Concreto protendido

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seis figuras mostrando as forças e a deflexão resultante da viga
Comparação de viga não protendida (superior) e viga de concreto protendido (inferior) sob carga:
1. Viga não protendida sem carga
2. Viga não protendida com carga
3. Antes do concreto solidificar, os tendões embutidos no concreto são tensionados
4. Depois o concreto se solidifica, os tendões aplicam tensão de compressão ao concreto
5. Viga protendida sem carga
6. Viga protendida com carga

O concreto protendido é uma forma de concreto usada na construção. É substancialmente "protendido" ( comprimido ) durante a produção, de uma maneira que o fortalece contra as forças de tração que existirão quando em serviço. [1] [2] : 3-5 [3]

Essa compressão é produzida pelo tensionamento de "tendões" de alta resistência localizados dentro ou adjacentes ao concreto e é feita para melhorar o desempenho do concreto em serviço. [4] Os tendões podem consistir em simples fios , de multi-fios fios ou barras de rosca que são mais vulgarmente fabricados a partir de aço de alta resistência , a fibra de carbono ou fibra de aramida . [1] : 52-59 A essência do concreto protendido é que, uma vez aplicada a compressão inicial, o material resultante tem as características de concreto de alta resistência quando sujeito a quaisquer forças de compressão subsequentese de aço dúctil de alta resistência quando sujeito a forças de tração . Isso pode resultar em melhor capacidade estrutural e / ou facilidade de manutenção em comparação com o concreto armado convencionalmente em muitas situações. [5] [2] : 6 Em uma barra de concreto protendido, as tensões internas são introduzidas de forma planejada para que as tensões resultantes das cargas sobrepostas sejam neutralizadas no grau desejado.

O concreto protendido é usado em uma ampla variedade de estruturas de edifícios e civis, onde seu melhor desempenho pode permitir vãos mais longos , espessuras estruturais reduzidas e economia de material em comparação com o concreto armado simples . As aplicações típicas incluem prédios altos , lajes residenciais, sistemas de fundação , estruturas de pontes e barragens , silos e tanques , pavimentos industriais e estruturas de contenção nuclear . [6]

Usado pela primeira vez no final do século XIX, [1] o concreto protendido desenvolveu-se além do pré-tensionamento para incluir o pós-tensionamento , que ocorre depois que o concreto é moldado. Os sistemas de tensionamento podem ser classificados como monoestável , em que cada cordão ou fio do tendão é tensionado individualmente, ou multifilamentado , onde todos os cordões ou fios em um tendão são tensionados simultaneamente. [5] Os tendões podem estar localizados dentro do volume de concreto (protensão interna) ou totalmente foradele (protensão externa). Enquanto o concreto pré-tensionado usa tendões diretamente colados ao concreto, o concreto pós-tensionado pode usar tendões colados ou não.

Betão pré-tensionada

três figuras;  laje verde mais escuro é pré-tensionada em leito de fundição verde mais claro
Processo de pré-tensionamento

O concreto protendido é uma variante do concreto protendido em que os tendões são tensionados antes da concretagem ser lançada. [1] : 25 O concreto adere aos tendões conforme ele cura , após o que a ancoragem final dos tendões é liberada e as forças de tração do tendão são transferidas para o concreto como compressão por atrito estático . [5] : 7

Forma para viga em I de concreto com tendões na parte inferior
Viga de ponte pré-tensionada em leito pré-moldado, com tendões de fio único saindo através da fôrma

O pré-tensionamento é uma técnica de pré-fabricação comum , em que o elemento de concreto resultante é fabricado remotamente a partir da localização final da estrutura e transportado para o local depois de curado. Requer pontos de ancoragem de extremidade fortes e estáveis, entre os quais os tendões são alongados. Essas fixações formam as extremidades de uma "cama de fundição", que pode ter muitas vezes o comprimento do elemento de concreto que está sendo fabricado. Isso permite que vários elementos sejam construídos de ponta a ponta em uma operação de pré-tensionamento, permitindo a obtenção de benefícios de produtividade significativos e economias de escala. [5] [7]

