Apostila Alvenaria Estrutural - UFSCAR - Parsekian.pdf

Disciplina: Alvenaria Estrutural – UFSCar UFSCar 2012 Prof. Guilherme A. Parsekian [email protected]

APOSTILA DO CURSO:

121088 - ALVENARIA ESTRUTURAL

Prof. Dr. Guilherme Aris Parsekian

São Carlos 2012

1

Disciplina: Alvenaria Estrutural – UFSCar UFSCar 2012 Prof. Guilherme A. Parsekian [email protected] 1

2

Introdução ............................................................... ..................................................................................................................................... ..............................................................................9 ........9 1.1

Breve Histórico ........................................................... ..............................................................................................................................9 ...................................................................9

1.1.1

Antiguidade – Antiguidade – Nascimento Nascimento da Engenharia de Estruturas e da Alvenaria Estrutural .......... 10

1.1.2 Renascimento Europeu e Revolução Industrial, Ascensão e Queda da Alvenaria Como Estrutura 13

2

1.1.3

Pós-Guerra, Ressurgimento da Alvenaria Como Estrutura ................................................ 15

1.1.4

No Brasil ............................................................. ............................................................................................................................. ................................................................ 16

1.2

Alvenaria Contemporânea ............................................................... ......................................................................................................... .......................................... 18

1.3

Normas ............................................................ ............................................................................................................................... ........................................................................... ........ 19

1.4

Definições .................................................................... ................................................................................................................................... ............................................................... 21

Materiais e Componentes ............................................................. .................................................................................................................. ..................................................... 24 2.1

2.1.1

Identificação e Aparência Visual .......................................................... ........................................................................................ .............................. 26

2.1.2

Resistência Mecânica ............................................................... ......................................................................................................... .......................................... 26

2.1.3

Precisão Dimensional ............................................................... ......................................................................................................... .......................................... 28

2.1.4

Absorção de Água .......................................................... ............................................................................................................... ..................................................... 28

2.1.5

Absorção de Água Inicial ........................................................... .................................................................................................... ......................................... 29

2.2

3

BLOCOS ............................................................ ............................................................................................................................... ........................................................................... ........ 24

ARGAMASSAS ............................................................. ............................................................................................................................. ................................................................ 30

2.2.1

Trabalhabilidade ............................................................ ................................................................................................................. ..................................................... 31

2.2.2

Retenção de água .......................................................... ............................................................................................................... ..................................................... 32

2.2.3

Aderência............................................................ ............................................................................................................................ ................................................................ 32

2.2.4

Resiliência ........................................................... ........................................................................................................................... ................................................................ 33

2.2.5

Resistência à compressão............................................... compressão................................................................................................... .................................................... 34

2.2.6

Traços comuns de argamassa............................................................... ............................................................................................. .............................. 36

2.2.7

Classificação................................................................................................................ Classificação............................................. ........................................................................... ........ 39

2.3

GRAUTE ........................................................... .............................................................................................................................. ........................................................................... ........ 39

2.4

ALVENARIA .................................................................. ................................................................................................................................. ............................................................... 40

2.4.1

Movimentação Térmica............................................................ ...................................................................................................... .......................................... 41

2.4.2

Movimentação Higroscópica ................................................................ .............................................................................................. .............................. 41

2.4.3

Fluência .............................................................. .............................................................................................................................. ................................................................ 42

2.4.4

Módulo de deformação e coeficiente de Poisson .............................................................. 42

PROJETO EM ALVENARIA ESTRUTURAL.......................................... ESTRUTURAL.............................................................................................. .................................................... 43 3.1

CONCEPÇÃO ESTRUTURAL ............................................................... ......................................................................................................... .......................................... 43

Disciplina: Alvenaria Estrutural – UFSCar UFSCar 2012 Prof. Guilherme A. Parsekian [email protected] 3.1.1.1

3

Efeito Arco .................................................................. ...................................................................................................................... .................................................... 45

3.1.1.1.1 EXEMPLO – EXEMPLO – cálculo cálculo de esforços considerando co nsiderando efeito arco ...................................... ...................................... 47 3.2

MODULAÇÃO .............................................................. .............................................................................................................................. ................................................................ 49

3.2.1

AMARRAÇÃO INDIRETA ............................................................ ...................................................................................................... .......................................... 49

3.2.2

MODULAÇÃO DE 15X30 ........................................................... ..................................................................................................... .......................................... 50

3.2.3

MODULAÇÃO DE 15X40 ........................................................... ..................................................................................................... .......................................... 51

3.2.3.1 3.3

PROJETO DAS ALVENARIAS .............................................................. ........................................................................................................ .......................................... 52

3.4

PASSAGEM DE TUBULAÇÕES ............................................................ ...................................................................................................... .......................................... 53

3.5

DETALHES CONSTRUTIVOS ............................................................... ......................................................................................................... .......................................... 55

3.5.1

LAJE DE COBERTURA................................ COBERTURA...................................................................................................... ........................................................................... ..... 55

3.5.2

VERGAS PRÉ-MOLDADAS..................................... PRÉ-MOLDADAS.................................................................................................... ............................................................... 56

3.5.3

ESCADAS ............................................................. ............................................................................................................................. ................................................................ 56

3.6

EXEMPLO DE PROJETO .......................................................... ............................................................................................................... ..................................................... 58

3.7

CONSIDERAÇÕES PARA PROJETO ................................................................. ............................................................................................... .............................. 69

3.7.1 4

MODULAÇÃO VERTICAL ................................................................... ................................................................................................. .............................. 51

DADOS INICIAIS DO PROJETO E FLUXO DE INFORMAÇÕES ................................................ 69

Dimensionamento .............................................................. .............................................................................................................................. ................................................................ 73 4.1

Resistência a compressão ................................................................. .......................................................................................................... ......................................... 73

4.1.1

Argamassa ...................................................................... .......................................................................................................................... .................................................... 74

4.1.2

Bloco .................................................................... ................................................................................................................................... ............................................................... 74

4.1.3

Forma de assentamento........................................................... ..................................................................................................... .......................................... 75

4.1.4

Qualidade da mão-de-obra .................................................................. ................................................................................................ .............................. 75

4.1.5

Grauteamento ............................................................... .................................................................................................................... ..................................................... 76

4.1.6

Esbeltez............................................................................................................ Esbeltez......................................... ...................................................................................... ................... 77

4.1.7

Direção de aplicação do carregamento........................................................... .............................................................................. ................... 78

4.1.8

Fator de redução da resistência em função de flambagem e excentricidade ................... 78

4.1.9

Dimensionamento à compressão simples – simples – Estado Estado Limite Último .................................... 79

4.1.9.1

EXEMPLO – EXEMPLO – dimensionamento dimensionamento a compressão simples – simples – ELU ELU ........................................ 79

4.1.9.2

EXEMPLO – dimensionamento – dimensionamento a compressão simples – simples – com com graute - ELU .................. .................. 80

4.1.9.3 ELU

EXEMPLO – dimensionamento – dimensionamento a compressão simples – simples – argamassa argamassa lateral apenas – apenas – 80

4.1.10

Cargas Concentradas ................................................................. .......................................................................................................... ......................................... 81

4.1.10.1 4.2

EXEMPLO – carga – carga concentrada - ELU ........................................................................ ........................................................................ 82

Resistência ao cisalhamento ............................................................ ...................................................................................................... .......................................... 82


4

4.2.1.1.1 EXEMPLO – EXEMPLO – cisalhamento cisalhamento em parede – parede – estado estado limite último .................................. 83 4.2.1.1.2 EXEMPLO – cisalhamento – cisalhamento em viga – viga – sem sem armadura ............................................... 84 4.2.1.1.3 EXEMPLO – cisalhamento – cisalhamento em viga – viga – carga carga concentrada próxima ao apoio ........... 84 4.2.1.1.4 EXEMPLO – cisalhamento – cisalhamento em viga – viga – armadura armadura de cisalhamento ............................. 85 4.3

Resistência a flexão simples ............................................................. ....................................................................................................... .......................................... 86

4.3.1 4.3.1.1 4.3.2

4.4

Alvenaria não-armada .............................................................. ........................................................................................................ .......................................... 87 EXEMPLO – flexão – flexão simples – simples – sem sem armadura - ELU ........................................................ ........................................................ 87 Alvenaria armada - ELU ........................................................... ..................................................................................................... .......................................... 87

4.3.2.1

Seção Retangular – Retangular – armadura armadura simples ...................................................................... ........................................................................... ..... 88 88

4.3.2.2

Seção Retangular – Retangular – armadura armadura dupla .............................................................................. .............................................................................. 89

4.3.2.3

Seção T............................................................ ............................................................................................................................ ................................................................ 89

4.3.2.4

Vigas altas ................................................................... ....................................................................................................................... .................................................... 90

