concreto protendido - 01 - introduç_o

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PROF. DR. LORENZO A. RUSCHI E LUCHI [email protected] CENTRO TECNOLÓGICO - UFES DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL

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Conceitos concreto protendido

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Page 1: Concreto Protendido - 01 - Introduç_o

PROF. DR. LORENZO A. RUSCHI E LUCHI

[email protected]

CENTRO TECNOLÓGICO - UFES DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL

Page 2: Concreto Protendido - 01 - Introduç_o

PARTE I – ASPECTOS CONSTRUTIVOS 1 INTRODUÇÃO 2 SISTEMAS DE PROTENSÃO 3 MATERIAIS EMPREGADOS NO CONCRETO PROTENDIDO 4 EQUIPAMENTOS PARA PROTENSÃO 5 PERDAS DE PROTENSÃO PARTE II – ASPECTOS DE PROJETO 1 CÁLCULO DAS PERDAS DE PROTENSÃO 2 DIMENSIONAMENTO A FLEXÃO 3 DIMENSIONAMENTO A FORÇA CORTANTE 4 HIPERESTÁTICOS DE PROTENSÃO 5 INTRODUÇÃO DAS FORÇAS DE PROTENSÃO

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LEONHARDT, F. Construções de Concreto. Vol. 5: Concreto Protendido. Rio de Janeiro: Interciência, 1983.

PFEIL, W. Concreto Protendido. 2ª. Ed. Rio de Janeiro: LTC, 1988.

HANAI, J. B. Fundamentos do Concreto Protendido. E-book. São Carlos: EESC-USP, 2005.

Emerick, A. A. Projeto e Execução de Lajes Protendidas. E-book. Brasília, 2002.

NBR 6118/03 – Projeto de Estruturas de Concreto – Procedimento.

LUCHI, L. A. R. - Notas de Aula - 2012.

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PROVA PARCIAL P1 – 17/02/14

TRABALHO(S) INDIVIDUAL(IS)

MÉDIA PARCIAL = P+T

PROVA FINAL

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Antiguidade: edificações de pedra, argila, madeira, couro, fibras vegetais, etc...

ROMANOS: Cal hidráulica e cimento pozolânico (vulcânico) como aglomerante;

1824: Cimento Portland;

1855: Lambot construiu barco com argamassa de cimento reforçada com ferro;

1861: Monier construiu vaso de flores de cimento com armadura de arame e várias peças ligadas ao contato com água – caixas d’água com 180 m3 e ponte com 16,5 m de vão;

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Hyatt: pesquisador (EUA) primeiro a perceber a posição correta da armadura nas vigas fletidas (região tracionada e dobrada nos apoios);

Hennebique: engenheiro (França): 20.000 obras, das quais 1.300 pontes – criador do conceito de viga T e criou os estribos para absorver o cisalhamento;

1886: Ways e Freytag adquiriram os direitos de Monier e fizeram ensaios e pesquisas;

1902: Mörsch publicou uma descrição com bases científicas e fundamentadas do comportamento do “concreto de ferro”, desenvolvendo a primeira teoria realista sobre o dimensionamento das peças;

1920: Introduzida a expressão “CONCRETO ARMADO”.

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Fim do século XIX: primeiras experiências com o concreto protendido, frustradas pelas grandes perdas nas forças de protensão, provenientes de retração e fluência;

Freyssinet (França, 1928): utilização de arames trefilados de alta resistência para reduzir as perdas progressivas de protensão;

1ª ponte protendida – Dischinger (1936) – cabos externos;

Freyssinet (França, 1929) e Magnel (Bélgica, 1940): fabricação de equipamentos e ancoragens e divulgação no mundo inteiro;

Brasil – 1ª ponte em concreto protendido – Rio de Janeiro, 1949 – projeto Freyssinet.

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No seu surgimento, o concreto protendido visava eliminar totalmente as tensões de tração (protensão completa). Hoje em dia, a tendência é de se permitir alguma fissuração na peça, como um concreto armado melhorado (protensão parcial).

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Protensão: introduzir um estado prévio de tensões na estrutura a fim de melhorar sua resistência e deformabilidade.

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viga de concreto armado em serviço, submetida a momento fletor positivo:

o momento externo positivo é equilibrado pelo binário interno composto pelo concreto e pelo aço;

Page 11: Concreto Protendido - 01 - Introduç_o

CONCRETO ARMADO fissuração;

armadura, ao ser solicitada, se alonga, ocasionando o aparecimento de fissuras;

utilizar aços de alta resistência? grandes aberturas de fissuras, devido aos grandes alongamentos da armadura;

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tensões de escoamento:

◦ Aço CA-25 250 MPa;

◦ Aço CA-50 500 MPa;

◦ Aço CA-60 600 MPa.

estas tensões são compatíveis com as aberturas de fissuras aceitáveis (0,2 a 0,4 mm);

Page 13: Concreto Protendido - 01 - Introduç_o

Flecha é inversamente proporcional à rigidez à flexão (EI);

A parte fissurada não contribui na inércia;

Conclusão: quanto maior a fissuração, maior a flecha.

