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CONCRETO PROTENDIDO . O CONCEITO DE PROTENS?OA protens?o ? um processo pelo qual se introduz um estado pr?vio de tens?es em uma estrutura, com a finalidade de melhorar sua resist?ncia ou seu comportamento sob diversas condi??es de carga (Pfeil, 1991). EXEMPLOS:Um barril de madeira ? um caso t?pi
CONCRETO PROTENDIDO

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1. CONCRETO PROTENDIDO FUNDAMENTOS DO CONCRETO PROTENDIDO DEFINI??O DE CONCRETO PROTENDIDO BREVE HIST?RICO DEFINI??ES B?SICAS PROTENS?O AXIAL E EXC?NTRICA VANTAGENS E DESVANTAGENS DO CONCRETO PROTENDIDO CARACTER?STICAS DOS A?OS DAS ARMADURAS DE PROTENS?O VARIEDADES DE CONCRETO PROTENDIDO a) COM ADER?NCIA INICIAL b) COM ADER?NCIA POSTERIOR c) SEM ADER?NCIA FABIO LUCIO MOREIRA LIMA Campus de Ilha Solteira

2. CONCRETO PROTENDIDO O CONCEITO DE PROTENS?O A protens?o ? um processo pelo qual se introduz um estado pr?vio de tens?es em uma estrutura, com a finalidade de melhorar sua resist?ncia ou seu comportamento sob diversas condi??es de carga (Pfeil, 1991). EXEMPLOS: Um barril de madeira ? um caso t?pico de estrutura protendida. Seus ?gomos? s?o ligados por aros met?licos. A compress?o produzida pelos aros se op?e ?s tens?es causadas pela press?o interna proveniente do l?quido contido em seu interior, garantindo a estanqueidade da estrutura. Barril de madeira - (Hanai, 1999)

3. Roda de carro?a - (Hanai, 1999) Uma roda de carro?a ? um outro exemplo de estrutura protendida. Ela ? constitu?da de diversas pe?as de madeira encaixadas entre si, ao redor da qual ? colocado um aro met?lico, que tem por finalidade proteger as pe?as de madeira como tamb?m solidariz?-las. No momento de sua coloca??o o aro met?lico ? aquecido, aumentando seu di?metro, o qual, ap?s resfriar, sofre redu??o, introduzindo uma protens?o ? estrutura.

4. COMO FUNCIONA A PROTENS?O? Exemplo cl?ssico: Para transportar uma fila de livros aplicam-se for?as horizontais comprimindo-os uns contra os outros, conseguindo-se, assim, mobilizar for?as de atrito entre eles, bem como for?as verticais nas extremidades, o que permite transport?-los.

5. Lembrando o exemplo da fila horizontal , conclui-se pela viabilidade de se compor uma viga de concreto protendido a partir de?fatias?ou aduelas pr?-moldadas de concreto armado. Para isso deve-se recorrer a um sistema de protens?o que possibilite a introdu??o da armadura que vai produzir a for?a normal necess?ria, qassim como a ancoragem dessa armadura na extremidade da viga. Blocos pr? ? moldados com protens?o (Hanai, 1999) conjunto de blocos pr?-moldados de concreto : a for?a horizontal ? introduzida atrav?s do estiramento de uma barra de a?o que atravessa os blocos e que ? fixada nas extremidades, criando uma pr?-compress?o no conjunto.

6. BREVE HIST?RICO SOBRE O CONCRETO PROTENDIDO A primeira id?ia de se pr?-tensionar o concreto foi aplicada em 1886 por P. H. Jackson de S?o Francisco, Calif?rnia, que obteve patentes para protender pedras artificiais e arcos de concreto. Ao redor de 1888, o alem?o Doehring conseguiu patente para fabricar elementos de pisos com argamassa e arame estirado, tendo utilizado tal material para a constru??o de lajes de piso.

