Concreto protendido

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CONCRETO PROTENDIDO 
APRESENTAÇÃO 
O presente trabalho tem como principal objetivo, complementar os estudos e o aprendizado da disciplina de protendido, ministrada no curso de Bacharel em Engenharia Civil da Faculdade Metropolitana de Marabá, o qual foi desenvolvido através de revisões bibliográficas e aulas expositivas em sala de aula. Diante da ampla gama do tema, a proposta deste trabalho é apresentar os principais sistemas de protensão, suas aplicações e os respectivos projetos de execução.
1.INTRODUÇÃO
Apesar do seu conceito amplo, quando aplicado à engenharia civil a protensão pode ser definida como: “Um artifício de introduzir, numa estrutura, um estado prévio de tensões, de modo a melhorar sua resistência ou seu comportamento, sob ação de diversas condições de cargas.” (PFEIL, 1984, p.03).
Para uma didática mais restrita a área da engenharia, entende se por protensão como sendo: 
[...] uma técnica que aplica tensões de compressão nos elementos estruturais, através do pré-alongamento de fios e cordoalhas de aços de alta resistência, a fim de melhorar o desempenho em serviço das estruturas de concreto armado ampliando os seus limites de aplicação (SILVA FILHO, 2010, p.09).
 Desta forma quando tais técnicas são aplicadas em estruturas de concreto simples ou armado, essa passa a ser denominada de estrutura de concreto protendido.
Segundo a norma brasileira, "Estruturas de Concreto Protendido" são aquelas que são submetidos a um sistema de forças especialmente e permanentemente aplicadas, chamadas de forças de protensão. Estas forças são tais que, em condições de utilização, quando agirem simultaneamente com as demais ações (cargas permanentes, acidentais ou outros agentes), impeçam ou limitem a fissuração do concreto (item 3.1.1 da NBR 7197/89).
Os parâmetros nacionais de referência para a fabricação, controle e execução de estruturas de concreto protendido, estão dispostos na Associação Brasileira de Normas Técnicas ABNT- NBR 7197/1989, cancelada em 31/03/2004 e substituída pela NBR 6118/2003, desta forma o Concreto protendido é tratado como um dos tipos de concreto estrutural, que abrange o concreto simples, armado e o protendido, conforme a NBR 6118/2003 Projeto de Estruturas de concreto, e a NBR 14931/2004 Execução de Estruturas de Concreto e outras normas correlatas.
2. SISTEMAS DE PROTENSÃO
Nas palavras de Veríssimo (2010), é preciso esclarecer que existe uma diferença conceitual entre os termos sistemas de protensão e tipos de protensão. Genericamente os sistemas de protensão se reduzem basicamente a dois:
[...] Protensão com aderência inicial e protensão com aderência posterior, ou seja o elemento que os distingue é a ocasião em que ocorre a aderência ou não, da armadura protendida com o restante da peça em relação a cura do concreto. Já o termo tipo de protensão se refere ao efeito final da força de protensão na peça sob o ponto de vista das tensões atuantes, que podem se caracterizar como protensão completa ou protensão parcial. (VERÍSSIMO, 1997, p.35)
2.1 PROTENSÃO COM ADERÊNCIA INICIAL (concreto com armadura ativa pré-tracionada)
Neste tipo de sistema de protensão, de acordo com, Hanai (2005), o pré-alongamento da armadura ativa é feito utilizando-se apoios independentes do elemento estrutural, antes do lançamento do concreto”, sendo a ligação da armadura de protensão com os referidos apoios desfeita após o endurecimento do concreto; a ancoragem no concreto realiza-se apenas por aderência entre a cordoalha ou chapa de aço e o concreto.
