PROFa. DRa. MÔNICA PINTO BARBOSA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL

FACULDADE DE ENGENHARIA DE ILHA SOLTEIRA -UNESP

Campus de Ilha SolteiraCampus de Ilha Solteira

CONCRETO PROTENDIDOFUNDAMENTOS DO CONCRETO

PROTENDIDOAULA 2

CLASSIFICAÇÕES E TIPOS DE PROTENSÃO

Existem diversas formas de aplicação da protensão. Podem-se variar:• Tipo de ancoragem;• O posicionamento dos cabos em relação ao concreto;• O nível de protensão, dentre outros fatores.

Para distinguir estes tipos de protensão, são dadas a seguir algumas definições e características importantes.

Protensão interna ou externa

Diz-se que uma peça está submetida à protensão interna quando a armadura ativa está embutida no concreto.

Caso das vigas caixão: normalmente usadas na construçao de pontes

Caso das vigas caixão: (normalmente usadas na construção de pontes):- os cabos são colocados na parte vazada da seção sendo que a protensão é transferida para o concreto através de dispositivos especiais de fixação.

NESTE CASO a protensão é externa ou, mais especificamente, com cabos externos. Em obras deste tipo, se a armadura de protensão apresentar algum tipo de patologia após um certo período de uso, fica mais fácil substituí-la, por se tratarem de cabos externos não aderentes. É importante lembrar que a armadura de protensão deve ser adequadamente protegida contra a corrosão.

Segundo GERWICK JR (1992) é procedimento comum revestir os cabos com graxa com propriedades para inibir a corrosão e envolvê-los por uma capa plástica ou de fibra de vidro.

PROTENSÃO EXTERNA À PEÇA DE CONCRETO, NÃO APLICADA POR CABOS.

Para este tipo de protensão são colocados macacos externos às peças, comprimindo-as, como pode ser observado na figura. Este último caso não é muito comum, visto que a protensão é perdida ao longo do tempo devido à fluência e à retração do concreto, sendo necessário prover um meio de se restaurar a protensão ao longo da vida da estrutura.

Viga em concreto

MacacoMacaco

ONDE foi utilizada????

A protensão externa foi utilizada para execução dos túneis em alguns trechos do metrô de São Paulo. Os anéis circulares que formavam os túneis eram constituídos por 5 trechos em arco e a protensão era aplicada através de macacos tóricos dispostos entre as partes. Este tipo de solução pode ser aplicada também em pavimentos de concreto.Macacos tóricos funcionam como uma bolsa d’água. Quando injetado em seu interior algum fluido sobre pressão eles se expandem, solicitando as peças de concreto adjacentes.

Protensão linear ou circular

A protensão circular é normalmente utilizada em reservatórios e silos cilíndricos. Nestes casos, a armadura ativa envolve a estrutura, produzindo um cintamento.

A protensão linear, por sua vez, é o tipo de protensão comumente utilizada em vigas e lajes. Ressalta-se que os cabos não são necessariamente retos; podem ser, por exemplo, poligonais ou parabólicos. A diferença está no fato de que na protensão linear os cabos não circundam o elemento protendido.

Pré-tração ou pós-tração

O termo pré-tração designa o método de protensão pelo qual o concreto é lançado após o tracionamento da armadura. Os cabos são protendidos e fixados temporariamente em encontros externos à forma da peça. Posteriormente, o concreto é lançado e, atingindo certa resistência, dá condição para que os cabos sejam cortados. Assim os esforços são transferidos da armadura para o concreto. A pré-tração é utilizada, principalmente, na fabricação de peças pré-moldadas.

Um elemento é pós-tracionado quando a protensão é aplicada após o endurecimento do concreto. O procedimento mais comum para vigas e lajes consiste em posicionar, durante a montagem da forma, as bainhas de protensão. Após o endurecimento do concreto os cabos são passados pelo interior das bainhas e a protensão é aplicada. O próprio concreto serve como reação (apoio) para o macaco hidráulico, e por isto é necessário que já tenha atingido uma resistência suficiente quando do tracionamento dos cabos. Vale ressaltar que posteriormente deve-se injetar nas bainhas um material com a função de proteger a armadura, podendo ser calda de cimento, no caso de armaduras aderentes, ou graxa, no caso de armaduras não aderentes.

