Pró-Reitoria de Graduação
Curso de Engenharia Civil
Trabalho de Conclusão de Curso
O USO DO CONCRETO ARMADO E PROTENDIDO –
PROCESSOS E APLICABILIDADE
Autor: Flávio Tolentino Fernandes
Orientador: Prof. MSc. Carlos Henrique de Moura Cunha
Brasília - DF
2014
i
FLÁVIO TOLENTINO FERNANDES
O USO DO CONCRETO ARMADO E PROTENDIDO – PROCESSOS E
APLICABILIDADE.
Artigo apresentado ao curso de graduação em
Engenharia Civil da Universidade Católica de
Brasília, como requisito parcial para a
obtenção de Título de Bacharel em Engenharia
Civil.
Orientador: MSc. Carlos Henrique de Moura
Cunha
Brasília
2014
ii
Artigo de autoria de Flávio Tolentino Fernandes, intitulado “O USO DO CONCRETO
ARMADO E PROTENDIDO – PROCESSOS E APLICABILIDADE”, apresentado como
requisito parcial para obtenção do grau de Bacharel em Engenharia Civil da Universidade
Católica de Brasília, em 09 de Junho de 2014, defendido e aprovado pela banca examinadora
abaixo assinada:
__________________________________________________
Prof. MSc. Carlos Henrique de Moura Cunha
Orientador
Curso de Engenharia Civil – UCB
__________________________________________________
Prof. Dr. Miguel Enrique Genovese Soares
Examinador
Curso de Engenharia Civil – UCB
Brasília
2014
iii
DEDICATÒRIA
Dedico esse artigo aos meus pais Ademar
Álvaro Fernandes (in memoriam) e Genecy
Tolentino Álvaro Fernandes por todos os
valores e ensinamentos transferidos a mim.
Também aos meus familiares por todas as
alegrias, tristezas e dores compartilhadas.
1
LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Conjunto de Fôrma de Pilar – Concreto Armado ................................................ 7
Figura 2. Laje Cogumelo – Concreto Armado ...................................................................... 8
Figura 3. Concretagem de Laje com Armadura – Concreto Armado ................................. 9
Figura 4. Armação e Fôrma dos Pilares ............................................................................... 12
Figura 5. Armação de Vigas e Lajes ..................................................................................... 12
Figura 6. Distribuição das Cordoalhas na Laje ................................................................... 15
Figura 7. Macaco para Protensão das Cordoalhas .............................................................. 16
2
O USO DO CONCRETO ARMADO E PROTENDIDO – PROCESSOS E
APLICABILIDADE.
FLÁVIO TOLENTINO FERNANDES
RESUMO
O concreto é um dos materiais mais utilizado em todas as vertentes da construção civil
nos dias atuais, seja ele armado, protendido, autoadensável, entre outros. Tendo uma diversa
gama de utilidades, o concreto é aplicado em diferentes tipos de obras de engenharia por todo
o mundo, sendo na área de edificações, transportes, ou até mesmo, na área de recursos
hídricos. Porém, a notável utilização do concreto está ligada a função estrutural que o mesmo
desempenha nas mais diversas obras de engenharia do mundo todo, podendo esse ser
executado na sua forma armada ou protendida. Sendo a estrutura, a parte mais onerosa da
obra, a escolha do processo executivo pode ser a diferença entre o lucro e o prejuízo da
empresa ao término da empreitada, por isso, o concreto protendido tem sido a escolha de
alguns projetistas que buscam inovações arquitetônicas e redução no prazo de execução da
fase estrutural, mesmo sendo uma técnica mais cara, em relação ao concreto armado, devido a
utilização de equipamentos sofisticados e profissionais qualificados.
Palavras-chave: Concreto Armado. Concreto Protendido.
3
USE OF REINFORCED AND PRESTRESSED CONCRETE – PROCEEDINGS AND
APPLICABILITY.
FLÁVIO TOLENTINO FERNANDES
ABSTRACT
Concrete is one of the most used materials in all areas of civil construction these days, be it
reinforced concrete, prestressed, self-compacting, among others. It has range of utilities and
can be applied in different types of engineering works around the world, like in buildings,
transport, or even in area of water resources. However, the main use of concrete is related
with the structural function that it has in various engineering projects around the world, being
used in its reinforced or prestressed concrete manner. The structure is the most costly part of
the construction, so, the decision of the executive process could be the difference between
profit or loss for the company at the end of the contract, so the prestressed concrete has been
the choice of the designers that are looking for some architectural innovations and reduction
in execution time of structural phase, even being more expensive technique compared to
reinforced concrete, due to use of sophisticated equipment and skilled professionals.
