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Seminário Reabilitação de Fachadas, Vasconcelos&Lourenço (eds.), 2016 129

ANCORAGENS EM PAREDES DE ALVENARIAS:

ENSAIOS, PROJETO E APLICAÇÃO

Rosana MUÑOZ

Professora

Universidade Federal da Bahia, Brasil

Paulo B. LOURENÇO

Professor Catedrático

Universidade do Minho, Guimarães

SUMÁRIO

Muitos edifícios antigos encontram-se degradados e com colapsos parciais, restando-lhes

apenas as fachadas e/ou o as paredes laterais. A consolidação e reutilização destas paredes são

de fundamental importância para o significado do património histórico. Por outro lado, muitos

edifícios recentes possuem paredes de alvenaria, estruturais ou não estruturais, que, em muitos

casos, necessitam de ancoragens. O presente trabalho aborda o estudo do comportamento

mecânico de ancoragens metálicas utilizadas para ligações a paredes de alvenarias, sejam,

provisórias, com fins de escoramento ou sejam definitivas, associadas a reparações, reforço ou

reabilitação em geral da construção. Apresenta também aspetos relativos e aplicações em

edificações situadas no Centro Histórico de Salvador, no Brasil, e em Portugal, que utilizaram

esse sistema de ligação. Para a obtenção dos resultados experimentais, foram realizados,

nomeadamente, ensaios de pull-out com ancoragens adesivas e mecânicas em alvenarias de

pedra e também de tijolo maciço construídas em laboratório, cujos resultados foram

comparados com previsões de acordo com a regulamentação. Este trabalho contribui para a

escolha da ligação mais eficiente a paredes de alvenaria em termos de aderência.

1. INTRODUÇÃO

Muitos edifícios antigos, construídas em alvenaria argamassada de pedra e/ou tijolo,

apresentam-se deterioradas pela ação do tempo e pela falta de manutenção, contando apenas

com a fachada e as paredes laterais. Por outro lado, na generalidade dos edifícios recentes estão

presentes paredes de alvenaria, estruturais ou não estruturais, com tijolos com furação

horizontal, vertical ou maciços. O escoramento ou a consolidação estrutural em reabilitação

pode ser feito de diversas formas e com vários materiais, sendo habitual recorrer a elementos

metálicos. Uma possibilidade da ligação entre estes elementos e as paredes de alvenaria é o

recurso a ancoragens metálicas, podendo estas ser de três tipos: adesivas (bonded anchors), de

expansão (expansion anchors) e de segurança (undercut anchors), sendo que estas duas últimas

são designadas ancoragens mecânicas [1].

Os conectores do primeiro tipo podem utilizar resina, recebendo a denominação de ancoragem

química, ou ligantes inorgânicos, usualmente designados por grout. A ancoragem química

consiste habitualmente em dois tipos de adesivos que são misturados durante a aplicação. Esse

sistema pode ser de cápsula ou de injeção. A ancoragem com grout emprega habitualmente

uma base cimentícia para preencher os vazios no material de suporte e realizar a adesão do

Ancoragens em paredes de alvenaria: ensaios, projeto e aplicação 130

conector. O grout possui propriedades similares às argamassas ou betões, permitindo bom

desempenho a altas temperaturas e condições de humidade [1]. Ambas as ligações exigem um

período de cura para ganho de resistência, sendo que este período é reduzido no caso de

ancoragens químicas.

As ancoragens de adesão com resina, utilizadas, geralmente, em situações onde é requerido

tempo de endurecimento rápido, exigem furos de pequenos diâmetros (tipicamente 10 a 25 %

maiores que o diâmetro do conector); já nas ancoragens que utilizam grout, o diâmetro do furo

deverá ser de 50 a 200 % o diâmetro do conector [2].

Os ligadores de expansão alargam-se na instalação e compreendem duas categorias: por

controlo do momento torsor (binário ou aperto) e por controlo da deformação. Para os

ligadores de aperto, o aperto da porca ou parafuso ativa o mecanismo de expansão; para os de

deformação, o grau de ampliação é controlado pelo deslocamento relativo do cone de expansão

dentro de uma manga. Os conectores de segurança assemelham-se a pequenas estacas e

possuem a parte inferior expansiva [1]. De forma geral, a ancoragem mecânica fundamenta-se

no atrito desenvolvido entre as laterais do furo e as saliências do conector para a transferência

de cargas.

Os tipos de ancoragens recomendados tanto para as alvenarias de pedra, como para as de tijolo

maciço, são de adesão e de expansão controlada por aperto [1]. Para a sua instalação, devem

ser adotados alguns procedimentos que visam a qualidade das ligações, tais como: executar os

furos nos diâmetros e profundidades especificados; assegurar a limpeza dos mesmos; garantir a

centralidade do conector no furo; garantir que os adesivos, se aplicável, mantenham as suas

propriedades na aplicação, principalmente em relação ao fator água/cimento, em função da

capacidade de absorção de água do material; entre outros [1,3,4, 5].

A ligação entre elementos estruturais (estrutura metálica/alvenaria) merece especial atenção,

uma vez que, na prática, diversos fatores internos e externos podem afetar o comportamento da

ligação, reduzindo sua capacidade de carga. Neste contexto, o presente trabalho, pretende:

a) apresentar resultados sobre o comportamento mecânico, em termos de aderência, de três

tipos de ligações: química, com grout cimentício, e mecânica em paredes de alvenaria de pedra

e de tijolo confecionadas em laboratório; e b) relatar experiências de aplicação de sistemas de

ancoragem: uma localizada no Centro Histórico de Salvador, Brasil, e duas em Portugal.

