UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA
CENTRO DE TECNOLOGIA
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
Lucas Bonissoni
DIMENSIONAMENTO E EXECUÇÃO DE MUROS DE ARRIMO
EM ALVENARIA ESTRUTURAL
Santa Maria, RS
2017
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Muro de Arrimo com blocos, Teses (TCC) de Análise Estrutural
muro de arrimo de concreto armado
Tipologia: Teses (TCC)
2021
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Compartilhado em 01/07/2021
gelcina-crispim 🇧🇷
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA
CENTRO DE TECNOLOGIA
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
Lucas Bonissoni
DIMENSIONAMENTO E EXECUÇÃO DE MUROS DE ARRIMO
EM ALVENARIA ESTRUTURAL
Santa Maria, RS
Lucas Bonissoni
DIMENSIONAMENTO E EXECUÇÃO DE MUROS DE ARRIMO
EM ALVENARIA ESTRUTURAL
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado como requisito parcial à obtenção do título de Bacharel em Engenharia Civil , da Universidade Federal de Santa Maria (UFSM, RS).
Orientador: Prof. Dr. Gihad Mohamad
Santa Maria, RS 2017
AGRADECIMENTOS
A realização deste trabalho somente foi possível graças ao apoio e auxílio de algumas pessoas especiais. Com certeza a conclusão deste trabalho seria mais difícil sem a sua ajuda, portanto deixo aqui expressada a minha gratidão a todos que participaram comigo deste processo. Ao meu orientador, Gihad Mohamad, pelos ensinamentos, paciência, tempo e dedicação investidos em mim ao longo do curso de engenharia. Aos meus pais, Orion e Silvana, que sempre deram todo o suporte necessário para que eu complete meus estudos e me torne um engenheiro civil. À minha irmã, Soraia, que foi uma excelente acadêmica e foi um exemplo para mim, servindo de base ao longo de toda minha vida; Aos meus amigos, que foram minha segunda família ao longo destes 5 anos de curso. À distância dos familiares, nós criamos laços eternos que serão sempre lembrados com carinho; À Universidade Federal de Santa Maria, que me proporcionou um ensino público e de qualidade, exemplar no país inteiro; A todos os professores da UFSM, que tiveram zelo pelo ensino e participaram de minha formação acadêmica; Aos professores do ensino médio, Arcílio Piva e Roseli, que me ensinaram com carinho os princípios da química e da física, fazendo a base do meu conhecimento sobre engenharia civil; Ao mestre de obras Vando, que me ensinou muito e sempre esteve à disposição para esclarecimentos de dúvidas a respeito da construção civil;
RESUMO
DIMENSIONAMENTO E EXECUÇÃO DE MUROS DE ARRIMO
EM ALVENARIA ESTRUTURAL
AUTOR: Lucas Bonissoni ORIENTADOR: Gihad Mohamad
Este trabalho apresenta um estudo sobre a aplicação da alvenaria estrutural em estruturas de contenção de solo. Além de apresentar o resultado da coleta de dados referentes a este tema, este trabalho realiza a apresentação de um estudo de caso na cidade de Santa Maria. O estudo em campo foi realizado ao longo de 2016, onde foi possível acompanhar por completo a execução de um muro de arrimo com alvenaria estrutural utilizando blocos de concreto. Este estudo também apresenta soluções para impermeabilização e drenagem de um muro de arrimo, além de demonstrar algumas técnicas comuns utilizadas na cidade de Santa Maria. Neste trabalho há um exemplo de dimensionamento de um muro de contenção, cujo cálculo foi realizado com alvenaria de material cerâmico. A coleta de dados juntamente com o acompanhamento paralelo da execução do muro gerou uma maior clareza no entendimento deste sistema construtivo, tendo por objetivo esclarecer os procedimentos corretos a serem seguidos para obter um resultado final satisfatório.
Palavras-chave : Alvenaria Estrutural. Muro de Arrimo. Dimensionamento. Execução. Estudo de Caso.
SUMÁRIO
- INTRODUÇÃO ...................................................................................................
- 1.1. JUSTIFICATIVA.................................................................................................
- 1.2. OBJETIVOS.......................................................................................................
- 1.2.1. Objetivo geral ................................................................................
