TEMA 2 Reabilitação e reforços de estruturas COMPORTAMENTO COMPRESSIVO DE REFORÇO PARA PAREDES DE EDIFÍCIOS CONSTRUÍDOS EM ALVENARIA RESISTENTE EMPREGANDO CANTONEIRAS DE AÇO Carlos Welligton de A. Pires Sobrinho 1,a, Romilde Almeida de Oliveira 2,b,Fernando Artur Nogueira Silva 2,c e Caetano de Queiroz Monteiro 3,d 1a Av Prof. Luiz Freire, 700, Cidade Universitária, Recife, Pernambuco, Brasil 2b Rua Caio Pereira, 226, Rosarinho, CEP: 52041-010, Recife, Pernambuco, Brasil 3c Rua do Principe, 526, Boa Vista, Recife, Pernambuco, Brasil 4d Rua Benfica 526, Recife, Pernambuco, Brasil a carlos@itep.br, b romildealmeida@gmail.com.br, c farturnog@gmail.com, d caetano@poli.br Palavras-chave: Alvenaria resistente, reforço de alvenaria, prédio tipo caixão, recuperação estrutural. Resumo. A alvenaria resistente é uma técnica construtiva que se caracteriza pela utilização de unidades cerâmicas ou de concreto destinadas a vedação, com finalidade estrutural. A busca pela minimização dos custos, a deficiência do controle de qualidade dos componentes e dos procedimentos construtivos aliada à inexistência de norma técnica específica, conduziu a uma série de patologias e acidentes. A freqüência destes sinistros e a natureza brusca da ruptura, com colapso progressivo, têm gerado inquietação à comunidade técnica local e, principalmente, aos moradores destas edificações, que hoje vivem em sobressalto pela incerteza das condições de segurança de suas residências. Para o reforço destas edificações, um princípio que norteia o projeto é de fornecer ductilidade ao sistema, além de eliminar o colapso progressivo. Este artigo analisa a influência da inserção de cantoneiras de aço no comportamento de pilaretes em forma de cruz construídos em alvenaria de blocos cerâmicos de vedação quando submetidas a ensaios de compressão. Esses pilaretes são elementos que simulam o comportamento do encontro de paredes de edificações reais construídas em alvenaria resistente na região metropolitana do Recife. As cantoneiras utilizadas têm seção transversal em forma L com abas de 2 e espessuras de 3/16 e são contraventadas através de parafusos espaçados a cada 80 cm. Os corpos-de-prova foram inicialmente carregados até o valor da carga correspondente às condições de utilização da edificação; as cantoneiras são instaladas e, daí por diante, o ensaio prossegue até a ruptura. Foram utilizadas prensas com controle de deslocamento, o que permitiu acompanhar o comportamento dos pilaretes reforçados em todas as etapas de carregamento, inclusive na fase pós-ruptura.
Introdução Existem várias alternativas para reforço de paredes não armadas destinadas a evitar o colapsos de edificações construídas em alvenaria estrutural. A experiência existente é fundamentalmente ligada a efeitos sísmicos (ELGAWADY ET AL, 2004). Para o caso de paredes de alvenaria resistente, isto é, construída com blocos de vedação assumindo função estrutural, o conhecimento anterior é praticamente inexistente. (CAMPOS, 2006)). Uma das propostas para reforçar as edificações em alvenaria resistente consiste em incorporar cantoneiras de aço intertravadas com parafusos nos cantos e encontros de paredes. Este tipo de reforço, na hipótese de colapso de uma parede, permite a transferência das cargas para a estrutura metálica definida pelas cantoneiras. A estrutura resultante é dúctil e não permite o colapso progressivo (OLIVEIRA, 2010). Metodologia A metodologia para o desenvolvimento dos estudos foi realizada nas seguintes etapas: O modelo experimental foi desenvolvido em pilaretes de alvenaria, por se constituir em um elemento que apresenta comportamento mais aproximado do encontro de paredes e os reforços constituídos por cantoneiras em forma de L com abas de 2 e espessura de 3/16 e contraventada através de parafusos de 5/16 espaçadas de 70 cm. Foram confeccionadas e ensaiadas 24 pilaretes em alvenaria na forma de T com abas quadradas de 13 cm de aresta e núcleo nas mesmas dimensões, a altura dos pilaretes apresentava dimensão de 1,45 m. A Figura 01 apresenta em forma de croqui, os modelos dos pilaretes e os detalhes dos reforços analisados.