4.3.2.5

Armaduras e diâmetros máximos e mínimos, espaçamento das barras ....................... 90

4.3.2.6

EXEMPLO – flexão – flexão simples – simples – alvenaria alvenaria armada – armada – armadura armadura simples – simples – ELU ELU .................... 9 1

4.3.2.7

EXEMPLO – flexão – flexão simples – simples – alvenaria alvenaria armada – armada – armadura armadura dupla - ELU........................ 92

Resistência à flexo-compressão ................................................................... ................................................................................................. .............................. 92

4.4.1

Alvenaria não-armada ou com baixa taxa de armadura - ELU .......................................... 92

4.4.1.1

EXEMPLO – flexo-compressão – flexo-compressão – – sem sem necessidade de armadura - ELU .......................... 94

4.4.1.2

EXEMPLO – flexo-compressão – flexo-compressão – – armadura armadura simplificada - ELU ....................................... 94

4.4.2 EXEMPLO – Dimensionamento – Dimensionamento e Detalhamento de um Elemento de Parede Típico de Edíficio Residencial .................................................................................... ............................................................................................................................. ......................................... 9 6

5

4.4.2.1.1

EXEMPLO A .......................................................... ............................................................................................................... ..................................................... 97

4.4.2.1.2

EXEMPLO B .......................................................... ............................................................................................................... ..................................................... 99

4.5

Emendas ..................................................................... ................................................................................................................................... .............................................................. 104

4.6

Ancoragem .................................................................. ............................................................................................................................... ............................................................. 104

4.7

Ganchos e dobras ................................................................... ..................................................................................................................... .................................................. 105

PROJETO ESTRUTURAL ................................................................... ..................................................................................................................... .................................................. 106 5.1

INTRODUÇÃO ............................................................. ........................................................................................................................... .............................................................. 106

5.2

DADOS DO EDIFÍCIO .............................................................. ................................................................................................................. ................................................... 107

5.2.1

Forma do prédio ............................................................ ............................................................................................................... ................................................... 107

5.2.2

Materiais............................................................. ........................................................................................................................... .............................................................. 110

5.2.2.1

Alvenaria de blocos cerâmicos: ................................................................... .................................................................................... ................. 110

5.2.2.2

Alvenaria de blocos de concreto: ................................................................... ................................................................................. .............. 111

5.2.3

Carregamentos Verticais ........................................................... .................................................................................................. ....................................... 111

Disciplina: Alvenaria Estrutural – UFSCar UFSCar 2012 Prof. Guilherme A. Parsekian [email protected] 5.2.3.1

Peso próprio da parede ......................................................... ................................................................................................ ....................................... 111

5.2.3.1.1

Alvenaria de blocos cerâmicos: ............................................................. .............................................................................. ................. 111

5.2.3.1.2

Alvenaria de blocos de concreto: .......................................................... ........................................................................... ................. 111

5.2.3.2 5.2.4

5.3

5

Lajes ................................................................. .............................................................................................................................. ............................................................. 112 Ações Horizontais .......................................................... ............................................................................................................. ................................................... 112

5.2.4.1

Desaprumo ................................................................. ................................................................................................................... .................................................. 112

5.2.4.2

Vento .............................................................. ............................................................................................................................ .............................................................. 113

5.2.4.3

Força horizontal total ........................................................... ................................................................................................... ........................................ 113

Carregamentos Verticais: Modelo de Distribuição dos Esforços e Verificação da Compressão 113

5.3.1

Ático..................................................................... .................................................................................................................................. ............................................................. 116

5.3.2

Escada .................................................................. ............................................................................................................................... ............................................................. 118

5.3.3

Distribuição dos Esforços .......................................................... ................................................................................................. ....................................... 118

5.3.4

Dimensionamento ......................................................... ............................................................................................................ ................................................... 119

5.3.4.1.1 Carregamento por grupo de parede ................................................................... ...................................................................... ... 122 5.4 Ações Laterais: Modelo de Distribuição dos Esforços e Verificação da Flexo-Compressão e Cisalhamento ..................................................................................... ........................................................................................................................................ ................................................... 124 5.4.1

Definição das paredes de contraventamento em cada direção ...................................... 125

5.4.2

Esforço em cada parede – parede – sem sem torção ............................................................................. ............................................................................. 128

5.4.2.1

Verificações ............................................................... .................................................................................................................. ................................................... 130

5.4.2.1.1 Dimensionamento das paredes do 1º pavimento - sem torção ........................... 130 5.5 6

Estabilidade Global e Verificação do Deslocamento Lateral .................................................... 131

Bibliografia............................................................... ..................................................................................................................................... ......................................................................... ... 134


6

Lista de Figuras Figura 1: Cidade de Arg-é Bam, construção em Adobe, 500 a.C. (fonte: en.wiki Image:Iran, Bam.png) .................... 10 Figura 2: Pirâmide de Queops no Egito, 3.000 a.C. (fonte http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Pyramide_Kheops.JPG) ..................................................................................... 11 Figura 3: Monumento Stonehedge no Reino Unido, Unido, 3.000 aC (fonte http://en.wikipedia.org/wiki/Image:S7300095.JPG) .................................................................................................. 11 Figura 4: Partenon na Grécia, 500 aC (fonte http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Parthenon_from_west.jpg) ....... 12 Figura 5: Coliseu em Roma, 70 dC (fonte http://pt.wikipedia.org/wiki/Imagem:Coliseu14.jpg) http://pt.wikipedia.org/wiki/Imagem:Coliseu14.j pg) ............................... 12 Figura 6: Arco antigo em alvenaria de pedra (fonte http://en.wikipedia.org/wiki/Image:BaraKaram.jpg) .............. 13 Figura 7: Grande Muralha da China (http://en.wikipedia.org/wiki (http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Chemin_de_ronde_muraille_long.JPG) /Image:Chemin_de_ronde_muraille_long.JPG) . 13 Figura 8: Edifícios de multi-andares construídos no final do Séc. 19 em fotos recentes (Austrália) ........................... 14 Figura 9: Prédio da Prefeitura da Filadélfia, mais alto edifício em alvenaria estrutural já construído (fonte: http://photos.igougo.com/images/p193177-Philadelphia_PA-City_Hall.JPG) http://photos.igougo.com/images/p193177 -Philadelphia_PA-City_Hall.JPG) ........................................................... 14 Figura 10: Edifício Monadnock, em Chicago(fonte: http://www.greatbuildings.com/buildings/Monadnock_Building.html) http://www.greatbuildings.com/buildings/Monadnoc k_Building.html) ............................................................... ..... 15 Figura 11: Edifício de 18 pavimentos em alvenaria não-estrutural construído em 1957 na Suíça, (fonte: BIA Technical Notes N. 24, 2002)....................................................................................................................................... 16 Figura 12: Conjunto de 5 pavimentos ......................................................................................................................... 18 Figura 13: Edifício Residencial Resi dencial de 8 em Barueri - SP .............................................................. ...................................... 18 Figura 14: Edifício Residencial de 11 pavimentos, em construção em Porto Alegre – RS RS ........................................... 18 Figura 15: Comportamento básico da d a alvenaria: boa resistência resistênci a a compressão, baixa resistência resist ência a tração ............. 19 Figura 16: Painel horizontal em alvenaria protendida com 5,0m de vão durante içamento pelas extremidades (trabalho de mestrado Eng. Paulo R. A. Souza, UFSCar) ............................................................................................. 19 Figura 17: Área bruta, líquida e efetiva .......................................................... ........................................................... 22 Figura 18: Verga, contraverga, graute e armadura .............................................................. ...................................... 23 Figura 19: Parede com enrijecedor ............................................................................................................................. 23 Figura 20: Prisma de 2 blocos ..................................................................................................................................... 23 Figura 21: Amarração indireta (esquerda) e direta (direita) .................................................................................... 23 Figura 22: Detalhe de graute em encotro de parede e de cinta a meia altura ........................................................... 23 Figura 23: Formatos de blocos cerâmicos estruturais ................................................................................................. 25 Figura 24: Bloco cerâmico, sílico-calcario e de concreto mais comuns ....................................................................... 25 Figura 25 Ensaios de caracterização dos blocos ......................................................................................................... 30 Figura 26: Ensaio do índice de consistência padrão .................................................................................................... 32 Figura 27: Ensaio de tração na flexão (ASTM E518) – mede mede indiretamente a aderência bloco-argamassa............... 33 Figura 28: Corpos-de-prova para ensaio a compressão e ensaio de módulo de deformação .................................... 35 Figura 30: Ensaio de prisma (2 blocos + 1 junta): na foto do rompimento (esquerda) note a expulsão lateral da argamassa ............................................................... .............................................................. ...................................... 35 Figura 31: Tipos de arranjo estrutural ........................................................................................................................ 44 Figura 32: Estabilidade lateral .................................................................................................................................... 44 Figura 33: Prédio com pilotis ....................................................................................................................................... 45 Figura 34: Efeito arco .................................................................................................................................................. 44 Figura 35: Esforços no efeito arco ............................................................................................................................... 45 Figura 36: Esforços no efeito arco – Barbosa Barbosa (2000) .................................................................................................. 47 Figura 37: Detalhes de amarração indireta (ABCI, 1990) ............................................................................................ 50 Figura 38: Modulação 15x30 ...................................................................................................................................... 50 Figura 39: Modulação 15x40cm .................................................................................................................................. 51 Figura 40: Exemplo de modulação vertical com bloco J .............................................................................................. 52 Figura 41: Elevação de parede .................................................................................................................................... 53 Figura 42: Instalações hidráulicas ............................................................................................................................... 55 Figura 43: Detalhe da laje de cobertura ...................................................................................................................... 56 Figura 44: Verga pré-moldada .................................................................................................................................... 56 Figura 45: Escada pré-moldada tipo jacaré ................................................................................................................ 57 Figura 46: Escada pré-moldada tipo jacaré ................................................................................................................ 57 Figura 47 – Planta Planta Baixa do pavimento tipo ............................................................................................................... 58 Figura 48 – Modulação Modulação Primeira fiada ............................................................. ........................................................... 59