A quantidade de ligação (ou adesão ) alcançável entre o concreto recém-endurecido e a superfície dos tendões é crítica para o processo de pré-tensionamento, pois determina quando as ancoragens dos tendões podem ser liberadas com segurança. A maior resistência de adesão no concreto inicial irá acelerar a produção e permitir uma fabricação mais econômica. Para promover isso, os tendões pré-tensionados são geralmente compostos de fios simples ou cordões isolados, o que proporciona uma área de superfície maior para a ligação do que os tendões de cordões agrupados. [5]

Guindaste manobra prancha de concreto
Prancha de núcleo oco pré-tensionada sendo colocada

Ao contrário daqueles do concreto pós-tensionado (veja abaixo), os tendões dos elementos de concreto pré-tensionado geralmente formam linhas retas entre as ancoragens das extremidades. Onde tendões "perfilados" ou "harpados" [8] são necessários, um ou mais desvios intermediários são localizados entre as extremidades do tendão para mantê-lo no alinhamento não linear desejado durante o tensionamento. [1] : 68–73 [5] : 11 Tais desvios geralmente agem contra forças substanciais e, portanto, requerem um sistema de fundação em leito fundido robusto. Os tendões retos são normalmente usados ​​em elementos pré-moldados "lineares", como vigas rasas, pranchas de núcleo oco e lajes; enquanto os tendões perfilados são mais comumente encontrados em vigas e vigas de pontes pré-moldadas mais profundas.

O concreto pré-tensionado é mais comumente usado para a fabricação de vigas estruturais , lajes de piso , pranchas alveolares , varandas , vergas , estacas cravadas , tanques de água e tubos de concreto .

Betão pós-tensionado

quatro diagramas mostrando cargas e forças na viga
Forças em concreto pós-tensionado com tendão perfilado (curvo)
Uma dúzia de cabos paralelos são ancorados individualmente a uma montagem.
Ancoragem de tendão pós-tensionada; cunhas de "travamento" de quatro peças são visíveis segurando cada fio

O concreto protendido é uma variante do concreto protendido em que os tendões são tensionados após a moldagem da estrutura de concreto circundante. [1] : 25

Os tendões não são colocados em contato direto com o concreto, mas são encapsulados dentro de uma luva protetora ou duto que é lançado na estrutura de concreto ou colocado adjacente a ela. Em cada extremidade de um tendão há um conjunto de ancoragem firmemente fixado ao concreto circundante. Uma vez que o concreto foi lançado e definido, os tendões são tensionados ("tensionados") puxando as extremidades do tendão através das ancoragens enquanto pressionam contra o concreto. As grandes forças necessárias para tensionar os tendões resultam em uma compressão permanente significativa sendo aplicada ao concreto, uma vez que o tendão é "travado" na ancoragem. [1] : 25 [5] : 7O método de travar as extremidades do tendão na ancoragem depende da composição do tendão, com os sistemas mais comuns sendo a ancoragem de "cabeça de botão" (para tendões de arame), ancoragem de cunha dividida (para tendões de fios) e ancoragem roscada ( para tendões de barra). [1] : 79-84

Uma seção em forma de T da ponte sendo construída sobre um rio
Ponte balanceada em balanço em construção. Cada segmento adicionado é suportado por tendões pós-tensionados

Os sistemas de encapsulamento de tendão são construídos a partir de materiais plásticos ou de aço galvanizado e são classificados em dois tipos principais: aqueles em que o elemento de tendão é posteriormente colado ao concreto circundante por grauteamento interno do duto após tensionamento ( pós-tensionamento colado ); e aqueles em que o elemento está permanentemente tendão des ligado a partir do betão envolvente, geralmente por meio de um untada bainha ao longo dos cordões tendinosos ( não ligado pós-tensão). [1] : 26 [5] : 10