Key-words: Reinforced concrete. Prestressed concrete.
4
SUMÁRIO
1.
INTRODUÇÃO ................................................................................................................. 5
2.
MATERIAL E MÉTODOS .............................................................................................. 7
2.1.
Concreto Armado ........................................................................................................ 11
2.2.
Concreto Protendido ................................................................................................... 14
3.
RESULTADOS E DISCUSSÃO .................................................................................... 17
4.
CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES ..................................................................... 18
5.
REFERÊNCIAS .............................................................................................................. 19
5
1. INTRODUÇÃO
Neste artigo, o principal objetivo é demonstrar os processos executivos e as técnicas
de utilização do concreto armado e do concreto protendido, além de realizar um comparativo
entre as diversas possibilidades de utilização de cada um deles, a fim de otimizar o custo final
com a estrutura, diminuir os possíveis colapsos de estruturas dimensionadas aquém da sua
resistência necessária devido a adoção de uma técnica inservível para a utilização da
edificação e reduzir o prazo de conclusão do serviço de concretagem, seja ela de um
pavimento ou da estrutura como um todo.
Como base para o artigo, além das referências bibliográficas citadas, será utilizada
também o conhecimento prático do próprio autor, que teve como experiência para elaboração
deste artigo a participação no corpo técnico e na execução de duas edificações de grande porte
localizadas no Setor Hoteleiro Norte – Asa Norte – Brasília, sendo que em uma delas foi
utilizado apenas a técnica do concreto armado, enquanto a outra utilizou o concreto
protendido, aliado ao concreto armado em algumas ocasiões.
Durante muitos anos, o concreto armado e o concreto protendido foram tratados como
materiais distintos, sendo que, cada um era regulado por uma norma. É ela: NBR 6118
(Projeto de estruturas de concreto – Procedimento).
Atualmente, alguns estão encarando o concreto protendido como um aperfeiçoamento
do concreto armado, sendo a protensão uma forma de suplantar as limitações que estavam
inertes ao concreto armado, podendo assim, eliminar diversos problemas que estavam ligados
à execução da estrutura em concreto armado. Desse modo, “[...] engenheiros e arquitetos
suplantaram os limites naturais inerentes aos sistemas construtivos convencionais, “ousar com
responsabilidade tornou-se natural”. [...]”, onde foi possível a utilização de vãos maiores entre
vigas e entre pilares ou ainda, entre vigas/pilares, entre outras mudanças. Com o passar do
tempo, o domínio dos profissionais acerca do processo executivo da protensão vêm
aumentando, o que gera uma maior precisão no dimensionamento da armadura ativa que será
protendida na estrutura, evitando perdas no processo de execução ou escolha de materiais que
não irão suportar os esforços produzidos pelo conjunto da estrutura.
Por outro lado, além de ser uma técnica bastante conhecida dos profissionais da
construção civil, o concreto armado ainda detém o primeiro lugar na escolha dos calculistas
para o dimensionamento de estruturas, seja ele por ter um custo menos elevado em relação ao
6
concreto protendido, ou pela facilidade em realizar o cálculo da estrutura, já que essa é uma
técnica utilizada a anos por todos os envolvidos no meio da engenharia civil.
7
2. MATERIAL E MÉTODOS
De uma forma geral, podemos listar alguns materiais considerados básicos e essenciais
para a execução de qualquer tipo de estrutura em concreto, que são as fôrmas, a armação e o
próprio concreto. Porém, esses não são os únicos materiais necessários para a correta
execução de uma estrutura. Existem outros materiais que precisamos ter em estoque para
utilização na preparação da estrutura, que são: conjunto de fôrmas que é composto por
andaimes, escoramento, cimbramento e as fôrmas propriamente ditas que recebem o concreto
e a armadura do pilar, viga e da laje, formando assim, a estrutura propriamente dita.
Como exemplo da utilização desses materiais, segue abaixo uma figura que ilustra a fôrma
de um pilar concluída.
Figura 1: Conjunto de Fôrma de Pilar – Concreto Armado, do Autor.
Quando falamos em fôrma de lajes, as mesmas podem ser confeccionadas, além da
utilização convencional da madeira ou madeirites, em cubetas ou cabaças que diminuem a
8
quantidade de concreto a ser utilizado na estrutura, podendo ser aliada estruturas protendidas,
metálicas ou pré-moldada, além do concreto armado.
Figura 2: Laje Cogumelo – Concreto Armado, do Autor.