7

Figura 49 – Modulação Modulação Segunda Se gunda Fiada ............................................................ ........................................................... 60 Figura 50 – Detalhes Detalhes de projeto .................................................................................................................................. 61 Figura 51 – Detalhes Detalhes de projeto .................................................................................................................................. 62 Figura 52 – Detalhe Detalhe da Instalação elétrica.................................................................................................................. 63 Figura 53 – Detalhes Detalhes de projeto .................................................................................................................................. 64 Figura 54 – Quantitativos Quantitativos de Aço e Blocos Estruturais ............................................................................................... 65 Figura 55 – Elevação Elevação (paginação) de paredes............................................................................................................. 65 Figura 56 – Elevação Elevação (Paginação) de paredes............................................................................................................. 66 Figura 57 – Elevação Elevação (paginação) de paredes............................................................................................................. 67 Figura 58 – Detalhe Detalhe das alvenarias de vedação .......................................................................................................... 68 Figura 59: Corpos-de-prova para medir resistência resi stência a compressão: c ompressão: bloco, prisma, paredinha, parede ...................... 73 Figura 60: Forma de assentamento – A: A: apenas nas laterais; B: em toda a face ....................................................... 75 Figura 61: Grauteamento ........................................................... ................................................................. ................ 76 Figura 62: Comprimento de flambagem flambage m (adaptado de www.wikipedia.org) ............................................. ................ 77 Figura 63: Altura efetiva (ABCI, 1990) ......................................................................................................................... 77 Figura 64: Carga concentrada ............................................................... ................................................................. ..... 82 Figura 65: Painel de alvenaria submetido à flexão. .................................................................................................... 86 Figura 66: Nomenclatura para flexão da parede ........................................................................................................ 86 Figura 67: Diagrama de tensões e deformações no estádio III ................................................................................... 87 Figura 68: Limitação da largura da seção para armadura isolada ............................................................................. 89 Figura 69: Seção T ....................................................................................................................................................... 90 Figura 70: Dimensionamento de viga-parede ............................................................................................................. 90 Figura 71 – Planta Planta de Arquitetura do Pavimento Tipo .............................................................................................. 108 Figura 72 – Planta Planta Modulada do Pavimento Tipo ..................................................................................................... 109 Figura 73 – Modulação Modulação Vertical ................................................................................................................................ 109 Figura 74 - Corte AA (parcial) (parci al) ..................................................... ................................................................. .............. 110 Figura 75 - Corte BB (parcial) .................................................................................................................................... 110 Figura 76 – Planta Planta de Arquitetura do Barrilete ......................................................................................................... 110 Figura 77 – Nomenclatura Nomenclatura Adotada ....................................................................................................................... ... 114 Figura 78 – Dimensões Dimensões Paredes (eixo) ...................................................................................................................... 115 Figura 79 – Áreas Áreas de influência das lajes do ático .................................................................................................... 116 Figura 80 – Áreas Áreas de Influência das Lajes (m 2 )........................................................... ............................................... 117 Figura 81 – Grupos Grupos de paredes definidos defini dos ......................................................... ......................................................... 123 Figura 82 – Contraventamento Contraventamento X e dados da PX1 ................................................................. .................................... 126 Figura 83 – Contraventamento Contraventamento Y .............................................................................................................................. 127 Figura 84 – Deslocamento Deslocamento horizontal para força lateral (vento + desaprumo) ........................................................ 132


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Lista de Tabelas Tabela 1: Cálculo de f bk bk ............................................................... ................................................................. ................ 27 Tabela 2: Ensaios e requisitos dimensionais para blocos ............................................................................................ 28 Tabela 3: Características de argamassas de cimento, cal ou mistas .......................................................................... 31 Tabela 4: Resistências indicadas para a argamassa e graute em função da resistência do bloco (paredes revestidas) .................................................................................................................................................................................... 36 Tabela 5: Traços básicos de argamassa ...................................................................................................................... 37 Tabela 6: Especificação e controle da argamassa ................................................................ ...................................... 38 Tabela 7: Classificação da argamassa segundo NBR 13281 ........................................................... ........................... 39 Tabela 8: Dosagem básica do graute .......................................................................................................................... 40 Tabela 9: Valores do coeficiente de dilatação térmica da alvenaria .......................................................................... 41 Tabela 10: Modulações mais comuns ......................................................................................................................... 49 Tabela 11: Resultados Médios de Elementos com Blocos Cerâmicos Vazados ........................................................... 74 Tabela 12: Resultados Médios de Elementos com Blocos de Concreto ....................................................................... 74 Tabela 13: Influência da espessura da junta na resistência à compressão (CAMACHO, 1995) .................................. 76 Tabela 14: Espessura efetiva: coeficiente  ................................................................................................................ ................................................................................................................ 78 Tabela 15: Resistência ao cisalhamento (projeto de norma 02:123.03-001/1) .......................................................... 82 Tabela 16: Resistência Resistênc ia à tração na flexão ........................................................ ........................................................... 87 Tabela 17: Cálculo da força de vento ........................................................................................................................ 113 Tabela 18: Carga vertical por parede em valores característicos – blocos blocos de d e concreto (pior caso) .......................... 119 Tabela 19: Cálculo de fpk, a partir dos carregamentos lineares sobre as paredes (h (hef = 2,71 2 ,71 m) ............................ 122 Tabela 20: carregamento, grupos (paredes simétricas omitidas) ............................................................... .............. 123 Tabela 21: fpk, grupo de paredes .......................................................... ................................................................. ... 123 Tabela 22: Propriedades das paredes de contraventamento ................................................................................... 128 Tabela 23: Esforço em cada parede sem considerar a torção (paredes simétricas omitidas) .................................. 129

Disciplina: Alvenaria Estrutural – UFSCar UFSCar 2012 Prof. Guilherme A. Parsekian [email protected] 1 Introdução

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Em geral a alvenaria é reconhecida como durável, esteticamente agradável, de bom desempenho térmico e acústico. Quando bem projetada (objetivo deste curso!) o sistema construtivo em alvenaria estrutural traz as vantagens de ganho em rapidez, diminuição de desperdícios e custo competitivo (em outras palavras: Racionalização da Obra). Apesar de todas essas vantagens e do atual extensivo uso do sistema alvenaria estrutural, ainda constata-se que poucas bibliografias sobre conceitos de projeto de alvenaria estrutural são disponíveis, o que contribui para o pouco conhecimento geral sobre esse tema. Infelizmente é ainda hoje possível encontrar engenheiros civis que realizam projeto ou execução de obras que não sabem ao menos o significado de um prisma de alvenaria. A normalização brasileira para dimensionamento de alvenarias de blocos de concreto hoje utiliza o método das tensões admissíveis (MTA) para o caso de blocos de concreto, mas em processo de revisão, com provável mudança para ainda este ano. Recentemente foram elaboradas normas para projeto e execução de alvenaria estrutural de blocos cerâmico, já introduzindo conceitos do Método dos Estados Limites (MEL). Tem-se hoje portanto uma situação de normas distintas para projeto de alvenaria com blocos de materiais diferentes, em contradição com normas internacionais que tratam o dimensionamento de alvenarias da mesma forma, indepedentemente do material (claro que levando-se em conta diferenças de resistências). Como futuramente também a norma de blocos de concreto passará a ser tratada pelo método dos estados limites e, espera-se, e os conceitos dessa futura norma serão muito parecidos com a atual de blocos cerâmicos, será admitido aqui ambos casos no MEL, indicando-se o MTA como nota histórica. Espera-se que essa apostila seja uma boa fonte de informação para o s alunos do curso e demais pessoas interessadas nesse sistema construtivo.

