Análise Estrutural - O Modelo Paramétrico e as Unidades Funcionais

4. O Modelo Paramétrico e as Unidades Funcionais

4.1 Análise Estrutural

4.1.1 Alvenaria

A avaliação da estabilidade permite detectar e verificar os problemas da forma e geometria, e potenciar o desenvolvimento de soluções mais específicas e adequadas. Por este motivo, várias combinações de geometria, funções e altura são estudadas para poder obter um sistema construtivo com os tipos mais adequados de blocos cerâmicos.

A solução em alvenaria estrutural consiste numa estrutura sem reforço com armaduras. Sendo assim a análise tem em consideração os problemas de tracção entre os blocos por motivo de excentricidade das forças verticais, a ductilidade, a resistência à compressão e as acções dinâmicas geradas pelas forças sísmicas. A escolha dos blocos cerâmicos tem que ter em consideração os dados recentes de sustentabilidade obtidos num levantamento nas fábricas e instituições (ver Tabela 3), os blocos devem também cumprir os requisitos da regulamentação para edifícios, de modo a assegurar a qualidade e a vertente do bem-estar da sustentabilidade. Estes regulamentos são:

Para o conforto ambiental

- o Decreto-Lei n.º 80/2006 de 4 de Abril, o Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios (RCCTE)

- o Decreto-Lei 96/2008 de 9 de Junho e o Decreto-Lei n.º 129/2002 de 11 de Maio, que aprovou o Regulamento dos Requisitos Acústicos dos Edifícios (RRAE) - o Decreto-Lei 146/2006 de 31 de Julho e o Decreto-Lei n.º 9/2007 de 17 de Janeiro

- o Decreto-Lei n.º 220/2008 de 12 de Novembro que regula a Segurança contra Incêndio em Edifícios (SCIE)

Para a avaliação da estabilidade

- o Eurocódigo 2, parte 1-1, Projecto de estruturas de betão - o Eurocódigo 6, parte 1-1, Design of Masonry structures

- o Eurocódigo 8, parte 1-1, Disposições para projectos de estruturas sismo- resistentes

Para uma melhor visualização do edifício modelo a estudar propõe-se uma caracterização:

CARACTERÍSTICAS GERAIS DO EDIFÍCIO

Edifício com paredes exteriores e interiores de alvenaria estrutural. Numero de pisos: 6, altura máxima 18.50 m

Cobertura plana

Uso: Habitação ou escritórios

Localização: Lisboa, Zona Sísmica e Eólica A CARACTERÍSTICAS DA COBERTURA E LAJES

Laje maciça de betão armado de 20 cm de altura, peso especifico: 25kN/m3 CARACTERÍSTICAS GERAIS DAS PAREDES

Paredes de alvenaria estrutural em blocos cerâmicos,

Paredes exteriores em tijolo térmico, e paredes interiores em tijolo de clinquer. Espessura: parede exterior 290 mm, tijolo térmico

parede interior 115 mm, tijolo clinquer

Resistência à compressão de blocos de 290 mm: fb = 10 N/mm2 Resistência à compressão de blocos de 115 mm: fb = 45 N/mm2 Peso especifico de blocos de 290 mm: ρ = 13 kN/m3

Peso especifico de blocos de 115 mm: ρ = 19 kN/m3 Argamassa: M7,5 (fm = 7,5 N/mm2₎

Com os resultados da análise da estabilidade podem-se definir os blocos cerâmicos para as paredes exteriores e para as paredes divisórias e dar início à análise da sustentabilidade.

Uma das particularidades da alvenaria estrutural é o problema da excentricidade das forças verticais. A excentricidade pode ter vários motivos, pode ser pelos erros de

