ESTABILIDADE EM PROJETOS DE EDIFCIOS ALVENARIA ESTRUTURAL

Felipe Matos Hassegawa

Orientador: DSc. Li Chong Lee Bacelar de Castro

Instituto de Ensino Superior Planalto

Trabalho de Concluso de Curso de Ps-graduao em Projeto Estrutural de Edifcios em Concreto Armado e Protendido PEECAP

RESUMO

O trabalho desenvolve estudo de caso hipottico de um edifcio de alvenaria estrutural dimensionado pelo mtodo dos elementos finitos.

O mtodo construtivo se justifica em diversos empreendimentos atravs da anlise da relao custo-benefcio. Em determinadas construes atingindo margens relatadas deeconomia de 30% se comparada com a alvenaria convencional com concreto armado.

No entanto, apesar da vantagemeconmica do mtodo, destacam-se nas desvantagens as peculiaridades restritivas para alteraes na arquitetura do imvel.

Apreservao da estabilidade, resistncia e correta distribuio dos esforos nas edificaesdependem, sobretudo da disposio das paredes, lajes e lintis, conforme definido no projeto estrutural do edifcio.

O objetivo do trabalho verificar o comportamento de um edifcio de alvenaria estrutural atravs de simulaes de alteraes na arquitetura, averiguando a deformao dos componentes estruturais do edifcio. E por fim comparar comportamentos da estrutura inicial e modificada,afim de demonstrar as consequncias geradas edificao e a necessidadeda manuteno da integridade estrutural do edifcio.

O dimensionamento atende as recomendaes do EUROCODE6, analisando a estrutura proposta, pelo mtodo dos estados limites ltimos.

Atendendo as normas brasileiras os procedimentos adotados para definio dos carregamentos atuantes de procedimentos de calculo so oriundos da NBR 6123:1988 (Foras devidas ao vento emedificaes), NBR 6120:1980 (Cargas para o clculo de estruturas deedificaes), e NBR 6118:2003 (Projeto de estruturas de concreto Procedimento).

1. CONCEITO

A alvenaria estrutural um mtodo construtivo racionalizado onde a prpria alvenaria tem funes de elemento de vedao e estrutural. Pode ser armada ou no armada, dependendo da necessidade do projeto a ser executado e solicitaes atuantes na estrutura.

Segundo a NBR 10837:1989, alvenaria estrutural no armada de blocos vazados de concreto aquela construda com blocos vazados de concreto, assentados com argamassa, e que contm armaduras com finalidade construtiva ou de amarrao, no sendo esta ltima considerada na absoro dos esforos calculados. A alvenaria estrutural armada de blocos vazados de concreto define-se conforme NBR 10837:1989:aquela construda com blocos vazados de concreto, assentados com argamassa, na qual certas cavidades so preenchidas continuamente com graute, contendo armaduras envolvidas o suficiente para absorver os esforos calculados, alm daquelas armaduras com finalidade construtiva ou de amarrao.

2.CONCEPO ESTRUTURAL

A concepo da estrutura em edifcios de alvenaria estrutural fundamenta-se em definir dentre as paredes do projeto quais desempenham funo estrutural ou no estrutural. Vrios fatores precedem o estudo, como forma geomtrica do projeto arquitetnico, requisitos necessrios para resistir aos carregamentos, relao custo-benefcio, etc. Segundo Hendry(1981), os sistemas estruturais podem ser distinguidos conforme disposio das paredes estruturais.

2.1.Sistemas de Paredes Transversais Devido determinao das paredes estruturais situadas, considera-se o apoio das lajes (quadrilteros)em apenas dois de seus lados opostos, assim armando-as em uma nica direo. No exemplo as paredes das fachadas longitudinais no so portantes.(Ramalho e Corra, 2003).

Figura 2.1. Sistema de paredes transversais;(Ramalho e Corra, 2003).

uma soluo estrutural ideal para edifcios de forma retangular e alongados, como por exemplo, aqueles cujas funes so de hotis, salas de aula e similares.

