O estudo apresentado tem como finalidade analisar métodos de Protensão distintos, aderentes e não aderentes, a partir de ensaio experimental. Foram comparados seus desempenhos mecânicos nos seguintes quesitos: deslocamento, deformação e fissuração em função das cargas aplicadas.

O comportamento entre vigas de concreto protendido se dá na comparação para vigas pré-tracionadas (com aderência inicial) e vigas pós-tracionadas (sem aderência, com o uso de cordoalha engraxada). Para melhor entendimento, análise e comparação, fizemos ensaios realizados no Laboratório de Engenharia Civil, do Centro Universitário FEI para uma explicação completa.

A princípio, foi executada uma viga de concreto armado, devidamente instrumentada, em caráter experimental. Esta teve a finalidade de validar as ideias e procedimentos, como o de instrumentação dos strain gages, posicionamento do relógio comparador, o uso da aquisição de dados do leitor, a aplicação da carga, evitando possíveis erros de procedimento na execução das vigas de estudo; além de validar de forma comparativa se a protensão se fez eficiente nas demais vigas. Após esta fase de validação de procedimentos, executaram-se mais quatro vigas, sendo elas:

- Duas vigas pré-tracionadas com cordoalha aderentes;

- Duas vigas pós-tracionadas com cordoalha não aderentes.

Para possibilitar a comparação entre os métodos, optou-se pela fixação de alguns parâmetros: Dimensão das vigas: 210x28x10 (cm); Armadura passiva: 4 barras de 6.3mm para a armadura CA-50 e 10 estribos de 5 mm CA-60 a cada 20 cm.; Bitola da armadura ativa: 12,7 mm; Cobrimento da armadura passiva: 2 cm; Cobrimento da armadura ativa: 4 cm; Carga final de protensão: 67 KN; Concreto.

Foram instalados strain gages nas armaduras passivas das vigas, para leitura da deformação das barras no ato do ensaio.

Na figura abaixo observa-se o sistema preparado para a concretagem da viga pré-tracionada. Nela observam-se também detalhes da cabeceira ativa.

Sistema de Protensão

Com a cordoalha tracionada, executou-se a concretagem da viga. A viga manteve-se no sistema durante sete (7) dias, tempo necessário para a obtenção de 70% da resistência característica do concreto. Na data adequada, liberou-se a pressão de óleo do macaco aos poucos. Após atingida a resistência necessária e as cordoalhas soltas das ancoragens, o esforço de protensão foi transferido para a peça.

O ensaio foi realizado com o posicionamento dos equipamentos como demonstrado na figura abaixo. O ponto de distribuição (nº 1) transfere a carga aplicada pelo macaco hidráulico (nº 2) através do deslocamento de seu pistão, para a viga a ser ensaiada (nº 3). Com este deslocamento a célula de carga (nº 4) e o strain gage (fixado na barra longitudinal passiva inferior) são solicitados, gerando, assim, a carga aplicada na viga e deformação da barra no sistema de aquisição de dados (nº 5). Com a flexão da viga a haste do relógio comparador (nº 6) é deslocada gerando assim a leitura da flecha no seu mostrador.

Os esforços foram transferidos através do aparato de reação (nº 7), que conta com um sistema de sustentação de barras de reação. Essas barras de reação estão da extremidade do macaco até a parte inferior da viga de reação (nº 8), transferindo assim a carga para os apoios (nº 9).

Estrutura de ensaio de flexão 4 pontos

Com o auxílio do relógio comparador, analisou-se a flecha gerada, conforme a carga aplicada (de 2 em 2 KN), sendo assim possível avaliar graficamente carga (KN) / flecha (mm). Além de avaliar a flecha residual após a retirada da carga aplicada.

Com o objetivo de avaliar a quantidade, tipo, tamanho e distribuição das fissuras com os diferentes métodos construtivos aplicados, foram feitas as marcações das fissuras nas vigas em suas respectivas cargas, de 2 em 2 KN. Esse procedimento está ilustrado na figura abaixo.

Análise de desenvolvimento das fissuras

Após os ensaios realizados, fizemos uma análise dos resultados, confira abaixo:

- Vigas pré-tracionadas

Na amostra, as fissuras ocorreram de forma assimétrica. As primeiras trincas aconteceram na carga de 38 KN, carga final analisada foi de 60 KN e ocorreram 6 fissuras, sendo que as maiores aconteceram entre o apoio e o centro da viga e sua angulação foi aproximadamente 45°. A primeira abertura aconteceu no centro da viga com angulação de 90°.

Na amostra 2, as fissuras também ocorreram de forma assimétricas. As primeiras trincas aconteceram na carga de 46 KN, carga final analisada foi de 60 KN e ocorreram 6 fissuras, sendo que as maiores tiveram o mesmo comportamento da amostra 1. A primeira abertura coincidiu com a maior trinca. Após a remoção da carga de ensaio de ambas, as amostras e as trincas se mantiveram abertas.

