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8/17/2019 Aula 2 - CP (Materiais Empregados e Tipos de Protensão)
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CONCRETO PROTENDIDO
MATERIAIS UTILIZADOS NA PROTENSÃO
E
TIPOS DE PROTENSÃO
• AÇOS PARA ARMADURAS DE PROTENSÃO
• CUNHAS DE ANCORAGEM, BAINHAS E MACACO DE PROTENSÃO
• CONCRETOS PARA CONCRETO PROTENDIDO
• TIPOS DE PROTENSÃO
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL
FACULDADE DE ENGENHARIA DE ILHA SOLTEIRA
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Aplicação da força de protensão: estiramento/tracionamento daarmadura de protensão ou ativa, por meio do macaco hidráulico.
CONCRETO PROTENDIDO
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Transferência da força de protensão: a protensão é transmitida daarmadura para o concreto, introduzindo um estado prévio detensões de compressão na estrutura de concreto.
Como é feita essa transferência??? A armadura ativa tracionada edevidamente ancorada tenta retornar a sua posição inicialprovocando a compressão no concreto (estado prévio de tensões).
Objetivo da protensão: eliminar ou reduzir a tensão de tração naestrutura de concreto, por meio do estado prévio de tensões de
compressão, o que impedirá ou limitará a fissuração do concreto.
Armadura ativatracionadaAncoragem
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• Concreto armado e concreto protendido são materiais da mesma“família”: compostos essencialmente por concreto e aço;
• A grande diferença está na existência da força de protensão edemais fatores consequentes, como utilização de aço de alta
resistência, equipamentos adicionais e trabalho especializado;• O concreto protendido é mais indicado para vencer grandes vãos
e suportar carregamentos elevados, do contrário ele torna-seantieconômico;
• Em serviço, os elementos protendidos apresentam menor nívelde fissuração e de flechas;
• No concreto protendido: na fase de projeto, o cálculo deve sermais rigoroso e na fase de execução, difícil execução e mão de
obra especializada.
CONCRETO ARMADO x CONCRETO PROTENDIDO
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Os aços para a armadura de protensão ou armadura ativacaracterizam-se pela sua elevada resistência.
A elevada resistência do aço é necessária para poder aplicar aforça de protensão (estiramento da armadura).
Os aços para armadura de protensão pode ser fornecidos em:
• Barras
• Fios
• Cordoalhas
AÇOS PARA ARMADURAS DE PROTENSÃO
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• BARRAS: elementos de diâmetro superior a 12 mm,fornecidos em segmentos retos, com comprimento limitado
entre 10 e 12 m.
Barraentalhada
Barralisa
Elevadaresistência
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• FIOS: elementos de diâmetro não maior que 12 mm (entre 3e 8 mm) , fornecidos em rolos ou bobinas, com grande
comprimento.
Elevadaresistência
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• CORDOALHAS: grupamento de fios enrolados na forma dehélice (2, 3 e 7 fios).
3 fios
7 fios 7 fios
Rolo decordoalha
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• CORDOALHAS ENGRAXADAS E PLASTIFICADAS: são cordoalhasque recebem um banho de graxa e são revestidas com uma
capa plástica (usadas na protensão sem aderência).