	A principal característica desse tipo de protensão é a ancoragem da armadura protendida a qual é realizada pela própria aderência do aço com o concreto é importante frisar que nesse sistema o concreto utilizado possui uma resistência na faixa de 25 Mpa a 50 Mpa; resistências elevadas do concreto são necessárias por diversos motivos:
a introdução da força de protensão pode causar forças de solicitações prévia muito elevadas, frequentemente mais altas que as correspondentes a uma solicitação de serviço;
o emprego de concreto e aços de alta resistência permite em geral da redução das dimensões das peças, diminuindo assim seu peso próprio , o que é primordial sobretudo no caso de elementos pré-moldados;
concretos de resistência mais alta em geral também tem modulo de deformação mais elevado, o que diminui tanta as deformações imediatas como as que ocorrem a longo do tempo, provocadas pela fluência do concreto
 
2.1.1 APLICAÇÕES PROTENSÃO COM ADERÊNCIA INICIAL
As principais estruturas que fazem uso dessa tecnologia é na fabricação de pré-moldados de concreto protendido:
vigas pré-moldadas
dormentes de trilhos de concreto protendido
lajes pré-moldadas
tabuleiros de pontes 
placas e estruturas similares de concreto 
Figura 01: vigas pré-moldadas protendidas com aderência inicial
Fonte: http://teaprefabricados.blogspot.com.br/
2.1.2 EXECUÇÃO PROTENSÃO COM ADERÊNCIA INICIAL
nas pistas de protensão a armadura ativa é posicionada de acordo com a necessidade de projeto
em seguida ancorada em blocos nas cabeceiras e tracionadas
o concreto e lançado e adensado nas formas por onde passam as armaduras passivas 
a peça passa pelo o processo de cura do concreto
após a cura as formas são retiradas 
os equipamentos que mantinhas os cabos tracionados são retirados 
os cabos são cortados de acordo com as dimensões da peça
a força de protensão é transferida para o concreto pela aderência, que nessa ocasião deve estar suficientemente desenvolvida 
Figura 02: pistas de protensão com aderência inicial
Fonte: http://slideplayer.com.br/slide/365099/-jpeg
Na figura 03 é possível visualizar o processo de fabricação de estruturas com aderência inicial, com as armaduras pré-tracionadas já posicionadas nas formas o lançamento do concreto e o corte das peças com as dimensões desejadas.
Figura 03: processo de fabricação de peças protendidas com aderência inicial 
Fonte: http://www.aecweb.com.br/prod/cont/m/lajes-alveolares-lajeal_30344_27836_9343-jpeg
2.2 PROTENSÃO COM ADERÊNCIA POSTERIOR (concreto com armadura ativa pós-tracionada)
 
Neste caso, a protensão é aplicada sobre uma peça de concreto já endurecido e a aderência se dá posteriormente através da injeção de uma calda de cimento no interior das bainhas, com o auxílio de uma bomba injetora. Geralmente os cabos são pós-tracionados por meio de macacos hidráulicos que se apoiam nas próprias peças de concretos já endurecido. Quando a força de protensão atinge o valor especificado onde os cabos são ancorados por meios de dispositivos especiais.
2.2.1 APLICAÇÃO PROTENSÃO COM ADERÊNCIA POSTERIOR
Este sistema é muito utilizado em estruturas que precisam ser rotendidas em loco em projetos que não adotam estruturas pré-moldadas, a redução da área de concreto e de aço e a possibilidade de realizar projetos arquitetônicos ousados e modernos justificam a adoção dessa tecnologia.
Vigas com necessidade de vencer grandes vãos 
Lages nervuradas
Estruturas esbeltas 
Pontes 
Vigas em balanço
Figura 04: MASP (museu de arte de São Paulo) sistema estrutural em concreto protendido
Fonte:https://spinfoco.wordpress.com/2013/06/25/o-museu-mais-famoso-da-cidade-uma-breve-historia-do-masp/jpeg
Como já citado anteriormente o concreto destinado a peças protendidas além de elevadas resistências, precisam de um bom controle da retração, da fluência e também de uma baixa permeabilidade para proteção da armadura contra a corrosão. Estas medidas visam a melhorar o desempenho da peça estruturalmente em relação a sua durabilidade.
2.2.2 EXECUÇÃO PROTENSÃO COM ADERÊNCIA POSTERIOR
a) as cordoalhas são alojadas dentro das bainhas, metálicas ou não, que acompanham o traçado do cabo dentro da peça. Este sistema possibilita um traçado de maior facilidade para a execução do processo e uma boa proteção do cabo.
Figura 05: bainhas dispostas no interior da peça
Fonte:http://infraestruturaurbana.pini.com.br/solucoes-tecnicas/19/protensao-em-tabuleiros-de-pontes-.aspxb) de acordo com o tipo de protensão, completa, parcial ou limitada a armadura ativa alojada e ancorada na própria peça por meios de equipamentos de ancoragem específicos como os demonstrados na figura 05.