- Vigas pós-tracionadas

Na amostra 1, as fissuras ocorreram de forma simétrica. As primeiras trincas aconteceram próximo ao centro da viga, na carga de 32 KN, com angulação aproximada a 90°, sendo as mesmas as mais relevantes. A carga final analisada foi de 80 KN e ocorreram 8 fissuras. Na carga de 58 KN ocorreu uma abertura com angulação aproximada a 45° entre o apoio e o centro da viga.

Na amostra 2, as fissuras também ocorreram de forma simétrica. As primeiras trincas aconteceram também próximo ao centro da viga na carga de 28 KN, com angulação próxima a 90°, sendo as mesmas as mais relevantes. A carga final analisada foi de 80 KN e ocorreram 8 fissuras. Pode-se visualizar esse comportamento na figura 9.

Após a remoção da carga de ensaio de ambas as amostras, as trincas tenderam a se fechar.

Para a amostra 2, ao chegar na carga de 80 KN, o concreto apresentou uma ruptura por esmagamento, como ilustrado na figura 10, com isto o ensaio foi interrompido.

- Avaliação da flecha, carga e deformação das vigas pré-tracionadas

Nas amostras de concreto pré-tracionadas foi possível avaliar que elas se comportaram igualmente em quase todo o período de ensaio, porém, a partir da carga de 57,5 KN, nota-se uma diferença relevante no deslocamento da flecha, pois neste momento houve a possível perda de carga de protensão, devido o início da fissuração, o que ocasionou redução de seu desempenho.

- Avaliação da flecha, carga e deformação das vigas pós-tracionadas

Para as amostras pós-tracionadas, percebeu-se uma pequena diferença no decorrer do ensaio a partir da carga de 65 KN, tendo nesse ponto um início da separação das curvas exibidas na figura 08. Esta diferença foi gerada, uma vez que na primeira amostra utilizou-se uma carga de protensão superior a carga da amostra 2. Sendo assim, a amostra 1 apresentou uma relação carga por flecha maior que a amostra 2.

- Análise comparativa da flecha, carga e deformação entre as vigas pré-tracionadas e pós-tracionadas

Na comparação entre os dois métodos de protensão, pode-se notar quatro pontos relevantes. O primeiro seria a diferença nas cargas pico analisadas, na amostra pós-tracionada foram obtidas cargas consideravelmente mais elevadas do que a pré-tracionada.

A segunda diferença relevante foi a flecha após a liberação do carregamento, as amostras pré-tracionadas tiveram maior flecha residual, em razão da perda de carga de protensão após o início da formação de fissuras. Já as amostras pós-tracionadas apresentaram flechas residuais muito baixas, mesmo sendo as amostras que mais foram solicitadas. A carga de protensão das mesmas estava concentrada nas ancoragens e não distribuída na aderência da cordoalha com o concreto e o atrito entre cabo e bainha é baixo, devido a graxa.

Ruptura por esmagamento

A terceira observação é o fato das vigas pré-tracionadas apresentaram flechas inferiores às vigas pós-tracionadas até a carga de 48 KN, que foi próximo à carga de início de fissuração da amostra 2 da viga pré-tracionada, onde ocorreu a intersecção das curvas.

O quarto ponto surgiu da análise da deformação da armadura passiva através da utilização dos strain gage. A partir da carga de 21 KN, a viga pós-tracionada teve uma relação carga por deformação mais elevada que a viga pré-tracionada, desempenhando deslocamentos maiores que a amostra pré-tracionada quando considerado o mesmo carregamento, a partir da carga citada.

Conclusão do Ensaio

Os sistemas e modos de protensão influem de formas distintas no comportamento das estruturas. O grau de atrito entre os cabos e o concreto e a existência ou não de ancoragens, junto a extremidade do cabo, são fatores que influenciam muito no comportamento mecânico de estruturas quando expostas a carregamentos.

As comparações entre os sistemas protendidos expõem que a pré-tração apresenta carga superior e deformações inferiores antes do início da fissuração, quando comparado ao método de pós-tração.

Esta afirmativa é compreendida pelo fato de a aderência atuar de forma a agregar consideravelmente o seu desempenho.

Embora a pós-tração tenha menor capacidade de resistir às fissuras iniciais, conta com a existência da bainha, a graxa revestindo a cordoalha, tendo, assim, a capacidade de reduzir a sua flecha resultante a praticamente zero, quando o carregamento é removido, devido a força de protensão estar concentrada nas ancoragens e o baixo atrito entre bainha e cordoalha.

Visto que o ensaio se fundamentou em um número reduzido de amostras, indica-se que ensaios com número superior de amostras sejam executados. A finalidade dos ensaios seria a validação dos resultados obtidos e aprimoramento da metodologia de ensaio, fazendo, assim, com que as análises sejam ainda mais confiáveis.

Finalizando, sugerimos estudos futuros com temas como ensaio com diferentes posicionamentos de cordoalhas (parabólico e retilíneo) para avaliar também a contribuição da protensão, para o cisalhamento e utilização de estação total para mapeamento de flecha em ensaio de flexão com 4 pontos.

Artigo e estudos realizados pela EVEHX Protensão, empresa patrocinadora da Aconvap.