Rolo de cordoalha
engraxada eplastificada
7 fios
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NOMENCLATURA DOS AÇOS PARA ARMADURAS DE PROTENSÃO
A designação genérica dos aços para armaduras de protensão ouarmaduras ativas é feita da seguinte forma:
CP Propriedade mecânica do açoClasse de
relaxação do açoSuperfície
ConcretoProtendido
f ptk: Resistência característicaà ruptura por tração do aço
(kgf/mm2)
RB: RelaxaçãoBaixa L: lisa
RN: RelaxaçãoNormal
E: Entalhada
A relaxação do aço está relacionadacom perda de protensão (aço com
relaxação baixa permite uma menorperda de protensão)
CP 170 RN E
CP 190 RB L
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• Exemplos de designação para fios:
CP 170 RB E
CP 150 RN 5
Fio para concreto protendido
Tensão de ruptura (170 kgf/mm2)
Relaxação baixa
Fio entalhado
Fio para concreto protendido
Tensão de ruptura (150 kgf/mm2
)Relaxação normal
Diâmetro do fio (φ = 5 mm)
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• Exemplos de designação para cordoalhas:
CORD CP 180 RN 3x2,5
CORD CP 190 RB 12,7
Cordoalha para concreto protendido
Tensão de ruptura (180 kgf/mm2)
Relaxação normal
Número de fios (3 fios) e odiâmetro de cada fio (φ = 2,5 mm)
Cordoalha para concreto protendido
Tensão de ruptura (190 kgf/mm2)Relaxação baixa
Diâmetro nominal da cordoalhade 7 fios (φ = 12,7 mm)
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CORROSÃO DO AÇO PARA ARMADURAS DE PROTENSÃO
CORROSÃO DO AÇO: é a transformação de um metal em íon
metálico devido à interação com o meio, ou seja, é a perda demassa causada pelo ambiente circundante.
•Corrosão química: em meio seco (gases)•Corrosão eletroquímica ou aquosa: na presença de água
CORROSÃO SOB TENSÃO: processo destrutivo do metalresultante da ação simultânea do meio e de tensões de traçãoresiduais ou aplicadas sobre o metal.
•Aço para CP é suscetível•A corrosão ocorre na forma de trincas, o que favorece aruptura do material sem aviso prévio.•Só ocorre quando a tensão de serviço ultrapassa o valor
crítico (condições altamente específicas).
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• CUNHAS DE ANCORRAGEM:
A maioria dos sistemas de protensão os fios, as barras e ascordoalhas são ancorados por meio de cunhas de aço.
A cunha envolve a armadura e durante a penetração da cunhaocorre uma pressão lateral que impede o deslizamento daarmadura, realizando assim a ancoragem da armadura.
CUNHAS DE ANCORAGEM, BAINHAS EMACACO DE PROTENSÃO
CunhaElemento macho
CunhaElemento fêmea CunhaElemento macho
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Elemento fêmea
Elemento macho
Cunha de ancoragem
Placa de ancoragem
(para feixe de cordoalha)
Elemento fêmea
Elemento macho
Armadura ativa
Armadura ativa
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• BAINHAS DE PROTENSÃO:
A função da bainha metálica é permitir o estiramento daarmadura de protensão (caso de pós-tração) sem danificar oconcreto ao seu redor.
Para obter a aderência entre a armadura de protensão e abainha, e consequentemente com o concreto, é necessárioinjetar uma calda de cimento no interior da bainha.
São dutos flexíveis de metal, nos quais são alojadas asarmaduras de protensão.
As cordoalhas engraxadas e plastificadas são revestidas com umacapa plástica, dispensando o uso da bainha metálica.
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• MACACO DE PROTENSÃO ou MACACO HIDRÁULICO:
Equipamento usado para estirar/tracionar a armadura de protensão.
Estiramento
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A resistência característica do concreto simples dos concretos empregados emconcreto protendido situam-se em 30 e 40 MPa, enquanto que no concretoarmado são utilizados concretos com resistência característica em torno de 20 a30 MPa.
As resistências elevadas são desejadas por diversos aspectos:
• A introdução da força de protensão pode gerar solicitações prévias muitoelevadas.
• O emprego de concretos e aços de alta resistência permite a redução, em
geral, da seção transversal, diminuindo o peso próprio, o que geralmente éutilizado para elementos pré-moldados.• Esses concretos possuem módulo de deformação mais elevado, diminuindo
as deformações imediatas e as que ocorrem ao longo do tempo, provocadaspela fluência. Proporcionando redução na perda da força de protensãocausada pela retração e fluência do concreto.
CONCRETO
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Além da necessidade de boa resistência e de controle específicoda retração e da fluência, são necessárias boas característicasde compacidade e baixa permeabilidade, para que dessaforma, se obtinha uma proteção eficiente da armadura contra acorrosão.
Como dito anteriormente, para concreto protendido, o aço da
armadura ativa, solicitado por tensões elevadas, torna-se maissusceptível à corrosão, sobretudo a “corrosão sob tensão”.
