéis de contraventamento. Fonte: Bastos, 2009. As considerações das forças estáticas e dinâmicas do vento para fins de cálculo de edificações são fixadas pela ABNT NBR 6123:1988. 3.7.2. Desaprumo De acordo com a ABNT NBR 15961-1:2011, o desaprumo global para edifícios de múltiplos andares é considerado através do ângulo de desaprumo 𝜃𝑎 (Figura 26), em radianos, dada pela expressão (2)e considerando a seguinte restrição: 𝜃𝑎 = 1 100√𝐻 ≤ 1 40𝐻 (2) onde H é a altura total da edificação em metros. 46 Figura26 - Desaprumo global. Fonte: Fonte: ABNT NBR 15961-1:2011 Uma consideração prática é se usar uma ação horizontal equivalente (𝐹𝑑) que resultaria no desaprumo em questão (Figura27). Para isso, tem-se a expressão (3): 𝐹𝑑 = ∆𝑃𝜃𝑎 (3) onde ∆𝑃 é o peso total do pavimento considerado. Figura27 - Força horizontal equivalente para a consideração do desaprumo. Fonte: Ramalho eCôrrea, 2003. 47 3.7.3. Distribuição das ações horizontais Ao se considerar a atuação de ações horizontais, deve-se atentar quanto à simetria da edificação, o que influenciará nas respostas da estrutura. Assim, quando as forças horizontais atuam no sentido do eixo de simetria da edificação ocorrerá apenas translação das lajes. Porém, no caso de não ocorrer essa simetria também irão surgir rotações nos pavimentos. Dessa forma, Ramalho e Côrrea (2003) aconselham que se evite assimetrias significativas, pois estas tornam a distribuição das ações mais complexa e geram maiores tensões nas lajes, afetando negativamente o funcionamento da estrutura. Seguindo essa recomendação, optou-se por se trabalhar neste projeto com uma edificação duplamente simétrica. Por ser esse o caso, será descrito adiante os dois principais modelos de distribuição de esforços horizontais para contraventamentos simétricos. 3.7.3.1. Paredes isoladas Neste método, janelas e portas são considerados delimitadores de paredes, tornando-as elementos isolados que podem ser vistos como vigas engastadas em sua base e livres na outra extremidade, sendo as ações horizontais aplicadas no nível de cada pavimento (Figura 28). Como as lajes são tidas como diafragmas rígidos, os deslocamentos horizontais são os mesmos ao nível de cada pavimento (Vieira et al., 2012). Figura28 - Representação de uma parede isolada. Fonte: Oliveira, 2009. 48 De acordo com Drysdale et al. (1994), para um nível de aplicação da força, pode-se calcular o deslocamento devido às parcelas de flexão e cisalhamento pela equação (4), que é exclusiva para o esquema representado na Figura 10: ∆ = ∆𝑓 + ∆𝑐 = 𝐹𝐻3 3𝐸𝐼 + 𝜆 𝐹𝐻 𝐴𝐺 (4) sendo que: F é a força solicitante ∆ é o deslocamento devido à força F ∆𝑓 é a parcela de deslocamento devido à flexão ∆𝑐 é a parcela de deslocamento devido ao cisalhamento H é a altura do edifício A é a área da seção transversal da parede I é a inércia transversal da parede G é o módulo de elasticidade transversal E é o modulo de elasticidade longitudinal 𝜆 é o fator de forma da seção, função da seção transversal da parede Quando o deslocamento devido a flexão for predominante, pode-se desprezar a ação de cisalhamento e nesse caso a rigidez relativa da parede é dada pela razão entre a rigidez de cada painel e a soma das rigidezes de todos os painéis (equação 5). Logo, a força horizontal que cada painel absorve é dada pela equação 6. 𝑅𝑖 = 𝐼𝑖 ∑ 𝐼𝑗 𝑛 𝑗=1 (5) 𝐹𝑖 = 𝐹𝑡𝑜𝑡𝑅𝑖 (6) onde: 𝑅𝑖 é a rigidez relativa do paineli; 𝐼𝑖 o momento de inércia do painel i; 𝐼𝑗 o momento de inércia de cada painel j; 𝐹𝑖 é a parcela da ação horizontal que o painel iabsorve; 𝐹𝑡𝑜𝑡 é a ação horizontal total em cada pavimento. 49 Por fim, uma vez calculada a parcela da ação horizontal atuante em cada painel podem-se obter os momentos fletores gerados e através da expressão clássica da resistência dos materiais (7) chegar às tensões normais na parede. 𝜎 = 𝑀 𝑊 (7) 3.7.3.2. Paredes com aberturas Neste modelo os painéis paralelos à direção dos esforços horizontais passam a ser vistos como pórticos, onde as paredes são consideradas como pilares e os lintéis sobre as aberturas como vigas (Figura 29). Nesse esquema ainda persiste a característica dos painéis absorverem as ações horizontais proporcionalmente às suas rigidezes. E no caso do painel não possuir abertura, este será então considerado como uma parede isolada, como foi descrito anteriormente (OLIVEIRA, 2009; RAMALHO; CÔRREA, 2003). Figura29 - (a) Parede com aberturas. (b) Representação em pórtico. Fonte: Ramalho e Côrrea, 2003. Por ser um modelo um pouco mais complexo que o de paredes isoladas, sua utilização implica no emprego de recursos computacionais, até mesmo se a estrutura em análise for simétrica. 50 3.8. DIMENSIONAMENTO DE EDIFICAÇÕES DE ALVENARIA ESTRUTURAL Uma estrutura segura consiste naquela capaz de suportar as ações previstas ao longo de sua vida útil, mantendo o desempenho do papel para o qual foi construída. Para garantir essa segurança pode-se empregar os métodos das tensões admissíveis e a dos estados limites (RAMALHO; CÔRREA, 2003). Para fins de dimensionamento de edificações em alvenaria estrutural em blocos de concreto tem-se a ABNT NBR 15961-1:2011, que se baseia no método dos estados limites e será adotada neste projeto. 3.9. INSTALAÇÕES
Compartilhar