Os procedimentos metodológicos realizados compreenderam, além da revisão bibliográfica

sobre o tema e da apresentação de três casos de estudos, a execução de um programa

experimental com a realização de ensaios para: a) definição do traço da argamassa de

assentamento a ser utilizada nas paredes; b) caracterização dos materiais utilizados;

c) realização das paredes de alvenaria de pedra e de tijolo; d) execução de ensaios de

compressão diagonal, axial e de pull-out em alvenarias; e e) análise dos resultados,

contemplando avaliação comparativa entre os valores obtidos nos ensaios e os valores obtidos

pela regulamentação aplicável.

O presente trabalho contribui para a escolha da ligação mais eficiente em termos de aderência,

para alvenaria, utilizando conectores mecânicos e de adesão. Realça-se que este tipo de

ancoragem é recomendado para a consolidação de estruturas antigas, por permitir baixo

impacto estético e intervenção mínima, e permite a reparação e reforço de estruturas recentes.

2. ASPECTOS TEÓRICOS DE LIGAÇÕES METÁLICAS SUJEITAS À TRAÇÃO

A utilização de ancoragens metálicas na reparação da alvenaria tem a sua fundamentação na

transferência de forças de tração que não podem ser suportadas pela alvenaria isoladamente e

no reforço metálico a aplicar, bem como na promoção de ligação entre paredes e outras

estruturas de suporte existentes. Na prática, o uso de ancoragens está usualmente associado a

aspetos como: a estabilização de alvenarias fissuradas ou deformadas; a ligação entre novas e

antigas estruturas ou elementos estruturais; a transmissão de forças de tração, por exemplo,

durante a construção; o reforço de paredes e fundações; e o reforço para suporte de cargas

dinâmicas [4].

A consolidação de alvenarias com uso de conectores metálicos sujeitos à tração tem sido

realizada há séculos e é amplamente aceite no campo da conservação do património construído

com valor cultural e em operações correntes de reparação e reforço. Alguns aspetos normativos

R. Munoz, P.B. Lourenço 131

relacionados com o cálculo analítico de valores estimados de resistência à tração, obtidos por

meio de fórmulas para ensaios de pull-out, são apresentados em seguida. Grande parte desses

modelos foi desenvolvida especificamente para o betão, no entanto podem ser feitas analogias

para a alvenaria.

A formulação analítica foi estabelecida em função dos possíveis tipos de rotura de ligação,

nomeadamente: a) aço do conector; b) cone do material do substrato; c) arrancamento do

conector; d) combinação de arrancamento e rotura do cone; e) secção transversal do material

do substrato e f) cone lateral, como se mostra na Figura 1 [6,7].

Figura 1 : Tipos de rotura: (a) conector; (b) cone do substrato; (c) arrancamento do

conector; (d) combinação de arrancamento e cone; (e) secção transversal

do material do substrato; (f) cone lateral.

A resistência da ligação depende das propriedades dos materiais existentes e da tecnologia de

aplicação [4]. De acordo com a EN 1992-4, a força de tração resultante de projeto não deve

exceder à resistência de projeto obtida pela divisão da resistência característica pelo coeficiente

de segurança do material [7]. A Tabela 1 apresenta as resistências características de um

conector para os principais tipos de rotura, de acordo com a pesquisa bibliográfica, utilizando

ancoragem adesiva. Informações detalhadas das expressões e dos símbolos utilizados podem

ser encontrados na referência indicada.

Tabela 1 – Resistências características de ancoragens adesivas.

Tipos de rotura Resistência característica (em N) Material base Referência

T1.Rotura do aço

do conector

0,75.As.fu

0,90.As.fy

(1)

(2)

Betão/Alvenaria

Betão/Alvenaria

[8,9]

[10]

T2.Rotura do

cone

k.(fck cube)0,5.hef1,5.(Ac,N/A0c,N) (3)

Betão [8]

T3.Rotura por

arrancamento

τ.π.d.hef

τo.π.do.hef

(4)

(5)

Betão/Adesivo

Adesivo/Betão

[11]

[12]

T4.Combinação

de arrancamento

e cone

τ.π.d.hef.(Ap,N/A0p,N)

0,85.hc2.(fcc,200)0,5 + π.τ.d.(hef –

hc),

Se hef > hc e

hc = τ.π.d/[1,7.(fcc,200)0,5]

(6)

(7)

Betão

Betão

[8]

[11]

A rotura do aço dos conectores em aplicações em alvenaria é raramente observada, e ocorre

nos casos em que a profundidade de ancoragem e a resistência da alvenaria são significativas

[13]. A resistência característica T1 é dada pela área da secção transversal efetiva do parafuso

(As) e a tensão resistente à tração do aço (fu) [8, 14, 15]. O ACI 318 recomenda o uso do

coeficiente 0,75 [9], enquanto o ACI 530 propõe a utilização da tensão de cedência (fy) no

lugar da tensão última e a aplicação de coeficiente de redução de 0,90 [10].

