Apostila de Concreto Protendido

Apostila de Concreto Protendido

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INTRODUÇÃO

A PREMO Engenharia Indústria e Comércio é uma empresa da área da construção civil voltada para o campo de pré-fabricados de concreto. Digo pré-fabricados e não pré-moldados pelo fato do pré-fabricado se diferenciar deste outro devido justamente à um sistema de controle de qualidade aplicado em toda a produção. E é na seção de controle de qualidade que venho trabalhando a 4 anos, atuando como inspetor de qualidade.

O tema escolhido para esta pesquisa foi “Concreto Protendido”, pois além de ser uma tecnologia nova para muitos ela necessita de um alto nível de controle tanto na preparação e execução quanto depois da peça já pronta; e no meu trabalho tenho uma ligação direta com esta tecnologia. Por isso tenho certeza que este trabalho vai me acrescentar muito conhecimento sobre este tema e espero que possa ser útil também para outras pessoas.

  1. - CONCEITO DE CONCRETO PROTENDIDO

1.1 - DEFINIÇÃO DE PROTENSÃO

A protensão pode ser definida como o artifício de introduzir, numa estrutura, um estado prévio de tensões, de modo a melhorar sua resistência ou seu comportamento, sobre ação de diversas solicitações.

1.2 - PROTENSÃO APLICADA AO CONCRETO

O artifício de protensão tem importância particular no caso do concreto, pelas seguintes razões:

  1. O concreto é um dos materiais de construção mais importantes. Seus ingredientes são disponíveis a baixo custo em todas as regiões habitadas na terra.

  2. O concreto tem boa resistência a compressão.

  3. O concreto tem pequena resistência a tração, da ordem de 10% de resistência à compressão. Além de pequena, é pouco confiável. De fato, quando não é bem executado sua retração pode provocar fissuras, que eliminam a resistência a tração do concreto, antes mesmo de atuar qualquer solicitação.

Sendo o concreto um material de propriedades tão diferentes a compressão e a tração, o seu comportamento pode ser melhorado aplicando-se uma compressão prévia (isto é, protensão) nas regiões onde as solicitações produzem tensões de tração.

O artifício da protensão, aplicada ao concreto, consiste em introduzir na viga esforços prévios que reduzam ou anulem as tensões de tração no concreto sobre a ação das solicitações em serviço. Nessas condições, minimiza-se a importância da fissuração como condição determinante de dimensionamento da viga.

A protensão do concreto é realizada, na prática, por meio de cabos de aço de alta resistência, tracionados e ancorados no próprio concreto.

Fig.1 - Viga de concreto armado convencional, sujeita a uma solicitação de flexão simples. A parte superior da seção de concreto é comprimida e a inferior é tracionada, admitindo-se fissurada para efeito de análise. Os efeitos de tração são resistidos pelas armaduras de aço.

Fig.2 - Aplicação de um estado prévio de tensões na viga de concreto, mediante cabos de aço esticados e ancorados nas extremidades. P = esforço transmitido ao concreto pela ancoragem do cabo, geralmente denominado esforço de protensão.

Como as tensões de tração são desprezadas por causa da fissuração do concreto, verifica-se que uma parte substancial da área da seção da viga não contribui para inércia da mesma. Com a protensão aplicam-se tensões prévias de compressão que pela manipulação das tensões internas, pode-se obter a contribuição da área total da seção da viga para a inércia da mesma.

Sendo os cabos de aço tracionados e ancorados, pode-se empregar neles aços com alta resistência , trabalhando com tensões elevadas, assim temos:

  • concreto com elevada resistência a compressão,

  • aços com elevada resistência a tração,

O estado prévio de tensões, introduzido pela protensão na viga de concreto, melhora o comportamento da mesma, não só para solicitações de flexão, como também para solicitações de cisalhamento.

1.3 - ARMADURAS DE VIGAS PROTENDIDAS

As armaduras de vigas protendidas são de dois tipos:

- armaduras protendidas;

- armaduras não protendidas.

As armaduras protendidas são constituídas pelos cabos de aço, pré esticados e ancorados nas extremidades. Os diversos tipos de armaduras protendidas serão analisados mais adiante.

As armaduras não protendidas são constituídas pelos vergalhões usuais de concreto armado, utilizados nas seguintes posições:

  1. Armaduras longitudinais, geralmente denominadas suplementares; destinam-se a melhorar o comportamento da viga e controlar a fissuração da mesma, para cargas elevadas.

