Proposta de metodologia para a elaboração de laudos e projetos de recuperação estrutural de edifícios em alvenaria resistente

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1 Revista Pernambucana de Tecnologia Vol. 1, Nº 1 Junho de 2013 Proposta de metodologia para a elaboração de laudos e projetos de recuperação estrutural de edifícios em alvenaria resistente PIRES SOBRINHO, Carlos Welligton de Azevedo 1,2 Resumo Alvenaria resistente é técnica construtiva, que utiliza componentes de vedação (blocos de pouca largura e de baixa resistência) na função estrutural. Bastante utilizada na construção de prédios de até quatro pavimentos na região metropolitana do Recife (RMR), denominados de prédios-caixão, apresenta problemas graves de estabilidade, sendo constatadas ruínas parciais e até globais em mais de 12 edificações, nos últimos 20 anos. Alguns desses sinistros provocaram vítimas fatais. Este artigo apresenta uma metodologia desenvolvida pelo ITEP na elaboração de laudos técnicos e no desenvolvimento de projeto de recuperação para esse tipo de edificação. O método aqui apresentado utiliza o modelo probabilista dos estados-limites e a expertise da equipe do ITEP que vem desenvolvendo trabalhos sobre o tema desde Palavras-chave: Alvenaria não estrutural; Reforçada em alvenaria; Análise técnica; Metodologia de avaliação; Laudo técnico. 83 Abstract Resistant masonry is a building technique which main feature is to use non-structural ceramic and concrete bricks to support loads beyond its own weight. More than five thousand residential building until four-storey were built in Recife Metropolitan Region using such technique and several collapsed spontaneously in last 25 years. Twelve others were demolished because it was not possible to execute retrofit works due to their fragility and a hundred of others buildings are not allowed the occupation. The paper analyzes the hole played by mortar coating on the behavior of small ceramic brick walls subjected to compressive loading. Walls made with several types, mixes and thickness of mortar coating were studied in order one could formulate the understanding of the influence of such factors. Additionally, the effect of using welded meshes anchored with steel connectors embedded in the mortar coating was also studied. Tests were performed in a servo-controlled machine to make possible to capture the complete behavior of the specimen during all loading process, including post-peak behavior. Obtained results showed a trend in increasing loading capacity of tested walls with the increase of mortar quality and thickness. It was also observed changes on the overall behavior of the walls when tested with welded meshes embedded in the mortar coating. Keywords: Masonry nonstructural; Reinforced masonry; Technical analysis; Evaluation methodology; Technical report. 1 ITEP Instituto de Tecnologia de Pernambuco Av. Prof. Luiz Freire, 700 Cidade Universitária CEP: , Recife, PE/Brasil. PABX: (81) , FAX: (81) Escola Politécnica de Pernambuco, Rua Benfica, 455, CEP: , Recife, PE/Brasil. carlos@itep.br

2 Proposta de metodologia para a elaboração de laudos e projetos de recuperação estrutural de edifícios em alvenaria resistente 84 1 Introdução Os acidentes com edifícios construídos em alvenaria resistente, relatados por OLIVEIRA&PIRES SOBRINHO (DAMSTRUC 2005), mostram a fragilidade desse tipo de edificação. Estudos realizados pelos autores PIRES SO- BRINHO et al. (IBRACON 2009) concluíram que existem cerca de 5300 edifícios construídos em alvenaria resistente, nos cinco mais populosos municípios que constituem a Região Metropolitana do Recife(RMR). Destes, 233 apresentam grau de risco muito alto, segundo metodologia desenvolvida no ITEP, em PIRES SOBRINHO(ISSM 2008). Programas governamentais foram formatados para recuperar os edifícios avaliados com grau de risco muito alto, estando em fase de licitação, o que coloca, na pauta de discussão, os modelos e as técnicas para investigação, visando ao desenvolvimento de projetos de recuperação para esse tipo de edificação. Este artigo apresenta uma metodologia específica e inédita para investigação e desenvolvimento de laudos e de projeto de recuperação para esse tipo de edificação, tendo como base expertise do ITEP, consolidada na realização de investigações e no desenvolvimento de laudos técnicos em mais 70 edifícios e projetos de recuperação estrutural de outros 25 edifícios ao longo dos últimos 20 anos, no desenvolvimento de uma metodologia para caracterização e determinação de grau de risco em edifícios de alvenaria resistente, na participação do desenvolvimento de um projeto de pesquisa FINEP-HABITARE para desenvolvimento de modelos para recuperação de edifícios em alvenaria resistente, na participação do autor no desenvolvimento da Lei Estadual 13341(ALEPE 2009) e na participação/desenvolvimento de mais de 14 artigos em seminários nacionais e internacionais sobre o tema específico. A maioria desses artigos podem ser acessados em: content&view=article&id=1379&itemid=676 2 Metodologia para laudos e projetos de recuperação 2.1 Caracterização técnica das edificações Os edifícios construídos em alvenaria resistente necessitam ter uma caracterização técnica específica, já que não seguem um padrão construtivo definido. A figura 01 mostra, em croqui emblemático, os vários tipos de elementos e componentes construtivos, encontrados nos edifícios investigados pelo ITEP, na etapa de caracterização e definição de grau de risco desse tipo de edifícios, na Região Metropolitana do Recife PIRES SOBRINHO (2009). Figura 01: Croqui emblemático de edifício em alvenaria resistente

