Centro de Ciências Tecnológicas Departamento de Engenharia Civil♦

AÇOS PARA CONCRETO PROTENDIDOMCC2001 – AULA 10 (parte 1)

1o semestre2015

Disciplina: Materiais de Construção IIProfessora: Dr.a Carmeane Effting

Prof.a Dr.a Carmeane Effting

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Aço no Concr. Protend. no Brasil e no mundo O uso aliado de aço à pedra ou argamassa,com o objetivo de aumentar a resistência doconjunto às solicitações, é bastante antigo.

Em 1770, 1a associação do aço com pedra natural, em uma igreja em Paris, cujas vigas deveriam transferir cargas elevadas da su-

perestrutura para as fundações.

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A estrutura foi construída a partir da pedra natural preparada (cortada, furada para enfiação das barras de aço e com a super-fície tratada), na qual a armadura foi coloca-da posteriormente.

Com o surgimento do cimento Portland, em 1824, na Inglaterra, chamado de “pedra arti-

ficial”, tornou-se possível se inverter a se- qüência de fabricação:

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• a armadura era cortada, dobrada e amarrada antes, e a “pedra” era feita posteriormente. Foi a partir de então que se deu realmente o desenvolvimento do concreto estrutural (concreto armado e protendido) mundialmente.

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• Séc.19, a possibilidade de se reforçar peças de concreto com armaduras de aço já era conhecida mundialmente.

A primeira aplicação da protensão do concreto se

atribui ao engenheiro norte-americano P. A. Jackson, cuja patente foi registrada em 1872. Tratava-se de um sistema de passar hastes de ferro através de blocos e de apertá-los com porcas.

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Em 1877, o americano Thaddeus Hyatt comprovou hipóteses sobre a posição correta da armadura nas peças de concreto, em sua região tracionada.

Em 1886, o alemão Matthias Koenen concluiu que, no concreto armado, o Fe deveria absorver as tensões de tração, enquanto o concreto as de compressão.

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No começo do séc. 20, Koenen e Mörsch desenvolveram os fundamentos da teoria do concreto armado.

No início do séc. perceberam que a retra-ção e a deformação lenta do concreto eram os fatores responsáveis pela perda do efeito da protensão em casos diversos já ensaiados.

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Foram, então, diversas as tentativas de se aplicar a protensão no concreto, incluindo

inclusive o uso de cordas de piano tensiona-das na fabricação de pranchas de concreto, por K. Wettstein, em 1919.

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Só em 1928 que surgiu o primeiro trabalho sobre concreto protendido, introdução do aço de alta resistência na execução de protensões, pelo eng. francês Eugene Freyssinet REVOLUÇÃO

Freyssinet resultados excelentes, tanto no

sentido de se economizar aço, quanto tecnica-mente.

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Os aços tinham forma de arames trefilados, com resistência à ruptura de 15.000 a 18.000 kgf/cm² e possibilidade de tracionamento sob tensões de até 12.000 kgf/cm².

As perdas lentas costumavam chegar a 20% da tensão inicial de protensão, de forma que a tensão restante nos cabos, de 8500 a 10000 kgf/cm², foi considerada eficiente e econômica para justificar o emprego desta tecnologia,cujo princípio é usado até hoje.

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O emprego do concreto protendido em obras tornou-se possível com o lançamento de ancoragens e equipamentos especializa-dos para protensão.

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A escassez de aço provocada pela 2a Guerra Mundial na Europa abriu o caminho para o uso do concreto protendido no período de re-construção que seguiu a guerra, → 1 ton. de aço de protensão possibilitava a constru-ção de muito mais estruturas do que o aço comum possibilitaria.

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A 1a obra oficialmente realizada com concreto protendido foi projetada por Freyssinet, em 1941 - a ponte sobre o rio Marne em Lucancy (Paris), cuja construção terminou em 1945.

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No Brasil, a 1a obra em concreto protendido foi a Ponte do Galeão, executada em 1948, no RJ (ligando a Ilha do Governador à Ilha do Fundão), com 380 m de comprimento- na época a mais extensa do mundo. Todos os materiais e equipamentos para a protensão do concreto foram importados da França.

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Os cabos de protensão eram fios lisos envol-vidos por 2 ou 3 camadas de papel Kraft. Os fios e o papel eram pintados com betume e a técnica representava o que conhecemos atualmente como a protensão “sem aderên-cia”. Foram usados na obra cabos de 12 fios φ 5 mm, conhecidos como cabos de 20 t de força.

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Em 1952, foi iniciada no Brasil a fabricação do aço de protensão, através do fio de 5 mm.

Existiam então três categorias de aço:

115/125, 125/140 e 140/160. Os fios eram forne-cidos em rolos de pequeno (60 ou 85 cm) e neces-sitavam de um endireitamento antes de sua utili-zação, porque possuíam tensões internas que prejudicavam o seu comportamento na peça protendida.

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Em 1958, o desempenho do aço de protensão

melhorou consideravelmente, devido ao tra-

tamento térmico de alívio de tensões que pas-

sou então a ser feito. Nesta mesma época,

passou-se a produzir também os fios de aço

com diâmetros 7 e 8 mm.

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As cordoalhas, ou fios encordoados, surgiramna déc. 60, sendo então constituídas por 2, 3ou 7 fios – as cordoalhas que usamos atualmente.

