O presente trabalho aborda a utilização da protensão não aderente em edifícios residenciais e comerciais de concreto, focando os aspectos referentes às soluções com protensão aderente e não aderente e em concreto armado, para o consumo de materiais, notadamente: concreto, fôrmas e armaduras. São considerados três diferentes sistemas estruturais, sendo estes: laje plana maciça apoiada sobre pilares; laje plana nervurada apoiada sobre pilares e laje nervurada apoiada em vigas faixa protendidas sobre pilares. São apresentados estudos destes casos com a utilização da ferramenta computacional de análise estrutural TQS, a qual é baseada na análise por grelha. São comparados os índices de consumo de materiais para os dois referidos sistemas de protensão, discutindo os limites de sua utilização. Como resultados, o estudo fornece conclusões satisfatórias para utilização da protensão, tanto aderente quanto não aderente, em relação ao concreto armado. Ainda, o sistema de protensão aderente mostrou-se ligeiramente mais econômico, do ponto de vista de consumo de materiais, porém, é um sistema com produtividade inferior às soluções com protensão não aderente, tornando esta última solução, a mais adotada no cotidiano dos escritórios de cálculo de engenharia civil dentre as citadas / The present work deals the use of the prestressed unbonded tendons in residential and commercial concrete buildings, pointing out aspects to the application with bonded and unbonded prestressing and reinforced concrete, regarding the consumption such as concrete, molds and reinforcing steel. Three different structural systems are considered: flat plate and columns; waffle slab and columns and waffle slab (non prestressed) in prestressed strip beams supported by columns. Case studies are presented with the use of the software of structural analysis TQS, which is based on the grillage analogy method. The consumption of materials is compared for the two referred prestressing systems, discussing the limits of their application. Based on the developed analyses, the study supplies satisfactory conclusions for use of the prestressing systems (bonded and unbonded), compared to reinforced concrete systems. With relation to the consumption of materials, the use of bonded tendons is a bit more cost effective, however, with smaller productivity than tendons with prestressed unbonded tendons, being the last one the more usual prestressing systems. Still, the system of prestressed bonded tendons was shown more economical, of the point of view of materials consumption, however, it is a system with inferior productivity to the solutions with prestressed unbonded tendons adopted in civil engineering offices nowadays

[pt] Lajes lisas de concreto protendido com cordoalhas engraxadas não aderentes têm sido empregadas em pavimentos de edificações com frequência nos últimos anos. Essa solução estrutural é ideal quando se tem uma distribuição regular dos pilares. Além disso, sabe-se que lajes de concreto protendido oferecem vantagens técnicas sobre a solução tradicional em concreto armado, principalmente para vencer vãos maiores e onde muitas vezes se exigem seções mais esbeltas. O objetivo desta dissertação é estabelecer critérios práticos para o projeto de lajes lisas protendidas, maciças ou nervuradas, visando ao atendimento dos critérios relativos ao estado limite de utilização. Com este propósito, um estudo paramétrico foi realizado no qual foram analisados as tensões nas regiões de introdução das forças de protensão e a influência da rigidez dos pilares na retenção da protensão. A investigação foi conduzida por meio de modelagens em elementos finitos, empregando elementos do tipo casca para as lajes e elementos tipo viga para os pilares. No caso das lajes nervuradas, suas mesas foram representadas por elementos casca e as nervuras por elementos viga levando em conta a excentricidade entre seus centros geométricos. / [en] Concrete flat slabs prestressed with unbounded greased strands have been used in building floors over the last years. This structural solution is ideal when the columns are regularly distributed. In addition, it is known that prestressed floors have some technical advantages when compared to the traditional solution in reinforced concrete, mainly in cases of large spans and when lighter elements are required. The objective of the present work is to propose practical criteria for the design of flat slab prestressed concrete floors, for the cases of uniform thickness slabs and waffle slabs, aiming at complying with serviceability limit state. A parametric study was carried out to analyze the stress distribution in prestressing load introduction zones and the influence of the columns in retaining prestressing loads. The investigation was conducted using finite element models in which shell and frame elements were used to represent the slabs and the columns. For the case of waffle slabs, flanges and webs were modeled with shell and frame elements, respectively, taking into consideration the eccentricity between these two elements.