No que diz respeito à rotura do cone, T2, a bibliografia sobre o tema considera principalmente

o material betão. Este tipo de rotura ocorre geralmente para profundidades de ancoragem curtas

e betões de baixa resistência. De forma geral, a capacidade do conector é influenciada pela


resistência do betão, pela proximidade a outros conectores e bordos, e também pela presença de

fissuras [16]. A equação (3), apresentada na Tabela 1, depende: do valor de k, sendo

7,2 N0,5/mm0,5 para betões fissurados e 10,1 N0,5/mm0,5 para betões não fissurados [8] ou, ainda,

7,7 N0,5/mm0,5 e 11 N0,5/mm0,5, respetivamente [6]; do valor da resistência do betão obtida em

cubos de 200 mm (N/mm2) e do comprimento efetivo da ancoragem hef (mm). Essa equação

pode levar em conta a sobreposição de áreas, quando se tem dois ou mais conectores

adjacentes, por meio de um fator de redução Ac,N/A0c,N1. A área de betão A0c,N de um conector

individual distante dos bordos, na superfície de betão, idealizando o cone como uma pirâmide

com altura igual à profundidade de embebimento, hef, é dada por 9.hef2 [8, 14], como mostra a

Figura 2.

Figura 2 : Cone de betão e área A0c,N de um conector individual.

A rotura por arrancamento do conector ou pull-out, no caso de ancoragens químicas, ocorre

entre o adesivo e a superfície ou entre o adesivo e o conector [16]. Para este tipo de rotura, T3,

apresenta-se o recomendado pelo fib Bulletin 58 [6], EN 1992-4 [7] e TR 029 [8] que adotam o

modelo de tensão de aderência uniforme para descrever o comportamento da interface entre o

conector e o grout (Eq. (4)) e o grout e o betão (Eq. (5)). Ambas as resistências dependem do

comprimento efetivo da ancoragem, hef, e levam em consideração diferentes diâmetros: d, do

conector, e do, do furo, ambos em milímetros. As resistências diferem também quanto à tensão

de aderência uniforme a considerar: a primeira usa o valor nominal τ na interface

conector/grout e a segunda usa o valor τo na interface grout/betão. A desvantagem deste

método é a reduzida informação sobre a resistência adesiva na interface, uma vez que a mesma

é afetada por fatores internos, de difícil controlo, e externos, como a condição do furo durante a

instalação. As equações podem ser multiplicadas pelo fator Ac,N/A0c,N, caso seja necessário.

Em laboratório, a rotura da interface conector/grout pode ser verificada pelo deslocamento

definido do elemento tracionado na parte livre; já o deslocamento do material injetado reflete a

rotura na interface entre este e o furo (material do substrato). Estudos realizados indicam que a

adesão entre o material injetado e a face do furo depende da capacidade de absorção de água do

substrato e da restrição às extensões transversais. Adicionalmente, devem ser levados em conta

o comprimento da adesão, o tempo de injeção e a influência das juntas [4].

1 Quando o conector é localizado próximo à bordo ou existem interceções de cones, a redução da tração é levada em

conta pela introdução do fator geométrico Ac,N/A0

c,N, onde Ac,N é a área projetada de um conector ou grupo de

conectores na superfície de betão e A0c,N é a área de betão projetada por um conector, não limitada por bordos ou influências dos conectores adjacentes. Para um conector individual, não situado numa bordo, a área Ac,N torna-se igual

à A0c,N.


Para a combinação de modos de rotura pelo arrancamento e desenvolvimento do cone, T4, a

fórmula (6) apresentada na Tabela 1 foi adaptada à situação do presente estudo, considerando

apenas um conector distante dos bordos. Esta equação contempla a resistência característica de

aderência do betão, τ, podendo ser 2,3 para betões fissurados ou 3,2 para betões não fissurados

[8]. Se for o caso, pode ser consideradas: a distribuição de tensões no betão relativa aos bordos,

a rotura da superfície por grupos de conectores, a excentricidade e o efeito de reforços [8].

Outro valor de estimativa de carga, a equação (7), compreende a resistência nominal do betão à

compressão de cubos de 200 mm e a profundidade do cone, hc. Se o seu valor for igual ou

superior à altura de embebimento efetivo da ancoragem, haverá apenas a formação do cone ou

a sua combinação, se for menor.

Em relação à ancoragem mecânica, no que se refere à capacidade de carga, os tipos de rotura

podem ser do conector, como já abordado na Tabela 1, do cone, de arrancamento, e de

fissuração da secção transversal do material [6]. As resistências características relativas à

rotura do cone e ao arrancamento são apresentadas na Tabela 2.

Tabela 2 – Resistências características de ancoragens mecânicas.

Tipos de rotura Resistência característica (em N) Material base Fonte

T5.Rotura do cone k.(fck)0,5.hef1,5 (8) Betão [6]

T6.Rotura por

arrancamento

k.π.(dh2 – d2).fck/4 (9) Betão [7]

Em relação à rotura do cone, T5, de acordo com o fib Bulletin 58, o valor de k deve ser 7,0

N0,5/mm0,5 para betões fissurados e 11,0 N0,5/mm0,5 para betões não fissurados [6]. Segundo a

EN 1992-4 [7], estes valores são 7,7 e 11, respetivamente; ou, ainda; 7,2 e 10,1 [14].

A rotura por arrancamento para a ancoragem mecânica ocorre para profundidades de

embebimento moderadas em betões de baixa resistência ou furos com diâmetros superiores aos

conectores [16] e depende do tipo e forma do ligador [14].

A fórmula T6, apresentada na Tabela 2, está em função de k, cujos valores devem ser 7,5 para

betões fissurados e 10,5 para betões não fissurados. A fórmula depende ainda da área de

suporte do conector Ah, que considera o diâmetro da cabeça do conector, dh, e o diâmetro do

conector d. Outro tipo de rotura característico da ancoragem mecânica, que ocorre na secção

transversal, pode ser evitada durante a instalação do conector, providenciando distância

suficiente dos bordos e entre conectores [6].

