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SET 606 - ALVENARIA ESTRUTURAL Notas de Aula

Marcio Antonio Ramalho Márcio Roberto Silva Corrêa

São Carlos Dezembro/1999

1. INTRODUÇÃO1
1.1. Aspectos Históricos1
1.2. Classificação Geral das Paredes de Alvenaria4
1.3. Aspectos Técnicos / Econômicos4
2. MODULAÇÃO1
2.1. Conceitos Básicos1
2.2. Importância da Modulação1
2.3. Blocos de concreto usualmente utilizados1
2.4. Escolha da Modulação a ser Utilizada12
2.5. Modulação Horizontal – Principais Detalhes13
2.6. Soluções Recomendadas para Cantos e Bordas15
2.6.1. Módulo longitudinal e espessura 15 cm15
2.6.2. Módulo de 20 cm e espessura de 15 cm17
2.7. Modulação Vertical – Principais Detalhes20
3.1. Conceitos e Definições2
3.2. Principais Sistemas Estruturais2
3.2.1. Paredes transversais2
3.2.2. Paredes celulares2
3.2.3. Sistema complexo23
3.3. Cargas Verticais23
3.3.1. Cargas provenientes da lajes24
3.3.2. Peso próprio das paredes26
3.4. Ações Horizontais26
3.4.1. Ação dos ventos26
3.4.2. Desaprumo31
3.4.3. Sismos31
4. DISTRIBUIÇÃO DAS AÇÕES VERTICAIS32
4.1. Interação de Paredes32
4.2. Importância da Uniformização das Cargas3
4.3. Influência do Processo Construtivo34
4.4. Procedimentos de Distribuição34
4.4.1. Paredes isoladas35
4.4.2. Grupos de paredes isolados35
4.4.3. Grupos de paredes com interação36
4.4.4. Modelagem tridimensional em elementos finitos37
4.5. Exemplo de Aplicação37
4.6. Verificação de Dano Acidental38
5. DISTRIBUIÇÃO DAS AÇÕES HORIZONTAIS40
5.1. Considerações Básicas40
5.2. Consideração de Abas ou Flanges41
5.3. Contraventamento Simétrico41
5.3.1. Paredes isoladas42
5.3.2. Paredes com aberturas42
5.4. Contraventamento Assimétrico4
5.5. Consideração de Trechos Rígidos46
5.6. Estabilidade Global da Estrutura de Contraventamento47
5.6.1. Conceitos básicos47
5.6.2. Classificação das estruturas de contraventamento48
5.6.3. Avaliação dos acréscimos de 2a ordem48
5.6.4. Deslocabilidade das estruturas por processos simplificados49
6. TENSÕES ADMISSÍVEIS53
6.1. Tensões Admissíveis x Estados Limites53
6.2. Prismas54
6.3. Tensões admissíveis segundo a NBR 1083756
6.4. Comentário Final61
7. VERGAS E VIGAS62
7.1. Conceitos Básicos62
7.2. Hipóteses Básicas62
7.3. Flexão simples62
7.3.1. Equações Básicas62
7.3.2. Dimensionamento da seção retangular com armadura simples6
7.3.3. Dimensionamento da seção retangular com armadura dupla69
7.3.4. Observações Importantes70
7.3.5. Exemplos de Aplicação71
7.3.6. Utilização de tabelas73
7.3.7. Dimensionamento à força cortante7
7.3.8. Exemplos de aplicação79
8. PAREDES E PILARES82
8.1. Conceitos Básicos82
8.2. Esbeltez82
8.3. Compressão Axial82
8.3.1. Introdução82
8.3.2. Exemplos de aplicação83
8.4. Compressão Localizada ( contato )86
8.4.1. Introdução86
8.4.2. Exemplo de aplicação86
8.5. Flexão Composta87
8.5.1. Introdução87
8.5.2. Alvenaria não-armada87
8.5.2.1. Considerações gerais8
8.5.2.2. Seção exclusivamente comprimida8
8.5.2.3. Seção submetida a tração e compressão8
8.5.2.4. Exemplo de aplicação89
8.5.3. Alvenaria armada90
8.5.3.1. Considerações gerais90
8.5.3.2. Seção submetida a tração e compressão90
8.5.3.3. Exemplo de aplicação93
8.5.4. Dimensionamento à força cortante96
8.5.4.1. Introdução96
8.5.4.2. Alvenaria não-armada96
8.5.4.3. Alvenaria armada97
8.5.5.1. Introdução9
8.5.5.2. Exemplo100
8.5.6. Observação101
9. TEMAS COMPLEMENTARES104
9.1. Aderência e ancoragem104
9.1.1. Introdução104
9.1.2. Tensão de aderência104
9.1.3. Comprimento de ancoragem104
9.1.4. Ganchos e ancoragens105
9.1.5. Emendas106
9.2. Disposições construtivas107
9.2.1. Introdução107
9.2.2. Paredes107
9.2.3. Pilares e enrijecedores107
9.2.4. Vigas108