CONCRETO
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Existem diversas formas de aplicação da protensão, osprincipais tipos são:
1. Tipos de protensão quanto à aderência
2. Tipos de protensão quanto a intensidade da força deprotensão
3. Tipos de protensão quanto o posicionamento dos cabosem relação ao concreto
4. Tipos de protensão quanto a disposição dos cabos
TIPOS DE PROTENSÃO
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É classificada considerando o mecanismo de aderência entre aarmadura de protensão (armadura ativa) e o concreto.
Os tipos de protensão quando à aderência são:
Com aderência inicial (pré-tração)
Com aderência posterior (pós-tração)
Sem aderência (pós-tração)
A transferência da protensão daarmadura para o concreto ocorre
ao longo do comprimento.
A transferência da protensão da armadura para oconcreto NÃO ocorre ao longo do comprimento
(ocorre apenas em pontos localizados).
1. PROTENSÃO QUANTO À ADERÊNCIA
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Pré-tração e Pós-tração
• Pré-tração:
O termo pré-tração designa o método de protensão onde o
tracionamento da armadura é realizado antes do lançamento
do concreto.
• Pós-tração:
O termo pós-tração designa o método de protensão onde o
tracionamento da armadura é realizado após o lançamento e
endurecimento do concreto.
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Este tipo de protensão ocorre quando o tracionamento daarmadura é realizado antes do lançamento do concreto(pré-tração).
Nesse tipo de protensão:• A armadura de protensão é tracionada/estirada.
• A armadura é ancorada em apoios externos à fôrma da peça.
• O concreto é lançado na fôrma (concretagem da peça).
• A armadura é liberada (cortada) quando o concreto endurece.
• A protensão é transferida da armadura para o concreto por
meio da aderência entre os dois materiais.
Protensão com aderência inicial
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Fabricação de lajes alveolares e vigotas protendidas
A protensão com aderência inicial é normalmente usada empeças pré-moldadas.
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Este processo é dividido em três fases:
1ª FASE : DISTENSÃO DA ARMADURA
A distensão (estiramento/tracionamento) da armadura éfeita na pista de protensão.
A armadura é distendida e ancorada em apoios externos àfôrma da peça (apoios junto a pista de protensão).
Pista de protensão
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Pista de protensão:
Uma pista de protensão pode passar de 200 metros de
comprimento.A armadura de protensão é estirada ao longo desse comprimentoe após o processo de protensão, a peça de concreto é cortada empainéis na medida desejada e transportados para a obra.
Pista de protensão para vigotas Corte das vigotas já protendidas
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2ª FASE : CONCRETAGEM DA PEÇA
Após a distensão da armadura a peça é concreta (concreto élançado na fôrma contida dentro da pista de protensão).
Pista de protensão
Observação: Quando o concreto endurece ocorre a aderência entre o concreto e a armadura de protensão.
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3ª FASE : CORTE DA ARMADURA E PROTENSÃO DO CONCRETO
Após o concreto atingir a resistência necessária a armadura é
cortada (nesta situação já existe aderência entre o concreto e aarmadura).
Após ser cortada a armadura tenta retonar ao comprimento quetinha antes da distensão provocando compressão no concreto
em virtude de estar aderente ao mesmo.
Pista de protensão
A armadura ativa transfere a protensão para o concreto por meio
da aderência entre os dois materiais!!!
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1ª FASE : DISTENSÃO DA ARMADURA
3ª FASE : CORTE DA ARMADURA E PROTENSÃO DO CONCRETO
2ª FASE : CONCRETAGEM DA PEÇA
Protensão com aderência inicial (3 fases):
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Este tipo de protensão ocorre quando o tracionamento da
armadura é realizado após o lançamento e endurecimento doconcreto (pós-tração).
Nesse tipo de protensão:
• Posicionamento da bainha e da armadura e montagem da fôrma.
• O concreto é lançado na fôrma (concretagem da peça).
• A armadura é ancorada e tracionada/estirada após
endurecimento do concreto.
