Concreto Protendido: Material com Soluções Incríveis e Poderosas

Com o avanço dos materiais e das tecnologias de construção, vamos entender o que é concreto protendido, pois, por meio dele, usa-se uma técnica fascinante, para desenvolver projetos em engenharia estrutural.

No entanto, o concreto armado é um dos materiais mais utilizados na construção civil, pois é fácil de trabalhar, resistente e está disponível em quase todos os lugares.

Logo, ele tem boa resistência à compressão, porém, resistir aos esforços de tração é um empecilho, pois é bem frágil.

Por essa razão, utilizam-se armaduras de aço, nos seus devidos lugares, como em vigas, lajes e outros elementos estruturais, para combater os esforços de tração, e depois concretar, sem nenhuma tensão prévia.

E com a evolução, surge outro material, bem mais resistente à combinação de forças de tração e compressão, o concreto protendido.

Dessa forma, constroem-se estruturas bem mais agradáveis, do ponto de vista de estética, e arrojadas, com estilos arquitetônicos deslumbrantes.

Portanto, leia o artigo agora para facilitar a sua compreensão, pois ele fornece um recurso valioso para você aprender o que é concreto protendido.

O Que é Concreto Protendido?

Então, o concreto protendido é um material de construção, onde se aplica um alongamento inicial na armadura, em suas extremidades, com equipamentos especiais, antes ou após a concretagem do elemento estrutural.

Sendo assim, ao esticar e soltar as armaduras, introduzem-se forças de compressão, na seção transversal do concreto, e neutralizam as futuras tensões de tração, que surgem quando a estrutura é carregada.

Aliás, isso reduz ou elimina a ocorrência de fissuras, e assim, permite a construção de elementos mais leves, logo, com redução de peso.

Portanto, aplicar tensões prévias ao concreto através das armaduras, é possível também, otimizar o uso dos materiais, logo, resulta em estruturas mais resistentes, confortáveis e duradouras.

Perdas de Protensão;

Então, nesse contexto, as perdas de protensão referem-se à redução da força inicial de protensão aplicada as armaduras de aço ao longo do tempo.

Sendo assim, elas atribuem-se a diversos fatores, tanto de natureza imediata quanto diferida, e influenciam o desempenho e a durabilidade das estruturas protendidas.

Portanto, compreender as causas e os efeitos dessas perdas é crucial para o projeto e a manutenção de construções em concreto protendido.

Logo, classificam-se as perdas de protensão em dois tipos principais:

• Perdas Imediatas;
• Perdas Diferidas;

Perdas Imediatas

Por um lado, as perdas imediatas ocorrem logo após a aplicação da força de protensão e incluem vários fenômenos, pois afetam a força inicial aplicada aos cabos de protensão, e incluem:

• Acomodação das Cunhas: Durante a protensão, as cunhas que fixam os cabos podem se ajustar ou assentar. Esse movimento causa uma pequena diminuição na força de protensão, pois o aço retorna, de forma parcial, à sua posição original antes de ser tensionado;
• Deslizamento: Em alguns sistemas de protensão, os cabos deslizam nas ancoragens, durante a aplicação da força de protensão, e resulta em uma redução imediata na força efetiva aplicada aos cabos;
• Atrito: entre os cabos de protensão e as bainhas (no caso de protensão pós-tensionada) causa perdas significativas de força ao longo do comprimento do cabo. Esse atrito ocorre devido ao contato entre o aço e as paredes da bainha durante o tensionamento;
• Encurtamento Elástico do Concreto: Quando o concreto é comprimido pela força de protensão, ele sofre um encurtamento elástico, e provoca uma redução na força de protensão nos cabos, uma vez que o aço também se ajusta a essa deformação;

Perdas Diferidas;

Por outro lado, as perdas diferidas ocorrem ao longo do tempo, após a aplicação inicial da força de protensão, e influenciam-se por vários fatores de longo prazo, tais como:

• Fluência do Concreto: é a deformação lenta e contínua do concreto sob carga constante ao longo do tempo, e ela causa uma diminuição gradual na força de protensão;
• Retração do Concreto: é a redução do volume do concreto devido à perda de umidade, tanto por secagem quanto por reações químicas internas, e assim, provoca uma tensão adicional nos cabos de protensão, logo, diminui a força efetiva ao longo do tempo;
• Relaxação do Aço: é a perda de tensão no aço de protensão quando este é mantido sob deformação constante ao longo do tempo;

Aliás, as perdas de protensão têm um impacto significativo no desempenho das estruturas de concreto protendido, e devem ser consideradas e compensadas no projeto estrutural.

