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Concreto ProtendidoESTADOS LIMITES

Prof. Letícia R. Batista Rosas

Concreto Protendido

Como se pôde ver até agora, a tecnologia do concreto protendido é essencialmente a mesma do concreto armado, com a diferença de que se utiliza um recurso – a protensão –, capaz de melhorar o comportamento dos elementos estruturais, principalmente no que se refere à fissuração.

Concreto protendido e concreto armadoEntendendo-se que o concreto protendido representa um avanço tecnológico na arte de construir em concreto, a tendência é pensar que o concreto protendido seria sempre uma melhor opção do que o concreto armado. Entretanto, há que se considerar pelo menos dois aspectos:

• Nem sempre existe disponibilidade tecnológica (conhecimentos, recursos humanos e materiais) para se projetar e executar obras de concreto protendido;

• Em nem todas as situações o uso da protensão se manifesta de modo tão favorável em estruturas; cita-se por exemplo a execução de fundações e de pilares sujeitos à compressão com pequena excentricidade.

Concreto protendido e concreto armadoPortanto, a correta utilização de uma ou outra alternativa depende de uma análise de cada caso em particular.

Pode-se enumerar uma série de aspectos relevantes da tecnologia do concreto protendido, os quais devem ser levados em conta numa possível análise de alternativas:

• é possível controlar de modo mais eficiente a fissuração, podendo-se até eliminá-la;

• pode-se empregar aços de alta resistência, sem acarretar com isso uma fissuração inaceitável;

Concreto protendido e concreto armado• pode-se empregar concretos de resistência mais elevada, o que permite a redução do peso próprio das estruturas;

• é possível desenvolver novos processos construtivos, nos quais a protensão entra como fator determinante no peso próprio de elementos pré-moldados e na solidarização de componentes;

• pode-se controlar melhor as deformações das estruturas, com melhor aproveitamento da seção transversal de concreto não fissurado.

Concreto protendidoOs procedimentos de cálculo são os mesmos que devem ser observados em qualquer tipo de estrutura, considerando-se especialmente:

• as combinações possíveis de ações;

• a existência de ações especiais, como é o caso da protensão;

• a variação dos esforços ao longo de todos os elementos estruturais ou da estrutura como um todo;

• a verificação de estados limites últimos e de utilização.

Estados limitesAssim como no concreto armado, nos interessa os estados limites a seguir.

Principais estados limites últimos:

• perda do equilíbrio, global ou parcial, admitida a estrutura como um corpo rígido;

• ruptura ou deformação plástica excessiva dos materiais (considerando o efeito da protensão das armaduras nas solicitações normais e tangenciais);

• transformação da estrutura, no todo ou em parte, em sistema hipostático;

• instabilidade por deformação;

• instabilidade dinâmica.

Esforços resistentes esforços solicitantes

Estados limitesAções:

Permanentes: constantes ou de pequena variação.Diretas: peso próprio da estrutura e empuxos não removíveis (água, terra, etc.) Indiretas: protensão, recalques de apoio, retração de materiais

Variáveis: variação significativa durante a vida útil da construção (sobrecargas decorrentes do uso da edificação, efeito do vento variação de temperatura, pressões hidrodinâmicas)

Excepcionais: probabilidade de ocorrência muito baixa durante a vida útil da construção (explosões, incêndios, sismos, etc.)

Estados limitesCombinações de ações no ELU:

Normais: decorrentes do uso previsto da construção

Especiais ou de construção: quando houver risco de ocorrência de estado limite durante a construção (maquinário pesado)

Excepcionais: carregamento transitório e de duração curta

Estados limitesAssim como no concreto armado, nos interessa os estados limites a seguir.

Estados limites de serviço: relacionados ao conforto do usuário e à durabilidade das estruturas.

Combinações de ações:

• Quase permanentes: atuam durante grande parte do período de vida da estrutura

•Frequentes: ações que se repetem muitas vezes durante a vida da estrutura

•Raras: podem atuar no máximo algumas horas durante o período de vida da estrutura

Estados limitesCombinações de ações no ELS:

Quase permanentes:

Frequentes:

Raras:

Combinações de ações - coeficientesCoeficientes de ponderação (Tab. 11.1)

Combinações de ações - coeficientes

Estados limitesAssim como no concreto armado, nos interessa os estados limites a seguir.