• A aderência entre o concreto e a armadura é feita por meio dainjeção de calda de cimento na bainha, garantido assim atransferência da protensão da armadura para o concreto.
Protensão com aderência posterior
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A protensão com aderência posterior é usada em pontes,barragens, grandes reservatórios de água, entre outros.
Vigas protendidas (pós-tração) de uma estrutura de ponte
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Este processo é dividido em quatro fases:
1ª FASE : montagem das armaduras passivas (barra de açocomum) e fixação das bainhas metálicas nos estribos com asarmaduras ativas em seu interior. Em alguns casos asarmaduras ativas poderão ser enfiadas posteriormente.
Armadurapassiva
Bainha
metálica
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2ª FASE : montagem da fôrma e lançamento do concreto,sem entrar em contato com a armadura de protensão pois a
bainha o impede, assim não há aderência entre a armadura deprotensão e o concreto.
Armadura de protensão
Bainhametálica
Lançamentodo concreto
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3ª FASE : após o concreto adquirir a resistência necessária éexecutada a protensão, normalmente por meio de macacos
hidráulicos que se apoiam no concreto e distendem aarmadura de protensão.
Armadura de
protensãoMacaco
hidráulico
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4ª FASE : para criar aderência entre armadura de protensão econcreto é feita a injeção de calda de cimento na bainha, oque também protege a armadura contra a corrosão. A injeçãoé feita nas extremidades dos cabos.
Para garantir que toda a bainha estejacompletamente preenchida com a calda sãodeixados respiros (mangueiras) que permitemvisualizar sua saída, impedindo assim a formação
de vazios no interior da bainha.
Injeçãoda calda
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Não existe aderência entre a armadura de protensão e oconcreto, assim não há transferência da protensão ao longodo seu comprimento.
A protensão é passada da armadura ativa para o concretoexclusivamente por dispositivos mecânicos em alguns pontos.
É um caso de pós-tração, ou seja, a armadura ativa serátracionada após o lançamento e endurecimento do concreto.
As armaduras ativas não aderentes podem ficar:
Externas ao concreto
Internas ao concreto
Protensão sem aderência
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Protensão sem aderência externa ao concreto:
A armadura ativa não fica embutida dentro da peça de concreto.
Melhor condição para a manutenção e substituição da armaduraativa, já que ela está externa e não aderente ao concreto.
Exemplo: Viga caixão
As armaduras de protensão são colocados na parte vazada da seção.
A protensão é transferida para o concreto por meio de dispositivosespeciais de fixação.
Trajetória dos cabos de
protensão no interior deviga caixão. Dispositivo de fixação Armadura ativa
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Protensão sem aderência interna ao concreto:
O desenvolvimento das cordoalhas engraxadas e plastificadaspermitiu a execução da protensão com armaduras semaderência interna ao concreto.
As cordoalhas engraxadas e plastificadas, além de ser banhadasem graxa para a proteção, são revestidas com plástico que asprotegem contra corrosão e impedem a sua aderência aoconcreto.
A protensão sem aderência interna é usada em lajes planas deedifícios comerciais e residenciais, bem como em pisosindustriais.
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Lajes planas de edifícios comprotensão não aderente interna
Seção transversal de um cabo não aderente
(cordoalha engraxada e plastificada)
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Resumo: Tipos de protensão quanto a aderência
•Protensão com aderência inicial: concreto protendido em que o estiramento da
armadura ativa é feito utilizando-se apoios independentes do elementoestrutural, antes do lançamento do concreto, sendo a ligação da armadura deprotensão com os referidos apoios desfeita após o endurecimento do concreto; aancoragem no concreto realiza-se só por aderência (pré-tração).
•Protensão com aderência posterior: concreto protendido em que o estiramentoda armadura ativa é realizado após o endurecimento do concreto, sendoutilizados, como apoios, partes do próprio elemento estrutural, criandoposteriormente aderência com o concreto de modo permanente, através dainjeção da pasta de cimento nas bainhas (pós-tração).
•Protensão sem aderência: concreto protendido em que o estiramento daarmadura ativa é realizado após o endurecimento do concreto, sendo utilizados,como apoios, partes do próprio elemento estrutural, mas não sendo criadaaderência com o concreto, ficando a armadura ligada ao concreto apenas empontos localizados (pós-tração).
