Materiais utilizados em Concreto Protendido

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1 UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO CAMPUS UNIVERSITÁRIO DE SINOP FACULDADE DE CIENCIAS EXATAS E TECNOLOGICAS CURSO DE ENGENHARIA CIVIL DISCIPLINA: CONCRETO PROTENDIDO Materiais utilizados em Concreto Protendido Prof.: Raul Lobato

2 Obtido pela mistura de cimento, agregado graúdo, agregado miúdo e água. Em algumas situações podem ser adicionados aditivos para o melhoramento da trabalhabilidade, aumento de resistência, retardar reações químicas, etc. PROPRIEDADES DO CONCRETO FRESCO: Consistência: De uma maneira geral as peças de protensão, por terem grandes taxas de armaduras, são especificadas com valores altos de abatimento, também chamado de SLUMP. O concreto com maior SLUMP é em geral mais fácil de lançar e de adensar e, portanto, considerado mais trabalhável. Cura: conjunto de atividades que evitam ou retardam a perda de água do concreto para o meio. Os cuidados com a cura devem ser iniciados quando também se inicia a pega do concreto (a definição do início de pega é obtida através da medição da penetração de uma agulha padronizada). A cura seria o tempo depois da pega que a hidratação do concreto se desenvolve com grande velocidade, e a água existente na mistura tem a tendência de sair, em grande quantidade pelos poros do material e se evaporar (retração, fissuração, alteração das propriedades de resistência.

3 Obtido pela mistura de cimento, agregado graúdo, agregado miúdo e água. Em algumas situações podem ser adicionados aditivos para o melhoramento da trabalhabilidade, aumento de resistência, retardar reações químicas, etc. PROPRIEDADES DO CONCRETO FRESCO: Cura: A principio as altas temperaturas são benéficas pois aceleram o processo de ganho de resistência, desde que se evite a evaporação da água. Para as peças usuais de concreto armado convencional, utiliza-se o procedimento de molhar ou encharcar as superfícies aparentes do concreto ou mesmo molhar as faces de fôrmas de madeira constantemente, colocando materiais tais como esponjas encharcadas de água. Para as peças pré-moldadas é comum o uso da cura a vapor, em que se mantém o ambiente saturado e se aumenta a temperatura do ambiente (no caso do vapor), acelerando-se o ganho de resistência do mesmo.

4 Obtido pela mistura de cimento, agregado graúdo, agregado miúdo e água. Em algumas situações podem ser adicionados aditivos para o melhoramento da trabalhabilidade, aumento de resistência, retardar reações químicas, etc. PROPRIEDADES DO CONCRETO ENDURECIDO: As propriedades de maior interesse do concreto endurecido são as propriedades mecânicas, destacando-se as resistências à compressão e tração. Resistência à compressão simples: influenciada pela idade e pela dosagem dos componentes, determinada pela ruptura de corpos de prova padronizados. Para concreto protendido, o CEB recomenda fck 25 MPa = 250 kgf/cm². NBR 7222: moldagem dos corpos de prova NBR 5739: metodologia de ensaio

5 Obtido pela mistura de cimento, agregado graúdo, agregado miúdo e água. Em algumas situações podem ser adicionados aditivos para o melhoramento da trabalhabilidade, aumento de resistência, retardar reações químicas, etc. PROPRIEDADES DO CONCRETO ENDURECIDO: As propriedades de maior interesse do concreto endurecido são as propriedades mecânicas, destacando-se as resistências à compressão e tração. Resistência à tração: valores não significativos porém que devem ser conhecidos pois se relacionam com a capacidade resistente da peça. Ensaios: -flexotração -compressão diametral -tração pura

6 Embora seja de baixo valor e muitas vezes desprezado no cálculo dos ELU, a resistência à tração do concreto desempenha papel determinante nas análises de ELS, ou seja, na análise de uso das peças de concreto. Em serviço é fundamental conhecer a partir de que momento fletor uma seção poderá ter iniciada uma fissura devida à tração nela provocada pela flexão. A este momento fletor, a partir do qual se iniciará a fissuração por flexão, se dá o nome de momento de fissuração. Tensão na borda mais tracionada de uma seção transversal submetida a um momento fletor M (Resistência dos Materiais): σ i = M I y i