7. No ano de 1906 Koenen aplicou pela primeira vez a pr?-tens?o com o interesse de eliminar a fissura??o. Como ainda n?o existiam os a?os de alta resist?ncia, Koenen sistematizou a fabrica??o das pe?as estirando as armaduras com uma tens?o de 6 kgf/mm2, obtendo uma deforma??o ?s=0,003 mm/m, alongamento que com o decorrer do tempo se perdia devido ? retra??o e deforma??o lenta do concreto. Em 1908 o americano Steiner sugeriu que se fizesse um re-estiramento ap?s ocorrerem as perdas por retra??o e deforma??o lenta do concreto, a fim de recuperar tais perdas. No entanto, dificuldades construtivas levaram a id?ia de evitar a fissura??o por pr?-tens?o a ser deixada de lado. Passaram-se ent?o 20 anos at? chegar o segundo per?odo de desenvolvimento, quando come?aram os ?xitos.

8. Em 1919, K. Wettstein fabricou pranchas de concreto de pequena espessura (as denominadas pranchas de Wettstein) com cordas de piano fortemente tencionadas. Ele foi o primeiro a usar a?o de alta resist?ncia sob elevadas tens?es, embora sem ter plena consci?ncia de que estas eram as condi??es pr?vias decisivas para o ?xito do concreto protendido. O primeiro a reconhecer que se deveria utilizar fios de alta resist?ncia sob elevadas tens?es foi R. H. Dill, de Alexandria, Nebraska, em 1923.

9. As hip?teses fundamentais necess?rias para o ?xito obtido pelo concreto protendido foram pela primeira vez estabelecidas e descritas de maneira absolutamente correta por Eugene Freyssinet, que em 1928 patenteou um sistema de protens?o no qual eram aplicadas tens?es no a?o superiores a 40 kgf / mm2. O m?rito de Freyssinet est? no fato dele ter pesquisado a retra??o e a deforma??o lenta do concreto, tendo da? retirado as conclus?es corretas aplic?veis ao concreto protendido. Freyssinet foi tamb?m quem executou a primeira obra de concreto protendido. Em 1941 projetou a ponte sobre o rio Marne em Lucancy, que s? foi conclu?da ap?s o t?rmino da 2a Guerra Mundial em 1945.

10. o uso do concreto protendido teve grande impulso devido ? escassez de a?o durante a segunda guerra mundial, j? que ele exige muito menos a?o do que as estruturas met?licas normalmente utilizadas na ?poca. O desenvolvimento da protens?o come?ou verdadeiramente no final da segunda guerra mundial (1945) com o nascimento da STUP ? Soci?t? T?chnique pour I? Utilization de la Pr?contrain, que permitiu agrupar em torno de Freyssinet uma equipe de engenheiros da mais alta compet?ncia podendo-se destacar Yves Guyon e Pierre Lebelle. Nos USA o desenvolvimento do concreto protendido se destacou pela constru??o de estruturas com protens?o circular, como em reservat?rios cil?ndricos.

11. No Brasil o concreto protendido come?ou a ser utilizado em 1949, com a constru??o da Ponte do Gale?o (liga a Ilha do Governador ? Ilha do Fund?o) que, na ?poca, foi a mais extensa ponte em concreto protendido no mundo, com 380 m de comprimento, e ? constituida de vigas de se??o I, pr?-moldadas com o sistema de p?s-tra??o. Foi uma das primeiras aplica??es da patente Freyssinet em todo o mundo, tendo sido o pr?prio Eug?ne Freyssinet o orientador do projeto feito na Fran?a. Em 1950 foi fundada a STUP2 (Sociedade T?cnica para a Utiliza??o da Protens?o). A partir da? outras empresas como a VSI e a Dywiday passaram a ter representa??es no Brasil. BREVE HIST?RICO DO C.P. NO BRASIL