A alvenaria é um sistema construtivo muito tradicional, tendo sido muito utilizada desde o início da atividade humana de executar estruturas para os mais variados fins. Utilizando blocos de diversos materiais, como argila, pedra e muitos outros, foram produzidas obras que desafiaram o tempo, atravessando séculos ou mesmo milênios e chegando até nossos dias como verdadeiros monumentos à engenhosidade humana.

Dentre as muitas grandes obras executadas em épocas mais ou menos antigas através desse processo construtivo pode-se destacar:

Pirâmides de Guizé

São três grandes pirâmides construídas em blocos de pedra que datam de aproximadamente 2600 anos antes de Cristo. A Grande Pirâmide mede 147 m de altura e sua base é um quadrado de 230 m de lado. Em sua construção foram utilizados aproximadamente 2,3 milhões de blocos, com peso médio de 25 kN. Por essas características são grandes monumentos da antiguidade, símbolo da capacidade dos faraós de se utilizar de verdadeiros exércitos de trabalhadores durante longos períodos.

Fig 1.1 – Grande Pirâmide de Guizé

Farol de Alexandria

Construído em uma das ilhas do porto de Alexandria, aproximadamente 280 anos antes de Cristo, é o mais famoso e antigo farol de orientação. Com 134 m de altura, foi destruído por um terremoto no século XIV.

Fig 1.2 - Farol de Alexandria

2 ALVENARIA ESTRUTURAL

Templo do sol, Teotihuacan

Construído no México entre 50 e 100 DC com blocos de argila revestidos por pedra.

Tem aproximadamente 65 m de altura. A pirâmide é alinhada com a linha entre o nascente e o poente no solstício de verão.

Fig 1.3 - Templo do sol, Teotihuacan

Catedral de Reims

É talvez o melhor exemplo de uma catedral gótica. Construída entre 1211 e 1300 dC demonstra a aprimorada técnica de se conseguir vãos relativamente grandes utilizando apenas estruturas comprimidas. Seu interior é amplo, com os arcos que sustentam o teto apoiados em pilares esbeltos, que por sua vez são contraventados adequadamente por arcos externos.

Fig 1.4 - Catedral de Reims

Edifício Monadnock

Construído em Chicago de 1889 a 1891. 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. Entretanto, por causa dos métodos empíricos de dimensionamento empregados até então, as paredes na base tem 1,80 m de espessura. Se

INTRODUÇÃO 3 fosse dimensionado pelos procedimentos utilizados atualmente, com os mesmos materiais, essa espessura seria inferior a 30 cm.

Fig 1.5 - Edifício Monadnock

Alvenaria não-armada na Suíça

Outro marco importante na história das construções em alvenaria é um edifício construído em 1950 com 13 pavimentos e 42 m de altura, em alvenaria não-armada. A espessura das paredes é de 15 cm nas internas e 37,5 cm nas externas, sendo essa diferença provavelmente devida a aspectos de conforto térmico.

Primeiros edifícios no Brasil

Em termos de Brasil, a alvenaria demorou muito a encontrar o seu espaço. Apenas em 1966 foram construídos os primeiros edifícios em blocos de concreto, em São Paulo, com apenas 4 pavimentos. Edifícios um pouco mais elevados foram construídos, também em São Paulo, em 1972: 12 pavimentos em alvenaria armada de blocos de concreto.

