RESUMO:
A alvenaria estrutural tem sido largamente utilizada na construção civil em razão das suas facilidades construtivas e do seu histórico de economia no custo das obras que a emprega, portanto é necessário o desenvolvimento de ferramentas que facilitem os processos de cálculo desse sistema construtivo, incentivando ainda mais a sua utilização e pesquisas relacionadas aos benefícios desse método.
Procedimentos de verificações de resistência estrutural em estados limites últimos (ELU) são realizadas em diversos procedimentos construtivos com instruções normativas nacionais. Neste estudo, dever-se-ão atender os requisitos constantes nas normas ABTN NBR 15812 (2010) – Alvenaria Estrutural – Blocos cerâmicos – Parte 1: Projetos e ABNT NBR 15961 (2011) Alvenaria Estrutural – Blocos de concreto – Parte 1: Projetos.
Uma ferramenta foi criada para a verificação do dimensionamento dos painéis de alvenaria estrutural em Estado Limite Último – ELU, de forma a otimizar os procedimentos que necessitam cálculos relacionados às verificações de compressão axial, cisalhamento e flexo-compressão painéis de alvenaria estrutural.
1 INTRODUÇÃO
As alvenarias são usadas como componente estrutural de edificações há milhares de anos. Primeiramente, de forma improvisada e instintiva, eram usadas rochas que vedavam a edificação e ao mesmo tempo a suportava. No quarto milênio a.C. a argila começou a ser utilizada para fabricação de tijolos utilizados na construção como estrutura e vedação. Diversas edificações históricas foram construídas levando-se em consideração que a alvenaria não seria apenas um elemento de vedação e sim parte estrutural.
O crescimento da indústria fez com que elementos fabricados com cimento e vergalhões de aço fossem mais utilizados nos processos construtivos. No século XX houve a expansão da utilização de concreto armado no Brasil e vários estudos foram redirecionados para esse método de construção contribuindo para que o concreto armado tornasse um material hegemônico no país, não só pela amplitude de formas estruturais, mas também por ser relativamente barato e não exigir uma mão de obra especializada.
Em meados da década de 50 é que a alvenaria estrutural tomou um lugar mais técnico no mundo da construção. A partir da expansão da produção de blocos de concreto vazados nos Estados Unidos da América, diversos estudos, códigos e normas foram elaborados contribuindo para a crescente utilização da alvenaria de forma estrutural. No Brasil, entre 1964 e 1976, diversas unidades habitacionais foram construídas em alvenaria estrutural, mas ainda precisava-se de muitas pesquisas para que as dúvidas sobre esse novo método de construção fossem sanadas.
O uso de alvenaria como elemento estrutural teve seu apogeu na década de 80, quando as construtoras começaram a investir em estudos para tornar esse método mais vantajoso. O ânimo era grande, pois a aplicação desse tipo de estrutura apresentava agilidade no processo construtivo e economia em relação ao sistema convencional de concreto armado.
Pela falta de estudos e pesquisas, muitas patologias foram verificadas nas estruturas de alvenaria estrutural e muitas delas erroneamente diagnosticada como sendo a alvenaria a principal causa. Porém, ainda hoje os baixos custos de aplicação vêm incentivando o uso desse sistema por grandes construtoras brasileiras e consequentemente pesquisas. Muitos estudos ainda devem ser feitos, porém já se observa que esse é um sistema vantajoso para a construção civil e que há muito trabalho a ser realizado.
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
2.1 Alvenaria estrutural
No sistema de alvenaria estrutural as cargas são suportadas pela alvenaria de tal forma que ela faz o papel de vigas e pilares do sistema convencional de concreto armado.
Conforme descrito por CAMACHO (2006) é necessário considerar que as paredes desse processo construtivo trabalhem de forma combinada com as lajes formando um sistema estrutural que resiste às ações verticais e horizontais, de forma que as lajes transmitam carga às paredes e essas transmitem as cargas para a fundação.
Por receber as cargas da edificação a alvenaria estrutural é submetida a diversos tipos de esforços e deve ser dimensionada para suportar essas cargas. As normas ABNT NBR 15812 (2010) – Alvenaria Estrutural – Blocos cerâmicos – Parte 1: Projetos e ABNT NBR 15961 (2011) – Alvenaria Estrutural – Blocos de concreto – Parte 1: Projetos determinam que os painéis devem ser dimensionados para suportar principalmente os esforços de compressão axial, cisalhamento e flexo-compressão.
Essa norma estabelece que os valores das resistências de cálculos sejam obtidos através da divisão das resistências características pelos coeficientes de ponderação das resistências, como apresentado na Tabela 1.
