XIV SIMPÓSIO INTERNACIONAL DE CIÊNCIAS INTEGRADAS DA UNAERP CAMPUS GUARUJÁ. Necessidades Energéticas e Consequências Ambientais

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1 XIV SIMPÓSIO INTERNACIONAL DE CIÊNCIAS INTEGRADAS DA UNAERP CAMPUS GUARUJÁ Necessidades Energéticas e Consequências Ambientais Tipos de aços para a protensão do concreto Rodrigo Coelho Roberto Professor do Curso de Engenharia Civil Universidade de Ribeirão Preto UNAERP Campus Guarujá rodrigosbeng@gmail.com Keith Ned dos Santos Aluno do Curso de Engenharia Civil Universidade de Ribeirão Preto UNAERP Campus Guarujá keithned2@gmail.com Jhonata de Oliveira Aluno do Curso de Engenharia Civil Universidade de Ribeirão Preto UNAERP Campus Guarujá jhonata.oli.2013@gmail.com Savyo de Sá Verçoza Aluno do Curso de Engenharia Civil Universidade de Ribeirão Preto UNAERP Campus Guarujá savyosa@yahoo.com.br Este simpósio tem o apoio da Fundação Fernando Eduardo Lee 1

2 Resumo: O referente artigo demonstra um contexto específico sobre os tipos de aços utilizados em obras de concreto protendido, deste modo, através de um referencial teórico, objetivou-se descrever e diferenciar os fios e cordoalhas. A principal característica da protensão e da utilização dos fios e cordoalhas é fazer com que, junto ao concreto, a estrutura tenha resistência aos dois esforços normais solicitantes, tração e compressão. Saber as características técnicas, funções e aplicabilidade dos aços utilizados nos cabos para protensão (regularizados pela ABNT), tem sua importância uma vez que a resistência do mesmo é 3 a 5 vezes maior que os aços utilizados no concreto armado. A protensão do concreto é feita por meio de cabos de aço, que são esticados e ancorados nas suas extremidades denominados fios e cordoalhas, os mesmos podem ser encontrados de diferentes tipos, nomenclaturas e características, sendo os mais comuns: fios aliviados (RN) e estabilizados (RB), cordoalhas de 3 a 7 fios e cordoalhas especiais. As principais aplicações dos fios e cordoalhas para protensão são: em pontes, viadutos, pisos industriais, edifícios com grandes vãos e tirantes protendidos. Conclui-se que todo o procedimento de execução de projetos com estruturas de concreto protendido é regido pela norma NBR 6118:2003, sendo assim toda a armadura de protensão utilizada deve obedecer às normas especificas. Palavras-chaves: protensão, fios, cordoalhas. 1. Introdução Atualmente nas obras da construção civil temos diversas tecnologias para execução de obras. Hoje pode-se utilizar diversos tipos de estruturas que darão formas para as diversas construções, tais como estruturas metálicas, estruturas de madeira, estruturas de pedra, alvenaria estrutural, concreto armado, concreto protendido e etc. De acordo com a necessidade do projeto os projetistas irão escolher a melhor solução para a execução de uma obra. Devemos evidenciar que a escolha da estrutura depende de diversos fatores, tais como, custo, estética e etc. O artigo abordará a aplicação dos fios e cordoalhas em obras de concreto protendido, que resumidamente, trata-se do concreto na qual a armação é concedida a tensões prévias. A principal característica da protensão e da utilização dos fios e cordoalhas é fazer com que, junto ao concreto, a estrutura tenha resistência aos dois esforços normais solicitantes, tração e compressão. Em um contexto específico, o tema proposto atribui informações ao leitor sobre a metodologia do sistema de aplicação dos fios ou cordoalhas no concreto protendido bem como suas definições e aplicações. 2

3 2. Objetivos 2.1 Objetivo geral Demonstrar através de um referencial teórico a importância da utilização do aço para protensão, expandindo o conhecimento técnico de profissionais e acadêmicos na área da engenharia civil. 2.2 Objetivos específicos a. Diferenciar os tipos de fios e cordoalhas; b. Explicar suas funções e aplicações; c. Demonstrar suas vantagens; 3. Justificativa De modo geral, sabe-se que o concreto tem boa resistência a compressão e pequena resistência a tração, sendo que o mesmo quando não bem executado pode causar fissuras que acarreta na eliminação da resistência de tração, antes mesmo da atuação de solicitações. Partindo desta necessidade, nasceu o conceito de protensão, que tem como objetivo melhorar o comportamento da compressão prévia nas regiões onde à atuação de tensões de tração. A protensão do concreto é realizada inserindo fios de aço e cordoalhas, tracionados e ancorados no próprio concreto para minimizar a importância da fissuração como condição determinante de dimensionamento. Saber as características técnicas, funções e aplicabilidade dos aços utilizados nos cabos para protensão, tem sua importância uma vez que a resistência do mesmo é 3 a 5 vezes maior que os aços utilizados no concreto armado, além de outras vantagens técnicas que será demonstrada neste trabalho, expandindo o conhecimento prévio sobre este assunto. 3