12. CONCRETO PROTENDIDO: DEFINI??ES B?SICAS PROTENS?O: ? um art?ficio usado para submeter uma estrutura a um conveniente estado pr?vio de tens?es. NBR 7197(1989) define pe?a de concreto protendido com sendo ?aquela que ? submetida a um sistema de for?as especialmente e permanentemente aplicadas, chamadas for?as de protens?o e tais que, em condi??es de utiliza??o, quando agirem simultaneamente com as demais a??es, impe?am ou limitem a fissura??o.? Comit? do ACI (ACI Committee on Prestressd Concrete): ?Concreto protendido ? aquele no qual foram introduzidas tens?es internas de tal magnitude e distribui??o, que as tens?es resultantes de uma dada carga externa aplicada seja contrabalan?ada a um n?vel desejado.?

13. Armadura de protens?o ou armadura Ativa ou cabo de protens?o: ? o elemento que ser? tracionado e, quando devidamente ancorado, transmitir? a for?a de protens?o ao concreto. Pode ser constitu?da por fios, barras, cordoalhas ou feixes de fios ou de cordoalhas. Armadura passiva: ? qualquer armadura que n?o seja utilizada para produzir for?as de protens?o, e s?o normalmente constitu?das por barras ou fios de a?o para concreto armado (CA-50 ou CA-60). Macaco de Protens?o: termo dado para designar o equipamento usado para tracionamento da armadura ativa. Em geral s?o macacos hidr?ulicos. Eles tamb?m podem ser utilizados aplicando uma compress?o diretamente ao concreto (caso n?o previsto na norma brasileira).

14. Analisa-se, a seguir, os efeitos da introdu??o da protens?o em uma viga de concreto, iniciando-se pela considera??o de uma protens?o axial, ou seja, aquela em que o centro de gravidade da armadura coincide com o da pe?a, conforme esquematizado na figura abaixo.

15. VIGA COM PROTENS?O EXC?NTRICA l Nesta situa??o s?o apenas modificadas as tens?es causadas pela protens?o permanecendo as mesmas distribui??es das tens?es, na se??o transversal do meio do v?o, devido ?s cargas externas g e q. Os esfor?os solicitantes e tens?es normais na se??o do meio do v?o, produzidas pela protens?o exc?ntrica s?o:

16. VANTAGENS DO CONCRETO PROTENDIDO Emprego de a?os de alta resist?ncia: Esses a?os n?o s?o vi?veis no concreto armado devido a presen?a de fissuras de abertura exagerada provocadas pelas grandes deforma??es necess?rias para explorar a sua alta resist?ncia. Elimina??o das tens?es de tra??o: Havendo necessidade consegue-se eliminar as tens?es de tra??o e, portanto, a fissura??o do concreto. Redu??o das dimens?es da se??o transversal: O emprego obrigat?rio de a?os de alta resist?ncia, associado a concretos de maior resist?ncia, permite a redu??o das dimens?es da se??o transversal, com redu??o substancial do peso pr?prio. Diminui??o da flecha: A protens?o praticamente elimina a presen?a de se??es fissuradas.Tem-se, assim, redu??o da flecha por eliminar a queda da rigidez a flex?o correspondente ? se??o fissurada. Desenvolvimento de m?todos construtivos: A protens?o permite criar sistemas construtivos diversos: balan?os sucessivos, premoldados, etc.

17. DESVANTAGENS DO CONCRETO PROTENDIDO Corros?o do a?o de protens?o: Assim como os a?os do C.A. as armaduras de protens?o tamb?m sofrem com a corros?o eletrol?tica. Al?m disso apresentam outro tipo de corros?o, denominada de ?corros?o sob tens?o (stress-corrosion) fragilizando a se??o da armadura, al?m de propiciar a ruptura fr?gil, motivo pelo qual a armadura protendida deve ser muito bem protegida; Perdas da for?a de protens?o: s?o todas as perdas verificadas nos esfor?os aplicados aos cabos de protens?o; Qualidade da inje??o de nata nas bainhas e da capa engraxada nas cordoalhas engraxadas; 4. For?as altas nas ancoragens; 5. Controle de execu??o mais rigoroso.