[pt] Este trabalho apresenta uma análise experimental de cinco vigas de concreto, simplesmente apoiadas, protendidas com cabos sintéticos externos, com o objetivo de estudar a influência da resistência do concreto na variação da força nos cabos de protensão e na resistência à flexão das vigas. A protensão das vigas foi feita com cabos sintéticos conhecidos como Parafil, com resistência a tração de 1950MPa e módulo de elasticidade de 126000MPa. A única variável considerada foi a resistência do concreto, cujo valores foram 36, 57, 73, 74 e 104MPa. O concreto das vigas com resistência de 57, 73, 74 e 104MPa foram feitos com o uso da microssílica e aditivo superplastificante, com exceção da viga com resistência de 36MPa que foi feita com concreto comum. Os resultados mostraram que a influência da resistência do concreto sobre a resistência à flexão das vigas não é tão grande. Para o aumento de 189% na resistência do concreto, houve um aumento na variação da força no cabo de apenas 13.6% e um aumento de 33% no momento de ruptura. Na comparação dos resultados experimentais com os resultados das principais normas e modelos propostos verificou-se que todos fornecem bons resultados e subestimam os valores experimentais. Na comparação dos resultados experimentais com o modelo de Campos (1993) observou-se que os valores da variação na força no cabo superestimam os valores experimentais. / [en] An experimental investigation on five concrete beams prestressed with external aramid tendons was carried out for the purpose of studying the influence of concrete on the flexural behaviour at service and ultimate loads. The beams were prestressed with Type G Parafil tendons, which are made of Kevlar 49 fibres. The strength and elastic modulus of the cables are 1950 MPa and 12600 MPa respectively. The main variable considered in the testes was the strength of the concrete with values of 36, 57, 73, 74 and 104 MPa. The results show that for an increase of 189% in the strength of the concrete, an increase of only 33% in the ultimate moment is observed. Experimental results were compared with results predicted by some Codes of Practice. This comparison shows that the theoretical models give good results. / [es] Este trabajo presenta un análisis experimental de cinco vigas de concreto, simplemente apoyadas, protendidas con cables sintéticos externos, con el objetivo de estudiar la influencia de la resistencia del concreto en la variación de la fuerza de los cables de protensión y en la resistencia a la flexión de las vigas. La protensión de las vigas fue hecha con cables sintéticos conocidos como Parafil, con resistenciaa la tracción de 1950MPa y módulo de elasticidad de 126000MPa. La única variable considerada fue la resistencia del concreto, cuyos valores fueron 36, 57, 73, 74 y 104MPa. El concreto de las vigas con resistencia de 57, 73, 74 y 104MPa fueron construidos con el uso de la microsílica y aditivo superplastificante, con excepción de la viga con resistencia de 36MPa que fue construida con concreto común. Los resultados mostraron que la influencia de la resistencia del concreto sobre la resistencia a la flexión de las vigas no es grande. Para el aumento de 189% en la resistencia del concreto, se produjo un aumento en la variación de la fuerza en el cable de apenas 13.6% y un aumento de 33% en el momento de ruptura. Comparando los resultados experimentales con los resultados de las principales normas y modelos propuestos se verificó que todos ofrecen buenos resultados y subestiman los valores experimentales. Comparando los resultados experimentales con el modelo de Campos (1993) se observó que los valores de la variación en la fuerza en el cable superestiman los valores experimentales.

