TCC Concreto Protendido - Tales de Castro

Centro Universitário do Leste de Minas Gerais - Unileste Projeto Interdisciplinar – PI – Curso de Engenharia Civil Coronel Fabriciano – MG

ASHBEL GREGÓRIO STOFFEL LACERDA SILVA TALES DE CASTRO QUINTÃO THAIS CRISTINE MARQUES MARIANO

CONCRETO PROTENDIDO

Coronel Fabriciano 2014

Centro Universitário do Leste de Minas Gerais - Unileste Projeto Interdisciplinar – PI – Curso de Engenharia Civil Coronel Fabriciano – MG

ASHBEL GREGÓRIO STOFFEL LACERDA SILVA TALES DE CASTRO QUINTÃO THAIS CRISTINE MARQUES MARIANO

CONCRETO PROTENDIDO

Trabalho

de

conclusão

de

curso

apresentado à Área de Exatas, Curso de Engenharia Civil, como requisito parcial para obtenção do título de bacharel em Engenharia Civil do Centro Universitário do Leste de Minas Gerais. Orientador: Flávio Souza Silva

Coronel Fabriciano 2014

ASHBEL GREGÓRIO STOFFEL LACERDA SILVA TALES DE CASTRO QUINTÃO THAIS CRISTINE MARQUES MARIANO

Monografia apresentada ao Curso de Engenharia Universitário

Civil do

do

Leste

Centro de

Minas

Gerais, como requisito para obtenção do título de bacharel em Engenharia Civil.

Aprovado em:______/______/______

____________________________________________ Prof. Msc Flávio Souza Silva

Unileste/Orientador

____________________________________________ Prof. Msc Marcos Ribeiro Orientador

AGRADECIMENTOS ASHBEL GREGÓRIO STOFFEL LACERDA SILVA

TALES DE CASTRO QUINTÃO

THAIS CRISTINE MARQUES MARIANO

RESUMO

O concreto protendido é uma técnica com uma capacidade imensa para vencer grandes vãos, economizar material, reduzir prazos e o mais importante que é reduzir custos, mas está sendo tratado neste Trabalho de Conclusão de Curso, uma ponte de vão relativamente pequeno, 8 metros, projetada para ser executada em concreto armado com estrutura metálica, a partir disto, será feito um dimensionamento e levantamento de custos da mesma ponte, porém, para ser executada com concreto protendido e ao comparar os dados realizar uma avaliação de viabilidade de execução. Palavras chave: Concreto protendido, Concreto armado, Estrutura Metálica, Ponte.

ABSTRACT

The prestressed concrete is a technique with a great capacity to win large spans, save material, reduce deadlines and the most important, which is to reduce cost. What is being taken care in this Completion of course work, is a bridge with a small span of eight meters, projected to be performed in reinforced concrete and metal structure. Then, a design and survey of costs will be made for the same bridge, but to be performed with prestressed concrete and afterwards compare the data to make a evaluation of feasibility of implementing. Key words: Prestressed concrete, Reinforced concrete, Metal structure, Bridge.

LISTA DE FIGURAS

SUMÁRIO

1- INTRODUÇÃO....................................................................................................................................10 2- OBJETIVOS........................................................................................................................................11 2.1 Objetivo Geral...............................................................................................................................11 2.2 Objetivo Específico......................................................................................................................11 3- MÉTODOS DE PESQUISA..............................................................................................................12 4- JUSTIFICATIVA..................................................................................................................................13 5- REVISÃO DE LITERATURA.............................................................................................................14 6- REFERENCIAIS TEÓRICOS...........................................................................................................16 6.1 Porque Protender.........................................................................................................................16 6.2 Processo de Protensão...............................................................................................................16 6.3 Tipos de Protensão......................................................................................................................18 6.3.1 Protensão Aderente..................................................................................................................18 6.3.2 Protensão não Aderente..........................................................................................................19 7- ESTUDO DE CASO...........................................................................................................................20 8- RESULTADOS ESPERADOS..........................................................................................................21 9- CRONOGRAMA.................................................................................................................................22 10- REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS..............................................................................................23