A moldagem dos dutos / mangas de tendão no concreto antes de ocorrer qualquer tensionamento permite que eles sejam prontamente "perfilados" em qualquer forma desejada, incluindo a incorporação de curvatura vertical e / ou horizontal . Quando os tendões são tensionados, este perfilamento resulta em forças de reação sendo transmitidas ao concreto endurecido, e estas podem ser utilizadas de forma benéfica para contrabalançar quaisquer carregamentos subsequentemente aplicados à estrutura. [2] : 5–6 [5] : 48 : 9–10

Ligado pós-tensionamento

uma âncora destacada exibindo travamentos de tendão
Âncora de pós-tensionamento de múltiplos fios

No pós-tensionamento colado, os tendões são permanentemente ligados ao concreto circundante pela cimentação in situ de seus dutos de encapsulamento (após o tensionamento do tendão). Esse rejuntamento é realizado com três finalidades principais: proteger os tendões contra a corrosão ; para "travar" permanentemente a pré-tensão do tendão, removendo assim a dependência de longo prazo dos sistemas de ancoragem das extremidades; e melhorar certos comportamentos estruturais da estrutura final de concreto. [9]

O pós-tensionamento colado usa caracteristicamente tendões, cada um compreendendo feixes de elementos (por exemplo, cordões ou fios) colocados dentro de um único duto de tendão, com exceção das barras que são geralmente usadas desagregadas. Este agrupamento torna a instalação do tendão e processos de grauteamento mais eficientes, uma vez que cada tendão completo requer apenas um conjunto de ancoragens de extremidade e uma operação de cimentação. O duto é fabricado em um material durável e resistente à corrosão, como plástico (por exemplo, polietileno ) ou aço galvanizado , e pode ser redondo ou retangular / oval na seção transversal. [2] : 7 Os tamanhos dos tendões usados ​​são altamente dependentes da aplicação, variando desde a construçãofunciona normalmente usando entre 2 e 6 fios por tendão, para trabalhos especializados de barragem usando até 91 fios por tendão.

A fabricação de tendões ligados é geralmente realizada no local, começando com o encaixe de ancoragens de extremidade na cofragem , colocando o duto do tendão nos perfis de curvatura exigidos e passando (ou enfiando) os fios ou fios através do duto. Após a concretagem e tensionamento, os dutos são injetados sob pressão e as extremidades dos tendões são vedadas contra corrosão . [5] : 2

Unbonded pós-tensionamento

preparou formas de concreto com grade de tendões e dutos
após a remoção das formas, tendões visíveis emergindo dos dutos
Pós-tensionamento de lajes não coladas. (Acima) Os fios instalados e as âncoras de borda são visíveis, junto com os fios enrolados pré-fabricados para o próximo vazamento. (Abaixo) Vista final da laje após as formas de decapagem, mostrando fios individuais e recessos de âncora de tensão.

O pós-tensionamento não colado difere do pós-tensionamento colado, pois permite aos tendões liberdade permanente de movimento longitudinal em relação ao concreto. Isso é mais comumente obtido envolvendo cada elemento individual do tendão em um revestimento de plástico preenchido com uma graxa inibidora de corrosão , geralmente à base de lítio . Ancoragens em cada extremidade do tendão transferem a força de tensionamento para o concreto e são necessárias para desempenhar esse papel de maneira confiável durante a vida útil da estrutura. [9] : 1

O pós-tensionamento não ligado pode assumir a forma de:

  • Tendões de fios individuais colocados diretamente na estrutura concretada (por exemplo, edifícios, lajes)
  • Fios agrupados, individualmente engraxados e embainhados, formando um único tendão dentro de um duto de encapsulamento que é colocado dentro ou adjacente ao concreto (por exemplo, âncoras restressáveis, pós-tensionamento externo)

Para tendões de fios individuais, nenhum duto de tendão adicional é usado e nenhuma operação de cimentação pós-tensionamento é necessária, ao contrário do pós-tensionamento colado. A proteção permanente contra corrosão dos fios é fornecida pelas camadas combinadas de graxa, revestimento de plástico e concreto circundante. Onde os fios são agrupados para formar um único tendão não aderido, um duto envolvente de plástico ou aço galvanizado é usado e seus espaços livres internos rejuntados após tensionamento. Desta forma, proteção adicional contra corrosão é fornecida através da graxa, revestimento de plástico, argamassa, revestimento externo e camadas de concreto circundantes. [9] : 1

