Ancoragem Química em Reabilitação de Edificios Antigos de Alvenaria

RESUMO

Em Lisboa existem numerosos projetos de reabilitação de edifícios de alvenaria antiga. É comum este tipo de projetos requerer várias intervenções no edificado existente e reforços estruturais que implicam ligações da estrutura existente a novos elementos através da selagem de varões.

Os grouts cimentícios são regularmente utilizados neste tipo de aplicações. Este método é moroso e a sua fiabilidade depende significativamente do instalador (Cattaneo, 2019). Adicionalmente não está considerado nas Aprovações/Avaliações Técnicas Europeias (ETAs). Pela incerteza associada à resistência deste tipo de alvenarias, e na procura de um método mais produtivo e menos influenciado por fatores de instalação a Hilti realizou, em parceria com a A2P, um conjunto de mais de 60 ensaios em duas obras com alvenarias distintas características da cidade de Lisboa. O intuito destes testes foi comparar o desempenho dos grouts cimentícios com sistemas de ancoragem química de injeção (HIT HY 170 e HIT RE 100), especialmente quando sujeitas a cargas ao corte.

Na imagem abaixo é percetível a alteração do pormenor construtivo de uma aplicação usando grouts cimentícios em relação ao sistemas de ancoragem química de injeção.

INTRODUÇÃO

A indústria da construção, tal como tantas outras, atravessa nos dias de hoje um período de transformação a nível tecnológico. Essa transformação verifica-se desde a fase de conceptualização e planeamento do projeto com a adoção de metodologias como o BIM (Building Information Modelling) até à execução dos projetos com a utilização de métodos inovadores que trazem ganhos de produtividade.

Em paralelo, nos últimos 30 anos a Comunidade Europeia tem vindo a desenvolver um conjunto de normas para o setor da Construção que tem elevado o nível de exigência do sector. A publicação do Eurocódigo 2 parte 4 em 2019 (ou norma EN 1992-4) veio unir numa só norma o dimensionamento de diferentes tipos de ligações (químicas, mecânicas, cast-in, etc.) em diferentes condições (cargas estáticas, cargas sísmicas, exposição ao fogo, etc.) em estruturas de betão. Em contraste, o nível de conhecimentos de dimensionamento e construção em estruturas de alvenaria está menos desenvolvido a nível europeu [1]. Por exemplo, o Eurocódigo 8 (referente ao dimensionamento sísmico) define orientações específicas para o dimensionamento de ancoragens/selagens sob ação sísmica em betão (capítulo 5.6) mas não fornece este nível de detalhe para ancoragens/selagens em alvenaria [2]. A construção e reabilitação de edifícios em alvenaria sofre ainda de outra incerteza – a elevada variabilidade das características e resistência de diferentes tipos de alvenaria. Em Lisboa conforme a época e zona geográfica pode-se encontrar edifícios de alvenaria muito distintos entre si (Figura 1).

Especificamente na zona de Lisboa, existem muitos projetos de reabilitação de edifícios de alvenaria antiga em que são necessárias várias intervenções no edificado existente e reforços estruturais, que implicam a conexão de novos elementos (e.g. varões de aço, quer sejam varões roscados ou varões nervurados) à estrutura existente. Os grouts cimentícios são regularmente utilizados neste tipo de ligações.

Para além da baixa produtividade associada ao longo tempo de preparação dos grouts na fase de aplicação, a fiabilidade dos mesmos depende fortemente do instalador. A mistura em obra dos grouts cimentícios (e também outro tipo de grouts, como por exemplo os grouts epoxídicos) depende fortemente de mão humana conferindo ao processo falta de consistência e pouca fiabilidade [3]. Consequentemente este tipo de tecnologia (grouts) não está considerada nas normas europeias mais recentes para aplicações de ancoragem/selagem em alvenaria, nem a nível das normas em si, os Eurocódigos, nem a nível das certificações ETA (Aprovações//Avaliações Técnicas Europeias) (Figura 2).

É importante também esclarecer alguma inconsistência na utilização do termo resina. O termo resina é frequentemente usado para ancoragens químicas de injeção (um dos tipos de produtos testados nestes ensaios), mas também para produtos completamente distintos utilizados para a reparação de fissuras de betão. Tal como os grouts estes produtos de reparação de betão não estão considerados nas normas europeias mais recentes para aplicações de ancoragem ou selagem. Adicionalmente, este tipo de produtos, pela sua composição e viscosidade, não consegue garantir a formação da ligação à alvenaria.

Pela variabilidade e baixa produtividade associadas à metodologia existente para as aplicações referidas, principalmente sob ações sísmicas, a Hilti realizou, em parceria com a A2P, um conjunto de ensaios em obras com alvenarias características da cidade de Lisboa [4]. O objetivo foi avaliar a performance das ligações quando sujeitas a cargas ao corte e comparar o grout cimentício SikaGrout-213 com as soluções de ancoragem química Hilti (HIT HY 170 e HIT RE100). Para tal, foi criado um modelo de ensaio que permitisse testar estas ligações em obra, como se poderá ver mais à frente.

Realizaram-se mais de 60 ensaios em duas obras, com alvenarias distintas, na zona do Beato e do Carmo, em Lisboa. As diferentes soluções (HIT HY 170, HIT RE 100 e grout cimentício SikaGrout®-213) foram testadas segundo as condições de aplicação previstas para cada produto.

RESULTADOS

Descrição dos modos de rotura

Nesta secção apresentam-se os resultados obtidos nos três ensaios realizados, dois numa obra na zona do Beato e um terceiro numa obra na zona do Carmo, ambas em Lisboa.