construção, por imperfeição da geometria ou do material, especialmente no caso dos blocos cerâmicos. O fenómeno da excentricidade é muito comum, detecta-se na maioria dos edifícios e mostra-se no mínimo como fissuras horizontais, diagonais ou verticais nas paredes. Nos casos mais graves pode causar degradações sérias, inclusive o colapso de uma parede. Este facto, dependente das dimensões de estrutura e das propriedades do material, pode pelo Eurocódigo 6 facilmente causar o incumprimento de estrutura por excentricidade excessiva. Embora no caso de uma estrutura convencional, a excentricidade da força na, secção de um pilar deve ser analisada, mas nunca constitui um perigo tão grave como na alvenaria estrutural. Neste sentido a verificação de excentricidade em todos os pisos, para todas as paredes e a sua prova de cumprimento tem grande importância na alvenaria estrutural. As forças internas verticais crescem com a altura do edifício e com o aumento da excentricidade em altura na zona das escadas, no interior, temos mais dois parâmetros dominantes entre os vários que balizam o edifício. Os outros parâmetros importantes são a baixa resistência em relação à tracção (aderência) na zona das juntas e o perigo de encurvadura da parede que resulta da aderência e da altura/esbelteza.

Da mesma forma a verificação de cumprimento da estrutura para a resistência à compressão, a ductilidade e as acções sísmicas analisam-se com rigor (ver ANEXO B).

Outra particularidade de alvenaria é a ductilidade dos blocos cerâmicos. Para assegurar a qualidade, a análise de estabilidade de alvenaria estrutural tem que tomar em conta estes factos e criar uma base adequada para poder comparar a estrutura em alvenaria com a estrutura em betão armado. Assim, no modelo escolhido todos estes parâmetros são tidos em conta e o dimensionamento estrutural pode ser realizado, mas decidiu-se, por motivos de segurança, iniciar a análise com 5 pisos e, se for possível, aumentar o número de pisos.

A análise de estabilidade é feita manualmente para poder verificar e compreender melhor os problemas e para poder encontrar soluções mais especificas e adequadas. Por outro lado, entre os programas informáticos que se utiliza no nível nacional para análise automática de estabilidade não existe um programa geral adequado para as estruturas de alvenaria que inclua também a verificação das acções sísmicas. De acordo com as recomendações de Eurocódigo 6 a argamassa utilizada tem uma resistência à compressão de 7,5 N/mm2 _{para todos os cálculos.}

No primeiro cálculo, tenta-se estudar um o edifício com 5 pisos e foi escolhido um tijolo de qualidade clinquer com as seguintes características:

TABELA 8: Tijolo Cerâmico Maciço

**l * c * a**

(mm)

Nota: Categoria II - HD, segundo NP EN 771-1:2005, e Grupo 1, segundo EC 6, NP ENV 1996-1-1:2000, dados de fabricante onde l largura c comprimento a altura ρ peso especifico

fb resistência à compressão pela fabrica fk resistência à compressão reduzida pelo EC 6

fd resistência à compressão reduzida com factor de segurança conforme com EC 6 E Módulo de elasticidade, E = 1000 fk pelo EC 6

E I Módulo de rigidez

O maior peso específico e a maior resistência à compressão simples implica um aumento do esforço normal na parede exterior e, sucessivamente, um aumento do módulo de elasticidade e de rigidez. Finalmente, estes factores causam um aumento do momento flector e a excentricidade

e = M / N

onde: e = excentricidade; M = momento flector; N = esforço normal

torna-se em excesso que significa aderência ou tensão negativa. Esta situação ocorre já no 4º piso na parede exterior, inferior ao patamar de escada, a tensão excede o limite estabelecido pelo Eurocódigo 6 e obriga a procurar outras soluções.

Na análise do momento flector, conforme o Eurocódigo 6 na seguinte equação, verifica-se que a rigidez das envolventes, paredes exteriores e interiores e as lajes tem um grande impacto.

M

=

n

E

I

H

n

₁

E

₁

4 2

12 ⎛

⎝⎜

⎞

⎠⎟

onde:

ni factor de rigidez, n=4 para envolventes que estão apoiados nos dois lados, caso contrario n=3

Ei módulo de elasticidade da envolvente i, i = 1, 2, 3 ou 4 Ii momento de inércia da envolvente i, i = 1, 2, 3 ou 4 Hi altura da envolvente i, i = 1 ou 2

Li vão da envolvente i, i = 3 ou 4

qi carga distribuída da envolvente i, i = 3 ou 4

A rigidez da envolvente em causa implica uma menor redução do momento flector, mas a rigidez das envolventes na vizinhança são favoráveis e reduzem o momento flector drasticamente.