A verificação da estabilidade lateral de vigas pré-moldadas merece maior atenção em vigas longas e delgadas, especialmente durante as fases transitórias, como o içamento e o transporte, e também quando se leva em conta a deformabilidade das ligações temporárias. Apresenta-se nesta tese, um estado da arte sobre o problema da instabilidade lateral em vigas pré-moldadas, a fim de situar este trabalho no contexto técnico atual, bem como estudos anteriores relacionados à torção pura e quando associada a outras solicitações. Alguns modelos numéricos foram implementados computacionalmente a fim de simular o comportamento não-linear físico de vigas de concreto armado e protendido sob ação conjunta de torção, flexão bi-lateral e força axial. O modelo adequado a situações onde a torção é predominante sobre a flexão baseia-se na analogia ao comportamento de treliça espacial e na extensão da teoria dos campos diagonais comprimidos. Os resultados numéricos obtidos foram satisfatoriamente comparados aos experimentais disponíveis na literatura técnica. Nos casos onde a flexão é predominate, utilizou-se um modelo numérico que permite calcular a rigidez à torção após a fissuração por flexão da viga, sendo este o recomendado para as análises das fases transitórias de içamento por cabos. Duas vigas longas e esbeltas de concreto armado, sob tombamento lateral gradual e ação única do peso-próprio, foram moldadas e ensaiadas no laboratório. Os resultados experimentais obtidos serviram para validar o modelo numérico. No ensaio, a utilização de estações totais para medidas de deslocamentos mostrou ser uma boa alternativa, comparando-se bem aos resultados numéricos calculados. As medidas experimentais das deformações no concreto e nas armaduras concordaram satisfatoriamente com as respostas numéricas. Na aplicação à elementos estruturais com protensão, o comportamento numérico obtido para uma viga protendida de ponte de seção I, sob tombamento lateral gradual, comparou-se satisfatoriamente com a resposta experimental. Enfim, a medida da segurança do içamento de uma viga protendida de ponte e de uma tesoura protendida de cobertura foi calculada numericamente, considerando apoios deformáveis à torção. Os resultados numéricos mostram a importância de se escolher adequadamente o comprimento dos balanços, bem como a inclinação dos cabos de suspensão, garantindo a estabilidade da viga / The lateral stability of long and slender precast concrete beams requires great attention. In particular, it is important to ensure the stability of these members during transitory phases like tilting and transport, and also when the deformability of temporary supports is taken into account. The state of the art of the problem of lateral stability in precast concrete beams is presented in order to place this work in the current technical context. Previous studies of the problem of pure torsion and combined loading are reviewed. Numerical models considering the physical non-linear behavior of reinforced and prestressed concrete beams subjected to combined torsion, bi-axial bending and axial loads were implemented. The appropriate model when torsion dominates over bending is based on the space truss model and an extension of the diagonal compression field theory. The numerical results obtained compared satisfactorily with the experimental ones available in the technical literature. In bending dominated cases, a numerical model that evaluates the torsional stiffness in a cracked state due to bending is recommended for the analyses of temporary phases such as tilting. Two slender reinforced concrete beam models were built and tested under controlled gradual tilting conditions and self-weight action. These experimental results were used to validate the numerical model. Experimental results obtained using total stations for measuring displacements showed to be a good alternative, comparing well with those provided by the numerical model. The experimental measures of deformations in concrete and steel agreed well with the numerical calculations. Good agreement between numerical and experimental results was obtained for a prestressed concrete I-beam gradually tilted. Finally, a numerical analysis considering the flexibility of the supports of a prestressed concrete I-beam and a prestressed concrete truss with variable cross-section was carried out. The numerical results showed the importance of choosing the appropriate overhang length as well as the inclination of the suspension cables, in order to ensure the stability of the beam

A maioria dos edifícios de concreto pré-moldado, construídos no Brasil e no exterior, é constituída por lajes alveolares. Este trabalho considera o estudo da continuidade dessas lajes. No cálculo desses elementos, a prática comum é considerá-los como simplesmente apoiados. Para melhorar o desempenho, é possível promover a continuidade nos apoios intermediários. Isso pode ser feito colocando armadura na região tracionada da ligação, no interior da capa, ou através de barras concretadas dentro dos alvéolos. O objetivo deste trabalho é investigar o comportamento de pavimentos formados por lajes alveolares com continuidade, com armadura na capa. Para isso, foi realizado um estudo envolvendo análise teórica e experimental em três modelos. Esses modelos, em escala real, foram submetidos a um carregamento transversal, distribuído de forma linear. Os estudos teóricos consideraram uma simulação numérica com elementos de viga e a fórmula de Branson para descrever o comportamento não linear físico do material. Além disso, foram avaliadas as expressões dos principais códigos nacionais e internacionais, no que diz respeito à ruptura por cisalhamento da seção transversal e da interface laje-capa. Os resultados da análise experimental indicaram que o modelo 1 rompeu por cisalhamento da seção transversal, com o mecanismo de tração diagonal do concreto. O modelo 2 apresentou ruptura por cisalhamento da interface. No modelo 3, a ruptura foi por flexão. O comportamento dos modelos ensaiados foi governado pela fissuração da capa na região de momento negativo. A análise teórica com elementos de barra representou de forma satisfatória o comportamento dos modelos