Foram observados diversos comportamentos que poderão ser analisados de acordo com os modos de rotura previstos na norma EN 1992-4:2018 para “conceção e cálculo dos elementos de fixação para betão”. De referir que este documento se aplica a fixações em betão, material base muito distinto do tipo de alvenarias alvo deste estudo. No entanto, sendo este documento um standard de mercado pareceu-nos ser a melhor norma para guiar a análise das ligações avaliadas nestes ensaios. Pode-se, então, distinguir 3 modos de rotura distintos (Figura 5):

• Efeito de alavanca: rotura das fixações devido a uma rotura do material base por efeito de alavanca no lado oposto à direção da carga (EN 1992-4, 2018 [1]);

• Rotura do aço: modo de rotura caracterizado pela fratura das peças do elemento de fixação em aço. Quando sujeito a esforços de corte, a resistência característica de um elemento de fixação isolado no caso de rotura do aço é dada na especificação técnica europeia de produto aplicável (EN 1992-4, 2018 [1]);

• Aderência: modo de rotura no qual a rotura ocorre na interface entre o material de aderência e o material de base ou entre o material de aderência e o elemento de fixação (rotura de aderência) e contém um cone de betão na extremidade superior (EN 1992-4, 2018 [1]).

É importante salientar que o modo de rotura por corte seria o modo de rotura natural num ensaio de varões ao corte, porventura, associado ou não a algum esmagamento na zona adjacente ao varão.

Contudo, tendo em conta a heterogeneidade da alvenaria, podem surgir durante o ensaio desalinhamentos face à configuração inicial do ensaio, potenciando mecanismos de alavanca e de aderência (este último comum no caso de um ensaio de tração). No entanto, estes desalinhamentos são a resposta normal do material base (alvenaria) quando solicitado, tendo em conta a diferente natureza dos seus componentes (alvenaria e argamassa), pelo que os ensaios refletem a realidade da amarração de varões nesse material.

Apresentação dos resultados

Ao todo foram realizados mais de 60 ensaios, de acordo com as condições mencionadas na seção anterior e cujos resultados estão sintetizados nas Tabelas 2, 3 e 4.

Algumas ancoragens não foram passíveis de serem testadas por incompatibilidade geométrica entre o posicionamento das ancoragens e as chapas do modelo de ensaio.

Os resultados dos ensaios foram muito consistentes apesar de toda a incerteza associada a este tipo de alvenarias e a instalação ter sido feita por diferentes indivíduos (Field Engineer Hilti e trabalhador dos empreiteiros em obra). Também não se verificou uma influência em função do local da instalação (pedra vs. junta).

Foi observado que em todos os ensaios com a solução HIT o modo de rotura foi atingido com cargas ao corte superiores às do grout. Mesmo nos ensaios com a solução HIT com 150 mm de embebimento as cargas ao corte obtidas foram superiores às do grout (com 250 mm de embebimento). Para as soluções HIT, a carga mínima ao corte para atingir o modo de rotura foi de 10 Kn com embebimentos de 150 mm e de 15 kN com 250 mm de embebimento. Em mais de 30% dos ensaios com HIT a ligação falhou pelo elemento aço, o que demonstra a eficiência da solução HIT na selagem/amarração do varão.

Por sua vez, as ligações seladas com grout, com embebimentos de 250 mm, atingem a sua rotura quase sempre por volta dos 5 kN (e excecionalmente aos 10 kN), sendo que a falha da ligação está sempre associada ao fenómeno de perda de aderência, ou à rotura por efeito de alavanca ou à combinação destes dois modos. Em nenhum dos ensaios com o grout se verificou o modo de rotura pelo aço.

CONCLUSÕES

O objetivo deste estudo foi avaliar diferentes tecnologias para selagem de varões em alvenaria antiga. Neste estudo foram realizados mais de 60 ensaios práticos em 2 obras diferentes em Lisboa (Beato e Carmo) com três produtos – grout cimentício SikaGrout®-213, HIT HY 170 (ancoragem química à base de metacrilato), HIT RE 100 (ancoragem química epoxídica), com o objetivo de comparar cargas ao corte das diferentes soluções.

Os resultados dos ensaios mostram que os sistemas de injeção HIT atingem maior resistência ao corte que o grout cimentício.

Esta maior capacidade de resistência ao corte é particularmente relevante num contexto sísmico.

Adicionalmente o sistema HIT pode trazer outras vantagens, não detalhadas neste estudo, nomeadamente:

• (1) maior produtividade no processo de aplicação;

• (2) uma instalação mais fiável independente do instalador,

• (3) maior alinhamento com as normas mais recentes europeias.

Uma outra possível vantagem do sistema HIT (não explorada em profundidade neste estudo) é o potencial de otimização do volume (diâmetro de furação e embebimento) e número de ligações necessárias para a aplicação face ao grout cimentício devido à sua maior capacidade de carga. No contexto atual de falta de mão de obra, e maior pressão de prazos e custos, a maior produtividade do sistema HIT pode ser uma mais-valia importante para o instalador.

Em conclusão, os resultados obtidos sugerem que os sistemas de injeção Hilti (HIT HY 170 e HIT RE 100) apresentam-se como uma melhor alternativa aos grouts cimentícios para selagens de varões em alvenaria (e.g. ferrolhos, ligações laje-parede ou viga-parede, fecho de vãos), nas condições ensaiadas. No futuro, os autores consideram expandir as condições e número de testes para aumentar a robustez e nível de conhecimento das soluções HIT em alvenarias antigas.

Se necessitar de algum esclarecimento adicional, pode contactar a nossa Equipa de Engenharia de Apoio Técnico para assistência e apoio, através do e-mail: engenharia.pt@hilti.com

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