Principais estados limites de serviço:

• Estado limite de formação de fissuras (ELS-F)

Estado em que se inicia a formação de fissuras. Determina-se a solicitação resistente com a qual haverá uma grande probabilidade de iniciar-se a formação de fissuras normais à armadura longitudinal.

O cálculo pode ser feito no Estádio I e parcialmente no Estádio II, de acordo com o item 17.3.1 da NBR 6118.

Estados limitesAssim como no concreto armado, nos interessa os estados limites a seguir.

Principais estados limites de serviço:

• Estado limite de descompressão (ELS-D)

Estado no qual, em um ou mais pontos da seção transversal, a tensão normal é nula, não havendo tração no restante da seção.

Situação onde a seção comprimida pela protensão vai sendo descomprimida pela ação dos carregamentos externos, até atingir o ELS-D.

NBR 6118 (Item 17.3.4) Verificação no Estádio I (concreto não fissurado e material elástico linear)

Estados limitesAssim como no concreto armado, nos interessa os estados limites a seguir.

Principais estados limites de serviço:

• Estado limite de descompressão parcial (ELS-DP)

“Estado no qual se garante a compressão na seção transversal, na regiãoonde existem armaduras ativas. Esta região deve se estender a umadistância maior que ap da face mais próxima da cordoalha ou da bainha deprotensão”

Estados limitesAssim como no concreto armado, nos interessa os estados limites a seguir.

Principais estados limites de serviço:

• Estado limite de descompressão parcial (ELS-DP)

Conforme indicação contida na Tabela 13.4 da NBR 6118, a critério do projetista, o ELS-D pode ser substituído pelo ELS-DP com ap = 50 mm.

Estados limitesAssim como no concreto armado, nos interessa os estados limites a seguir.

Principais estados limites de serviço:

• Estado limite de abertura de fissuras (ELS-W)

“Estado em que as fissuras se apresentam com aberturas iguais aos máximos especificados na seção 13 (ver 13.4.2 e 17.3.2).”

Os itens indicados da NBR 6118 fornecem todas as diretrizes para a verificação do estado limite de abertura de fissuras. No caso de concreto protendido com protensão parcial, a abertura de fissuras está limitada a 0,2 mm.

Estados limitesAssim como no concreto armado, nos interessa os estados limites a seguir.

Principais estados limites de serviço:

• Estado limite de deformações excessivas (ELS-DEF)

“Estado em que as deformações atingem os limites estabelecidos para a utilização normal dados na seção 13 (ver 13.4.2 e 17.3.2).”

Trata-se da verificação de deslocamentos máximos (flechas), que deve ser efetuada para quaisquer tipos de estruturas de concreto.

Estados limitesAssim como no concreto armado, nos interessa os estados limites a seguir.

Principais estados limites de serviço:

• Estado limite de compressão excessiva (ELS-CE)

“Estado em que as tensões de compressão atingem o limite convencional estabelecido. É usual no caso do concreto protendido na ocasião da aplicação da protensão.”

Verificação no Estádio I

Estados limitesAssim como no concreto armado, nos interessa os estados limites a seguir.

Principais estados limites de serviço:

• Estado limite de compressão excessiva (ELS-CE)

Por isso é conveniente que no estado de serviço as tensões de compressão no concreto fiquem limitadas a um valor convencional, da ordem de 60% da resistência característica.

A NBR 6118 admite uma verificação simplificada do estado limite último no ato de protensão em que o limite de compressão é fixado em 0,70 fckj.

Estados limitesAssim como no concreto armado, nos interessa os estados limites a seguir.

Principais estados limites de serviço:

• Estado limite de vibrações excessivas (ELS-VE)

Estado em que as vibrações atingem os limites estabelecidos para a utilização normal da construção.

O projetista deverá eliminar ou limitar as vibrações de tal modo que não prejudiquem o conforto dos usuários na utilização das estruturas.

Estados limitesO dimensionamento da força de protensão é, usualmente, feito para os estados limites de serviço, em geral relacionados com a possibilidade de fissuração. Em alguns casos, porém, outros fatores podem impor a necessidade de determinados níveis de protensão (deformação). Após o dimensionamento da força de protensão nos estados limites de serviço, é necessário verificar os estados limites últimos.