Em alvenaria não-armada, apenas em 1977 foram construídos os primeiros edifícios com 9 pavimentos, compostos por blocos sílico-calcários, com 24 cm de espessura para as paredes estruturais.

Situação atual no Brasil

Atualmente no Brasil o sistema construtivo em alvenaria tem experimentado um grande impulso. Devido à estabilização da economia, a concorrência tem feito com que um número crescente de empresas passe a se preocupar com os custos, acelerando as pesquisas e a utilização de novos materiais.

Dentro do sistema alvenaria, a alvenaria não-armada de blocos vazados de concreto parece ser o mais promissor, tanto pela economia proporcionada como pelo número de fornecedores já existentes. Sua utilização é mais indicada em edificações residenciais de padrão baixo ou médio com até 12 pavimentos. Nesses casos utilizam-se paredes com espessura de 15 cm e a resistência normalmente necessária é de 1 MPa para cada pavimento acima do nível considerado.

Entretanto, a alvenaria de blocos cerâmicos também ganha força, com o aparecimento de fornecedores confiáveis para resistências da ordem de 10 MPa. Apesar

4 ALVENARIA ESTRUTURAL de, no momento, serem mais utilizados em edificações de poucos pavimentos, pode-se considerar que dentro de algum tempo os blocos cerâmicos passarão a disputar com os blocos de concreto a utilização em edifícios de até 10 pavimentos.

De modo a facilitar o entendimento dos termos a serem utilizados nos itens subsequentes, é interessante desenvolver uma classificação das paredes de alvenaria quanto a três itens básicos: função, tipo de bloco e armadura.

Quanto à função · não-portante: que não tem função estrutural • portante: que tem função estrutural

Quanto ao bloco • maciça: composta por blocos maciços

Quanto à armadura • armada: que possui armadura com função estrutural direta

Sempre que se fala de um novo sistema construtivo, é imprescindível que se discutam os aspectos técnicos/econômicos envolvidos. No caso da alvenaria pode-se ressaltar as principais vantagens e desvantagens envolvidas, quando se considera uma comparação com o processo convencional de produção de edifícios de concreto armado:

Vantagens • economia de formas

Desvantagens • impossibilidade de adaptar arquitetura para um novo uso

Dos itens apresentados, pode-se perceber que, em termos gerais, a principal vantagem da utilização da alvenaria estrutural reside numa maior racionalidade do sistema executivo.

O próprio fato das paredes não admitirem intervenções posteriores significativas, como rasgos ou aberturas para a colocação de instalações hidráulicas e elétricas, é uma importante causa da eliminação de desperdícios. Assim, o que poderia ser encarado como uma desvantagem torna-se na verdade uma vantagem importante, por eliminar a

INTRODUÇÃO 5 possibilidade de improvisações que encarecem significativamente o preço de uma construção.

Quanto às desvantagens, deve-se ressaltar a impossibilidade de se efetuar modificações na disposição arquitetônica original. Em termos de Brasil, essa limitação é um importante inibidor de vendas e até mesmo um fator que pode comprometer a segurança de uma edificação durante a sua vida útil.

1.4. Definições (NB-1228 e NBR 8798, com adaptações)

Apresenta-se a seguir uma lista com as principais definições necessárias ao estudo de estruturas em alvenaria estrutural.

Componente

Ente que compõe os elementos da obra. Os principais são: blocos, argamassa de assentamento, graute e armaduras.

Bloco

Componente básico da alvenaria. É considerado vazado se a área de vazios ultrapassa 25% da total. Em caso contrário é considerado maciço. Em geral, para os vazados, a percentagem de vazios é de 50%.

Fig 1.6 - Alguns blocos utilizados em alvenaria estrutural

Bloco Canaleta

Bloco preparado para a colocação de armaduras horizontais. Possui a seção em forma de U. É utilizado em cintas, vergas e contravergas.

Fig 1.7 - Bloco canaleta típico

Bloco Compensador

Bloco, geralmente canaleta, com altura diferente do módulo vertical da edificação. É utilizado junto às lajes do pavimento quando o pé-direito de piso a piso é que se encontra modulado.

