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CONCEPÇÃO ESTRUTURALE MATERIAIS ESTRUTURAIS

Universidade Federal de PelotasCentro de Engenharias

Curso de Engenharia CivilIntrodução aos Sistemas Estruturais

Prof. Estela Garcez

Desenvolvimento do Projeto de uma EstruturaEtapa Preliminar

Desenvolvimento do Projeto de uma EstruturaEtapa Preliminar

Desenvolvimento do Projeto de uma EstruturaEtapa Preliminar

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Desenvolvimento do Projeto de uma EstruturaEtapa Preliminar

Análise Comparativa das AlternativasEstruturais

Fluxo de Ações e Comportamento Primáriodos Elementos Estruturais

DESENVOLVIMENTO DOS MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO

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Madeira

• Oferece uma grande variedade de opções de uso, em pisos, vigas, pilares, com qualidade estética bastante agradável e conforto ambiental

• Estruturas de cobertura• A interação com outros materiais deve

receber especial atenção devido a sensibilidade da madeira às variações ambientais (como temperatura e umidade) e a manutenção com os agentes protetores (fungicidas, inseticidas e impermeabilizantes)

• Exige-se mão-de-obra especializada para sua colocação em obra e soluções especiais para a ligação entre a estrutura e as fundações

•Há grande facilidade de execução de obras em que se utilizam o aço e o concreto devido a afinidade entre estes elementos, já que as características enquanto material (alta resistência) e propriedades físicas (variações térmicas) são bem equilibradas

• Necessita de proteção e manutenção adequadas por meio de tintas ou galvanização

• Etapas da construção em aço: fabricação do material e montagem in loco

• Material de fácil acesso: produzido junto aos grades centros urbanos e de rápida aplicação em obra

Aço

Estruturas treliçadas planas e espaciais

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EstruturasMetálicas

Concreto Armado

Concreto simples ou hidráulico

= cimento + agregado miúdo + agregado graúdo + água +

aditivos + adições

+Barras de aço

(armadura)

+

=

Concreto Armado� Associação do concreto simples e o aço, com o fim de

aproveitar as qualidades de resistência desses dois materiais.� O concreto - resistência aos esforços de compressão.� O aço - boa resistência a ambos os esforços.

� A possibilidade de emprego conjunto do aço e concreto se dá,especialmente, pelas seguintes características:� coeficiente de dilatação térmica aproximadamente igual (não há

solicitações secundárias oriundas das variações de temperatura);� boa aderência dos materiais garante a transmissão eficaz e

segura das deformações e esforços entre um e outro;� preservação do ferro quanto a oxidação, quando imerso no

concreto, mesmo reduzido a uma peça delgada.

� As estruturas em concreto armado podem ser:� pré-moldadas (as empresas que o fabricam se encarregam do

projeto, transporte e montagem da estrutura);� moldadas “in loco” (realizadas em fôrmas de madeira ou em

fôrmas metálicas facilmente removíveis com sistema detravamento).

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Concreto Armado� Vantagens:

� cimento, areia, pedra e água – grande disponibilidade� resiste à ação do fogo;� adapta-se perfeitamente a qualquer forma;� rápida execução: armação de moldagem (formas), armadura,

concretagem, cura, desmonte das fôrmas);� resiste muito bem ao choque e as vibrações (construções

antissísmicas);� impermeável;� resistência aumenta com o tempo.

� Desvantagens:� impossibilidade de sofrer modificações posteriores em virtude

da ligação rígida dos elementos da estrutura;� custo elevado da demolição e não aproveitamento do material

daí resultante (torna-se entulho após desmonte);

Estruturas de Concreto Armado

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Concreto Protendido CONCRETO PROTENDIDO�O CONCEITO DE PROTENSÃO

A protensão é um processo pelo qual se introduz um estado prévio de tensões em uma estrutura, com a finalidade de melhorar sua resistência ou seu comportamento sob diversas condições de carga (Pfeil, 1991).EXEMPLOS:

�Um barril de madeira é um caso típico de estrutura protendida. Seus “gomos” são ligados por aros metálicos. A compressão produzida pelos aros se opõe às tensões causadas pela pressão interna proveniente do líquido contido em seu interior, garantindo a estanqueidade da estrutura.

Barril de madeira - (Hanai, 1999)

COMO FUNCIONA A PROTENSÃO?

Exemplo clássico:

Para transportar uma fila de livros aplicam-se forças horizontais comprimindo-os uns contra os outros, conseguindo-se, assim, mobilizar forças de atrito entre eles, bem como forças verticais nas extremidades, o que permite transportá-los.

� Lembrando o exemplo da fila horizontal , conclui-se pela viabilidade de se compor uma viga de concreto protendido a partir de”fatias”ou aduelas pré-moldadas de concreto armado.

Para isso deve-se recorrer a um sistema de protensão que possibilite a introdução da armadura que vai produzir a força normal necessária, qassim como a ancoragem dessa armadura na extremidade da viga.

Blocos pré – moldados com protensão (Hanai, 1999)

conjunto de blocos pré-moldados de concreto : a força horizontal é introduzida através do estiramento de uma barra de aço que atravessa os blocos e que é fixada nas extremidades, criando uma pré-compressão no conjunto.