- 1.2.2. Objetivos específicos .................................................
- 1.3. METODOLOGIA................................................................................................
- ALVENARIA ESTRUTURAL ...........................................................................
- 2.1. HISTÓRICO DA ALVENARIA ESTRUTURAL.................................................
- 2.2. CONCEITOS BÁSICOS DA ALVENARIA ESTRUTURAL...............................
- 2.2.1 Graute ..............................................................................................................
- 2.2.2 Argamassa.
- 2.2.3 Blocos .............................................................................................................
- MUROS DE ARRIMO ......................................................................................
- 3.1. TIPOS DE MURO DE ARRIMO........................................................................
- 3.1.1. Muro de gravidade
- 3.1.2. Muro com contrafortes ..................................................................................
- 3.1.3. Muro em balanço ............................................................................................
- 3.2. TENSÕES E MODO DE RUPTURA................................................................
- PARÂMETROS DA MECÂNICA DOS SOLOS ...............................................
- 4.1. TENSÃO DE CISALHAMENTO DO SOLO......................................................
- 4.2. EMPUXO DE TERRA.......................................................................................
- 4.2.1 Empuxo ativo
- 4.2.2 Empuxo passivo .............................................................................................
- 4.2.3 Ponto de aplicação do empuxo .....................................................................
- 4.3 COMPACTAÇÃO DO SOLO............................................................................
- ESTUDO DE CASO .........................................................................................
- 5.1 PERFIL DO SOLO...........................................................................................
- 5.2 EXECUÇÃO.....................................................................................................
- 5.3 IMPERMEABILIZAÇÃO E ATERRO................................................................
- DIMENSIONAMENTO .....................................................................................
- 6.1. CÁLCULO DAS AÇÕES..................................................................................
- 6.2. CÁLCULO DA ESPESSURA EFETIVA............................................................
- 6.3. CÁLCULO DO MOMENTO PARA FLEXÃO VERTICAL..................................
- 6.4. DIMENSIONAMENTO À FLEXÃO SIMPLES……………………………...…....
- CONCLUSÕES ................................................................................................
- REFERÊNCIAS ...............................................................................................
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1. INTRODUÇÃO
A engenharia civil está em constante evolução, sendo possível identificar inúmeras mudanças de comportamento da sociedade através das estruturas construídas pelos engenheiros civis. O uso de técnicas construtivas, bem como os modelos estruturais executados por estes profissionais, são reflexos da mudança social que ocorre constantemente na nossa sociedade. Tendo em vista que a engenharia civil existe desde a época que o homem desenvolveu a habilidade de modificar o meio ambiente à sua volta, é natural de se pensar que atualmente o engenheiro possua um grande controle sobre o espaço físico em que trabalha, projetando e construindo estruturas que modificam a paisagem natural do mundo. Entre estas estruturas, uma das mais importantes é o muro de contenção de solo, ou muro de arrimo. As estruturas de contenção de maciços de solo são elementos estruturais fundamentais na engenharia civil, desempenhando papel de prover estabilidade às regiões com desnível de terreno. Muitas são as técnicas construtivas utilizadas ao longo dos anos para executar estas estruturas, e este trabalho tem como objeto de estudo o uso de alvenaria estrutural como elemento principal num murro arrimado. A alvenaria estrutural é um sistema construtivo muito versátil, com desenvolvimento científico relativamente recente. A sua essência consiste em utilizar os blocos como elementos estruturais de suporte de sobrecarga vertical e horizontal. Neste trabalho, será desenvolvida a ideia de alvenaria estrutural como elemento de suporte de cargas horizontais, denominadas aqui empuxos de terra e água. Além do estudo teórico das principais técnicas utilizadas para construção de um muro de arrimo em alvenaria estrutural, este trabalho apresenta o acompanhamento de uma construção de um muro deste tipo, com detalhes construtivos do elemento de estudo em questão.
