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PUC-Campinas CEATEC Estruturas em Concreto D - PROTENDIDO Introdução – Definições Profa: Ana Elisabete P. G. A. Jacintho Bibliografia HANAI, J.B.(2005). “Fundamentos do Concreto Protendido” . E-book. EESC – USP. LEONHARDT, F.(1980). “Construções de Concreto – Concreto Protendido”. vol. 5. PFEIL, W.(1991). “Concreto Protendido – Processos Construtivos e Perdas de Protensão”. VERÍSSIMO, G.S.(1997). “Concreto Protendido – Fundamentos Básicos”. Notas de aula – UFV. VASCONCELOS, A.C.(1985). “O Concreto no Brasil – Recordes, Realizações e História”. vol. 1. CARVALHO, Roberto C.(2012). “Concreto Protendido”. Notas de aula. 2 PENSAMENTO “ PLANEJAR É UM MOMENTO DE REFLEXÃO SOBRE A AÇÃO QUE SE QUER FAZER, É UM MOMENTO DE PENSAR SOBRE O PROBLEMA PARA MELHOR AGIR.” 3 Definições “Protensão é um artifício que consiste em introduzir em uma estrutura um estado prévio de tensões capaz de melhorar sua resistência ou seu comportamento, sob diversas condições de carga.” (PFEIL(1991)) 4 (HANAI(2005)) (HANAI(2005)) Definições Protensão no Concreto – cria tensões de compressão onde haveriam tensões de tração. 5 (HANAI(2005)) (HANAI(2005)) Protensão Elementos de concreto protendido: São aqueles nos quais parte das armaduras são previamente alongadas por equipamentos especiais de protensão com a finalidade de, em condições de serviço, impedir ou limitar a fissuração e os deslocamentos da estrutura e propiciar o melhor aproveitamento de aços de alta resistência no estado limite último (ELU). Concreto para Protensão: Resistência mínima de 25MPa indo até 90MPa; Menor índice de vazios; Módulo de elasticidade – mais compatível com o aço de alta resistência; Maior durabilidade; 6 Histórico no Brasil Três primeiras obras: (projeto, equipamento, materiais importados da França) Ponte do Galeão no Rio de Janeiro – RJ (recorde mundial); Ponte do Juazeiro na Bahia – BA; Barragem de Ernestina em Passo Fundo – RS (1o. Barragem protendida); Primeiros projetos: Ponte sobre o canal do mangue no Rio de Janeiro; Viaduto de Deodoro no Rio de Janeiro; Ponte sobre o Rio Grande na via Anchieta em São Paulo; Ponte em viga contínua sobre o Rio Guassú em Minas Gerais; Marquise do Hipódromo de Porto Alegre no Rio Grande do Sul. 7 Histórico no Brasil 8 Alguns escritórios de cálculo de concreto protendido: França e Associados; ENECIL Engenharia; Heitor Nogueira; OUTEC Engenharia; EGT Engenharia; Kassoy e Franco Associados; Figueiredo Ferraz; Augusto Cantusio Neto; Arnoldo Wendler; Fernando Pita; Wagner Carvalho Nações Unidas Interesse 9 Concreto de 130MPa nos pilares Edifício E-Tower 150m de altura Lajes protendidas Interesse 10 Reforço externo no Viaduto de Hammersmith, Londres, Reino Unido Concreto (CUAD) de aproximadamente 180MPa – empresa Freyssinet Tempo da obra de reparo de 2012 à 2015. Aplicações 11 Vigas mais esbeltas Lajes com vãos maiores Aplicações 12 Ponte estaiada Ponte em arcos Reservatórios cilíndricos Aplicações - Pavimentos 13 Aplicações – Pontes 14 Armadura ARMADURA PASSIVA Qualquer armadura que não seja usada para produzir forças de protensão, isto é, que não seja previamente alongada. ARMADURA ATIVA (DE PROTENSÃO) Constituída por barra, fios isolados ou cordoalhas, destinada à produção de forças de protensão, isto é, na qual se aplica um pré alongamento inicial. 