2.2. Sistemas de Paredes Celulares Neste sistema as lajes podem ser armadas em duas direes. Caracteriza por possuir todas as paredes internas e externas como elementos estruturais, consequentemente proporcionando a estrutura uma maior rigidez.(Ramalho e Corra, 2003).

Figura 2.2. Sistema de paredes celulares;(Ramalho e Corra, 2003).

O atrativo deste sistema em relao ao anterior revela-se no dimensionamento, com a distribuio dos carregamentos em um maior nmero de paredes estruturais as mesmas ficam menos solicitadas resultando em materiais de construo menos resistentese onerosos. O espalhamento dos carregamentos evidencia maior rigidez a estrutura propiciando a concepo de edificaes menos afetadas pelas cargas horizontais. Portanto beneficia projetos de maiores alturas. (Ramalho e Corra, 2003). As principais aplicaes desse sistema so para edifcios residenciais em geral.

2.3.Sistema Complexo Este sistema combina os dois anteriores, ou seja, tem utilizao de cada um deles em regies distintas da edificao. A resistncia s aes horizontais dada principalmente pelas paredes internas que normalmente so mais solicitadas sejapelo carregamento de caixas de elevadores, poos de ventilao ou caixas de escada.

Sistema designado soluo para projetos que necessitam de alguns painis externos no estruturais, opo para compatibilizar projetos arquitetnicos. Por exemplo, previso de algumas fachadas em vidros.(Ramalho e Corra, 2003).

Figura 2.3. Sistema complexo;(Ramalho e Corra, 2003).

3. FORMA GEOMTRICA DAS EDIFICAES

A concepo de edifcios em alvenaria estrutural apresenta limitaes, faz-se fundamental anlise de viabilidade do projeto arquitetnico para adequao as peculiaridades do mtodo construtivo. A geometria das edificaes influenciada pela utilizao a que se destina assim como a orientao das paredes portantes necessrias e de vedao.Verifica-se que a distribuio interna dos ambientes definidos pelo projetista afeta toda estrutura. A locao das paredes portantes no pavimento refletir diretamente na robustez do edifcio, conseqentemente na resistncia as cargas horizontais geradas na ao do vento e do desaprumo. (Busi, 2009) Paredes portantes tm a funo de vedao e estrutural no edifcio, resistem s cargas horizontais, de trao; e as cargas verticais, de compresso. Na figura 3.1 observa-se o efeito da forma e altura em relao robustez do prdio; a classificao e quatro categorias.

O estudo de caso apresentado no trabalhose enquadra na segunda categoria, classificada como edificao de baixa altura, corresponde a edifcios de quarto a cinco pavimentos.(Duarte, 1999)

Figura 3.1. Efeito das elevaes na robustez do prdio;(Drysdaleet al., 1994 apud Duarte, 1999).

As dimenses das fachadas dos edifcios de alvenaria estrutural se relacionam atravs de propores de altura, largura ecomprimento, podendo classific-las em ideal, aceitvel ou ruim para o mtodo construtivo. No so aconselhados osedifcios excessivamente compridos e pouco largos, assim como os edifcios muito esbeltos(Gallegos, 1988). A figura 3.2 indica os parmetros ideais e tolerveis visando o aumentode robustez da edificao.

Figura 3.2. Relaes recomendadas entre as dimenses de uma edificao; (Cavalheiros, 1995 apud Rauber, 2005).

As solicitaes horizontais geradorasdas flexes nas paredes portantes, podem acumular esforos de toro no edifcio. Uma soluo para reduodesses esforos consiste em utilizar formas simtricas na geometria do projeto. A figura 3.3 apresenta o efeito da forma da edificao, em relao aos esforos horizontais, naresistncia toro do prdio, tomando como referncia uma edificao quadrada. Nestafigura foi considerado que todas

as formas possuem o mesmo comprimento de parede externa e que existem juntas de movimentao em todos os encontros de paredes (Duarte, 1999).

Figura 3.3. Efeito da forma do prdio na resistncia toro devido atuao de foras horizontais; (Drysdaleet al., 1994apud Duarte, 1999).