1.1 JUSTIFICATIVA
A alvenaria estrutural apresenta-se como um sistema construtivo economicamente viável e interessante em diversas áreas da engenharia civil. A maior parte das pesquisas existentes atualmente no meio acadêmico têm como objeto de estudo o uso de alvenaria estrutural como estrutura resistente às cargas verticais, com
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2. ALVENARIA ESTRUTURAL
Em prol de um estudo completo do tema, é necessário ter como base o conhecimento a respeito do desenvolvimento tecnológico dos modelos construtivos em questão. Serão apresentados a seguir alguns fatos históricos e conceitos básicos da alvenaria estrutural e dos muros de contenção de solo. O conhecimento a respeito do contexto histórico é essencial para o início de uma aprendizagem, independentemente da área científica que se pretende abranger.
2.1 HISTÓRICO DA ALVENARIA ESTRUTURAL
A alvenaria estrutural possui séculos de existência, sendo utilizada rudemente durante boa parte da sua existência. Ao longo da história, o homem desenvolveu novas tecnologias e técnicas construtivas que correspondiam à disponibilidade de materiais e às necessidades de cada época. É compreensível que com o crescimento populacional nos centros urbanos estas regiões passaram a ter uma grande valorização comercial. Tal fato estimulou as cidades e suas estruturas a se tornarem mais verticais. A verticalização dos centros urbanos tornou-se uma tendência que está presente até a atualidade, com os construtores sempre em busca do melhor aproveitamento das áreas disponíveis. Devido ao escasso conhecimento tecnológico sobre a alvenaria estrutural até meados do século XVII, este método construtivo mostrava-se pouco eficiente em obras muito altas. Quanto maior a altura do edifício, mais larga tendia ser a parede em sua base, o que absorvia parte da área útil de cada pavimento. A figura 2.1 ilustra o auge deste modelo de construção com o edifício Monadnock, em Chicago. Este edifício de 16 pavimentos apresenta paredes de 1,80 metros de espessura em seu pavimento térreo, e ainda é um dos maiores prédios em alvenaria estrutural do mundo. A alvenaria estrutural acabou por perder espaço no mercado após o desenvolvimento do concreto e do aço, pois o concreto armado possibilitava maior versatilidade às estruturas, vãos maiores, economia de material e menor tempo de construção. Foi apenas em meados do século XX que a alvenaria estrutural passou a receber maior atenção do meio científico. Na Suíça ocorreram algumas importantes
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pesquisas que desenvolveram os blocos estruturais, aumentando a capacidade resistente sem necessariamente aumentar a seção da parede. No Brasil as construções em alvenaria estrutural tornaram-se mais comuns a partir da década de 60, quando foram criadas as primeiras normas técnicas focadas neste modelo construtivo.
Figura 2.1 – Edifício Monadnock em Chicago, EUA
Fonte: site openbuildings.com
2.2 CONCEITOS BÁSICOS DA ALVENARIA ESTRUTURAL
A base deste sistema construtivo está na relação entre os blocos estruturais e a argamassa, com a possível utilização de graute e aço. Ao contrário do que ocorre com estruturas em concreto armado e alvenaria de vedação, neste sistema construtivo as paredes possuem função estrutural de absorver as forças verticais (peso próprio e sobrecarga de utilização) e horizontais (vento ou empuxo de terra e água), além de funcionar também como um sistema de vedação. Em alvenaria estrutural as cargas tendem a se distribuir ao longo da seção da parede, o que gera uma força consideravelmente menor por unidade de área resistente. Os picos de tensões são menores quando comparado ao que acontece com um sistema de pilares e vigas. Um
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gerando um aumento no momento de inércia da alvenaria. Em obras de edificações, o graute é comumente utilizado em vergas e contravergas.
Figura 2.2 – Graute, armadura e bloco canaleta
Fonte: repositório online URGS
De acordo com Mohamad (2015), se o graute for aplicado a todos os furos a resistência média do conjunto tende a aumentar 60%. Alguns autores sugerem que, caso a verga possua comprimento maior que 1,20 metros, ela deve ser dimensionada como viga. O graute deve ser utilizado em conjunto com o aço, em uma relação semelhante às estruturas de concreto armado, onde o concreto tem a função de resistir à compressão e o aço de resistir à tração. Caso o cálculo das tensões indicar uma tração menor que a resistência do bloco em estudo, é necessário o uso da armadura mínima. A NBR 15961-1 diz que a área da armadura longitudinal principal não deve ser menor que 0,10 % da área da seção transversal.