2.2 Tipos de argamassamento
Como a estrutura desse sistema é composta de painéis de alvenaria é necessário levar em consideração a forma como essa alvenaria é construída, portanto a verificação do argamassamento dos blocos é fundamental para dimensionar a sua resistência.
Os blocos podem ser argamassados em todos os espaços horizontais, então se diz que está totalmente argamassado ou receber argamassas apenas nos cordões laterais, então se diz que está argamassado apenas nos cordões laterais, como indica a Figura 2.
A ABNT NBR 15812 (2010) – Alvenaria Estrutural – Blocos cerâmicos – Parte 1: Projetos e ABNT NBR 15961 (2011) – Alvenaria Estrutural – Blocos de concreto – Parte 1: Projetos determinam que se as juntas horizontais tiverem argamassamento parcial a resistência à compressão axial deve ser corrigida. MATA (2006) realizou estudos e comenta que no caso de argamassamento apenas nas juntas laterais a alvenaria perde 20% de sua resistência, demonstrando a importância da definição do tipo de disposição da argamassa nas juntas horizontais dos blocos para seu dimensionamento.
2.3 Resistência à compressão axial
Os blocos de alvenaria devem ser dimensionados levando em consideração a sua resistência à compressão axial. BARRETO (2015) menciona que esse é o parâmetro mais importante para o dimensionamento e afirma ainda que o ensaio de prisma descrito na ABNT NBR 8949 – Paredes de Alvenaria Estrutural Ensaio à Compressão Simples é o mais adequado já que atende aos quesitos normativos, possui o menor custo e é o mais viável.
De acordo com a ABNT NBR 15812 (2010) – Alvenaria Estrutural – Blocos cerâmicos – Parte 1: Projetos e ABNT NBR 15961 (2011) – Alvenaria Estrutural – Blocos de concreto – Parte 1: Projetos a resistência à compressão axial deve ser determinada por ensaios ou ser estimada com 70% da resistência à compressão simples de prisma.
As formulações para o cálculo da resistência estão definidas nas normas ABNT NBR 15812 (2010) – Alvenaria Estrutural – Blocos cerâmicos – Parte 1: Projetos e ABNT NBR 15961 (2011) – Alvenaria Estrutural – Blocos de concreto – Parte 1: Projetos conforme a equação (1):
em que é a força normal resistente de cálculo, é a resistência à compressão de cálculo da alvenaria, A é a área da seção resistente e
é o coeficiente redutor devido à esbeltez da parede.
2.4 Resistência ao cisalhamento
No caso de painéis de alvenaria estrutural não armados a argamassa de assentamento é a responsável por resistir aos esforços de cisalhamento. Para MATA (2011) a aderência da argamassa de assentamento é de grande importância, já que é ela a responsável pela capacidade da junta de resistir à tensão de cisalhamento.
A ABNT NBR 15812 (2010) – Alvenaria Estrutural – Blocos cerâmicos – Parte 1: Projetos e ABNT NBR 15961 (2011) – Alvenaria Estrutural – Blocos de concreto – Parte 1: Projetos determinam valores máximos de resistência ao cisalhamento das argamassas levando em consideração a resistência à compressão que essas argamassas podem suportar no sistema de alvenaria estrutural, de acordo com a Tabela 2:
Onde σ é a tensão normal de pré-compressão na junta considerando-se apenas as ações permanentes ponderadas por coeficiente de segurança igual a 0,9.
PARSEKIAN, et. al. (2012) comenta que as tensões de cisalhamento seguem o critério de Coulomb, no qual uma parcela inicial de resistência devida a aderência é somada ao nível de compressão conforme a equação (2):
Onde é a resistência inicial devido à aderência da argamassa e é o nível de atrito.
A tensão de cisalhamento é calculada a partir da equação (3):
onde é a força cortante de cálculo e b e d são as dimensões da parede.
2.5 Resistência à flexo-compressão
As ações laterais são responsáveis por gerar esforços de flexo-compressão nas paredes estruturais. A ABNT NBR 15812 (2010) – Alvenaria Estrutural – Blocos cerâmicos – Parte 1: Projetos e ABNT NBR 15961 (2011) – Alvenaria Estrutural – Blocos de concreto – Parte 1: Projetos determinam que para dimensionamento em relação à resistência à flexo-compressão é necessário considerar valores máximos de tração e compressão. Além realizar combinações de esforços críticos, separando ações permanentes e variáveis devendo-se comparar valores característicos.