Figura 05: dispositivos de ancoragem
Fonte: http://www.algabrasil.com.br/pdf
c) assim que a estrutura for totalmente concretada, alcançar a idade de cura e atingir a resistência estabelecida em projeto a cordoalha ou cabo de aços são tracionados por meios de macacos hidráulicos e fixados por cunhas ou porcas especiais
Figura 06: macaco hidráulico realizando a pós-tensão
Fonte: http://wwwp.feb.unesp.br/pbastos/Protendido/Ap.20Protendido.pdf
d) devidamente fixada a armadura ativa em chapas em contado direto com a estrutura, a bainha que a envolve é preenchida por uma pasta de cimento de resistência elevada por meio de uma bomba injetora de alta pressão, que tem o papel de proporcionar a aderência posterior da armadura na peça, além de protege-la contra as agressões do ambiente. 
Figura 07: bomba injetora de alta pressão
Fonte: http://wwwp.feb.unesp.br/pbastos/Protendido/Ap.20Protendido.pdf
2.3 PROTENSÃO SEM ADERÊNCIA
A protensão não aderente é regida pelos mesmos princípios do sistema anterior. A diferença é que no sistema não aderente os cabos já vem isolados por uma capa que serve de bainhas. Há ainda uma camada de graxa que se sobrepõe a cordoalha e a capa, lubrificando e reduzindo o atrito entre as partes.
Principais caraterísticas desse sistemas são:
Dispensa o uso de bainhas e posterior injeção de calda de cimento.
Baixa perda por atritos
Simplificação do processo de protensão (macaco portátil e de fácil manuseio)
Cordoalhas flexíveis com boa trabalhabilidade na montagem
Pequenas ancoragens minimizando o problema de concentração de tensões 
Proteção garantida contra oxidações 
Figura 07: Cordoalhas revertidas e engraxadas para protensão sem aderência.
Fonte http://techne.pini.com.br/engenharia-civil/185/artigo286936-2.jpeg
2.3.1 APLICAÇÃO PROTENSÃO SEM ADERÊNCIA 
	
A aplicação sem aderência é aplicada sobre uma peça de concreto já endurecido não havendo, entretanto, aderência entre os cabos e o concreto. A inexistência de aderência refere-se apenas a armadura ativa, já que a armadura passiva sempre deve estar aderente ao concreto.
Utiliza se também outros sistemas de protensão sem aderência nos quais os cabos são colocados externamente à peça de concreto já moldada, como no caso de vigas armadas com tirantes externos. Essa solução é mais frequente em obras de reforço de estruturas pré-existentes.
No entanto sua aplicação está presente em praticamente todas as áreas da construção civil, como:
lajes nervuradas 
vigas de concreto armado, com vãos de grandes dimensões,
pisos de estacionamentos 
barragens 
pontes 
silos
2.3.2 EXECUÇÃO PROTENSÃO SEM ADERÊNCIA
as cordoalhas próprias para esse sistema, possuem diâmetros entre 12,7mm (Ø ½”) ou 15,2mm (Ø 5/8”) são alojadas dentro das estruturas que receberão a protensão geralmente acompanham o traçado do cabo dentro da peça, ou quando necessário, são fixadas por meios de dispositivos chamados pontos de rebaixamento ou elevação das armaduras ativas.
Figura 08: disposição das cordoalhas de aço no interior da estrutura 
Fonte:http://mulpix.com/instagram/engineering_engineer_engenharia_construcaocivil.html-jpeg
b) as cordoalhas são fixadas nas duas extremidades da peça estrutural de acordo com a necessidade do projeto e o com o tipo de ancoragem. O mais comumente utilizado nesse sistema é a ancoragem por cunha.
Figura 08: dispositivo de ancoragem tipo cunha
Fonte : http://slideplayer.com.br/slide/7300083-PDF
c) assim que a estrutura for totalmente concretada, alcançar a idade de cura e atingir a resistência estabelecida em projeto a cordoalha ou cabo de aços são tracionados por meios de macacos hidráulicos e fixados por cunhas ou porcas especiais.