3 Revista Pernambucana de Tecnologia Vol. 1, Nº 1 Junho de 2013 Figura 02: Grandes Encontros Ambientais. Essa caracterização exige investigação do tipo e das características do embasamento (laje radier, alvenarias corridas, blocos/vigas, vigas TÊ invertidas e outras), tipo e características das alvenarias da superestrutura (altura, espessura, tipo de bloco, revestimentos), tipo e características das lajes e estruturação das escadas, existência de pilaretes, vergas, contravergas e cintas de estruturação. A composição fotográfica apresentada na figura 02 mostra a utilização de trenas e furadeira nesse processo de investigação. Complementarmente, pode-se utilizar pacômetro com fins de identificar a presença de armadura nos elementos de concreto armado, como mostrado na figura 03. Figura 03: Inspeção de elementos estruturais de concreto armado com pacômetro 85 Consulta ao banco de dados gerados na etapa de caracterização e determinação de grau de risco potencial ao desabamento nos cinco municípios da região metropolitana do Recife poderá facilitar esse trabalho de caracterização. Há necessidade de se realizar um levantamento de documentações complementares, tais como: sondagens, projetos arquitetônico, estrutural e instalações, tendo como objetivo facilitar o processo investigativo e, na ausência destes, proceder ao levantamento arquitetônico e à realização de sondagens. Com base nessas informações, é possível desenvolver um plano de trabalho sistematizado para a condução dos trabalhos investigativos.

4 Proposta de metodologia para a elaboração de laudos e projetos de recuperação estrutural de edifícios em alvenaria resistente Caracterização das alterações internas e externas e das manifestações patológicas existentes Ampliar as informações obtidas no levantamento documental e na ausência de plantas e proceder a um levantamento arquitetônico da edificação. A partir dessas informações, é possível iniciar as investigações das partes comuns do edifício e do interior de cada apartamento, objetivando identificar e caracterizar as possíveis alterações internas (retirada ou criação de paredes ou vedos) e identificar as manifestações patológicas existentes. Levantar as possíveis causas que contribuíram para o aparecimento das manifestações patológicas identificadas, tais como: tipo e estado de conservação dos revestimentos internos e das fachadas e coberta, estanqueidade e estado de conservação de reservatórios, ascensão capilar, alterações internas e ampliações, influência de raízes de árvores próximas, tipo e estado de conservação do embasamento, ausência de calçadas no contorno da edificação, existência e atividade de poços e cisternas, tipo e posicionamento do sistema de esgotamento sanitário, etc. 2.3 Investigação dos elementos estruturais Investigação dos elementos de fundação com retirada de amostras representativas dos tipos de embasamento. Se esses embasamen- tos forem em alvenaria, proceder à retirada de, no mínimo, seis prismas (amostras do embasamento com dimensões mínimas de 50cmx50cm) representativas do embasamento, verificação de indicativos de degradação e desenvolvimento de croquis elucidativos dos elementos da fundação. A figura 04 mostra aspectos de retirada de amostras e croqui de um embasamento em alvenaria. A importância de avaliar a agressividade das águas de subsolo aos elementos à base de cimento (argamassas, blocos pré-moldados e concretos) foi apresentado em PIRES SOBRINHO&MELO (ISSM 2002). Na alvenaria em blocos cerâmicos, devem ser avaliados sinais de degradação, manchas avermelhadas ou partes amolecidas. Os efeitos degradantes em componentes cerâmicos se devem à perda de resistência por má calcinação do material e efeitos da expansão por umidade MENESES et al. (rev. CERÂMICA 2006). Para a caracterização dos elementos das paredes da superestrutura, deve-se proceder à retirada de amostras representativas na forma de prismas de 50cmx50cm que envolvam blocos e argamassas, em quantidade não inferior a seis, por tipo de alvenaria existente. Esse processo de retirada de prismas deve ser realizado com equipamento de corte adequado, conforme apresentado na Figura 05. Figura 04: Aspectos da inspeção dos embasamentos da edificação

