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XVII COBREAP CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA DE AVALIAES E PERCIAS IBAPE/SC - 2013

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AVALIAO DO COMPORTAMENTO ESTRUTURAL DE UMA MARQUISE DE CONCRETO ARMADO E SEUS ELEMENTOS DE ENGASTE COM USO DE

PROVA DE CARGA

Francisco Cludio Morato Leite UEL/CTU/DCCi br

Saulo Carrilho Danna DANNA ENGENHARIA

br

Mrio Ailton Vicente Danna DANNA ENGENHARIA

cbr

RESUMO

As marquises so elementos estruturais cuja vinculao requer maior ateno tanto dos profissionais projetistas quantos dos executores, mesmo para aquelas que no tenham grandes dimenses e carregamento. Em uma edificao, uma marquise engastada em viga contnua e parte em viga chata de concreto armado, projetada para servir como o beiral do telhado, ruiu ainda no momento da aplicao do reboco na face inferior. O presente trabalho trata de avaliar o comportamento estrutural desta marquise e de seus elementos de engaste. Para atingir o objetivo proposto foi construdo um prottipo em tamanho real equivalente parte sinistrada, seguindo as especificaes do projeto estrutural original e empregando as tcnicas de execuo normalizadas. Uma prova de carga esttica, com dois ciclos de aplicao de carga e coeficiente de carregamento =1,0 foi realizada no prottipo. Os resultados demonstraram que a pea projetada apresentava um comportamento satisfatrio e em conformidade com a ABNT NBR 6118:2007, a partir da anlise dos deslocamentos lineares medidos e da manifestao de fissuras. Finalizada a prova de carga, o prottipo foi levado runa, tornando evidentes as regies mais crticas da estrutura ensaiada.

PALAVRAS-CHAVE: Comportamento estrutural, Marquise, Prova de carga.


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1. INTRODUO

As marquises so elementos estruturais cuja forma de vinculao requer maior ateno tanto por parte dos projetistas quanto dos executores das obras, mesmo para as peas que no apresentem grandes dimenses ou carregamentos. Tal fato tambm relevante para os profissionais responsveis pela manuteno a fim de garantirem um comportamento seguro ao longo de sua vida til.

O engastamento em uma nica extremidade torna a marquise uma estrutura isosttica em balano. Devido a esta situao estrutural, combinado com outros fatores, o colapso caracterizado por uma ruptura brusca, ou seja, sem aviso prvio. O que exige, portanto, a precauo referida.

Em uma edificao, uma marquise projetada para servir como o beiral inclinado do telhado ruiu no momento da aplicao do reboco na sua face inferior.

A marquise era constituda por laje pr-fabricada e capa em concreto armado e estava vinculada a uma viga contnua em maior trecho e, ainda, em uma viga-chata num segmento menor; todas moldadas in loco em concreto armado. Assim, o sistema estrutural em tela apresenta um comportamento estrutural peculiar, requerendo a ateno citada.

Para investigar as causas provveis e/ou os aspectos tcnicos que levaram ao sinistro foram desenvolvidos diversos trabalhos; dentre eles, a anlise estrutural.

Em vista disso, o presente trabalho trata de avaliar o desempenho estrutural desta marquise e de seus elementos de engaste a partir da realizao de prova de carga em um prottipo construdo em escala real.

2. DESCRIO DA MARQUISE E ELEMENTOS DE ENGASTE

A marquise que colapsou e que o objeto de estudo est identificada no croqui da figura 1 como sendo a laje em balano Lb2. Outros elementos estruturais tambm ruram: a viga VS5 e a viga-chata VS4.

O croqui da figura 1 foi extrado do projeto estrutural da edificao. A Lb2 era uma laje inclinada em balano, pr-fabricada, com 853,9 cm de

comprimento e largura de 107,5 cm (em referncia ao centro da viga), engastada na viga contnua VS5 (12x30) cm e na viga-chata VS4 (30x12) cm.

A viga contnua VS5 estava vinculada ao topo dos pilares P11, P20 e P28 (13x25) cm.

A viga-chata VS4 foi engastada no topo do pilar P28, na sua maior direo, e em pequeno trecho tambm na viga VS9 (12x30) cm.