Assim, altera-se o bloco cerâmico maciço para um bloco perfurado menos rígido de qualidade clinquer com as seguintes características:

TABELA 9: Tijolo Cerâmico Face a Vista Klinker/Gres

**l * c * a**

(mm)

Nota: Categoria II - HD, segundo NP EN 771-1:2005, e Grupo 2a, segundo EC 6, NP ENV 1996-1-1:2000,dados de fabricante onde l largura c comprimento a altura ρ peso especifico

fb resistência à compressão pela fabrica fk resistência à compressão reduzida pelo EC 6

fd resistência à compressão reduzida com factor de segurança conforme com EC 6 E Módulo de elasticidade, E = 1000 fk pelo EC 6

E I Módulo de rigidez

Esta solução verifica-se mas a excentricidade atinge ao limite, o que não é favorável. A razão é mais uma vez a rigidez da parede de alvenaria. A conclusão obtida nesta

fase é que a rigidez provoca mais excentricidade do esforço normal e menos elasticidade e ductilidade (deformação) resulta no levantamento do bloco, ver Figura 23.

FIGURA 23: Efeito de excentricidade

A partir destes resultados decidiu-se fazer uma nova proposta e aumentar o número de pisos para 6, uma vez que o cálculo anterior se verificou, e obter para um bloco cerâmico menos rígido mas com a resistência mecânica suficiente exigida pelo EC 6. A escolha proposta é um tijolo térmico com as seguintes características:

TABELA 10: Tijolo térmico, Grupo 2b, segundo EC 6, dados de fabricante

**l * c * a**

(mm)

fb resistência à compressão pela fabrica fk resistência à compressão reduzida pelo EC 6

fd resistência à compressão reduzida com factor de segurança conforme com EC 6 E Módulo de elasticidade, E = 1000 fk pelo EC 6,

E I Módulo de rigidez

Utilizando este tipo de tijolo, as condições de segurança segundo EC 6, não se verificam para as paredes divisórias na zona interior. Nas paredes divisórias, as cargas verticais devido aos pesos da lajes é quase o dobro. Estes blocos não satisfazem a resistência dos esforços normais. Sendo assim, decide-se manter o bloco para a parede exterior e apenas alterar o bloco da parede divisória para o bloco perfurado. A TABELA 11 resume os resultados de três versões de dimensionamento e mostra as relações entre rigidez, momento flector, excentricidade e tensão. Para simplificar a comparação a tabela limita-se à parede exterior na zona da escada e o piso 3, onde no primeiro caso a tensão não satisfaz a segurança. A tabela mostra só os dados superior e inferior do patamar da escada.

TABELA 11: Comparação dos dados para piso 3 Parede

exterior z/patamar

Parede Muita Rígida Parede Muita Rígida

Parede Muita Rígida Parede RígidaParede RígidaParede Rígida Parede Menos Rígida Parede Menos Rígida Parede Menos Rígida Parede exterior z/patamar _M _e _σ _M _e _σ _M _e _σ Superior 9.73 98.9 n/verif. 4.88 58.00 1.62 3.63 116 0.88 Inferior - - - 10.2 71.6 2.48 3.66 116 0.44 onde M Momento flector (kNm) e Excentricidade (mm) σ Tensão (N/mm2₎

Neste quadro verifica-se que no caso da Parede Muita Rígida e Menos Rígida há excentricidades elevadas mas no primeiro há tensões negativas e no último as tensões são razoáveis e mais equilibrados entre as zonas superior e inferior do patamar. No caso de Parede Rígida as excentricidades são razoáveis, mas a discrepância entre as tensões resulta numa aproximação ao estado limite no primeiro piso ou seja no r/chão que baliza o edifício com 5 pisos.

FIGURA 24: Momento flector para os diferentes tipos de parede na zona superior e inferior do patamar.

FIGURA 25: Excentricidade para os tipos diferentes da parede na zona superior e inferior do patamar.

FIGURA 26: Tensão tangencial para os tipos diferentes da parede na zona superior e inferior do patamar.

No documento Análise da sustentabilidade da alvenaria estrutural : unidade cerâmica. (páginas 58-65)