ESTUDO COMPARATIVO ENTRE PÓRTICOS DE CONCRETO ARMADO COM E SEM A CONTRIBUIÇÃO DA RIGIDEZ DAS PAREDES DE BLOCOS CERÂMICOS FRENTE A ESFORÇOS VERTICAIS

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1 ESTUDO COMPARATIVO ENTRE PÓRTICOS DE CONCRETO ARMADO COM E SEM A CONTRIBUIÇÃO DA RIGIDEZ DAS PAREDES DE BLOCOS CERÂMICOS FRENTE A ESFORÇOS VERTICAIS Marcos José de Carvalho 1 Discente do Curso de Pós Graduação em Estruturas do Centro Universitário de Lins Unilins, Lins-SP, Brasil marcos.jcarvalho@yahoo.com.br Luciana Maria Bonvino Figueiredo 2 Docente do Curso de Pós Graduação em Estruturas do Centro Universitário de Lins Unilins, Lins-SP, Brasil posestruturas@unilins.edu.br Resumo: Neste trabalho foram analisados pórticos em concreto armado com e sem a contribuição da alvenaria de vedação no sistema estrutural, devido ao método construtivo aplicado em obras de pequeno porte (residências e sobrados), cuja as alvenarias de vedações participam diretamente da transferência dos carregamentos permanentes e acidentais para as fundações, pelo fato de serem utilizadas como formas para os pilares e vigas, ou seja servirem de escoras permanentes para esses elementos, também pela falta de rigidez do pórtico de concreto que deforma-se sobre as paredes de vedação e transferem parte da carga. Para tanto, foi utilizado o software denominado SAP2000 (Structural Analysis Program) como ferramenta de simulação dos pórticos e utilizado o software comercial CAD/TQS para o levantamento dos esforços solicitantes. O foco do trabalho não foi defender o sistema construtivo, que está totalmente fora das normas da ABNT, mas sim demostrar como se comporta na realidade, analisando os esforços em cada componente da estrutura. Os reflexos da grande redução dos esforços solicitantes encontrados nos elementos de concreto armado e da baixa tensão na alvenaria cerâmica são mostrados ao longo do trabalho. Palavras-chave: Pórtico de concreto. Alvenarias de vedação. Esforços solicitantes. Abstract: In this study porticos were analyzed in reinforced concrete with and without the contribution of masonry of sealing in the structural system, due to the constructive method applied in small works (houses), whose the walls seal participate directly in the transfer of permanente and accidental loads to the foundation due they are used as shapes for pillars and beams, that is they serve as anchors for these elements, and also for the lack of rigidity of the pórtico of concrete that deforms on the walls seal and transfer part of the load. Therefore, the software called SAP2000 (Structural Analysis Program) was used as a simulation tool for the structures and used the comercial software called CAD/TQS to find the applicant efforts. The focus of this study isn t to defend the construtive system, which is totally outside ABNT norms, but to demonstrate how it behaves in reality, analyzing the efforts in each componente of the structure. The reflections of the great reduction of the applicant efforts found in the elements of reinforced concrete and the low tension in the ceramic walls are shown in the course of the study. 1