Têm sido realizadas vários trabalhos experimentais para identificar as resistências de

ancoragens com conectores metálicos ao longo do tempo [4, 11, 12, 16]. Mais recentemente,

observam-se estudos voltados para alvenaria [4,5, 17, 18, 19, 20] e para a consolidação de

estruturas sujeitas a sismos [21, 22, 23] e a ações dinâmicas [24].

3. PROGRAMA EXPERIMENTAL

Para a etapa experimental, foi realizada uma revisão bibliográfica em artigos científicos e

normas técnicas relativa ao tema em questão e definidos os materiais a serem utilizados. Essa

escolha fundamentou-se no objetivo principal de trabalhar com alvenarias antigas, ainda que as

conclusões possam ser parcialmente aplicáveis a alvenarias moderna, portanto foram

selecionados materiais representativos.

Para a caracterização mecânica da ligação, foram realizados ensaios de pull-out em paredes de

pedra e de tijolo, construídas no Laboratório de Estruturas LEST, da Universidade do Minho,

em Guimarães, além de outros testes de caracterização de materiais.

3.1. Caracterização dos materiais

Os materiais utilizados para a construção das paredes foram: a) argamassa de cal hidráulica

NHL 3,5, fornecida pela empresa SECIL, e areia proveniente de pedreira, com traço 1:2,5, (em


volume) estabelecido a partir de ensaios prévios realizados em laboratório, de acordo com

Veiga [25]; b) tijolos maciços, com dimensões 0,065 x 0,095 x 0,200 m3, e c) pedras

irregulares de granito, extraídas no norte de Portugal. Os conectores foram fornecidos pela

HILTI Portugal e o grout cimentício utilizado foi o Mapefill P, da MAPEI. A caracterização

mecânica dos materiais utilizados na construção das paredes, com o coeficiente de variação

dado em percentagem, entre parênteses, ao lado dos valores médios, é apresentada na Tabela 3.

Tabela 3 – Caracterização mecânica dos materiais utilizados nas paredes.

Material

Resistência à

compressão

(MPa)

Resistência à

tração

(MPa)

Módulo de

elasticidade

(GPa)

Argamassa alvenaria pedra (28 dias) 1,63 (14,2) 0,59 (7,5) 2.42 (13,3)

Argamassa alvenaria tijolo (28 dias) 1,42 (10,5) 0,41 (14,1) 2.15 (4,7)

Granito 74,4 (18,0) 6,20 (12,3) 58.7 (23,0)

Tijolo 19,9 (4,5) 2,13 (16,3) 9.74 (6,9)

Apesar das argamassas destinadas ao assentamento de pedras e tijolos possuírem o mesmo

traço e índice de espalhamento, nota-se que as resistências daquelas destinadas às alvenarias de

tijolo são inferiores que as das alvenarias de pedra. Isto pode ser explicado pelo teor de

humidade e água necessária na composição. Os dados relativos ao índice de absorção por

imersão do tijolo apontam uma média de 23,4% (CoV 1,5 %), enquanto para a pedra este valor

é de apenas 1,92 % (CoV 16 %).

Observam-se coeficientes de variação significativos relativos à compressão e ao módulo de

elasticidade das pedras, uma vez que foi utilizado granito alterado, cujas tensões de

compressão variaram entre 28,7 e 86,7 MPa e módulos de elasticidade de 48.0 a 110.0 GPa.

3.2. Execução de alvenarias

Tomando como base que as paredes a serem testadas deveriam ser representativas de

alvenarias antigas e compatíveis com o espaço dos equipamentos de ensaios, foi inicialmente

determinada a altura limite de 1,20 m para as paredes que seriam ensaiadas ao arrancamento. A

definição da espessura das paredes adotou as recomendações apresentadas por Segurado [26],

ficando em 0,40 m. A largura estabelecida, de 0,80 m, foi calculada a partir do diâmetro do

cone de arrancamento esperado como resultado do pull-out de conectores metálicos, indicado

por normas e diretrizes consultadas [8, 14,15] e elucidado na Figura 2. A disposição das pedras

e tijolos seguiu as recomendações [26] para alvenarias antigas (Figura 3).

(a) (b)

Figura 3 : Construção das paredes com 0,40 m de espessura: (a) em alvenaria de pedra;

(b) em alvenaria de tijolo.

Foram preparadas duas paredes para cada tipo de ancoragem – química, com grout e mecânica,

perfazendo o total de 6 paredes de ensaio por material. Executaram-se, ainda, outras paredes

para caracterizar as alvenarias de estudo em relação à compressão, tração e corte, como

disposto na Tabela 4. As dimensões e quantidades de paredes adotadas seguiram o estabelecido

pelas normas e recomendações E 519-02 [27], LUMB6 [28], C 1314-03b [29] e EN 1052-1

[30]. Todos os modelos ficaram armazenados na cave do Laboratório de Estruturas LEST da

Universidade do Minho antes dos ensaios.


Após a execução e o período de cura das paredes, estabelecido em trinta dias, e providenciados

os materiais e equipamentos necessários para a fixação das ancoragens, foi montado o setup a

ser usado nos ensaios de compressão diagonal (Figura 4a) e compressão axial (Figura 4b).

Terminados esses ensaios, partiu-se para a montagem do setup destinado à colocação dos

conectores e para realização do pull-out (Figura 4c). Para este último ensaio, foram executadas

peças de encaixe para arranque do conector mecânico e uma estrutura de fixação da parede ao

pórtico.

Tabela 4 – Dimensões e quantidades de paredes utilizadas na campanha experimental e os

ensaios a que se destinaram.

