Autor: Acervir

VALENTIM CAPUZZO NETO

INTERAÇÃO DE PAREDES EM ALVENARIA ESTRUTURAL CERÂMICA SOB AÇÕES VERTICAIS

Tese apresentada à Escola de Engenharia de São Carlos, da Universidade de São Paulo, como parte dos requisitos para a obtenção do título de Doutor em Engenharia de Estruturas.

ORIENTADOR: Prof. Assoc. Márcio Roberto Silva Corrêa

 

O objetivo do presente trabalho é esclarecer, sob o ponto de vista estrutural, a interação de paredes em alvenaria estrutural cerâmica com amarração direta submetidas a ações verticais, por meio de análises experimentais e numéricas. Para permitir a execução de ensaios complexos, empregam-se as técnicas de modelos físicos reduzidos. São realizados estudos sobre os temas relacionados: interação de paredes de alvenaria estrutural não-armada, modelos físicos reduzidos e modelagem numérica da alvenaria.

Realiza-se a caracterização dos materiais na escala reduzida e natural para determinar suas propriedades mecânicas e correlação entre as escalas. É desenvolvido numericamente e testado experimentalmente um corpo-de-prova para a determinação da resistência ao cisalhamento da alvenaria no plano vertical.

Estuda-se, numérica e experimentalmente, a influência das características geométricas dos painéis de alvenaria, da presença de lajes e de cintas de amarração e do número de pavimentos.

Verifica-se uma boa correlação entre os modelos reduzidos e em escala natural, quanto às principais propriedades da alvenaria, demonstrando a viabilidade de sua utilização, desde que se considere uma correta análise de semelhança. A modelagem numérica representa de forma adequada o comportamento global dos painéis de alvenaria. A cinta de amarração na fiada intermediária produz um prolongamento do comportamento linear dos painéis de alvenaria. Conclui-se, também, que a presença das lajes de concreto e a aplicação do carregamento dividido em diferentes pavimentos produzem efeitos benéficos no aspecto de resistência da alvenaria.

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UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA
FACULDADE DE ENGENHARIA DE ILHA SOLTEIRA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL
PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL

Estudo experimental de ligações entre paredes de alvenaria estrutural de blocos cerâmicos sujeitas a ações verticais

Eng. WILSON JOSÉ DA SILVA

Dissertação apresentada à Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira, da Universidade

Estadual Paulista, como parte dos requisitos para obtenção do título de Mestre em Engenharia Civil.

ORIENTADOR: Prof. Dr. Jefferson Sidney Camacho

Com a finalidade de contribuir para um melhor entendimento sobre a distribuição das ações verticais entre paredes de edifícios de alvenaria estrutural de blocos cerâmicos, foi desenvolvido no presente trabalho uma série de ensaios que visam a análise da eficiência de dois tipos de ligações usuais entre paredes: as ligações com amarração direta (contrafiada), e as ligações com amarração indireta, através de grampos metálicos e graute.

Para a consecução desses objetivos foram desenvolvidos diferentes programas experimentais, que contemplaram desde a caracterização das propriedades mecânicas dos componentes da alvenaria (blocos, argamassa, graute e aço), até a ensaios em corpos-de-prova (paredes “H”) representativos das formas de ligações em estudo.

Com o objetivo de se encontrar correlações com estes tipos de ligações, foram desenvolvidos, em paralelo, ensaios de cisalhamento em unidades (blocos) e ensaios em prismas especiais, aqui chamados prismas cavaletes. Por fim, os resultados experimentais obtidos no presente trabalho foram comparados com os resultados encontrados em modelos reduzidos, nas escalas 1:3 e 1:5, obtidos da revisão bibliográfica.

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“As causas gerais dos problemas em fábricas originam-se do conhecimento errado e operações incorretas. Para discernir o que é errado o que é incorreto, devemos iniciar o processo de busca a fatos” ( Dr. Hitoshi Kume). ⁽¹⁾

 

1- Introdução

 

As Normas em elaboração refletirão a atual capacitação da nossa Indústria Cerâmica. Por esse motivo tem sido uma constante nos trabalhos de normalização em curso a busca dos fatos. Inicialmente foram feitos levantamentos para se avaliar as características geométricas, físicas e mecânicas dos blocos e telhas cerâmicas produzidos no Brasil e no exterior. Com base neles, e em Normas estrangeiras modernas, diversos tópicos inovadores foram consolidados, embora ainda em discussão, tais como: a inclusão de novas definições e conceitos, a inclusão de novos componentes, nova tipologia dos blocos e telhas, nova terminologia dos ensaios, novos ensaios, a ampliação e melhor detalhamento da representação gráfica dos ensaios e novos requisitos de desempenho, traduzidos em tolerâncias e limites das características geométricas físicas e mecânicas dos componentes. Cumpre já aqui salientar que a especificação dos requisitos é o âmago das Especificações da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT).