2 Keywords: Concrete Portico. Wall seal. Applicant efforts. 1 Introdução Diante do cenário atual das pequenas construções, como residências de um a dois pavimentos que não possuem projetos estruturais e são executadas sem embasamento técnico devido o proprietário não querer arcar com os custos necessários, as normas ABNT NBR 6118 (2014) na maioria das ocasiões não são seguidas, sobretudo no que se refere as dimensões mínimas para os elementos em concreto armado, e ao dimensionamento das armaduras para o estado limite último e verificações em serviço. O caminhamento dos esforços devido à baixa rigidez dos pórticos de concreto armado e a utilização das alvenarias como escoras permanentes para a estrutura possui um comportamento complexo, parte dessas cargas são absorvidas pela alvenaria, exemplo claro é a utilização das escoras de madeira para os elementos de concreto armado, somente quando todos os escoramentos são retirados que as vigas e pilares são totalmente solicitadas. Por todos esses fatores existe uma grande dificuldade na decisão do engenheiro sobre como lidar com esse tipo de construção, quais os fatores que realmente importam e são essenciais para que garantir economia, segura e durabilidade, acarretando assim desentendimentos com os construtores e proprietários da obra. A figura 1 demostra um caso típico de construção cuja as alvenarias ajudam na resistência e caminhamento das cargas até as fundações. Para tanto torna-se necessário um estudo comparativo entre pórticos de concreto armado e pórticos de concreto armado com a participação da alvenaria no sistema estrutural, e de acordo com os parâmetros da NBR 6118 (2014), para assim obtermos uma resposta mais próxima dos reais esforços existentes nos elementos de concreto armado, tensões nas alvenarias, e consequentemente melhores modelos de cálculo e soluções para quando aplicado esse método construtivo. 2 Materiais e métodos Para o estudo comparativo entre os pórticos de concreto armado e os pórticos considerando a alvenaria cerâmica no sistema estrutural foi utilizado o software SAP2000 como ferramenta de simulação. Para realizar o levantamento das cargas consideradas nos pórticos foi utilizado o modelo de grelha do software CAD/TQS. Na figura 2 pode ser observado a estrutura que foi lançada no programa para levantamento dos esforços, a distribuição das cargas da laje pode ser observada em amarelo, e circulado em vermelho o pórtico plano que serviu de base para todas as simulações no software SAP2000. Figura 2. Estrutura utilizada como base Figura 1. Residência unifamiliar 2

3 Na criação da estrutura demostrada acima foi utilizado laje treliçada h8 com capa de 4cm de concreto para a cobertura, e laje treliçada h12 com capa de 4cm de concreto para o 1 pavimento. A sobrecarga utilizada na laje de cobertura foi de 0,150tf/m² (0,10tf/m² de carga permanente e 0,05tf/m² de carga acidental), e para laje do primeiro pavimento foi utilizado 0,250tf/m² (0,10tf/m² de carga permanente e 0,15tf/m² de carga acidental) conforme prescreve a NBR 6120 (1980). O peso próprio da laje de cobertura (0,20tf/m²) e laje do primeiro pavimento (0,240tf/m²) foram considerados conforme especificação do fabricante Lajes Anhanguera (2011) e distribuídos juntamente com os demais carregamentos para as vigas. Para realizar apenas a simulação do pórtico plano circulado na figura 2 no software SAP2000, foi considerado a favor da segurança que toda a carga do pavimento cobertura e uma parede cerâmica de vedação com espessura de 19cm e altura de 2,80m, atua sobre a viga do primeiro pavimento, encontrado assim um carregamento de 2,63 tf/m. O esforço horizontal devido o vento foi desprezado por sua baixa influência nos resultados e para simplificar a análise. Em seguida foram criados no software SAP2000 três modelos de pórticos planos somente com os elementos de concreto armado, cada um com um tipo de seção transversal, e três modelos de pórtico considerando a alvenaria cerâmica como parte do sistema estrutural, também variando as suas seções, todos travados na base com viga baldrame de 19x60cm, para assim analisar o comportamento das estruturas sobre cada situação, comparar os resultados e entender melhor esse método que utiliza as paredes de vedação como escoras. Os modelos criados com suas respectivas seções transversais podem ser observados abaixo: 1) Pórtico com viga 19x19cm e pilares 19x19cm (Modelo 1). 2) Pórtico com viga 19x19cm, pilares 19x19cm apoiado sobre alvenaria cerâmica (Modelo 2). 3) Pórtico com viga 19x40cm e pilares 40x19cm (Modelo 3). 4) Pórtico com viga 19x40cm, pilares 40x19cm apoiado sobre alvenaria cerâmica (Modelo 4). 5) Pórtico com viga 19x60cm e pilares 60x19cm (Modelo 5). 6) Pórtico com viga 19x60cm, pilares 60x19cm apoiado sobre alvenaria cerâmica (Modelo 6). Para a simulação da estrutura de concreto armado foi considerado um f ck =25MPa e de acordo com a tabela 8.1 da NBR 6118 (2014) (utilizando granito como agregado graúdo) foi utilizado um modulo de elasticidade longitudinal secante E=24.000MPa. Para a determinação do modulo de elasticidade da alvenaria cerâmica foi utilizado a formulação da NBR (2010) E=600*Fpk, considerando para o cálculo a resistência de 1Mpa que é a mínima exigida para comercialização de blocos cerâmicos de vedação, e relação entre Fbk (resistência característica do bloco) e Fpk (resistência característica do prisma) de 0,5 (prisma com metade da resistência do bloco) conforme orienta Portella (2015) que realizou diversos ensaios práticos com blocos cerâmicos, dessa forma foi encontrado E=300MPa. A figura 3 e figura 4 mostram o lançamento do pórtico de concreto e do pórtico com o apoio de alvenaria respectivamente, a cor azul representa os elementos de concreto e a rosa a parede cerâmica, foram utilizados elementos finitos de chapa de 10x10x19cm para a discretização da alvenaria e elementos finitos de barra de 10cm para discretização do pórtico. A ligação entre os dois elementos é complexa e por simplificação foi utilizado barras articuladas nas extremidades para realizar essa interação, considerando que a cerâmica funciona apenas como elemento de apoio para o pórtico de concreto e não transfere momento fletor. Os parâmetros comparados entre os modelos foram de esforços axiais e momento fletor nos pilares, cortante, momento 3