Tipos

Dimensões (largura

x comprimento x

altura) (m3)

Quantidades Ensaios destinados

0.30 x 0.80 x 0.80 3 Compressão diagonal

0.40 x 0.60 x 0.80 3 Compressão axial

Alvenaria de pedra 0.20 x 0.40 x 0.40 5 Compressão axial

0.40 x 0.80 x 1.20 6 Pull-out

0.30 x 0.80 x 0.80 3 Compressão diagonal

Alvenaria de tijolo 0.40 x 0.40 x 0.502 3 Compressão axial

0.20 x 0.40 x 0.40 5 Compressão axial

0.40 x 0.80 x 1.20 6 Pull-out

(a) (b) (c)

Figura 4 : Setups para os ensaios: (a) compressão diagonal; (b) compressão axial da alvenaria

de pedra (esquerda) e de tijolos (direita); (c) pull-out.

3.3. Ensaios de compressão diagonal e axial das paredes

O ensaio de compressão diagonal foi realizado com controlo de deslocamento em ambos os

lados e velocidade de deformação foi de 3 /seg, quarenta dias após a execução das paredes.

Este ensaio foi utilizado para avaliar as tensões de tração e de corte dos prismas, tanto da

alvenaria de pedra (Figura 5a), quanto da alvenaria de tijolo (Figura 5b), considerando

propriedades elásticas isotrópicas. Os mesmos parâmetros de deslocamento e velocidade foram

utilizados para os ensaios de compressão axial (Figura 5c e Figura 5d), executados 60 dias após

a construção das paredes. Os resultados médios e coeficientes de variação, apresentado entre

parênteses, em percentagem, dos ensaios referenciados nesta secção estão indicados na Tabela

5. As últimas duas colunas referem-se à resistência média à compressão dos prismas de 0,40 m

de espessura (A) e das paredes de 0,20 m de espessura (B).

2 Observa-se que estas dimensões diferem daquelas consideradas para as paredes de alvenaria de pedra, uma vez que, em função da maior resistência prevista para a alvenaria de tijolo, foram ensaiadas em outra prensa com maior

capacidade de carga, porém com diferente limite de altura.


(a) (b) (c) (d)

Figura 5: Ensaios de compressão diagonal e compressão axial para as alvenarias de pedra e de

tijolo.

Tabela 5 – Resistências médias das paredes ensaiadas.

Paredes

Resistência à

tração

(MPa)

Resistência ao

cisalhamento

(MPa)

Resistência à

compressão

(A) (MPa)

Resistência à

compressão

(B) (MPa)

Alvenaria de pedra 0,083 (18,33) 0,179 (17,35) 1,71 (19,68) 1,76 (20,02)

Alvenaria de tijolo 0,101 (12,82) 0,212 (12,81) 8,82 (7,91) 9,84 (2,63)

A rotura das paredes submetidas à compressão diagonal, tanto de alvenaria de pedra como da

alvenaria de tijolo, ocorreu de forma progressiva, sendo nestas últimas mais próxima da

superfície superior. No caso da compressão axial, a rotura deu-se de forma cônica, como

ilustrado em C 1314 – 03b [29].

Em relação aos valores obtidos nos ensaios, observa-se certa semelhança com o apresentado

por Moreira [21] para a compressão axial de alvenarias de pedras argamassadas, 1,7 MPa,

porém há divergência em relação à tração e ao corte, 0,14 MPa e 0,29 MPa, respetivamente,

sendo esses valores 70 % e 62% superiores aos obtidos neste trabalho. Isto pode ser explicado,

em parte, pela utilização de argamassas com composições diferentes, uma vez que estas

desempenham um papel relevante no comportamento mecânico das alvenarias. Apesar de

Moreira ter usado cal hidráulica, também utilizou cimento na composição da argamassa, na

proporção 1:3:10:6 (cimento: cal hidráulica: areia tipo 1: areia tipo 2) [21].

Lumantarma et al. [31] desenvolveram um programa experimental para calcular expressões

preditivas e modelos numéricos tendo em vista determinar o comportamento à compressão de

paredes de tijolo. Para argamassas de cal e areia os valores encontrados em laboratório foram

8,5 MPa e 10,6 MPa, compatíveis com os obtidos neste trabalho, apesar das diferentes

características dos materiais utilizados.

3.4. Ensaios de pull-out em paredes

As ancoragens utilizadas no presente estudo, especificadas na Tabela 6, a seguir, em função da

adequação, do comprimento (l) e do embutimento efetivo (hef), possuíam 10 mm de diâmetro e

foram fornecidas pela HILTI Portugal.

Ressalta-se que, para a execução dos furos e colocação da ancoragem, assim como durante a

realização dos ensaios de pull-out, a parede esteve submetida a uma tensão de compressão de

0,2 MPa, para reproduzir o efeito de confinamento associado à compressão vertical existente

em uma fachada real.

A resina foi injetada por meio de equipamento específico cedido pela empresa HILTI Portugal

(dispensador a bateria Hilti HDE 500-A22) e o grout foi aplicado manualmente. Em relação a

este último tipo de ancoragem, ressalta-se a soldagem de anilha na extremidade do conector

para permitir a sua centralidade no furo e adesão adequada (Figura 6). Destacam-se ainda na

referida imagem, os tubos de injeção e de saída de ar para a garantia do efetivo preenchimento

do furo de 20 mm de diâmetro, 100% superior ao diâmetro do conector, como já abordado

anteriormente.


Tabela 6 – Especificações das ancoragens utilizadas nas alvenarias.