Cabos aderentes e não aderentes

Os cabos de protensão são ditos aderentes quando mantêm aderência ao concreto em toda sua extensão, ou seja, a transferência de esforços (da armadura para o concreto e do concreto para a armadura ) é feita em todo o comprimento dos cabos. As peças protendidas com cabos aderentes podem ser subdivididas em dois grupos:

com aderência inicial e com aderência posterior.

Tem-se a aderência inicial quando o concreto é lançado envolvendo a armadura previamente tracionada e ancorada em dispositivos externos, tratando-se, essencialmente, de peças de concreto pré-tracionadas. Quando os cabos são liberados, a protensão é transferida para o concreto através da aderência entre o cabo e o concreto, que já deve estar suficientemente desenvolvida.

CONCRETO PROTENDIDO COM ADERÊNCIA INICIAL

(com armadura ativa pré – tracionada)

É o 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 referidos apoios desfeita após o endurecimento do concreto; a ancoragem no concreto realiza-se só por aderência.

Este processo é dividido em três fases:

1ª FASE : DISTENSÃO DA ARMADURA: é independente da peça de concreto, onde os apoios de ancoragem das armaduras estão dispostos fora da peça

PISTA DE PROTENSÃO

Após as armaduras serem distendidas, com uma força de protensão suficiente para compensar as perdas, a peça é concretada.

2ª FASE : CONCRETAGEM DA PEÇA

PEÇA CONCRETADA NA PISTA DE PROTENSÃO

Após o concreto atingir a resistência necessária a armadura é cortada. Em função da aderência entre os dois materiais, concreto e armadura, a peça é protendida.

3ª FASE : CORTE DA ARMADURA - PROTENSÃO

CORTE DA ARMADURA E PROTENSÃO DA PEÇA

1ª FASE : DISTENSÃO DA ARMADURA:

2ª FASE : CONCRETAGEM DA PEÇA

3ª FASE : CORTE DA ARMADURA - PROTENSÃO

Utilização deste tipo de protensão: fabricação de lajes alveolares e vigotas protendidas.

EXEMPLO DE LAJE ALVEOLAR E VIGOTA PROTENDIDA

Pista de protensão: Uma pista de protensão pode medir mais de 200 metros. As

lajes são concretadas ao longo desse comprimento e, após o endurecimento do concreto, os painéis são cortados na medida desejada e transportados para a obra.

Pista de protensão para vigotas Corte das vigotas e aplicação da protensão

A aderência posterior, por sua vez, é consequência do sistema de pós-tração. Os cabos passantes pelas bainhas são protendidos e ancorados na própria peça de concreto através de dispositivos mecânicos. Neste estágio tem-se, ainda, armadura não aderente. Posteriormente, injeta-se na bainha através de uma mangueira previamente instalada, a calda de cimento que proporcionará a aderência entre a armadura e a bainha e, consequentemente, entre a armadura e o concreto. A protensão com aderência posterior, devido à sua flexibilidade, tem um largo campo de aplicação como, por exemplo, pontes, barragens, grandes reservatórios de água, contenção de taludes e coberturas de grande vão.

CONCRETO PROTENDIDO COM ADERÊNCIA POSTERIOR

(com armadura ativa pós–tracionada)

É o concreto protendido em que o pré - alongamento da armadura ativa é realizado após o endurecimento do concreto, sendo utilizados, como apoios, partes do próprio elemento estrutural, criando posteriormente aderência com o concreto de modo permanente, através da injeção das bainhas. Além da aderência a injeção da calda serve para proteger a armadura de protensão contra a corrosão.

CONCRETO PROTENDIDO COM ADERÊNCIA POSTERIOR

(com armadura ativa pós–tracionada)Quando fazer a injeção da calda de cimento ???