Bloco Jota

Bloco em que uma das laterais é maior que a outra. Utilizado em paredes externas para facilitar a concretagem do pavimento.

6 ALVENARIA ESTRUTURAL

Fig 1.8 - Bloco “Jota” típico

Blocos Especiais

Blocos que fogem aos padrões mais usuais. Têm grande utilização principalmente em encontros de paredes e outros pontos específicos.

Argamassa de Assentamento ( ou Argamassa )

Componente utilizado na ligação entre blocos, garantindo distribuição uniforme de esforços. A plasticidade e também a resistência são características fundamentais.

Graute

Componente utilizado para preenchimento dos vazios de blocos e canaletas com a finalidade de solidarização de armaduras e aumento da capacidade portante. É considerado “fino” se o diâmetro dos agregados não ultrapassa 4,8 m. Em caso contrário é considerado “grosso”.

Elemento

Parte da obra suficientemente elaborada, constituída da reunião de um ou mais componentes.

Estruturas de Alvenaria Não-Armada

Estruturas de alvenaria onde a armadura tem finalidade construtiva ou de amarração, não sendo considerada na absorção dos esforços.

Estruturas de Alvenaria Parcialmente Armada

Estruturas de alvenaria nas quais em alguns elementos estão dispostas armaduras que são consideradas na absorção dos esforços.

Estruturas de Alvenaria Armada

Estruturas de alvenaria nas quais em todos os elementos estão dispostas armaduras que são consideradas na absorção dos esforços.

Parede

Elemento laminar vertical, apoiado de modo contínuo em toda sua base, com comprimento “c” maior que cinco vezes a sua espessura “e” (Fig 1.9 a).

Pilar

Elemento estrutural em que o comprimento “c” é menor que cinco vezes a sua espessura “e”. Em caso de seções compostas por retângulos (L, T ou Z), a limitação é para cada ramo (Fig 1.9 b).

INTRODUÇÃO 7

a) b) Fig 1.9 - Parede e pilar

Parede Portante

Toda parede admitida no projeto como suporte de outras cargas, além do próprio peso.

Parede Não Portante

Toda parede não admitida no projeto como suporte de outras cargas, além do próprio peso.

Parede de Contraventamento

Toda parede portante admitida no projeto absorvendo forças horizontais provenientes de ações externas e/ou efeitos de 2a ordem.

Verga

Elemento estrutural colocado sobre os vãos de aberturas com a finalidade de transmitir esforços verticais sobre os trechos de parede adjacentes.

Contraverga

Elemento estrutural colocado sob os vãos de aberturas com a finalidade absorver tensões de tração concentradas nos cantos.

Fig 1.10 - Abertura com verga (acima) e contraverga (abaixo)

8 ALVENARIA ESTRUTURAL

Coxim

Elemento estrutural não contínuo, apoiado na parede, com a finalidade de distribuir cargas concentradas.

Fig 1.12 - Coxim

Cinta

Elemento estrutural apoiado continuamente na parede, ligado ou não às lajes, vergas ou contravergas, com a finalidade de transmitir esforços uniformes à parede que lhe dá apoio ou servir de travamento e amarração.

Fig 1.1 - Cintas sob a laje e à meia altura

Enrijecedores

Elementos estruturais vinculados a uma parede portante com a finalidade de produzir um enrijecimento na direção perpendicular ao seu plano.

Fig 1.13 - Enrijecedores de uma parede

INTRODUÇÃO 9

Diafragma

Elemento estrutural laminar admitido como totalmente rígido em seu próprio plano e sem rigidez na direção perpendicular. Normalmente, as lajes maciças podem ser consideradas como diafragmas.

Excentricidade

Distância entre o eixo de um elemento estrutural e a resultante de uma determinada ação.

Junta de Dilatação

Juntas que secionam todos os elementos estruturais de uma região, isolando trechos da obra.

Traço

Expressão das proporções, adequadas a cada caso, entre as quantidades dos materiais que compõem a argamassa e o graute.

Dosagem

Conjunto de operações para o estabelecimento do traço de uma argamassa ou graute.

Área Bruta

Área de um componente ou elemento considerando as suas dimensões externas, desprezando a existência dos vazios.

