2Materiais e sistemas para protenso

DEFINIES

2.1 Definies (conforme o projeto de norma NB1-2000- Projeto deEstruturas de Concreto).

2.1.1. Elementos de concreto protendido.

Aqueles nos quais parte das armaduras so previamente alongadas por equipamentos especiais deprotenso com a finalidade de, em condies de servio, impedir ou limitar a fissurao e osdeslocamentos da estrutura e propiciar o melhor aproveitamento de aos de alta resistncia no ELU.

A resistncia usual do concreto (fck) varia de 24 MPa a 50 MPa.

Normalmente, as foras de protenso so obtidas utilizando-se armaduras de altaresistncia chamadas armaduras de protenso ou armaduras ativas. A resistncia usual deruptura (fptk) varia de 1450 MPa a 1900 MPa.

2.1.2. Armadura de protenso.

Aquela constituda por barras, por fios isolados, ou por cordoalhas destinada produo de foras deprotenso, isto , na qual se aplica um pr alongamento inicial. (O elemento unitrio da armadura ativaconsiderada no projeto pode ser denominado cabo, qualquer que seja seu tipo (fio, barra, cordoalha oufeixe).

A fig. 1 ilustra os diferentes tipos de ao para protenso.

Figura 1

2As barras de ao para protenso so, geralmente, apresentadas em forma de barras

rosqueadas com nervuras laminadas a quente. Uma bitola tpica a barra DYWIDAG f 32.Os fios de ao para concreto protendido so padronizados pela NBR-7482. As cordoalhasso constitudas de 2, 3 ou 7 fios de ao de protenso e so padronizadas pela NBR-7483.

As armaduras de protenso so submetidas a tenses elevadas de trao em geral acima de50% da sua resistncia de ruptura (fptk). Nessas condies, costumam apresentar uma perda

de tenso (Dspr) sob deformao constante, denominada relaxao do ao. Deste ponto devista os aos de protenso so classificados em aos de relaxao normal (RN) quando Dsprpode atingir cerca de 12% da tenso inicial (spi) e aos de relaxao baixa (RB) onde:

pr pi3,5% Ds s

Os aos de protenso so designados conforme ilustram os exemplos seguintes:

CP 170 RB LConcreto

Protendidofptk Resistncia caracterstica de

ruptura em kN/cm2RB Relaxao

BaixaRN Relaxao

Normal

L Fio lisoE Fio entalhe

Figura 2

Conforme a NBR-7482 tm-se os fios padronizados listados a seguir onde fpyk o valorcaracterstico da resistncia convencional de escoamento, considerada equivalente tensoque conduz a 0,2% de deformao permanente, e o mdulo de elasticidade admitidocomo sendo de Ep = 210 GPa.

3Tabela 1. Caractersticas fsicas e mecnicas de fios produzidos pela Belgo Mineira.

TENSOMNIMA DE

RUPTURA

TENSO MNIMA A1% DE

ALONGAMENTOFIOS

DI

ME

TR

ON

OM

INA

L(m

m)

R

EA

AP

RO

X.

(mm

2 )

R

EA

MN

IMA

(mm

2 )

MA

SSA

AP

RO

X.

(kg/

km)

(MPa) (kgf/mm2) (MPa) (kgf/mm2) AL

ON

G. A

P

SR

UP

TU

RA

(%)

CP 145RBL 9,0 63,6 62,9 500 1.450 145 1.310 131 6,0

CP 150RBL 8,0 50,3 49,6 394 1.500 150 1.350 135 6,0

CP 170RBE 7,0 38,5 37,9 302 1.700 170 1.530 153 5,0

CP 170RBL 7,0 38,5 37,9 302 1.700 170 1.530 153 5,0

CP 170RNE 7,0 38,5 37,9 302 1.700 170 1.450 145 5,0

CP 175RBECP 175RBECP 175RBE

4,05,06,0

12,619,628,3

12,319,227,8

99154222

1.7501.7501.750

175175175

1.5801.5801.580

158158158

5,05,05,0

CP 175RBLCP 175RBL

5,06,0

19,628,3

19,227,8

154222

1.7501.750

175175

1.5801.580

158158

5,05,0

CP 175RNECP 175RNECP 175RNE

4,05,06,0

12,619,628,3

12,319,227,8

99154222

1.7501.7501.750

175175175

1.4901.4901.490

149149149

5,05,05,0

Dependendo do fabricante outras bitolas de fios so encontradas, tais como;