Os pilares P11, P20, P28 e P29 eram, no lance do pavimento cobertura, a continuao dos mesmos nos lances dos pavimentos inferiores.

Para todos os elementos estruturais descritos, o concreto foi especificado com fck de 20 MPa.


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Figura 1 Croqui, em planta (sem escala), dos elementos estruturais relacionados com o desabamento. Cotas em centmetros.

3. MTODOS EMPREGADOS

Para atingir o objetivo proposto foi construdo um prottipo em escala real em conformidade com o esquema estrutural da figura 1.

O prottipo foi executado em observncia s especificaes e detalhamentos do projeto estrutural e a tcnica construtiva empregada seguiu as prescries das normas tcnicas pertinentes e vigentes.

A avaliao do desempenho estrutural da marquise e de suas partes foi realizada de modo experimental (no analtico), ou seja, por meio da prova de carga

P29


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esttica, comparando os resultados obtidos com as prescries no estado limite de servio (E.L.S.) da ABNT NBR 6118 (ABNT, 2007).

Aps a concluso da prova de carga, o prottipo foi levado runa com o uso de um trator (p-carregadeira).

Os procedimentos adotados nas etapas deste trabalho esto descritas a seguir.

3.1. Construo do prottipo

O prottipo foi construdo e composto pelas peas em escala real das vigas VS4 (viga-chata), VS5 e VS9, as lajes em balano Lb2 e Lb3 e os pilares P11, P20, P28 e P29.

A fundao do prottipo, visando garantir a estabilidade e rigidez necessria realizao da prova de carga, foi executada com quatro blocos de concreto armado (um por pilar) sobre duas estacas-broca (=25 cm) de concreto, no nvel do solo.

As frmas dos blocos, pilares e vigas foram confeccionadas com tbuas e sarrafos de madeira aparelhada (pinus). O escoramento foi executado com escoras novas de eucalipto. As dimenses das peas seguiram as especificaes do projeto estrutural.

As vigotas pr-fabricadas de concreto que compem as lajes em balano Lb2 e Lb3 foram adquiridas da empresa especializada para atender a sobrecarga especificada no projeto estrutural (1,0 kN/m).

Na montagem das armaduras, em conformidade com o projeto estrutural, foram empregados vergalhes novos de ao.

O cobrimento do concreto foi garantido com o emprego de espaadores plsticos.

Os procedimentos para a montagem e a concretagem do prottipo seguiram as prescries da ABNT NBR 14931 (ABNT, 2004).

As frmas foram limpas e umedecidas antes das concretagens. A concretagem do prottipo foi realizada em trs etapas, sendo: - na primeira etapa executada a fundao (estacas e blocos) com o concreto

produzido na obra para atingir fck=20 MPa; - na segunda etapa, foram concretados os pilares com concreto usinado; - na terceira e ltima etapa, foram concretados simultaneamente o topo dos

pilares, as vigas e as lajes com concreto usinado. O concreto usinado foi fornecido por concreteira em caminho betoneira, com

fck=20 MPa e abatimento (slump) de (5 1) cm. O transporte do concreto na obra, entre o caminho betoneira e o prottipo,

foi realizado em carrinho-de-mo. O lanamento do concreto nas frmas foi realizado, em geral, com baldes metlicos.

Para adensar o concreto foi utilizado um vibrador de agulha (=1) eltrico. Em todas as etapas, no momento da concretagem, o tempo era bom, sem

chuva e vento fraco. A cura do concreto das lajes foi realizada por asperso de gua (com

mangueira) sobre as superfcies expostas das peas no incio da manh e no final da tarde, durante sete dias corridos.

As frmas das faces laterais dos pilares e das vigas foram retiradas aps trs dias. O escoramento foi mantido por 28 dias.


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As fotografias apresentadas nas figuras 2 at 6 registram algumas das etapas executadas na construo do prottipo e os detalhes construtivos.

Figura 2 Vista da montagem da viga VS5. Em primeiro plano, o pilar P11 concretado na segunda etapa de concretagem.

Figura 3 Vista da laje Lb2 e da viga VS5 montadas.