2.2.2 Argamassa
A fim de tornar a estrutura de alvenaria uma forma monolítica, é necessário ter conhecimento técnico para definir as juntas entre os blocos. As argamassas são
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elementos responsáveis por acomodar tensões provocadas por possíveis irregularidades nos blocos, além de proporcionar a união entre as alvenarias. De acordo com a norma NBR 15961-1: Alvenaria estrutural – Blocos de Concreto, Parte 2: Execução e Controle de Obras, a junta deve ser de 10 mm, levando em conta uma tolerância de 3 mm para mais ou para menos. Qualquer valor fora deste intervalo provoca uma redução no desempenho do bloco. Mohamad (1998) desenvolveu ensaios de prisma com blocos de concreto, com juntas horizontais de 7 mm e de 10 mm, e concluiu que houve uma perda de resistência do sistema prismático de 32,3% com a utilização de juntas de 10 mm. Segundo Mohamad (2015), a escolha do traço da argamassa culminará em resultados finais de desempenho diferentes. Uma argamassa muito forte provoca concentração de tensões, o que gera macrofissuras no material. Por outro lado, uma argamassa mais fraca gera redistribuição de tensões e favorece o surgimento de microfissuras no conjunto. Mohamad (1998) realizou análises laboratoriais em prismas de blocos de concreto com diferentes traços de argamassa. Nos prismas com argamassa mais fraca (1:1:6) houve fissuração da face do bloco em contato com a argamassa. Concluiu-se que houve esmagamento localizado da junta de assentamento. Nos prismas com argamassa mais forte (1:0,5:4,5) houve fissuração na vertical, provocadas pela indução de tensões de tração no bloco que cortavam os septos transversais do bloco.
2.2.3 Blocos
Na etapa de projetos, antes mesmo de iniciar a obra e o levantamento físico da estrutura, é necessário escolher entre os dois tipos básicos de bloco estrutural: o bloco de concreto e o cerâmico. Esta escolha implica no tamanho do bloco, pois cada material pode ter dimensões modulares diferentes. Também há diferenças em relação ao custo das unidades, no consumo de argamassa, na porosidade e na durabilidade. A resistência à tração e à compressão é diferente entre a cerâmica e o concreto, e segundo Silva (2003) a variabilidade do bloco de concreto é menor que o de cerâmica. A resistência à tração e compressão é testada através do ensaio de prisma em laboratório.
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3. MUROS DE ARRIMO
Muros de arrimo são estruturas de contenção criadas a fim de resistir aos empuxos laterais de terra ou de água. São utilizados quando há uma mudança abrupta de elevação do terreno, o que gera uma situação de risco de escorregamentos caso não haja estrutura de contenção. Menezes (2010) considera como principais estados limites a serem levados em consideração em um muro de arrimo: perda de estabilidade global, rotura do elemento estrutural ou de ligação entre elementos estruturais, rotura conjunta do terreno e de elementos estruturais, movimentos excessivos da estrutura de suporte que possam causar rotura ou afetar a aparência ou a eficiente utilização da estrutura e das estruturas vizinhas, repasses de água ou partículas inaceitáveis através do muro, e modificações inaceitáveis nas condições de escoamento da água do terreno. O projetista tem como objetivo atender a cada uma destas solicitações, uma vez que o bom funcionamento da estrutura só será pleno caso haja o cumprimento destes requisitos. As normas brasileiras NBR 15961-1 (Alvenaria estrutural – Blocos de concreto) e NBR 15812-1 (Alvenaria estrutural – Blocos cerâmicos) indicam que é necessário desconsiderar a contribuição da armadura comprimida na seção resistente. Também prescrevem que as tensões de tração na armadura se limitam a 50% da tensão de escoamento de cálculo fyd. Tendo isso em vista, a utilização de alvenaria estrutural em estruturas com tensões de tração muito grandes torna-se mais difícil.
3.1 TIPOS DE MURO DE ARRIMO
Muitos autores divergem quanto ao número exato de tipos de muro de arrimo, gerando assim uma diversificação nas classificações. Porter (2009) define 4 tipos de muro de arrimo com alvenaria estrutural: de gravidade, com contrafortes, apoiados e em balanço. Os muros de arrimo apoiados são aqueles utilizados em subsolos de edifícios, onde há pilares de concreto armado nas extremidades do muro. Neste caso, considera-se que a armadura do muro é engastada nos pilares e na base, com o topo do muro livre ou não de carregamentos verticais.
