Protensão- Materiais e disposições construtivas

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ESTRUTURAS
EM CONCRETO 
ARMADO
Priscila Correa
Revisão técnica:
André Luís Abitante 
Engenheiro Civil
Mestre em Engenharia e Ciência dos Materiais, 
ênfase em Controle de Processos 
Shanna Trichês Lucchesi
Mestre em Engenharia de Produção
Professora do curso de Engenharia Civil
Catalogação na publicação: Karin Lorien Menoncin CRB-10/2147
C825e Correa, Priscila Marques.
Estruturas em concreto armado / Priscila Marques Correa ; 
[revisão técnica : André Luís Abitante, Shanna Trichês 
Lucchesi]. – Porto Alegre : SAGAH, 2018.
160 p. : il. ; 22,5 cm 
ISBN 978-85-9502-301-7
1. Engenharia civil. 2. Concreto armado. I. Título. 
CDU 624.012.45
NOTA
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Associação Brasileira de Normas Técnicas. As Normas ABNT citadas nesta 
obra foram reproduzidas mediante autorização especial da ABNT.
Protensão: materiais e 
disposições construtivas
Objetivos de aprendizagem
Ao final deste texto, você deve apresentar os seguintes aprendizados:
  Determinar como funciona o sistema de protensão.
  Identi� car quais materiais são utilizados em estruturas protendidas.
  Detalhar o traçado geométrico da estrutura em protensão.
Introdução
Neste texto, você vai ver como funciona o sistema de protensão e os 
materiais utilizados em estruturas protendidas. Além disso, você vai es-
tudar detalhadamente o traçado geométrico da estrutura de protensão.
Sistema de protensão
O sistema de protensão (ou protendido) tem sido uma solução para engenhei-
ros e arquitetos, quando se trata das limitações de projetos de construção e 
execução de estruturas de concreto leves, sem sacrifi car a sua resistência.
O uso de armaduras protendidas em estruturas vem crescendo nas últimas 
décadas, principalmente para a construção de silos, tanques, pontes e viadutos. 
Como a própria palavra já menciona, protensão ou pré-tensão é o processo 
pelo qual se aplicam tensões de compressão prévia na peça concretada.
Para um melhor entendimento, imagine uma pessoa carregando vários 
cadernos sobrepostos. Para que eles sejam erguidos até o alcance da estante 
sem que caiam, ela precisará aplicar uma força horizontal, que gera uma força 
de atrito entre as fileiras; essas forças são capazes de superar o peso próprio 
U N I D A D E 3 
caraujo
Retângulo
caraujo
Retângulo
do conjunto. A aplicação dessa força é entendida como força de protenção, ou 
seja, cria pré-tensões contrárias àquelas forças de operação.
Na Figura 1, observa-se um exemplo de estrutura protendida (laje). Em 
função de esse tipo de estrutura apresentar aços de rigidez elevada, por exemplo, 
CP190, esses elementos apresentam maior durabilidade e resistência.
Figura 1. Laje de concreto protendido.
Fonte: Lopes ([2017]).
Protensão aplicada ao concreto
O concreto é um dos materiais mais usados na construção civil, e sua produção 
tem um custo relativamente baixo. A principal característica desse material 
é apresentar resistência a compressão axial; porém, a sua resistência a tração 
é baixa, podendo chegar a 10% da resistência a compressão. Dependendo do 
traço utilizado, o concreto pode sofrer tração, ocasionando fi ssuras e reduzindo 
a quase zero a resistência a tração. 
Como o concreto trabalha de maneira distinta a compressão e tração, 
dependendo da solicitação, é necessária uma compressão prévia — ou seja, 
protensão — nas regiões em que as solicitações produzem tensões de tração.
A protensão no concreto é uma forma de introduzir nas vigas esforços 
prévios que reduzam as tensões de tração no material, quando solicitado em 
Protensão: materiais e disposições construtivas2
serviço. Utilizam-se cabos de aço de elevada resistência, os quais devem estar 
tracionados e ancorados no concreto. 
Na Figura 2, observa-se uma viga de concreto armado, sujeita a esforço de 
flexão. É possível verificar que, na parte superior da viga, ocorre a compressão 
e, na inferior, um esforço de tração. Percebe-se que ocorre a fissuração, mas 
não a ruptura total, devido à resistência da armadura de aço.
Figura 2. Viga de concreto armado convencional.
Fonte: Martins ([200-?]).
Na Figura 3, observa-se uma aplicação de tensão prévia na viga de concreto, 
mediante o uso de cabos de aço tracionados e ancorados nas extremidades 
do elemento. O esforço ocasionado pela ancoragem do cabo denomina-se 
protensão.
Figura 3. Aplicação de uma protensão.
Fonte: Martins ([200-?]).