A injeção deve ser feita imediatamente após a protensão. Caso seja necessário, por exemplo, realizar uma reprotensão dos cabos, é preciso tomar providências que impeçam o ataque da armadura durante o tempo em que estes não estiverem injetados. Cuidados devem ser tomados na confecção da calda de injeção, devendo esta ser produzida com materiais isentos de cloretos que causam corrosão nas armaduras.

Este processo é dividido em quatro fases:1ª Fase: montagem das armaduras passivas (transversal e

longitudinal) e fixação das bainhas metálicas nos estribos com as cordoalhas em seu interior (ou com enfiação posterior, dependendo do traçado e da extensão do cabo), seguindo a curvatura definida no projeto.

2ª Fase: após a montagem das armaduras ativa e passiva, é montada a fôrma e concretada a peça.

Viga concretada Detalhe das cordoalhas

3ª Fase: após o concreto adquirir a resistência necessária é executada a protensão.

EXECUÇÃO DA PROTENSÃO

Pi Pi

4ª Fase: para criar aderência entre concreto e armadura é feita a injeção de calda de cimento, o que também protege a armadura contra a corrosão

INJEÇÃO DAS BAINHAS LOGO APÓS PROTENSÃO

OBS: Para garantir que toda a bainha esteja completamente preenchida com a calda são deixados respiros (mangueiras) que permitem visualizar sua saída, impedindo assim a formação de vazios no interior da bainha.

Os cabos não aderentesOs cabos não aderentes são aqueles em que não há transferência de esforços entre a armadura e o concreto ao longo do seu comprimento. A protensão é passada do cabo para o concreto exclusivamente por dispositivos mecânicos. Os cabos não aderentes podem ficar externos ao concreto ou passantes pelas bainhas. Neste segundo caso é injetada graxa no interior da bainha proporcionando maior proteção à armadura. Segundo HANAI (1995) “atualmente, aplicações da protensão com cabos não aderentes têm sido desenvolvidas, sobretudo tendo em vista a melhoria das condições de manutenção das estruturas.”

Vale acrescentar que cabos aderentes podem ser propositadamente deixados não aderentes em alguns trechos do seu comprimento, quando for conveniente. Ressalta-se, ainda, que a existência ou não de aderência se refere à armadura ativa, visto que a armadura passiva sempre deve estar aderente ao concreto.

A IMPORTÂNCIA DA ADERÊNCIA

Outro fator determinante para a criação da aderência, além da proteção das armaduras contra a corrosão, diz respeito à capacidade última das peças, uma vez que as peças sem aderência apresentam comportamento frágil na ruína.

Fissuração da viga com aderência ao ser atingida a carga última

No caso da viga com aderência surgiram 16 fissuras entre os pontos de aplicação das cargas, com um espaçamento médio de 37cm.

A IMPORTÂNCIA DA ADERÊNCIA

Na viga sem aderência apareceram algumas poucas fissuras, espaçadas de aproximadamente 1,2 a 1,6 vezes a altura da viga (as vigas ensaiadas tinham 1 m de altura).

Fissuração da viga sem aderência ao ser atingida a carga última

As fissuras na viga sem aderência, ao se formarem, apresentavam grandes aberturas, bifurcando-se na sua parte superior. A armadura passiva colocada na face tracionada da peça, constituída por 5 barras de 10mm, não estava em condições de impedir a formação das fissuras, porque ao se produzirem tais fissuras, a variação brusca de tensão já havia solicitado tal armadura além do seu limite de escoamento.

CONCRETO PROTENDIDO SEM ADERÊNCIA (com armadura ativa pós – tracionada sem

aderência)

É o concreto protendido em que o pré - alongamento da armadura ativa é realizado após o endurecimento do concreto, sendo utilizados, como apoios, partes do próprio elemento estrutural, mas não sendo criada aderência com o concreto, ficando a armadura ligada ao concreto apenas em pontos localizados.