 

Condicionantes sobre os blocos cerâmicos de vedação surgem das novas exigências das estruturas dos edifícios de concreto armado e protendido ao determinar por meio da NBR 6118:2003⁽²⁾ as novas espessuras das vigas, com conseqüência na espessura dos blocos. É um fato verificável que as Construtoras mais organizadas, para dar maior rapidez às obras e evitar os proverbiais desperdícios, estão tratando de modo mais detalhado as paredes de vedação e as “interferências” dos sistemas hidráulicos e elétricos por motivos já bem conhecidos. Neste contexto, a modulação dos blocos é uma necessidade e um fator para o aumento do seu uso.

 

A adequação das Normas à realidade do nosso País também nos obriga saber como os Laboratórios estão fazendo efetivamente os ensaios dos blocos e das telhas cerâmicas. No que concerne às telhas, além das discussões que já ocorreram, uma reunião de trabalho no Laboratório Falcão Bauer e com informações de outros Laboratórios permitiram ampliar e re-elaborar a metodologia a ser usada nos ensaios das dimensões básicas das telhas – necessárias para a determinação do rendimento do telhado (nº de telhas por

 

 

metro quadrado) – da planaridade, da retilinearidade e da determinação da carga de ruptura (PR) das telhas. Está sendo feito um esforço particular para a ilustração detalhada dos ensaios por meio de figuras, para diminuir as dúvidas dos técnicos dos Laboratórios.

 

Este trabalho também expõe alguns conceitos sobre a normalização no Brasil, já consolidados, de modo a não criar expectativas que ultrapassam suas atribuições precípuas.

 

“Um verdadeiro perito é a pessoa experiente que está sempre alimentando seus conhecimentos com fatos, refletindo sobre aquele conhecimento e fazendo correções. Infelizmente nem todas as pessoas experientes são verdadeiros peritos.

Elas podem tornar-se em obstáculos que sustentam superstições”( Dr. Hitoshi Kume). ⁽¹⁾

  

2- Blocos cerâmicos

 

Por ser muito importante para os fabricantes de blocos de vedação vamos citar o teor do item 3.2.2 o da Norma NBR 6118:2003 que trata da espessura mínima das vigas e vigas-parede:

 

“A seção transversal das vigas não deve apresentar largura menor que 12 cm e das vigas-parede, menor que 15 cm. Estes limites podem ser reduzidos, respeitando-se um mínimo absoluto de 10 cm em casos excepcionais, sendo obrigatoriamente respeitadas as seguintes condições”.

Essas condições, apresentadas na Norma mencionada, estão relacionadas com aspectos construtivos das vigas e vigas-parede.

 

A Norma que trata dos métodos de ensaios dos blocos, na importante questão da determinação das características geométricas, pretende indicar por meio de figuras o local dos pontos das medições – da largura, comprimento, altura e espessura dos septos e paredes – de modo a que os procedimentos laboratoriais tenham uniformidade.

 

Propõe que os blocos cerâmicos sejam capeados com pasta de cimento, argamassa ou por meio de retífica. Não mais será considerado o capeamento com pasta de enxofre, sendo um dos motivos os possíveis danos à saúde dos técnicos.

 

A Norma que trata dos métodos de ensaios, na determinação da resistência à compressão dos blocos, proporá que a chapa metálica de distribuição da carga sobre os blocos tenha, no mínimo, 50 mm. A inexistência de tal requisito sempre foi fator de sérios problemas nos ensaios; este é outro item de uniformização dos

 

 

procedimentos laboratoriais. Há uma preocupação adicional neste caso, no sentido que as condições do ensaio sejam reproduzidas adequadamente no Relatório, de modo que blocos de vedação não venham a ser considerados blocos estruturais, devendo ser ressaltada a superfície de assentamento e a posição dos furos nos ensaios por meio de figura; tal colocação vai contribuir para dirimir dúvidas de quem vai interpretar os resultados ou fazer uso deles.