4 4. Referencial teórico 4.1 Definição de concreto protendido Concreto protendido é um processo de execução bem conhecido no Brasil. Diversos especialistas elaboraram métodos nos quais as armaduras sofram um pré alongamento, possibilitando um sistema de auto equilibrado de esforços, ou seja, tração no aço e compressão no concreto. Para entendermos melhor como funciona esse mecanismo, iremos definir e conceituar o que é proteção e sua aplicação ao concreto, conforme abaixo. (OLIVEIRA et al;2015) Definição de protensão Protensão no dicionário Aurélio encontra-se a seguinte definição para a palavra: Processo pelo qual se aplicam tensão prévias ao concreto. Ou seja, é um artifício que proporciona ao concreto uma maior resistência à tração, procedimento esse que facilita a distribuição dos carregamentos aplicados e usualmente utilizada em estruturas que solicitam maiores esforços de flexão. (VERISSIMO; CESAR, 1998) Protensão aplicada ao concreto Sabendo que o concreto é produzido por materiais de baixo custo, porem tem pouca resistência a tração e compressão que são poucos confiáveis, quando não é executado de acordo pode provocar fissuras, que eliminam a resistência antes mesmo da atuação de qualquer solicitação. No entanto, devido a flexibilidade do concreto em relação a compressão e tração, o mesmo pode ser aperfeiçoado aplicando uma compressão prévia nas regiões onde as solicitações produzem tensões de tração (MARTINS, 2017). Isto é protensão aplicada ao concreto, ou denominado concreto protendido. Podemos conceitua-lo como um método inteligente, eficaz e duradouro, que pode proporcionar soluções estruturais com ótimas relações custo-benefício. Protensão essa que proporciona uma vida longitudinal a estrutura, que necessitara de pouca ou nenhuma necessidade de manutenção, além de permitir agilidade na execução do projeto com relação a retirada de escoras e organização da obra. 4

5 Sabemos que a trabalhabilidade com esse tipo de material, permite o controle e redução de deformações e fissuras, a criação de ambientes com grandes vãos, recuperação e reforço de estruturas, entre outros benefícios. A protensão do concreto é feita por meio de cabos de aço, que são esticados e ancorados nas suas extremidades (RUDLOFF, 2017), e há dois meios de execução: Cordoalhas aderentes (armaduras pré-tracionadas) Para este procedimento os cabos de aço são trabalhados junto a estrutura, ou seja, os cabos de aço são posicionados nas armaduras de acordo com o projeto estrutural e tracionados pelos macacos hidráulicos ou talhas antes da concretagem e somente após o período de cura do concreto as pontas dos cabos podem ser cortados, este procedimento quase que anulas a possibilidade de fissuras na estrutura e por mas que o aço tente voltar a deformar não consegue, devido sua natural aderência ao concreto que por sua vez transfere todos os esforços ao mesmo Cordoalhas não aderentes (armaduras pós-tracionadas) Nessa metodologia são utilizadas cordoalhas engraxadas, ou seja, que ficam isoladas do contato ao concreto por meio de bainhas camada de plástico neste modo as cordoalhas podem se movimentar de maneiras diferentes da estrutura, sabe-se que esses cabos são aplicados entre as armaduras de acordo com o projeto estrutural e somente são tracionados após a cura do concreto que uma vez esticados e amarrados, ordinalmente são injetadas nata de cimento nas bainhas, a qual desempenha duas funções essenciais aderência eficaz e protensão Meca química, esse método é o mais utilizado no Brasil devido a rapidez com que é realizado o trabalho de protensão e a viabilidade relacionadas a custos, porém na execução desse processo é de suma importância ficar atento a possíveis fissuras ocasionadas no ato do tracionamento. 4.2 Definições de fios e cordoalhas Basicamente se dá ao fornecimento e montagem das armaduras de protensão em peças de concreto que tem esses predicados. Essas armaduras são unidades estruturais que, quando tracionadas permitem a aplicação de esforços de compressão 5