Sistemas com armaduras pré-tracionadas
Os sistemas com armaduras pré-tracionadas são mais adequados para insta-
lações fi xas (fábricas). Nesse sistema, ocorre um pré-alongamento da arma-
dura, no qual se utilizam apoios independentes do elemento estrutural. Esse 
pré-tracionamento da armadura ocorre antes do lançamento do concreto. 
3Protensão: materiais e disposições construtivas
Após a cura do concreto, a ligação da armadura com os apoios é desfeita e a 
ancoragem ocorre por aderência.
Na Figura 4, tem-se a representação de três vigas simultaneamente pré-
-tracionadas. O processo é dividido em seis etapas:
1. As armaduras são colocadas.
2. É realizada a fixação das armaduras.
3. A fixação é feita por meio de um dispositivo mecânico.
4. A placa de ancoragem da esquerda é fixa e a da direita é móvel. Ao 
longo do curso, estica-se a armadura, empurrando a placa móvel, a qual 
é fixada posteriormente por calços.
5. Mantêm-se as armaduras esticadas.
6. É feita a compactação do concreto nas formas, envolvendo as armaduras 
protendidas, as quais se aderem. Após a cura, a tensão é lentamente 
retirada das armaduras. 
Figura 4. Protensão de três vigas simultaneamente.
Fonte: Martins ([200-?]).
Sistemas com armaduras pós-tracionadas
Os sistemas com armaduras pós-tracionadas são muito utilizados quando a 
protensão é realizada em obra. Nesse sistema, ocorre um pré-alongamento 
da armadura após a cura do concreto, em que os apoios são partes do próprio 
elemento. A seguir, a aderência é atingida permanentemente, por meio de 
bainhas. Esse sistema é classifi cado conforme os tipos de cabos, os seus 
percursos na viga, os tipos e os posicionamentos das ancoragens, entre outros. 
Protensão: materiais e disposições construtivas4
Protensão com aderência inicial
Esse tipo de protenção é aplicado para a fabricação de pré-moldados de con-
creto protendido. A armadura ativa é posicionada, ancorada em blocos nas 
cabeceiras e tracionada. Posteriormente, coloca-se a armadura passiva, para 
então ocorrer o lançamento do concreto e seu adensamento. Depois da cura 
do concreto, retiram-se as formas e o equipamento que mantinha os cabos 
tracionados. Com isso, os fi os são cortados, transferindo a força de protensão 
para o concreto por meio da aderência, que deve estar desenvolvida.
Protensão com aderência posterior
A protensão é aplicada sobre uma peça com concreto no estado endurecido, 
e a aderência ocorre por meio da injeção de uma pasta de cimento no interior 
das bainhas, com auxílio da bomba injetora. Geralmente os cabos são pós-
-tracionados; quando a força de protensão é atingida, ocorre o ancoramento 
dos cabos (por cunhas metálicas ou argamassa de elevada resistência). 
Protensão sem aderência
A protensão é aplicada sobre o concreto já endurecido, não ocorrendo aderência 
entre os cabos e o concreto. A falta de aderência ocorre apenas para a armadura 
ativa, visto que a passiva sempre estará aderente ao concreto (Figura 5).
Figura 5. Protensão sem aderência.
Fonte: Veríssimo e Cesar Junior (1998).
5Protensão: materiais e disposições construtivas
Características referentes à aderência 
No Brasil, não é comum o uso de protensão sem aderência e, ao contrário dos 
Estados Unidos, a norma não versa sobre esse assunto. Não há uma padro-
nização entre os países sobre a questão da aderência, pois tanto o concreto 
protendido aderido como o não aderido têm suas particularidade.No protendido 
não aderido, as perdas por atrito são menores e há maior rapidez e facilidade 
em posicionar os cabos, com uma maior excentricidade. No caso do protendido 
com aderência, ocorre um aumento da capacidade das seções no estado limite 
último, a falha de um cabo tem consequências restritas e ocorre uma melhoria 
do comportamento da peça entre os estágios de fi ssuração e de ruptura.
Como observado na Figura 6, a aderência da armadura influencia no 
comportamento de fissuração do concreto, pois, quando não há aderência dos 
cabos, forma-se um maior número de fissuras de grande abertura. Quando a 
viga apresenta uma menor abertura, a armadura está mais protegida contra 
a corrosão.
Figura 6. Viga de concreto: A) com aderência; B) sem aderência.
Fonte: Veríssimo e Cesar Junior (1998).
Protensão: materiais e disposições construtivas6
A protensão nas vigas de concreto melhora a resistência quanto às solicitações de 
flexão e de cisalhamento.
Materiais utilizados em concreto protendido
O concreto protendido é composto pelos seguintes materiais: concreto simples, 
aço não protendido, aço protendido, ancoragem e bainhas metálicas.