Figura 01- Modelo de pilaretes e detalhes de reforço Procedimentos construtivos dos modelos analisados No sentido de facilitar o transporte e a realização dos ensaios de compressão, os pilaretes foram construídos dois a dois, separados entre si de 0,80m, sobre laje de concreto nas dimensões 0,30 m x 0,10 m x 1,45 m. Na construção das alvenarias foram utilizados blocos cerâmicos de oito furos (9x19x19)cm assentados a galga com argamassa mista de cimento, cal e areia, na dosagem volumétrica 1:1:6. Após a construção das alvenarias na forma de pilaretes, estes foram chapiscados e após 3 dias de construídos foram revestidos com argamassa mista de cimento, cal e areia, na dosagem volumétrica de 1:1:6, na espessura de1,5 cm, totalizando 13 cm entre faces externas de revestimento. Após o revestimento o topo dos pilaretes foram aplanados e nivelados com uma camada de argamassa de cimento e areia no traço 1:3 com espessura mínima, no máximo chegando à 10 mm. Para os pilaretes reforçados foram realizados furos com broca de vídea de 10 mm de diâmetro nas laterais das abas a cerca de 3 cm da aresta de encontro, espaçado de 70 cm, com o primeiro furo a cerca de 5 cm da base. Estes furos, em número de 3 para cada aba, permitiu transpassar os parafusos
de 5/16 entre lados opostos de uma mesma aba formando um travamento plano interconectando todas as 4 cantoneiras fixadas nos cantos das abas. As principais etapas do processo de fixação das cantoneiras como reforço estão mostradas na Figura 02. Figura 02 - Procedimentos de fixação dos reforços com cantoneiras de aço. Realização dos ensaios de resistência à compressão Os ensaios de resistência à compressão foram realizados em um pórtico de reação com controle de carga e deslocamento através de mecanismo servomotor. Estruturado na forma de quadro auto-reativo, possui três macacos hidráulicos de 500 kn de carga e curso de 200 mm. Para realização dos ensaios de compressão dos pilaretes foi utilizado apenas 1 macaco hidráulico de 500 KN. Embora o mecanismo servo-motor possua 2 LVDTs que registra e controla a aplicação de deslocamentos crescentes e controlados, foram utilizados mais 4 deflectômetros analógicos fixados em abas opostas, dois a dois. A Figura 03 mostra os detalhes dos ensaios realizados nos pilaretes sem reforço.
. Figura 03- Comportamento compressivo de pilaretes sem reforço nos ensaios de resistência à compressão Em cada aba, um dos deflectômetros fora fixado na argamassa através de dispositivos que envolvia apenas o blocos, e no outro os dispositivos envolviam a camada e argamassa de assentamento. Com esta disposição foi possível registrar as deformações diferenciadas em cada trecho e em cada aba, além das informações registradas na média das medidas dos LVDT s. A Figura 04 mostra detalhes dos ensaios realizados nos pilaretes com reforço em cantoneiras de aço.