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VANTAGENS DO CONCRETO PROTENDIDO• Emprego de aços de alta resistência: Esses aços não são viáveis no concreto armado devido a presença de fissuras de abertura exagerada provocadas pelas grandes deformações necessárias para explorar a sua alta resistência.

• Eliminação das tensões de tração: Havendo necessidade consegue-se eliminaras tensões de tração e, portanto, a fissuração do concreto.

• Redução das dimensões da seção transversal: O emprego obrigatório de aços de alta resistência, associado a concretos de maior resistência, permite a redução das dimensões da seção transversal, com redução substancial do peso próprio.

• Diminuição da flecha: A protensão praticamente elimina a presença de seções fissuradas.Tem-se, assim, reduçào da flecha por eliminar a queda da rigidez a flexão correspondente à seção fissurada.

• Desenvolvimento de métodos construtivos: A protensão permite criar sistemas construtivos diversos: balanços sucessivos, premoldados, etc.

� DESVANTAGENS DO CONCRETO PROTENDIDO

1. Corrosão do aço de protensão: Assim como os aços do C.A. as armaduras de protensão também sofrem com a corrosão eletrolítica. Além disso apresentam outro tipo de corrosão, denominada de “corrosão sob tensão (stress-corrosion) fragilizando a seção da armadura, além de propiciar a ruptura frágil, motivo pelo qual a armadura protendida deve ser muito bem protegida;

2. Perdas da força de protensão: são todas as perdas verificadas nos esforços aplicados aos cabos de protensão;

3. Qualidade da injeção de nata nas bainhas e da capa

engraxada nas cordoalhas engraxadas;

4. Forças altas nas ancoragens;

5. Controle de execução mais rigoroso.

AÇO DA ARMADURA DE PROTENSÃO –ARMADURA ATIVA

� Constituída por barra, fios isolados ou cordoalhas, destinada à produção de forças de protensão, isto é, na qual se aplica um pré - alongamento inicial.

� Os aços de protensão recebem as seguintes designações:

CP Propriedade Mecânica

Classe Relaxação Superfície

Concreto Protendido

fptk: Resistência característica de ruptura kgf/mm2

fpyk:Resistência característica de escoamento kgf/mm2

RB:Relaxação Baixa

RN:Relaxação Normal

L: Fio liso

E:Fio entalhado

AÇO DA ARMADURA DE PROTENSÃO ARMADURA ATIVA

CORDOALHA

ENGRAXADA

PLASTIFICADA

CP 170 RN E CP 190 RB L

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VARIEDADES DE CONCRETO PROTENDIDO

� CONCRETO PROTENDIDO COM ADERÊNCIA INICIAL

(com armadura ativa pré – tracionada)

Campus de Ilha SolteiraCampus de Ilha Solteira

É o concreto protendido em que o pré-alongamento da armadura ativa é feito utilizando-se apoios independentes do elemento estrutural, antes do lançamento do concreto, sendo a ligação da armadura de protensão com os referidos apoios desfeita após o endurecimento do concreto; a ancoragem no concreto realiza-se só por aderência.

1ª FASE : DISTENSÃO DA ARMADURA:

2ª FASE : CONCRETAGEM DA PEÇA

3ª FASE : CORTE DA ARMADURA - PROTENSÃO

Utilização deste tipo de protensão: fabricação de lajes alveolares e vigotas protendidas.

EXEMPLO DE LAJE ALVEOLAR E VIGOTA PROTENDIDA

Campus de Ilha SolteiraCampus de Ilha Solteira

Pista de protensão:

Uma pista de protensão pode medir mais de 200 metros. As lajes são concretadas ao longo desse comprimento e, após o endurecimento do concreto, os painéis são cortados na medida desejada e transportados para a obra.

Corte das vigotas e aplicação da protensãoPista de protensão para vigotas

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VARIEDADES DE CONCRETO PROTENDIDO � CONCRETO PROTENDIDO COM ADERÊNCIA POSTERIOR

(com armadura ativa pós–tracionada)

É o concreto protendido em que o pré - alongamento da armadura ativa é realizado após o endurecimento do concreto, sendo utilizados, como apoios, partes do próprio elemento estrutural, criando posteriormente aderência com o concreto de modo permanente, através da injeção das bainhas. Além da aderência a injeção da calda serve para proteger a armadura de protensão contra a corrosão.

CONCRETO PROTENDIDO COM ADERÊNCIA POSTERIOR (com armadura ativa pós–tracionada)

Quando fazer a injeção da calda de cimento ???

A injeção deve ser feita imediatamente após a protensão. Caso seja necessário, por exemplo, realizar uma reprotensão dos cabos, é preciso tomar providências que impeçam o ataque da armadura durante o tempo em que estes não estiverem injetados.

Cuidados devem ser tomados na confecção da calda de injeção, devendo esta ser produzida com materiais isentos de cloretos que causam corrosão nas armaduras.