Os tendões individualmente engraxados e embainhados são geralmente fabricados fora do local por um processo de extrusão . O fio de aço nu é alimentado em uma câmara de engraxamento e então passado para uma unidade de extrusão onde o plástico fundido forma um revestimento externo contínuo. Os fios acabados podem ser cortados no comprimento certo e equipados com conjuntos de âncora "sem saída", conforme necessário para o projeto.

Comparação entre pós-tensão ligado e não ligado

Ambas as tecnologias de pós-tensionamento, ligadas e não ligadas, são amplamente utilizadas em todo o mundo, e a escolha do sistema é freqüentemente ditada por preferências regionais, experiência do contratante ou disponibilidade de sistemas alternativos. Qualquer um é capaz de fornecer estruturas duráveis ​​e em conformidade com o código, atendendo aos requisitos de resistência estrutural e capacidade de manutenção do projetista. [9] : 2

Os benefícios que o pós-tensionamento colado pode oferecer sobre os sistemas não colados são:

  • Dependência reduzida da integridade da ancoragem final
    Após tensionamento e grauteamento, os tendões colados são conectados ao concreto circundante ao longo de seu comprimento total por argamassa de alta resistência . Uma vez curada, esta argamassa pode transferir toda a força de tensão do tendão para o concreto em uma distância muito curta (aproximadamente 1 metro). Como resultado, qualquer corte inadvertido do tendão ou falha de uma ancoragem da extremidade tem apenas um impacto muito localizado no desempenho do tendão e quase nunca resulta na ejeção do tendão da ancoragem. [2] : 18 [9] : 7
  • Maior resistência final na flexão
    Com pós-tensionamento colado, qualquer flexão da estrutura é diretamente resistida por tensões de tendão no mesmo local (ou seja, nenhuma redistribuição de tensão ocorre). Isso resulta em tensões de tração significativamente maiores nos tendões do que se eles estivessem não colados, permitindo que sua força de escoamento total seja realizada e produzindo uma capacidade de carga final mais alta. [2] : 16-17 [5] : 10
  • Melhor controle
    de fissuras Na presença de fissuras no concreto , os tendões colados respondem de forma semelhante às armaduras convencionais (vergalhões). Com os tendões fixados ao concreto em cada lado da fissura, é oferecida maior resistência à expansão da fissura do que com os tendões não aderidos, permitindo que muitos códigos de projeto especifiquem requisitos de reforço reduzidos para pós-tensionamento colado. [9] : 4 [10] : 1
  • Melhor desempenho ao fogo
    A ausência de redistribuição de tensão em tendões colados pode limitar o impacto que qualquer superaquecimento localizado tem sobre a estrutura geral. Como resultado, as estruturas ligadas podem exibir uma maior capacidade de resistir às condições de fogo do que as não ligadas. [11]

Os benefícios que o pós-tensionamento não ligado pode oferecer sobre os sistemas ligados são:

  • Capacidade de ser pré-fabricado
    Os tendões não ligados podem ser prontamente pré-fabricados fora do local, completos com ancoragens nas extremidades, facilitando a instalação mais rápida durante a construção. Pode ser necessário permitir um lead time adicional para este processo de fabricação.
  • Melhor produtividade do local
    A eliminação do processo de rejuntamento pós-tensionamento necessário em estruturas coladas melhora a produtividade da mão-de-obra no local do pós-tensionamento não colado. [9] : 5
  • Flexibilidade de instalação aprimorada Os
    tendões de fio único não aderidos têm maior flexibilidade de manuseio do que os dutos colados durante a instalação, permitindo que eles sejam desviados em torno de penetrações de serviço ou obstruções. [9] : 5
  • Cobertura de concreto reduzida.
    Os tendões não aderidos podem permitir alguma redução na espessura do elemento de concreto, pois seu tamanho menor e maior proteção contra corrosão podem permitir que sejam colocados mais próximos da superfície de concreto. [2] : 8
  • Substituição e / ou ajuste mais simples
    Estando permanentemente isolados do concreto, os tendões não aderidos podem ser facilmente desengordurados, tensionados e / ou substituídos caso sejam danificados ou necessitem que seus níveis de força sejam modificados em serviço. [9] : 6
  • Desempenho de sobrecarga superior
    Embora tenha uma resistência final menor do que os tendões colados, a capacidade dos tendões não colados de redistribuir as tensões em todo o seu comprimento pode dar-lhes uma ductilidade pré-colapso superior . Em casos extremos, os tendões não aderidos podem recorrer a uma ação do tipo catenária em vez da flexão pura, permitindo uma deformação significativamente maior antes da falha estrutural. [12]