15 Aços para Protensão 16 CP 190 RB L Concreto Protendido fptk Resistência característica de ruptura em kN/cm2 RB Relaxação Baixa RN Relaxação Normal L – Fio liso E – Fio entalhe Bainha metálica Armadura de Fretagem 17 18 SISTEMA RUDLOFF Fios de Aço para Concreto Protendido 19 Fios de Aço para Concreto Protendido 20 Cordoalhas de Aços para Concreto Protendido 21 Cordoalhas de Aços para Concreto Protendido 22 Cordoalhas Engraxadas 23 Cordoalhas Engraxadas 24 Aços para Concreto Diagramas Tensão x Deformação 25 Vantagens do Concreto Protendido Emprego de aços de alta resistência Estes aços não são viáveis no concreto armado devido à presença de fissuras de abertura exagerada, provocadas pelas grandes deformações necessárias para explorar a sua alta resistência; Ao mesmo tempo que a alta resistência constitui uma necessidade para a efetivação do concreto protendido (por causa das perdas progressivas), ela elimina os problemas de fissuração do concreto. Eliminação das tensões de tração Consegue-se eliminar as tensões de tração e, portanto, a fissuração do concreto. Constitui um meio eficiente de controle de abertura de fissuras, quando houver permissão. 26 Vantagens do Concreto Protendido Redução das dimensões das seções O emprego obrigatório de aços de alta resistência associado a concretos de resistências maiores, permitem redução das dimensões da seção transversal com redução substancial do peso próprio. Tem-se, assim, estruturas mais leves que permitem vencer maiores vãos; Diminuição da flecha A protensão, praticamente, elimina a presença de seções fissuradas. Tem-se, assim, redução da flecha por eliminar a queda de rigidez a flexão correspondente à seção fissurada; Desenvolvimento de métodos construtivos A protensão permite criar sistemas construtivos diversos: balanço sucessivo, pré - moldados, etc. 27 Desvantagens do Concreto Protendido Corrosão do aço de protensão: Como nos aços de concreto armado, as armaduras de protensão também sofrem com a corrosão eletrolítica; No entanto, as armaduras protendidas apresentam outro tipo de corrosão, denominada corrosão sob tensão (stress-corrosion) fragilizando a seção da armadura, além de propiciar a ruptura frágil; Por este motivo a armadura protendida deve ser muito protegida. Qualidade da injeção de nata nas bainhas; Qualidade da capa engraxada nas cordoalhas engraxadas; Forças altas nas ancoragens; Controle de execução mais rigoroso; Cuidados especiais em estruturas hiperestáticas. 28 Desvantagens do Concreto Protendido Perdas de protensão Perdas imediatas: Que se verificam durante a operação de estiramento e ancoragem dos cabos; Perdas por atrito: Causadas pelo atrito entre o cabo e a bainha que o envolve; Perdas nas ancoragens: Provocadas por movimentos nas cunha de ancoragem, quando o esforço no cabo é transferido do macaco para a placa de apoio; Perdas por encurtamento elástico do concreto; Perdas retardadas, que ocorrem durante vários anos: Perdas por retração e fluência do concreto; Perdas por relaxação do aço. 29 Tipos de Concreto Protendido COM ADERÊNCIA INICIAL; COM ADERÊNCIA POSTERIOR; SEM ADERÊNCIA. 30 Protensão com aderência inicial Tensiona-se a armadura de protensão antes do endurecimento do concreto; Utiliza-se blocos de ancoragem fixos fora do elemento a ser protendido; O pré-alongamento da armadura ativa é feito utilizando-se esses blocos, antes do lançamento do concreto, sendo a ligação da armadura de protensão com os referidos apoios desfeita(cortada) após o endurecimento do concreto; A ancoragem no concreto realiza-se só por aderência. 31 32 33 34 35 Protensão com aderência posterior Aquela em que o pré alongamento da armadura (ativa de protensão) é realizado após o endurecimento do concreto, utilizando-se, como apoios, partes da própria peça, criando-se posteriormente aderência com o concreto de modo permanente, através da injeção das bainhas. Concretagem com a bainha embutida na peça; Colocação da armadura; Aplicação da protensão; Ancoragem da armadura estirada; Injeção de nata de cimento dentro da bainha estabelecendo aderência entre a armadura e o concreto. 