Tipos de Aço de Protensão e Suas Propriedades Mecânicas

Tipos de Aço de Protensão Tipos de Aço de Protensão Fios encruados a frio por trefilação Conforme a resistência à tração classificamse em categorias CP150 CP160 CP170 etc Conforme o comportamento à relaxação classificamse em relaxação normal RN e relaxação baixa RB São fabricados com diâmetros de 4 5 6 7 e 8 mm CP160 RN 5 Diâmetro Relaxação Limite de resistência 1600 MPa Concreto protendido Tipos de Aço de Protensão Cordoalhas Cordoalha de sete fios sete fios de mesmo diâmetro nominal encordoados numa forma helicoidal em torno de um fio central Tipos de Aço de Protensão Cordoalhas Cordoalha de três fios três fios de mesmo diâmetro nominal encordoados numa forma helicoidal Tipos de Aço de Protensão Cordoalhas Classificação Cordoalha de 7 fios CP175 RN ou RB e CP190 RN ou RB Cordoalha de 3 fios CP180 RN Relaxação do aço Aços aliviados ou de relaxação normal RN são retificados por um tratamento térmico que alivia as tensões internas de trefilação Aços estabilizados ou de relaxação baixa RB recebem um tratamento termomecânico que melhora as características elásticas e reduz a relaxação Possuem melhor desempenho para condições normais de aplicação e também excepcionais como no caso de temperaturas mais elevadas Tipos de Aço de Protensão Nomenclatura das propriedades mecânicas do aço fpyk valor característico da resistência de escoamento fpyd valor de cálculo da resistência de escoamento fptk valor característico da resistência à tração fptd valor de cálculo da resistência à tração 𝒑𝒚𝒅 𝒑𝒚𝒌 𝒔 𝒑𝒕𝒅 𝒑𝒕𝒌 𝒔 𝒔 Módulo de elasticidade Ep 210000 MPa para fios Ep 195000 MPa para cordoalhas Nível de Protensão Nível de Protensão A escolha entre Concreto Armado ou Concreto Protendido para uma determinada estrutura ou peça estrutural é essencialmente econômica ou seja do custo Para lajes e vigas com vãos pequenos o Concreto Armado é geralmente a solução mais econômica Quando o vão aumenta há a necessidade de aumentar a seção transversal pois de modo geral a flecha passa a ser o fator condicionante do projeto da laje ou viga de Concreto Armado e para evitar flecha excessiva a seção tornase antieconômica Para vãos médios e grandes a protensão surge como uma solução viável técnica e econômica pois diminui a flecha e possibilita seções transversais menores A intensidade da força de protensão e da quantidade de armadura pode assumir diferentes valores sendo dependente de vários fatores principalmente do vão do carregamento da agressividade do ambiente e das condições em serviço flecha abertura de fissura nível de vibração etc Nível de Protensão Completa Em condições de ambientes agressivos a intensidade da protensão é escolhida de forma a eliminar as tensões de tração sob o carregamento de serviço para evitar abertura de fissuras No Brasil normalmente escolhese a protensão completa que significa peça livre de fissuras de flexão Contraflecha sem serviço Sem fissura em serviço Contraflecha sem serviço Sem fissura em serviço Tração 0 e Fissura 0 Tração 0 e Fissura 0 Nível de Protensão Limitada O segundo nível de protensão é a limitada onde as tensões de tração podem ocorrer mas sem ultrapassar uma tensão admissível para tração tensão moderada e a peça trabalha com uma probabilidade muito pequena de formação de fissuras Fissuras eventuais abertas devido à atuação de uma sobrecarga transitória se fecham após a passagem da carga pois as seções permanecem comprimidas sob o efeito das cargas quase permanentes Na protensão limitada as peças ficam sujeitas à tensões de protensão menores do que aquelas que seriam produzidas por uma protensão total trazendo as seguintes vantagens Menores tensões de tração e compressão na época da protensão Melhor comportamento quanto às deformações flechas sob o efeito da fluência do concreto Exige menos armadura ativa e mais armadura passiva trazendo uma solução mais econômica Nível de Protensão Parcial Em muitos casos como estruturas em ambientes não agressivos não há a necessidade de evitar o surgimento de fissuras de modo que a intensidade da força de protensão pode ser menor e consequentemente o projeto pode ser mais econômico A peça pode por exemplo ser projetada de forma a permanecer sem fissuras sob a atuação dos carregamentos permanentes e com fissuras que se abrem e se fecham conforme o carregamento variável é aplicado e retirado É a chamada protensão parcial quando a peça trabalha fissurada sob o carregamento total As fissuras tem abertura maior que na limitada Sem contraflecha quando sem serviço Com fissura em serviço Sem contraflecha quando sem serviço Com fissura em serviço Nível de Protensão Parcial A peça com protensão parcial tem a abertura de fissura controlada limitada a um valor máximo 02 mm conforme a NBR 6118 a fim de não prejudicar a estética e a durabilidade Assim a força de protensão elimina ou limita a tensão de tração atuante na seção transversal e consequentemente a ocorrência ou não de fissuração em função principalmente da intensidade da protensão Há situações onde é necessário evitar a fissuração como reservatórios estruturas em contato com água do mar ou agentes agressivos e outras situações em que basta limitar a abertura das fissuras Tração tensão admissível e Fissura 02 mm Tração tensão admissível e Fissura 02 mm Nível de Protensão Resumo protensão completa não ocorrem tensões de tração e a peça trabalha livre de fissuras protensão limitada podem ocorrer tensões de tração que não ultrapassam uma tensão admissível e a peça trabalha com um mínimo de fissuras protensão parcial as tensões de tração não são restringidas e a peça trabalha fissurada As tensões de tração são resistidas por armadura passiva que ajuda a controlar as fissuras Nível de Protensão A NBR 6118 tem sua recomendação para o uso do nível de protensão de acordo com a agressividade do ambiente Hipóteses Básicas de Dimensionamento Hipóteses Básicas de Dimensionamento Convenção de sinais Tensão tração compressão Momento quando tracionar as fibras inferiores quando tracionar as fibras superiores Distância até o centro de gravidade da seção abaixo da LN acima da LN Força de protensão Uma viga não fissurada simplesmente apoiada e submetida a uma força de protensão axial P tem tensões normais uniformes de compressão com sinal negativo de valor 𝒄 Hipóteses Básicas de Dimensionamento Se um carregamento externo uniformemente distribuído for aplicado sobre a viga causará um momento fletor máximo positivo no meio do vão M Então as tensões normais no concreto em uma fibra distante y do CG da seção transversal é 𝒄 𝒄 E nas fibras da base b e do topo t da seção as tensões são 𝒃 𝒄 𝒄 𝒕 𝒄 𝒄 Não pode superar a tensão de compressão permitida para o concreto Hipóteses Básicas de Dimensionamento Para evitar a limitação da tensão sobre o concreto e aumentar a capacidade de carga da viga a armadura de protensão pode ser colocada excentricamente em relação ao centro de gravidade CG da seção transversal mais próxima da fibra mais tracionada da seção A força de protensão excêntrica origina um momento fletor P ep que causa tensão de tração no topo e diminui a tensão de compressão podendo até mesmo resultar em tensão de tração As tensões na base e no topo ao longo da viga tornamse 𝒃 𝒄 𝒑 𝒄 𝒕 𝒄 𝒑 𝒄 onde a excentricidade ep é a distância do centro de gravidade CG da seção transversal ao centro de gravidade da armadura de protensão Ap Sem carregamento externo Hipóteses Básicas de Dimensionamento Com o carregamento externo aplicado sobre a viga as tensões no meio do vão tornamse 𝒃 𝒄 𝒑 𝒄 𝒄 𝒕 𝒄 𝒑 𝒄 𝒄 Tensão de Protensão Tensão causada pela excentricidade Tensão causada pelo carregamento externo Hipóteses Básicas de Dimensionamento Considerando os Módulos de Resistência à Flexão relativos à base b e ao topo t da seção 𝒃 𝒄 𝒃 𝒕 𝒄 𝒕 e aplicando nas equações temos 𝒃 𝒄 𝒑 𝒃 𝒃 𝒕 𝒄 𝒑 𝒕 𝒕 Hipóteses Básicas de Dimensionamento Combinações de ações São duas as combinações possíveis de ações sendo que a força de protensão é uma ação de caráter permanente Protensão e peso próprio caracteriza o ESTADO EM VAZIO e corresponde a um caso em que a estrutura não está suportando as cargas para as quais foi projetada Protensão peso próprio e carga acidental ou móvel caracteriza o ESTADO EM SERVIÇO onde a estrutura está suportando as cargas de utilização Hipóteses Básicas de Dimensionamento Resumo Sem excentricidade Com excentricidade