5 Revista Pernambucana de Tecnologia Vol. 1, Nº 1 Junho de 2013 Figura 05: Procedimento de retirada de amostra da superestrutura Realização de ensaios Ainda durante o processo de investigação e retirada de amostras, é possível realizar ensaios de determinação da resistência de aderência do revestimento das paredes de forma representativa e preferencialmente nas paredes que potencialmente recebem os maiores quinhões de carga das lajes. A figura 06 mostra aspectos do ensaio de aderência em paredes da edificação. Hoje se vive a era da normalização internacional, em que se criam padrões de normas para produção, industrialização e prestação de serviços. A história das normalizações iniciou-se com a criação International Electrotechnical Commission (IEC) 6, no início do século XX, tornando-se mais intensa a partir da criação da ISSO, em 1947, uma federação internacional formada por organismos de normalização internacionais. CAJAZEIRA & BARABIERE (2004:02). A ISO 7 é uma organização com uma representatividade na questão da emissão de normas internacionais, envolvendo 148 países. Essa organização foi criada com o objetivo de coordenar e unificar os padrões técnicos, incluindo a normalização de padrões de gestão, com elevada repercussão sócio-econômica. Desde a sua criação até o ano de 2004, a ISO publicou mais de normas internacionais, incluindo atividades tradicionais, como agricultura, construção, engenharia mecânica, dispositivos médicos, tecnologia da informação, etc. VALLS (2004:174). A partir de 1987, a ISO se adaptou por meio de pequenas modificações que serviram como base da BS , adotada na Inglaterra, permitindo o acesso de produtos e serviços em outros países. O objetivo principal era garantir procedimentos uniformes e produtos/ serviços de boa qualidade e uma origem não duvidosa. Figura 06: Preparação e determinação da aderência de revestimentos às paredes

6 Proposta de metodologia para a elaboração de laudos e projetos de recuperação estrutural de edifícios em alvenaria resistente Figura 7 - Aspectos de ensaio em CPs de alvenaria Fonte: Wasghinton Feitosa / Análise da segurança estrutural Na análise de segurança estrutural de uma edificação em alvenaria resistente, por esta não possuir norma específica, devem ser adotadas as recomendações da NBR 8681/ Ações e segurança de estruturas-procedimento, associadas aos requisitos constantes nas normas NBR Cargas nas edificações, NBR 15812/ Alvenaria estrutural em blocos cerâmicos ou NBR 15961/ Alvenaria estrutura em blocos de concreto. Nessa linha, utiliza-se o estado limite último na qual a análise de segurança é realizada, impondo-se a condição de que a solicitação de cálculo atuante na edificação (S d ) não supere as resistências de cálculo (R d ), segundo a expressão 1.1. S d R d Eq. 1.1 A NBR 8681/2003 recomenda para as cargas permanentes e variáveis γf =1,4 como situação mais desfavorável para edificações normais (sobrecarga maior que 5kN/m 2 ).Considerando que a análise de segurança é aplicada a edificações existentes e que possuem até quatro pavimentos, podem ser desconsideradas ações oriundas de recalque, vento e outras ações na edificação. O valor representativo das resistências para esse tipo de análise deve considerar a resistência característica inferior, garantindo que apenas 5% das resistências das amostras sejam inferiores ao valor tomado como referência. Considerando um mínimo de seis amostras, é possível determinar a resistência característica dos prismas retirados, tanto da superestrutura quanto dos embasamentos pela metodologia. As solicitações atuantes (S k ) devem ser obtidas por meio da modelagem numérica, utilizando como insumos as características determinadas nos ensaios das amostras retiradas e as inferidas nos elementos levantados na edificação, além das sobrecargas de Norma. A esta deve ser aplicado um coeficiente de segurança (γf) recomendado por Norma. S d = S k * γ f Eq. 1.2 A expressão 1.3 apresenta a determinação da resistência característica estimada. f p(1) + f p(2) + f pk, est = 2 x i-1...f p(i-1) - f pi Eq. 1.3 Onde f pi representa a resistência à compressão das amostras e f pk representa a resistência característica estimada.