Bem como, para minimizar estas perdas de protensão, adotar outras estratégias, tais como:

• Uso de Aços Especiais com Resistência a Relaxação;
• Controle de Qualidade do Concreto;
• Projetos Precisos de Ancoragens;

Portanto, as perdas de protensão são um fenômeno inevitável, mas previsível, no concreto protendido.

Logo, entender suas causas e efeitos é essencial para o projeto e a construção de estruturas duráveis e eficientes.

Materiais Utilizados no Concreto Protendido;

Pois é, o concreto protendido engloba diversos materiais essenciais, e incluem o concreto simples com cimento, areia, brita, água e aditivos.

Assim como, o aço para protensão, também conhecido como armadura ativa, e uma armadura suplementar, chamada de passiva, em forma de barras e estribos, ou seja, a típica do concreto armado, pois não são protendidas.

No mais, outros materiais, como dispositivos de ancoragem e outros acessórios, por exemplo, dutos, selantes e graxas.

Agora, o concreto precisa ter alta resistência, caso contrário, ele será incapaz de suportar as tensões induzidas pelo processo de protensão e sujeito a trincas de retração.

Já, as armaduras protendidas classificam-se em:

• Fios de Aço: possuem diâmetro variando de 3 a 8 mm e comercializam-se em rolos ou bobinas;
• Cordoalhas: compostas por vários fios torcidos juntos, comuns em configurações com 3 ou 7 fios;
• Cabos: grupos de cordoalhas ou fios unidos em um único conjunto, utilizados em grandes estruturas como pontes;

Exemplos da Designação de Armadura para Protensão:

• CP 175 RN: indica um tipo de aço para Concreto Protendido com resistência à tração última de 175 kgf/mm² (equivalente a 1.750 MPa) e relaxação normal;
• CP 190 RB: representa outro tipo de aço para Concreto Protendido, com resistência à tração última de 190 kgf/mm² (equivalente a 1.900 MPa) e relaxação baixa;

Agora, vamos entrar com mais detalhes nos sistemas de protensão, portanto, continue na leitura.

Sistemas de Protensão;

Por outro lado, a protensão do concreto pode ser classificada em dois sistemas principais:

• Pré-Tensão com aderência a mais comum;
• Pós-Tensão com ou sem aderência;

Portanto, compreender a diferença entre essas duas metodologias é fundamental, para o uso eficaz do concreto protendido, em projetos de engenharia estrutural.

Pré-Tensão no Concreto Protendido com Aderência Inicial;

Então, no método de pré-tensão, os fios ou barras de aço são esticados por macacos hidráulicos e o concreto é colocado nas formas, conforme o tamanho requerido (Comprimento x Largura x Altura).

A propósito, os fios ou cordoalhas de aço são tensionados antes da concretagem, e ancorados nas extremidades até uma força específica, um pouco abaixo do seu limite elástico.

Em seguida, lança-se o concreto na forma, e envolve-se e adere aos fios ou cordoalhas tensionados.

Logo após o concreto alcançar a resistência necessária, liberam-se os elementos de aço das ancoragens, e devido à aderência entre o aço e o concreto, a força de protensão transfere-se para o concreto.

Essa transferência é essencial para criar a compressão desejada na peça de concreto, que ajuda a resistir às tensões de tração induzidas pelas cargas externas.

Logo, o sistema de pré-tensão é muito útil para produção fora do canteiro de obras, isto é, em fábricas para estruturas pré-moldadas.

Dessa forma, a produção em massa de unidades de concreto protendido é realizada na fábrica e transportada para o local de construção.

Portanto, esse método reduz o tempo e o custo de construção, e ideal para estruturas pré-moldadas.

Pós-Tensão no Concreto Protendido;

Aliás, o processo de pós-tensão envolve uma série de etapas, e começam com a fabricação da peça de concreto, que inclui dutos ou bainhas ao longo de seu comprimento.

Sendo assim, projetam-se esses dutos nos locais das armaduras, para abrigar o aço da protensão, em geral, na forma de cordoalhas, pois serão inseridas após a concretagem.

Logo, esses dutos funcionam como canais para o aço de protensão, e assim, ele possa ser tensionado após o concreto endurecer.

Aliás, depois que o concreto atinge uma resistência adequada, as cordoalhas de aço são inseridas nas bainhas de uma extremidade a outra da peça.

Essa etapa é crucial para garantir que o aço esteja bem posicionado para o tensionamento subsequente.

Uma vez que o concreto esteja resistente, a armadura de protensão é tensionada, e fixa nas bordas externas, com um cilindro hidráulico, localizado em uma delas (ancoragem ativa).

E por aí, onde se aplica a tensão e comprime a peça de concreto pelas extremidades.

E assim, após o tensionamento, libera-se a força no cilindro hidráulico de forma gradual, e a armadura tende a voltar à sua deformação original, pois desliza alguns milímetros.