Fios de ao de relaxao normal (fpyk = 0,85 fptk)

CP 150 RN - f 5; 6; 7; 8 (mm)CP 160 RN - f 4; 5; 6; 7CP 170 RN - f 4Fios de ao de relaxao baixa (fpyk = 0,9 fptk):

CP 150 RB - f 5; 6; 7; 8 (mm)CP 160 RB - f 5; 6; 7

As cordoalhas so padronizadas pela NBR-7483. O mdulo de deformao Ep = 195.000MPa. A resistncia caracterstica de escoamento considerada equivalente tensocorrespondente deformao de 0,1 %.

Tabela 2 Caractersticas fsicas e mecnicas das cordoalhas produzidas pela Belgo Mineira.

DIMNOM.

REAAPROX

.

REAMNIMA

MASSAAPROX

.

CARGAMNIMA DE

RUPTURA

CARGA MNIMA A1% DE

ALONGAMENTO

ALONG.APSRUPT.

CORDOALHAS

(mm) (mm2) (mm2) (kg/km) (kN) (kgf) (kN) (kgf) (%)CORD CP 190 RB 3x3,0CORD CP 190 RB 3x3,5CORD CP 190 RB 3x4,0CORD CP 190 RB 3x4,5CORD CP 190 RB 3x5,0

6,57,68,89,611,1

21,830,339,646,566,5

21,530,039,446,265,7

171238312366520

40,857,074,887,7124,8

4.0805.7007.4808.77012.480

36,751,367,378,9112,3

3.6705.1306.7307.89011.230

3,53,53,53,53,5

CORD CP 190 RB 7CORD CP 190 RB 7CORD CP 190 RB 7CORD CP 190 RB 7CORD CP 190 RB 7CORD CP 190 RB 7

6,4*7,9*9,511,012,715,2

26,539,655,575,5101,4143,5

26,239,354,874,298,7140,0

210313441590792

1.126

49,774,6104,3140,6187,3265,8

4.9707.46010.43014.06018.73026.580

44,767,193,9126,5168,6239,2

4.4706.7109.39012.65016.86023.920

3,53,53,53,53,53,5

4Dependendo do fabricante outras bitolas de cordoalhas so encontradas, tais como;

Cordoalhas de 2 e 3 fios (fpyk = 0,85 fptk):

CP 180 RN - 2 f (2,0 ; 2,5 ; 3,0 ; 3,5)CP 180 RN - 3 f (2,0 ; 2,5 ; 3,0 ; 3,5)Cordoalhas de 7 fios de relaxao normal (fpyk = 0,85 fptk):

CP 175 RN - f 6,4 ; 7,9 ; 9,5 ; 11,0 ; 12,7 ; 15,2CP 190 RN - f 9,5 ; 11,0 ; 12,7 ; 15,2Cordoalhas de 7 fios de relaxao baixa (fpyk = 0,9 fptk):

CP 175 RB - f 6,4 ; 7,9 ; 9,5 ; 11,0 ; 12,7 ; 15,2CP 190 RB - f 9,5 ; 11,0 ; 12,7 ; 15,2

Normalmente, os cabos de protenso so constitudos por um feixe de fios ou cordoalhas.Assim, por exemplo, pode-se ter cabos de:

2 cordoalhas de 12,7 mm ; 3 cordoalhas de 12,7 mm;

12 cordoalhas de 12,7 mm; 12 cordoalhas de 15,2 mm, etc.

2.1.3. Armadura passiva.

Qualquer armadura que no seja usada para produzir foras de protenso, isto , que no sejapreviamente alongada.