7 Na iminência de ocorrer a primeira fissura de tração, a tensão no concreto se iguala à da resistência à tração do concreto (σ i =f ct ), chegando à expressão: M r = f ct I y i Colocando conforme a NBR 6118 (item ), chega-se a: M r = α f ct I c y t Com α valor igual a 1,2 para seções em forma de tê e 1,5 para seções retangulares Mr momento de fissuração Ic inércia da seção bruta de concreto

8 A norma prescreve que a resistência à tração a ser considerada no cálculo depende da verificação que se está efetuando: No estado de deformação excessiva (cálculo de flecha), deve-se usar o valor da resistência média: f ct = 0,70 f ck 2 3 (MPa) No estado de formação de fissuras, deve-se usar o valor da resistência inferior: f ct = 0,21 f ck 2 3 (MPa)

9 Para as seções de peças protendidas, embora a NBR 6118 não explicite uma expressão, pode-se considerar de maneira similar as de concreto armado, podendo acrescentar o efeito da protensão centrada ( N p ) e da sua excentricidade A (N p e y): I σ i = M I y i + N p A + N p e I y De onde se obtém: M r = α f ct I c y t + N p I c A y t + N p e

10 EXEMPLO NUMÉRICO: Calcular o valor do momento fletor de fissuração de uma seção retangular (20 x 40 cm) (para verificação de fissuração) em uma peça de concreto armado e depois em concreto protendido, considerando que o concreto tenha fck = 50 MPa e no caso de concreto protendido haverá duas cordoalhas de ½ (área total de 2 cm²), com uma excentricidade de 15 cm uma tensão de σ p = 114,4 kn/cm².

11 Resolução: a) Concreto Armado b h3 I c = = 12 y t = 0,20 m 0,20 0, = 1, m 4 2 f ct = 0,21 f 3 ck = 0, = 2,85 MPa α = 1,5 pois se trata de seção retangular M r = α f ct I c y t = 1,5 2,85 1, ,20 M r = 0,00228 MN. m ou 22,8 kn. m

12 Resolução: b) Concreto Protendido b h3 I c = = 12 y t = 0,20 m 0,20 0, = 1, m 4 2 f ct = 0,21 f 3 ck = 0, = 2,85 MPa α = 1,5 pois se trata de seção retangular N p = σ p A = 114,4 kn cm² 2 cm 2 = 228,8 kn ÁREA DE AÇO (ARMADURA ATIVA) M r = α f ct I c y t + N p I c A y t + N p e ÁREA DA SEÇÃO TRANSVERSAL M r = 22, ,8 1, (0,20 0,40) 0, ,8 0,15 M r = 72,25 kn. m (cerca de 3 vezes o valor da peça em concreto armado convencional)

13 O módulo de elasticidade deve ser obtido segundo ensaio descrito na NBR Quando não forem feitos ensaios e não existirem dados mais precisos sobre o concreto usado na idade de 28 dias, pode-se estimar o valor do módulo de elasticidade usando a expressão: E ci = 5600 f ck 1 2 (MPa) O módulo de elasticidade secante a ser utilizado nas análises elásticas de projeto, especialmente para determinação de esforços solicitantes e verificação de estados limites de serviço, deve ser calculado pela expressão: E cs = 4760 f ck 1 2 ou E cs = 0,85 E ci (MPa)

14 Armaduras Não-Protendidas Também conhecidas como armaduras suplementares, convencionais ou passivas, são geralmente formadas por vergalhões usualmente empregados em concreto armado. As principais propriedades mecânicas dos aços em geral, podem ser obtidas em ensaios de tração simples do material. Os aços empregados como armadura suplementar são designados pelas letras CA (Concreto Armado) seguidos do valor característico do limite de escoamento (fyk) em kgf/mm².