Tendão durabilidade e proteção contra corrosão

A durabilidade de longo prazo é um requisito essencial para o concreto protendido, devido ao seu amplo uso. Pesquisas sobre o desempenho de durabilidade de estruturas protendidas em serviço têm sido realizadas desde 1960, [13] e as tecnologias anticorrosão para proteção de tendão têm sido continuamente aprimoradas desde que os primeiros sistemas foram desenvolvidos. [14]

A durabilidade do concreto protendido é determinada principalmente pelo nível de proteção contra corrosão fornecido a quaisquer elementos de aço de alta resistência dentro dos tendões de protensão. Também crítica é a proteção oferecida aos conjuntos de ancoragem de extremidade de tendões não aderidos ou sistemas de estaquia de cabos, uma vez que as ancoragens de ambos são necessárias para reter as forças de protensão. A falha de qualquer um desses componentes pode resultar na liberação de forças de protensão ou na ruptura física dos tendões de tensão.

Os sistemas de protensão modernos oferecem durabilidade de longo prazo, abordando as seguintes áreas:

  • Rejuntamento de tendão (tendões colados)
    Os tendões colados consistem em fios agrupados colocados dentro de dutos localizados dentro do concreto circundante. Para garantir a proteção total dos fios agrupados, os dutos devem ser preenchidos sob pressão com uma argamassa anticorrosiva , sem deixar espaços vazios, após o tensionamento dos fios.
  • Revestimento de tendão (tendões não
    ligados ) Os tendões não ligados compreendem fios individuais revestidos com uma graxa ou cera anticorrosiva e equipados com uma luva ou bainha de plástico durável de comprimento total. É necessário que a manga não esteja danificada ao longo do comprimento do tendão e deve se estender totalmente para os acessórios de ancoragem em cada extremidade do tendão.
  • Encapsulamento de camada dupla
    Os tendões de protensão que requerem monitoramento permanente e / ou ajuste de força, como cabos de sustentação e âncoras de barragem re-tensionáveis, normalmente empregam proteção contra corrosão de camada dupla. Esses tendões são compostos de fios individuais, revestidos com graxa e com luvas, coletados em um feixe de fios e colocados dentro de um duto externo de polietileno encapsulado . O espaço vazio restante dentro do duto é injetado sob pressão, fornecendo um sistema de barreira de proteção multicamadas de polietileno-argamassa-plástico-graxa para cada fio.
  • Proteção de ancoragem
    Em todas as instalações pós-tensionadas, a proteção das ancoragens das extremidades contra a corrosão é essencial, e criticamente para sistemas não aderidos.

Vários eventos relacionados à durabilidade estão listados abaixo:

  • Ponte Ynys-y-Gwas, West Glamorgan, País de Gales, 1985
    Uma estrutura segmentada pré-moldada de vão único construída em 1953 com pós-tensionamento longitudinal e transversal. A corrosão atacou os tendões subprotegidos onde cruzaram as articulações in situ entre os segmentos, levando ao colapso repentino. [14] : 40
  • Ponte sobre o rio Scheldt, Melle, Bélgica, 1991
    Uma estrutura cantilever protendida de três vãos construída na década de 1950. A cobertura inadequada de concreto nas ombreiras laterais resultou na corrosão do cabo de amarração , levando à falha progressiva do vão da ponte principal e à morte de uma pessoa. [15]
  • UK Highways Agency , 1992
    Após a descoberta da corrosão do tendão em várias pontes na Inglaterra, a Highways Agency emitiu uma moratória sobre a construção de novas pontes pós-tensionadas com argamassa interna e iniciou um programa de 5 anos de inspeções em sua ponte pós-tensionada existente estoque. A moratória foi levantada em 1996. [16] [17]
  • Ponte para pedestres, Charlotte Motor Speedway , Carolina do Norte, EUA, 2000
    Uma estrutura de aço e concreto com vários vãos construída em 1995. Um produto químico não autorizado foi adicionado à argamassa de tendão para acelerar a construção, levando à corrosão dos fios de protensão e ao colapso repentino do um período, ferindo muitos espectadores. [18]
  • Hammersmith Flyover London, England, 2011
    Estrutura protendida de dezesseis vãos construída em 1961. Corrosão de sais de degelo da estrada foi detectada em alguns tendões de protensão, necessitando o fechamento inicial da estrada enquanto investigações adicionais eram feitas. Reparos subsequentes e reforço usando pós-tensionamento externo foram realizados e concluídos em 2015. [19] [20]
  • Viaduto Petrulla, Sicília, Itália, 2014
    Um vão do viaduto desabou em 7 de julho devido à corrosão dos tendões de pós-tensionamento.
  • Desabamento da ponte de Génova , 2018. A Ponte Morandi era uma ponte estaiada caracterizada por uma estrutura de betão protendido para os pilares, postes e tabuleiro, pouquíssimas estadas, apenas duas por vão, e um sistema híbrido para as estacas construídas em aço cabos com conchas de concreto protendido derramados. O concreto foi protendido apenas a 10 MPa, resultando em fissuras e intrusão de água, o que ocasionou corrosão do aço embutido.
  • Viadutos de Churchill Way, Liverpool , Inglaterra
    Os viadutos foram fechados em setembro de 2018 depois que as inspeções revelaram concreto de baixa qualidade, corrosão de tendões e sinais de desgaste estrutural. Eles foram demolidos em 2019. [21]

Aplicações

O concreto protendido é um material de construção altamente versátil por ser uma combinação quase ideal de seus dois componentes principais: aço de alta resistência, pré-tensionado para permitir que sua resistência total seja facilmente realizada; e concreto moderno, pré-comprimido para minimizar fissuras sob forças de tração. [1] : 12 Sua ampla gama de aplicação se reflete em sua incorporação aos principais códigos de projeto que cobrem a maioria das áreas de engenharia civil e estrutural, incluindo edifícios, pontes, barragens, fundações, pavimentos, estacas, estádios, silos e tanques. [6]

Estruturas de edifícios

As estruturas de construção são normalmente necessárias para satisfazer uma ampla gama de requisitos estruturais, estéticos e econômicos. Significativos entre eles incluem: um número mínimo de paredes ou colunas de suporte (intrusivas); baixa espessura estrutural (profundidade), permitindo espaço para serviços, ou para pisos adicionais em edifícios altos; Ciclos de construção rápidos, especialmente para edifícios de vários andares; e um baixo custo por unidade de área, para maximizar o retorno sobre o investimento do proprietário do edifício.

A protensão do concreto permite que forças de "equilíbrio de carga" sejam introduzidas na estrutura para conter as cargas em serviço. Isso oferece muitos benefícios para a construção de estruturas:

  • Vãos mais longos para a mesma profundidade estrutural
    O balanceamento de carga resulta em menores deflexões em serviço, o que permite que os vãos sejam aumentados (e o número de apoios reduzido) sem aumentar a profundidade estrutural.
  • Espessura estrutural reduzida
    Para um determinado vão, deflexões menores em serviço permitem que seções estruturais mais finas sejam usadas, resultando em alturas de piso a piso mais baixas ou mais espaço para serviços de construção.
  • Tempo de decapagem mais rápido
    Normalmente, os elementos de construção de concreto protendido são totalmente tensionados e autossustentados em cinco dias. Neste ponto, eles podem ter suas fôrmas despojadas e reimplantadas para o próximo trecho da edificação, acelerando os "tempos de ciclo" da construção.
  • Custos de material reduzidos
    A combinação de espessura estrutural reduzida, quantidades reduzidas de reforço convencional e construção rápida freqüentemente resulta em concreto protendido apresentando benefícios de custo significativos em estruturas de construção em comparação com materiais estruturais alternativos.