1.1 Breve Histórico Desde que saiu das cavernas e até quando passou a viver em habitações projetadas com o auxílio de computadores, o homem vive em construções de alvenaria. É um pouco controverso saber se as primeiras estruturas produzidas produzidas pelo homem foram de alvenaria (de pedra) ou de madeira. Sabe-se que, cerca de vinte milênios anos atrás, o homem de Cro-Magnon (homem pré-histórico) já empilhava pedras na busca da construção de um abrigo. Até meados do século 19 todas as construções tinham estruturas de alvenaria ou madeira. Como várias das estruturas de alvenaria duram até hoje, e têm 100, 200, 300 ou mesmo 3.000 anos de idade, e poucas estruturas de madeira conseguem durar tanto, a história da arquitetura e da construção civil basicamente é o estudo das construções em alvenaria (que sobrevivem para contar a história!). Estruturas de alvenarias com blocos cerâmicos são encontras a pelo menos 10.000 anos. Tijolos secados ao sol eram fabricados e utilizados em diferentes regiões como Babilônia, Egito, Espanha e aqui na América do Sul. Esse tipo de tijolo, chamado de Adobe, era produzido com solo argiloso, areia e água e


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freqüentemente ainda com uma parcela de material orgânico como palha ou mesmo restos de animais. Inicialmente produzidos por simples amassamento e rolamento manual, esse tipo de tijolo evoluiu para a forma retangular como conhecemos hoje. A Figura A Figura 1 mostra foto da cidade de Arg-é Bam, conhecida como a maior estrutura em adobe, construída a pelos 500 anos a.C. Desde então a produção de blocos cerâmicos muito evolui, porém ainda hoje existe a produção de adobe em algumas regiões do planeta.

Figura 1: Cidade de Arg-é Bam, construção em Adobe, 500 a.C. (fonte: en.wiki Image:Iran, Bam.png) Bam.png )

Evolução natural foi a introdução da queima dos blocos, inicialmente realizada em fogueiras a lenha improvisadas, sendo reconhecido que esse tijolos queimados surgiram no Oriente Médio cerca de 3.000 anos a.C. A falta de controle na produção levava a uma variação considerável nas dimensões dos tijolos. Ganho de qualidade aconteceu com a introdução de fornos, sendo esses inicialmente simples buracos cavados no solo. Já na Era Cristã, os Romanos produziam blocos queimados em fornos móveis que podiam ser transportados por suas legiões e foi difundindo por todo o Império Romano. A essa época já havia o uso de moldes e prensagem manual. A primeira máquina para produção de tijolos foi patenteada em 1619 e grande avanço no ocorreu com a introdução do forno tipo Hoffman que permitiu a introdução do processo contínuo de produção (1). Conforme será detalhado no capítulo seguinte, hoje a produção de blocos ocorre de forma totalmente automatizada em todas as fases do processo, desde a mineração, secagem, queima e esfriamento, paletização e entrega. Modernas técnicas de produção de blocos de excelente qualidade, maior entendimento sobre o comportamento estrutural e conhecimento detalhado sobre o material, permitem hoje que grande parcela das construções nacionais, especialmente edifícios residenciais ou comerciais de vãos moderados e baixa ou média altura, seja executada em alvenaria estrutural. Para checar a esse nível, várias etapas foram necessárias nessa longa jornada de conhecimento e aplicação da alvenaria estrutural. A seguir comenta-se brevemente sobre esse histórico.

1.1.1 Antiguidade – Nascimento da Engenharia de Estruturas e da Alvenaria Estrutural Estudar as formas arquitetônicas utilizadas na antiguidade é interessante pois mostra como é possível tirar proveito da forma para viabilizar construções com materiais pouco elaborados. No caso do material “alvenaria”, assim como o concreto, deve-se deve -se entender que uma elevada resistência à compressão pode ser resistida, porém o material falha com baixas tensões de tração. Lembrando que técnica de se utilizar


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o aço resistindo à tração em uma seção mista de alvenaria armada (ou de concreto armado) só surgiu nos últimos 200 anos, as construções até então tinham que ser solicitadas à compressão somente. A forma piramidal foi uma das primeiras soluções encontradas para empilhar blocos de pedra de maneira que fosse possível atingir uma grande altura de forma estável. A pirâmide de Sakkara foi construída com blocos de adobe a cerca de 6.000 anos, e seu construtor, o egípcio Imhotep, é considerado o primeiro engenheiro da humanidade. A pirâmide de Queops construída com blocos de arenito no Egito cerca de 2.500 anos a.C. é um marco na história da alvenaria. Originalmente com 147m de altura foi, por muitos séculos, considerada a mais alta construção humana, assim como várias outras edificações em alvenaria nos século seguintes. O alargamento da base em níveis inferiores, ainda que hoje seja considerada uma solução não econômica, garante a estabilidade da construção. Outros casos de construções piramidais são encontrados em várias regiões r egiões do planeta, incluindo nas Américas.

Figura 2: Pirâmide de Queops no Egito, 3.000 a.C. (fonte http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Pyramide_K http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Pyramide_Kheops.JPG) heops.JPG)

Aproximadamente à mesma época da construção da Pirâmide de Queops é construído na Inglaterra um conjunto de monumentos em alvenaria de pedra, chamado Stonehedge (Figura 3), 3), cujo interesse para nós é observar a solução para vencer o vão. A forma de pórtico utilizada, com pilares e vigas, leva à necessidade de resistência a esforços de tração e compressão no vão da viga, que no caso de alvenaria não-armada, só podia acontecer se não houvesse juntas entre as pedras, em outras palavras o vão só podia ser vencido com uma única pedra, e portanto seu tamanho limitado ao comprimento dessas.

Figura 3: Monumento Stonehedge no Reino Unido, 3.000 aC (fonte http://en.wikipedia.org/wiki/Image:S73 http://en.wikipedia.org/wiki/Image:S7300095.JPG) 00095.JPG)


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Essa mesma solução foi muito utilizada pelos gregos: estrutura na forma de pórtico em alvenaria de pedra. Exemplo marcante, construído em cerca de 500 a.C que existe até hoje, é o Partenon mostrado na na Figura 4 onde percebe-se a necessidade de grande número de pilares em função da limitação do comprimento das vigas de pedra.

Figura 4: Partenon na Grécia, 500 aC (fonte http://en.wikipedia.org/wiki/Imag http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Parthenon_from e:Parthenon_from_west.jpg) _west.jpg)

Evolução da arquitetura grega ocorreu com os romanos que incorporaram e melhoraram suas técnicas. Construções romanas de alvenaria eram produzidas com tijolos cerâmicos queimados de pequena espessura (parecido com os tijolos hoje existentes). Grande contribuição foi a introdução da forma em arco e suas variações espaciais cúpulas (arco rotacionado) e abóbodas (arco transladado). A forma em arco permite que, para determinado carregamento e forma, apenas esforços de compressão atuem. Estava solucionado o problema de como vencer vãos maiores com blocos ou tijolos de dimensões reduzidas unidos por algum tipo de junta (Figura 6). 6). Exemplo marcante é o Coliseu de Roma, construído no ano 70 d.C. utilizando tijolos queimados revestidos com mármore, Figura mármore, Figura 5.

Figura 5: Coliseu em Roma, 70 dC (fonte http://pt.wikipedia.org/wiki/ http://pt.wikipedia.org/wiki/Imagem:Coliseu14.jp Imagem:Coliseu14.jpg) g)

De uma maneira geral, pode-se dizer que os gregos criaram as estruturas em pórticos, depois aperfeiçoadas pelos romanos para a forma de arco, possibilitando maiores vãos com os materiais disponíveis à época. Esse tipo de solução foi extensivamente difundida e utilizada em outras regiões, especialmente no Oriente Médio e Europa onde inúmeras construções impressionantes com alvenaria em forma de arco podem ser encontradas. A forma em arco permitiu também a construção de várias outras estruturas como pontes e viadutos.


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Figura 6: Arco antigo em alvenaria de pedra (fonte http://en.wikipedia.org/wiki/Image:BaraKara http://en.wikipedia.org/wiki/Image:BaraKaram.jpg) m.jpg)

A alvenaria estrutural era ainda produzida em outras partes, como na China, país especialista na arte de de terracotta - tijolos cerâmicos moldados em formato artísticos queimados uma vez, esmaltados e queimados novamente. Exemplo marcante da alvenaria chinesa é a Muralha da China construída com blocos de pedra e tijolos cerâmicos, Figura cerâmicos, Figura 7. Outros 7. Outros exemplos marcantes em pontes e viadutos também marcam a alvenaria chinesa.