Normalmente so constitudas por armaduras usuais de concreto armado padronizadas pelaNBR-7480 (Barras e fios de ao destinados a armadura para concreto armado).Usualmente, a armadura passiva constituda de estribos (cisalhamento), armadurasconstrutivas, armaduras de pele, armaduras de controle de aberturas de fissuras e,eventualmente, armaduras para garantir a resistncia ltima flexo, complementando aparcela principal correspondente armadura de protenso.

2.1.4. Concreto com armadura ativa pr-tracionada (protenso com adernciainicial).

Aquele em que o pr-alongamento da armadura (ativa de protenso) feito utilizando-se apoiosindependentes da pea, antes do lanamento do concreto, sendo a ligao da armadura de protenso comos referidos apoios desfeita aps o endurecimento do concreto; a ancoragem no concreto realiza-se s poraderncia.

(fig. 2.2).

5Figura 3. Pista de protenso.

2.1.5. Concreto com armadura ativa ps-tracionada (protenso com adernciaposterior).

Aquele em que o pr alongamento da armadura (ativa de protenso) realizado aps o endurecimentodo concreto, utilizando-se, como apoios, partes da prpria pea, criando-se posteriormente aderncia como concreto de modo permanente, atravs da injeo das bainhas.

Concretagem com a bainhaembutida na pea.

Colocao da armadura

Aplicao da protenso

Fixao da armadura estirada(ancorada)

Injeo de nata de cimento(graut), estabelecendo adernciaentre armadura e concreto.

Figura 4. Viga com protenso a posteriori.

Figura 5. Bainhas para protenso.

62.1.6. Concreto com armadura ativa ps-tracionada sem aderncia (protenso semaderncia)

Aquele obtido como em (e), mas em que, aps o estiramento da armadura ativa, no criada adernciacom o concreto, ficando a mesma ligada ao concreto apenas em pontos localizados. Concreto protendidoaderncia (armadura de protenso ps-tracionada)

Figura 6. Cordoalha no aderente.

2.2. Nveis de protenso

Os nveis de protenso esto relacionados com os nveis de intensidade da fora de protenso, que porsua vez funo da proporo de armadura ativa utilizada em relao passiva.

Deste modo, usualmente pode-se ter trs nveis de protenso:

Nvel 1 Protenso Completa

Nvel 2 Protenso Limitada

Nvel 3 Protenso Parcial

Figura 7

A escolha adequada do nvel de protenso em uma estrutura ir depender de critriospreestabelecidos, onde se levar em conta a agressividade do meio ambiente e ou limitespara a sua utilizao, quando posta em servio.

2.2.1. Estados Limites de Servio (ou de utilizao):

Estados limites de servio so aqueles relacionados durabilidade das estruturas, aparncia, conforto dousurio e boa utilizao funcional da mesma, seja em relao aos usurios, seja s mquinas e aosequipamentos utilizados.

7A garantia do atendimento destes Estados Limites de Servio (ELS) se faz com a garantia,conforme a situao de no se exceder os Estados Limites Descritos a seguir ;

2.2.1.1. Estado limite de descompresso (ELS-D):

Estado no qual toda seo transversal est comprimida, e em apenas um ou mais pontos daseo transversal a tenso normal nula, calculada no estdio I, no havendo trao norestante da seo (exceto junto regio de ancoragem no protendido com aderncia inicialonde se permite esforos de trao resistidos apenas por armadura passiva, respeitadas asexigncias referentes fissurao para peas de concreto armado).

2.2.1.2. Estado limite de formao de fissuras (ELS-F): que se caracteriza em ter-se amxima tenso de trao, calculada no Estdio I (concreto no fissurado e comportamentoelstico linear dos materiais) no atingir a resistncia trao.

A resistncia trao na flexo dado por fct,fl = 1,2 fctk,inf para peas de seo T e, igual afct,fl = 1,5 fctk,inf para peas de seo retangular.

Sendo;

( )2/3ctk,inf ckf 0,21 f=

2.2.1.3. Estado limite de abertura de fissuras (ELS-W):

Estado em que as fissuras se apresentam com aberturas iguais aos mximos especificadosna tabela 3. A verificao da segurana aos estados limites de abertura de fissuras deve serfeita calculando-se as tenses nas barras da armadura de trao no estdio II (concretofissurado trao e comportamento elstico linear dos materiais).