 

A Norma de ensaios contemplará também prismas ocos e cheios, de dois ou mais blocos – para as determinações estruturais será adotado o prisma de 2 blocos – sendo também consideradas as pequenas paredes (prismas contrafiados); ou os grandes painéis de paredes ensaiados segundo a NBR 8949/85 ⁽³⁾.

 

A Norma de ensaios também se propõe a fornecer as indicações, em termos de instrumentação, para quem queira determinar o módulo de deformação de prismas (Ep) de dois ou mais blocos. Esta mesma determinação também poderá ser feita em pequenas paredes – ou grandes painéis de paredes – nestes casos incluindo-se também o coeficiente de Poisson da alvenaria (npa).

 

“Em 1987 o economista italiano V. Pareto apresentou uma fórmula mostrando que a distribuição de renda é desigual. Em 1907 uma teoria semelhante foi apresentada graficamente pelo economista americano M.C.Lorenz. Ambos chegaram a conclusão que a maior parte da renda ou da riqueza pertence a muito poucas pessoas. O Dr. J.M. Juran aplicou o método gráfico de Lorenz como uma forma de classificar os problemas da qualidade nos poucos vitais e muitos triviais e denominou este método de Análise de Pareto. Ele demonstrou que, em muitos casos, a maior parte dos defeitos e dos seus custos decorrem de um número relativamente pequeno de causas”(Dr. Hitoshi Kume). ⁽¹⁾

 

3- Telhas cerâmicas

 

Ao longo dos trabalhos com os métodos de ensaios das telhas cerâmicas constatou-se a necessidade de re-elaborar e repensar todos os ensaios. Todos os ensaios terão uma representação por meio de uma figura com o maior número possível de dados, para auxiliar o técnico do Laboratório. Na Norma européia atual NP EN 1304/99⁽⁴⁾ essas figuras são precárias e na Norma dos EUA ASTM C 1167-96 ⁽⁵⁾ são inexistentes.

 

Nos requisitos geométricos básicos das telhas a Norma européia vigente preocupa-se apenas com as medições do comprimento e da largura; a Norma citada dos EUA requer a medição do comprimento, da largura e da espessura das telhas. Essas medições possibilitam a determinação do número de telhas por metro quadrado (telhas/m² ) que é um dos objetivos dessas medições, além do controle dimensional das telhas. Pelo número de medições feitas nas telhas, pode

 

 

ser depreendido das Normas estrangeiras vigentes, que não há espaço para preocupação com especificidades dos tipos das telhas relacionadas ao seu “design”. Essas preocupações estão em outro ambiente cabendo à Norma fornecer os requisitos de desempenho, limites e tolerâncias.

 

Essas colocações são oportunas e estão apoiadas em uma diretriz da ABNT/ ISO/IEC Guia 7/1994⁽⁶⁾ (IEC – “International Electrotechnical Commission”), resultante dos trabalhos efetuados para o Sistema de Avaliação da Qualidade para Componentes Eletrônicos (IECQ), da entidade citada IEC, que tem Normas próprias.

 

Neste contexto pode ser lido na Norma ABNT/ISO/IEC Guia 7/1994 no que concerne à Especificação de requisitos: “As normas devem sempre ser elaboradas de tal forma que facilitem, e não atrasem, o desenvolvimento da tecnologia. Normalmente, isto é feito especificando-se os requisitos de desempenho ao invés dos requisitos de projeto do produto”.

 

A Norma ABNT/ISO/IEC Guia 7/1994 procura disciplinar a introdução de tópicos nas Normas usuais que podem ser de interesse restrito de órgãos certificadores. Neste contexto admite itens desse tipo na introdução ou em anexos informativos; e considera itens normativos apenas nas Normas específicas de um Sistema de Avaliação da Qualidade tal como é o IECQ (Sistema de Avaliação da Qualidade, do IEC), citado como exemplo pela própria Norma mencionada. Convém aqui explicitá-los:

 

“a) assuntos relativos a marcas ou etiquetas de conformidade, certificados de conformidade ou declarações de conformidade de fabricantes ou fornecedores;

 

1. b) datas de implementação ou atribuição de responsabilidade às várias partes que estejam aplicando a norma;

 

1. c) requisitos para processo de fabricação, exceto no caso de ser impossível especificar adequadamente o produto sem se referir aos requisitos;

 

1. d) requisitos para controle da qualidade durante a produção.”