Somando aos parmetros descritos anteriormente, na figura 3.4abas enrijecedoras nas paredes de contraventamento em forma de L, C, T e duplo T conferem uma maior estabilidade estrutura.

Figura 3.4. Arranjos de paredes que conferem maior estabilidade estrutura; (Romanet al., 1999).

Quando a forma geomtrica da edificao e a disposio das paredes de contraventamento so simtricas, o centro de massa (CM), definido como o centro demassa do conjunto de lajes e paredes de cada pavimento; e o centro de toro(CT), que vem a ser o centro de rigidez somente das paredes de contraventamento; coincide no mesmo ponto. Assim osesforoshorizontais produziro apenas esforos de translao nas paredes e lajes, e o sistema estruturalobviamenteser considerado simtrico. Caso contrrio o prdio sofrer esforos de toro, e serconsiderado assimtrico (Duarte, 1999). Na figura 3.5pode-se ver a diferena entreum pavimento simtrico de um assimtrico.

Figura 3.5. Arranjo estrutural simtrico e assimtrico; (Duarte, 1999).

Portanto a concepo estrutural de um projeto de alvenaria estrutural requer distribuio da forma mais simtrica possvel das paredes de contraventamento, evitando tenses de cisalhamento nas paredes devido aos esforos de toro (Rauber, 2005). Na figura 3.6mostra-se o efeito do arranjo de paredes na resistncia toro da edificao.

Figura 3.6. Efeito do arranjo de paredes resistentes toro do prdio; (Drysdaleet al., 1994 apud Duarte, 1999)

Em edificaes com at 5(cinco) pavimentos a ao do vento muito inferior as cargas verticais desprezando a anlise das formas geomtricas. Para edificaes com maiores alturas, dimenses quadrticas ou retangulares de valores aproximadoscontribuiro para absoro dos esforos horizontais recebidos pela edificao. Outro aspecto importante nessas edificaes est na simetria da disposio das paredes estruturais, pois como citado anteriormente quanto mais simtrico, mais prximo o centro de toro CT se encontrar do centro de massa CM.

4.AES CONSIDERADAS NO DIMENSIONAMENTO

Um edifcio de alvenaria estrutural tem como foras verticais atuantes no dimensionamento as reaes das lajes, peso prprio das paredes e dos lintis (concreto armado). Dependendo da arquitetura, se faz necessrio considerar as reaes de escadas e/ou elevadores e reservatrios, dentre outras variveis em funo da especificidade do uso da edificao.O peso especfico dos materiais de construo e os valores mnimos das cargas verticais a serem adotados esto dispostos na NBR 6120:1980.

No Brasil existem duas aes horizontais a serem consideradas no dimensionamento de edificaes, o Vento e o Desaprumo.As dedues das cargas so resultantes de orientaes da NBR 6123:1988 e da norma alem DIN 1053.O Eurocode 6: 1996 determina que os valores de clculo das aes horizontais totais, nopodem ser menores que os valores de clculo das foras horizontais devidas ao desaprumo. Se as foras horizontais totais forem inferiores a fora do desaprumo, deve ser considerada a fora de desaprumo para clculo. No se deve som-las.

5. ESTUDO DE CASO

O edifcio piloto utilizado contemplar dimensionamento estrutural de 4pavimentos em alvenaria estrutural, objeto de estudo selecionado devido aogrande percentual de obras executadas com essas caractersticas.

Apenas as paredes das fachadas longitudinais do edifcio no tero funo estrutural. As tubulaes das instalaes hidro-sanitrias se comportaro em shafts hidrulicos, contribuindo para eventual manuteno futura das instalaes. Dentre as opes de lajes, optou-se por lajes macias moldadas in loco de espessurah = 10cm, por serem suficientes para suportarem os carregamentos verticais. O emprego do bloco vazado de concreto M-15 compatvel com projeto arquitetnico apresentado.

a)Parmetros de Projeto

- Materiais

- Concreto C-20: =20MPa;

- Ao CA-50 e CA-60: = 500 e 600 Mpa;

- Bloco Vazado de Concreto M-15: 6 Mpa.