18. Perdas da for?a de protens?o. S?o todas as perdas verificadas nos esfor?os aplicados aos cabos de protens?o. De acordo com a NBR 6118:2003, o projeto deve prever as perdas da for?a de protens?o em rela??o ao valor inicial aplicado pelo aparelho tensor ocorridas antes da transfer?ncia da protens?o ao concreto (perdas iniciais, na pr?-tra??o), durante essa transfer?ncia (perdas imediatas) e ao longo do tempo (perdas progressivas). Perdas iniciais da for?a de protens?o: Consideram-se iniciais as perdas ocorridas na pr?-tra??o antes da libera??o do dispositivo de tra??o, e decorrentes de: a) atrito nos pontos de desvio da armadura poligonal, cuja avalia??o deve ser feita experimentalmente, em fun??o do tipo de aparelho de desvio empregado;

19. b) escorregamento dos fios na ancoragem, cuja determina??o deve ser experimental ou devem ser adotados os valores indicados pelo fabricante dos dispositivos de ancoragem; c) por relaxa??o inicial da armadura, fun??o do tempo decorrido entre o alongamento da armadura e a libera??o do dispositivo de tra??o; d) por retra??o inicial do concreto, considerado o tempo decorrido entre a concretagem do elemento estrutural e a libera??o do dispositivo de tra??o. OBS: A avalia??o das perdas iniciais deve considerar os efeitos provocados pela temperatura, quando o concreto for curado termicamente.

20. Perdas imediatas da for?a de protens?o Caso de pr?-tra??o A varia??o da for?a de protens?o em elementos estruturais com pr?-tra??o, por ocasi?o da aplica??o da protens?o ao concreto, e em raz?o do seu encurtamento, deve ser calculada em regime el?stico, considerando-se a deforma??o da se??o homogeneizada. O m?dulo de elasticidade do concreto a considerar ? o correspondente ? data de protens?o, corrigido, se houver cura t?rmica. Caso de p?s-tra??o Para os sistemas usuais de protens?o, as perdas imediatas s?o as devidas ao encurtamento imediato do concreto, ao atrito entre as armaduras e as bainhas ou o concreto, ao deslizamento da armadura junto ? ancoragem e ? acomoda??o dos dispositivos de ancoragem.

21. Encurtamento imediato do concreto Nos elementos estruturais com p?s-tra??o a protens?o sucessiva de cada um dos n cabos provoca uma deforma??o imediata do concreto e, conseq?entemente, afrouxamento dos cabos anteriormente protendidos. Perdas por atrito. Produzidas por atrito do cabo com pe?as adjacentes, durante a protens?o. Perdas por deslizamento da armadura na ancoragem e acomoda??o da ancoragem. Provocadas por movimentos nas cunhas de ancoragem, quando o esfor?o no cabo ? transferido do macaco para a placa de apoio.

22. Perdas progressivas Perdas por retra??o e flu?ncia do concreto. Produzidas por encurtamentos retardados do concreto, decorrentes das rea??es qu?micas e do comportamento viscoso. Perdas por relaxa??o do a?o. Produzidas por queda de tens?o nos a?os de alta resist?ncia, quando ancoradas nas extremidades, sob tens?o elevada.

23. VARIEDADES DE CONCRETO PROTENDIDO CONCRETO PROTENDIDO COM ADER?NCIA INICIAL (com armadura ativa pr? ? tracionada) ? o concreto protendido em que o pr?-alongamento da armadura ativa ? feito utilizando-se apoios independentes do elemento estrutural, antes do lan?amento do concreto, sendo a liga??o da armadura de protens?o com os referidos apoios desfeita ap?s o endurecimento do concreto; a ancoragem no concreto realiza-se s? por ader?ncia.

