Baixe Concreto Protendido: Princípios, Aplicações e Comparação com Concreto Armado e outras Resumos em PDF para Engenharia Civil, somente na Docsity!
Estruturas Especiais de
Concreto II
Breve Histórico do Concreto Protendido
Nas primeiras décadas do desenvolvimento do concreto protendido o sucesso não foi alcançado, devido à baixa resistência dos aços de protensão utilizados, pois a baixa força de protensão inicialmente aplicada era posteriormente significativamente reduzida pelas chamadas perdas de força de protensão, como por exemplo aquelas decorrentes da retração e da fluência do concreto, relaxação do aço, escorregamento na ancoragem, etc. Assim, qualquer vantagem proporcionada pela protensão era perdida. E foi somente com o desenvolvimento de aços de resistências mais elevadas, durante o
século 20, mais especificamente durante a Segunda Guerra, que a técnica da protensão alcançou sucesso, inicialmente com o francês Eugène Freyssinet. E desde aquela época o Concreto Protendido vem se desenvolvendo, estando plenamente estabelecido como um sistema estrutural, aplicado em todo o mundo. A primeira aplicação de protensão ocorreu nos Estados Unidos, por P. H. Jackson, em 1866, com patente para arcos de concreto. Em 1888, C. E. W. Doehring na Alemanha obteve patente para protensão de lajes de concreto com fios de aço. No entanto, o desempenho dos primeiros elementos protendidos era prejudicado pela baixa resistência dos aços disponíveis, e pelas perdas de protensão, diminuindo a aplicação. Na França, Eugène Freyssinet foi o primeiro que entendeu a importância das perdas de força de protensão e que propôs formas de compensação. Percebeu a necessidade do uso de aços de altas resistências e grandes alongamentos, que compensariam as perdas por encurtamento devido especialmente à retração e fluência do concreto. Apresentou o primeiro trabalho consistente sobre Concreto Protendido. Introduziu em 1940 o primeiro sistema de protensão, com cabo de 12
Comparação entre Concreto Protendido e
Concreto Armado
Nas peças protendidas são aplicados concretos e aços de resistências elevadas, e somado à possibilidade da protensão poder eliminar as tensões de tração no concreto, as peças destinadas a vencer vãos (como as vigas e lajes) podem ser projetadas com alturas menores que aquelas de Concreto Armado, algo em torno de 65 a 80 % da altura, o que implica vencer grandes vãos de maneira econômica. No caso de vãos até cerca de 10 m, o custo adicional do Concreto Protendido, proveniente de materiais mais resistentes, da utilização de dispositivos e equipamentos e das operações de protensão, tornam o Concreto Armado mais viável. Desse modo, a protensão é viável para vãos maiores que
10 m.
A aplicação de concretos de resistências elevadas e com
melhor controle de qualidade, diminui o custo de manutenção
das estruturas protendidas, sejam pré-fabricadas ou moldadas
no local, e aumenta a vida útil das edificações.
O Concreto Protendido (CP) e o Concreto Armado (CA)
não competem entre si, e mais, na verdade se complementam,
em funções e aplicações. Como o CP permite vencer vãos
grandes, compete mais com as estruturas metálicas do que com
o CA, sendo que as peças de concreto oferecem vantagens
como maior resistência ao fogo e isolamento térmico, baixa
manutenção, versatilidade de aplicação, etc.
1) o CP utiliza concretos e aços de resistências muito elevadas, como cordoalhas de 1900 e
vão a ser vencido o fator mais importante para a indicação do
CP, onde suas vantagens sobressaem-se em relação ao CA.
Como o CP requer um maior nível de tecnologia na sua
execução, além de equipamentos e dispositivos, com a
utilização de concretos de resistências mais elevadas, cilindros
e bombas hidráulicas, ancoragens laboriosas em pós-tensão
com aderência, e mão de obra específica, os custos adicionais
decorrentes do CP o recomendam para vãos superiores a 10-
m.