- Carregamentos Verticais

- Sobrecarga:Todos os pisos e ambientes - 2KN/m;

- O peso prprio da estrutura definido conforme materiais utilizados econsiderado pelo software no dimensionamento;

- Carregamento permanente: revestimento - 1KN/m.

- Carregamentos Horizontais

- Desaprumo.

- Foras do vento.

Faz-se desnecessria a verificao a solicitao do vento no edifcio em estudo conforme NBR 10837:1989 item 4.3.2.3:ao do vento deve ser transferida com segurana as fundaes. A verificao da absoro da carga do ventopode ser dispensada no caso de prdio de at cinco pavimentos, se as plantas contm paredes enrijecedoras e resistentes dispostas conforme os requisitos de 4.3.1.1.

O item 4.3.1.1 atendido, pois as lajes so calculadas como solidrias as paredes transferindo os esforos horizontais(diafragmas rgidos) e as paredes resistentes esto dispostas nos dois sentidos.

b) Mtodos de Distribuio dos Carregamentos A estrutura do edifcio foi analisada com utilizao do Software Cypecad, atravs do Mtodo de Modelagem Tridimensional em Elementos Finitos.

Baseado na modelaoda estrutura com elementos de membrana ou chapa, distribuindo os carregamentos no nvel de cada pavimento. A uniformizao se datravs da compatibilizao dos deslocamentos ao nvel de cada andar.

Figura 5.1. Modelagem Tridimensional - Mtodo dos Elementos Finitos

c) Dimensionamento e Anlise

O procedimento adotado consistir em duas etapas, sendo:

- 1 Dimensionamento - Projeto Inicial> Anlise da Estabilidade da Estrutura e Resistncia;

- 2 Dimensionamento - Projeto Modificado > Anlise da Estabilidade da Estrutura e Resistncia.

5.1. 1 DIMENSIONAMENTO E ANLISE PROJETO INICIAL

a) Projeto Arquitetnico Inicial Segue abaixo croqui do Projeto Inicial sem alteraes.

b) Classificao Preliminar O Projeto Inicial estudado refere-se a um edifcio comercial hipottico com 4 pavimentos tipo. Classificando o edifcio conforme reviso bibliogrfica acima, teremos:

- Concepo estrutural do edifcio: Sistema Complexo. Figura 2.3.

- Efeito das elevaes na robustez do prdio:Edificao de Baixa Altura (d). Figura 3.1.

-Relaes recomendadas entre as dimenses de uma edificao: Relao Comprimento/Largura: Aceitvel; Relao Altura/Largura: Ideal. Figura 3.2.

-Efeito da forma do prdio na resistncia toro devido atuao de foras horizontais: 75%. Figura 3.3.

-Arranjo estrutural: Simtrico. Figura 3.5.

Concluso: projeto arquitetnico em anlise preliminartm excelente relao com o mtodo construtivo adotado no dimensionamento.

c) Verificao e Diagnstico Aes Verticais Cortinas de Alvenaria / Blocos Estruturais adotados: 6 Mpa, atende as verificaes de segurana segundo recomendaes do EUROCODE 6 e NBR 6118:2007:

- Estado limite de ruptura relativo ao esforo cortantepassa;

- Estado limite de ruptura frente a solicitaes normais passa;

- Controle da fissurao atravs da limitao da abertura estimada das fissuras: Face inferiorpassa;

- Controle da fissurao atravs da limitao da abertura estimada das fissuras: Face superiorpassa;

- Flechas Verificadaspassa.

Lajes Maciasadotadas: 10 cm, verificadas e atendendo todas as verificaes de segurana:

- Resistncia aos esforoscortantes e momentos passa.

Deslocamentos em z: para o mtodo de construo recomendvel que seja inferior a 1 cm, na figura abaixo se apresenta o andar com os maiores deslocamento no atingindo 4 mm.

Piso 4, Deslocamento Z (mm), PP+CP+Qa

Figura 5.1.1. Anlise das Lajes Adotadas e Carregamentos; (Cypecad).

