ENGENHARIA CIVIL TÉCNICAS CONSTRUTIVAS ESPECIAIS ALVENARIA ESTRUTURAL Prof. Msc. Fábio Usuda Sorocaba / SP FEVEREIRO - 2004 1
MATERIAIS UTILIZADOS NA ALVENARIA ESTRUTURAL 1. INTRODUÇÃO Dos diversos materiais que podem ser utilizados como elementos de uma alvenaria estrutural, os mais utilizados hoje no Brasil são os blocos vazados de concreto, os blocos vazados cerâmicos, os blocos maciços cerâmicos, os blocos vazados silico-calcáreos e os blocos maciços silicocalcáreos. De todos, o bloco de concreto é o que tem o uso mais disseminado, sendo utilizado em larga escala em programas habitacionais, e aquele que mereceu todos os esforços iniciais de normalização. Os demais blocos seguem lentamente os mesmos passos. Todo o corpo normativo desenvolvido para a alvenaria de bloco vazado de concreto também pode ser utilizada, em termos de referência, para os demais blocos, tal como é feito em normas americanas e de países europeus. Deve-se apenas tomar o cuidado com as considerações próprias das características de cada material. As normas brasileiras para blocos de concreto seguiram as opções das normas americanas. Não parece ser um abuso de nossa parte considerar as mesmas opções para os demais blocos. É comum, no entanto, que haja a utilização, por alguns profissionais, da norma britânica para os outros blocos não inteiramente normalizados no Brasil. 2. NORMAS BRASILEIRAS 2.1 Bloco de Concreto NBR 10837 - Cálculo de Alvenaria Estrutural de Blocos Vazados de Concreto 2:002.16-003 - Projeto de Parede de Vedação em Blocos Vazados de Concreto 2
NBR 8798 - Execução e Controle de Obras em Alvenaria Estrutural dos Blocos Vazados de Concreto 2:002.16-004 - Execução e Fiscalização de Paredes de Vedação em Blocos Vazados de Concreto MB 116 - Blocos Vazados de Concreto Simples para Alvenaria - Determinação da Resistência à Compressão MB 3459 - Blocos Vazados de Concreto Simples para Alvenaria - Determinação da Absorção de Água, do Teor de Umidade e da Área Líqüida MB 3458 - Blocos Vazados de Concreto para Alvenaria - Retração por Secagem NBR 8215 - Prisma de Blocos Vazados de Concreto para Alvenaria Estrutural - Preparo e Ensaio à Compressão NBR 8490 - Argamassas Endurecidas para Alvenaria Estrutural - Retração por Secagem NBR 8949 - Paredes de Alvenaria Estrutural - Ensaio à Compressão Simples NBR 9287 - Argamassa de Assentamento para Alvenaria de Blocos 2:003.04-009 - Paredes de Alvenaria Estrutural - Ensaio de Cisalhamento 2:003.04-008 - Método de Ensaio de Cisalhamento/Bloco para Assentamento de Alvenaria Estrutural 02:002.16-002- Blocos Vazados de Concreto Simples para Alvenaria sem Função Estrutural NBR 6136 - Blocos de Concreto Simples para Alvenaria Estrutural 2.2 Bloco cerâmico NBR 7171 - Bloco Cerâmico para Alvenaria - Especificação NBR 8042 - Bloco Cerâmico para Alvenaria - Formas e Dimensões NBR 6461 - Bloco Cerâmico para Alvenaria - Verificação da Resistência à Compressão NBR 8043 - Bloco Cerâmico Portante para Alvenaria - Determinação da Área Líquida - Método de Ensaio 3
NBR 7170 - Tijolo Maciço Cerâmico para Alvenaria - Especificação NBR 8041 - Tijolo Maciço Cerâmico para Alvenaria - Formas e Dimensões NBR 6460 - Tijolo Maciço Cerâmico para Alvenaria - Verificação da Resistência à Compressão - Método de Ensaio 4
Blocos estruturais no mercado : Fonte : Manual Técnico de Alvenaria 5
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3. COMPONENTES DA ALVENARIA ESTRUTURAL 3.1.1 O Bloco de Concreto A resistência característica à compressão f bk é o resultado de uma análise estatística, semelhante ao concreto, baseada no resultado de ensaios de corpos de prova à ruptura em prensas que os comprimem, inclusive com o mesmo mostrador estatístico utilizado nos corpos de prova de concreto. No caso dos blocos de concreto os corpos de prova são exemplares dos próprios blocos tirados a esmo da pilha fornecida. A norma de especificação (NBR 6136) indica que a resistência mínima para um bloco com função estrutural é de 4,5MPa, seguindo daí para diante aos patamares 6,0, 8,0, 10,0, 12,0, etc. Não basta, no entanto, o atendimento à resistência à compressão. O bloco deve atender