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3.1.1 Muro de Gravidade
Os muros de gravidade são estruturas que resistem aos empuxos horizontais utilizando seu peso próprio, conferindo estabilidade ao maciço de terra graças à grande massa que possui. Geralmente são constituídos por concreto simples ou armado, gabiões, e mais recentemente pneus velhos. Os pneus são economicamente viáveis, mas também são fontes de riscos diversos como acúmulo de água (zica, dengue, etc.) e menor confiabilidade nos materiais empregados. O muro de gravidade é relativamente mais baixo que os demais, sendo projetado de forma que não hajam grandes tensões de tração na estrutura. Caso haja necessidade de resistir a pequenas trações pode-se utilizar armadura, sendo conhecido como muro de gravidade aliviada.
Figura 3.1 – Muro de arrimo de gravidade
Fonte: Oswaldemar Marquetti - Livro Muro de arrimo
3.1.2 Muro com Contrafortes
Este tipo de muro é caracterizado por possuir estruturas delgadas verticais triangulares perpendiculares à face do maciço de terra, formando assim uma estrutura de resistência às ações de empuxo do solo. Porter (2009) explica que se os suportes verticais ficarem entre o muro e o maciço, o contraforte é um elemento de resistência à tração (counterforts). Se os suportes verticais ficarem na frente do muro e fora do maciço, o contraforte é uma estrutura de resistência à compressão (buttresses). Gerscovich (2010) explica que muros de flexão simples são economicamente inviáveis para alturas superiores a 5 metros, necessitando de contrafortes para gerar maior estabilidade na estrutura.
19 Figura 3.4 – Muro de flexão com a base interna e externa ao maciço
Fonte: Gilvan Bezerra dos Santos – Dissertação de mestrado (2014)
3.2 TENSÕES E MODOS DE RUPTURA
Como já vimos, o principal carregamento em um muro de arrimo ocorre horizontalmente, devido à ação dos empuxos de terra. Para fins comparativos, é possível fazer relações com os estudos de cargas de vento em alvenaria estrutural, tendo em vista que o efeito do vento é um carregamento dinâmico e o efeito do empuxo é um carregamento estático. Em um muro de arrimo, a alvenaria estrutural será considerada com pequenos carregamentos verticais e grandes carregamentos laterais. Ou seja, os blocos suportarão basicamente seu peso próprio e o empuxo lateral de terra. Em alvenaria não armada é necessário prever que a resistência à tração na flexão será dada pela aderência entre o bloco e a argamassa nas juntas. A figura 3.5 é um exemplo de muro apoiado nas extremidades e engastado na sua base, formando assim um sistema que se deforma como placa apoiada em três lados:
Figura 3.5 – exemplo de parede apoiada em três lados
Fonte: adaptado de Parsekian (2012)
20 Drysdale (1994) mostra que testes laboratoriais indicaram um padrão de fissuração inicial para o caso de flexão em duas direções, ilustrado na figura 3.6. Após a fissuração, a parede sofre efeito de estabilização pelo seu peso próprio, restando assim a resistência residual.
Figura 3.6 – padrões de fissuração por vento ou empuxo
Fonte: Parsekian (2012)
Galal (2010) fez testes laboratoriais a fim de verificar o modo de ruptura e o comportamento pós-ruptura de muros de arrimo. Como padrão, todas as fissuras iniciaram nas juntas da argamassa com o bloco, resultando na separação dos blocos na face tracionada. Como resultado dos testes, Galal (2010) concluiu que as paredes não armadas sempre rompem imediatamente depois de uma das juntas horizontais fissurar, rompendo por tração. Em paredes armadas, a ruptura ocorreu sempre devido à compressão. Baseando-se nestes dados, pode-se indicar que muros de arrimo em alvenaria estrutural possuem comportamento padrão no caso de carregamento lateral constante. Tendo em vista a forma geométrica e os apoios do muro, a estrutura sofre flexão em duas direções – horizontal e vertical. Na flexão vertical a fissuração ocorre nas juntas horizontais, e na flexão horizontal a fissuração ocorre nas juntas verticais.