Concluso: dimensionamento pronuncia que a estrutura ATENDE as verificaes de segurana recomendadas em norma, para as aes verticais.

c) Verificao e Diagnstico Aes Horizontais De acordo com NBR 10837:1989, edifcios de pequeno porte at 5 pavimentos no necessita de verificaes das solicitaes produzidas pela ao do vento desde que hajam paredes estruturais enrijecedora dispostas nos dois sentidos da estrutura.

O Desaprumo foi verificado e atende aos critrios mnimos para o dimensionamento de edifcios em alvenaria estrutural, deslocando apenas 1,93 mm na situao mais crtica:

Figura 5.1.2. Anlise da Deformao e Estabilidade; (Cypecad).

Concluso: dimensionamento pronuncia que a estrutura ATENDE as verificaes de segurana recomendadas em norma, para as aes horizontais.

5.2. 2 DIMENSIONAMENTO E ANLISE PROJETO MODIFICADO

a)Projeto Arquitetnico Modificado Segue abaixo croqui do Projeto Modificado com alteraes sinalizando as paredes removidas tracejadas. O pavimento trreo no sofreu alteraes. O 2, 3 e 4 pavimentos sofreram alteraes nas demolindo-se as mesmas paredes estruturais em todos com o intuito de interlig-las.

Houve ainda acrscimo de sobrecarga de 19,61 Kn/m (equivalente a 2 toneladas) nas salas onde sofreram as remoes das paredes portantes, devido a utilizao de mquinas de grande porte.

b) Classificao Preliminar O Projeto Modificado estudado refere-se a um edifcio comercial hipottico com4 pavimentos tipo. Classificando o edifcio conforme reviso bibliogrfica acima, teremos:

- Concepo estrutural do edifcio: Sistema Complexo. Figura 2.3.

- Efeito das elevaes na robustez do prdio: Edificao de Baixa Altura (d). Figura 3.1.

- Relaes recomendadas entre as dimenses de uma edificao: Relao Comprimento/Largura: Aceitvel; Relao Altura/Largura: Ideal. Figura 3.2.

-Efeito da forma do prdio na resistncia toro devido atuao de foras horizontais: 75%. Figura 3.3.

- Arranjo estrutural: Assimtrico. Figura 3.5.

Concluso: projeto arquitetnico em anlise preliminartmboa relao com o mtodo construtivo adotado no dimensionamento, o redutor do resultado da anlise preliminar se deve ao fato da relao Centro de Massa do Centro de Toro.

b) Verificao e Diagnstico Aes Verticais Cortinas de Alvenaria / Blocos Estruturais adotados: 6 Mpa, no atendeas verificaes de segurana segundo recomendaes do EUROCODE 6 e NBR 6118:2007:

- Estado limite de ruptura relativo ao esforo cortante- no passa;

- Estado limite de ruptura frente a solicitaes normais - passa;

- Controle da fissurao atravs da limitao da abertura estimada das fissuras: Face inferior -passa;

- Controle da fissurao atravs da limitao da abertura estimada - passa;

- Flechas Verificadas - passa.

Lajes Macias adotadas: 10 cm, verificadas no atende todas as verificaes de segurana:

- Resistncia aos esforoscortantes e momentos - passa.

Deslocamentos em z: para o mtodo de construo recomendvel que seja inferior a 1 cm, na figura abaixo se apresenta o andar com os maiores deslocamentos atingindo -126,27mm.

Piso 4, Deslocamento Z (mm), PP+CP+Qa

Figura 5.2.1. Anlise das Lajes Adotadas e Carregamentos; (Cypecad).

Concluso: dimensionamento pronuncia que a estrutura atende NO ATENDE as verificaes de segurana recomendadas em norma, para as aes verticais.

c) Verificao e Diagnstico Aes Horizontais De acordo com NBR 10837:1989, edifcios de pequeno porte at 5 pavimentos no necessita de verificaes das solicitaes produzidas pela ao do vento desde que hajam paredes estruturais enrijecedora dispostas nos dois sentidos da estrutura.