6 nas peças, antes da aplicação da carga. Os fios e cordoalhas podem ser encontrados de diferentes tipos de nomenclaturas e características, conforme os textos a seguir Nomenclatura adotada pela ABNT As nomenclaturas para fios e cordoalhas adotadas pela ABNT segue o seguinte padrão (CEHOP, 2006). Exemplo: CP 150 RN 7 Lendo-se da seguinte forma: CP Indica que se trata de um fio para concreto protendido; 150 Determina sua categoria com relação ao limite mínimo de resistência a tração, em kgf/cm²; RN Indica a relaxação, sendo RN = Relaxação Normal e RB = Relaxação Baixa; 7 Indica o diâmetro nominal do fio, em mm (milímetro) Classificação de fios e cordoalhas Como já é de conhecimento existe diferentes tipos de fios e cordoalhas para protensão, onde são fornecidas através das normas condizentes a ABNT, o que fara com que cada uma tenha sua funcionabilidade especifica são as características de perda máxima por relaxação, relaxação normal (RN), relaxação baixa (RB), modulo de elasticidade, carga de ruptura, diâmetro nominal, entre outros. (BELGO, 2015) Fios para protensão aliviados (RN) e estabilizados (RB) Providos conforme as normas ABNT NBR 7482, ASTM A 421 e BS RB ou RN consiste na relaxação do aço que ocorre devido à perda de tensão em relação ao tempo, ou seja, é o alongamento que o aço suporta ao decorrer do tempo, quando submetido a uma tensão constante. RB e RN se caracterizam-se com relaxação máxima após 1000 h a 20ºC para tensão inicial de Alongamento após ruptura (em 10 d) Diâmetro tolerância área limite de tensão nominal da resistência de 1%. 6

7 4.2.4 Cordoalhas de 3 e 7 fios estabilizados (RB) Fornecidos conforme as normas ABNT NBR A cordoalha de sete fios é composta por seis fios de mesmo diâmetro nominal, entrelaçados juntos, de forma helicoidal, uniforme, em torno de um fio central. Já a cordoalha de três fios é formada por três fios do mesmo diâmetro nominal, encordoados juntos, de maneira helicoidal, com um passo uniforme. Caracterizados com relaxação máxima após 1000 h a 20ºC para tensão inicial de Alongamento após ruptura (em 10 d) Diâmetro tolerância área limite de tensão nominal da resistência de 3.5% Cordoalhas de 7 fios engraxadas e lubrificadas Denominada como CP190 e CP 210, são produzidas através de procedimento contínuo, engraxada e revestida por uma manta de Polietileno de alta densidade (PEAD) de acordo com as especificações do PTI (Post-Tensioning Institute), sabendo que tem característica semelhantes as cordoalhas que não tem revestimentos Cordoalhas especiais para pontes estaiadas Essas cordoalhas especiais segue os mesmos padrões de fabricação, porem são mais reforçadas com características segundo (BELGO,2015) produzidas com três camadas protetoras contra a corrosão, galvanização dos fios a quente, com gramatura de 200 a 400 g de zinco por m2, antes do encordoamento e da estabilização. Filme de cera de petróleo - 12 g/m mín. Encapadas na cor preta, com Polietileno de Alta Densidade, resistente aos raios ultravioleta, não deslizante sobre a Cordoalha, com espessura mínima de 1,5 mm. 4.3 Aplicações do concreto protendido Pontes e viadutos Em pontes e viadutos, a solução da protensão no concreto é indicado para vãos maiores que 20 metros e esta vantagem pode ser especialmente importante no caso de pontes que não podem diminuir a área da vazão ou em rios com qualquer controle de barragens e canalizações, no qual pode haver maior incidências de passagem de 7

