Sistemas de protensão

A protensão, de acordo com Pfeil (1984), é atingida mediante a utilização de barras ou cabos de aço de alta resistência, tracionados e ancorados no concreto. Cordoalhas, fios e seus agrupamentos em cabos de aço, são denominadas armaduras de protensão. Em função do sistema construtivo e do modo como a força de protensão, durante a fase de construção, é aplicada na seção de concreto, os elementos em concreto protendido podem ser classificados em elementos pré-tracionados ou pós-tracionados.

Conforme Hanai (2005), o sistema de pré-tração é utilizado em indústrias, onde a concretagem é realizada em instalações fixas, denominadas pistas de protensão. Conforme exemplificado na Figura 2.21, o sistema consiste em armaduras posicionadas longitudinalmente na pista de protensão (Figura 2.22), com comprimentos típicos entre 80 e 120 m, as quais são fixadas nas extremidades por meio de dispositivos mecânicos. Durante a operação de protensão, uma extremidade é fixa e a outra extremidade livre, possibilitando esticar os cabos com o auxílio de atuadores hidráulicos (macacos) para aplicação da protensão (Figura 2.23), até alcançar a força desejada. Por meio de calços e cunhas as armaduras esticadas são fixadas nos elementos de ancoragem nas extremidades. O concreto é lançado dentro das formas, envolvendo as armaduras estiradas e permitindo a aderência posterior. Após a cura do concreto e atingida a resistência mínima necessária, é retirado parte do alongamento aplicado nas armaduras e a seguir estas são cortadas junto às faces do concreto. O encurtamento das armaduras é impedido pela aderência com o concreto, resultando em elementos protendidos.

Figura 2.21: Esquema simplificado do sistema com armadura pré-tracionada

Fonte: Adaptado de Hanai (2005) atuador hidráulico dispositivos de ancoragem elementos pré-fabricados pista de protensão

Figura 2.22: Pista de protensão em indústria de pré-fabricados de concreto (a) fabricação de lajes alveolares (b) fabricação de viga I

Fonte: Migliore (2008)

Figura 2.23: Equipamentos de protensão em indústria de pré-fabricados de concreto (a) atuador hidráulico (macaco) de protensão (b) manômetro do atuador hidráulico

Fonte: Migliore (2008)

As principais vantagens do uso do sistema de pré-tração são: a) ausência de bainhas metálicas, ancoragens permanentes e injeção de calda de cimento; b) não há perda por atrito ao longo do cabo; c) ideal para indústria de pré-fabricados. As principais desvantagens deste sistema são: a) cabos de protensão exclusivamente retos ou poligonais; b) necessidade de cabeceiras ou formas muito rígidas (MIGLIORE JUNIOR, 2017).

Segundo Pfeil (1984), o sistema com armadura pós-tracionada é mais utilizado quando a protensão é realizada no campo. Nesse sistema, a operação de protensão é realizada após o ganho de resistência do concreto. O concreto é lançado em formas e são colocadas as cordoalhas de aço no interior de bainhas metálicas ou utilizadas cordoalhas previamente engraxados e envolvidos por bainha plástica. Após o concreto atingir resistência suficiente, os cabos são esticados pelas extremidades até atingirem o alongamento desejado. Em seguida, os cabos são ancorados nas faces do concreto com dispositivos mecânicos, aplicando assim a força de compressão ao concreto. A Figura 2.24 apresenta a fase de alongamento de cabos aderentes com auxílio de atuador hidráulico e detalhe do sistema de ancoragem em elemento pré-moldado de canteiro de obras.

Figura 2.24: Equipamentos de protensão em elemento pré-moldado de concreto (a) atuador hidráulico de protensão (b) cabos fixados em placas de ancoragem

Fonte: Autor

Conforme observado por Emerick (2005), em função da aderência entre o aço de protensão e o concreto, o sistema de pós-tração pode ser classificado em aderente e não aderente. No sistema com protensão aderente, após o estiramento dos cabos, é injetada nata de cimento dentro das bainhas metálicas, as quais abrigam as cordoalhas. A Figura 2.25 ilustra as bainhas metálicas em detalhe e as mesmas posicionadas durante a fase de montagem da armadura da viga pré-moldada em canteiro de obra de pontes. No sistema não aderente, as cordoalhas ficam envolvidas por uma camada de graxa especial e bainhas de PEAD (polietileno de alta densidade), permitindo o movimento livre da cordoalha no seu interior.

Figura 2.25: Bainha metálica utilizada no sistema com pós-tração aderente (a) bainhas metálicas galvanizadas (b) bainhas posicionadas durante a etapa de

montagem da armadura da viga pré-moldada

Fonte: Autor

As principais vantagens do uso do sistema de pós-tração aderente são: a) o cabo pode apresentar forma geométrica otimizada; b) aplicação em campo ou com elementos pré- moldados; c) ideal para grandes vãos e cargas elevados, por exemplo para aplicação em Obras de Arte Especiais (OAE). As principais desvantagens deste sistema são: a) maiores perdas ao longo do cabo; b) atuador hidráulico de protensão com grande potência; c) necessários cuidados especiais durante a etapa de injeção de calda de cimento (MIGLIORE JUNIOR, 2017).

As principais vantagens do uso do sistema de pós-tração não aderente são: a) facilidade de montagem devido a leveza dos cabos, acessórios e equipamentos; b) aplicação em campo para peças esbeltas; c) viabilidade econômica para aplicação em estruturas leves, por exemplo para aplicação em edifícios residenciais e comerciais. As principais desvantagens deste sistema são: a) utilização de muitos cabos devido as cordoalhas apresentarem pequena área de aço na seção transversal; b) ausência de aderência possibilita o aumento da fissuração; c) ruptura local de um cabo elimina sua ação ao longo de todo comprimento (MIGLIORE JUNIOR, 2017).

De modo a diferenciar as cordoalhas engraxadas de aço CP-190 RB e CP-210 RB, a indústria nacional utiliza bainhas de PEAD (polietileno de alta densidade), de espessura mínima de 1 mm, com cores padronizadas azul e laranja. As cordoalhas engraxadas de aço CP-190 RB são envolvidas por bainhas de PEAD na cor azul e as de aço CP-210 RB por bainhas de PEAD na cor laranja, como pode ser observado na Figura 2.26b. A Figura 2.27 ilustra a fase de montagem de laje lisa com cordoalhas não aderentes.

Figura 2.26: Fio, cordoalha nua e engraxada de aço de protensão (a) fio de aço CP-175 RB e cordoalha nua de 3

e 7 fios de aço CP-190 RB (esq. para dir.)

(b) cordoalha engraxada de CP-190 RB e CP- 210 RB com bainha de PEAD (esq. para dir.)

Fonte: Autor

Figura 2.27: Montagem de laje lisa com cordoalha engraxada de aço CP-190 RB

Fonte: Nogueira et al. (2013)