Figura 09: cordoalhas sendo tracionadas
Fonte http://techne.pini.com.br/engenharia-civil/185/artigo286936-1.jpeg
3. CONCLUSÃO
A protensão não aderente, é o que apresenta processo de execução relativamente mais simples dentre os três apresentados. Com equipamentos portáteis, materiais flexíveis e de boa trabalhabilidade, facilitam a execução do projeto, além de, necessitar de mão de obra reduzida para tal, também apresenta um bom custo benefício quando associado ao concreto armado para melhorar o desempenho de estruturas que estão submetidas a grandes esforços de tração, porém, esbarra em algumas desvantagens quando comparados com os outros dois sistemas com protensão aderente.
Em relação ao de aderência inicial, mais usados em estruturas pré-fabricadas, este possui um melhor controle de qualidade, e pode produzir estruturas mais seguras, resistentes e precisas, sendo que, obras que utilizam esse sistema construtivo são consideras obras limpas, pois, geram menos aspectos ambientais, todavia, como desvantagem o custo ainda é alto, pois, requer uma logística de equipamentos e mão de obra específicos e a fabricação das estruturas geralmente ocorre longe da obra, o que também implica custos com transporte e tempo.
A protensão com aderência posterior, fornece excelentes propriedades a estrutura, aproveitando o máximo a resistência mecânica dos seus principais materiais constituintes, o concreto e o aço, reduzindo assim as suas quantidades, estruturas que fazem uso dessa tecnologia precisam de pouca ou nenhuma necessidade de manutenção, isso justifica o custo benefício.
Esse tipo de pontensão, proporciona estruturas seguras e duradouras, sua vantagem em relação a aderência inicial, é poder ser realizada in locu, no próprio canteiro de obras, tem um bom controle de deformações e fissurações reduzidas nas peças. Podem ser aplicadas em ambientes agressivos e em reforços estruturais, até mesmo em peças pré-fabricadas.
Igualmente versátil, esse sistema também precisa de pessoas especializadas para realiza-lo, o que geralmente é restrito a empresas que detém patentes desse processo, o que eleva o custo. Polui mais em relação aos outros dois sistemas anteriores, fator este que pode ser relevante, para um cliente ou empresa que busca implementar a série ISO 14000, ou seguir outras normas correlatas.
É evidente que todos os sistemas apresentados têm suas vantagens e desvantagens, fica a cargo dos profissionais da engenharia, analisar e escolher o que melhor se encaixa dentro da realidade do projeto. Sobretudo, é inquestionável a importância desses sistemas, para a evolução da construção civil ao longo dos tempos, mesmo com a certeza que, ainda há muito o que melhorar, com surgimentos de materiais mais leves e resistentes, o importante é que esses profissionais tenham o conhecimento destes sistemas e o ponham em pratica com as tecnologias que dispomos no momento.
BIBLIOGRAFIA
HENAI, João bento de, Fundamentos do concreto protendido, Universidade de São Paulo, escola de engenharia de São Carlos, departamento de estruturas, São Carlos, 2005.
Carlos alberto Ibiapina e silva e filho, procedimentos para ensaio de viga de concreto protendido com cordoalha não aderente, UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ, DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ESTRUTURAL E CONSTRUÇÃO CIVIL, FORTALEZA, 2010.
(Walter Pfeil, Concreto Protendido – vol 1, Livros Técnicos e científicos editora Ltda.)
"protensão", in Dicionário Priberam da Língua Portuguesa [em linha], 2008-2013, disponível em http://www.priberam.pt/dlpo/protens%C3%A3o <acessado em 17-08-2016>
https://valeriaengenharia.wordpress.com/2015/09/27/criacao-e-leitura-de-projetos-de-protensao/
PFEIL,Walter concreto protendido – visão geral,<http://www.ecivilnet.com/artigos/concreto_protendido.htm>
http://www.aarquiteta.com.br/blog/engenharia-e-construcao-civil/concreto-protendido/
http://www.aarquiteta.com.br/blog/engenharia-e-construcao-civil/concreto-protendido/
Pfeil, Walter (1984); “Concreto protendido Vol.1- Introdução” LTC Editora, Rio de Janeiro.
https://www.abntcatalogo.com.br/norma.aspx?ID=53095acesso em 18/08/16