  2. Armaduras da alma, geralmente constituídas por estribos, e denominadas armaduras transversais; destinam-se a resistir aos esforços de cisalhamento.

  3. Armaduras locais, nos pontos de ancoragem dos cabos de protensão, denominadas armaduras de fretagem; destinam-se a evitar ruptura local do concreto nos pontos sujeitos a tensões muito elevadas.

  4. Armaduras regionais, denominadas armaduras de introdução de tensões; destinam-se a garantir o espalhamento de tensões, aplicadas localmente, para a seção total da viga.

1.4 - COMPORTAMENTO DE VIGAS PROTENDIDAS SOB AÇÃO DAS SOLICITAÇÕES

Sob ação de cargas, uma viga protendida sofre flexão, alterando-se as tensões de compressão aplicadas previamente. Quando a carga é retirada, a viga volta à sua posição original e as tensões prévias são restabelecidas.

Se as tensões de tração provocadas pelas cargas forem inferiores às tensões prévias de compressão, a seção continuará comprimida, não sofrendo fissuração.

Sob ação de cargas mais elevadas, as tensões de tração ultrapassam as tensões prévias, de modo que o concreto fica tracionado e fissura. Retirando-se a carga, a protensão provoca o fechamento das fissuras.

1.5 - SENTIDO ECONÔMICO DO CONCRETO PROTENDIDO

As resistências de concreto, utilizadas em concreto protendido, são duas a três vezes maiores que as utilizadas em concreto armado. Os aços utilizados nos cabos de protensão têm resistência três a cinco vezes superiores às dos aços usuais de concreto armado.

O sentido econômico do concreto protendido consiste no fato de que os aumentos percentuais de preços são muito inferiores aos acréscimos de resistência utilizáveis, tanto para o concreto como para o aço de protensão.

1.6 - VANTAGENS TÉCNICAS DO CONCRETO PROTENDIDO

  1. Reduz as tensões de tração provocadas pela flexão e pelos esforços cortantes.

  2. Reduz a incidência de fissuras.

  3. Reduz as quantidades necessárias de concreto e aço, devido ao emprego eficiente de materiais de maior resistência .

  4. Permite vencer vãos maiores que o concreto armado convencional; para o mesmo vão, permite reduzir a altura necessária da viga.

  5. Facilita o emprego generalizado de pré-moldagem, uma vez que a protensão elimina a fissuração durante o transporte das peças.

  6. Durante a operação da protensão, o concreto e o aço são submetidos a tensões em geral superiores às que poderão ocorrer na viga sujeita às cargas de serviço. A operação de protensão constitui, neste caso, uma espécie de prova de carga da viga.

  1. - SISTEMAS DE APLICAÇÃO DA PROTENSÃO

2.1 - INTRODUÇÃO

A protensão do concreto é feita por meio de cabos de aço, que são esticados e ancorados nas extremidades.

Os cabos de aço, também denominados armaduras de protensão, podem ser pré-tracionados ou pós-tracionados.

As vigas com armaduras pré-tracionadas são executadas seguindo os esquemas da Fig.3. A armadura protendida fica aderente ao concreto, em toda a extensão da viga.

Nas vigas com armaduras pós-tracionadas, os cabos são esticados após a cura do concreto. A armadura protendida é ancorada nas extremidades, podendo ficar aderente ao concreto, ao longo da viga, por meio de uma injeção de nata de cimento.

Os sistemas com armaduras pré-tracionadas são mais adequados para instalações fixas (fábricas). Os sistemas com armaduras pós-tracionadas são mais utilizados quando a protensão é realizada na obra.

Fig. 3 – a) as armaduras de aço (1) são esticadas entre dois encontros (2), ficando ancoradas provisoriamente nos mesmos; b) o concreto (3) é colocado dentro das fôrmas, envolvendo as armaduras; c) após o concreto haver atingido resistência suficiente, soltam-se as ancoragens dos mesmos (2), transferindo-se a força para a viga, por aderência (4) entre o aço e o concreto.

2.2 - SISTEMAS COM ARMADURAS PRÉ-TRACIONADAS

Os sistemas com armaduras pré-tracionadas são geralmente utilizados em fábricas, onde a concretagem se faz em instalações fixas, denominados leitos de protensão. Os leitos são alongados, permitindo a produção simultânea de diversas peças.