Portanto, essa compressão aumenta a resistência da peça às cargas externas, e melhora seu desempenho estrutural.

Sistemas de Pós-Tensão no Concreto Protendido;

No entanto, em muitos casos, preenchem-se as bainhas com uma calda (nata) de cimento após a fixação da armadura.

Esse processo, chamado de pós-tensão com aderência, proporciona uma ligação adicional entre o aço de protensão e o concreto, pois a calda de cimento endurece, e cria uma aderência sólida entre o aço e o concreto.

Por outro lado, em outros casos, revestem-se as cordoalhas com graxa ou outros materiais, para permitir um movimento relativo entre o aço e o concreto.

Aliás, este é o mecanismo da pós-tensão sem aderência, e essa abordagem é bem útil em projetos de pontes, lajes de grandes áreas e outras estruturas.

Em resumo, o método da pré-tensão oferece um controle de qualidade superior em ambiente industrial e é ideal para elementos pré-fabricados, mas é limitado em termos de tamanho e logística de transporte.

Já o pós-tensionamento, por outro lado, oferece maior flexibilidade e é mais adequado para grandes obras “in situ”, permitindo ajustes no campo e a construção de estruturas mais complexas.

Portanto, a escolha da técnica depende de diversos fatores, por exemplo, o tipo de estrutura, disponibilidade de mão de obra e empresas especializadas no local.

Desafios e Limitações do Concreto Protendido;

A propósito, o concreto protendido exige um investimento inicial significativo em materiais e equipamentos especiais.

Sendo assim, o aço de alta resistência utilizado nos cabos de protensão é mais caro que o aço comum usado em concreto armado.

E também, a necessidade de macacos hidráulicos, dispositivos de ancoragem e outros equipamentos específicos, aumenta os custos iniciais do projeto.

Porém, compensam-se esses investimentos pela durabilidade e eficiência do material, mas representam uma barreira inicial para alguns projetos.

Por outro lado, o uso da técnica requer engenheiros, técnicos e mão de obra, isto é, todos com domínio no assunto, e assim, compreendam os princípios da protensão e saibam operar os equipamentos necessários.

Aplicações da Protensão no Concreto;

A propósito, o concreto protendido é muito utilizado em diversas aplicações, tais como:

• Pontes;
• Viadutos;
• Edifícios Altos;
• Pavimentos Industriais;
• Estruturas Marítimas e Portuárias;
• Reservatórios;
• Barragens;
• Silos;
• Túneis;
• Estádios;
• Ginásios;

Desse modo, o uso deste material adquire bem mais notoriedade na construção civil.

Integração do Concreto Protendido com Tecnologias;

Por exemplo:

• BIM (Modelagem da Informação da Construção),
• IoT (Internet das Coisas);
• Realidade Aumentada;
• Realidade Virtual;

Desse modo, o BIM é uma ferramenta essencial, pois permite uma visualização mais precisa e colaborativa de todo o ciclo de vida do projeto.

Sendo assim, ao criar modelos digitais com detalhes das estruturas protendidas, os engenheiros otimizam o projeto e coordenam melhor as equipes.

Já, a internet das coisas permite monitorar em tempo real o desempenho das estruturas. Qual o segredo?

Por meio de sensores instalados nas estruturas protendidas, por exemplo, pontes, e assim, coletar uma gama de dados, e incluem tensões, deslocamentos, temperatura e umidade.

Logo, essas informações permitem uma avaliação contínua da integridade estrutural, e identificam de forma precoce, quaisquer anomalias ou sinais de falha potencial.

E como resultado, os gestores de infraestrutura implementam medidas corretivas proativas, para garantir a segurança e prolongar a vida útil das estruturas.

Por outro lado, a realidade aumentada e virtual estão mais presentes nos canteiros de obras, e oferecem novas formas de planejamento, simulação e treinamento.

Com o auxílio de dispositivos, os trabalhadores visualizam modelos digitais em 3D no local de construção.

E assim, facilita a compreensão das tarefas, melhora a precisão da execução das estruturas protendidas e reduz o tempo de inatividade.

Portanto, essa integração de tecnologias impulsiona a indústria das engenharias, em direção a um mundo mais conectado, eficiente e sustentável.

Dessa forma, podemos esperar avanços ainda mais significativos, do ponto de vista tecnológico, na área de concreto protendido.

Considerações Finais sobre Concreto Protendido;

E assim, você aprendeu o que é concreto protendido, pois ele representa uma evolução marcante na engenharia civil, e oferece uma combinação única de resistência, longevidade e eficiência.

Sendo assim, ao empregar técnicas avançadas de protensão, permite-se a criação de estruturas mais leves, mais esbeltas e mais duráveis.

Aproveite agora e leia também um artigo completo sobre qual a definição de concreto armado.