A verificação de tração máxima é válida para ações variáveis, por exemplo, ações do vento. Já a verificação de compressão máxima deve ser realizada separando a compressão simples da compressão devido à flexão. De acordo com PARSEKIAN, et. al. (2012) considera-se que as ações permanentes e acidentais são favoráveis.
Para alvenarias não armadas as tensões normais na seção transversal devem ser obtidas através das tensões normais lineares devido ao momento fletor com as tensões normais uniformes à força de compressão. As tensões normais devem satisfazer a inequação (4):
onde é a força normal de cálculo, é o momento fletor de cálculo, é a resistência à compressão de cálculo da alvenaria, A é a área da seção resistente, W é o mínimo módulo de resistência de flexão da seção resistente, R é o coeficiente redutor devido à esbeltez do elemento e K= 1,5 é o fator que ajusta a resistência à compressão na flexão.
3 METODOLOGIA
As planilhas criadas para o dimensionamento de painéis de alvenaria estrutural fazem verificações de resistência segundo os três critérios exigidos pelas ABNT NBR 15812 (2010)– Alvenaria Estrutural – Blocos cerâmicos – Parte 1: Projetos e ABNT NBR 15961 (2011) Alvenaria Estrutural – Blocos de concreto – Parte 1: Projetos.
Para verificação dos cálculos gerados pela planilha foram utilizados os exercícios resolvidos no livro Parâmetro de Projeto de Alvenaria Estrutural com Blocos de Concreto do professor Guilherme Aris Parsekian.
O modelo proposto é o painel representado na Figura 3, considerando a utilização de blocos de / = 0,8 de 14 cm de espessura e a parede apoiada em cima e embaixo com = 280cm.
3.1 Verificação de resistência à compressão axial
A verificação de resistência à compressão axial é determinada pela equação (5):
onde e são coeficientes de ponderação das ações e das resistências, é a força normal característica, A é a área bruta da seção transversal, é a resistência característica de compressão simples de prisma e e é a espessura e altura efetiva. Aplicando-se os valores na equação tem-se:
Para blocos com argamassamento total tem-se que a relação / = 0,8 então ≥ 2,94/0,8 = 3,68 MPa, portanto seria utilizado blocos de 4,0 MPa.
Para blocos com argamassamento apenas nos cordões laterais é necessário diminuir a resistência em 20%, portanto ≥ 2,94/ (0,8. 0,8) = 4,59 MPa, assim o bloco utilizado deverá ser de 6,0 MPa.
3.2 Verificação de resistência ao cisalhamento
Considerando o mesmo painel com utilização de bloco de =6,0 MPa e argamassa com resistência a compressão de 5,0MPa o dimensionamento é realizado com base na Tabela 2, temos:
Deve-se verificar:
onde é a força cortante característica, é o coeficiente de ponderação dos esforços, b e d são as dimensões do painel, é a resistência ao cisalhamento e é o coeficiente de ponderação das resistências. Aplicando-se os valores, tem-se:
Por tanto, para essas condições o painel resiste aos esforços de cisalhamento.
3.3 Verificação de resistência à flexo-compressão
Para verificação da resistência à flexo-compressão é necessário calcular a compressão máxima e a tração máxima, Parsekian et. al. (2012) utilizou o painel da Figura 3 admitindo que a carga vertical é G = 80KN/m e Q = 20 KN/m, espessura de 14 cm e / = 0,8
3.3.1 Compressão máxima
A compressão máxima deve ser calculada separando a compressão simples e a compressão devida à flexão, reduzindo as ações acidentais simultâneas, conforme a equação (13) e a equação (14):
Para o dimensionamento à flexo-compressão considera-se todas as ações favoráveis, conforme a ABNT NBR 15812 (2010) – Alvenaria Estrutural – Blocos cerâmicos – Parte 1: Projetos e ABNT NBR 15961 (2011) Alvenaria Estrutural – Blocos de concreto – Parte 1: Projetos, tem-se: , para cargas acidentais e para ação do vento.
Com os dados propostos tem-se que para compressão simples:
E para compressão devida à flexão:
3.3.2 Tração máxima
Para verificação quanto à tração máxima foi considerado argamassa de 5,0 MPa de resistência à compressão. A resistência de tração na flexão é obtida pela tabela 3 e a verificação é realizada através da equação (19).
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO
A planilha de dimensionamento está divida conforme sugerem as normas ABNT NBR 15812 (2010) – Alvenaria Estrutural – Blocos cerâmicos – Parte 1: Projetos e ABNT NBR 15961 (2011) Alvenaria Estrutural – Blocos de concreto – Parte 1: Projetos verificando as resistências à compressão axial, ao cisalhamento e à flexo-compressão. Serão apresentados os resultados obtidos através do dimensionamento realizado pela planilha aplicando-se os mesmos dados do exemplo já solucionado.