4 fletor e deformação na viga e as tensões na alvenaria. Figura 3. Pórtico de concreto armado discretizado Figura 5. Modelo 1 Esforço axial (Tf) Figura 4. Pórtico e alvenaria cerâmica discretizados Figura 6. Modelo 2 Esforço axial. (Tf) 3 Resultados e discussões. A primeira comparação foi entre o modelo 1 e o modelo 2 (que é o que mais se aproxima do método construtivo das obras de pequeno porte), os esforços de momento fletor positivo e negativo encontrados no segundo modelo são praticamente nulos se comparado ao primeiro, demostrando que grande parte da carga migrou para alvenaria devido o pórtico possuir baixa rigidez e deformar sobre as paredes. Na viga baldrame do modelo 2 (figura 10) ocorreu um grande esforço de momento fletor, pelo fato das cargas absorvidas pela parede serem transferidas diretamente para esse elemento. As figuras abaixo demostram os esforços solicitantes encontrados. Figura 7. Modelo 1 Esforço cortante (TF) 4

5 Figura 8. Modelo 2 Esforço cortante (Tf) Figura 11. Modelo 2 Tensão na alvenaria (Kgf/cm²) Figura 9. Modelo 1 fletor Figura 10. Modelo 2 fletor O esforço de compressão no pilar teve redução de 44,4% que foi absorvido pela alvenaria cerâmica. O esforço cortante na viga teve uma redução de 46,80%, o momento positivo e negativo na viga tiveram respectivamente uma redução de 93,38% e 80,70%, o deslocamento teve redução de 93,75%, a tensão na alvenaria cerâmica foi de 0,28 MPa. Todos os resultados obtidos na análise dos dois primeiros modelos podem ser observados na Tabela 1. Tabela 1 Modelo 1 e modelo 2 PARAMETROS COMPARATIVOS MODELO 1 MODELO 2 Esforços Viga Pilar Viga Pilar Alvenaria Axial (Tf) - 7,35-4,08 - Cortante (Tf) 7,03-3, Positivo Negativo 4,53 4,66 0,30 0,90-4,66 2,19 0,90 0,90 - Deslocamento 4,0-0, (cm) Tensão (MPa) ,28 5

