CONCRETO PROTENDIDO 1

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CAPÍTULO 1 – INTRODUÇÃO AO CONCRETO PROTENDIDO 
 
1.1 DEFINIÇÃO DE PROTENSÃO 
A protensão é um artifício que consiste em introduzir num elemento estrutural, através do 
alongamento das suas armaduras, um estado prévio de tensões capaz de melhorar sua 
resistência ou seu comportamento sob diversas condições de carga. 
 
 
O material mais empregado em aplicações práticas da protensão é o concreto protendido, 
embora a protensão poder ser associada a outros materiais, como o aço e a madeira. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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1.2 A PROTENSÃO APLICADA AO CONCRETO 
No concreto armado convencional, o aço é utilizado para absorver os esforços de tração, 
sendo que os esforços de compressão são resistidos pelo concreto. Isto é possível pois: 
a) existe aderência entre o concreto e o aço; 
b) os dois materiais têm o mesmo coeficiente de dilatação térmica; 
c) o concreto protege o aço contra a corrosão. 
A protensão introduz esforços que diminuem (ou anulam) as tensões de tração no concreto, 
mudando assim a faixa de trabalho do concreto para o âmbito das tensões de compressão, 
onde o material é eficiente. Utilizam-se para tanto aços de alta resistência, atuando sob 
tensões elevadas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
O artifício da protensão tem importância particular no caso do concreto, por ser este um 
dos materiais mais importantes empregados na construção, cujos componentes (cimento, 
pedra, areia e água) são disponíveis a baixo custo. Além do mais, o concreto tem boa 
resistência à compressão e sua resistência à tração é pequena (cerca de 10% da resistência 
à compressão) e pouco confiável. Assim sendo, o seu comportamento pode ser melhorado 
através da aplicação de uma compressão prévia (protensão) nas regiões onde as 
solicitações produzem tensões de tração. 
 
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Em uma viga de concreto armado convencional, sujeita a um momento fletor solicitante M, 
conforme figura acima, a parte superior da seção é comprimida e as tensões σc de 
compressão são absorvidas pelo concreto. A parte inferior da seção é tracionada e os 
esforços de tração (tensões σs) são resistidos pelas armaduras de aço. Se as resistências dos 
materiais forem aumentadas, ou seja, valores mais elevados de σc e σs , a capacidade de 
carga da seção será também aumentada. Porém, com tensões elevadas e grandes 
deformações da armadura, aumenta a fissuração do concreto, diminuindo a proteção contra 
a corrosão. Portanto, a fissuração limita o campo de aplicação do concreto armado e o 
aproveitamento dos materiais de elevada resistência produzidos atualmente. 
O artifício da protensão aplicado ao concreto consiste em introduzir esforços que anulem 
ou limitem as tensões de tração e, consequentemente, reduzam ou eliminem o problema da 
fissuração como fator determinante no dimensionamento do elemento estrutural. 
Na prática, a protensão do concreto é realizada através de cabos de aço de alta resistência 
que são tracionados e ancorados no próprio concreto. Assim, com armaduras em forma de 
cabos tracionados e ancorados, trabalhando com tensões elevadas, e a faixa de trabalho do 
concreto deslocada para o âmbito das compressões, pode-se compatibilizar o trabalho 
simultâneo de um material com elevada resistência à compressão (concreto) com outro de 
elevada resistência à tração (aço). 
 
