O traçado que compõe os cabos de protensão tem sido identificado como uma relevante variável no comportamento estrutural de vigas de aço ou mistas de aço e concreto protendidas, conforme afirma Troitsky (1990). Diferentes traçados de cabo, realizados com a ajuda de desviadores, proporcionam alterações na eficiência e eficácia de um sistema de protensão, como é possível perceber no estudo de Belletti e Gasperi (2010). O objetivo geral da protensão é atuar em sentido oposto aos esforços que são produzidos pelos
carregamentos externos, sendo assim necessário que o traçado de um cabo seja projetado em função das cargas atuantes no elemento.
De acordo com Troitsky (1990), os traçados dos cabos de protensão podem ter formas tanto poligonais quanto retilíneos (retos), com ou sem a utilização de desviadores. Além dos traçados dos cabos retilíneos e poligonais, são utilizados também os traçados curvilíneos, sendo estes, maiormente empregados em estruturas de concreto protendido. O autor afirma ainda que o desempenho econômico está diretamente ligado à escolha correta do traçado do cabo de protensão.
3.4.4.1 Traçado retilíneo
O traçado de um cabo retilíneo é uma das diversas maneiras existentes para se posicionar um cabo de protensão, conforme citado anteriormente. A principal vantagem acoplada a essa tipologia de configuração do cabo é a facilidade existente na sua execução. Essa configuração de cabo pode ser utilizada junto a diversos sistemas construtivos, incluindo: elementos de aço, elementos mistos de aço e concreto e até junto ao concreto, casos comuns em vigas de concreto protendidas pré-tracionadas.
No caso da utilização de cabos retilíneos, pode-se ou não fazer o uso de desviadores, porém, embora seja possível a não utilização, é importante se utilizar nem que seja em quantidade menor, tendo em vista que, nesta situação, os desviadores possuem apenas a função de garantir que o cabo acompanhe a deformação da estrutura, para que não ocorra a situação apresentada na Figura 3.15.
Em vigas compostas por cabos retilíneos, é interessante que a linha de atuação da força de protensão esteja o mais afastado possível do eixo baricêntrico do elemento estrutural, e se possível, é preferível que esteja fora do núcleo central de inércia da seção, para que as tensões devido a protensão sejam capazes de reduzir as tensões atuantes devido aos carregamentos externos. A Figura 3.17 indica exatamente o que foi dito, na qual são variadas as excentricidades da força de protensão “P” e consequentemente são alterados os diagramas de tensões na seção transversal do elemento.
Figura 3.17: Alterações no diagrama de tensões na seção de um elemento em função da mudança da excentricidade da força de protensão
Fonte: Veríssimo e César Júnior (1998)
É comum ainda, para os casos de protensão externa, a locação do cabo somente em parte do comprimento da viga (Figura 3.18). Belenya (1977) afirma que, isto é comum pelo fato de próximos aos apoios a utilização do cabo ser desnecessária, uma vez que o momento fletor atuante devido aos carregamentos externos é reduzido, além de que, a ancoragem dos cabos no apoio gera uma concentração de tensões indesejada.
Figura 3.18: Cabo de protensão locado parcialmente ao longo da viga
3.4.4.2 Traçado poligonal
Os cabos de protensão com traçados poligonais (Figura 3.19) são maiormente utilizados em estruturas de aço, mistas de aço e concreto e em casos de protensões externas em estruturas de concreto. Embora a utilização dessa configuração seja mais eficiente em relação ao traçado retilíneo, o seu processo construtivo possui maior complicação, pois exige um maior número de desviadores, detalhes construtivos específicos e um maior consumo de materiais, fazendo com que seja necessário um estudo de custo-benefício para determinar qual cabo utilizar em determinados casos.
Figura 3.19: Traçado do cabo poligonal
Fonte: Ferreira (2007)
Segundo Nelsen (2012), essa configuração de cabo faz surgir nos pontos de inflexão componentes de forças verticais, variáveis de acordo com a excentricidade do cabo. Um ponto interessante de se destacar para cabos com essa configuração, é pelo fato de que, nos pontos onde não são necessários esforços, como é o caso das regiões dos apoios, eles podem ser locados no centro de gravidade da viga, por outro lado, nos pontos onde são necessários esforços, os cabos podem ser locados com maior excentricidade em relação a linha neutra do elemento, proporcionando assim grande eficiência na resistência da estrutura. Entretanto, Almeida (2001) afirma que é necessária cautela na mudança de direção dos cabos nos locais dos desviadores, para que não haja elevada concentração de tensões.
3.4.4.3 Traçado curvilíneo
Conforme relata Veríssimo e César Júnior (1998) e outros autores, de um modo geral, é ideal que os esforços de protensão variem proporcionalmente aos esforços atuantes nas estruturas. Segundo os mesmos autores, a Figura 3.20 apresenta a configuração ótima para cabos de protensão, no qual são maiormente utilizadas em estruturas de concreto protendido. Esse tipo de configuração é executado de maneira trabalhosa, fazendo com que seja necessária mão de obra especializada para tal.
Figura 3.20: Traçado do cabo curvilíneo
Fonte: Veríssimo e César Jr (1998)
Embora seja muito eficiente a utilização de traçados curvilíneos, os projetistas devem realizar uma criteriosa análise para que sejam obtidas as menores curvaturas possíveis, visto que, quanto maiores as curvaturas e o número de curvas, maiores serão as perdas decorrentes por atrito ao longo do cabo de protensão.
Muitas das vezes, nas vigas protendidas de grande porte são necessárias a utilização de vários cabos para se conseguir a protensão requerida e, frequentemente, a área da extremidade da viga não proporciona o espaço suficiente para colocação das peças de ancoragens para todos os cabos. Sendo assim, quando essa situação ocorre, os traçados dos cabos são projetados de modo que, alguns deles são ancorados nas extremidades das vigas, e outros são ancorados nos bordos inferiores, superiores ou laterais dos elementos, conforme indica a Figura 3.21.
Figura 3.21: Possibilidades de ancoragem dos cabos de protensão devido a falta de espaço nas extremidades da viga
3.5 SÍNTESE
No presente capítulo foram apresentadas as principais características das partes que constituem uma seção mista de aço e concreto protendidas, onde foram englobados o perfil de aço, laje, conector de cisalhamento e cabo de protensão.
Foram explanadas as formas possíveis em que pode ser apresentado o perfil de aço, podendo este ser ou não revestido de concreto, as diversas lajes que podem compor a seção mista, podendo serem maciça moldada in loco, com forma de aço incorporada ou formada por elementos pré-fabricados de concreto. Quanto aos tipos de conectores de cisalhamento, destaca-se o tipo pino com cabeça e o composto por perfil u laminado, pois somente estes são normalizados segundo a NBR 8800:2008. Os cabos de protensão podem ser compostos por fios, cordoalhas ou cabos de aço, sendo o seu traçado retilíneo, polígonal ou curvilíneo ao longo do comprimento da viga mista. Dentro deste mesmo item foram abordadas ainda a importância da utilização dos desviadores ao longo da viga.