 

A versão atual da Norma européia NP EN 1304/99 ⁽⁴⁾ dá ênfase ao controle de fabricação e estipula dois tipos de controles internos possíveis: o do tipo de telha, a ser feito dentro de certos requisitos conhecidos pelo fabricante, tais como: introdução de um produto novo, mudança fundamental na argila, mudança fundamental no método de fabricação e mudança na concepção do produto. O outro controle interno sugerido é o controle de qualidade, normal ou de rotina,

 

 

que toda cerâmica deve ter. E neste caso a Norma dá duas possibilidades: o controle completo dos produtos acabados ou o controle das matérias-primas associado a um controle da produção. Este último controle de qualidade é apenas mencionado mas não é detalhado pela Norma. Os ensaios a serem efetuados, em

ambos os controles, estão baseados nos mesmos parâmetros, que devem respeitar os critérios de desempenho contidos na Especificação.

 

A Norma européia, em nota de pé-de-página, relata que: “A conformidade com os níveis de Qualidade requeridos pode ser demonstrada por utilização de planos de amostragem, de processos de controlo estatístico ou de métodos equivalentes. O fabricante pode adotar um sistema de gestão da qualidade baseado na série de normas EN ISO 9000”.

 

Nessa Norma européia, depreende-se que o controle do recebimento, usual nas Normas brasileiras, é feito apenas com ensaios sobre os requisitos geométricos ou dimensionais e com o ensaio de impermeabilidade; nestes casos os resultados podem ser usados sem maiores considerações. A justificativa da Norma é que “os outros critérios não podem ser aplicados sem ter em conta as solicitações que as telhas suportaram desde o seu estado inicial, em que eram consideradas como satisfazendo às condições da Norma”. É uma posição, no mínimo, discutível.

 

A NP EN 1304/99 dá maior destaque ao controle de fabricação, e este varia com as características de cada fábrica, por isso não informa o tamanho dos lotes de fabricação ou partidas e também não tece consideração sobre o tamanho dos lotes de fornecimento. O tratamento probabilístico do modelo proposto fica dificultado.

 

A Norma dos EUA, ASTM C 1167-96⁽⁵⁾, aborda o problema de modo diverso. É baseada no controle do recebimento na obra. Considera claramente o item inspeção, a rejeição, o ensaio de uma 2ª amostra e as relações de compra e venda. O item certificação aqui tem uma conotação diferente da Norma européia mencionada. Neste caso, dependendo do que for estabelecido no contrato de compra e venda, cada lote de fornecimento pode ser acompanhado de um certificado declarando que uma amostra dele foi ensaiada e que os resultados estão adequados perante os critérios de desempenho da Especificação. A Norma dos EUA C 1167-96 parte de um lote de 250.000 unidades e considera lotes de fornecimento menores que 250.000 unidades, que correspondem aos carregamentos que chegam na obra. A não citação de sistemas de controle pela Norma dos EUA, quer sejam de fabricação ou de recebimento dos produtos acabados, ou recursos congêneres, se coaduna com o fato já constatado que as empresas norte-americanas apresentam certa relutância quanto à certificação de

 

 

 

sistemas. O tratamento desse assunto em outros países desenvolvidos também não é o mesmo.⁽⁷⁾

 

Neste contexto, na atual fase dos trabalhos é necessário determinar os fatos para depois pensarmos nos modelos; é necessário saber, de todos os interessados, quais os controles que efetivamente são feitos no recebimento das telhas e dos blocos nas construções brasileiras. Já foram tomadas iniciativas neste sentido.

 

As medições da planaridade e da retilinearidade também passaram por uma nova análise; foram verificados “in loco”, no Laboratório, os procedimentos laboratoriais e serão apresentadas figuras esquemáticas, para cada tipo de telha, procedimento este que é mais amplo do que o existente nas Normas estrangeiras citadas mas é apropriado para o nosso País.

 

Ao longo dos trabalhos verificou-se a necessidade de uniformizar os ensaios de determinação da carga de ruptura na flexão simples, por meio de indicações mais precisas. Foi discutida a configuração estática do ensaio e especialmente as articulações (ou apoios articulados) que nem sempre são metálicas; apesar de existir esta recomendação, por exemplo, na NBR 6462/87⁽⁸⁾ que trata da determinação da carga de ruptura à flexão da telha francesa. Por esse motivo são introduzidas figuras esquemáticas detalhadas para cada tipo de telha.