8 detritos e cheias. Devido à propriedade da protensão de sua inércia ser maior comparada ao concreto armado, sua estrutura sofre menores deformações verticais (PITA, 2011). A aplicação dos fios e cordoalhas nos viadutos deve apresentar alto limite elástico devido as altas tensões tração aplicadas. Os aços de protensão são constituídos por cordoalhas formadas pela reunião de fios de 7 fios, sendo um central e seis em forma de tranças em torno do fio central; por barras rosqueadas e fios com diâmetros de 4mm, 5mm, 6mm, 7mm, 8mm e 9mm. A protensão é feia com macacos hidráulicos colocados nas extremidades das vigas e presos nas pontas das cordoalhas para tracionar o cabo até o alongamento correspondente à força que se deseja implantar. Esses macacos hidráulicos são acionados por bombas elétricas, que por sua vez injetam óleo no interior do macaco e distendem o pistão que faz o alongamento dos cabos (ALMEIDA, 2017) Pisos industriais Segundo Teixeira (2002), "o grande diferencial do piso protendido em relação às técnicas convencionais de construção de pisos está na possibilidade de diminuição da incidência de juntas". Nos estados unidos, desde a aplicação da protensão em pisos industriais, foi a de cordoalhas engraxadas e plastificadas, método prático e de fácil aplicação. Com esse método as cordoalhas engraxadas e plastificadas superam em 50% o enorme mercado de lajes planas para edifícios (dados do PTIPost-Tensioning Institute) (CAUDURO, 2000). A aplicação do concreto protendido nos pisos industriais está diretamente ligada aos problemas causados pelas juntas dos pisos. A característica da protensão trata-se de uma tecnologia superior, de elevada durabilidade e mais competitividade economicamente. Atualmente, os aços para protensão utilizados nos pisos industriais é o aço CP 190 RB. No qual sua designação CP 190 RB indica que o produto é uma cordoalha para Concreto Protendido, com limite de resistência igual a 190 kgf/mm² ou 1900 MPa, na categoria de Relaxação Baixa (SENEFONTE, 2007). 8

9 4.3.3 Edifícios Em lajes e vigas de edifício a protensão em pós-tração é muito utilizada, pois proporcionam estruturas limpas, com menor custo e rápidas de edificar (uma laje a cada quatro dias). (BELGO, 2015) A aplicação dos fios e cordoalhas nas lajes contém dois tipos de protensão com pós-tração, que podem ser aderentes ou não aderentes. No caso das aderentes os cabos são colocados dentro das bainhas metálicas, sendo essa injetada com nata de cimento após a operação da proteção das cordoalhas. Nas obras com lajes protendidas, os aços mais utilizados é o CP-190 RB, tanto para pós-tração aderente ou não aderentes. Os dispositivos de fixação nas extremidades dos cabos são chamados de ancoragens. Existem dois tipos de ancoragens, no qual são denominadas ativas e passivas. A primeira tem por característica protender os cabos, já a segunda tem por característica ser fixa. Normalmente utiliza-se uma ancoragem fixa e outra passiva, mas para comprimentos maiores que 40 metros podem ser convenientes a ancoragem ativa nas duas extremidades. (EMERICK, 2002) Estações de tratamento de esgoto As estações de tratamento de esgoto expõem o concreto à sulfatos e ácidos procedentes da decomposição da matéria orgânica através do tratamento anaeróbio. Além da deterioração superficial, pequenas fissuras podem acelerar de forma acentuada o surgimento de problemas estruturais maiores (CORSINI, 2013) Radiers O radier (laje sobre o solo) é uma estrutura que tem por objetivo suportar as cargas aplicadas através da tensão admissível de suporte do solo. O radier pode ter espessura uniforme ou variável e pode conter estruturas de enrijecimento, como nervuras ou vigas. A laje pode ser de concreto simples, protendido ou armado. Nos Estados Unidos, 80% das casas que não utilizam porões eram feitas sobre radiers protendidos com cordoalhas engraxadas e plastificadas, os chamados cabos monocordoalhas, onde cada cordoalha é fixada por uma só ancoragem em cada extremidade (SOUZA, 2017). 9

10 As cordoalhas engraxadas utilizadas nos radiers é composta por 7 fios de aço com alto teor de carbono encordoados em volta de um fio centra, cobertos por uma camada de graxa e revistos com uma capa plástica de alta densidade. (BELGOBEKAERT, 2017) Tirantes protendidos Tirantes são elementos sub-horizontais ou verticais colocados no interior do solo para fazer a transferência das cargas de empuxo para o muro de arrimo. No caso dos tirantes protendidos, é composto por um elemento resistente a tração, no qual podem ser os fios, cordoalhas ou barras de aço, que é introduzido dentro de uma perfuração, sendo estra preenchida com calda de cimento. A principal característica dos tirantes protendidos é que após o tempo necessário para a solidificação da calda de cimento é aplicada uma força pré tensionando todo o conjunto (TECPER, 2017). Não existe o tipo de aço certo para fazer a composição do tirante, a escolha do material dependerá da necessidade do dimensionamento do projeto, podendo ser os materiais do tirante de diversos diâmetros conforme a necessidade (CORSINI, 2013). 5. Material e Método O presente artigo realizou um levantamento de dados que envolveu a coleta do referencial teórico e de aplicações estruturais, como por exemplo, diversas consultas em trabalhos, artigos e projetos de utilização de protensão e pontes estaiadas, que serviram de embasamento para o desenvolvimento do assunto. Todas as referências efetuadas a partir deste levantamento, foram devidamente mencionadas no item 8 deste trabalho. Para a descrição do delineamento da pesquisa, foram selecionadas palavras chaves subdivididas em três essenciais etapas, sendo elas: protensão, fios e cordoalhas e aplicações. 6. Resultados e Discussão Após análise das características e funcionabilidade dos materiais estudados, fios e cordoalhas para protensão, pode-se observar algumas vantagens que o material otimizará conforme suas aplicações em obras especificas. 10