Alvenaria

Ancoragem mecânica Ancoragem química Ancoragem com grout

Tipo l

(mm)

hef

(mm) Tipo

l

(mm)

hef

(mm) Tipo

l

(mm)

hef

(mm)

Pedra Conector

HUS 3 100 85

Resina

HIT-RE

500;

Conector

HIT-V-

8.8

M10x190

190 150

Grout

Mapefill

P;

Conector

HIT-V-

8.8

M10x190

190 150

Tijolo Conector

HUS 33 100 85

HIT-HY

270;

Conector

HIT-V-

8.8

M10x190

190 150

Grout

Mapefill

P;

Conector

HIT-V-

8.8

M10x190

190 150

Figura 6: Sistema usado na ancoragem com grout.

Após a fixação dos conectores, feita de forma horizontal, e após o período de cura das

ancoragens químicas e de grout, foram executados os ensaios de pull-out. Para evitar que a

parede sofresse deslocamentos quando da realização do ensaio, a mesma era fixada ao pórtico

com a utilização de estrutura metálica, varões e roscas. A seguir, era colocada uma rótula para

ligar a ancoragem ao atuador e eram fixados os LVDTs, de forma a medir os deslocamentos na

área interna e externa ao provável cone de arrancamento que poderia ser formado. A Figura 7

elucida a realização dos ensaios nas alvenarias.

Figura 7: Ensaios de pull-out em alvenarias de pedra e de tijolos.

3 A empresa HILTI não disponibiliza comercialmente conector mecânico para alvenarias de tijolo. Por esta razão,

optou-se por utilizar o mesmo da alvenaria de pedra, com o intuito de poder realizar comparações de resultados.


4. RESULTADOS E ANÁLISES

Os resultados obtidos após a realização dos ensaios de pull-out são apresentados nas Tabelas 7

e 8 para alvenarias de pedra e de tijolo, respetivamente, em termos de força e deslocamento.

Nas tabelas, mostram-se, também, as resistências características estimadas, calculadas em

função do tipo de rotura, como abordado na Secção 2 do presente trabalho.

A identificação do tipo de rotura foi baseada nos resultados dos deslocamentos obtidos por

meio de LVDTs colocados nas paredes e também na inspeção visual realizada durante e depois

da execução do ensaio de pull-out. No total, foram fixados cinco LVDTs nas áreas interna e

externa ao cone de rotura estimado (ver Figura 2) e também sobre o conector. Em seguida, o

tipo de rotura foi classificado tal como estabelecido na Secção 2, sendo a resistência

característica calculada de acordo com as Tabelas 1 e 2.

Nas fórmulas que contemplam o valor da resistência à compressão do betão, esta foi

substituída pela da resistência à compressão da alvenaria, fazendo-se uma média entre os

montantes das colunas (A) e (B) da Tabela 5. Tomou-se, adicionalmente, o valor de k = 7,2

para as ancoragens adesivas, e 7,0 para as mecânicas, com o intuito de considerar a situação

mais desfavorável; e a resistência na interface grout/alvenaria, τo, como 2,3 MPa para betões

fissurados [8]. Como o conector estava centrado e distante mais de 3hef dos bordos, a relação

Ac,N/A0c,N foi igual a um.

No que respeita à alvenaria de pedra, comparando-se as forças médias dos três tipos de

ligações, observa-se que as ancoragens químicas e com grout evidenciaram melhor

desempenho em relação à aderência, com forças máxima de pull-out semelhantes. No entanto,

o coeficiente de variação foi 35%, indicando que a média, neste caso, não reflete corretamente

o comportamento. Como esse tipo de alvenaria contempla muitas especificidades (tamanho e

disposição das pedras, irregularidade das juntas, entre outras), pode-se concluir que as ligações

adesivas são melhores que as mecânicas, sendo as ancoragens químicas as mais adequadas,

uma vez que apresentaram pequena diferença daquelas executadas com grout e maior

uniformidade. As conexões mecânicas revelaram bons resultados para forças pequenas.

As fórmulas de previsão para as ligações adesivas, apresentadas na Secção 2 do presente

trabalho, encontram-se mais apropriadas do que aquelas direcionadas para as ancoragens

mecânicas, apesar de grande parte ser específica para substratos de betão. Os modelos para as

ligações mecânicas não levam em consideração, principalmente, o tipo de conector, os seus

formatos e ranhuras, e as diferenças de atrito.

Uma das paredes apresentou uma combinação de arrancamento e rotura do cone. Como, para

as ancoragens mecânicas, a bibliografia consultada não apresenta fórmulas específicas para

este tipo de rotura, fez-se uma aproximação, utilizando a equação (7) da Tabela 1.

Para as alvenarias de tijolo, as ligações adesivas também apresentaram melhores resultados do

que a mecânica, com destaque para as ancoragens químicas. A diferença entre as ligações com

resina e com grout foi de 16 %. Da mesma forma que nas alvenarias anteriores, o coeficiente

de variação da ancoragem com grout apresentou quase a mesma magnitude, mostrando grande

variabilidade nesse tipo de conexão. Isto pode ser explicado por alguns fatores: a) presença de

vazios internos, gerando deslocamento de parte do grout e diminuição de seu contato com o

conector; b) absorção, de forma diferenciada, de parte da água do grout pelo substrato,

alterando as resistências; c) heterogeneidade das alvenarias de pedra, resultando em ancoragens

fixadas ora em apenas pedra, ora em pedra e argamassa; d) aplicação manual do grout,

podendo não ser uniforme para todas as paredes; d) limpeza dos furos e/ou molhagem

inadequadas em algumas alvenarias; entre outros.