Algumas estruturas de edifícios notáveis ​​construídas com concreto protendido incluem: Sydney Opera House [22] e World Tower , Sydney; [23] St George Wharf Tower , Londres; [24] Torre CN , Toronto; [25] Terminal de cruzeiros Kai Tak [26] e Centro de Comércio Internacional , Hong Kong; [27] Ocean Heights 2 , Dubai; [28] Eureka Tower , Melbourne; [29] Torre Espacio , Madrid; [30] Torre Guoco (Tanjong Pagar Centre), Singapura; [31] Aeroporto Internacional de Zagreb , Croácia;[32] e Capital Gate , Abu Dhabi Emirados Árabes Unidos. [33]

Estruturas civis

Bridges

O concreto é o material estrutural mais popular para pontes, e o concreto protendido é freqüentemente adotado. [34] [35] Quando investigado na década de 1940 para uso em pontes pesadas, as vantagens deste tipo de ponte sobre os projetos mais tradicionais era que é mais rápido de instalar, mais econômico e mais duradouro, com a ponte sendo menos animada . [36] [37] Uma das primeiras pontes construídas desta forma é o Viaduto Adam , uma ponte ferroviária construída em 1946 no Reino Unido . [38] Na década de 1960, o concreto protendido substituiu amplamente as pontes de concreto armado no Reino Unido, sendo as vigas mestras a forma dominante. [39]

Em pontes de curto vão de cerca de 10 a 40 metros (30 a 130 pés), a protensão é comumente empregada na forma de vigas ou pranchas pré-moldadas pré-tensionadas . [40] Estruturas de comprimento médio de cerca de 40 a 200 metros (150 a 650 pés), normalmente usam projetos pré-moldados segmentais, em balanço balanceado in-situ e lançados de forma incremental . [41] Para as pontes mais longas, as estruturas do convés de concreto protendido costumam fazer parte integrante dos projetos estaiados . [42]

Barragens

Barragens de concreto têm usado protensão para conter o levantamento e aumentar sua estabilidade geral desde meados da década de 1930. [43] [44] A protensão também é frequentemente retroajustada como parte dos trabalhos de remediação de barragens, como para reforço estrutural ou ao aumentar a altura da crista ou do vertedouro. [45] [46]

Mais comumente, a protensão de barragens assume a forma de âncoras pós-tensionadas perfuradas na estrutura de concreto da barragem e / ou nos estratos rochosos subjacentes. Essas âncoras normalmente compreendem tendões de cordões de aço de alta resistência ou barras roscadas individuais. Os tendões são grouted ao concreto ou rocha em sua extremidade (interna) e têm um comprimento livre significativo "desvinculado" em sua extremidade externa que permite que o tendão se estique durante o tensionamento. Os tendões podem ser ligados de comprimento total ao concreto ou rocha circundante, uma vez tensionados, ou (mais comumente) ter fios permanentemente encapsulados em graxa inibidora de corrosão ao longo do comprimento livre para permitir o monitoramento de carga de longo prazo e a re-tensionabilidade. [47]

Silos e tanques

Estruturas circulares de armazenamento, como silos e tanques, podem usar forças de protensão para resistir diretamente às pressões externas geradas por líquidos armazenados ou sólidos a granel. Os tendões curvados horizontalmente são instalados dentro da parede de concreto para formar uma série de aros, espaçados verticalmente na estrutura. Quando tensionados, esses tendões exercem forças axiais (compressivas) e radiais (para dentro) na estrutura, que podem se opor diretamente às cargas de armazenamento subsequentes. Se a magnitude da protensão for projetada para sempre exceder as tensões de tração produzidas pelos carregamentos, haverá uma compressão residual permanente no concreto da parede, auxiliando na manutenção de uma estrutura estanque e livre de fissuras. [48] [49] [50] : 61