O Desaprumo foi verificado no atendeaos critrios mnimos para o dimensionamento de edifcios em alvenaria estrutural, deslocando 30,64 mm na situao mais crtica:

Figura 5.1.2. Anlise da Deformao e Estabilidade; (Cypecad).

Concluso: dimensionamento pronuncia que a estrutura atende NO ATENDE as verificaes de segurana recomendadas em norma, para as aes horizontais.

6. CONCLUSO

O dimensionamento de edifcio em alvenaria estrutural requer diversas consideraes de projeto e distribuio dos carregamentos para atingir um resultado satisfatrio. As peculiaridades do mtodo construtivo consideradas em todas as etapas do projeto objetivam atender os requisitos de segurana da edificao, para tanto seguindo as recomendaes normatizadas.

Pode-se concluir que atravs do dimensionamento que a modificao prevista no projeto inicial vai gerar numericamente prejuzo a estrutura de forma a inviabilizar sua utilizao.

imprescindvel o acompanhamento de profissional responsvel com competncia tcnica especializada no mtodo construtivo para quaisquer alteraes na arquitetura da edificao.

O fato caracterstico da estrutura autoportante atuarno permetro dos ambientes nesse estudo de caso requer previses de estudos estruturais para preservar a integridade da edificao.

O resultado do presente trabalho comprova a necessidade de maior fiscalizao a atuao do rgosfiscalizadores em reformas e alteraes na utilizao dos edifcios.

7. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

ASSOCIAO BRASILEIRA DE NORMAS TCNICAS (1980) NBR 6120 Cargas para o clculo de estruturas de edificaes. Rio de Janeiro.

ASSOCIAO BRASILEIRA DE NORMAS TCNICAS (1980) NBR 6136 Blocos vazados de concreto simples para alvenaria estrutural. Rio de Janeiro.

ASSOCIAO BRASILEIRA DE NORMAS TCNICAS (1989) NBR 10837 Clculo de alvenaria estrutural de blocos vazados de concreto. Rio de Janeiro.

ASSOCIAO BRASILEIRA DE NORMAS TCNICAS (2003) NBR 6118 Blocos vazados de concreto simples para alvenaria estrutural. Rio de Janeiro.

CORRA, MRCIO R. S.; RAMALHO, MARCIO A., Projeto de Edifcios de Alvenaria Estrutural, So Paulo, Editora Piniltda, 2008.

OLIVEIRA, E. A. Verificao dos Elementos Estruturais em Alvenaria Atravs das Recomendaes NBR 10837 e EUROCDIGO 6. 2001. 261p. Dissertao de Mestrado DEES, UFMG, Minas Gerais, MG. RABELO, A. C. N. Dimensionamento de Alvenaria Estrutural Segundo Recomendaes do EUROCODE 6. 2004. 219 p. Dissertao de Mestrado DEES, UFMG, Minas Gerais, MG. CAMACHO, J. S. Projeto de Edifcios de Alvenaria Estrutural. 2006. 53 p. Ps- Doutorado, Notas de Aula NEPAE, UNESP, So Paulo, SP.

BASTOS, P.S.S. Contribuies ao projeto de alvenaria estrutural pelo mtodo das tenses admissveis. So Carlos. 1993. 242p. Dissertao de Mestrado Escola de Engenharia de So Carlos, USP, So Carlos, SP. BUSI, T. P. Anlise Comparativa de Edifcios em Alvenaria Estrutural de Blocos Cermicos: Geometria em Planta Baixa mais Recomendada. 2009. 83 p. Dissertao de Graduao DEC, UFRGS, Porto Alegre, RS. ILKA, M. S. Anlise de Edifcios de Alvenaria Estrutural Sujeitos s Aes do Vento. 1996. 98 p. Dissertao de Mestrado Departamento de Engenharia Civil, USP, So Carlos, SP.

DUARTE, R. B. Recomendaes para o projeto e execuo de edifcios de alvenaria estrutural. 1999. Porto Alegre. ANICER Associao Nacional da Indstria Cermica.