Concreto
O emprego da protensão requer técnicas mais elaboradas do que as utilizadas 
para o concreto armado não protendido. Nesse sentido, o controle de qualidade 
é necessário do início ao fi m do processo.
A principal propriedade mecânica do concreto é a resistência a compressão 
axial ( fck). Essa resistência é determinada em ensaios de ruptura de corpos de 
prova normatizados. Por exemplo, o concreto não protendido apresenta uma 
resistência na faixa de 20 a 30 MPa, quando, nos concretos com protensão, a 
resistência é em torno de 30 a 40 MPa.
Geralmente é utilizado o cimento Portland CPIV, mas, em casos de con-
cretos especiais, como o concreto de alta resistência (CAR), é necessário o 
uso de cimentos especiais, como o cimento de alta resistência inicial (CPV). 
Armaduras não protendidas
Para as armaduras não protendidas, é comum utilizar vergalhões, que são usa-
dos em concreto armado. No caso de estruturas protendidas, essas armaduras 
recebem as qualifi cações de convencionais ou suplementares.
Os aços utilizados como armadura convencional são designados pela sigla 
CA (concreto armado), seguida pelo valor do limite de escoamento em kgf/mm².
Armaduras protendidas
Os aços utilizados para a produção de armaduras de protensão são classifi -
cados como:
7Protensão: materiais e disposições construtivas
  Fios trefilados de aço carbono, com diâmetros variando entre 3 mm a 
8 mm (Figura 7).
Figura 7. Fios trefilados.
Fonte: Alibaba (2017).
  Cordoalhas, constituídas por fios trefilados, enrolados em forma de 
hélice, podendo ser com dois, três ou sete fios. A classificação quanto à 
resistência a tração dos aços utilizados para a produção das cordoalhas 
é CP-190 e CP-210 (Figura 8).
Figura 8. Cordoalha.
Fonte: MFRural (2016).
Protensão: materiais e disposições construtivas8
  Barras de aço-liga, laminadas a quente, com diâmetro superior a 12 
mm (Figura 9).
Figura 9. Barra de aço-liga.
Fonte: Belians (2017). 
As principais propriedades mecânicas dos aços de protensão são:
  Limite de elasticidade de 0,01%.
  Limite de escoamento de 0,2%, após descarga.
Os aços de protensão devem ser tracionados com a maior tensão possível, 
para que não ocorra uma redução da tensão aplicada, após determinado tempo. 
Em geral, a perda não pode ultrapassar 20%. 
Bainhas para armaduras pós-tracionadas
Bainhas são tubos nos quais as armaduras de protensão são posicionadas, 
podendo ser com aderência posterior ou também sem aderência (Figura 10). 
São fabricadas em aço laminado, com diferentes espessuras, variando entre 0,1 
a 0,35 mm, e costurados em hélice. Para criar aderência, as bainhas são pre-
enchidas com argamassas. Elas devem atender aos seguintes quesitos: 
a) Ter uma boa barreira, para evitar a entrada da pasta para seu interior. 
b) Ter tamanho suficiente para comportar os cabos e a passagem da pasta 
de injeção.
9Protensão: materiais e disposições construtivas
Figura 10. Bainha metálica.
Fonte: Bastos (2015).
Ancoragem
Uma forma simples e econômica de fi xação dos fi os e das cordoalhas é por 
meio de cunhas e portas-cunha. As cunhas se apresentam de duas formas: bi 
ou tripartidas (Figura 11).
Figura 11. Elemento de ancoragem.
Fonte: Bastos (2015).
Protensão: materiais e disposições construtivas10
Traçado geométrico da estrutura em protensão
Estrutura protendida com armaduras pré-tracionadas
Em estruturas protendidas com armaduras pré-tracionadas, o traçado geomé-
trico é simples, em decorrência do processo construtivo. As armaduras podem 
ser retilíneas ou poligonais (Figura 12).
Figura 12. Estrutura protendida com armadura pré-tracionada.
Fonte: Hanal (2005).
Estrutura protendida com armaduras pós-tracionadas
Nas estruturas protendidas com armaduras pós-tracionadas, colocadas no 
interior de bainhas fl exíveis, os cabos podem assumir uma forma qualquer. 
Entretanto, deve-se evitar um elevado número de curvas, para reduzir as 
perdas por atrito.
Figura 13. Estrutura protendida com armadura pós-tracionada.
Fonte: Hanal (2005).