4.1 Compressão axial
Considerando o argamassamento total tem-se:
Considerando o argamassamento apenas nos cordões laterais tem-se:
Verifica-se que os resultados para compressão axial são os mesmos na planilha de dimensionamento no exemplo resolvido no livro Parâmetro de Projeto ABCP.
4.2 Cisalhamento
Verifica-se que os resultados obtidos no dimensionamento ao cisalhamento da planilha são os mesmos apresentados no livro Parâmetro de Projeto ABCP.
4.3 Flexo-compressão
O dimensionamento quanto à flexo-compressão é feito em duas etapas: quanto à compressão máxima e quanto à tração máxima.
4.3.1 Compressão máxima
Observa-se que um ajuste foi feito na planilha para atender as demandas de projeto, nos quais as cargas de vento são mais comumente dimensionadas como uma carga horizontal aplicada no topo do painel e não em carga distribuída. Calculando-se se chega à conclusão de que 60KN/m aplicado nesse painel equivale a uma carga pontual aplicada no topo do painel de 17,85KN
4.4 Resultados
Além dos resultados de resistência do bloco a planilha fornece resultados de resistência da argamassa a ser aplicada, do graute, do prisma cheio e do prisma oco, calculados conforme a tabela 4. Na planilha são apresentados resultados parciais dimensionados de acordo com cada um dos parâmetros: compressão axial, cisalhamento e flexo-compressão separadamente e uma planilha com os resultados finais que considera esses três dimensionamentos combinados, conforme a Figura 16.
5 CONCLUSÕES
A alvenaria estrutural é um método construtivo em expansão no Brasil em virtude do seu custo de execução em relação ao concreto armado. É de grande importância que ferramentas sejam criadas a fim de facilitar e incentivar o uso desse sistema estrutural.
A planilha desenvolvida estará disponível gratuitamente ao público no sítio http://professor.pucgoias.edu.br/SiteDocente/admin/arquivosUpload/16204/material/DIMENSIONAMENTO%20-%20ALVENARIA%20ESTRUTURAL.xlsx. Assim espera-se que essa ferramenta colabore para que mais pessoas tenham acesso aos processos de dimensionamento de painéis de alvenaria estrutural, difundindo assim o mesmo.
6 AGRADECIMENTOS
Agradecemos às nossas famílias pelo apoio dado durante toda nossa graduação, agradecemos ao nosso orientador pelo compartilhamento de conhecimento e pelo incentivo no nosso desenvolvimento acadêmico e agradecemos a Deus.
7 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Mata, R. C.3
Professor D.Sc., Pontifícia Universidade Católica de Goiás, Goiânia, Goiás, Brasil
Santana, I.1; Soares, K.A.A.2
Graduandos, Pontifícia Universidade Católica de Goiás, Goiânia, Goiás, Brasil
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ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. ABNT NBR 15812-1: Alvenaria estrutural – Blocos cerâmicos, Parte 1: Projeto. 1 ed. Rio de Janeiro(RJ): ABNT, 2011. 41p. ISBN 9788507019787.
PARÂMETRO DE PROJETO DE ALVENARIA ESTRUTURAL COM BLOCOS DE CONCRETO / organizador: Guilherme Aris Parsekian. – São Carlos: EdUFSCar, 2012. 85p. ISBN – 978-85-7600-270-3
SILVA, R. F. (2011): Estudo Teórico-Experimental da Distribuição das Ações Verticais entre Paredes de Edifício de Alvenaria Estrutural Cerâmica em Escala Reduzida. 232f. Dissertação (Mestrado) – Dissertação (mestrado) – Universidade Estadual Paulista. Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira.
BARRETO, J. M. L. (2015):Avaliação da Evolução da Resistência à Compressão de Alvenaria Estrutural com Blocos Cerâmicos em Idades Iniciais. 115f. Universidade Federal do Ceará, Centro de Tecnologia, Departamento de Engenharia Estrutural e Construção Civil.
PELETEIRO, SUZANA C. (2002). Contribuições à modelagem numérica de alvenaria estrutural. São Carlos, 2002. 143p. Tese (Doutorado) – Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo.
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MATA, R. C. . Influência do padrão de argamassamento na resistência à compressão de prismas e mini-paredes de alvenaria estrutural de blocos de concreto. Florianópolis: UFSC, 2006.
MATA, R. C. Análise experimental e numérica do comportamento de junta em painéis de contraventamento de alvenaria estrutural. São Carlos: EESC-USP, 2011.