 

“Os erros de medição provem de duas vertentes, uma de natureza aleatória e outra com caráter sistemático. A incerteza é gerada pelo efeito aleatório das medições e das correções incorretas ou incompletas dos efeitos sistemáticos” (Eng.º Walter Link) ⁽⁹⁾   .

 

4 – Algumas considerações sobre as Normas brasileiras

 

1. a) Controle de fabricação x controle de recebimento

 

Foi um dos primeiros assuntos que foram discutidos. O controle de fabricação não está no escopo das Normas brasileiras vigentes de blocos cerâmicos ou de concreto e de telhas cerâmicas. As Normas brasileiras tratam usualmente do controle do recebimento na obra. No entanto, este deve ser discutido à luz dos fatos que ocorrem na prática, na atualidade. Existem diretrizes para isto na documentação da ABNT/ISO/IEC citada anteriormente. Ressalte-se aqui que as Normas ABNT/ISO/IEC são diretrizes gerais, elaboradas inicialmente para suprir as necessidades da “International Electrotechnical Commission” (IEC) e não as da Engenharia Civil; talvez, por esse motivo, alguns assuntos são tratados com certa liberalidade, por exemplo, o controle do produto acabado na fábrica que é indissociável da análise do processo. Ressalte-se aqui que já existe uma Norma

 

 

 

 

específica neste sentido no Brasil, desenvolvida para uma entidade certificadora trabalhar com uma empresa que produz blocos de concreto. O que pode ser dito é

que seus redatores estavam conscientes do caráter inovador e experimental de tal trabalho.

 

1. b) Estimativa da incerteza da medição

 

Este importante assunto é abordado pela Norma NBR ISO/IEC 17025/2001⁽¹⁰⁾ . É tratado na esfera do credenciamento de Laboratórios e das relações dos Laboratórios com seus clientes, sendo o foco inicial a calibração dos equipamentos e ensaios. Na estimativa do erro de medição além do conhecimento do desempenho do método é usada a experiência, isto é, as incertezas históricas já constadas anteriormente e dados de validação anteriores. Trata-se de um assunto ainda restrito e incipiente, pelo menos em Laboratórios da Construção Civil, e circunscrito a alguns Laboratórios. Os Laboratórios do País precisam assimilar o assunto, ter dados experimentais, desenvolver massa crítica,   para que uma exigência normativa possa ser uma contribuição construtiva. Cumpre salientar que, nos países altamente desenvolvidos em eletrotécnica e eletrônica, como os EUA e países europeus, usuários das diretrizes da “International Electrotechnical Commission” (IEC) a estimativa da incerteza da medição ainda não está nas Normas vigentes de blocos e telhas cerâmicas.

O que pode ser mencionado, neste instante, é a afirmação do conceituado especialista mencionado em epígrafe: “a incerteza deve ser realista” ⁽⁹⁾.

 

5 – Referências

 

• Kume, Hitoshi – “Métodos estatísticos para melhoria da qualidade”, Editora Gente; 1993. Publicado originalmente por “The Association for Overseas Technical Scholarship” (AOTS), Tokyo, 1985.

2- NBR 6118:2003 – Projeto de estruturas de concreto – Procedimento.

3 – NBR 8949/85 – “Paredes de alvenaria estrutural. Método de Ensaio”, 1985.

4 – NP EN 1304/99 – “Telhas cerâmicas para colocação descontínua. Definições e Especificações de produtos”.

5 – ASTM C 1167-96 – “Standard specification for clay roof tiles”.

6- ABNT/ISO/IEC – Guia 7 /1994 (Fonte: No. ISO/IEC Guide 7:1994) – “Diretrizes para elaboração de normas adequadas ao uso em avaliação da conformidade”.

7 – Thomaz, Ércio – “Tecnologia, gerenciamento e qualidade na construção”,

Editora Pini, São Paulo, 2001.

8 – NBR 6462/87 – “Telha cerâmica tipo francesa – determinação da carga de ruptura à flexão”.

9 – Link, Walter – “Tópicos avançados da metrologia mecânica. Confiabilidade metrológica e suas aplicações na metrologia”, Mitutoyo Sul Americana Ltda., 1ª edição, 2000.

     10 – NBR ISO/IEC 17025 – Requisitos gerais para competência de

     laboratórios de ensaio e calibração”.

Dr. Eng.º Nelson dos Santos Gomes

Consultor da ANICER

Diretor da P&D TECn – Consultoria e Projetos S/C Ltda.

São Paulo, 16/02/2004