11Protensão: materiais e disposições construtivas
Acesse o link para conhecer mais sobre os fundamentos 
do concreto protendido Hanal (2005).
https://goo.gl/QYmTwN 
1. São características das estruturas 
de concreto protendido: 
a) o elevado custo de produção.
b) a baixa resistência a tração. 
c) a concretagem feita em camadas 
e adoção de enchimento 
com concreto celular.
d) a integração entre elementos 
de enchimento e pré-
moldados, eliminação das 
tensões transversais e 
facilidade de moldagem.
e) a ausência de fissuração, 
resistência a ambientes agressivos 
e obtenção de grandes vãos.
2. Com relação às cordoalhas de 
aço para concreto protendido, 
conforme o número de fios, 
estas se classificam em:
a) cordoalha com quatro fios e 
cordoalha com oito fios.
b) cordoalha com cinco fios e 
cordoalha com dez fios.
c) cordoalha com três fios e 
cordoalha com sete fios.
d) cordoalha com seis fios e 
cordoalha com doze fios.
e) cordoalha com quatro fios e 
cordoalha com nove fios.
3. Com relação às cordoalhas de 
aço para concreto protendido, 
conforme a resistência à tração, 
estas se classificam em:
a) CP-190 e CP-210.
b) CP-500 e CP-600.
c) CP-150 e CP-200.
d) CP-170 e CP-250.
e) CP-400 e CP-550.
4. Em uma estrutura de concreto 
protendido, o elemento construtivo 
que envolve e protege a 
armadura ativa é denominado:
a) ancoragem.
b) bainha.
c) cordoalha.
d) estribo.
e) forma.
5. Para a execução de uma passarela 
sobre uma via urbana, com vão 
livre de 10 m e gabarito acima de 
5 m, com custo de manutenção 
mínimo e previsto para até 
20 anos, deve-se utilizar:
a) qualquer tipo de estrutura. 
b) concreto armado. 
c) aço. 
d) aço ou concreto armado. 
e) concreto protendido.
Protensão: materiais e disposições construtivas12
https://goo.gl/QYmTwN
ALIBABA. Fios atrelados. 2017. Disponível em: <https://portuguese.alibaba.com/pro-
duct-detail/hot-sale-2-3mm-carbon-steel-spring-wires-cold-drawn-high-carbon-
-spring-steel-wire-1914014032.html>. Acesso em: 21 dez. 2017.
BASTOS, P. S. dos S. Concreto protendido. 2015. Disponível em: <http://wwwp.feb.
unesp.br/pbastos/Protendido/Ap.%20Protendido.pdf>. Acesso em: 21 dez. 2017.
BELIANS. Barra dywidag COFRESA (Pack). 2017. Disponível em: <https://belians.com/es/
chapas-de-muro/196-barra-dywidag-cofresa>. Acesso em: 21 dez. 2017.
HANAL, J. B. de. Fundamentos do concreto protendido. São Carlos: [s.n.], 2005. Disponível 
em: <http://www.set.eesc.usp.br/mdidatico/protendido/arquivos/cp_ebook_2005.
pdf>. Acesso em: 21 dez. 2017.
LOPES, M. Concreto protendido reduz custos, materiais e tempo de obra. [2017]. Dis-
ponível em: <http://www.temsustentavel.com.br/concreto-protendido-e-custos-
-materiais/#comments>. Acesso em: 21 dez. 2017.
MARTINS, F. Conceito de concreto protendido. [200-?]. Disponível em: <https://goo.gl/
dCwen3>. Acessoem: 21 dez. 2017.
MFRURAL. Cordoalhas para currais. 2016. Disponível em: <http://www.mfrural.com.
br/detalhe/cordoalhas-para-currais-166489.aspx>. Acesso em: 21 dez. 2017.
VERISSIMO, G. de S.; CESAR JUNIOR, K. M. L. Concreto protendido: fundamentos básicos. 
2017. Disponível em: <http://wwwp.feb.unesp.br/lutt/Concreto%20Protendido/CP-
-vol1.pdf>. Acesso em: 21 dez. 2017.
Leitura recomendada
QCONCURSOS.COM. Questões de concursos. [200-?]. Disponível em: <https://goo.gl/
jiaV82>. Acesso em: 21 dez. 2017.
13Protensão: materiais e disposições construtivas
https://portuguese.alibaba.com/pro-
http://wwwp.feb/
http://unesp.br/pbastos/Protendido/Ap.%20Protendido.pdf
https://belians.com/es/
http://www.set.eesc.usp.br/mdidatico/protendido/arquivos/cp_ebook_2005.
http://www.temsustentavel.com.br/concreto-protendido-e-custos-
https://goo.gl/
http://www.mfrural.com/
http://wwwp.feb.unesp.br/lutt/Concreto%20Protendido/CP-
http://qconcursos.com/
https://goo.gl/
Encerra aqui o trecho do livro disponibilizado para 
esta Unidade de Aprendizagem. Na Biblioteca Virtual 
da Instituição, você encontra a obra na íntegra.
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