As cordoalhas em geral tiveram grande aceitação, devido ao fato de serem mais econômicas que os fios, o que justificou, na pós-tensão, a substituiçãodos fios paralelos pelas cordoalhas de sete fios com

øs de 12,7 mm e 15,2 mm.

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Concreto Protendido com pré-tração: o concreto é colocado sobre cordoalhas tensionadas previamente (normalmente pré-fabricados)

Concreto Protendido com pós-tração/Cordoalha aderida: a tensão é aplicadasó após o concreto ter atingido uma dada consolidação, através do uso demacacos hidráulicos que tracionam as cordoalhas sendo estas fixados à extre-midade da estrutura com detentores adequados (NICHOS DE ANCORAGEM);

Concreto Protendido com pós-tração/Cordoalha Engraxada: cada cordoalha é acondicionada dentro de uma bainhametálica recebendo uma cobertura de graxa especial, sendo assim possíveltensionar cada cordoalha independentemente.

Técnicas de Fabricação Concreto Protend.

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Se anteriormente os cabos de fios de 5mm, como usados na Ponte do Galeão, eram capazes deApresentar uma força final de 20 t de protensão, ascordoalhas de sete fios permitiram se chegar a caboscom capacidades de carga algumas dezenas devezes maiores.

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Até 1974, eram fabricados no Brasil somenteaços de protensão de relaxação normal (RN),também chamados aços “aliviados”.

Estes aços são retificados por um tratamento térmico que alivia tensões internas de trefilação, através do qual os fios são passa-dos em chumbo derretido entre 250 e 500ºC,o que resulta na melhora da linearidade dodiagrama Tensão x Deformação.

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Contudo, o fio de aço esticado tende a cedercom o tempo e conseqüentemente perderparte da tensão introduzida com a protensão,fenômeno conhecido como relaxação.

Parte desta relaxação pode ser provocadapropositalmente durante o alívio das tensões,elevando-se a T entre 350 e 400ºC e provo-cando um alongamento no fio de 1%.

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Esta etapa é conhecida como estabilização eos aços produzidos e sujeitos a este trata-mento termo-mecânico são denominados es-tabilizados ou de relaxação baixa (RB).

A partir de 1974, os aços de relaxação baixa passa-ram a ser fabricados nacionalmente, uma vez queapresentavam melhores características elásticas e menores perdas de tensão por relaxação do açoque os aços do tipo RN.

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Os aços utilizados atualmente para a proten-são caracterizam-se por suas elevadas resis-tências e pela ausência de um patamar deescoamento.

Podem ser agrupados nos seguintes gruposprincipais:

fios trefilados (processo de laminação), cordoalhas e barras.

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Fios trefilados de aço carbono:

com Ø em geral de 3 a 8 mm, podendo atingiraté 12 mm, fornecidos em rolos ou bobinas.A trefilação produz encruamento do aço, au-mentando a sua resistência. Obtém-se resis-tências mais elevadas para fios de menor Ø.

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Cordoalhas:

produtos formados por fios enrolados em forma de hélice, como uma corda. As mais comuns são constituídas por três ou sete fios.

Barras de aço: liga de alta resistência,laminadas a quente, com Ø superior a 12 mm,fornecidas em peças retilíneas de comprimen-to limitado.

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As propriedades mecânicas mais importantesdos aços de protensão são as seguintes:a)Limite de escoamento convencional à tra-ção: tensão para a qual o aço apresenta uma defor-mação unitária residual de 0,2%,após descarga.b) Resistência à ruptura por tração;c) Alongamento de ruptura;d) Limite de elasticidade: tensão que produz umadeformação unitária de 0,01%.e) Módulo de elasticidade.

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Os aços de protensão são geralmente desig-nados pelas letras CP (Concreto Protendido),seguidas da resistência característica à rup-tura por tração, em kgf/mm².

Devem ser sempre instalados com tensõeselevadas, pois as perdas de protensão sãoinevitáveis e não podem representar um per-centual muito elevado da tensão aplicada.

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Após as perdas, os esforços de protensãoefetivos atuando sobre o concreto, deverão representar cerca de 70% a 80% do esforço inicial instalado.

As tensões nas armaduras protendidas sãoentretanto limitadas a certos valores máx., afim de se reduzir o risco de ruptura dos cabos,e também de evitar perdas exageradas porrelaxação do aço.

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Atualmente, além dos aços convencionaispara concreto protendido, são também fabri-cadas no Brasil:

Cordoalhas engraxadas e plastificadas:são cordoalhas com caract. mecânicas idênticas às das cordoalhas convencionais (sem revestimento),possuem em sua superfície uma camada de graxae cada cordoalha engraxada é revestida por um plás-tico de espessura mín. 1,0 mm, o PEAD (polietilienode alta densidade).

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Este plástico permite o movimento livre da cordoalhaem seu interior.

Cordoalhas especiais para estruturas estaia-das: são produzidas com 3 camadas protetoras con-tra a corrosão: seus fios são galvanizados a quente antes do encordoamento e da estabilização, as cordo-alhas recebem um filme de cera de petróleo e são en-capadas na cor preta, com plástico de espessura mín.1,5 mm, resistente aos raios ultravioleta.

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Estas cordoalhas são submetidas a ensaios espe-cíficos de tração e de fadiga, para comprovar a sua resistência e aplicabilidade para as estrutu-ras estaiadas.

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