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A força de protensão pode ser aplicada em níveis variados(níveis de protensão) com objetivos diferentes.
Os tipos de protensão quando a intensidade da força deprotensão são:
Protensão completa Protensão limitada
Protensão parcial
2. PROTENSÃO QUANTO A INTENSIDADE DAFORÇA DE PROTENSÃO
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Níveis de protensão:
Protensão completa: elimina as tensões de tração da peça concretoquando solicitada, impedindo a formação de fissuras no concreto.
Protensão limitada: reduz as tensões de tração da peça de concretoquando solicitada, limitando a formação de fissuras no concreto.
Protensão parcial: semelhante a protensão limitada, porém,
permite que as tensões de tração no concreto atinjam valores maiselevados, provocando uma maior formação de fissuras no concreto.
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A escolha do tipo de protensão quanto a intensidade da força deprotensão é feita em função:
do tipo de construção, e/ou da agressividade do meio ambiente.
De uma maneira geral:
Protensão completaCaso de pré-tração → ambientes com agressividade forte e muito forte
Protensão limitada Caso de pré-tração → ambientes com moderada agressividade
Caso de pós-tração → ambientes com agressividade forte e muito forte
Protensão parcialCaso de pré-tração → ambientes com fraca agressividade
Caso de pós-tração → ambientes com fraca e moderada agressividade
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Os tipos de protensão quando o posicionamento dos
cabos em relação ao concreto são:
Protensão interna
Protensão externa
3. PROTENSÃO QUANTO O POSICIONAMENTO
DOS CABOS EM RELAÇÃO AO CONCRETO
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Diz-se que uma peça está submetida à protensão internaquando a armadura ativa está embutida no concreto.
É o caso da: Protensão com aderência inicial
Protensão com aderência posteriorProtensão sem aderência (interna ao concreto)
Protensão interna
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A peça está submetida à protensão externa quando a armaduraativa está externa ao concreto (cabos externos).
Em obras deste tipo, se a armadura de protensão apresentaralgum tipo de patologia após um certo período de uso, fica
mais fácil substituí-la, por se tratarem de cabos externos nãoaderentes.
É importante lembrar que a armadura de protensão deve ser
adequadamente protegida contra a corrosão.
Protensão externa
É o caso da viga caixão:Protensão sem aderência
(externa ao concreto)
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Existe um tipo de protensão externa feita sem o uso da
armadura ativa.
Para este tipo de protensão são colocados macacos hidráulicoexternos às peças, comprimindo-as.
Este caso não é muito comum, visto que a protensão é perdidaao longo do tempo devido à fluência e à retração do concreto,sendo necessário prover um meio de se restaurar a protensãoao longo da vida da estrutura.
Protensão externa não aplicada por cabos
Após aplicar a compressão na peça deconcreto, são colocados calços de concreto e
os macacos podem ser retirados.
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• Exemplo de aplicação: protensão de pavimentos de pista de
aeroportos pode ser efetuada com macacos hidráulicosexternos.
O pavimento é feito em concreto armado e nas juntas sãocolocados e acionados macacos hidráulicos que comprimem as
placas de concreto. Posteriormente, são colocados calços e osmacacos são retirados.
Protensão externa não aplicada por cabos
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Os tipos de protensão quando a disposição dos cabos são:
Protensão circular Protensão linear
4. PROTENSÃO QUANTO DISPOSIÇÃO DOS CABOS
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A protensão circular é normalmente utilizada em reservatórios e
silos cilíndricos.
Neste caso, a armadura ativa envolve (circunda) a estrutura,produzindo um cintamento que comprime o concreto (protensão).
Silo com cintas metálicas
Protensão circular
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A protensão linear é normalmente utilizada em vigas e lajes.Neste caso, os cabos de protensão não são necessariamente retos.
A diferença entra a protensão circular e linear está no fato de que na
protensão linear os cabos não circundam o elemento protendido.Bainhas com curvas suaves
Protensão linear