Métodos de Aplicação da Protensão
A operação de protensão, que consiste no estiramento (ou tracionamento) da armadura de protensão, geralmente feita por meio de cilindro hidráulico, pode ser
realizada antes ou após a confecção da peça, ou seja, antes ou depois do lançamento e endurecimento do concreto. Quando o estiramento é feito antes, tem-se a pré tensão (ou pré-tração), e após o endurecimento do concreto tem-se a pós-tensão (ou pós-tração). Na operação é necessário fixar os fios ou cordoalhas nas extremidades, sendo muito comum a utilização de conjuntos metálicos formados por cunhas e porta-cunhas, como mostrados nas figuras a seguir. A cunha, que pode ser bi ou tripartida, é inserida no furo tronco-cônico da peça chamada porta-cunha, e desse modo possibilita uma fixação (ancoragem) simples e de baixo custo. Fixação de fios de protensão por meio de cunha tripartida embutida em furo tronco cônico da peça porta-cunha. Cunha do tipo bipartida e cordoalha galvanizada. Informações técnicas de conjuntos cunha e porta cunha de um fabricante nacional.
Protensão com Pré-tensão
A pré-tensão (ou pré-tração na NBR 6118) é comumente
(alongados), geralmente um a um, por meio de cilindro hidráulico apoiado na estrutura de reação. A tensão de tração aplicada pelo cilindro é sempre inferior à tensão limite do regime elástico do aço. Após o término da operação de estiramento, o fio é fixado nos dispositivos da ancoragem ativa, e o cilindro é retirado para, sucessivamente, ir fazendo o estiramento dos fios seguintes. Portanto, a extremidade onde o estiramento é feito é chamada ancoragem ativa , e a extremidade em que não são estirados é a ancoragem passiva. Com todos os fios (ou cordoalhas) estirados e fixados nas ancoragens da pista de protensão, o concreto é lançado na fôrma, envolvendo e aderindo ao aço de protensão. Após decorrido um período de tempo necessário para o concreto adquirir resistência,13 os fios são soltos (relaxados) das ancoragens. E é neste instante que ocorre a transferência da protensão para as peças, pois os fios, ao tenderem elasticamente a voltar à deformação inicial zero, são restringidos pelo
concreto, e desse modo comprimem parte ou toda a seção transversal da peça, ou seja, passa a atuar uma força de protensão que comprime a peça ao longo do seu comprimento. Como a protensão é transferida ao concreto devido à aderência entre os dois materiais, tem-se a pré-tensão com aderência inicial. Na sequência os fios podem ser cortados, de modo que as peças possam ser desmoldadas e transferidas para o local de armazenamento, para o reinício de um novo ciclo de produção.
A NBR 6118 (item 3.1.7) apresenta a definição para
“ concreto com armadura ativa pré-tracionada (protensão
com aderência inicial) : concreto protendido em que o pré
alongamento da armadura ativa é feito utilizando-se apoios
independentes do elemento estrutural, antes do lançamento do
concreto, sendo a ligação da armadura de protensão com os
1000 mm. Operação de estiramento de cordoalhas e fios na ancoragem ativa da pista de protensão. A figura mostra a operação de estiramento sendo feita em pista de protensão de comprimento pequeno, utilizada para fabricação de pequena quantidade de peças, onde a estrutura metálica da pista compõe a fôrma das peças e a própria estrutura de reação, capaz de absorver a força de protensão aplicada na armadura. Operação de estiramento de fio ou cordoalha na ancoragem ativa de pista de protensão curta composta por estrutura metálica. A figura no próximo slide, mostra a ancoragem ativa de uma pista de protensão curta, utilizada para fabricação de vigas pré-moldadas de concreto, em ambiente de fábrica. Os fios ou cordoalhas são estirados individualmente e fixados
na viga metálica, por meio de cunha e porta-cunha. Nas ancoragens passivas também podem ser dispostos cilindros hidráulicos, com o objetivo de fazer o relaxamento, a soltura da armadura de maneira suave, para evitar choques e perda de aderência entre as cordoalhas e o concreto. A Figura 1.36 mostra a ancoragem passiva de uma pista de protensão para fabricação de vigas, com duas cordoalhas fixadas na viga metálica da estrutura de reação. Durante o tempo de endurecimento do concreto, os cilindros não são utilizados, pois a viga metálica permanece apoiada nas quatro chapas metálicas, chamadas maletas. No momento da transferência da protensão para a peça, os cilindros hidráulicos são acionados, apoiam-se na viga metálica e a empurram em um deslocamento pequeno, mas suficiente para que as quatro maletas possam ser retiradas (por isso a existência de alças no lado superior), o que permite o deslocamento horizontal da viga metálica. Os cilindros têm então a força diminuída gradativamente e lentamente, possibilitando que todas as cordoalhas, em conjunto, sejam relaxadas, portanto, soltas das ancoragens. Assim, neste sistema comum de protensão em fábrica, o estiramento é feito na ancoragem ativa, e a soltura das cordoalhas é feita na ancoragem passiva. Ancoragem ativa de pista de protensão para fabricação de vigas pré-moldadas.
Seções transversais de lajes alveolares, mostrando as cordoalhas de protensão.
Protensão com Pós-tensão
No processo de pós-tensão (ou pós-tração na NBR 6118) a armadura de protensão é estirada após o concreto da peça ter adquirido a resistência necessária para resistir as tensões de compressão provocadas pela protensão, com a armadura ancorada no concreto nas extremidades da peça. A pós-tensão é aplicada na produção de peças em pequenas quantidades, onde a repetitividade não é um fator existente, e vem sendo muito aplicada na fabricação de peças pré-moldadas de canteiro, para aplicação em viadutos e pontes rodoviárias de vãos pequenos e médios (~ 40 m), e também em lajes e pisos estruturais, estruturas de pontes de
grandes vãos moldadas in loco , etc. No interior da fôrma são colocados dutos (bainhas), dispostos ao longo do comprimento da peça, como ilustrado na Figura 1.39. O concreto é lançado na fôrma, envolvendo as armaduras passivas, insertos, placas de aço, as bainhas, etc. Após o endurecimento do concreto, as armaduras de protensão (comumente cordoalhas, que formam o chamado cabo de protensão), são colocadas dentro das bainhas, atravessando a peça de uma extremidade à outra. Quando o concreto apresenta a resistência requerida, a armadura de protensão, fixada em uma das extremidades (ancoragem passiva), é estirada (tracionada) pelo cilindro hidráulico, posicionado e apoiado na própria peça na outra extremidade (ancoragem ativa). Terminada a operação de estiramento, a força no cilindro hidráulico é relaxada, e a armadura, tendendo a voltar à deformação inicial zero, cede ou movimenta-se contrariamente ao alongamento em alguns poucos milímetros, e por meio de cunhas as cordoalhas se fixam na placa de aço do sistema de ancoragem. Portanto, o concreto da peça é comprimido durante a operação de estiramento, e a protensão (tensões de compressão) é mantida por forças transferidas pela armadura, de maneira concentrada nas placas de aço apoiadas no concreto (ver Figura 1.39). A armadura de protensão impõe também forças transversais na peça, se a armadura for curva. A Figura 1.40 mostra também esquematicamente a aplicação da pós-tensão com aderência, onde a ancoragem passiva ocorre pelo laço das cordoalhas inseridas no concreto.
(Figura 1.41). Assim, a armadura, fixada nas extremidades da
peça, aplica a força de protensão , que comprime o concreto
de parte ou de toda a seção transversal. Portanto, neste caso a
aplicação da força de protensão ocorre de forma concentrada,
por meio de placas de aço embutidas no concreto nas
superfícies extremas das vigas (Figura 1.42 e Figura 1.43).
Os cabos de protensão (conjuntos de cordoalhas) podem ser estirados em estágios diferentes, proporcionando incrementos de força de protensão na peça quando necessários, conforme existam diferentes estágios de construção e as cargas vão sendo progressivamente aumentadas. Após a operação de estiramento, a bainha é geralmente preenchida com calda (nata) de cimento sob pressão, para proteger o aço e proporcionar aderência com o concreto, o que faz com que os dois materiais trabalhem de modo solidário, em conjunto, e com melhor comportamento da peça na resistência à fissuração e à flexão. Com a injeção de calda de cimento tem-se a pós-tensão com aderência , e
sem a injeção tem-se a pós-tensão sem aderência.
- A pós-tensão com aderência proporciona peças mais seguras (o concreto da peça trabalha em conjunto com a armadura, que tem maior proteção em caso de incêndio, etc.) que aquelas sem aderência, além da calda de cimento proteger a armadura contra possíveis agentes agressivos que possam alcançar a bainha. A figura 1.46 mostra a produção de vigas protendidas pós tensionadas no que é chamado pré-moldado de canteiro, onde o viaduto em que as vigas serão utilizadas fica nas proximidades. A Figura 1.47 mostra equipamentos utilizados na operação de aplicação da protensão e de injeção de calda de cimento.