Apesar de as paredes de tijolo serem menos heterogéneas que as de pedra, as fórmulas de

previsão não foram adequadas para este tipo de alvenaria, sendo necessários estudos adicionais

nessa área, principalmente em relação a valores de constantes e resistências de interfaces.

Como conclusão, observa-se, de forma geral, que as fórmulas analíticas, abordadas na revisão

bibliográfica, precisam de ser revistas, especificamente na definição de coeficientes empíricos

apropriados para alvenarias e, dentro delas, para os distintos materiais constituintes.


Tabela 7 – Valores experimentais de pull-out das alvenarias de pedra e os obtidos por fórmulas

estimativas.

Co

rpo

de

pro

va

Tip

o d

e li

gaç

ão

Car

ga

ob

tid

a no

pu

ll-o

ut

Np (

N)

Des

loca

men

to

(mm

)

Tip

o d

e ro

tura

Imag

em d

a

rotu

ra

Val

or

cara

cter

ísti

co

esti

mad

o N

c (N

)

Nc/

Np (

%)

W_Stone_2 Química 19050 4,20 T2

17423 91,5

W_Stone_5 Química 22550 32,35 T4

9673 42,9

Média 20800 N

CoV 11,90 %

W_Stone_3 Grout 16880 4,17

T3

(co

nec

./

ades

ivo

)

10838 64,2

W_Stone_6 Grout 28040 5,81 T2

17423 62,1

Média 2250 N

CoV 35,1 %

W_Stone_1 Mecânica 12550 2,17 T5

5497 43,8

W_Stone_4 Mecânica 11140 17,28 T4

4976

44,7

Média 11800 N

CoV 8,4 %


Tabela 8 – Valores experimentais de pull-out das alvenarias de tijolo e os obtidos por fórmulas

estimativas.

Co

rpo

de

pro

va

Tip

o d

e li

gaç

ão

Car

ga

ob

tid

a no

pu

ll-o

ut

Np (

N)

Des

loca

men

to

(mm

)

Tip

o d

e ro

tura

Imag

em d

a

rotu

ra

Val

or

cara

cter

ísti

co

esti

mad

o N

c (N

)

Nc/

Np (

%)

W_Brick_2 Química 27000 3,06 T2

40403 149,6

W_Brick_6 Química 23110 2,84 T3

(ad

esiv

o/a

lv.)

13548 58,6

Média 25100 N

CoV 11,0 %

W_Brick_3 Grout 26290 10,02 T3

(co

nec

./al

v.)

10838 41,2

W_Brick_4 Grout 17060 2,02 T2

40403 236,8

Média 21700 N

CoV 30, 1 %

W_Brick_1 Mecânica 12550 2,17 T5

16756 133,5

W_Brick_5 Mecânica 12880 2,05 T5

16756

130,1

Média 12700 N

CoV 1,8 %


5. APLICAÇÕES

Esta secção apresenta casos de estudo de uso de ligações com conectores metálicos, no Brasil e

Portugal. O primeiro exemplo de utilização desse tipo de ancoragem, ainda em execução,

localiza-se na Rua do Tijolo, no 35, no Centro Histórico de Salvador, Bahia, Brasil, e consiste

na estabilização da fachada da referida edificação (Figura 8a) e o seu grampeamento nas

paredes laterais (ver Figura 8b, mostrando o deslocamento da fachada em vista externa e

Figura 8c, na vista interna) com utilização de perfis metálicos, do tipo U, de chapa dobrada,

com 0,30 de altura, colocados vertical e horizontalmente na fachada interna, como uma grelha.

Esses perfis serão chumbados nas alvenarias de tijolo com conectores roscados de aço inox

304, de 12,5 mm de diâmetro, com utilização de grout quartzolit, da Weber, injetado por meio

de bomba (Figura 8d), desenvolvida no Núcleo de Tecnologia da Preservação e da Restauração

(NTPR), laboratório vinculado à Escola Politécnica da Universidade Federal da Bahia.

Em fase preliminar, realizaram-se, em obra, testes de arrancamento de varões de aço A 500, de

menor resistência que o acima citado, com esticador e células de carga (Figura 8e), para

verificar a capacidade de carga da alvenaria. Foram utilizados dois tipos de adesivos: uma

resina da VEDACIT (compound) (Figura 8f) e o grout acima mencionado (Figura 8g). Os

resultados foram interrompidos com 3015 N e 2610 N, respetivamente, uma vez que já eram

superiores à carga de projeto de 900 N para cada conector. Destaca-se que a alvenaria não

apresentou danos durante a execução dos ensaios in situ e a escolha do grout para a realização

da consolidação foi baseada no custo.

(a) (b) (c)

(d) (e) (f) e (g)

Figura 8 : Consolidação da fachada do casarão no 35 em Salvador.

O segundo exemplo é dado por danos excessivos em paredes cortina alvenaria face á vista,

devido à expansão irreversível do tijolo. Estas paredes com cerca de 250 m de

desenvolvimento curvo em planta e 15 m de altura apresentavam fendilhação e movimentos

para fora do plano muito apreciáveis (ver Figura 9). A solução passou por um reforço pelo


exterior, com colocação de varão roscado fixado no suporte interior de betão e na parede por

resinas epoxídicas, bem como pela abertura de juntas de dilatação na parede.

(a) (b)

(c)

(d)

Figura 9 : Reparação de uma parede face à vista: (a) solução prevista; (b) fendilhação existente;

(c) deformação existente; (d) solução de reparação.

