aula 2 - cp (materiais empregados e tipos de protensão)

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

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