VS5

Lb2

P11

VS5


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Figura 4 Vista da regio do encontro entre as lajes Lb2 e Lb3 no momento da montagem. Observa-se a armadura da viga-chata VS4, bem como a armadura

negativa da Lb2 posicionada e passante sobre a VS4 at parte da Lb3.

Figura 5 Vista do prottipo construdo, antes da terceira etapa de concretagem das lajes e vigas.

VS4

Lb3

Lb2

VS5

Lb2

VS4

Lb3


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Figura 6 Vista da concretagem das lajes e vigas na terceira etapa de

concretagem. Em primeiro plano, a Lb2.

3.2. Abatimento (slump test) e resistncia compresso do concreto

Para avaliar a consistncia do concreto usinado recebido em obra foi medido o abatimento (slump test) de acordo com a ABNT NBR NM 67 (ABNT, 1998).

Ainda no recebimento, aps o descarregamento de 1/3 do volume de concreto de cada caminho betoneira, foram moldados quatro corpos-de-prova cilndricos com (15x30) cm de acordo com a ABNT NBR 5738 (ABNT, 2003). No dia posterior, os corpos-de-prova foram desmoldados e levados para cura imersa em gua saturada de cal at a data de ruptura. Os corpos-de-prova foram rompidos aos sete e 28 dias de idade, em conformidade com a ABNT NBR NM 101 (ABNT, 1996).

3.3. Prova de carga

Os procedimentos empregados neste ensaio seguiram, em parte, os procedimentos da ABNT NBR 9607 (ABNT, 1986), vigente poca da realizao dos trabalhos.

A prova de carga foi levada a efeito aps 33 dias da ltima concretagem. A carga imposta estrutura foi de natureza esttica e de permanncia rpida,

em dois ciclos de carregamento, fator de carregamento =1,0. Como o carregamento foi rpido, desprezou-se a influncia da temperatura ambiente nos resultados medidos.

As etapas de carregamento foram definidas de modo a permitir avaliar o desempenho da estrutura nos estados limites de servio (ELS) por meio da medio do deslocamento linear nos pontos de controle e da observao da abertura de fissuras.

Para carregar a estrutura foram utilizados sacos plsticos previamente preenchidos com areia grossa com peso de 20 kg cada um. Na pesagem foi utilizada uma balana mecnica com sensibilidade de 100 g.


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A simulao da carga mxima no ensaio refletiu a seguinte situao de carregamento considerado mais desfavorvel para as condies locais:

- revestimento da face inferior da laje (reboco) de 0,5 KN/m; - telha de concreto saturada e ripas de madeira de 0,65 KN/m; - vento (presso positiva adotada sobre a laje) de 0,85 kN/m; - sobrecarga especificada no projeto estrutural de 1 kg/m; - total de 3 kN/m. A carga inicial de ensaio foi definida igual a 1 kN/m, distribudos sobre toda a

extenso da laje Lb2 e parte da Lb3. Sobre a laje Lb3 a carga foi distribuda somente sobre a regio onde foram posicionadas as armaduras (negativas) que engastavam a Lb2 na mesma. O incremento de carga foi adotado em 20 kg/m at atingir, aproximadamente, o carregamento final de 3 kN/m.

Foram efetuadas medies do deslocamento linear em cinco pontos de controle, distribudos nas seguintes peas:

- na laje em balano Lb2, com trs pontos alocados na extremidade (ponta), identificados neste trabalho como sendo os pontos L1, L2 e L3 e;

- nos topos dos pilares P11 e P20. Para a medio dos deslocamentos lineares foram utilizados relgios

comparadores (extensmetros mecnicos) com sensibilidade de 0,01 mm e curso de 10 mm, um para cada ponto de controle. Os relgios comparadores foram fixados em bases magnticas e, estas em cavaletes ou andaimes metlicos.

As peas estruturais foram inspecionadas visualmente a cada incremento de carga de maneira a verificar a ocorrncia de fissuras, principalmente na regio do encontro entre a VS5 e o topo dos pilares P11, P20 e P28 e da VS4 com o pilar P28. A fim de facilitar a inspeo, as superfcies das peas de concreto nestas regies foram pintadas cal.

As fotografias apresentadas nas figuras 7 at 13 documentam a colocao dos extensmetros mecnicos e o carregamento realizado no prottipo.

Figura 7 Vista do prottipo construdo e os extensmetros posicionados para a medio do deslocamento vertical da ponta da laje Lb2.

L1 L3

L2


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Figura 8 Vista do prottipo construdo para incio da prova de carga. Em primeiro plano, o extensmetro posicionado no ponto de medio L1.

Figura 9 Vista do prottipo construdo para incio da prova de carga. Observam-se os extensmetros posicionados para a medio do deslocamento horizontal no topo

dos pilares P11 e P20.

P20

P11


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Figura 10 Vista do incio da prova de carga.

Figura 11 Aumento progressivo da carga aplicada.


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Figura 12 Carga mxima empregada no ensaio. Figura 13 Vista da extremidade da Lb2 com carregamento mximo.


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3.4. Demolio do prottipo

A demolio do prottipo foi realizada com a utilizao de um trator, aps 52 dias da data de concretagem. O emprego do trator para a demolio deveu-se a garantia da segurana dos funcionrios frente a runa ser provocada; evitando-se, assim, acidentes e/ou riscos desnecessrios. O trator utilizado era uma p-carregadeira da marca/modelo MICHIGAN 75 com peso aproximado de seis toneladas. As fotografias apresentadas nas figuras 14 at 16 registram a demolio.

Figura 14 Incio da demolio na regio do encontro entre a Lb2 e a Lb3 a fim de analisar o modo de runa.

Figura 15 Colapso de parte da laje Lb2, sem ocorrncia da runa da viga-chata VS4.


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Figura 16 Colapso provocado em toda a laje Lb2. A demolio com aplicao de fora com a p deu-se no sentido do P28 ao P11.

4. RESULTADOS OBTIDOS

O concreto usinado recebido para a construo do prottipo apresentou um abatimento (slump test) de 4,5 cm e 5,5 cm para o primeiro e o segundo caminho betoneira e volume recebido de 2 m e 3 m, respectivamente.

Os resultados para a resistncia compresso simples do concreto recebido a partir da ruptura dos corpos-de-prova moldados esto apresentados na tabela 1.

Tabela 1 Resultados para resistncia compresso do concreto

NIDADE (dia)

PEAS CONCRETADAS

DIMETRO DO CP (cm)

FORA DE RUPTURA

(KN)

RESISTNCIA

COMPRESSO (MPa)

1 7 pilares 15 533,80 30,20 2 7 pilares 15 559,90 31,70 3 28 pilares 15 535,10 30,30 4 28 pilares 15 616,80 34,90 5 7 vigas e lajes 15 385,60 21,80 6 7 vigas e lajes 15 395,20 22,40 7 28 vigas e lajes 15 403,40 22,80 8 28 vigas e lajes 15 475,30 26,90


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Com relao prova de carga, os resultados dos deslocamentos lineares

imediatos nos pontos de controle da laje Lb2 e no topo dos pilares P11 e P20 medidos aps cada carregamento incremental no segundo ciclo esto apresentados nas tabelas 2 e 3, respectivamente.

Tabela 2 Deslocamentos lineares verticais imediatos medidos nos trs pontos de

controle da laje Lb2.

Tabela 3 Deslocamentos lineares horizontais medidos nos topos dos pilares.

Os grficos gerados com a plotagem dos deslocamentos lineares para os pontos de controle na Lb2 e no topo dos pilares P11 e P20 devido ao incremento de carga esto apresentados na figura 17 e 18, respectivamente.

LeituraVariao

(mm)Desloca-

mento (mm) LeituraVariao

(mm)Desloca-


(mm)Desloca-

mento (mm)

0 - 9:10 8,58 - - 9,23 - - 9,53 - - 1 100,00 9:20 8,37 0,21 0,21 8,78 0,45 0,45 9,15 0,38 0,38 2 120,00 9:25 8,35 0,02 0,23 8,68 0,10 0,55 9,06 0,09 0,47 3 140,00 9:32 8,39 (0,04) 0,19 8,58 0,10 0,65 8,90 0,16 0,63 4 160,00 9:37 8,39 - 0,19 8,50 0,08 0,73 8,94 (0,04) 0,59 5 180,00 9:45 8,38 0,01 0,20 8,40 0,10 0,83 8,82 0,12 0,71 6 200,00 9:50 8,31 0,07 0,27 8,32 0,08 0,91 8,77 0,05 0,76 7 220,00 10:02 8,35 (0,04) 0,23 8,16 0,16 1,07 8,64 0,13 0,89 8 240,00 10:09 8,39 (0,04) 0,19 8,02 0,14 1,21 8,54 0,10 0,99 9 260,00 10:17 8,35 0,04 0,23 7,92 0,10 1,31 8,51 0,03 1,02 10 280,00 10:30 8,28 0,07 0,30 7,72 0,20 1,51 8,36 0,15 1,17 11 300,00 10:37 8,23 0,05 0,35 7,51 0,21 1,72 8,24 0,12 1,29

PLANOCARGA (Kg/m2)

HORRIO

PONTOS NA BORDA DA LAJE EM BALANOL3L1 L2

LeituraVariao

(mm)Desloca-


(mm)Desloca-

mento (mm)

0 - 9:10 7,08 - - 7,52 - - 1 100,00 9:20 6,87 0,21 0,21 7,22 0,30 0,30 2 120,00 9:25 6,83 0,04 0,25 7,18 0,04 0,34 3 140,00 9:32 6,78 0,05 0,30 7,12 0,06 0,40 4 160,00 9:37 6,73 0,05 0,35 7,05 0,07 0,47 5 180,00 9:45 6,70 0,03 0,38 6,99 0,06 0,53 6 200,00 9:50 6,62 0,08 0,46 6,91 0,08 0,61 7 220,00 10:02 6,57 0,05 0,51 6,87 0,04 0,65 8 240,00 10:09 6,51 0,06 0,57 6,76 0,11 0,76 9 260,00 10:17 6,45 0,06 0,63 6,71 0,05 0,81

10 280,00 10:30 6,34 0,11 0,74 6,58 0,13 0,94 11 300,00 10:37 6,22 0,12 0,86 6,37 0,21 1,15

P11PONTOS NO TOPO DOS PILARES

PLANOCARGA (Kg/m2)

HORRIOP20


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Figura 17 Carga versus deslocamento linear vertical medido nos trs pontos de controle na extremidade da laje Lb2.

Figura 18 Carga versus deslocamento linear horizontal medido na extremidade superior dos dois pilares P11 e P20.


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5. ANLISE DOS RESULTADOS E DISCUSSES

No segundo ciclo de carga, os deslocamentos mximos medidos para a carga estimada de 3 kN/m esto resumidos na tabela 4.

Tabela 4 Deslocamentos lineares medidos no prottipo para a carga estimada de

3 kN/m aplicada no segundo ciclo sobre as lajes Lb2 e parte da Lb3. Levando em conta a ABNT NBR 6118 (ABNT, 2007), na seo 13.3, a flecha

limite para a verificao em servio do estado limite de deformaes excessivas da estrutura deve ser menor que L/250, sendo L o vo da pea. Tomando o vo equivalente (como o dobro do comprimento do balano de 101,5 cm), a flecha mxima admissvel para a ponta da laje corresponderia a 8,12 mm.

Os deslocamentos lineares verticais imediatos medidos na ponta da laje no prottipo resultaram, portanto, menor que os deslocamentos limites normalizados; correspondendo a um comportamento satisfatrio se considerada como um elemento estrutural em servio.

Os resultados apresentados no grfico da figura 17 tambm permitem deduzir uma relao tendendo linearidade entre a carga e o deslocamento para a laje em balano ensaiada com um modelo matemtico de fortssima correlao (r2), o que pode representar o comportamento da fase elstica desta pea estrutural em concreto armado. Entretanto, no se analisou os resduos dos deslocamentos lineares aps o descarregamento nos dois ciclos para a interpretao do comportamento elstico do elemento estrutural em tela.

Quanto abertura de fissuras a ABNT NBR 6118 (ABNT, 2007), seo 13.4.2, aceitvel at o limite de 0,3 mm para uma edificao sujeita a classe de agressividade ambiental CAA II.

Aps cada incremento de carga, a estrutura foi inspecionada para verificar a ocorrncia de fissuras. No foram constatadas fissuras de qualquer natureza, intensidade ou abertura ao longo da VS5, assim como nos encontros entre a VS5 e os topos dos pilares P11, P20 e P28 at a ltima carga aplicada no ensaio.

Em sntese, o prottipo apresentou condies de suportar a carga aplicada no ensaio de at aproximadamente 3 kN/m sobre as suas lajes, sem atingir os estados limites de servio (de deformao excessiva e de fissurao inaceitvel).

Na demolio do prottipo, a runa da laje Lb2 teve incio com a aplicao de parte do peso do trator, apoiando a p na extremidade da laje (prximo da regio do ponto de controle L1). Parte da laje Lb2 rompeu, porm no desabou, ficando parcialmente pendurada nas vigas VS4 e VS5 por meio das armaduras das vigotas pr-moldadas que a compunham. A runa de parte da Lb2 ocorreu sem levar ao colapso a viga-chata VS4.

PEAPontos de Controle

Flecha (mm)

L1 0,35 L2 1,72 L3 1,29 P11 1,15 P20 0,86 PILAR

LAJE Lb2


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Para provocar a runa da viga-chata VS4 foi necessrio que a p-carregadeira a levantasse. Constatou-se que a viga-chata VS4 permaneceu pendurada pelas suas armaduras ancoradas no topo do pilar P28.

O prottipo permitiu, ainda, avaliar a construtibilidade (ou exequibilidade) do sistema construtivo adotado no projeto estrutural. Constatou-se que todas as etapas construtivas foram facilmente executadas empregando-se as tcnicas construtivas convencionais e normalizadas.

6. CONCLUSES

A fim de demonstrar o comportamento real da marquise sob carga e dirimir as dvidas quanto estabilidade do sistema estrutural utilizado foi realizada a prova de carga esttica, com carregamento equivalente ao estado de servio, dois ciclos de carregamento e coeficiente de carregamento =1,0.

Atingido, no primeiro e segundo ciclo de carga, o carregamento esttico estimado de 3 kN/m sobre as lajes em estudo, o prottipo manteve-se estvel, sem qualquer modo de colapso de seus elementos estruturais.

No segundo ciclo de carga, com carregamento estimado de 3 kN/m a laje em balano Lb2 apresentou deflexes imediatas aceitveis, de acordo com os deslocamentos limites estabelecidos na ABNT NBR 6118 (ABNT, 2007). Tambm no foi constatada a ocorrncia de fissuras nas peas de concreto, principalmente ao longo da viga VS5 e na regio do encontro desta com o topo dos pilares P11, P20 e P28.

Em razo disso, pode-se afirmar, s.m.j., que o sistema estrutural em tela apresentava desempenho satisfatrio uma vez que, sob carga equivalente de projeto, no alcanou os estados limites de servio normalizados quanto deformao e fissurao. O que, portanto, leva a entender que o sistema estrutural adotado no projeto estrutural atendia aos requisitos de segurana.

Finalizada a prova de carga, o prottipo foi levado runa, tornando evidentes as regies mais crticas da estrutura ensaiada.

REFERNCIAS

ASSOCIAO BRASILEIRA DE NORMAS TCNICAS. NBR 5738. Concreto procedimento para moldagem e cura de corpos-de-prova. Rio de Janeiro: ABNT, 2003. 6 p.

____. NBR 6118. Projeto de estruturas de concreto procedimentos. Rio de Janeiro: ABNT, 2007. 221 p.

____. NBR 9607. Prova de carga em estruturas de concreto armado e protendido. Rio de Janeiro: ABNT, 1986. 8 p.

____. NBR 14931. Execuo de estruturas de concreto procedimentos. Rio de Janeiro: ABNT, 2004. 53 p.

____. NBR NM 67. Concreto determinao da consistncia pelo abatimento do tronco de cone. Rio de Janeiro: ABNT, 1998. 8 p.


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____. NBR NM 101. Concreto ensaio de compresso de corpos-de-prova cilndricos. Rio de Janeiro: ABNT, 1996. 5 p.

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