1- INTRODUÇÃO

Ao longo do tempo a construção civil evoluiu muito os seus métodos através do avanço da tecnologia a favor da velocidade de execução de obras, redução de custos, maior facilidade de planejamento, entre outras. A técnica da protensão utilizada juntamente com o concreto ganha o nome de Concreto Protendido, uma ferramenta muito poderosa que muitos construtores utilizam principalmente em construções de pontes, e para obras de grande porte, onde as vigas são preparadas fora do seu local de aplicação, sendo no próprio canteiro de obras onde ela será instalada após pronta, ou até mesmo em uma fábrica de pré-moldados. O Concreto Protendido surgiu para substituir o concreto armado por possuir algumas vantagens na sua utilização. As vigas de Concreto Protendido em relação as vigas de concreto armado comum conseguem vencer vãos muito maiores, o que é o ideal para vigas de pontes, garagens em edifícios de grande porte, entre outros. O seu método de construção utiliza o que o aço tem de melhor, que é a resistência à tração. Um diferencial das estruturas em geral de Concreto Protendido é que na sua produção raramente uma peça vem a dar problema, evitando assim retrabalhos e prejuízos para as empresas fabricantes, mesmo que por ventura uma peça venha a dar problema, isso acontecerá provavelmente antes de ela ser instalada, devido ao tempo de cura do concreto ser de 28 dias, e o processo de esticamento das cordoalhas acompanharem este processo, as vigas de Concreto Protendido apresentarão problemas antes de serem transportadas para sua instalação.

2- OBJETIVOS

2.1 Objetivo Geral

O processo de construções de edifícios, de pontes e de várias outras obras vem requerendo mais do processo construtivo, com tecnologias para atingir cada vez vãos maiores, execuções em um prazo minorado e um custo mais baixo. Em edifícios pede se para aumentar a cada dia o tamanho útil da garagem, em pontes maiores são os vãos. Para melhora estrutural tanto de lajes sem vigas e vigas com menos pilares entra em uso a protensão, onde aumenta a rigidez do bloco e melhora o controle da fissuração. Antes complexo pelo método construtivo e fora de mão pelo preço, não era bem visto e utilizado. Agora com sistema de cordoalhas engraxadas e plastificadas simplificou-se o método, diminuiu o preço e quebrou o complexo do uso. Assim serão mostrados sistemas de manuseio e execução em obras com este processo.

2.2 Objetivo Específico

O objetivo desse estudo de caso é demonstrar os métodos construtivos com a utilização de concreto protendido em um projeto no qual não foi dimensionamento para utilizar tal método. Foi analisado o projeto de uma ponte em construção pela Prefeitura Municipal de Coronel Fabriciano, programada para ser construída em concreto armado e estrutura metálica, com o objetivo de mostrar o projeto da mesma ponte, o nosso trabalho busca equiparar os métodos e seus resultados.

3- MÉTODOS DE PESQUISA

Para o atendimento dos objetivos propostos, a pesquisa foi estruturada na revisão bibliográfica sobre o tema em questão, pesquisa em teses e dissertações, em páginas da internet, revistas e catálogos especializadas. O trabalho também contará com um estudo de caso, sendo este um novo projeto das vigas estrutural em concreto protendido.

4- JUSTIFICATIVA

Com a quantidade e a velocidade que o mercado vem desenvolvendo novos materiais e novos profissionais para indústria civil cresce as duvidas e medos de acordo com inovações no mercado, sem poder ficar desatualizado perdendo para a crescente concorrência. A necessidade de se firmar no mercado faz com que, a cada dia, utilizemos maior tecnologia, com menor prazo de execução e consequentemente menor custo.

Este trabalho vem para auxiliar os profissionais do ramo da engenharia civil a empregar de forma correta, e principalmente mais econômica a protensão em estruturas de concreto armado aplicada em grandes vãos.

5- REVISAO DE LITERATURA

Com o processo de mistura de cimento, água, agregados graúdo e miúdo, e dependendo do caso a utilização de aditivos, e a adição da armação de aço, barras de aço utilizadas para suportar esforços a tração sofrido pela estrutura, com o concreto protendido esse aço é utilizado de uma maneira um pouco diferente.