11 Nos viadutos, proporciona estruturas mais esbeltas, resistentes à fadiga e com pouca manutenção devido à propriedade do concreto protendido de diminuir ou até mesmo eliminar as fissuras no concreto e consequentemente evitar à corrosão. No caso da economia de materiais, podemos dizer que a comparação do gasto de materiais no concreto protendido pode chegar a 15% de concreto e até 50% em aço. Uma das grandes vantagens do uso da protensão em pós-tração em edifícios é a redução da quantidade de pilares na obra e o aumento da distância entre eles, o que proporciona maior espaço de estacionamento e de circulação nas garagens, facilitando a venda ou locação de tais imóveis, tornando a construção muito rentável. Na execução de radiers, a cordoalha engraxada tem por característica dispensar a nata de cimento e permitir a ausência de bainhas metálicas, garantindo obras mais econômicas, fáceis e rápidas de construir. 7. Conclusão A importância da utilização de fios e cordoalhas em obras de protensão está relacionada com as vantagens, viabilidade técnica e econômica que este sistema construtivo atribui a quem utiliza-o com exatidão. Saber as características dos materiais utilizados na protensão é importante, porém entender o método construtivo de sistemas de protensão é vital para excelência do projeto. O procedimento de execução de projetos com estruturas de concreto é regido pela norma NBR 6118:2003. Todo a armadura de protensão utilizada deve obedecer às normas especificas, testes de qualidades e métodos de execução. Deste modo conclui-se que para todos os profissionais da área da engenharia civil ter o conhecimento dessa tecnologia, pois diversas obras que necessitam de grandes vãos aplicam a protensão no concreto como tecnologia como solução, bem como pontes, edifícios e etc. 8. Referências VERÍSSIMO, G. S; CESAR, K. M. L. Concreto protendido: fundamentos básicos Disponível em: < Acessado em 25 de setembro de

12 MARTINS, F. Conceitos de concreto protendido Disponível em: < Acessado em 25 de setembro de BELGO. Fios e cordoalhas para concreto protendido Disponível em: < Acessado em 26 de setembro de CEHOP. Fios e cordoalhas de protensão Disponível em: < Acessado em 27 de setembro de RUFLOFF. Concreto Protendido. Disponível em: < Acessado em 27 de setembro de PITA, M.. Transportes. Viaduto de concreto protendido, v. 13, p. 1-4, abr Disponível em: < Acessado em 25 de setembro de ALMEIDA, S. M. F. Protensão viabiliza pontes e viadutos com grandes vãos. Disponível em:< ign=boletim_pe_equipa_news>. Acessado em 27 de setembro de SENEFONTE, K. B. Diretrizes de Projeto, Execução e Controle de Pisos Industriais de Concreto Protendido p. Monografia (MBA em Tecnologia e Gestão na Produção de Edifícios) - Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, São Paulo, EMERICK, A. A. Projeto e execução de Lajes Protendidas. Brasília, p. Disponível em:< Acessad o em 26 de setembro de TEIXEIRA, A. O. F. Cálculo Automático de Lajes Protendidas Simuladas Como Grelha Utilizando o Método dos Elementos Finitos p. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil)- Universidade Estadual de Campinas, Campinas, CAUDURO, E. L. Execução de Radiers Protendidos. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE CONCRETO, 2000, Fortaleza. Execução de Radiers Protendidos. Fortaleza, p Disponível em:< Acessado em 29 de setembro de CORSINI, R. Projetos. Ambientes agressivos. v. 196, p. 1-4, jul Disponível em:< Acessado em 25 de setembro de SOUZA, F.A. O que é Laje Sobre o Solo Radier. Disponível em:< Acessado em 30 de setembro de BELGOBEKAERT. Cordoalha Engraxada para Protensão. Disponível em: < Acessado em 30 de setembro de TECPER. Tirantes Protendidos. Disponível em: < Acessado em 30 de setembro de CORSINI, R. Fundações e Contenções. Taludes atirantados. v. 6, p. 1-2, ago Disponível em:< Acessado em 26 de setembro de