Área Líquida

Área de um componente ou elemento considerando as suas dimensões externas e descontando a área dos vazios.

Dimensões Nominais

Dimensões reais de um componente ou elemento mais a dimensão da argamassa necessária ao seu assentamento ou ao seu revestimento.

Eficiência de uma Parede

Relação entre a resistência de uma parede, constituída por blocos, argamassa e graute, e a resistência do bloco considerado isoladamente.

Modulação

Acerto das dimensões em planta e do pé-direito da edificação, em função das dimensões dos blocos, de modo a não se necessitar, ou pelo menos reduzir drasticamente, cortes ou ajustes necessários à execução das paredes.

10 ALVENARIA ESTRUTURAL

Amarração entre Paredes

Procedimento destinado a garantir que haja transmissão de esforços nos encontros entre duas ou mais paredes. Essa ligação pode ser feita exclusivamente pela colocação conveniente dos blocos ou com a utilização de “grampos” ou outras armaduras.

a) b) Fig 1.14 - Amarração por blocos (a) e por grapas (b)

No item anterior apresentou-se a definição de modulação com sendo o acerto das dimensões em planta e do pé-direito da edificação, em função das dimensões dos blocos, de modo a não se necessitar, ou pelo menos reduzir drasticamente, cortes ou ajustes necessários à execução das paredes.

Já o bloco, componente básico da alvenaria, pode ser definido por três dimensões principais: comprimento, espessura e altura. O comprimento, e pode-se dizer também a espessura, definem o módulo horizontal, ou módulo em planta. Já a altura define o módulo vertical, a ser adotado nas elevações.

Dentro dessa perspectiva, percebe-se que é muito importante que o comprimento e a espessura sejam ou iguais ou múltiplos, de maneira que efetivamente se possa ter um único módulo em planta. Se essa condição não for atendida, será necessário que se utilizem blocos especiais para a correta amarração das paredes.

A modulação é um procedimento absolutamente fundamental para que uma edificação em alvenaria estrutural possa resultar econômica e racional. Se as dimensões não forem moduladas, como os blocos não devem ser cortados, os enchimentos resultantes certamente levarão a um custo maior e uma racionalidade menor para a obra em questão.

Esse custo mais elevado se verifica não só em relação à mão-de-obra para execução dos enchimentos propriamente ditos, mas também pelo seu efeito negativo no próprio dimensionamento da estrutura como um todo. O fato das paredes estarem trabalhando isoladas, conseqüência praticamente inevitável dos enchimentos, faz com que a distribuição das ações entre as diversas paredes de um edifício seja feita de forma a penalizar em demasia alguns elementos e conseqüentemente a economia do conjunto.

Muitos tamanhos de blocos podem ser utilizados em uma edificação em alvenaria estrutural. Dependendo do tipo de bloco a ser utilizado, maciço ou vazado, cerâmico ou de concreto, existem dimensões usualmente encontradas.

A NBR-6136 “Blocos Vazados de Concreto Simples para Alvenaria Estrutural” especifica duas espessuras padronizadas: espessura nominal de 15 cm, dos denominados blocos M-15, e espessura nominal de 20 cm, dos denominados blocos M-20. Entretanto, segundo a norma, os comprimentos padronizados serão sempre 20 e 40 cm, e as alturas, 10 e 20 cm. A padronização adotada, em especial quanto ao comprimento, é adequada à espessura de 20 cm, mas revela-se inadequada à espessura de 15 cm. Os motivos dessa inadequação serão mostrados com detalhes a seguir.

12 ALVENARIA ESTRUTURAL

Em termos de Brasil, são mais facilmente encontrados blocos de modulação longitudinal de 15 cm e 20 cm, ou seja, comprimentos múltiplos de 15 e 20 cm. Em algumas regiões, especialmente no Norte e Nordeste, é comum o módulo 12 cm. Usualmente, a espessura é igual ao módulo longitudinal, mas para o caso de blocos de módulo longitudinal 20 cm, pode-se encontrar espessuras de 15 ou 20 cm, de acordo com a padronização apresentada pela NBR-6136. Já em termos de altura, não é comum encontrar valores diferentes de 20 cm, exceto para blocos compensadores.

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