Um material de grande importância na execução de estruturas nos dias atuais, seja ela, de
pequeno, médio ou grande porte, é o aço. Tido como o principal material que combate a
tração gerada por esforços que ocorrem na laje, em vigas ou em pilares, nunca deve-se optar
por usar aço de qualidade inferior ao projeto de armação e nem em quantidade de barras
inferior ao especificado em projeto pelo responsável. O aço vem sendo utilizado há tempos
pelos profissionais da construção civil nas mais diversas aplicações, seja devido a sua rigidez
ou pela facilidade de manuseio dentro do canteiro de obras, dependendo de suas dimensões
pelos encarregados do serviço. Entretanto, a sua maior importância dentro de uma edificação,
ainda é quando está aliado ao concreto, formando assim, a concepção que chamamos de
concreto armado. Conforme segue em figura abaixo.
9
Figura 3: Concretagem de laje com armadura – Concreto Armado, do Autor.
Por fim, um dos materiais mais utilizados no mundo, é o concreto, que não é mais usado
do que a água, e que dependendo da sua utilização, possuem características diferentes quanto
ao fck, Slump, tempo de cura, entre outros. No caso da utilização do mesmo para estruturas,
existem dois tipos de concreto que podemos escolher de acordo com a aplicabilidade, que é o
concreto preparado a base de cimento, água e agregados executado in loco, e o concreto
preparado por empresa de concretagem, que fazem a dosagem do mesmo de acordo com o
pedido do cliente quanto ao fck e slump especificados em projeto.
No caso do concreto preparado in loco, devem-se observar alguns parâmetros para a
execução da mistura, sendo que os agregados (graúdos e miúdos) devem estar separados em
baias evitando assim a mistura precoce dos materiais, assim como, protegidos do Sol e da
chuva. Quando da execução do traço determinado em projeto, e aprovado pelo engenheiro
responsável, a quantidade de cada material a ser adicionada a betoneira deve ser medida com
baldes graduados, sendo que, um balde deverá ser utilizado para recolher cada tipo de
material. Após a junção de todos os materiais dentro da betoneira, mistura-se o mesmo até que
os materiais formem uma mistura homogênea. A partir deste momento, acrescenta-se
lentamente água a mistura, até que a mesma volte a ficar homogênea e esteja pronta para
utilização.
10
Em relação ao concreto produzido por empresas especializadas, não há muitos relatos de
erros na dosagem dos materiais constituintes do concreto, mesmo que a produção seja feita
em larga escala, devido à utilização de equipamentos eletrônicos sofisticados, profissionais
qualificados e rigoroso controle de qualidade, dependendo da empresa. Neste processo de
produção, a coleta do material geralmente é feita por tratores ou grandes máquinas e pesados
um a um até formar a composição de todos os agregados. Após a pesagem final de todos os
materiais, o mesmo é despejado em um grande misturador com adição de água, que funciona
como uma betoneira, e começa a ser mistura até que o mesmo fique homogêneo. Após a
conclusão do processo, o mesmo é transferido para o caminhão betoneira e entregue na obra.
Além desses materiais listados acima, temos outros que possuem grande importância na
execução da estrutura, porém, não são utilizados em todas as técnicas existentes. Esses
materiais serão listados na metodologia no momento de sua utilização no processo, quando
necessário.
O concreto armado pode ser definido como a união do concreto simples com a armadura
de aço, onde o concreto suporta os esforços de compressão e o aço os esforços de tração, ou
também, auxiliando na resistência aos esforços de compressão no caso dos pilares.
No entanto, essas não são as únicas características que definem o concreto armado, pois,
de nada adiantaria a junção dos dois materiais, se não houvesse solidariedade entre os dois
materiais. Portanto, é imprescindível que o fenômeno da aderência esteja presente no conjunto
concreto e aço, para que o trabalho seja realizado de forma conjunta.
Ainda sobre o concreto armado, a armação de aço envolvida pelo concreto simples,
funciona como armadura passiva, o que significa que as tensões aplicadas deverão ser
resultantes exclusivamente das peças onde está inserida.
Assim como no caso do concreto armado, onde a armação é responsável por combater a
tração, a protensão utilizada no concreto protendido é utilizada para combater os esforços de
tração. Sendo assim, podemos definir o concreto protendido como uma estrutura que utiliza
ferragens ativas e passivas, enquanto o concreto armado usa ferragens passivas.