15 Armaduras Protendidas As armaduras protendidas por serem constituídas por aços de elevada resistência e pela ausência de patamar de escoamento. Os aços de protensão são geralmente designados pelas letras CP (Concreto Protendido), seguidas da resistência característica à ruptura por tração (fptk), em kgf/mm². Designação genérica dos aços de protensão: CP-175 (RN): aço para concreto protendido com resistência mínima à ruptura por tração fptk = 175 kgf/mm², e de relaxação normal. NBR 7482 Fios de aço para concreto protendido NBR 7483 Cordoalhas de aço para concreto protendido

16 Armaduras Protendidas Relaxação: é a perda de tensão com o tempo em um aço estirado, sob comprimento e temperatura constantes. Quanto maior a tensão ou a temperatura, maior a relaxação. Modalidades de tratamento: Aços aliviados ou de relaxação normal (RN): são aços retificados por um tratamento térmico que alivia as tensões internas de trefilação; Aços estabilizados ou de relaxação baixa (RB): são aços que recebem um tratamento termomecânico que melhora as características elásticas e reduz as perdas de tensão por relaxação. O tratamento consiste em aquecimento a 400 C e tracionamento até a deformação unitária de 1%.

17 Armaduras Protendidas A corrosão no aço de protensão é um fator preocupante pelo menos por dois motivos. Em primeiro lugar porque normalmente o diâmetro dos fios é pequeno e em segundo lugar porque o aço quando sujeito a elevadas tensões fica mais susceptível à corrosão. Um certo grau de corrosão, considerado inofensivo para um aço de concreto armado, pode ser crítico no caso de fios de protensão com pequena seção transversal.

18 Armaduras Protendidas A chamada corrosão intercristalina sob tensão (stress corrosion) e o fenômeno da fragilidade sob a ação do hidrogênio, também conhecido como corrosão catódica sob tensão, são mais perigosos que a corrosão ordinária. Esses fenômenos podem ocorrer devido à existência simultânea de umidade, tensões de tração e certos produtos químicos como cloretos, nitratos, sulfetos, sulfatos e alguns ácidos. Este tipo de corrosão, que não é detectada exteriormente, dá origem a fissuras iniciais de pequena abertura e pode, depois de um certo tempo, conduzir a uma ruptura frágil. Pode levar um cabo de protensão ao colapso.

19 Armaduras Protendidas Devido à sua sensibilidade à corrosão, os aços de protensão devem ser protegidos contra a corrosão na fábrica, durante o transporte e na obra, devendo ser armazenados e instalados em lugares cobertos, aquecidos, secos e aerados, para não serem afetados pela água de condensação. É preciso evitar sempre que os fios entrem em contato com o solo (ácido húmico) ou com os agentes químicos já mencionados. Por ocasião da montagem dos cabos, as bainhas devem estar bem impermeabilizadas.

20 Armaduras Protendidas Os aços de protensão podem ser fornecidos em barras, fios, cordoalhas e cordões. A classificação de cada um pode ser dada por: BARRAS: elementos fornecidos em segmentos retos com comprimento normalmente compreendido entre 10 e 12 m. FIOS: elementos de diâmetro nominal entre 3 mm e 8 mm, cujo processo de fabricação permita o fornecimento em rolo. CORDOALHAS: também conhecidas como cordas, e consistem em grupamentos de pelo menos 6 fios enrolados em uma ou mais camadas, em torno de um fio cujo eixo coincida com o eixo longitudinal do conjunto. Assim como os fios são fornecidas em bobinas, com grande comprimento. CORDÕES: grupamentos de 2 ou 3 fios enrolados em hélice com passo constante e com eixo longitudinal comum.

21 Tensões As tensões nas armaduras protendidas são limitadas a certos valores máximos, a fim de se reduzir o risco de ruptura dos cabos, e também de evitar perdas exageradas por relaxação do aço. Segundo o código modelo CEB-78, as tensões utilizadas no momento da protensão ficam limitadas dos seguintes valores: a) Tensão máxima antes da ancoragem (σp máx.) σ p máx. 0,80f ptk 0,90f p0,1k

22 Tensões b) Tensão máxima instalada na viga, com o cabo ancorado (σp0) σ p0 0,75f ptk 0,85f p0,1k O esforço de protensão (Np) é obtido multiplicando-se a área da armadura protendida (Ap) pela tensão no aço (σp). N p = A p σ p

23 UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO CAMPUS UNIVERSITÁRIO DE SINOP FACULDADE DE CIENCIAS EXATAS E TECNOLOGICAS CURSO DE ENGENHARIA CIVIL DISCIPLINA: CONCRETO PROTENDIDO Materiais utilizados em Concreto Protendido [email protected]