Figura 7: Grande Muralha da China (http://en.wiki (http://en.wikipedia.org/wiki/Imag pedia.org/wiki/Image:Chemin_de_ron e:Chemin_de_ronde_muraille_long de_muraille_long.JPG) .JPG)

1.1.2 Renascimento Europeu e Revolução Industrial, Ascensão e Queda da Alvenaria Como Estrutura A partir do século 14 a Europa sai de uma época das trevas (Medieval) e entra em uma fase de grande desenvolvimento cultural que se estende pelas ciências, artes e humanismos. As construções em alvenaria da época incorporam esse movimento, resultando em belas edificações que nos impressionam até hoje, como os palácios e igrejas européias. No século 19 acontece a Revolução Industrial, com desenvolvimento de técnicas que muito aumentam a produção de insumos e movimentos de urbanização, com grande parte da população mudando para as


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cidades. Nesta fase, os edifícios começam a ganhar altura e se tornarem multi-familiares. Inúmeros edifícios em alvenaria estrutural construídos à época duram até hoje (Figura 8). 8).

Figura 8: Edifícios de multi-andares construídos no final do Séc. 19 em fotos recentes (Austrália)

Finalizado em 1901, após 30 anos de construção, o prédio da Prefeitura da Filadélfia (Figura 9), 9), nos Estados Unidos, foi projetado como o maior edifício da época é ainda hoje considerado o maior edifício em alvenaria estrutural já construído. Sua torre central tem 165 metros de altura e foram necessárias paredes de 6,6 metros de espessura no térreo t érreo para construí-lo.

Figura 9: Prédio da Prefeitura da Filadélfia, mais alto edifício em alvenaria estrutural já construído (fonte: http://photos.igougo.com/imag http://pho tos.igougo.com/images/p193177-Phil es/p193177-Philadelphia_PA-City_Ha adelphia_PA-City_Hall.JPG) ll.JPG)

Apesar de ter havido um enorme aumento no número de tijolos e edificações produzidos a partir dessa época, essa também foi a época do surgimento de outros materiais de construção como o ferro fundido, concreto e posteriormente o concreto armado e aço. É o ressurgimento das estruturas aporticadas com novos materiais resistentes a tração que permitem grandes vãos. Uma nova arquitetura surge,


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estruturas de alvenaria de grande espessura são consideradas inviáveis financeiramente. Edificações devem então ter estrutura em concreto armado ou metálica com vedações em alvenaria. Exemplo marcante de edifício desta época é o Edifício Monadnock, construído em Chigaco, EUA, entre 1889 e 1891. Com 16 andares e 60 metros de altura, utiliza blocos cerâmicos nas paredes que têm espessura variável, de 30 cm no topo até o máximo de 1,83 m no térreo. O prédio existe até hoje e, devido ao seu enorme peso, o térreo encontra-se afundado alguns centímetros no solo. O conhecimento sobre o comportamento estrutural da alvenaria na época era escasso. De fato o modelo estrutural previa que todo o esforço lateral devia ser resistido pela parede de fachada. A espessura da parede diminuía a cada andar, mantendo-se o alinhamento da face externa da parede (Figura 10), 10), fazendo com que o peso dos andares superiores fosse descarregado nas paredes inferiores criando uma excentricidade de carga com sentido ao interior do prédio. O momento criado por essa excentricidade não é suficiente para tombar o prédio, mas é suficiente para balancear o momento causado pela força lateral do vento batendo na fachada. Conforme veremos em capítulos seguintes, o modelo estrutural adotado hoje admite que as paredes transversais resistem aos esforços ocasionados pelo vento agindo na fachada. Apesar do sucesso como solução segura (o prédio é habitado e muito bem freqüentado até hoje), as considerações feitas feitas no projeto do do prédio o tornaram anti-econômico. Comenta-se que o construtor deste prédio tornou-se um grande empresário da construção civil da cidade na época e construiu vários outros edifícios altos – – todos a partir de então em estrutura metálica. De fato, uma segunda junta do prédio, construída entre 1891 e 1893, foi feita com estrutura reticulada metálica, marcando o início de uma nova era (estruturas reticuladas de aço ou concreto) e o final de outra (estrutura em alvenaria), que somente várias décadas depois tornar-se-ia to rnar-se-ia competitiva novamente.

Figura 10: Edifício Monadnock, em Chicago(fonte Chicago(fonte:: http://www.greatb http://www.greatbuildings.com/bu uildings.com/buildings/Monadno ildings/Monadnock_Building.html) ck_Building.html)

1.1.3 Pós-Guerra, Ressurgimento da Alvenaria Como Estrutura Ao final da década de 40 a Europa estava arrasada e destruída pela 2º Guerra Mundial, sendo necessário reconstruir inúmeras edificações. A essa época, a alvenaria como estrutura estava desacreditada por entender-se que esse sistema era dispendioso tanto em consumo de materiais e mão-de-obra. Também


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nessa época os engenheiros perceberam que o sistema em pórtico para determinados tipos de construção parecia falho: constrói-se uma estrutura considerando vãos entre pilares, dimensionando-se vigas para vencer esses vãos; entretanto o vazio entre os elementos estruturais era totalmente preenchido com alvenaria, já na época produzida com materiais de boa resistência. Essa concepção para edifícios residenciais multi-familiares, onde existem várias paredes divisórias, não é eficiente. Por que construir pilares e vigas quando as paredes podem servir de suporte às lajes? O que estava faltando eram informações técnicas seguras sobre o comportamento dos materiais constituintes da alvenaria (ou da alvenaria alvenaria como material) e sobre modelos confiáveis de estruturas em alvenaria. Era preciso recuperar, organizar e avançar o conhecimento sobre alvenaria estrutural. Várias pesquisas levaram a grande evolução na engenharia de estruturas de alvenaria a partir de então, com o desenvolvimento de novos materiais e procedimentos de cálculo. Essa evolução se desenvolve até hoje e se traduz na moderna engenharia de estruturas em alvenaria. Exemplo dessa época são os edifícios construídos na Suiça, na década de 50, pelo engenheiro e professor Paul Haller. Na época, edifícios de 18 andares foram construídos com alvenaria não armada com paredes de espessura entre 30 e 37,5 cm, causando uma verdadeira revolução no uso da alvenaria estrutural (Figura 11). 11). Era a primeira vez que métodos racionais de dimensionamento e projeto de alvenaria eram aplicados. Nunca é demais deixar claro que isso só foi possível após exaustivos estudos teóricos e experimentais. Estima-se que apenas Paul Haller tenha testado mais de 1.600 paredes de alvenaria.

Figura 11: Edifício de 18 pavimentos em alvenaria não-estrutural construído em 1957 na Suíça, (fonte: BIA Technical Notes N. 24, 2002) Estudos indicam que se o Monadnock fosse construído hoje em alvenaria estrutural, com materiais e modelos de cálculo modernos, a espessura máxima das paredes seria de 30 cm.

1.1.4 No Brasil Assim como em outros países a alvenaria estrutural brasileira compreende a fase das construções realizadas de maneira empírica (iniciada à 500 anos no Descobrimento do Brasil) e a fase do método racional. Vale registrar antes do Descobrimento, construções de alvenaria já eram realizadas por