A terceira aplicação é nos bairros municipais do Porto. São cerca de 50 bairros municipais

construídos entre 1950 e 2008, resultando em cerca de 13150 fogos e alojando cerca de 30515

pessoas. A reabilitação dos edifícios e dos espaços públicos dos bairros municipais teve por

principais objetivos valorizar o parque habitacional municipal e melhorar as condições de vida

dos seus inquilinos. A reabilitação dos bairros municipais englobou trabalhos não estruturais,

tais como remoção de elementos construtivos com amianto, pintura dos edifícios, substituição

dos pavimentos, e fecho das galerias comuns e das caixas de escadas através da aplicação de


envidraçados. Além disso, a reabilitação incluiu a avaliação e reforço estrutural das consolas

dos edifícios municipais.

A reabilitação estrutural teve por principal objetivo a avaliação e reforço das consolas de betão

armado de 21 bairros municipais, uma vez que correspondiam aos elementos mais vulneráveis.

Os edifícios dos bairros municipais apresentam três tipos de consolas de betão armado:

(a) Consolas das galerias comuns de acesso aos fogos existentes na fachada principal;

(b) Consolas dos patamares das caixas de escadas comuns; (c) Consolas individuais dos fogos

(Figura 1c). A primeira fase dos trabalhos de reabilitação das consolas correspondeu ao

diagnóstico e avaliação dos critérios de estabilidade. O diagnóstico inclui o levantamento do

dano através da inspeção visual, o levantamento geométrico, ensaios não destrutivos e

moderadamente destrutivos.

Uma das soluções aplicadas nas consolas das galerias comuns está apresentada na

Figura 10 a,b, com aplicação de chapas em “L” na superfície superior das consolas. O processo

construtivo englobou a execução de rasgos na superfície superior da consola, limpeza das

superfícies, aplicação de chapas com 6 mm de espessura com recurso a argamassa de epóxi e

ancoragens químicas (M16), ligação à parede de alvenaria de granito através de ancoragens

químicas inclinadas e reparação da superfície superior. Nos pórticos de entrada (caixas de

escadas comuns), o reforço foi efetuado com um pórtico metálico, ligado às paredes de

alvenaria de tijolo também com buchas químicas, ver Figura 10 c,d.

6. CONSIDERAÇÕES FINAIS

Conectores metálicos para estabilização de paredes de alvenaria têm sido usados ao longo do

tempo, quer para escoramento e/ou para reabilitação de edificações. O comportamento

mecânico em relação à aderência da ancoragem na interface conector/alvenaria ainda apresenta

lacunas de estudos, não só no campo teórico, com desenvolvimento de modelos preditivos,

principalmente destinados a alvenarias antigas, mas também no experimental. A

heterogeneidade característica desses tipos de alvenarias conduz à necessidade de trabalhos

específicos sobre o tema.

O presente trabalho avaliou a capacidade de carga de três tipos de ligações (química, com grout

e mecânica), fornecidas pela empresa HILTI, em alvenarias argamassadas de pedra e de tijolo,

executadas em laboratório. Para isto foram realizados ensaios de pull-out, entre outros

adicionais de caracterização dos materiais e alvenarias utilizados na campanha experimental.

A partir dos dados obtidos, para as alvenarias de pedra, observou-se, em termos de força,

valores equivalentes para as ligações adesivas com resina ou grout. Desta forma, as conexões

adesivas apresentam bons resultados quando comparadas com as mecânicas. No que respeita à

alvenaria de tijolo, nota-se um melhor desempenho da ligação química, uma vez que a força

média obtida foi superior 16 % à do grout. As ligações mecânicas apresentaram, novamente,

resultados aquém do esperado.

Aplicações práticas com uso de conectores metálicos em alvenarias antigas e recentes foram

apresentadas, abordando questões de projeto e de execução, no Brasil e em Portugal.

Outros estudos experimentais deverão ser desenvolvidos, variando: em relação aos conectores:

diâmetros, aplicações (horizontais e inclinadas), tipos; em relações às paredes: dimensões,

materiais, tensões de confinamento; posições de atuador, entre outros aspetos; além de estudos

analíticos, com execução de modelos preditivos específicos para alvenarias.

7. AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem à CAPES – Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível

Superior, agência pública de pesquisa do Brasil, que proporcionou a realização de pós-

doutorado da primeira autora, bem como à HILTI Portugal pela disponibilidade dos conectores

e equipamentos envolvidos no trabalho.


(a)

(b)

(c)

(d)

Figura 10 : Reparação de bairros sociais no Porto: (a) consolas das galerias; (c,d)

entrada dos edifícios.


8. REFERÊNCIAS

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Universidade Nova de Lisboa, pp. 81-92, Portugal, 2012.

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fastenings for use in concrete", CEN/TC 250 N 1342, 2015.

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[9] ACI 318 - "Building Code Requirements for Structural Concrete (ACI 318-05)", ACI Committee 318, 2005.

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[26] Segurado. J. E. dos S. - "Alvenaria e cantaria", Livraria Bertrand, Lisboa, Portugal, 1732.

[27] E 519 - 02 - "Standard Test Method for Diagonal Tension (Shear) in Masonry Assemblages", ASTM International, USA, 2002.

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[29] C 1314 – 03b - "Standard Test Method for Compressive Strength of Masonry Prisms", ASTM International, USA, 2003.

[30] EN 1052-1 - "Methods of test for masonry. Determination of compressive strength", British Standards Institution, England, 1999.

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Materials in Civil Engineering, 26(4), pp. 567-575, 2014.

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