a outras condições limites muito importantes para seu desempenho como elemento modular, estrutural e de vedação. Devem ter suas dimensões padronizadas dentro das tolerâncias definidas na norma, devem ser atendidos os limites de absorção e retração por secagem, além, é claro, do próprio controle visual. Neste último caso, se o bloco for ficar aparente, simplesmente protegido por alguma tinta ou verniz, sua textura tem que ser fina, pouco áspera. Se, por outro lado, o bloco for revestido com massa única, é mais conveniente ter uma textura mais grossa e áspera para melhor aderência da argamassa à superfície do bloco. A pequena tolerância nas dimensões do bloco permite que se faça a modulação da obra em função do módulo de 20cm, fazendo com que não haja produção de entulho. As dimensões internas ao serem atendidas tornam válidas as expressões da norma de cálculo estrutural e seus coeficientes de 9
segurança (NBR 10837). A verificação das dimensões garante a racionalização e a segurança da obra. O controle para a absorção, umidade e retração por secagem garantem o bom desempenho da parede como vedação. Desde que atendidos os limites especificados em norma, serão evitados efeitos higrotérmicos exagerados que acabam por gerar fissuras indesejáveis, não só pelo ponto de vista estético como também pelo de conforto e estanqueidade. O bloco com índices elevados de absorção retira água ou da argamassa (água que esta precisa para efetuar a própria cura) ou do meio ambiente. Aqui também serão evitados os mesmos fenômenos com relação ao graute para que este siga solidário ao bloco após a cura. 3.1.2 O Bloco Cerâmico Os aspectos de controle do bloco cerâmico, que devemos fazer para a aceitação do blocos cerâmicos são: inspeção visual, resistência à compressão, Dimensões do bloco, esquadro e planeza do bloco. Na inspeção visual devemos observar se os blocos apresentam defeitos sistemáticos tais como trincas, quebras, superfícies irregulares, deformações, integridade das arestas e vértices e desuniformidade na cor, devemos atentar que alguns destes aspectos são subjetivos e devem ser acertados com o fornecedor dos blocos os critérios de controle quando estes não forem definidos em norma. A resistência à compressão dos blocos deve atender a NBR 6461. Na extrusão do bloco cerâmico, o corte e o cozimento podem provocar distorções no componente, se não houver controle adequado. Trabalhar com blocos dentro das tolerâncias da norma significa maior facilidade do operário na execução da alvenaria (maior produtividade no assentamento) e o esquadro e a planeza influem na capacidade de carga da parede. 10
3.2 A argamassa de assentamento A argamassa de assentamento é composta de cimento, areia e cal. Deve ter características que atendam tanto uma boa trabalhabilidade para a execução como uma boa qualidade que se compatibilize com o bloco de concreto. Em estado fresco a argamassa deve ser fluida e coesa para que, além de permitir o fácil manuseio pelo pedreiro, não se desagregue ao ser aplicada. Deve ter condições de reter água para as reações necessárias a sua cura. Estas condições se dá por causa da elevada finura da cal (grãos com cerca de 2µm de diâmetro) e capacidade de proporcionar fluidez, coesão e retenção de água às argamassas e grautes. Estas três propriedades se relacionam à trabalhabilidade das misturas frescas; a retenção de água colabora com a menor suscetibilidade à fissuração devido à retração por secagem nas primeiras idades. Após o assentamento do bloco de concreto não poderá haver abatimento dessa argamassa, o que deformaria a parede comprometendo a modulação. A boa qualidade da argamassa em uma parede já executada pode-se medir pelo fato de não permitir fissuração (que ocorrem por deformação excessiva da argamassa ou por retração) e por sua resistência à compressão. No tocante à resistência, a argamassa não precisa ter a mesma resistência do concreto do bloco. Como ela tem pouca espessura (cerca de 1.0 cm), os blocos que a comprimem exercem uma ação de confinamento fazendo com que tudo se passe como se tivéssemos um cintamento da argamassa, dotando-a de maior capacidade. Desta forma a resistência à compressão da argamassa em ensaio pode ser até 50% da resistência à compressão do concreto do bloco, sem alterar significativamente a resistência da parede, mas aconselha-se o valor de resistência à compressão da argamassa de assentamento com sendo: f ak = f bk 11
