Utilizada em pontes e viadutos de concreto por todo o mundo, a técnica de protensão é aplicada para aumentar a resistência do concreto, tensionando os cabos de aço do interior das armações antes que a massa endureça. Na definição do professor Walter do Couto Pfeil, em seu livro "Concreto Protendido Vol. 1 - Introdução", a estrutura é levada a um estado prévio de tensões, capaz de melhorar sua resistência ou seu comportamento nas mais diversas condições de carga.

A ideia da protensão remonta há cerca de 2100 a.C., quando os egípcios utilizavam um método similar para construir os cascos dos barcos que navegam pelo Mediterrâneo. Nessas embarcações, as juntas dos pranchões de madeira eram unidas através de lâminas de ferro aquecido, que com o resfriamento encurtavam e aplicavam assim uma força de protensão nas juntas. Esse processo ainda hoje é utilizado na fabricação de tonéis de madeira para assegurar a estanqueidade.

O concreto protendido tem um vasto campo de aplicação em obras de pontes, viadutos, passarelas, aquedutos, reservatórios de água, silos, telhas de cobertura industriais, vigas de fixação de comportas em barragens, postes e estacas. Além disso, tem utilização maciça na fabricação de dormentes de ferrovias, construção de pistas de aeroportos, cúpulas, lajes de edifícios residenciais e industriais e vigas de transição em edifícios.

Nessas obras, são utilizados elementos estruturais de concreto armado, comprimidos por cordoalhas de aço tensionadas que atravessam o interior das peças. Essa condição forma um estado de tensões que deixa a estrutura mais resistente e viabiliza os projetos com vãos maiores entre os pilares.

“O concreto protendido abrange quase todo o espectro das estruturas que inicialmente pertenciam ao campo de aplicação do concreto armado, mas amplia as possibilidades em termos de vãos”, sublinha Sérgio Marques Ferreira de Almeida, sócio e diretor da Arte Pontes Consultoria e Projetos.

Ele salienta que, para viabilizar a protensão, o engenheiro deve se certificar se há possibilidade de deformação do elemento a ser protendido ou criar condições para tal, caso contrário as forças de compressão previstas não serão implantadas em todas as seções de cálculo. “Existem algumas situações onde a implantação da protensão é prejudicada, como em lajes de edifícios junto a caixas de elevadores ou mesmo de escadas, vigas de edifícios ligadas a pilares muito rígidos, ou mesmo em pontes com grandes vãos providas de pilares baixos e aporticados”, exemplifica.

Em casos como esses, devem ser adotadas algumas medidas no projeto para garantir a implantação da técnica, como criar uma faixa no entorno da estrutura rígida a ser concretada após a execução da protensão ou utilizar aparelhos de apoio, no caso pontes que assegurem a liberdade de deformação horizontal.

Grandes vãos

Antes da propagação da técnica do concreto protendido, as soluções adotadas para se construir pontes com grandes vãos, onde o concreto armado não conseguia atingir, compreendiam as pontes em arco de concreto armado, pontes em treliças metálicas e pontes em arco metálico. Hoje, essas soluções foram praticamente abandonadas devido ao alto custo quando comparadas com soluções em vigas caixão de concreto protendido. Além disso, a técnica construtiva de balanços sucessivos, aliada à utilização do concreto protendido, elimina o escoramento da estrutura da ponte.

“A eliminação do escoramento direto das pontes e viadutos, além de reduzir riscos de ruptura desses escoramentos, minimiza o tempo de execução da obra. Em alguns casos, o escoramento direto das pontes em arco pode sair mais caro que a própria ponte”, explica Almeida.

Para vãos acima de 200 metros, hoje são utilizados sistemas estruturais mais sofisticados, como pontes estaiadas (suspensas por cabos inclinados) ou mais raramente, pontes em treliças metálicas. As pontes em arco de concreto armado foram praticamente abolidas em função do alto custo do escoramento do arco e da morosidade de sua montagem.

Características

Para ser utilizado em obras protendidas, o concreto deve apresentar resistência característica (fck) superior à do concreto armado. Ela deve ser, no mínimo, ≥ 35 MPa, muito embora algumas normas técnicas admitam valores um pouco menores. Também é necessário um rigoroso controle sobre o processo de produção do concreto, com a realização de ensaios prévios à compressão do concreto, e controle permanente do cimento e dos agregados miúdos e graúdos e do fator água/cimento.

O concreto também deve apresentar baixa permeabilidade e boa compacidade, para garantir a proteção à corrosão das armaduras ativas e passivas. Almeida acrescenta que a resistência característica do concreto deve crescer rapidamente, para absorver as elevadas tensões compressivas e trativas produzidas nas regiões de entrada da protensão. “Além disso, devem ser utilizados aditivos químicos que não prejudiquem as armaduras”, observa.

Os aços utilizados no concreto protendido devem possuir alta resistência, correspondente a tensões elevadas de escoamento e de ruptura. Essa característica é necessária para que as perdas de tensão por ele sofridas, provocadas pelos encurtamentos do concreto decorrentes da deformação lenta, retração do concreto e relaxamento do aço, representem uma pequena fração da tensão inicial implantada. Segundo Almeida, o aço de protensão não pode possuir patamar definido de escoamento, apresentando, portanto, um crescimento constante da resistência até a ruptura.