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A protensão consiste em introduzir esforços que anulem ou reduzam as tensões de tração no concreto sob solicitações.

Ela é obtida através de cabos de aço de alta resistência, tracionados e ancorados no concreto.

O concreto fica previamente comprimido, tornando-o um material mais eficiente.

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Materiais que compõem o concreto (cimento, pedra, areia e água) grande disponibilidade e baixo custo;

Boa resistência a compressão do concreto (usualmente fck 25 MPa a 50 MPa);

Baixa resistência a tração do concreto (cerca de 10% do fck), geralmente desprezada;

concreto possui comportamento bom à compressão e ruim à tração melhoria através de uma compressão prévia (protensão) nas regiões onde poderia haver tração.

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mkNM

my

IW

my

IW

mhb

I

mA

.1008

6.2,22

10.33,825,0

10.083,2

10.33,825,0

10.083,2

10.083,212

5,0.2,0

12

.

1,05,0.2,0

2

333

inf

inf

333

sup

sup

4333

2

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MPamkNW

M

I

yM12/000.12

1033,8

100.2

3

sup

sup

sup

MPamkNW

M

I

yM12/000.12

1033,8

100. 2

3

inf

infinf

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Aplicando uma protensão centrada (no CG da seção) de 1.200 kN, teremos:

MPaA

NP 12

1,0

10.1200 3

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Somando-se as tensões provenientes das cargas externas e as tensões devido à protensão:

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MPaW

M

A

NP 6,9

1033,8

15,0.10.1200

1,0

10.12003

33

sup

sup

Deslocando a força para a face inferior, aplica-se a protensão excêntrica a seguir:

MPaW

M

A

NP 6,33

1033,8

15,0.10.1200

1,0

10.12003

33

inf

inf

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Somando-se as tensões provenientes das cargas externas e as tensões devido à protensão:

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A protensão utilizada foi excessiva, já que na face inferior não só se eliminou a tração, como também apareceu uma compressão adicional. Desta forma, obtemos a protensão excêntrica correta:

kNPP

PP

W

M

A

N

W

MPqg

Pqg

429120001,0

1

10.33,8

15,0.

01033,8

15,0.

1,010.33,8

100

3

33

infinf

infinfinf

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Concluindo:

Nota-se que a protensão excêntrica é mais eficiente que a centrada. Conseguiu-se anular a tração inferior com uma força de 429 kN. Além disso, a tensão de compressão da face superior sofreu uma redução substancial.

Page 24: Concreto Protendido - 01 - Introduç_o

Excentricidade variável acompanha diagrama usual de momentos fletores.

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emprego de aços de alta resistência:

◦ no concreto armado provocariam grandes aberturas de fissuras;

◦ no concreto protendido são necessários pelas perdas de protensão.

controle das tensões de tração:

◦ se necessário podem ser eliminadas;

◦ se possível permiti-las, pode-se controlar a abertura das fissuras.

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permite vencer vãos maiores que o concreto armado;

para o mesmo vão permite redução da seção transversal;

facilita o uso da pré-fabricação, bem como oferece melhoria na condição de transporte;

diminuição da flecha, pelo aumento da rigidez;

permite o desenvolvimento de métodos construtivos como consolos sucessivos.

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No concreto protendido se utilizam concretos com resistências 2 a 3 vezes maiores que no concreto armado; os aços possuem resistência 4 a 5 vezes maiores. O aumento na resistência global da peça é muito maior que o conseqüente aumento no custo.

O concreto protendido é vantajoso: ◦ Edificações com vãos a partir de 8 metros para lajes sem vigas;

◦ Pontes em viga com vãos maiores que 25 metros.

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Armaduras ativas (protendidas): são constituídas pelos cabos de aço, pré-esticados e ancorados nas extremidades;

Armaduras passivas ou frouxas: são constituídas pelas barras de aço usuais de concreto armado, utilizadas nas seguintes posições:

◦ armaduras longitudinais: para melhorar o comportamento da viga e controlar a fissuração;

◦ armaduras transversais (estribos): resistir aos esforços de cisalhamento (modelo de treliça).

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Armaduras locais (fretagem): nos pontos de ancoragem das armaduras ativas, destinam-se a evitar a ruptura local do concreto;

Armaduras regionais (introdução de tensões): visam garantir o espalhamento das tensões para a seção integral da viga.

Page 30: Concreto Protendido - 01 - Introduç_o

Pontes (diversos métodos, exemplo: consolos sucessivos)

Page 31: Concreto Protendido - 01 - Introduç_o

Passarelas de pedestres

Page 32: Concreto Protendido - 01 - Introduç_o

Galpões e edifícios industriais

Page 33: Concreto Protendido - 01 - Introduç_o

Silos (protensão circular)

Page 34: Concreto Protendido - 01 - Introduç_o

Estruturas arrojadas (ex. Museu de Arte Contemporânea em Niterói, RJ)

Page 35: Concreto Protendido - 01 - Introduç_o

Edifícios construídos por pré-fabricação