24. Este processo ? dividido em tr?s fases: 1? FASE : DISTENS?O DA ARMADURA: ? independente da pe?a de concreto, onde os apoios de ancoragem das armaduras est?o dispostos fora da pe?a PISTA DE PROTENS?O Ap?s as armaduras serem distendidas, com uma for?a de protens?o suficiente para compensar as perdas, a pe?a ? concretada.

25. 2? FASE : CONCRETAGEM DA PE?A PE?A CONCRETADA NA PISTA DE PROTENS?O Ap?s o concreto atingir a resist?ncia necess?ria a armadura ? cortada. Em fun??o da ader?ncia entre os dois materiais, concreto e armadura, a pe?a ? protendida.

26. 3? FASE : CORTE DA ARMADURA - PROTENS?O CORTE DA ARMADURA E PROTENS?O DA PE?A

27. 1? FASE : DISTENS?O DA ARMADURA: 2? FASE : CONCRETAGEM DA PE?A 3? FASE : CORTE DA ARMADURA - PROTENS?O

28. Utiliza??o deste tipo de protens?o: fabrica??o de lajes alveolares e vigotas protendidas. EXEMPLO DE LAJE ALVEOLAR E VIGOTA PROTENDIDA

29. Pista de protens?o: Uma pista de protens?o pode medir mais de 200 metros. As lajes s?o concretadas ao longo desse comprimento e, ap?s o endurecimento do concreto, os pain?is s?o cortados na medida desejada e transportados para a obra. Corte das vigotas e aplica??o da protens?o Pista de protens?o para vigotas

30. VARIEDADES DE CONCRETO PROTENDIDO CONCRETO PROTENDIDO COM ADER?NCIA POSTERIOR (com armadura ativa p?s?tracionada) ? o concreto protendido em que o pr? - alongamento da armadura ativa ? realizado ap?s o endurecimento do concreto, sendo utilizados, como apoios, partes do pr?prio elemento estrutural, criando posteriormente ader?ncia com o concreto de modo permanente, atrav?s da inje??o das bainhas. Al?m da ader?ncia a inje??o da calda serve para proteger a armadura de protens?o contra a corros?o.

31. CONCRETO PROTENDIDO COM ADER?NCIA POSTERIOR (com armadura ativa p?s?tracionada) Quando fazer a inje??o da calda de cimento ??? A inje??o deve ser feita imediatamente ap?s a protens?o. Caso seja necess?rio, por exemplo, realizar uma reprotens?o dos cabos, ? preciso tomar provid?ncias que impe?am o ataque da armadura durante o tempo em que estes n?o estiverem injetados. Cuidados devem ser tomados na confec??o da calda de inje??o, devendo esta ser produzida com materiais isentos de cloretos que causam corros?o nas armaduras.

32. Este processo ? dividido em quatro fases: 1? Fase: montagem das armaduras passivas (transversal e longitudinal) e fixa??o das bainhas met?licas nos estribos com as cordoalhas em seu interior (ou com enfia??o posterior, dependendo do tra?ado e da extens?o do cabo), seguindo a curvatura definida no projeto.

33. 2? Fase: ap?s a montagem das armaduras ativa e passiva, ? montada a f?rma e concretada a pe?a. Viga concretada Detalhe das cordoalhas

34. 3? Fase: ap?s o concreto adquirir a resist?ncia necess?ria ? executada a protens?o. Pi Pi EXECU??O DA PROTENS?O

35. 4? Fase: para criar ader?ncia entre concreto e armadura ? feita a inje??o de calda de cimento, o que tamb?m protege a armadura contra a corros?o INJE??O DAS BAINHAS LOGO AP?S PROTENS?O OBS: Para garantir que toda a bainha esteja completamente preenchida com a calda s?o deixados respiros (mangueiras) que permitem visualizar sua sa?da, impedindo assim a forma??o de vazios no interior da bainha.