ensaiados. As únicas formulações que apresentaram resultados coerentes com os três ensaios foram: EUROCODE 2:2004, para o cálculo da resistência ao cisalhamento da interface, e FIB MODEL CODE 2010, para o cálculo da resistência ao cisalhamento da seção transversal. Conclui-se que a continuidade melhora o desempenho das lajes alveolares, uma vez que reduz os deslocamentos no meio do vão e aumenta a capacidade de carga. / Most buildings of precast concrete built in Brazil and abroad consist of hollow core slabs. This paper considers the study of the continuity of these slabs. In design of these elements the common practice is to consider them as simply supported. To improve the performance it is possible to promote the continuity in the intermediate supports. This can be done by placing reinforcement in the tensioned region of the connection, inside the topping, or by bars concreted inside the voids. The aim of this work is to investigate the behavior of hollow core floors with continuity, with reinforcement in the topping. For this, a study involving theoretical and experimental analysis was conducted in three models. The full-scale models were subjected to a transverse loading distributed linearly. The theoretical studies have considered a numerical simulation with beam elements and the Branson formula to describe the physical nonlinear behavior of the material. Furthermore, the specifications of the major Brazilian and international codes were evaluated, with respect to failure by shear of the cross section and the slab-topping interface. The results of the experimental analysis indicated that the model 1 failed by shear of the cross section with the mechanism of diagonal tension of the concrete. Model 2 presented shear failure of the interface. In model 3, the failure was by flexure. The behavior of the tested models was ruled by cracking of the topping in region of negative bending moment. Theoretical analysis with beam elements represented satisfactorily the behavior of the tested models. The only formulations that presented consistent results with the three tests were: EUROCODE 2:2004, to calculate the shear strength of the interface, and FIB MODEL CODE 2010, for calculating of the shear strength of the cross section. It is concluded that the continuity improves the performance of the hollow core slabs, as it reduces the displacements at mid-span and increases the bearing capacity.

Este trabalho aborda um tipo de passarela que está ganhando bastante notoriedade internacionalmente. Inúmeras obras vêm sendo construídas em diversos países, embora no Brasil ainda seja quase desconhecida. Basicamente, a estrutura é composta por cabos livremente suspensos, sobre os quais se apóia o tabuleiro formado por elementos pré-moldados de concreto. A protensão é utilizada como forma de enrijecer o conjunto. Dentre suas principais características, estão a rapidez e a facilidade de execução, a estética bastante agradável e o custo competitivo. Inicialmente, apresenta-se uma conceituação básica e um estado da arte. Em seguida, é estudado o comportamento estrutural da passarela. Alguns tópicos relativos à análise dinâmica e às fundações são brevemente comentados. Finalizando a dissertação, é feita uma aplicação numérica, enfatizando os aspectos que a diferenciam das estruturas convencionais / This work treats a kind of pedestrian bridge that is standing out internationally. Several structures have been built in different countries, although they are almost unknown in Brazil. Basically, the deck is formed by precast concrete elements over free suspended cables. Prestressing is applied behind the abutments to provide rigidity to the structure. Quick and easy to assemble, aesthetically beautiful and the competitive cost are some of their main features. First, the basic concepts and a state of art are presented. Then, the structural behavior is studied. Some questions related to dynamic analysis and foundations are briefly commented. Ending the dissertation, an example is done, with emphasis to the aspects that make the stress-ribbon a non-conventional structure

As pontes extradorso surgiram na última década do Século XX, principalmente pelo extraordinário desenvolvimento tecnológico do concreto protendido, que possibilitou uma solução simples e econômica para a construção de pontes. A Odawara Blueway Bridge, construída em 1995 no Japão, foi a primeira ponte extradorso do mundo. Depois dessa obra, dezenas de outras pontes foram construídas com esse sistema estrutural, principalmente na Ásia, comprovando sua viabilidade técnica e econômica. Todavia, não se tem conhecimento de algum estudo que mostre em que faixa de extensão de vãos as superestruturas de pontes extradorso são economicamente vantajosas em relação a outros sistemas estruturais. Neste trabalho foi realizada uma investigação visando um estudo comparativo entre as superestruturas de pontes em viga reta de concreto protendido e as pontes extradorso, ambas construídas pelo método dos balanços progressivos. Na investigação realizada verificou-se que as pontes extradorso são economicamente competitivas com a ponte em viga reta de concreto protendido, principalmente na faixa de vãos entre 100 e 200 metros. / The extradosed bridges had appeared in the last decade of XX Century, mainly because the extraordinary technological development of the prestressed concrete made possible a simple and economic solution for the construction of bridges. The Odawara Blueway Bridge, built in 1995 in Japan, was the world\'s first extradosed bridge. After that, dozens of other bridges were built with the same structural type, most in Asia, proving it\'s economic and technique advantages. However, there is no knowledge of any study that show on witch span lengths the extradosed bridges are economically advantageous in comparison with others structural types. This work intended to do this study, comparing the superstructures of conventional prestressed concrete bridges and extradosed bridges, both built with de balanced cantilever method. On this investigation confirms that extradosed bridges are economically competitive with prestressed concrete bridges, mainly with span lengths between 100 and 200 meters.