7 Revista Pernambucana de Tecnologia Vol. 1, Nº 1 Junho de A NBR considera que o valor de fpk não deve ser inferior a Ф. fp1. Para verificação no Estado Limite Último, a resistência de cálculo é obtida dividindo- -se a resistência característica por um fator de ponderação γm. A NBR 8681 define esse fator como a combinação de três variabilidades, na forma γm = γ1 * γ2 * γ3, onde: γ1 considera a variabilidade da resistência efetiva, transformando a resistência característica num valor extremo de menor probabilidade de ocorrência; γ2 considera as diferenças entre a resistência efetiva do material da estrutura e a resistência medida convencionalmente em corpos-de-prova padronizados; γ3 considera as incertezas existentes na determinação das solicitações resistentes, seja em decorrência dos métodos construtivos, seja em virtude dos métodos de cálculo empregado. A determinação desses coeficientes de ponderação necessita de muitos estudos e ensaios. As duas normas de referência (NBR e NBR 15961) convergem para o mesmo coeficiente, estabelecendo o valor de γm em 2,0. A correlação entre a resistência de prisma e a resistência da parede depende de alguns fatores, dentre eles a resistência dos blocos e das argamassas, variando, porém, em média, em torno do valor de 0,7. Com essas considerações, o valor da tensão resistente de cálculo fd é obtido pela expressão 1.4. f d = 0,7 x f pk 2,0 Eq. 1.4 aderido até próximo da ruptura dos CPs e, nos testes de aderência, a média de 8/12 resultados superar 0,20 Mpa Em todo caso, a verificação do atendimento do requisito de pilar curto λ=h/t 24 deve ser atendida. Assim, a resistência de cálculo Rd para os elementos da superestrutura é determinada pela expressão 1.5. R d = f d. [ 1 - (λ/40) 3 ] Eq Metodologia de análise e reforço 3.1 Análise dos resultados Para cada parede da superestrutura e do embasamento, a condição de estabilidade, apresentada na equação 1.1, deve ser atendida. Caso algum desses elementos não atenda essa condição, há necessidade de reforço quanto à capacidade resistente. O reforço para a elevação da capacidade resistente da superestrutura foi bastante estudado no desenvolvimento do projeto de pesquisa FINEP/HABITARE/MOREAR, OLI- VEIRA (FINEP 2010). A metodologia de utilização de reforço em telas de aço intertravadas com conectores de aço mostrou eficácia comprovada em testes de laboratório, PIRES SOBRINHO et al. (CINPAR 2009), sendo possível observar que o tipo de reforço recomendado em projeto eleva em mais de 200% a resistência da alvenaria revestida. No cálculo da esbeltez, o revestimento aderido ou não deve considerar o comportamento da amostra nos ensaios de compressão e de aderência. Pode ser considerado aderido, quando, nos ensaios de compressão, o revestimento permanecer A figura 08 mostra aspectos da execução de experimentos do reforço, utilizando-se telas de aço intertravadas com conectores e recobertos com argamassa, destinadas às paredes da superestrutura.

8 Proposta de metodologia para a elaboração de laudos e projetos de recuperação estrutural de edifícios em alvenaria resistente Figura 8 - Procedimento de reforço com tela argamassada, intertravada em paredes Esse tipo de reforço, além de elevar, sobremaneira, a capacidade resistente da parede, promove modificação do tipo de ruptura, transformando a ruptura brusca, sem aviso, para a ruptura quase dúctil. cantoneiras de aço (2 x2 x5/16 ) intertravadas com conjuntos parafusos-porca funcionando como conectores, aplicadas nos encontros de paredes. Resultados estão apresentados no artigo de PIRES SOBRINHO et al. (CINPAR 2010). Outro tipo de reforço também estudado no projeto para a superestrutura foi a utilização de A figura 09 mostra o procedimento de execução desse tipo de reforço. Figura 9 - Procedimento de reforço com cantoneira intertravada 90 Esse tipo de reforço poderá ser utilizado tanto para absorver parte das cargas atuantes e modificar a forma de ruína da superestrutura, se utilizado trans- passado entre pavimentos, VG quanto para propiciar apenas a forma de ruína, se utilizado como quadro interno, sem transpassamento (Ver figura 10). Figura 10 - Tipos de reforço com cantoneiras intertravadas