Segundo Schmid (2008), em 1770 se deu o começo do uso do conjunto de pedra natural com aço para reforço de estruturas, nessa época a pedra era furada e o aço era colocado posteriormente, mas somente em 1872 o americano P. A. Jackson houve a primeira tentativa de se protender um concreto, porem só em 1928 que o então engenheiro francês Eugene Freyssinet conseguiu o primeiro trabalho consistente de protensão de concreto.

De lá para cá este método só foi evoluindo chegando ao Brasil no ano de 1948 construindo a Ponte do Galeão, no Rio de Janeiro (ligando a Ilha do Governador à Ilha do Fundão) com 380 m de comprimento – na época a mais extensa do mundo, sendo que todos os materiais utilizados nessa obra foram importados da França. Os cabos de protensão eram fios lisos envolvidos por duas ou três camadas de papel Kraft. Os fios e o papel eram pintados com betume e a técnica representava o que conhecemos atualmente como a protensão “sem aderência”. Foram usados na obra cabos de 12 fios φ 5 mm, conhecidos como cabos de 20 t de força. As características para os aços de protensão são geralmente designados pelas letras CP (Concreto Protendido), seguidas da resistência característica à ruptura por tração, em kgf/mm². Devem ser sempre instalados com tensões elevadas, pois as perdas de protensão são inevitáveis e não podem representar um percentual muito elevado da tensão aplicada. As tensões nas armaduras protendidas são limitadas a valores máximos, a fim de se reduzir o risco de rupturas aos cabos, e também evitar perdas exageradas por relaxação do aço. Após as perdas sofridas pelo cabiamento, os esforços de protensão

efetivos atuando sobre o concreto, deverão apresentar cerca de 70% a 80% do esforço inicial instalado. Buscando sempre a melhor forma de utilizar este conjunto foram realizados estudos, e com base em diferentes materiais, hoje é possível analisar o comportamento do concreto protendido em determinadas situações, com isso identificar sua resistência. Os mais importantes métodos do concreto protendido são: concreto protendido com aderência, onde é aplicada uma nata de cimento junto às cordoalhas dentro da bainha, e concreto protendido sem aderência, onde as cordoalhas são cabos engraxados. Através do estudo desses métodos tornou-se possível trabalhar o concreto de maneira mais eficiente e característica, o resultado disso é a aplicação do concreto protendido de forma peculiar, buscando combater os esforços e vãos solicitados numa estrutura com uma menor seção de concreto e aço.

6- REFERENCIAIS TEÓRICOS

6.1 Porque Protender

Segundo Schmid (2008), utilizar o concreto protendido em uma estrutura é uma forma inteligente, eficaz e duradoura de se projetar uma estrutura. Inteligente, porque fazendo uso deste método está aproveitando o que os dois principais materiais da estrutura,concreto e aço, tem de melhor. No caso do concreto se aproveitar melhor a resistência à compressão, e no caso do aço resistência à tração, fazendo com que possa minorar suas quantidades. Eficaz porque há uma superioridade técnica exigindo além de mão de obra de qualidade, um planejamento mais eficiente. Duradoura porque seus elementos são de qualidade superior, na sua produção isso é exigido, portanto, sua deterioração com o tempo é bastante reduzida. Estes fatores já seriam suficientes para se justificar o uso deste método, mas, além disso, uma das principais vantagens é sua relação custo-benefício, o concreto protendido por ser uma estrutura que exige uma qualidade maior, tanto de mão de obra quanto de materiais, faz com que ao longo do tempo essas peças ao longo de sua vida útil, exijam baixa ou nenhuma quantidade de manutenção, além de proporcionar outras características, por exemplo: projetos arquitetônicos ousados, grandes vãos, controle de redução de deformações e da fissuração, lajes mais esbeltas do que as projetadas em concreto armado, reduzindo desta forma a altura e o peso de um edifício, aliviando assim, o carregamento nas fundações.