TIPOS DE PROTENSÃO: completa, limitada ou parcial

Níveis de protensãoNa protensão completa não se admitem tensões normais de tração, a nãoser em casos excepcionais (combinações raras de ações).

Na protensão limitada, admitem-se tensões de tração, mas sem ultrapassaro estado limite de formação de fissuras, sendo que com combinaçõesquase permanentes de ações deve-se respeitar o estado limite dedescompressão.

Na protensão parcial, admite-se fissuração com abertura de fissurascaracterística de 0,2 mm.

Níveis de protensãoProtensão parcial (Nível 1)

Permite-se que as tensões de tração no concreto atinjam valores maiselevados (máx 0,2 mm)

Deve ser respeitado o estado-limite de abertura de fissuras (ELS-W), para combinação frequente de ações.

Níveis de protensãoProtensão limitada (Nível 2)

Elementos com protensão limitada são dimensionados para tensões moderadasde tração em serviço, considerando uma probabilidade muito pequena defissuração do concreto. Fissuras eventualmente abertas devido à ação de umasobrecarga transitória se fecham após a passagem da carga, pois as seçõespermanecem comprimidas sob o efeito das cargas quase permanentes.

Para as combinações quase permanentes de ações, previstas em projeto, érespeitado o estado limite de descompressão.

Para as combinações frequentes de ações, previstas em projeto, é respeitado oestado limite de formação de fissuras.

Níveis de protensãoProtensão completa (Nível 3)

Proporciona as melhores condições de proteção das armaduras contra acorrosão e limita as flutuações de tensões no aço a valores moderados.

Para as combinações frequentes de ações, quando previstas em projeto, érespeitado o estado limite de descompressão.

Para as combinações raras de ações, quando previstas em projeto, érespeitado o estado limite de formação de fissuras.

Classe de agressividade ambientalA escolha do tipo de protensão a ser empregada em um projeto é feita emfunção do tipo de construção ou da agressividade do meio ambiente:

Não agressivo: interior de edifícios, onde uma alta umidade relativa ocorradurantes poucos dias no ano, e estruturas devidamente protegidas

Pouco agressivo: interior de edifícios onde alta umidade relativa ocorra durantelongos períodos; nos casos de contato da face do concreto próximo à armaduraprotendida com líquidos, exposição prolongada a intempéries ou alto teor deumidade

Muito agressivo: contato com gases ou líquidos agressivos ou com solo, eambientes marinhos

Estimativa da força de protensão PO processo parte dos estados-limites de serviço. Com a estimativa de Pdetermina-se a armadura de protensão (Ap).

Devem ser conhecidos: ações atuantes, materiais, geometria, seção transversal, esforços solicitantes, nível de protensão. Considere-se:

Estimativa da força de protensão PProtensão completa

a) combinação frequente de ações

Para respeitar o estado-limite de descompressão na borda inferior:

de onde resulta bP.

P (valor A) sai de:

Estimativa da força de protensão PProtensão completa

a) combinação frequente de ações

Considerando q2 como zero, os diagramas de tensão ficam:

Estimativa da força de protensão PProtensão completa

b) combinação rara de ações

Para respeitar o estado-limite de formação de fissuras na borda inferior:

de onde resulta bP.

Estimativa da força de protensão PProtensão completa

b) combinação rara de ações

Considerando q2 como zero, os diagramas de tensão ficam:

Estimativa da força de protensão PProtensão completa

b) combinação rara de ações

Estimativa da força de protensão PProtensão completa

Dentre os valores A e B de P escolhe-se o de maior valor absoluto.

Estimativa da força de protensão PProtensão limitada

a) combinação quase permanente de ações

Para respeitar o estado-limite de descompressão na borda inferior:

de onde resulta bP.

P (valor A) sai de:

Estimativa da força de protensão PProtensão limitada

b) combinação frequente de ações

Para respeitar o estado-limite de formação de fissuras na borda inferior:

de onde resulta bP.

Estimativa da força de protensão PProtensão limitada

b) combinação frequente de ações

P (valor B) sai de:

Dentre os valores A e B de P escolhe-se o de maior valor absoluto.

Estimativa da força de protensão PProtensão parcial

a) combinação quase permanente de ações

A NBR 6118 não estabelece esta limitação, mas pode ser adotada na estimativa de P. Para respeitar o estado-limite de descompressão na borda inferior:

de onde resulta bP.

e o valor adotado para P resulta de: