3.3 PROTENSÃO EXTERNA

A protensão externa pode ser utilizada para diversos tipos de materiais, como concreto, madeira, aço, ou estruturas mistas aço e concreto. No estudo de vigas metálicas protendidas é importante o domíniodessa técnica de protensão para que se possam projetar as peças e entender o seu comportamento estrutural.

De acordo com Reis (2003), a protensão externa apresenta as seguintes características:

• Os cabos de protensão são colocados fora da área física ocupada pela seção transversal da estrutura;

• A força de protensão é transmitida à estrutura apenas pelos pontos de ancoragem e pelos desviadores. Desta forma, esses dispositivos ficam solicitados por forças bastante elevadas, e precisam ser projetados, detalhados e executados de forma adequada para evitar danos à estrutura;

• A aderência entre o cabo de protensão e a estrutura acontece apenas nos pontos de ancoragem e de desvio dos cabos, onde existe o atrito criado pela necessidade de fixação do cabo ou devido ao contato do cabo com o desviador;

• Os desviadores devem ser posicionados com alto grau de precisão para reduzir o atrito e evitar danos ao aço de protensão, e para que não aconteça mudança da excentricidade de projeto;

As vantagens da protensão externa são:

• Os cabos externos facilitam os trabalhos de inspeção e manutenção durante e após a protensão;

• Os cabos de protensão externos podem ser substituídos quando necessário, desde que previsto em projeto;

• Há redução das perdas por atrito uma vez que praticamente não existem ondulações parasitas nos cabos;

• Os traçados são considerados simples (retos) o que facilita os detalhes construtivos.

Além disso, Viana (2004) ressalta que através da utilização da protensão externa é possível reforçar estruturas sem que haja necessidade de descarregá-las e o resultado do reforço é alcançado imediatamente após a conclusão da protensão. Com essa técnica pode ser eliminada grande parte das deformações existentes na estrutura que está sendo submetida ao reforço.

As desvantagens relacionadas à protensão com cabos externos são:

• Devido ao fácil acesso, os cabos são mais propensos às ações externas como fogo, corrosão, agressividade de elementos químicos e até mesmo vandalismo, por isso existe a necessidade de proteger os cabos;

• Os cabos de protensão podem sofrer vibração e, portanto, devem ter o comprimento livre limitado;

• A deformação da viga pela atuação das cargas externas pode levar a uma alteração da excentricidade do cabo quando não existem desviadores suficientes ao longo do vão e, com isso, a uma redução do efeito da protensão em compensar o momento devido às cargas aplicadas. Esse aspecto será abordado mais adiante.

3.4 - MATERIAIS

3.4.1 - Aços estruturais

Os aços estruturais que devem ser utilizados para o perfil I da viga metálica são aqueles aprovados pela NBR 8800/1986. As propriedades mecânicas gerais desses aços são:

- E = 205.000 MPa, módulo de elasticidade; - νa = 0,3, coeficiente de Poisson;

- β = 12 x 10-6

por °C, coeficiente de dilatação térmica; - γa = 77 kN/m3, peso específico.

As propriedades mecânicas usadas nos cálculos, tais como, os limites de escoamento (fy) e

a resistência à tração (fu), variam de acordo com o tipo de aço estrutural escolhido, e os

seus valores são fornecidos na NRB 8800/1986.

3.4.2 - Aços de protensão

Os aços usados na protensão caracterizam-se por elevada resistência e pela ausência de patamar de escoamento. Apresentam resistência até três vezes maior que os aços que costumam ser empregados no concreto armado. Esses aços podem ser adquiridos em grandes comprimentos, na forma de fios ou cordoalhas, e com isso elimina-se o problema de emendas do aço para estruturas de grandes vãos. Devem apresentar boa ductilidade, para que não tenham uma ruptura frágil por danos mecânicos ou por deformações a frio junto às ancoragens.

Os aços de protensão podem ser encontrados nas seguintes formas:

- fios trefilados de aço carbono, com diâmetro de 3 a 8 mm, fornecidos em rolos ou bobinas;

- cordoalhas: fios trefilados, enrolados em forma de hélice, com dois, três ou sete fios, e o diâmetro pode vaiar de 6,5 à 15,7mm.

- barras de aço-liga, de alta resistência, laminadas a quente, com diâmetros superiores a 12mm e comprimento limitado.

Quanto ao tipo de tratamento que recebem podem ser:

- aços aliviados ou de relaxação normal (RN): aços retificados por um tratamento térmico que alivia as tensões internas de trefilação;

- aços estabilizados ou de relaxação baixa (RB): aços que recebem um tratamento termo- mecânico para melhorar as características elásticas e reduzir as perdas de tensão por relaxação.

As principais propriedades mecânicas do aço de protensão são: - fptk: resistência característica à ruptura a tração do aço

- fpyk: limite de escoamento convencional, correspondente à tensão em que o aço apresenta

uma deformação unitária residual de 0,2%. No caso de fios e cordoalhas, o fpyk é

aproximadamente igual a tensão para que ocorra uma deformação de 1%.

- Ep: Módulo de elasticidade. De acordo com a NBR 6118, na falta de dados específicos,

pode-se considerar o valor de 200.000MPa para o módulo de elasticidade de fios e cordoalhas.

- ↑uk: Alongamento após ruptura.

Os aços de protensão têm suas tensões iniciais de tração (no momento de aplicação da força de protensão) limitadas pela NBR 6118/2003 pelos seguintes valores:

- Para aços de relaxação normal (RN):

⎩ ⎨ ⎧ ≤ σ pyk ptk pi _0,87f f 74 , 0

- Para aços de relaxação baixa (RB):

⎩ ⎨ ⎧ ≤ σ pyk ptk pi f 82 , 0 f 74 , 0

- Aços CP-85/105, fornecidos em barras:

⎩ ⎨ ⎧ ≤ σ pyk ptk pi f 88 , 0 f 72 , 0

Essas tensões limites são para o caso de pós-tração, o que ocorre nas vigas metálicas protendidas. Esses limites são necessários para evitar a ruptura do cabo durante a protensão, para que a perda por relaxação do aço não seja muito elevada e porque tensões excessivas deixam o aço de protensão com maior sensibilidade à corrosão.