 
 
 
 
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1.3 VANTAGENS E DESVANTAGENS DO CONCRETO PROTENDIDO 
Em relação ao concreto armado convencional, o concreto protendido apresenta diversas 
vantagens: 
‚ Redução das tensões de tração; 
‚ Redução da fissuração, aumentando a durabilidade; 
‚ As deformações permanecem pequenas; 
‚ Emprego eficiente de materiais de maior resistência; 
‚ Elevada resistência à fadiga, pois a amplitude de oscilações das tensões no aço 
permanece pequena; 
‚ Permite estruturas com maior esbeltez: vãos maiores para mesma altura estrutural, 
ou menores alturas estruturais para mesmo vão; 
‚ Facilita a generalização dos processos de pré-moldagem e pré-fabricação; 
‚ As operações de protensão constituem uma “prova de carga” da estrutura. 
Em contrapartida, algumas desvantagens podem também ser relacionadas: 
‚ Exigência de melhor controle de execução; 
‚ Exigência de cuidados especiais quanto à proteção contra a corrosão dos aços de 
alta resistência; 
‚ As operações de protensão exigem pessoal e equipamento especializados; 
‚ As construções protendidas exigem atenção e controles superiores aos necessários 
para o concreto armado convencional. 
 
1.4 GRAUS DE PROTENSÃO 
Nas condições da peça em serviço, conforme a quantidade de protensão aplicada, podem-
se estabelecer os seguintes níveis, ou graus, de protensão: 
 
1.4.1 Concreto protendido com protensão completa 
As tensões de compressão devidas à protensão são elevadas, de tal maneira que não se 
verificam tensões de tração oriundas da combinação das forças de protensão com as cargas 
em serviço (σc m 0). 
 
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1.4.2 Concreto protendido com protensão limitada 
As tensões de compressão provocadas pela protensão no concreto são de menor valor 
relativo, de modo que aparecem tensões moderadas de tração no concreto, sob efeito da 
protensão mais as cargas em serviço. Essas tensões de tração são limitadas ao valor 
admissível fctk, de modo a impedir a fissuração da peça (σc [ fctk ). 
 
1.4.3 Concreto protendido com protensão parcial 
As tensões de compressão provocadas pela protensão no concreto têm valor relativo ainda 
menor que na protensão limitada, de modo que aparecem tensões elevadas de tração no 
concreto, quando atuam as cargas em serviço, produzindo-se a fissuração da peça. Neste 
caso, o que interessa é impedir que a fissuração seja tal que a proteção do aço contra a 
corrosão fique prejudicada (σc > fctk ). 
 
1.5 CONCEITO DE PROTENSÃO COMO FORÇA EXTERNA APLICADA 
A protensão pode ser vista como uma força externa que comprime o concreto, melhorando 
suas condições de trabalho. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Seja a viga ilustrada na figura acima, onde o esforço de protensão é aplicado com uma 
excentricidade ep em relação ao centro de gravidade da seção transversal. As tensões 
causadas pela protensão (Fig. d) constam de duas parcelas: a primeira, de compressão 
simples (Fig. b), e a segunda, de flexão devida ao momento P x ep (Fig. c). 
Somando o diagrama de tensões de protensão (Fig. d) com o das cargas de serviço (Fig. f), 
obtém-se o diagrama final (Fig. g). Considerando-se um caso particular de protensão 
completa, devemos ter: 
 bordo inferior Æ 01 ≥cσ 
 bordo superiro Æ cc σσ ≤2 
 
1.6 EXERCÍCIO PROPOSTO 
Seja uma viga simplesmente apoiada com 12 m de vão e sujeita a uma carga distribuída de 
utilização igual a 35 kN/m, ao longo de todo o comprimento da viga, conforme ilustrado 
abaixo. A seção transversal da viga também é mostrada na figura. Calcular a força final de 
protensão, necessária na seção do meio do vão, para que esta seção permaneça totalmente 
comprimida, supondo: 
a) cabo posicionado no centro de gravidade da seção; 
b) cabo posicionado a 10 cm da face inferior da viga. 
 