. Figura 04- Comportamento compressivo de pilaretes sem reforço nos ensaios de resistência à compressão Resultados e análises Os gráficos seguintes mostram o comportamento compressivo dos pilaretes quando submetidos a acréscimo de deslocamentos impostos a taxa de 0,5 mm/min. O gráfico 01 apresenta as curvas carga x deformação dos pilaretes sem reforço; observa-se que os valores das cargas máximas, que provocaram a ruptura, variaram entre 210 kn e 240 kn, apresentando ruptura brusca. Em
muitos as cargas que provocam as primeiras fissuras nos blocos, produzem perturbação na curva. Gráfico 01 - Comportamento compressivo dos pilaretes sem reforço Como mostrado na seqüência de fotos da Figura 03, característica dos ensaios de pilaretes sem reforço, é possível observar que as primeiras fissuras ocorrem nos septos superiores do primeiro bloco (superior), propagam-se para os demais septos e para a camada de revestimento, até atingir a primeira junta de argamassa de assentamento. Neste momento é possível perceber fissuras no revestimento, que se propagam de cima para baixo. Em alguns pilaretes o bloco da base também apresenta fissuras nos septos, com menor intensidade que os superiores. Uma das razões que pode explicar este fenômeno pode ser a melhor ligação entre o primeiro bloco, assentado com argamassa à base metálica, e o confinamento que esta ligação produz no bloco. No bloco superior a carga é aplicada por um dispositivo de transferência sobre uma superfície aplanada e nivelada e entre estas se coloca uma chapa de madeira compensada de 4 mm, possibilitando uma certa liberdade de deformação. O Gráfico 02 apresenta as curvas carga x deslocamento dos pilaretes reforçados com cantoneiras de aço 2 x2 x3/16 conectadas por parafusos 5/16, espaçamento de 80cm. Observa-se que os valores das cargas máximas, que provocaram a ruptura, variaram entre 180 kn e 250 kn, apresentando uma ruptura inicial que produz uma queda da capacidade resistente, mas que estaciona em um certo nível de carga, variando entre 100 kn e 180 kn, mantendo-se assim por um longo período de deformação até que o dispositivo de aplicação de carga entra em contato com as cantoneiras e estas começam a receber parte da carga, elevando os níveis de resistência do conjunto.
. Gráfico 02 - Comportamento compressivo dos pilaretes reforçados com cantoneiras de aço 2 x2 x3/16 conectadas por parafusos 5/16 Como mostrado na seqüência de fotos da Figura 04, característica dos ensaios de pilaretes com reforço, é possível observar que igualmente aos pilaretes sem reforço as primeiras fissuras ocorrem nos septos superiores do primeiro bloco (superior) e se propaga para os demais septos. Pode se propagar para a camada de revestimento, muitas vezes percebida na curva carga x deformação, até atingir a primeira junta de argamassa de assentamento. Neste momento é possível perceber fissuras no revestimento, que se propaga de cima para baixo. Em alguns pilaretes o bloco da base também apresenta fissuras nos septos, com menor intensidade que os superiores. Só a partir do contato entre o dispositivo aplicador de carga com as cantoneiras de reforço é possível perceber acréscimo de carga crescente no comportamento compressivo do conjunto.
Conclusões Para a super-estrutura foram estudadas duas formas de reforço: a) utilizando capas de argamassa armada intertravadas, com o uso de conectores de aço sobre o revestimento existente e b) com uso de cantoneiras intertravadas com conectores de aço no encontro entre paredes e nas ligações das paredes com as lajes. As cantoneiras utilizadas nos encontros de paredes não se mostraram eficientes no incremento da capacidade de carga destes encontros. As cantoneiras horizontais e verticais deverão ter continuidade. Na hipótese de colapso de uma ou mais paredes o conjunto de peças de reforço terá o comportamento de uma estrutura metálica espacial. Esta solução oferece ductilidade, evita a ruptura brusca e o colapso progressivo. O reforço constituídos por cantoneiras de aço em forma de L com abas de 2, espessura de 3/16 e contraventada através de parafusos de 5/16 espaçadas de 70cm, não promove aumento da capacidade de carga dos pilaretes. O que se observou foi que, após o colapso de cada pilarete, o trecho central de alvenaria fragmentado, permaneceu retido entre as cantoneiras. Possivelmente este fato justifique a forma do trecho do diagrama situado após a carga de ruptura. Agradecimentos Os autores agradecem à FINEP Financiadora de Estudos e Projetos pelo apoio financeiro concedido através do Edital MCT/FINEP/FVA-HABITARE - 02/2004, Convênio nº. 01.04.1050.00, que tornou possível a pesquisa da qual este trabalho faz parte. Referências CAMPOS, M. D. Considerações sobre soluções para recuperação de prédios construídos com alvenaria resistente. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) - Universidade Federal de Pernambuco, Orientador: Romilde Almeida de Oliveira, 2006. ELGAWADY, M.; LESTUZZI, P.; BADOUX, P. M. A review of conventional seismic retrofitting techniques for URM. 13th International Brick and Block Masonry Conference. Amsterdam, July 4-7, 2004, p.1-10. OLIVEIRA, R. A. Desenvolvimento de modelos para recuperação de edificações em alvenaria resistente - Relatório Projeto FINEP Nº 01.04.1050.05, 2010, 227p.