11
2.1. Concreto Armado
Seguindo os preceitos determinados pela norma, a estocagem dos materiais no canteiro
de obras é um passo determinante para a execução de uma estrutura sem erros causados pelo
estado de conservação dos materiais utilizados. Conforme descrito anteriormente, as formas, a
armação em aço e o concreto, são os materiais utilizados em grande quantidade na execução
da estrutura em concreto armado, e por isso, devem ter cuidados especiais no momento da
estocagem. Sendo o aço estocado em larga escala, seja para facilitar o transporte e diminuir os
valores do frete ou para corte e dobra das barras, o mesmo deve ser estocado em cavaletes de
madeira para não entrar em contato com o solo e possíveis contaminantes como óleos e
graxas, e também, ao abrigo do sol ou da chuva para evitar a mudança de suas características
físicas e químicas como a ferrugem. Assim como ocorre com o aço, as formas de madeira
devem ser mantidas em local coberto sem contato com água ou umidade eleva para evitar que
a mesma apodreça.
Como ponto de partida para a execução da estrutura em concreto armado, há a
execução das formas e armações da fundação, que podem ser sapatas, tubulões, vigas
baldrames, entre outros. Após a concretagem da fundação, inicia-se a armação dos pilares que
serão responsáveis por transferir o carregamento proveniente das lajes e das vigas, até a
fundação.
Com a completa execução da armação dos pilares (Figura 4), tem-se início a execução
do sistema completo de fôrmas, conforme listado acima, para que posteriormente, seja
possível a concretagem dos mesmos. Após a execução de todo o escoramento e, posterior
concretagem dos pilares, inicia-se as formas das vigas e laje que receberam a armadura, que
funcionará de forma passiva nessa estrutura. Com a execução das fôrmas totalmente
montadas, há a utilização de um aditivo sobre as fôrmas conhecido como desmoldante que
facilita na desfôrma após a concretagem Após esse processo, inicia-se a marcação e instalação
da infra-estrutura da parte elétrica e hidráulica daquele pavimento sobre a fôrma.
12
Figura 4: Armação e Forma dos Pilares, Do Autor.
Tendo sido concluído esse processo, tem início a distribuição da armadura sobre a viga
e a laje de acordo com o projeto de armação do pavimento. Após a distribuição de toda a
armadura sobre a laje, a composição fôrma-armadura está pronta para receber o concreto com
as especificações determinadas em projeto.
Figura 5: Armação de Vigas e Laje, Do Autor.
13
Quando inicia-se o lançamento de concreto sobre o conjunto fôrma-armação, é
necessário que o concreto seja vibrado e nivelado para redução de vazios e desníveis na laje.
De acordo com a norma NBR 14931/2003, recomenda-se a cura do concreto até que o mesmo
atinja a resistência de 15,0 MPa, ou no mínimo por 5 dias.
Após a completa execução do concreto e tempo de cura concluída, deve-se respeitar o
tempo de desforma de lajes de no mínimo 7 dias e de pilares e vigas de no mínimo 3 dias,
quando utilizado com Cimento Portland Comum.
14
2.2. Concreto Protendido
Conforme descrito anteriormente, existem alguns materiais que não são comumente
utilizados, mas nem por isso tem sua importância minorada entre os processos executivos de
estrutura, como é o caso dos cabos de protensão feitos em aço e utilizados na execução do
concreto protendido.
Essas armaduras de protensão devem respeitar os limites de escoamento, ruptura e
alongamento previstos no projeto estrutural, assim como, atender as exigências das normas
NBR 7482 e NBR 7483, para aço CO190RB e CP190RN.
Mesmo sendo técnica diferente de armação utilizado nas lajes do concreto armado, o
processo inicial do concreto protendido é feito da mesma forma que o processo anterior, onde
tem-se início o processo de execução da estrutura pela fundação, e posteriormente, com a
armação e concretagem dos primeiros pilares, formando as vigas e lajes, possibilitando a
execução do sistema completo de fôrmas, já que o processo de protensão é feito apenas sobre
as fôrmas das vigas e da laje.
Após a execução de toda a fôrma, tem início a marcação dos locais onde os cabos
deveram ser locados conforme projeto, sendo que a cada 1,0 m recomenda-se a utilização de
carangueijos, estribos ou pastilhas para servirem como apoios durante a concretagem.
15
Figura 6: Distribuição das Cordoalhas na Laje, Do Autor.
Quando todas as cordoalhas tiverem sido lançadas e apoiadas, temos a verificação da
armadura passiva e ativa na laje, não podendo a concretagem ser executada antes dessa
verificação. Como a concentração de armadura em apenas um local pode ser grande,
recomenda-se que o concreto seja plástico o suficiente para preencher todos os vazios
existentes entre as armaduras.
Com todas as verificações conferidas e aprovadas, a estrutura está liberada para
receber o concreto, porém, quando do adensamento do concreto na estrutura não é
recomendado a utilização de vibradores com diâmetro maiores que 60mm. Após a
concretagem, é importante verificar se houve a entrada de concreto dentro das bainhas de
proteção da cordoalha. Quando todo esse processo estiver concluído, as cordoalhas estão
prontas para serem protendidas.