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populações indígenas da América do Sul, com destaque para as construções Incas no Peru, que ainda hoje impressionam a humanidade (a cidade de Machu Pichu no Peru foi construída a cerca de 600 anos e tem detalhes de projeto garantindo resistência a abalos sísmicos). Aqui nos ateremos a descrever de forma genérica a fase racional da alvenaria estrutural brasileira. Edifícios de múltiplos andares executados com blocos de qualidade, de elevada e controlada resistência e padrão dimensional, são encontrados no Brasil desde a década de 60. O primeiro grande fabricante brasileiro de blocos iniciou atividades em 1966. Nessa época, pouquíssimos projetistas de estruturas dominavam os conceitos de projetos. A adoção de norma estrangeira, especialmente norte-americana, e mesmo a recorrência a consultores externos para auxiliar no projeto era freqüente. Como as recomendações para projeto eram baseadas em normas estrangeiras, que levam em conta características sociais e ambientais dessas regiões, o uso da alvenaria com alta taxa de armadura e grauteamento era constante. Não existia um único curso de Engenharia Civil com disciplina sobre alvenaria estrutural. Era a época da alvenaria armada. Em 1966 foram construídos os primeiros edifícios com blocos de concreto, de 4 pavimentos. A primeira grande obra foi o Central Parque Lapa, um conjunto de 4 prédios com 12 andares, em alvenaria armada com blocos de concreto. Em alvenaria não-armada, apenas em 1977 foram construídos edifícios de 9 pavimentos com blocos sílico-calcários de espessura igual a 24 cm nas paredes estruturais. Os primeiros empreendimentos tinham tecnologia americana (blocos de concreto e bastante armadura, devido aos terremotos naquele país). Inicialmente surgiram muitas patologias, decorrentes da adaptação da tecnologia importada à mão de obra local, aos materiais e ao clima. A utilização decaiu até 1986, depois de muitas obras arrojadas terem sido executadas. Apenas em 1977 foi formada a primeira comissão de norma para projeto de alvenaria estrutural. Ainda em 1977 é construído, em São Paulo, o primeiro edifício de média altura em alvenaria não-armada, o Edifício Jardim Prudência. Pesquisas sobre alvenaria estrutural com blocos cerâmicos têm início no IPT no final da década de 70, e na Escola Politécnica da USP no início da década seguinte. No final da década de 80 e início dos anos 90, o sistema construtivo ganhou força. Parcerias Universidade-Empresa permitiram a criação de materiais e equipamentos nacionais para produção de alvenaria. O uso da alvenaria não-armada ou com armaduras apenas onde o dimensionamento indicava necessário (antes da revisão atual da norma, chamada de alvenaria parcialmente armada), passa a ser corrente. Estudos comparativos chegam à conclusão de que, para prédios residenciais com vãos moderados e de baixa ou média altura, a opção pela alvenaria estrutural poderia levar a considerável redução no custo. Hoje o sistema é extensivamente utilizado em todas as diferentes regiões do Brasil e é um ramo reconhecido da engenharia. Pesquisadores, projetistas, associações, construtores, enfim toda uma indústria de alvenaria existe em praticamente todos os países com algum grau de desenvolvimento. As melhores universidades brasileiras têm hoje a disciplina na grade curricular do Curso de Engenharia Civil. A primeira norma sobre projeto data de 1989 e trata especificamente do uso de blocos de concreto. Hoje várias edificações são feitas em alvenaria estrutural (AE) no Brasil, desde casas e sobrados, edifícios de 4 pavimentos sem elevador e térreo habitado, até edifícios mais altos de 8, 15, ou mesmo 24


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pavimentos sobre térreo em estrutura de concreto armado (pilotis). Também é comum hoje a utilização de alvenaria estrutural na construção de arrimos, reservatórios, galpões. O primeiro congresso exclusivo sobre o tema, o International Brick & Block Masonry Conference, realizado pela primeira vez em 1967 nos EUA, será realizado no Brasil em 2012. O nível de conhecimento que temos hoje evoluiu enormemente nas últimas décadas, discorrendo sobre cisalhamento, uso de materiais novos como os reforços com plásticos, modelagem numérica, comportamento não-linear, alvenaria protendida, resistência a sismos, entre vários outros.

1.2 Alvenaria Contemporânea Inúmeros edifícios são hoje construídos em alvenaria estrutural, especialmente edifícios residenciais. Casos de edifícios comerciais, ainda que menos freqüentes, são comuns. Usualmente o sistema construtivo é indicado quando não há previsão de alterações na arquitetura (paredes não-removíveis) ou quando essa possibilidade é limitada a alteração de algumas paredes apenas (pavimento com mais de uma opção de planta, previstas na fase de projeto) e para casos de vãos médios moderados de cerca de 4 a 5 metros. Em relação a altura do edifício, a opção por alvenaria estrutural usualmente é mais econômica em edifícios de poucos andares, até cerca de 12 pavimentos. Nesses casos tem-se predominância da ação vertical e do esforço de compressão, em relação à ação horizontal de menor intensidade, viabilizando o uso de alvenaria não armada ou pouco armada. Outras possibilidades de uso do sistema, como em edifícios mais altos, são tecnicamente possíveis, porém usualmente com menor ganho econômico em relação a outros sistemas construtivos.

Porto

Figura 12: Conjunto de 5 pavimentos

Figura 13: Edifício Residencial de 8 em Barueri - SP

Figura 14: Edifício Residencial de 11 pavimentos, em construção em Porto Alegre – RS

A adequação de alvenaria não-armada para edifícios de altura moderada esta relacionada com a boa resistência a compressão da alvenaria (Figura 15). Casos em que a ação horizontal é predominante, como pequenas coberturas, paredes altas de edificações térreas, entre outros, tornam-se viável com o uso de protensão ou alvenaria armada (Figura 16).


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Figura 15: Comportamento básico da alvenaria: boa resistência a compressão, baixa resistência a tração

Figura 16: Painel horizontal em alvenaria protendida com 5,0m de vão durante içamento pelas extremidades (trabalho de mestrado Eng. Paulo R. A. Souza, UFSCar)

1.3 Normas O projeto e execução de obras em alvenaria de blocos cerâmicos e a especificação e controle dos componentes da alvenaria são padronizados pelas prescrições das seguintes normas da ABNT, Associação Brasileira de Normas Técnicas: A. Especificação e controle de componentes a) Blocos Cerâmicos: i. Componentes cerâmicos - Parte 1 - Blocos cerâmicos para alvenaria de vedação - Terminologia e requisitos – requisitos – NBR NBR 15270-1. Rio de Janeiro, 2005. ii. Componentes cerâmicos - Parte 2 - Blocos cerâmicos para alvenaria estrutural Terminologia e requisitos – requisitos – NBR NBR 15270-2. Rio de Janeiro, 2005. iii. Componentes cerâmicos - Parte 3 - Blocos cerâmicos para alvenaria estrutural e de vedação – vedação – Método Método de ensaio – ensaio – NBR NBR 15270-3. Rio de Janeiro, 2005.


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b) Blocos de Concreto: i. Blocos vazados de concreto simples para alvenaria estrutural - NBR 6136. Rio de Janeiro, 2006. ii. Blocos vazados de concreto simples para alvenaria - Métodos de ensaio – ensaio – NBR NBR 12118. Rio de Janeiro, 2007. c) Blocos Sílico-Calcário: i. Bloco sílico-calcário para alvenaria - Parte 1: Requisitos, dimensões e métodos de ensaio – ensaio – NBR14974-1. Rio de Janeiro, 2003. d) Argamassa: i. Argamassa para assentamento e revestimento de paredes e tetos - Preparo da mistura e determinação do índice de consistência – consistência – NBR NBR 13276. Rio de Janeiro, 2005. ii. Argamassa para assentamento e revestimento de paredes e tetos Determinação da retenção de água – água – NBR NBR 13277. Rio de Janeiro, 2005. iii. Argamassa para assentamento e revestimento de paredes e tetos Determinação da densidade de massa e do teor de ar incorporado – incorporado – NBR NBR 13278. Rio de Janeiro, 2005. iv. Argamassa para assentamento e revestimento de paredes e tetos Determinação da resistência à tração na flexão e à compressão – – NBR 13279. Rio de Janeiro, 2005. v. Argamassa para assentamento e revestimento de paredes e tetos Determinação da densidade de massa aparente no estado endurecido – – NBR 13280. Rio de Janeiro, 2005. e) Graute:  i. Ensaio à compressão de corpos de prova cilíndricos de concreto - NBR 5739. Rio de Janeiro, 2007. f) Parede: i. Paredes de alvenaria estrutural - Determinação da resistência ao cisalhamento – cisalhamento – NBR 14321. Rio de Janeiro, 1999. ii. Paredes de alvenaria estrutural - Verificação da resistência à flexão simples ou à flexo-compressão – flexo-compressão – NBR NBR 14322. Rio de Janeiro, 1999. iii. Paredes de alvenaria estrutural - Ensaio à compressão simples – NBR – NBR 8949. Rio de Janeiro, 1985. B. Projeto  a) Blocos de Concreto: i. Alvenaria estrutural — Blocos de concreto Parte 1: Projetos- NBR NBR 15961-1. Rio de Janeiro, 2011. b) Blocos Cerâmicos: i. Alvenaria estrutural — Blocos cerâmicos Parte 1: Projetos- NBR NBR 15812-1. Rio de Janeiro, 2010. C. Execução  a) Blocos de Concreto: i. Alvenaria estrutural — Blocos de concreto Parte 2: Execução e controle de obras - NBR 15961-1. Rio de Janeiro, 2011. b) Blocos Cerâmicos:


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i. Alvenaria estrutural — Blocos cerâmicos Parte 2: Execução e controle de obras NBR 15812-2. Rio de Janeiro, 2010 c) Blocos Sílico-Calcário: i. Bloco sílico-calcário para alvenaria - Parte 2: Execução e controle de obras – obras – NBR14974-2. Rio de Janeiro, 2003.