A Fig.4 mostra a seqüência construtiva de vigas com armaduras pré-tracionadas, em um leito alongado com capacidade para três vigas. A ancoragem das armaduras no concreto faz-se por aderência, num comprimento de ancoragem lbp (Fig.5). Quando a tensão na armadura é reduzida, ela tende a voltar ao seu diâmetro sem carga (o); o aumento do diâmetro mobiliza atrito no concreto, o que auxilia a ancoragem.

Fig.4 – As armaduras (1) são colocadas atravessando os montantes (2), e fixando-se em placas de ancoragem (3), por meio de dispositivos mecânicos (4), geralmente constituídos por cunhas. A placa de ancoragem da esquerda é fixa, a da direita é móvel. Com auxílio de macacos de longo curso, esticam-se as armaduras, empurrando-se a placa de ancoragem móvel, até se alcançar o esforço de protensão desejado; a placa de ancoragem móvel é então fixada por meio de calços(5) mantendo as armaduras esticadas. O concreto (6) é compactado dentro das fôrmas, envolvendo as armaduras protendidas, que ficam aderentes. Após a cura do concreto, os macacos são recolocados em carga na placa de ancoragem móvel, retirando-se lentamente a tensão nas armaduras. A seguir, as armaduras são cortadas, junto às faces de viga. Como o encurtamento das armaduras é impedido pela aderência das mesmas com o concreto, resulta que as vigas ficam protendidas. No desenho da figura, são fabricadas simultaneamente três vigas de concreto protendido (6).

lbp

Fig.5 – Esquema de um fio pré-tracionado ancorado no concreto (lbp = comprimento de ancoragem por aderência; Ø0 diâmetro da armadura sem carga; Ø1 = diâmetro da armadura protendida).

O comprimento da ancoragem (lbp) varia com a qualidade do concreto, a superfície da armadura, a tensão de protensão etc. Os comprimentos obtidos experimentalmente variam de 100 Ø a 140 Ø para fios entalhados, 45 Ø a 90 Ø para cordoalhas de sete fios.

O esquema de protensão da Fig. 4 com armaduras retilíneas, pode ser modificado de modo que as armaduras tenham uma trajetória poligonal no interior de cada viga (Fig.6).

As vigas com armadura poligonal são mais eficientes, pois a excentricidade da armadura é maior no meio do vão, onde atuam maiores momentos fletores.

Fig.6 – Esquema de execução de vigas com armaduras pré-tracionadas poligonais em leito alongado, permitindo a execução simultânea de várias vigas, em série. 1 – armaduras pré-tracionadas; 2 – placa de ancoragem; 3 – concreto de viga; 4 – pontos de apoio das armaduras poligonais; 5 – pontos de rebaixamento das amaduras poligonais.

2.3 - SISTEMAS COM ARMADURAS PÓS-TRACIONADAS

Nos sistemas com armaduras pós-tracionadas, as armaduras de protensão são esticadas após o endurecimento de concreto, ficando ancoradas na face do mesmo.

Estes sistemas podem apresentar uma grande variedade, dependendo dos tipos de cabos, percursos dos mesmos na viga, tipos e posicionamentos das ancoragens etc.

2.4 - CLASSIFICAÇÃO DOS SISTEMAS DE ARMADURAS PÓS-TRACIONADAS

Quanto à posição relativa entre os cabos e a peça de concreto, podem ser distinguidas duas categorias: cabos internos e cabos externos à viga.

Os cabos internos podem apresentar uma trajetória qualquer, sendo geralmente projetados com uma seqüência trechos retilíneos e curvilíneos.

Os cabos externos são geralmente retilíneos ou poligonais; neste último caso, os desvios do cabo são feitos em selas de apoio, colocados lateralmente à viga.

Quanto à ligação entre as armaduras protendidas e o concreto, existem duas categorias de cabos: cabos aderentes e cabos não-aderentes.

Nos cabos internos aderentes, utilizam-se bainhas metálicas, que podem ser lisas ou onduladas.

Os cabos internos com bainhas de papel ou de plástico (lisos) são considerados não-aderentes.

Os cabos externos, sem ligação direta com a viga ao longo do cabo, são evidentemente do tipo não-aderente; esse tipo de cabo é muito utilizado em projeto de reforço de obras.

3 - MATERIAIS UTILIZADOS EM CONCRETO PROTENDIDO

Os principais materiais utilizados em concreto protendido são:

  • concreto

  • armaduras não-protendidas

  • armaduras protendidas

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