CONCRETO PROTENDIDO SEM ADERÊNCIA

(com armadura ativa pós – tracionada sem aderência)

PROTENSÃO NÃO ADERENTE COM ELEMENTOS INTERNOS

O emprego da protensão não aderente sofreu um grande aumento após a produção, em nosso país, das cordoalhas engraxadas e plastificadas, particularmente em lajes planas de edifícios comerciais e residências, bem como em pisos industriais e aeroportuários, sendo, nestes casos, utilizados como elementos de protensão internos às estruturas de concreto. Laje plana de edifício

CONCRETO PROTENDIDO SEM ADERÊNCIA (com armadura ativa pós – tracionada sem aderência)

PROTENSÃO NÃO ADERENTE COM ELEMENTOS EXTERNOS (caso de reforços de estruturas).

PROTENSÃO EXTERNA COM REFORÇO DE ESTRUTURA

COMPLEMENTAR À COM ADERÊNCIA

PROTENSÃO NÃO ADERENTE COM ELEMENTOS EXTERNOS (caso de reforços de estruturas).

•Em determinados tipos de estruturas a protensão externa pode empregar um sistema multicordoalhas, que são constituídas por um conjunto de cordoalhas engraxadas e plastificadas, reunidas dentro de um tubo plástico (bainha), em cujo interior é injetada pasta de cimento para manter as posições relativas das cordoalhas.

•A manutenção das posições garante que uma cordoalha não prenda a outra durante a operação de protensão, situação possível porque esse grande cabo externo segue uma trajetória irregular e, ao atravessar vigas transversais, apresenta pontos angulosos.

PROTENSÃO NÃO ADERENTE COM ELEMENTOS EXTERNOS (caso de reforços de estruturas).

Separadas pela pasta de cimento endurecida, as cordoalhas engraxadas e plastificadas possuem bainhas individuais e por isso movimentam-se livremente dentro delas, sendo assim tracionadas conjuntamente por um mesmo macaco multicordoalha. O sistema permite que os cabos sejam concebidos para ser eventualmente substituídos.

Figura: Trajetória dos cabos de protensão no interior de viga caixão: os cabos são colocados na parte vazada

da seção sendo que a protensão é transferida para o concreto através de dispositivos especiais de fixação.

Protensão total ou parcial Esta classificação permite dar uma idéia de que se pode aplicar a protensão em níveis variados e com objetivos diferentes. Cada norma tem sua definição particular dos níveis de protensão em função das combinações de ações utilizadas nas verificações.

Tem-se protensão total quando uma peça é projetada de forma que não apareçam tensões de tração mesmo sob as solicitações em serviço. Por outro lado, se no projeto é admitida a existência de alguma tensão de tração tem-se, então, a protensão parcial.

Elementos pré-moldados ou moldados “in loco”

As estruturas pré-moldadas (figura abaixo) são aquelas moldadas fora do seu local de utilização definitivo. Podem ser pré-fabricadas quando são feitas em local específico, fora do canteiro e posteriormente transportadas até o local da obra, ou moldadas no próprio canteiro.

Içamento de viga I pré-moldada

Os elementos são fabricados nas pistas de protensão que normalmente têm de 60 a 200m de comprimento. Geralmente, os elementos pré- moldados são pré-tracionados, sendo que a protensão é aplicada utilizando como reação blocos (encontros) especialmente construídos para este fim ou a própria forma, desde que seja projetada para tal. Nos elementos pré-moldados, é mais comum a utilização de cabos retos, sendo possível também utilizarem-se cabos poligonais.

pré-moldadoselementos

sistema de reação

elemento de ancoragem

esticamento dos cabos

descompressãomacaco de

cabos de protensão

Pista de protensão para vigas pré-moldadas (EL DEBS - 1999)

Em algumas situações torna-se interessante a execução de estruturas mistas, nas quais parte da estrutura é pré-moldada e parte é moldada “in loco”.

No Brasil, as estruturas moldadas no local da obra ainda são muito mais empregadas do que as estruturas pré-moldadas. Com relação à protensão, nas peças moldadas “in loco” normalmente se utiliza a pós-tração com cabos aderentes (aderência posteriormente desenvolvida) ou não aderentes.