Os agregados (areia, pedra, pedrisco) são a parte inerte da argamassa, graute ou concreto. Inertes por não sofrerem, em tese, reações químicas, como o cimento, a cal e a água presentes na mistura. Os agregados não tem somente a função de preencher espaço para economizar aglomerante. Sem os agregados, teríamos sérios problemas de estabilidade dimensional em argamassas, grautes e concretos, devido à retração por secagem. Algumas propriedades da argamassa e sua importância : Estado propriedade Importância Fresco Fluidez A argamassa deve deslizar na colher e permitir acertar a posição do bloco na fiada Coesão A argamassa não deve se desintegrar ao se fazer o cordão na colher; ela deve aderir aos blocos; deve suportar os blocos sem se deformar antes da pega Retenção A argamassa não deve perder fluidez enquanto está sendo trabalhada; não deve perder água por evaporação ou absorção excessiva para não trincar no estado fresco. Resistência à A resistência se associa à durabilidade, à Endurecido Compressão impermeabilidade, sendo fácil de medir. Tem influência na resistência mecânica da parede quando muito baixa ou muito alta; relacionando-se também com a deformabilidade, resistência à tração e ao cisalhamento Módulo de Influi na deformabilidade da parede; influi no deformação aparecimento ou não de trincas quando da acomodação da alvenaria a pequenas movimentações ou variações dimensionais Retração por secagem Ligado à suscetibilidade de fissuração das juntas de argamassa devido ao próprio fenômeno de retração. 12
O traço ideal para alvenaria estrutural é feito através de dosagens experimentais em laboratório para atender o cálculo estrutural. Seu objetivo é atender às propriedades requeridas com o mínimo custo de materiais caros da obra. No entanto, para alvenarias estruturais de pequeno porte, podemos adotar uma dosagem empírica atendendo às seguintes condições : - a resistência do f pk (resistência do prisma de alvenaria) deve ser inferior a 6,0 MPa para o prisma oco ou 3,0 MPa para o prisma cheio; - deve ser obtida trabalhabilidade; - a relação água/cimento não deve ultrapassar 0,8litros/kg Traços empíricos de argamassas para assentamento de alvenaria estruturais : Tipo de bloco Traço em volume Cimento cal Areia úmida Água* Concreto 1,00 <0,25 <4,15 <1,00 Cerâmico 1,00 <0,25 <4,15 <1,00 Sílico calcáreo 1,00 <1,00 <6,00 <1,00 >0,75 Concreto celular autoclavado 1,00 <2,00 <6,00 <1,00 >1,00 *água inclui a quantidade presente na areia umida (fonte: Manual Técnico de Alvenaria ABCI) 3.3 O Graute O graute é um concreto feito com areia, cimento, pedrisco e cal. Ele tem a função de completar os furos dos blocos onde for conveniente dando maior resistência à compressão (carga admissível) à parede ou solidarizando uma eventual armadura ao conjunto, sendo essa armadura usada por questões de resistência, utilização (evitando abertura de fissuras ou trincas) ou simplesmente construtivas (solidarizando as paredes entre si e estas com as lajes). Deve ser respeitada uma resistência mínima para esse concreto graute, especificada na norma NBR 10837 como segue: f gk = 2.f bk > 14Mpa 13
O graute também deve atender duas situações: a de serviço e a de aplicação. O graute deve ser fluido para que o furo do bloco possa ser cheio sem falhas, bastando o socamento com o próprio ferro do furo para adensá-lo convenientemente. Não deve permitir, porém, que haja segregação do agregado quando de seu lançamento. Normalmente o abatimento ("slump") é de 15cm a 20cm. Tem-se que ter cuidado com os problemas de retração desse graute, principalmente nas primeiras idades, para que ele não se solte da parede do bloco. Isso se dá quando há muita perda de água. A característica mais importante em estado de serviço é a resistência à compressão, que será avaliada em ensaios específicos. Esta função do graute