1.4 Definições De acordo com ABNT NBR 15812 e 15961 têm-se as seguintes definições sobre a alvenaria estrutural: A. Componente: Componente: menor unidade que compõe um elemento da estrutura, incluindo a) Bloco: Bloco: a unidade básica que forma a alvenaria. b) Junta de Argamassa: Argamassa: o componente utilizado na ligação entre os blocos. c) Reforço de Graute: Graute: Componente utilizado para preenchimento de espaços vazios de blocos com a finalidade de solidarizar armaduras à alvenaria ou aumentar sua capacidade resistente. B. Elemento: Elemento: Parte da estrutura suficientemente elaborada constituída da reunião de dois ou mais componentes a) Elemento de alvenaria não-armado: não-armado : elemento de alvenaria no qual a armadura é desconsiderada para resistir aos esforços solicitantes. b) Alvenaria parcialmente armada (apenas NBR10837): NBR10837) : estrutura em que alguns pontos são armados para absorver os esforços calculados, não sendo sendo necessário obedecer critérios de armadura mínima. c) Elemento de alvenaria armado: armado: elemento de alvenaria no qual são utilizadas armaduras passivas que são consideradas para resistência dos esforços solicitantes, definição alterada em relação a NBR10837 que exigia taxa de armadura mínima para consideração como armada, não mais necessária na definição atual. d) Elemento de alvenaria protendido: protendido : elemento de alvenaria no qual são utilizadas armaduras ativas impondo uma pré-compressão antes do carregamento. C. Parede estrutural ou não-estrutural a) Estrutural: Estrutural: toda parede admitida como participante da estrutura (serve de apoio às lajes e outros elementos da construção). b) Não-estrutural: Não-estrutural: toda parede não admitida como participante da estrutura (apóia e impõe um carregamento às lajes ou outro elemento da estrutura). D. Viga, Contraverga, Cinta ou Coxim a) Viga: Viga: Elemento estrutural colocado sobre os vãos de aberturas com a finalidade exclusiva de resistir a carregamentos, usualmente composta de uma ou mais canaletas grauteadas e armadas. b) Contraverga: Contraverga: Elemento estrutural colocado sob os vãos de aberturas, tem por finalidade resistir a tensões concentradas nos cantos da abertura, usualmente composta de uma canaletas grauteada e armada. c) Cinta: Cinta: Elemento estrutural apoiado continuamente na parede, ligado ou não às lajes, vergas ou contravergas, usualmente composta de uma canaleta grauteada e armada, tem por finalidade distribuir cargas distribuídas continuamente sobre a parede, aumentar a resistência da parede para cargas fora do plano da parede ou na direção horizontal do plano da parede. Usualmente é composta de uma fiada de canaletas armadas. d) Coxim: Coxim: Elemento estrutural não contínuo, apoiado na parede, para distribuir cargas concentradas, usualmente composto de canaleta grauteada ou peça de concreto armado.


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E. Enrijecedor: Enrijecedor: Elemento, usualmente usualmente de alvenaria, vinculado a uma parede parede estrutural com a finalidade de produzir um enrijecimento na direção perpendicular ao seu plano, usualmente utilizado quando a parede esta sujeita a carga lateral fora de seu plano ou em paredes altas. F. Diafragma: Diafragma: Elemento estrutural laminar admitido como rígido em seu próprio plano, usualmente a laje de concreto armado que distribui as cargas horizontais para as paredes, conforme será visto nos próximos capítulos. G. Área bruta, líquida ou efetiva: efetiva : d) Bruta: Bruta: Área de um componente (bloco) ou elemento (parede) considerando-se as suas dimensões externas, desprezando-se a existência dos vazios. e) Líquida: Líquida: Área de um componente c omponente (bloco) ou elemento (parede) considerando-se as suas dimensões externas, descontada a existência dos vazios f) Efetiva: Efetiva: Área um elemento (parede) considerando apenas a região sobre a qual a argamassa de assentamento é distribuída, desconsiderando vazios. H. Prisma: Corpo de prova obtido pela superposição de blocos unidos por junta de argamassa, grauteados ou não, a ser ensaiado a compressão. Oferece informação básica sobre resistência a compressão da alvenaria e é o principal parâmetro para projeto e controle da obra I. Amarração direta ou indireta: a) Direta: padrão de distribuição dos blocos no qual as juntas verticais se defasam de no mínimo 1/3 da altura dos blocos. b) Indireta: padrão de distribuição dos blocos no qual não há defasam nas juntas verticais e utiliza-se algum tipo de armação entre as juntas. Paredes de alvenaria estrutural devem ser construídas com amarração direta. Nas revisões atuais das normas, deve ser considerada não-estrutural a parede de blocos a prumo em seu plano (salvo se existir comprovação experimental de sua eficiência ou efetuada a amarração indireta). Encontros de parede devem preferencialmente ser construídos com amarração direta, havendo perda no desempenho estrutural em casos de amarração indireta, conforme será visto nos próximos capítulos. J.

Pilar ou parede: Elementos que resistem predominantemente a cargas de compressão, sendo considerado: a) Pilar: elemento cuja maior dimensão da seção transversal não excede cinco vezes a menor dimensão. b) Parede: elemento cuja maior dimensão da seção seção transversal não excede cinco vezes a menor dimensão. K. Vão efetivo: No dimensionamento de elementos estruturais, define-se o vão efetivo a soma do distância entre as faces internas dos apoios, acrescida, em cada lado, do menor valor entre a distância da face ao eixo do apoio e altura da viga dividia por 2.

Figura 17: Área bruta, líquida e efetiva


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Figura 19: Parede com enrijecedor

Figura 18: Verga, contraverga, graute e armadura Figura 20: Prisma de 2 blocos

Figura 21: Amarração indireta (esquerda) e direta (direita)

Figura 22: Detalhe de graute em encotro de parede e de cinta a meia altura


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2 Materiais e Componentes As propriedades de uma parede dependem da composição dos materiais constituintes: bloco, argamassa, graute e armadura. Os componentes básicos da alvenaria devem apresentar características mínimas de desempenho e conformidade com as especificações de norma e propriedades que possibilitem o cumprimento de requisitos requeridos. A seguir são resumidas as principais considerações a respeito das propriedades dos componentes, bloco, argamassa e graute. Os requisitos e ensaios de cada propriedade são comentados a seguir. Os procedimentos para controle da obra, como amostragem, aceitação ou rejeição, serão discutidos ao final desta apostila.

2.1 BLOCOS Os blocos representam 80 a 95% do volume da alvenaria, sendo determinantes de grande parte das características da parede: resistência à compressão, estabilidade e precisão dimensional, resistência ao fogo e penetração de chuvas, isolamento térmico e acústico e estética. Em conjunto com a argamassa, os blocos também são determinantes para a resistência ao cisalhamento, tração e para a durabilidade da obra. São, portanto, as unidades fundamentais da alvenaria. Blocos cerâmicos estruturais usualmente são fabricados por extrusão (e não por prensagem), a partir de uma mistura de um ou mais tipo de argila com aditivos, e queimados em fornos com temperatura variando entre 800 e 1100 graus. As fábricas mais modernas possuem forno do tipo túnel, com rigoroso controle de temperatura. Como o próprio nome diz esse forno tem forma um túnel por onde os blocos ainda “verdes” correm, atravessando fases de aquecimento (inicio do túnel, com menor temperatura), queima e esfriamento (final do túnel). Todo esse processo permite uma queima uniforme de todos os blocos e resulta em um produto de maior qualidade, sujeito a menores variações tanto de resistência quanto dimensionais. Nas fábricas mais simples o forno é do tipo “capela”, uma câmara em formato onde todos os blocos são alocados e a queima é feita. feita. A utilização desses fornos usualmente leva a queimas mais irregulares, os blocos que ficam mais perto das paredes queimam de forma diferente dos blocos da parte central do forno, gerando maior variação entre as propriedades dos blocos. Desta forma pode-se perceber que pode haver uma grande diferenciação na qualidade dos blocos em função do porte da fábrica. Na Região Sudeste, blocos cerâmicos são usualmente utilizados em edifícios baixos, usualmente até 7 pavimentos. Prédios de 8 a 9 pavimentos são possíveis, porém geralmente tem maior necessidade de grauteamento. Na Região Sul existem casos de utilização para edifícios de até 10 pavimentos, com pouco grauteamento. Blocos de concreto são usualmente vazados, ou seja, possuem área líquida inferior 75% da área bruta do bloco conforme classificação da NBR 6136. Os blocos sílico-calcario podem ser vazados ou perfurados. Quanto a sua forma, blocos cerâmicos podem ser classificados como: a) De paredes vazadas vazadas - aquele cujas paredes externas e internas i nternas apresentam vazados.