6 A segunda comparação foi entre o modelo 3 e o modelo 4, as imagens dos esforços solicitantes não foram colocadas no trabalho para que não ficasse muito extenso, mas é importante destacar que com o aumento das seções dos elementos de concreto armado as tensões na alvenaria foram aliviadas diminuindo sua contribuição no sistema estrutural. O esforço de compressão no pilar teve redução de 26,20% que foi absorvido pela alvenaria cerâmica. O esforço cortante na viga teve uma redução de 29,45%, o momento positivo e negativo na viga tiveram respectivamente uma redução de 69,90% e 49,78%, o deslocamento teve redução de 64,58%, a tensão na alvenaria cerâmica foi de 0,16 MPa. Todos os resultados obtidos na análise do modelo 3 e modelo 4 podem ser observados na Tabela 2. Tabela 2. Modelo 3 e modelo 4 PARAMETROS COMPARATIVOS MODELO 3 MODELO 4 Esforços Viga Pilar Viga Pilar Alvenaria Axial (Tf) - 7,90-5,83 - Cortante 7,30-5, (Tf) Positivo 4,82 4,70 1,45 2,36 - Negativo 4,70 1,58 2,36 2,07 - Deslocamento 0,48-0, (cm) Tensão (MPa) ,16 A terceira comparação foi entre o modelo 5 e o modelo 6, as imagens dos esforços solicitantes também não foram colocadas no trabalho pela mesma razão, a redução encontrada entre esses modelos foram mínimas devida a grande rigidez do pórtico de concreto, que pouco deformou, absorvendo quase toda carga e deixando a alvenaria praticamente com papel de vedação. O esforço de compressão no pilar teve redução de 14,11% que foi absorvida pela alvenaria cerâmica. O esforço cortante na viga teve uma redução de 17,10%, o momento positivo e negativo na viga tiveram respectivamente uma redução de 41,45% e 25,26%, o deslocamento teve redução de 37,50%, a tensão na alvenaria cerâmica foi de 0,09 MPa. Todos os resultados obtidos na análise do modelo 5 e modelo 6 podem ser observados na Tabela 2. Tabela 3. Modelo 5 e modelo 6 PARAMETROS COMPARATIVOS MODELO 5 MODELO 6 Esforços Viga Pilar Viga Pilar Alvenaria Axial (Tf) - 8,50-7,30 - Cortante 7,60-6, (Tf) 5,09 4,75 2,98 3,55 - Positivo 4,75 1,09 3,55 2,32 - Negativo Deslocamento 0,16-0, (cm) Tensão (MPa) ,09 4 Conclusão Esse método construtivo, apesar de não possuir projeto estrutural e fora das normas da ABNT, é muito utilizado nas edificações de pequeno porte e precisa ser mais estudado, principalmente na questão da ligação entre os elementos de concreto armado e alvenaria cerâmica, além de modelos que considerem a argamassa de assentamento. Pela falta de mais estudos relacionados ao tema, preferiu-se dizer que o trabalho apresentou os seguintes indícios: Na comparação entre os modelos 1 e 2, fica evidente porque o não seguimento da NBR 6118 (2014) e a utilização das armações realizadas sem embasamento técnico não acarretam problemas estruturais. Analisando o modelo 2 é possível observar que os maiores esforços solicitantes acontecem na viga baldrame que precisa ser bem armada. Com o aumento da rigidez dos pórticos de concreto armado a alvenaria pouco trabalha no sistema no estrutural. O modelo 2 resultou em uma tensão máxima de 0,284MPa, ou seja, em torno 6

7 de 28% da resistência mínima exigida para um bloco cerâmico ser comercializado, demostrando que poderia haver mais pavimentos com certa margem de segurança. Como os esforços solicitantes nos elementos de concreto e as tensões nas alvenarias são resistidas tranquilamente pelo conjunto estrutural, a maioria das patologias encontradas nessas obras são devido à falta de rigidez nas vigas baldrames, recalques nas estacas da fundação e dilatações térmicas. Como observado no modelo 2, a alvenaria possui papel importante na estabilidade do sistema, é indispensável que o engenheiro comunique por escrito o proprietário da obra que em caso de reformas as paredes não podem ser quebradas ou retiradas sem a utilização de escoramento e reforço nos elementos de concreto. PINHEIRO, D.G. Estudo do comportamento mecânico de blocos cerâmicos com diferentes larguras f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) Área de Concentração em Construção Civil e Preservação Ambiental, Universidade Federal de Santa Maria, Santa Maria (RS), PORTELLA, R.P. Fator de eficiência da resistência prisma/bloco cerâmico de paredes vazadas f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) Área de Concentração em Materiais de Construção, Universidade Federal de Santa Maria, Santa Maria (RS), ROMAGNA, R.H. Resistencia a compressão de prismas de bloco de concreto grauteados e não grauteados Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) Departamento de Engenharia Civil, Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, Referências ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR : Alvenaria estrutural Blocos cerâmicos Parte 1: Projetos. Rio de Janeiro, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6120: Cargas para cálculo de estruturas de edificações. Rio de Janeiro, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6118: Projeto de estruturas de concreto Procedimento. Rio de Janeiro, LAJES ANHANGUERA. Tabela lajes treliçadas peso próprio e consumo de concreto. Itupeva, SP. 7