de aumentar a resistência admissível da parede pode ser utilizada com qualquer unidade vazada de bloco, seja ele de concreto, cerâmico ou sílico-calcáreo. Para alvenarias estruturais de blocos de concreto é permitida a dosagem empírica, baseada em experiência anterior nas seguintes condições : - Obras de pequeno porte - Resistência mínima de projeto do prisma deve ser menor ou igual a 6,00 MPa para prisma oco ou menor ou igual a 3,00 MPa para prisma cheio; - Trabalhabilidade; - A proporção entre os agregados graúdos e miúdos deve ser otimizada experimentalmente com os materiais da obra. Traços empíricos para grautes : Tipo traço cimento Cal Materiais Agregado miúdo* Agregado graúdo** hidratada seco úmido Seco úmido Água*** Graute massa 1,00 <0,04 <2,30 <2,41 - - <0,75 fino volume 1 saco <3,5dm 3 <88 dm 3 <110dm 3 - - <37 dm 3 Graute Massa 1,00 <0,04 <2,20 <2,31 <1,70 <1,78 <0,70 grosso volume 1 saco <3,5dm 3 <88 dm 3 <110dm 3 <66 dm 3 <73 dm 3 <35 dm 3 *umidade 5%, inchamento=1,25 **umidade 5%, inchamento=1,10 ***água total, descontar água presente nos agregados 14
4. O PRISMA Prismas são elementos obtidos da superposição de um certo número de blocos, normalmente dois ou três, unidos por junta de argamassa e destinados ao ensaio de compressão axial. A norma que regulamenta o método do ensaios de prismas é a NBR8215 Prismas de Blocos Vazados de Concreto Simples para Alvenaria Estrutural Preparo e Ensaio à Compressão. A estimativa da resistência de paredes através do ensaio de prismas é procedimento adotado pela NBR10837. É extremamente interessante e representa um avanço significativo do ponto de vista de se obter um método de dimensionamento válido para praticamente qualquer condição de unidade, argamassa ou mesmo graute. Obviamente, é importante que os prismas sejam executados nas mesmas condições verificadas na construção. Devem ser mantidos materiais e mão de obra, para que se possa ter resultados representativos do que realmente ocorre durante a execução. O resultado desse ensaio de ruptura à compressão é o valor f p do corpo de prova ensaiado. O valor médio de resistência à compressão do prisma é o f p especificado no projeto estrutural. Essa é a grandeza que o projetista pode e deve especificar. E é essa a grandeza que o construtor deve buscar no estudo da composição de sua parede. Que relação existe entre esse f p e o f bk? O que se observa acompanhando-se um grande conjunto de ensaios de prismas, é que eles obedecem uma relação mais ou menos constante para o bloco de concreto e, por isso, pode ser utilizada como ponto de partida para a investigação da composição dos elementos constituintes da parede. Esta relação é denominada eficiência entre prisma e bloco e pode ser escrita matematicamente como: η=f p /f b Normalmente esses valores da eficiência prisma-bloco, variam de 0,5 a 0,9 para blocos de concreto e de 0,3 a 0,6 no caso de blocos cerâmicos. Existe ainda a relação entre parede e prisma. É uma relação muito importante porque, mesmo sendo o dimensionamento e o controle feitos com base na resistência 15
do prisma, o que interessa em última instância é a resistência da parede.e a resistência do prisma é sempre maior que a da parede, porque com o aumento do número de juntas que se verifica na parede, inclusive com a adição de juntas verticais que não existem no prisma, a resistência do painel tende a cair. A seguir são mostrados alguns ensaios realizados com blocos, prismas e paredes: Blocos de concreto : Resistência à compressão (MPa) bloco Prisma Parede s/ graute A 7,9 6,4 5,1 B 10,6 9,3 6,4 C 13,2 9,8 8,2 Fonte : 5 th International Seminar on Structural Masonry for Developing Countries Florianópolis/1994 Artigo : Determinação de Correlações de Resistência Mecânica de Paredes de Alvenaria Estrutural de Blocos de Concreto Autores : Aly, V. L. e Sabbatini, F. H. Blocos cerâmicos : Resistência à compressão (MPa) Bloco Prisma Parede s/ graute A 6,3 3,3 3,8 B 5,2 3,5 3,6 C 6,8 3,7 4,7* *tensão máxima de compressão sem chegar à ruptura Fonte : Cerâmica Selecta Ensaios de compressão Simples em Paredes de Alvenaria de Blocos Cerâmicos São Carlos/1997 16