Apresenta-se neste trabalho uma metodologia consistente e eficiente para análise de estruturas de concreto sob o efeito do tempo. A metodologia exposta é baseada no Método dos Elementos Finitos (MEF). É mostrado como se analisar estruturas de concreto através do MEF, considerando na equação constitutiva dos elementos, os fenômenos viscoelásticos. A solução para este problema, denominado análise incremental quase-estática, pode ser obtida determinando os campos de tensões, deslocamentos e deformações num dado instante a partir de seus valores conhecidos no instante anterior. Aqui, efetua-se a análise incremental através de um Algoritmo de Integração de Tensões (AIT) com a ajuda de uma rotina computacional baseada no MEF. A Função de Fluência utilizada neste trabalho, além de ser muito eficiente segundo uma metodologia através do MEF, permite facilmente o seu ajuste a quaisquer dados experimentais, ou mesmo aproximar qualquer função de fluência de normas ou códigos. Outra característica crucial é que a integração das tensões não exige o armazenamento computacional de todas as variáveis dependentes do histórico de tensão em um determinado instante, facilitando significantemente a análise ou a retro-análise de estruturas de concreto. Vale ressaltar que ao longo do texto são feitas algumas discussões e comparações do emprego da Função de Fluência proposta com a função da NBR-6118:2003. Também é apresentada uma outra consistente metodologia para a análise de um elemento finito de cabo com escorregamento, onde são discutidas uma formulação geometricamente exata e a implementação computacional de um elemento finito de cabo através do MEF, que permite o escorregamento em presença de atrito. Este elemento fornece procedimentos naturais para simular o processo de montagem e a resposta aos carregamentos de estruturas de cabos em geral, além de ter campos promissores de aplicação no modelamento de estruturas de concreto protendido, das tenso-estruturas e das estruturas de pontes. Também, ao longo do texto são discutidos e apresentados resultados de exemplos elementares com a finalidade de verificar a eficiência da metodologia abordada. / In this work, an efficient and accurate methodology to analyze the effects of time in concrete structures is presented. This methodology is based on the Finite Elements Method (FEM), and it is shown how to perform the finite element analysis on concrete framed structures taking into account the viscoelasticity phenomenon in the formulation of the constitutive equation. The solution for such problem, called quasi-static incremental analysis, may be resolved by establishing the stresses, displacements and deformations fields at specific time from their known values on the previous moment. In this work, the incremental analysis is performed by using an algorithm of stresses integration written into a computational procedure based on the FEM. The Creep Function used in this work, besides being very efficient according to the methodology based on the MEF, it may be, easily, adjusted to any real experiment data or to any creep function presented on codes. Another important characteristic is that such creep function does not demand the computational storage of all the history of stresses variables in a specified time, resulting in an effortless analysis and back-analysis of concrete framed structures. Needless to write that some discussions and judgments against the creep function presented on the NBR-6118:2003 will be performed in order to justify the efficiency of the creep function proposed. Another consistent methodology for the analysis of a fully nonlinear sliding cable element with friction is also presented. It is discussed an accurate geometrically nonlinear formulation and the computational implementation of cable elements based on FEM that incorporates sliding with friction in a simple manner. The cable element may furnish natural procedures to simulate the process of construction assembly, and the results of time-dependent loads on such structures. Furthermore, the presented methodology has promising fields of application in modeling pre-stressed concrete, tensioned cables structures, membranes, stayed and suspended bridges. Along the text, it is presented some examples analysis in order to verify the methodology efficiency.