6.2 Processo de Protensão

Após o vigamento montado e concreto com as cordoalhas posicionadas corretamente, deve ser feita a retirada das fôrmas dos nichos, seguidas de limpeza se necessário, da área de apoio do bloco de ancoragem. Após feito isso, o próximo passo é a colocação do bloco e das cunhas. E quando o concreto atingir a sua resistência mínima préestabelecida em projeto, o posicionamento do macaco hidráulico e seus acessórios deve ser providenciado (SCHMID, 2008).

Fonte: Rudloff Catálogo de Concreto Protendido

O acionamento do macaco realiza a operação de protensão, pela bomba de alta pressão. Traciona as cordoalhas, sendo que a força está indicada no projeto estrutural, registrando a pressão indicada no manômetro e o correspondente alongamento dos cabos (SCHMID, 2008).

Fonte: Rudloff Catálogo de Concreto Protendido

Segundo Schmid (2008), o excesso das cordoalhas após o processo de tracionamento é cortado, e em seguida, os nichos devem ser fechados, ou quando se aplica protensão com aderência deve ser feita a injeção dos cabos com nata de cimento.

Fonte: Rudloff Catálogo de Concreto Protendido 6.3 Tipos de Protensão

6.3.1 Protensão Aderente

Segundo Schmid (2008), o sistema de protensão é aquele que a injeção da nata de cimento nas bainhas promove a aderência mecânica do aço protendido contra o concreto em todo o comprimento do cabo, garantindo a proteção da armadura contra a corrosão. O conjunto que compõe o cabo de protensão é composto por cordoalhas de aço, podem ser uma ou várias, bainha metálica, purgadores e ancoragens. Estas cordoalhas devem ficar soltas dentro da bainha, permitindo assim a movimentação delas quando for ocorrer a protensão. Após o processo de concretagem, cura e tracionamento das cordoalhas, é injetada nata de cimento no interior das bainhas (SCHMID, 2008).

Fonte: Rudloff Catálogo de Concreto Protendido

Mesmo se um cabo de aço for cortado ou se romper, a protensão aderente tem a capacidade de absorver essa força distribuindo a carga em toda a sua estrutura juntamente com o concreto, sendo um recurso capaz de oferecer mais proteção (SCHMID, 2008).

6.3.2 Protensão não Aderente

A protensão não aderente, o próprio nome já diz, não oferece aderência entre as cordoalhas e a estrutura de concreto. Basicamente o conjunto do aço é composto por uma ancoragem em cada ponta do cabo e uma cordoalha de aço engraxada e capeada de poletileno de alta densidade. O uso da graxa se faz para permitir que as cordoalhas se movimentem dentro das bainhas. Os cabos são tracionados e ancorados após a concretagem da estrutura e a cura do concreto (SCHMID, 2008).

Fonte: Rudloff Catálogo de Concreto Protendido

Segundo Schmid (2008), o cabo engraxado é fabricado por meio de processo continuo, através do qual a cordoalha é coberta com graxa inibidora de corrosão e então revestida com uma capa de polietileno de alta densidade (PEAD), a qual constitui a bainha do cabo. O uso de cordoalhas engraxadas apresenta características próprias, a serem observadas na escolha do tipo de protensão. A protensão não aderente pode ser executada a partir de equipamentos leves, facilmente aplicáveis em obras de pequeno porte. Isso possibilita ao concreto protendido ser competitivo com o concreto armado em edifícios residenciais com vãos pequenos (de 3 a 5 metros), o que não acontece com a protensão aderente. Além disso, os cabos engraxados são leves, de fácil

manuseio e flexíveis, o que permite a existência de curvas em sua disposição em planta e possibilita o desvio de eventuais obstáculos.