Nos estados limites Estado limite de descompresso (ELS-D) de formao de fissuras(ELS-F) na falta de valores mais precisos, admite-se que a razo entre os mdulos de

elasticidade do ao e do concreto tenha os valores ae = 15 para carregamentos freqentesou quase permanentes e ae = 10 para carregamentos raros.

Isto ser feito para cada elemento ou grupo de elementos das armaduras passiva e deprotenso (excluindo-se os cabos protendidos que estejam dentro da bainha ou cordoalhaengraxada, os quais no so levados em conta no clculo da fissurao). Esta postura tomada devido ao controle da fissurao ser propiciado pela aderncia da armadura passivae da ativa (Pr-trao) com o concreto que o envolve. Nos outros casos a influncia daprotenso no controle de fissurao desprezvel, do ponto de vista da aderncia.

Ser considerada uma rea Acr do concreto de envolvimento, constituda por um retngulo

cujos lados no distam mais de 7 f i do contorno do elemento da armadura, conforme seindica na fig. 5.

8Figura 8

A grandeza da abertura de fissuras, w, determinada para cada parte da regio deenvolvimento, dada pela menor dentre aquelas obtidas pelas duas expresses que seguem:

( )

( )

S Si

ctSi

Si

rSi

1

10

110

3E f2 0,75

4 45E2 0,75

f s sh -

f s +rh -

Sendo ssi, f i, E si, rri definidos para cada rea de envolvimento em exame.

Acri a rea da regio de envolvimento protegida pela barra fi

ff i o dimetro da barra que protege a regio de envolvimento considerada

rr r a taxa de armadura passiva ou ativa aderente ( que no esteja dentro de bainha) emrelao a rea da regio de envolvimento (Acri)

ss a tenso de trao no centro de gravidade da armadura considerada, calculada noEstdio II. Nas peas com protenso, ss o acrscimo de tenso, no centro de gravidadeda armadura, entre o Estado limite de descompresso e o carregamento considerado. Deveser calculada no Estdio II, considerando toda armadura ativa, inclusive aquela dentro debainhas.

O clculo no Estdio II (que admite comportamento linear dos materiais e despreza a

resistncia trao do concreto) pode ser feito considerando a relao ae = 15.

9Figura 9

2.2.2. Combinaes de carregamento

Na determinao das solicitaes referentes a estes estados limites devem ser empregadasas combinaes de aes estabelecidas em Normas. A NB1-2000 consideram as seguintescombinaes nas verificaes de segurana dos estados limites de utilizao:

2.2.2.1. Combinao rara (CR):

d gk pk (cc cs te)k qlk 1 qiki 1

F F F F F F+ +>

= + + + + y

2.2.2.2. Combinao freqente (CF):

d gk pk (cc cs te)k 1 qlk 2 qiki 1

F F F F F F+ +>

= + + + y + y

2.2.2.3. Combinao quase permanente (CQP):

>d gk pk (cc cs te)k 2 qik

i 1

F F F F F+ += + + + y

2.2.2.4. Situao de protenso.

d gk pkF F F= +

As aes parciais so as seguintes:

Fgk peso prprio e demais aes permanentes, excetuando-se a fora de protensoe as coaes;

Fpk protenso (incluindo os hiperestticos de protenso);

F(cc+cs+te) retrao, fluncia e temperatura;

Fqlk ao varivel escolhida como bsica;

Fqik demais aes variveis (i> 1) concomitantes com Fqlk.

Os valores de y1 e y2 dependem do tipo de uso, e so dados por;

10

Tabela 3.