Este processo é dividido em quatro fases:

1ª Fase: montagem das armaduras passivas (transversal e longitudinal) e fixaçãodas bainhas metálicas nos estribos com as cordoalhas em seu interior (ou comenfiação posterior, dependendo do traçado e da extensão do cabo), seguindo acurvatura definida no projeto.

2ª Fase: após a montagem das armaduras ativa e passiva, é montada a fôrma econcretada a peça.

Viga concretada Detalhe das cordoalhas

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3ª Fase: após o concreto adquirir a resistência necessária éexecutada a protensão.

Pi Pi

EXECUÇÃO DA PROTENSÃO

4ª Fase: para criar aderência entre concreto e armadura é feita a injeção de caldade cimento, o que também protege a armadura contra a corrosão

Campus de Ilha SolteiraCampus de Ilha Solteira

INJEÇÃO DAS BAINHAS LOGO APÓS PROTENSÃO

OBS: Para garantir que toda a bainha esteja completamente preenchida com a calda são deixados respiros (mangueiras) que permitem visualizar sua saída, impedindo assim a formação de vazios no interior da bainha.

A IMPORTÂNCIA DA ADERÊNCIAOutro fator determinante para a criação da aderência, além da proteção dasarmaduras contra a corrosão, diz respeito à capacidade última das peças, umavez que as peças sem aderência apresentam comportamento frágil na ruína.

Fissuração da viga com aderência ao ser atingida a carga última

Campus de Ilha SolteiraCampus de Ilha Solteira

No caso da viga com aderência surgiram 16 fissuras entre os pontos de aplicação das cargas, com um espaçamento médio de 37cm.

Na viga sem aderência apareceram algumas poucas fissuras, espaçadas deaproximadamente 1,2 a 1,6 vezes a altura da viga (as vigas ensaiadas tinham 1 mde altura).

Fissuração da viga sem aderência ao ser atingida a carga última

As fissuras na viga sem aderência, ao se formarem, apresentavamgrandes aberturas, bifurcando-se na sua parte superior. A armadurapassiva colocada na face tracionada da peça, constituída por 5 barras deφφφφ 10mm, não estava em condições de impedir a formação das fissuras,porque ao se produzirem tais fissuras, a variação brusca de tensão jáhavia solicitado tal armadura além do seu limite de escoamento.

A IMPORTÂNCIA DA ADERÊNCIACampus de Ilha SolteiraCampus de Ilha Solteira

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VARIEDADES DE CONCRETO PROTENDIDO

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CONCRETO PROTENDIDO SEM ADERÊNCIA (com armadura ativa pós – tracionada sem aderência)

É o concreto protendido em que o pré - alongamento da armadura ativa é realizado após o endurecimento do concreto, sendo utilizados, como apoios, partes do próprio elemento estrutural, mas não sendo criada aderência com o concreto, ficando a armadura ligada ao concreto apenas em pontos localizados.

CONCRETO PROTENDIDO SEM ADERÊNCIA

(com armadura ativa pós – tracionada sem aderência)

PROTENSÃO NÃO ADERENTE COM ELEMENTOS INTERNOS

Laje plana de edifício

Campus de Ilha SolteiraCampus de Ilha Solteira

O emprego da protensão não aderente sofreu um grande aumento após a produção, em nosso país, das cordoalhas engraxadas e plastificadas, particularmente em lajes planas de edifícios comerciais e residências, bem como em pisos industriais e aeroportuários, sendo, nestes casos, utilizados como elementos de protensão internos às estruturas de concreto.

CONCRETO PROTENDIDO SEM ADERÊNCIA (com armadura ativa pós – tracionada sem aderência)

PROTENSÃO NÃO ADERENTE COM ELEMENTOS EXTERNOS (caso de reforços de estruturas).

PROTENSÃO EXTERNA COM REFORÇO DE ESTRUTURA

COMPLEMENTAR À COM ADERÊNCIA

VARIEDADES DE CONCRETO PROTENDIDOCampus de Ilha SolteiraCampus de Ilha Solteira

PROTENSÃO NÃO ADERENTE COM ELEMENTOS EXTERNOS (caso de reforços de estruturas).

•Em determinados tipos de estruturas a protensão externa pode empregar um sistema multicordoalhas, que são constituídas por um conjunto de cordoalhas engraxadas e plastificadas, reunidas dentro de um tubo plástico (bainha), em cujo interior é injetada pasta de cimento para manter as posições relativas das cordoalhas.

•A manutenção das posições garante que uma cordoalha não prenda a outra durante a operação de protensão, situação possível porque esse grande cabo externo segue uma trajetória irregular e, ao atravessar vigas transversais, apresenta pontos angulosos.

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PROTENSÃO NÃO ADERENTE COM ELEMENTOS EXTERNOS (caso de reforços de estruturas).

� Separadas pela pasta de cimento endurecida, as cordoalhas engraxadas e plastificadas possuem bainhas individuais e por isso movimentam-se livremente dentro delas, sendo assim tracionadas conjuntamente por um mesmo macaco multicordoalha. O sistema permite que os cabos sejam concebidos para ser eventualmente substituídos.

Trajetória dos cabos de protensão no interior de viga caixão

Estruturas de ConcretoProtendido

Projeto Executivo