[pt] A busca por uma estrutura ótima, que consuma o mínimo de material possível, e atenda, ao mesmo tempo, aos critérios de segurança e bom comportamento em serviço e aos aspectos construtivos, deve ser preocupação primordial de todo engenheiro de projeto. Daí a grande importância da área da engenharia que trata de otimização de estruturas, que visa estudar ferramentas que auxiliem o engenheiro na obtenção do projeto ótimo.Este trabalho tem como objetivo apresentar uma metodologia para a determinação do traçado ótimo de cabos aderentes de protensão, considerando- se condições do estado limite último de flexão, além daquelas usuais referentes aos estados limites de utilização.A solução de problema é obtida via técnicas de otimização, trabalhando com o algoritmo de Han-Powell, de programação não-linear.As variáveis de projeto são a força de protensão, os coeficientes das parábolas que descrevem o cabo protendido e os parâmetros da configuração deformada em cada seção de estudo da viga.O problema de otimização estrutural proposto é minimizar a força de protensão em vigas isostáticas e hiperestáticas, submetido a restrições geométricas, limitações das tensões nos bordos extremos da viga no estado limite de utilização, e verificação do estado limite último em seções previamente definidas.O desenvolvimento de um programa de computador permitiu a implementação deste problema e a geração, como resultado, do traçado ótimo de um cabo médio, e da força de protensão mínima, após as perdas imediatas, consideradas constantes ao longo do comprimento da viga. / [en] The search for the optimum design, with the minimum possible material consumption and satisfying, at the same time, safety and in service conditions and also the constructive aspects, must be a central preoccupation of all engineers.Therefore the optimization of structures is such an important engineering area, which studies tools for helping the engineering to obtain the optimum design. The objective of this work is to present on methodology for the determination of the optimum design of prestressed cable, considering both the ultimate limit state and the in service limit state.The solution of the problem is obtained through optimization techniques, normally,the Han-Powell algorithm is applied for solving the non-linear programming problem.The design variables are the prestressed force and the parameters, which define the geometry of the cable and the deformation of the beam in given sections.The proposed optimization problem is to minimize the prestressed force in beams while constraining the geometry of the cable and the stresses during in service loads and satisfying safety in the ultimate limit state in prescribed sections. A computer program, based on the formulation, was developed which allowed the user to obtain the optimum design of the cable and the correspondent minimum prestressed force, after immediate losses which are considered constant along the beam length.

This work presents some aspects related to geometry and rigidity classification and structural analysis of reinforced and prestressed concrete mat foundations. Some strategies for modeling and solving the structural system are discussed, with focus on grid analogy with elastic restraints and soil-structure interaction. Details of the computer aided design of mat foundations by grid analogy performed at CAD/TQS system are also presented. The material list and cost are investigated and compared for three real buildings considering two prestressed cable geometry: straight and parabolic. The results show that the prestressed concrete mat foundation gives thinner thickness and greater total cost. The former is due to increasing in concrete resistance and the last is due to additional rebars and multistrand cost. The prestressing cost was not considered. / Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Alagoas / Neste trabalho são apresentados aspectos relacionados à classificação quanto a geometria e a rigidez bem como, à análise estrutural de fundações tipo radier em concreto armado e em concreto protendido. Algumas estratégias de modelagem e solução do sistema estrutural são discutidas, com foco no procedimento de analogia de grelha sobre base elástica, considerando-se a interação solo-estrutura. São apresentados os procedimentos para a análise automatizada de radier por analogia de grelha empregando o sistema CAD/TQS. Em um estudo de caso, três exemplos reais com emprego de cabo reto centrado na placa e parabólico foram comparados caso fosse adotado radier em concreto armado, tendo como parâmetros de comparação o consumo e o custo de materiais. Os resultados desses estudos de caso mostraram que o radier em concreto protendido permitiu uma redução na espessura da laje, porém para os casos estudados apresentou um custo total maior, devido ao emprego de concreto com maior resistência à compressão, necessidade de armadura passiva por ser elemento fletido, ancoragens e custo das cordoalhas, respectivamente. Não foram considerados os custos operacionais de aplicação da protensão.