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b) Com paredes maciças maciças - aquele cujas paredes externas são maciças e as internas podem apresentar vazados, sendo a relação da área líquida para a área bruta não maior que 65%. c) Perfurado Perfurado - aquele com vazados distribuídos em toda a sua face de assentamento sendo a relação da área líquida para a área bruta não maior que 75%, utilizados em alvenaria não-armada apenas.

a) de paredes vazadas

b.1) com paredes maciças (paredes internas também maciças)

b.2) com paredes maciças (paredes internas vazadas)

c) perfurado

Figura 23: Formatos de blocos cerâmicos estruturais

Para perfeita modulação, são fabricados blocos de diferentes formas: inteiros ou padrão que forma a maior parte da parede, meio-bloco para permitir a amarração no plano da parede, bloco de 45 ou 54 cm que permite amarração entre paredes, blocos canaletas para confecção de vergas, contravergas, cintas, blocos jota e compensador para encontro com a laje. Voltaremos ao tema sobre modulação posteriormente. O catálogo completo dos componentes em blocos disponíveis é usualmente oferecido pelos fabricantes.

Figura 24: Bloco cerâmico, sílico-calcario e de concreto mais comuns

Os blocos de concreto são fabricados em todas as regiões do Brasil, podendo ter sua resistência controlada em função do traço adotado, chegando a valores entre 4,0 a 20,0 MPa, o que permite sua utilização em edifícios baixos e altos. São fabricado a partir de uma mistura cimento-areia-pedrisco + aditivos, moldados em formas e vibroprensados. As fábricas mais modernas possuem cura a vapor e todo o processo de fabricação do bloco, desde a dosagem com controle de umidade, até a montagem das pilhas finais, automatizado.


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Blocos sílico-calcário são formados por areia e cal moldado por prensagem e curado em autoclaves (por vapor a alta pressão). São blocos de grande resistência (6 a 20 MPa), e tem como desvantagem desvantagem é a existência de poucos fornecedores. São blocos de boa aparência e acabamento e boa precisão dimensional. Os requisitos funcionais dos blocos para se construir uma parede eficiente são: resistência a esforços mecânicos, durabilidade frente a agentes agressivos, estabilidade e precisão dimensional. Outras características importantes são os parâmetros físicos (densidade aparente, condutibilidade térmica, absorção total), que determinam as características da parede (resistência ao fogo, à penetração de chuva, isolamento térmico e acústico). Os requisitos de ordem estética também devem ser considerados. A seguir se detalham algumas destas características.

2.1.1 Identificação e Aparência Visual Para blocos cerâmicos, durante a fabricação cada bloco deve ser identificado através da gravação em alto ou baixo relevo das seguintes informações: a) Identificação da Empresa. b) Dimensões de fabricação em centímetros (cm), na seqüência largura (L), altura (H) e comprimento (C), (L x H x C), podendo ser suprimida a inscrição da unidade de medida (cm). c) As letras EST (indicativo da sua condição estrutural). d) Indicação de rastreabilidade (número ou sigla que identifique o lote de fabricação). Em todos os casos deve-se atender a requisitos de características visuais não apresentando defeitos como: quebras, superfícies irregulares ou deformações que impeçam seu emprego na função especificada. Se for utilizado aparente deve ainda atender a critério de aparência definido de comum acordo entre o fabricante e o comprador.

2.1.2 Resistência Mecânica A principal característica de um bloco é a sua resistência característica a compressão (f bk bk), referida sempre à área bruta do bloco. Essa é fundamental para a resistência da parede (f k), sendo o material do bloco e a sua resistência fatores predominantes na resistência a compressão de uma parede. Ainda que as outras características sejam também de fundamental importância, a qualidade de um bloco é na maioria das vezes medida pela sua resistência a compressão. Blocos cerâmicos devem ter resistência mínima de 3,0 MPa, sendo recomendável a utilização de blocos mais resistentes (10,0 MPa) para o caso de alvenarias aparentes. O bloco estrutural cerâmico mais encontrado no mercado atual é o de 6,0 MPa, sendo poucos os fabricantes que conseguem produzir blocos de maior resistência.


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Para o caso de blocos de concreto, a mínima resistência a compressão a ser especificada em um projeto é de 4,0 MPa quando as paredes são revestidas ou 6,0 MPa para alvenarias aparentes. Outras resistências disponíveis são 8,0; 10,0; 12,0 e assim por diante até cerca de 20,0 MPa. O mesmos valores podem ser admitidos para blocos sílicos-calcários. sílicos-cal cários. O ensaio é realizado por simples compressão de uma amostra de blocos. Antes do ensaio os blocos cerâmicos devem ser saturados através de imersão em água por pelo menos seis horas. A determinação da resistência característica (f bk bk) dos blocos ensaiados pode ser calculada conforme abaixo. O valor ser aceito é aquele indicado no projeto estrutural, conforme será visto em capítulo seguinte. Tabela 1: Cálculo de f bk bk

NOTAÇÃO / PARÂMETROS PARÂMETROS fbk,est = resistência característica estimada da amostra, expressa em MPa; fb(1), fb(2),…, fbi = valores de resistência r esistência à compressã compressão o individual do s corpos-de-prova da amostra, ordenados crescentemente; crescentemente; i = n/2, se n for par; i =(n -1)/2, se n for ímpar; n é igual à quantidade de blocos da amostra Quantidade de blocos

Ø

6

7

8

9

10

0,89 0,91 0,93 0,94 0,96

11

0,97 0,97

12

13

0,98 0,99

14

1,00 1,00

15

fbk1=

18

1,01 1,02 1,04

Blocos de Concreto (NBR6136-2006)  n ≥ 6 Blocos Cerâmicos (NBR15270-2005)  n ≥

16

13

 f 1  f 2  ...fbi-1 )   fb i  i -1  

2

 fb1  .......  fbn   n  

fbk2 = 

fbk3 = Ø x fb1 fbk4 = maior valor entre fbk1 e fbk3 fbk = menor valor entre fbk2 e fbk4

Blocos Sílico Calcários (NBR14974-2003) fbk = fb – Sn Sn

fb é a média aritmética das resistências à compressão da amostra, Sn é o desvio-padrão da resistência à compressão da amostra


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2.1.3 Precisão Dimensional A precisão dimensional dos blocos é diretamente está ligado à da parede. Caso haja variação da espessura dos blocos, a parede também terá variação na sua espessura. Para compensar essa variação a camada de revestimento revestimento da parede deverá então ser maior, aumentando o custo da obra. Se a espessura for reduzida em relação ao especificado há alguma redução na resistência da parede também. Já as variações na altura e comprimento do bloco comprometem principalmente as juntas de argamassa, horizontais e verticais, respectivamente. Alterações na espessura de juntas verticais podem ser prejudiciais à modulação (não é possível a distribuição dos blocos conforme desenho do projeto pois esses tem tamanho diferente) e, em casos extremos, comprometer a resistência ao cisalhamento. Alterações na espessura da junta horizontal ocasionam variações no pé-direito do pavimento e pode diminuir a resistência a compressão da parede (quanto mais espessa a junta, menor a resistência a compressão). A espessura da parede do bloco é outra especificação a ser controlada, de grande importância para garantir a resistência do bloco; uma pequena variação de 1 mm nessa espessura pode significar uma grande redução na área líquida do bloco e portanto na quantidade de material resistente. Também devem ser verificados o desvio em relação ao esquadro e a planeza das faces dos blocos. Variações nesses dois últimos parâmetros criam excentricidades, diminuindo a resistência dos blocos. Os ensaios de controle das dimensões do bloco são simples, basicamente medir cada uma das dimensões e anotar valores mínimos, médios e máxima diferença em relação ao mínimo e à média.

Tabela 2: Ensaios e requisitos dimensionais para blocos

Blocos de Concreto (NBR6136-2006) l a a n i o c i n s n â r e e l m o i T D

Largura Altura Comprimento

Absorção

Blocos Cerâmicos (NBR15270-2005)

Blocos Sílico Calcários (NBR14974-2003)

± 2mm ± 5mm (individual) ± 3mm Menor que 10%

± 2mm ± 3mm (média) Entre 8 e 22%

Entre 10 e 18%

2.1.4 Absorção de Água O ensaio de índice de absorção de água basicamente consiste em determinar a massa do bloco seco e a massa do bloco depois de imerso ou por 2 horas em água fervente ou por 24 horas em água à temperatura ambiente. Obtém então a proporção de quanta água esse absorveu em relação à sua massa seca (em %). No caso da água quente mede-se a absorção em um ambiente mais agressivo de maior temperatura e pressão, com aumento no tamanho dos poros. O ensaio mede indiretamente a porosidade do bloco e é um bom indicador da qualidade deste. Em geral, blocos de menor absorção são mais resistentes resistentes e duráveis. duráveis. Um ponto importante ligado à

Apostila Alvenaria Estrutural - UFSCAR - Parsekian.pdf

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