Nuclear e explosão

O concreto protendido foi estabelecido como um material de construção confiável para estruturas de contenção de alta pressão, como vasos de reatores nucleares e edifícios de contenção e paredes de contenção de explosões de tanques petroquímicos. O uso de pré-tensão para colocar tais estruturas em um estado inicial de compressão biaxial ou tri-axial aumenta sua resistência a rachaduras e vazamentos do concreto, ao mesmo tempo que fornece um sistema de contenção de pressão redundante e monitorável. [51] [52] [53] : 585–594

O reator nuclear e os vasos de contenção geralmente empregam conjuntos separados de tendões pós-tensionados curvados horizontalmente ou verticalmente para envolver completamente o núcleo do reator. As paredes de contenção de explosão, como para tanques de gás natural líquido (GNL), normalmente utilizam camadas de tendões de arco horizontalmente curvos para contenção em combinação com tendões em loop vertical para pré-tensionamento da parede axial.

Hardstands e pavimentos

Lajes e pavimentos de concreto fortemente carregados podem ser sensíveis a rachaduras e subsequente deterioração causada pelo tráfego. Como resultado, o concreto protendido é regularmente usado em tais estruturas, pois sua pré-compressão fornece ao concreto a capacidade de resistir às tensões de tração que induzem a fissuras geradas pelo carregamento em serviço. Essa resistência a trincas também permite que seções individuais de laje sejam construídas em vazamentos maiores do que para concreto armado convencionalmente, resultando em espaçamentos de junta mais largos, custos de junta reduzidos e menos problemas de manutenção de junta de longo prazo. [53] : 594–598 [54] Também foram realizados com sucesso os trabalhos iniciais no uso de concreto protendido pré-moldado para pavimentação de estradas, onde a velocidade e a qualidade da construção foram apontadas como benéficas para esta técnica. [55]

Algumas notáveis ​​estruturas civis construídas com concreto protendido incluem: Gateway Bridge , Brisbane, Austrália; [56] Ponte de Incheon , Coreia do Sul; [57] Barragem de Roseires , Sudão; [58] Wanapum Dam , Washington, EUA; [59] Tanques de GNL , South Hook, País de Gales; Silos de cimento , Brevik Noruega; Ponte da Autobahn A73 , Vale Itz, Alemanha; Torre Ostankino , Moscou, Rússia; Torre CN , Toronto, Canadá; e reator nuclear Ringhals , Videbergshamn Suécia. [51] : 37

Agências de design e regulamentos

Em todo o mundo, existem muitas organizações profissionais para promover as melhores práticas no projeto e construção de estruturas de concreto protendido. Nos Estados Unidos, essas organizações incluem o Post-Tensioning Institute (PTI) e o Precast / Prestressed Concrete Institute (PCI). [60] Organismos semelhantes incluem o Canadian Precast / Prestressed Concrete Institute (CPCI), [61] a UK's Post-Tensioning Association, [62] o Post Tensioning Institute of Australia [63] e a South African Post Tensioning Association. [64] A Europa tem associações e instituições semelhantes baseadas em países.

É importante notar que essas organizações não são as autoridades em códigos ou normas de construção , mas existem para promover a compreensão e o desenvolvimento de projetos de concreto protendido, códigos e melhores práticas.

Regras e requisitos para o detalhamento de tendões de reforço e protensão são especificados por códigos e normas nacionais individuais, tais como:

  • Norma Europeia EN 1992 -2: 2005 - Eurocódigo 2: Projeto de Estruturas de Concreto;
  • US Standard ACI318 : Requisitos do Código de Construção para Concreto Armado; e
  • Australian Standard AS 3600-2009: Estruturas de concreto.

Veja também

Referências

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