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Materiais utilizados em Concreto Protendido

Prof.: Raul Lobato

UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSOCAMPUS UNIVERSITÁRIO DE SINOP

FACULDADE DE CIENCIAS EXATAS E TECNOLOGICASCURSO DE ENGENHARIA CIVIL

DISCIPLINA: CONCRETO PROTENDIDO

Concreto

Obtido pela mistura de cimento, agregado graúdo, agregado miúdo e água. Em algumassituações 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 commaior 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. Oscuidados com a cura devem ser iniciados quando também se inicia a pega do concreto (a definiçãodo início de pega é obtida através da medição da penetração de uma agulha padronizada). A curaseria o tempo depois da pega que a hidratação do concreto se desenvolve com grande velocidade, ea água existente na mistura tem a tendência de sair, em grande quantidade pelos poros do materiale se evaporar (retração, fissuração, alteração das propriedades de resistência.

Concreto

Obtido pela mistura de cimento, agregado graúdo, agregado miúdo e água. Emalgumas situações podem ser adicionados aditivos para o melhoramento datrabalhabilidade, 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 deresistência, desde que se evite a evaporação da água. Para as peças usuais de concreto armadoconvencional, utiliza-se o procedimento de molhar ou encharcar as superfícies aparentes doconcreto ou mesmo molhar as faces de fôrmas de madeira constantemente, colocandomateriais tais como esponjas encharcadas de água. Para as peças pré-moldadas é comum o usoda cura a vapor, em que se mantém o ambiente saturado e se aumenta a temperatura doambiente (no caso do vapor), acelerando-se o ganho de resistência do mesmo.

Concreto

Obtido pela mistura de cimento, agregado graúdo, agregado miúdo e água. Emalgumas situações podem ser adicionados aditivos para o melhoramento datrabalhabilidade, aumento de resistência, retardar reações químicas, etc.

PROPRIEDADES DO CONCRETO ENDURECIDO: As propriedades de maior interesse do concretoendurecido são as propriedades mecânicas, destacando-se as resistências à compressão etração.

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

Concreto

Obtido pela mistura de cimento, agregado graúdo, agregado miúdo e água. Emalgumas situações podem ser adicionados aditivos para o melhoramento datrabalhabilidade, aumento de resistência, retardar reações químicas, etc.

PROPRIEDADES DO CONCRETO ENDURECIDO: As propriedades de maior interesse do concretoendurecido são as propriedades mecânicas, destacando-se as resistências à compressão etração.

Resistência à tração: valores não significativos porém que devem ser conhecidos pois serelacionam com a capacidade resistente da peça.

Ensaios:

-flexotração

-compressão diametral

-tração pura

Concreto

Embora seja de baixo valor e muitas vezes desprezado no cálculo dos ELU, aresistência à tração do concreto desempenha papel determinante nas análises deELS, ou seja, na análise de uso das peças de concreto. Em serviço é fundamentalconhecer a partir de que momento fletor uma seção poderá ter iniciada umafissura devida à tração nela provocada pela flexão. A este momento fletor, a partirdo 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):

𝜎𝑖 =𝑀

𝐼× 𝑦𝑖

Concreto

Na iminência de ocorrer a primeira fissura de tração, a tensão no concreto se iguala à daresistência à tração do concreto (𝜎𝑖=𝑓𝑐𝑡), chegando à expressão:

𝑀𝑟 =𝑓𝑐𝑡 × 𝐼

𝑦𝑖

Colocando conforme a NBR 6118 (item 17.3.1), chega-se a:

𝑀𝑟 =𝛼 × 𝑓𝑐𝑡 × 𝐼𝑐

𝑦𝑡Com𝛼 – valor igual a 1,2 para seções em forma de “tê” e 1,5 para seções retangularesMr – momento de fissuraçãoIc – inércia da seção bruta de concreto

Concreto

A norma prescreve que a resistência à tração a ser considerada no cálculo depende daverificação que se está efetuando:

No estado de deformação excessiva (cálculo de flecha), deve-se usar o valor da resistênciamédia:

𝑓𝑐𝑡 = 0,70 × 𝑓𝑐𝑘 2 3 (𝑀𝑃𝑎)

No estado de formação de fissuras, deve-se usar o valor da resistência inferior:

𝑓𝑐𝑡 = 0,21 × 𝑓𝑐𝑘 2 3 (𝑀𝑃𝑎)

Concreto

Para as seções de peças protendidas, embora a NBR 6118 não explicite uma expressão, pode-seconsiderar de maneira similar as de concreto armado, podendo acrescentar o efeito da

protensão centrada (𝑁𝑝

𝐴) e da sua excentricidade (

𝑁𝑝×𝑒

𝐼× 𝑦):

𝜎𝑖 =𝑀

𝐼× 𝑦𝑖 +

𝑁𝑝

𝐴+

𝑁𝑝 × 𝑒

𝐼× 𝑦

De onde se obtém:

𝑀𝑟 =𝛼 × 𝑓𝑐𝑡 × 𝐼𝑐

𝑦𝑡+

𝑁𝑝 × 𝐼𝑐

𝐴 × 𝑦𝑡+ 𝑁𝑝 × 𝑒

Concreto

EXEMPLO NUMÉRICO: Calcular o valor do momento fletor de fissuraçãode 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 concretoprotendido haverá duas cordoalhas de ½” (área total de 2 cm²), comuma excentricidade de 15 cm uma tensão de 𝜎𝑝= 114,4 kN/cm².

Concreto

𝐼𝑐 =𝑏 × ℎ3

12=

0,20 × 0,403

12= 1,067 × 10−3𝑚4

𝑦𝑡 = 0,20 𝑚

Resolução:

a) Concreto Armado

𝑓𝑐𝑡 = 0,21 × 𝑓𝑐𝑘 2 3 = 0,21 × 50 2 3 = 2,85 𝑀𝑃𝑎

𝑀𝑟 =𝛼 × 𝑓𝑐𝑡 × 𝐼𝑐

𝑦𝑡=

1,5 × 2,85 × 1,067 × 10−3

0,20

𝛼 = 1,5 pois se trata de seção retangular

𝑀𝑟 = 0,00228 𝑀𝑁.𝑚 𝑜𝑢 22,8 𝑘𝑁.𝑚

Concreto

𝐼𝑐 =𝑏 × ℎ3

12=

0,20 × 0,403

12= 1,067 × 10−3𝑚4

𝑦𝑡 = 0,20 𝑚

Resolução:

b) Concreto Protendido

𝑓𝑐𝑡 = 0,21 × 𝑓𝑐𝑘 2 3 = 0,21 × 50 2 3 = 2,85 𝑀𝑃𝑎

𝑀𝑟 =𝛼 × 𝑓𝑐𝑡 × 𝐼𝑐

𝑦𝑡+

𝑁𝑝 × 𝐼𝑐𝐴 × 𝑦𝑡

+ 𝑁𝑝 × 𝑒

𝛼 = 1,5 pois se trata de seção retangular

𝑁𝑝 = 𝜎𝑝 × 𝐴 = 114,4 𝑘𝑁 𝑐𝑚² × 2 𝑐𝑚2 = 228,8 𝑘𝑁

𝑀𝑟 = 22,8 +228,8 × 1,067 × 10−3

(0,20 × 0,40) × 0,20+ 228,8 × 0,15

ÁREA DE AÇO (ARMADURA ATIVA)

ÁREA DA SEÇÃO TRANSVERSAL

𝑀𝑟 = 72,25 𝑘𝑁.𝑚 (cerca de 3 vezes o valor da peça em concreto armado convencional)

ConcretoO módulo de elasticidade deve ser obtido segundo ensaio descrito na NBR8522. Quando não forem feitos ensaios e não existirem dados mais precisossobre o concreto usado na idade de 28 dias, pode-se estimar o valor do módulode elasticidade usando a expressão:

𝐸𝑐𝑖 = 5600 × 𝑓𝑐𝑘 1 2 (𝑀𝑃𝑎)

O módulo de elasticidade secante a ser utilizado nas análises elásticas deprojeto, especialmente para determinação de esforços solicitantes e verificaçãode estados limites de serviço, deve ser calculado pela expressão:

𝐸𝑐𝑠 = 4760 × 𝑓𝑐𝑘 1 2 𝑜𝑢 𝐸𝑐𝑠 = 0,85 × 𝐸𝑐𝑖 (𝑀𝑃𝑎)

Armaduras Não-Protendidas

Também conhecidas como armaduras suplementares, convencionaisou passivas, são geralmente formadas por vergalhões usualmenteempregados em concreto armado. As principais propriedadesmecânicas dos aços em geral, podem ser obtidas em ensaios de traçãosimples do material. Os aços empregados como armadura suplementarsão designados pelas letras CA (Concreto Armado) seguidos do valorcaracterístico do limite de escoamento (fyk) em kgf/mm².

Armaduras Protendidas

As armaduras protendidas por serem constituídas por aços de elevadaresistência e pela ausência de patamar de escoamento. Os aços deprotensão são geralmente designados pelas letras CP (ConcretoProtendido), 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 traçãofptk = 175 kgf/mm², e de relaxação normal.

NBR 7482 – Fios de aço para concreto protendido

NBR 7483 – Cordoalhas de aço para concreto protendido

Armaduras Protendidas

Relaxação: é a perda de tensão com o tempo em um aço estirado, sobcomprimento e temperatura constantes. Quanto maior a tensão ou atemperatura, 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 asperdas de tensão por relaxação. O tratamento consiste em aquecimento a400°C e tracionamento até a deformação unitária de 1%.

Armaduras Protendidas

A corrosão no aço de protensão é um fator preocupante pelo menospor dois motivos. Em primeiro lugar porque normalmente o diâmetrodos fios é pequeno e em segundo lugar porque o aço quando sujeito aelevadas tensões fica mais susceptível à corrosão. Um certo grau decorrosão, considerado inofensivo para um aço de concreto armado,pode ser crítico no caso de fios de protensão com pequena seçãotransversal.

Armaduras Protendidas

A chamada corrosão intercristalina sob tensão (stress corrosion) e ofenômeno da fragilidade sob a ação do hidrogênio, também conhecidocomo corrosão catódica sob tensão, são mais perigosos que a corrosãoordinária. Esses fenômenos podem ocorrer devido à existênciasimultânea de umidade, tensões de tração e certos produtos químicoscomo cloretos, nitratos, sulfetos, sulfatos e alguns ácidos. Este tipo decorrosão, que não é detectada exteriormente, dá origem a fissurasiniciais de pequena abertura e pode, depois de um certo tempo,conduzir a uma ruptura frágil. Pode levar um cabo de protensão aocolapso.

Armaduras Protendidas

Devido à sua sensibilidade à corrosão, os aços de protensão devem serprotegidos contra a corrosão na fábrica, durante o transporte e naobra, devendo ser armazenados e instalados em lugares cobertos,aquecidos, secos e aerados, para não serem afetados pela água decondensação.

É preciso evitar sempre que os fios entrem em contato com o solo(ácido húmico) ou com os agentes químicos já mencionados. Porocasião da montagem dos cabos, as bainhas devem estar bemimpermeabilizadas.

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.

Tensões

As tensões nas armaduras protendidas são limitadas a certos valoresmáximos, a fim de se reduzir o risco de ruptura dos cabos, e tambémde evitar perdas exageradas por relaxação do aço. Segundo o códigomodelo CEB-78, as tensões utilizadas no momento da protensão ficamlimitadas dos seguintes valores:

a) Tensão máxima antes da ancoragem (𝜎p máx.)

𝜎𝑝 𝑚á𝑥. ≤ 0,80𝑓𝑝𝑡𝑘

0,90𝑓𝑝0,1𝑘

Tensões

b) Tensão máxima instalada na viga, com o cabo ancorado (𝜎p0)

𝜎𝑝0 ≤ 0,75𝑓𝑝𝑡𝑘

0,85𝑓𝑝0,1𝑘

O esforço de protensão (Np) é obtido multiplicando-se a área da armaduraprotendida (Ap) pela tensão no aço (𝜎p).

𝑁𝑝 = 𝐴𝑝 × 𝜎𝑝

Materiais utilizados em Concreto Protendido

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DISCIPLINA: CONCRETO PROTENDIDO