 
 
 
 
 
1.7 DESENVOLVIMENTO DO CONCRETO PROTENDIDO 
O desenvolvimento de materiais estruturais pode ser descrito através de três colunas 
diferentes, como mostrado na figura. A primeira coluna mostra materiais que resistem à 
compressão,começando com pedras e tijolos, passando pelo concreto e, mais 
recentemente, o concreto de alto desempenho. Para materiais com resistência à tração, 
usavam-se bambus e cordas, depois barras de ferro e de aço, chegando no aço de alta 
resistência. A terceira coluna indica materiais que resistem tanto à compressão quanto à 
tração, ou seja, flexão. No início era utilizada a madeira, em seguida o concreto armado e, 
finalmente, o concreto protendido foi desenvolvido. 
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Pedras
Tijolos
Concreto
MATERIAIS RESISTENTES
À COMPRESSÃO
Madeira
Aço estrutural
MATERIAIS RESISTENTES
À TRAÇÃO E COMPRESSÃO
Bambus
Cordas
Barras de ferro
Fios de aço
MATERIAIS RESISTENTES
À TRAÇÃO
CONCRETO
ARMADO
Concreto de
alta resistência
Aço de
alta resistência
CONCRETO
PROTENDIDO
COMBINAÇÃO PASSIVA
COMBINAÇÃO ATIVA
Pedras
Tijolos
Concreto
MATERIAIS RESISTENTES
À COMPRESSÃO
Madeira
Aço estrutural
MATERIAIS RESISTENTES
À TRAÇÃO E COMPRESSÃO
Bambus
Cordas
Barras de ferro
Fios de aço
MATERIAIS RESISTENTES
À TRAÇÃO
CONCRETO
ARMADO
Concreto de
alta resistência
Aço de
alta resistência
CONCRETO
PROTENDIDO
COMBINAÇÃO PASSIVA
COMBINAÇÃO ATIVA
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A principal diferença entre o concreto armado e o protendido está em que o concreto 
armado combina concreto e barras de aço simplesmente colocando-os juntos. Por outro 
lado, o concreto protendido combina concreto de alta resistência com aço de alta 
resistência em uma maneira “ativa”, tensionando e ancorando o aço contra o concreto. 
 
1.8 BREVE HISTÓRICO 
A idéia da protensão é muito antiga. Já se pensava há muito tempo em arcos de barril 
tensionados e aros pré-encolhidos para rodas de madeira. A primeira proposição de se pré-
tensionar o concreto foi feita por Jackson em 1886, em São Francisco. Em 1906, Koenen 
realizou o primeiro ensaio com armadura concretada sob tensão em Berlim. A protensão 
era perdida devido aos efeitos da retração e da fluência do concreto, ainda não conhecidos 
naquela época. Em 1919, Wettstein foi o primeiro a empregar aço de alta resistência sob 
elevadas tensões. 
Eugène Freyssinet, que em 1928 patenteou um sistema de protensão com tensões no aço 
superiores a 400 MPa. Freyssinet, o primeiro a executar uma obra em concreto protendido, 
pesquisou a retração e a fluência do concreto, tendo daí retirado as conclusões corretas 
aplicáveis ao concreto protendido. 
Seguiram-se novas invenções e contribuições, principalmente de engenheiros alemães. Em 
1938 foram construídas as primeiras pontes alemãs em concreto protendido. Foram 
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desenvolvidos os primeiros processos de protensão, além do processo Freyssinet: o 
processo da empresa Dyckerhoff & Widmann (Dywidag) e o processo Leoba, de 
Leonhardt e Baur. Entre 1940 e 1942, Gustave Magnel, da Bélgica, desenvolveu um 
processo particular de protensão. Magnel também escreveu o primeiro livro sobre concreto 
protendido, em 1948. 
A partir de 1949 o desenvolvimento do concreto protendido acelerou-se através de 
inúmeras aplicações em pontes e grandes estruturas. Em 1950, realizou-se em Paris a 
primeira conferência sobre concreto protendido, onde posteriormente a Fédération 
Internationale de la Précontraint (FIP) estabeleceu sua sede. Após 1956, o 
desenvolvimento caracterizou-se pelo aumento de capacidade das unidades de protensão e 
pela racionalização dos métodos de execução, principalmente na construção de pontes.