16
Com a utilização de um macaco, o cabo é protendido de acordo com as indicações de
projeto quanto à ordem dos cabos, força de protensão, alongamento de cada cabo,
extremidade que será protendida, entre outros. Com todos os cabos tensionados, a estrutura
está liberada para o corte das extremidades onde deve ser feito um apicoamento na superfície
do concreto, para então, ser efetuada sua concretagem ou grauteamento. Tendo sido feito
todos esses processos, a estrutura está liberada para desforma, respeitando os mesmos prazos
estabelecidos para o concreto armado convencional.
Figura 7: Macaco para Protensão das Cordoalhas, Do Autor.
17
3. RESULTADOS E DISCUSSÃO
Os resultados obtidos durante a pesquisa, demonstram que a depender do tipo de
edificação e do tipo de utilização planejado para aquela estrutura, a escolha do método
construtivo é muito importante para redução dos custos e para a correta aplicabilidade do
processo escolhido, otimizando o uso dos materiais escolhidos e reduzindo problemas
causados por esforços excessivos não previstos durante a elaboração do projeto e escolha do
processo executivo, além de atender as novas perspectivas da arquitetura moderna.
A determinação do tipo de edificação e em quais as melhores situações que devemos,
e podemos utilizar as técnicas de concreto armado, ou quando podemos utilizar a técnica do
concreto protendido, devem sempre buscar a execução de uma obra com o menor custo
possível, desde que não afete a qualidade e o prazo de entrega do produto, já que por diversas
vezes temos o exemplo do “barato que sai caro”.
Com a utilização do concreto protendido, diminuímos o prazo de execução de toda a
estrutura, além de reduzirmos a quantidade de materiais utilizados no processo, como o aço,
que é substituído por cabos de protensão, o concreto, e o número de fôrmas de vigas, já que as
mesmas serão reduzidas, levando em consideração que a protensão nos permitir aumentar o
vão livre entre uma viga e outra.
Sendo assim, podemos considerar que a utilização da protensão com cordoalha de aço
é eficiente nas obras de médio e grande porte, onde a entrega da obra dentro do prazo, ou em
casos excepcionais, antes do prazo previsto, já que o processo de protensão agiliza o processo
de execução e desforma de lajes, vigas e pilares. assim como a execução da própria estrutura,
liberando a execução da próxima etapa estrutural. Levando ainda em consideração o prazo de
entrega da obra, e a redução na utilização de concreto, devido a diminuição nas dimensões das
lajes e redução no número de vigas, o concreto protendido, pode ser encarado como uma das
soluções para empresas que pretendem entregar um produto de qualidade, com prazo de
execução reduzido, e que já possuem mão de obra qualificada e que tenham capacidade para
acompanhar o serviço, não gerando maiores custos com a contratação de novos profissionais.
18
4. CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES
Diante das execuções práticas vivenciadas pelo autor, e dos estudos realizados sobre a
execução do concreto armado e do concreto protendido, é importante mencionar que para
seguirmos as novas tendências da arquitetura moderna, a melhor técnica a ser utilizada é o
concreto protendido. Porém, não devemos esquecer-nos de verificar outras características do
processo executivo, que podem torná-lo uma escolha inadequada, já que o concreto
protendido, além de ser uma técnica mais cara em relação ao concreto armado, ainda precisa
de profissionais capacitados e equipamentos específicos para sua correta execução. Por fim,
outra característica que define a técnica do concreto protendido como uma nova saída para as
preocupações das grandes companhias é a redução no prazo de execução da estrutura de cada
pavimento ou etapa construtiva, levando a uma redução no prazo final de entrega da parte
estrutural como um todo, liberando assim, os outros serviços para a conclusão e entrega da
obra para seus clientes.
19
5. REFERÊNCIAS
UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA. Departamento de Engenharia Civil. Concreto
Protendido – Fundamentos Básicos. Minas Gerais, 1998.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6023: informação e
documentação – referências – elaboração. Rio de Janeiro, 2002. 24p.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6118: Projetos de
Estruturas de Concreto - Procedimentos. Rio de Janeiro, 2003. 221p.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 14931: Execução de
Estruturas de Concreto - Procedimentos. Rio de Janeiro, 2004. 53p.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7197: Projeto de Estruturas
Protendidas. Rio de Janeiro, 1989. 71p.
KISS, PAULO. Os leves puxam o mercado. Téchne, Ed. 41, Julho/1999.