36. A IMPORT?NCIA DA ADER?NCIA Outro fator determinante para a cria??o da ader?ncia, al?m da prote??o das armaduras contra a corros?o, diz respeito ? capacidade ?ltima das pe?as, uma vez que as pe?as sem ader?ncia apresentam comportamento fr?gil na ru?na. Fissura??o da viga com ader?ncia ao ser atingida a carga ?ltima No caso da viga com ader?ncia surgiram 16 fissuras entre os pontos de aplica??o das cargas, com um espa?amento m?dio de 37cm.

37. Na viga sem ader?ncia apareceram algumas poucas fissuras, espa?adas de aproximadamente 1,2 a 1,6 vezes a altura da viga (as vigas ensaiadas tinham 1 m de altura). Fissura??o da viga sem ader?ncia ao ser atingida a carga ?ltima As fissuras na viga sem ader?ncia, ao se formarem, apresentavam grandes aberturas, bifurcando-se na sua parte superior. A armadura passiva colocada na face tracionada da pe?a, constitu?da por 5 barras de ? 10mm, n?o estava em condi??es de impedir a forma??o das fissuras, porque ao se produzirem tais fissuras, a varia??o brusca de tens?o j? havia solicitado tal armadura al?m do seu limite de escoamento. A IMPORT?NCIA DA ADER?NCIA

38. VARIEDADES DE CONCRETO PROTENDIDO CONCRETO PROTENDIDO SEM ADER?NCIA (com armadura ativa p?s ? tracionada sem ader?ncia) ? o concreto protendido em que o pr? - alongamento da armadura ativa ? realizado ap?s o endurecimento do concreto, sendo utilizados, como apoios, partes do pr?prio elemento estrutural, mas n?o sendo criada ader?ncia com o concreto, ficando a armadura ligada ao concreto apenas em pontos localizados.

39. CONCRETO PROTENDIDO SEM ADER?NCIA (com armadura ativa p?s ? tracionada sem ader?ncia) PROTENS?O N?O ADERENTE COM ELEMENTOS INTERNOS Laje plana de edif?cio O emprego da protens?o n?o aderente sofreu um grande aumento ap?s a produ??o, em nosso pa?s, das cordoalhas engraxadas e plastificadas, particularmente em lajes planas de edif?cios comerciais e resid?ncias, bem como em pisos industriais e aeroportu?rios, sendo, nestes casos, utilizados como elementos de protens?o internos ?s estruturas de concreto.

40. CONCRETO PROTENDIDO SEM ADER?NCIA (com armadura ativa p?s ? tracionada sem ader?ncia) PROTENS?O N?O ADERENTE COM ELEMENTOS EXTERNOS (caso de refor?os de estruturas). PROTENS?O EXTERNA COM REFOR?O DE ESTRUTURA COMPLEMENTAR ? COM ADER?NCIA VARIEDADES DE CONCRETO PROTENDIDO

41. PROTENS?O N?O ADERENTE COM ELEMENTOS EXTERNOS (caso de refor?os de estruturas). Em determinados tipos de estruturas a protens?o externa pode empregar um sistema multicordoalhas, que s?o constitu?das por um conjunto de cordoalhas engraxadas e plastificadas, reunidas dentro de um tubo pl?stico (bainha), em cujo interior ? injetada pasta de cimento para manter as posi??es relativas das cordoalhas. A manuten??o das posi??es garante que uma cordoalha n?o prenda a outra durante a opera??o de protens?o, situa??o poss?vel porque esse grande cabo externo segue uma trajet?ria irregular e, ao atravessar vigas transversais, apresenta pontos angulosos.

42. PROTENS?O N?O ADERENTE COM ELEMENTOS EXTERNOS (caso de refor?os 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 substitu?dos. Trajet?ria dos cabos de protens?o no interior de viga caix?o


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