9 Revista Pernambucana de Tecnologia Vol. 1, Nº 1 Junho de 2013 Para os embasamentos, estudos realizados no âmbito do Projeto FINEP/HABITARE/MORE- AR avaliaram dois tipos de reforço, considerando o envelopamento das alvenarias do embasamento com placa concreto, uma com a utilização de cinta superior contínua, intertravada e outra, apenas com intertravamento discreto. Esses tipos de reforço em espécimes de embasamento em alvenaria contínua sobre sapata em viga TÊ invertida, apresentados na figura 11, foram testados em laboratório, e seus resultados estão apresentados no artigo de PIRES SOBRINHO et al. (CINPAR 2010). A utilização desse tipo de reforço não só pode ser dimensionada para elevar a capacidade resistente do embasamento como também para proteger seus componentes (blocos e argamassa) da ação de águas agressivas, algumas vezes presentes no solo de fundação. Figura 11 - Tipos de reforço em embasamento de alvenaria contínua 91

10 Proposta de metodologia para a elaboração de laudos e projetos de recuperação estrutural de edifícios em alvenaria resistente Referências OLIVEIRA, R.A e PIRES SOBRINHO, C.W.A. Acidentes com Prédios em Alvenaria Resistente na Região Metropolitana do Recife. Anais do 4th International Conference on the Behavior of Damaged Structure. João Pessoa, PB, BR, PIRES SOBRINHO, C.W.A; TAVARES, S.A; SILVA, C.G.V; SANTANA, E.C; ANTUNES, S. Caracterização de Grau de Risco ao Desabamento para edificações em Alvenaria Resistente na Região Metropolitana do Recife. Anais do 51º Congresso Brasileiro do Concreto - IBRACON, Curitiba, PR, BR PIRES SOBRINHO, C.W.A. Evaluation of Degree of Ruin Risk of Building in Masonry the City of Recife. Anais do 8th International Seminar on Structural Masonry. Stambul, Turquia, ABNT NBR Cargas para Cálculo de Estruturas de Edificações, Rio de Janeiro, BR, ABNT NBR Alvenaria Estrutural Blocos Cerâmicos - parte 1 e 2, Rio de Janeiro, BR, ABNT NBR Alvenaria Estrutural Blocos de concreto - partes 1 e 2, Rio de Janeiro, BR, PIRES SOBRINHO, C.W.A; TAVARES, S.A; SILVA, F.A.N; OLIVEIRA, R.A. Influência do Revestimento, Simples e Armado, no Comportamento de Paredinhas em Alvenaria de Blocos Cerâmicos de Vedação. Anais do 5º Congresso Internacional sobre Patologia e Reabilitação de Estruturas - CINPAR, Cordoba, AR, PIRES SOBRINHO, C.W.A. e MELO, L.V. The Aggressiveness of the Groundwater in the Structures with Foundation in Concrete Building in the Metropolitan Region of Recife. Anais do 7th International Seminar on Structural Masonry. Belo Horizontel BR, MENEZES, R.R; CAMPOS, L.F; NEVES, G.A; FER- REIRA, H. C. Aspectos fundamentais da expansão por umidade: uma revisão Parte I: aspectos históricos, causas e correlações. Revista Cerâmica V. 52 Nº 231, Rio de Janeiro, BR, OLIVEIRA, R. A. (2010) Desenvolvimento de Modelos para Recuperação de Edificações em Alvenaria Resistente Relatório Projeto FINEP Nº , Recife, PE, p. ABNT NBR Ações e Segurança nas Estruturas - Procedimento, Rio de Janeiro, BR, PIRES SOBRINHO, C.W.A; OLIVEIRA, R.A; SILVA, F.A.N. Comportamento Compressivo de Reforço para Paredes de Edifícios Construídos em Alvenaria Resistente Empregando Cantoneiras de Aço. Anais do 6º Congresso Internacional sobre Patologia e Reabilitação de Estruturas - CINPAR, Cordoba, AR, PIRES SOBRINHO, C.W.A; OLIVEIRA, R.A; SILVA, F.A.N. Análise de Modelos para Reforços de Embasamentos em Alvenaria para Edifícios Construídos em Alvenaria Resistente. Anais do 6º Congresso Internacional sobre Patologia e Reabilitação de Estruturas - CINPAR, Cordoba, AR, ALEPE - Lei Estadual Diretrizes para Inspeção de Edifícios Contendo Requisitos Mínimos a Serem Considerados, Assembleia Legislativa do Estado de Pernambuco, Recife/PE, BR 2009.