Aes yy 1 yy 2Cargas acidentais de edifcios

Locais em que no h predominncia de pesos de equipamentos quepermaneam fixos por longos perodos de tempo, nem de elevadasconcentraes de pessoas

0,3 0,2

Locais em que h predominncia de pesos de equipamentos quepermanecem fixos por longos perodos de tempo, ou de elevadaconcentrao de pessoas

0,6 0,4

Biblioteca, arquivos, oficinas e garagens 0,7 0,6Cargas acidentais de Pontes 0,4 0,2

Nas verificaes, a NB1-2000 estabelece graduao de nveis de protenso mnimos paraque se observem valores caractersticos (wk) das aberturas de fissuras. Estes valores sodefinidos em funo das condies do meio ambiente e da sensibilidade das armaduras corroso (tabela 4). Assim, por exemplo, para meio ambiente pouco agressivo comprotenso parcial nvel 1, o valor caracterstico da abertura da fissura de 0,2 mm e deveser verificado pela combinao de aes do tipo freqente.

11

Tabela 4. Classes de agressividade ambiental e exigncias relativas a fissurao excessiva e aproteo da armadura ativa

Tipos de concreto estrutural Classe de agressividadeambiental

Exignciasrelativas ao E.

L.. defissuraoexcessiva

Combinao deaes a considerar

Concreto simples(sem protenso e sem

armadura)I a IV No h -

IELS-W

wk 0,4mmFreqente

Concreto armado(sem protenso)

II a IVELS-W

wk 0,3mmFreqente

ELS-W

wk 0,2mmFreqente

Concreto protendido nvel 1(protenso parcial)

Pr-trao ou Ps-TraoI I e II

ELS-F Quasepermanente

ELS-F FreqenteConcreto protendido nvel 2

(protenso limitada)Pr-trao ou Ps-Trao

II III e IV ELS-D Quasepermanente

ELS-F RaraConcreto protendido nvel 3(protenso completa)

Pr-traoIII e IV ELS-D. Freqente

NOTA - ELS-W Estado Limite de Servio - Abertura de fissuras; ELS-F Estado Limite deServio Formao de fissuras; ELS-D Estado Limite de Servio Descompresso

2.3. Escolha do tipo de protenso

A escolha do tipo de protenso deve ser feita em funo do tipo de construo e daagressividade do meio ambiente. Na falta de conhecimento mais preciso das condiesreais de cada caso, pode adotar-se a seguinte classificao do nvel de agressividade do meioambiente:

No agressivo, como no interior dos edifcios em que uma alta umidade relativa podeocorrer durante poucos dias por ano, e em estruturas devidamente protegidas;

Pouco agressivo, como no interior de edifcios em que uma alta umidade relativa podeocorrer durante longos perodos, e nos casos de contato da face do concreto prxima armadura protendida com lquidos, exposio prolongada a intempries ou a alto teorde umidade;

Muito agressivos como nos casos de contato com gases ou lquidos agressivos ou comsolo e em ambiente marinho.

Na ausncia de exigncias mais rigorosas feitas por normas peculiares construoconsiderada, a escolha do tipo de protenso deve obedecer s exigncias mnimas indicadasa seguir:

12

2.3.1. Protenso completa Ambientes muito agressivos

Existe protenso completa quando se verificam as duas condies seguintes:

Para as combinaes freqentes de aes (CF), previstas no projeto, respeitado oestado limite de descompresso (ELD);

Para as combinaes raras de aes (CR), quando previstas no projeto, respeitadoo estado limite de formao de fissuras (ELF).

2.3.2. Protenso limitada Ambientes medianamente agressivos

Existe protenso limitada quando se verificam as duas condies seguintes:

Para as combinaes quase permanentes de aes (CQP), previstas no projeto, respeitado o estado limite de descompresso (ELD);

Para as combinaes freqentes de aes (CF), previstas no projeto, respeitado oestado limite de formao de fissuras (ELF).

2.3.2. Protenso parcial Ambientes pouco agressivos

Existe protenso parcial quando se verificam as duas condies seguintes:

Para as combinaes quase permanentes de aes (CQP), previstas no projeto, respeitado o estado limite de descompresso (ELD);

Para as combinaes freqentes de aes (CF), previstas no projeto, respeitado oestado limite de aberturas de fissuras (ELW), com wk = 0,2 mm.

Nas pontes ferrovirias e vigas de pontes rolantes s admitida protenso com aderncia.Concreto protendido sem aderncia s pode ser empregado em casos especiais e semprecom protenso completa.