36 37 38 39 Protensão com aderência posterior Sistema Rudloff: 1o. Processo de protensão genuinamente brasileiro; 40 41 42 Protensão sem AderênciaPós-Tração Concreto protendido em que o pré alongamento da armadura ativa é realizado após o endurecimento do concreto, sendo utilizados, como apoios, partes do próprio elemento estrutural, mas não sendo criada aderência com o concreto, ficando a armadura ligada ao concreto apenas em pontos localizados. 43 Protensão sem Aderência Pós-Tração 44 45 Protensão sem Aderência Pós-Tração 46 Durabilidade – Vida Útil Classe de Agressividade Ambiental Agressividade Risco de Deterioração da Estrutura I Fraca Insignificante II Média Pequeno III Forte Grande IV Muito forte Elevado 47 Classe de Agressividade – Qualidade do Concreto Concreto Classe de Agressividade Tipo I II III IV Relação a/c (em massa) CA CP 0,65 0,60 0,60 0,55 0,55 0,50 0,45 0,45 Classe de Concreto (NBR 8953) CA CP C20 C25 C25 C30 C30 C35 C40 C40 CA concreto armado CP concreto protendido 48 Classe de Agressividade – Cobrimento Nominal Cnom (mm) Componente ou Elemento Classe de Agressividade I II III IV2) Concreto Armado Laje1) 20 25 35 45 Viga / Pilar 25 30 40 50 Concreto Protendido Todos 30 35 45 55 1) Para a face superior de lajes e vigas que serão revestidas com argamassa de contrapiso, com revestimentos finais secos, com argamassa de revestimento e acabamento e outros tantos, os valores desta tabela podem ser alterados desde que respeitado um cobrimento nominal 15mm. 2) As faces inferiores de obras em ambientes química e intensamente agressivos devem ter cobrimento nominal 45mm. 49 Classe de Agressividade – Fissuração Tipo de concreto estrutural Classe de agressividade ambiental (CAA) e tipo de proteção Exigências relativas à fissuração Combinação de ações em serviço a utilizar Concreto simples CAA I a CAA IV Não há -- Concreto armado CAA I ELS-W wk 0,4 mm Combinação freqüente CAA II a CAA IV ELS-W wk 0,3 mm Combinação freqüente Concreto protendido nível 1 ( protensão parcial ) Pré tração com CAA I ou Pós tração com CAA I e II ELS-W wk 0,2 mm Combinação freqüente Concreto protendido nível 2 ( protensão limitada) Pré tração com CAA II ou Pós tração com CAA III e IV Verificar as duas condições abaixo ELS-F Combinação freqüente ELS-D * Combinação quase permanente Concreto protendido nível 3 (protensão completa) Pré tração com CAA III e IV Verificar as duas condições abaixo ELS-F Combinação rara ELS-D * Combinação freqüente As definições de ELS-W, ELS-F e ELS-D encontram-se no item 3.2 . Para as classes de agressividade ambiental CAA-III e IV exige-se que as cordoalhas não aderentes tenham proteção especial na região de suas ancoragens. * A critério do projetista, o ELS-D pode ser substituído pelo ELS-DP com ap = 25 mm (figura 1). 50 Protensão centrada e excêntrica Noções iniciais de Protensão Conceito de Protensão 52 Protensão Axial Protensão aplicada no centro de gravidade da seção transversal : Tensões devido ao carregamento distribuído Bordo inferior (1 ou ‘): Bordo superior (2 ou “): Obs: Ic = momento de inércia da seção transversal Ac = área da seção transversal y' e y” = distância do CG à borda inferior e superior respectivamente 53 c cp A P 'y I M ' c "y I M " c Protensão Axial Tensões finais nos bordos da seção transversal: Bordo inferior: Bordo superior: Convenção de Sinais: Compressão: Tração: 54 'y I M A P ' cc "y I M A P " cc Protensão Excêntrica Protensão aplicada com excentricidade: Bordo inferior: Bordo superior: Tensões devido ao carregamento distribuído: Bordo inferior (1): Bordo superior (2): 55 'y I eP A P ' c p c p 'y I M ' c c "y I M " c c "y I eP A P " c p c p Protensão Excêntrica Tensões finais nos bordos da seção transversal: Bordo inferior: Bordo superior: Convenção de Sinais: Compressão: Tração: 56 'y I M 'y I eP A P ' cc p c "y I M "y I eP A P " cc p c
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