7- ESTUDO DE CASO

Na ponte sobre o afluente do Ribeirão Caladão, na Rua Guassu, Bairro Caladão na cidade de Coronel Fabriciano esta sendo executada uma ponte com a dimensão de 10,00m x 8,25m, projeto embasado em concreto armado e estrutura metálica para sustentação do tabuleiro. No estudo em questão estamos pegando o projeto inicial, com todas as pranchas, memorial de calculo e planilha orçamentaria para fazermos um comparativo em relação custo beneficio e analisarmos o método executivo na ponte com as vigas em concreto protendido. Iremos substituir as vigas metálicas pelas de protensão, exemplificando os passos para execução deste processo. Para projetar as vigas protendidas foi feito o seguinte procedimento pelo grupo: 

Análise do projeto original da ponte proposta;



Cálculo inicial de forças máximas, cortante e momento;

8- RESULTADOS ESPERADOS

Com base nas informações discutidas entre o grupo e o eng........, da empresa INOVA engenharia e conhecimentos adquiridos através de pesquisas, leituras ao longo do tempo, para a o nosso estudo de caso chegamos a uma previa conclusão de que o projeto inicial, com as vigas metálicas, para o vão real da ponte, relativamente pequeno, de 8 metros, terá um menor custo e uma menor durabilidade na execução.

Com base nas informações discutidas observou-se a importância da investigação minuciosa dos métodos do concreto protendido, pois através do estudo dos principais métodos é que se pode alcançar uma eficiente aplicação em determinado tipo de situação. O concreto é um excelente material em virtude de sua alta resistência à compressão, mas com relação à tração pode-se concluir que apenas ele não atenderia as demandas da construção civil. Uma das alternativas é a utilização das armaduras de aço como forma de aumentar sua resistência à tração, obtendo assim o concreto armado, e para atender a certos tipos de caso onde por conta da arquitetura arrojada como, por exemplo, vencer grandes vãos o ideal é protender o concreto. É importante ressaltar que a fabricação e aplicação do concreto protendido devem ser feitos de forma criteriosa, procurando sempre minimizar os fatores que influenciam negativamente na qualidade do material a ser produzido, respeitando as normas que regem todos os campos de sua fabricação, desde os primeiros ensaios à sua aplicação no canteiro de obras. Pretende-se mostrar com este estudo a eficiência e facilidade do uso do concreto protendido em diversas áreas da engenharia civil, onde ele vai estar agindo com uma resistência maior do que os métodos tradicionais, além de assegurar um menor prazo de execução da estrutura, como também reduzir riscos de trincas e fissuras, facilidade e praticidade em relação a mão de obra e reduzir as quantidades necessárias de concreto e de aço, devido ao emprego eficiente de materiais de maior resistência.

Centro Universitário do Leste de Minas Gerais - Unileste Projeto Interdisciplinar – PI – Curso de Engenharia Civil Coronel Fabriciano – MG

9- CRONOGRAMA

Escolha do tema Levantar bibliografia Revisão e análise bibliográfica Elaborar projeto de pesquisa Coleta de dados Analisar dados coletados Apoio técnico Elaboração da parte técnica Elaborar e redigir trabalho de pesquisa Normalizar e digitar trabalho Entregar para banca

Coronel Fabriciano 2014

DEZ/2014

NOV/2014

OUT/2014

SET/2014

AGO/2014

JUL/2014

JUN/2014

MAI/2014

ABR/2014

MAR/2014

FEV/2014

JAN/2014

DEZ/2013

2014 NOV/2013

OUT/ 2013

ATIVIDADE

SET/2013

MÊS

AGO/2013

2013

Apresentar TCC

Centro Universitário do Leste de Minas Gerais - Unileste Projeto Interdisciplinar – PI – Curso de Engenharia Civil Coronel Fabriciano – MG

10- REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6118:2007 Projeto estrutura de concreto – Procedimentos. Rio de Janeiro, 2007.

CESUMAR – Centro Universitário de Maringá. Sistema Estrutural Concreto Protendido. Maringá, 2011. Disponível em: . Acesso em: 17/03/2014.

PFEIL, Walter. Concreto Protendido. Vol. 1, Livros Técnicos e científicos editora Ltda. Disponível

em:

.

Acesso

em:

02/04/2014.

SCHMID, Maria Regina Leoni. Rudloff Sistema de Protensão Ltda. Disponível em: . Acesso em: 15/05/2014.

Rudloff

Catálogo

de

concreto

protendido.

Disponível

em:

. Acesso em: 03/06/2014.

Coronel Fabriciano 2014