O Momento Flector

Regra geral o valor do cálculo obtido para caracterizar o momento flector resistente designado por Mrd, é obtido através das equações de equilíbrio de translação e rotação, considerando-se a secção da laje, figura 3.1, na qual a parte resistente é a secção de aço da vigota pré-esforçada e o betão comprimido da camada de betão complementar não sendo considerada a resistência proveniente dos blocos de aligeiramento.

No passado utilizando-se o cálculo manual, este estudo era realizado recorrendo ao diagrama rectangular das tensões - extensões do betão. Era uma boa simplificação que permitia viabilizar o cálculo e os resultados igualmente aceitáveis, no entanto o diagrama correcto de tensão - extensão do betão é o diagrama parábola - rectângulo do artigo 20º do REBAP, podendo-se no momento actual utilizar o diagrama parabólico proposto pelo Eurocódigo EC2.

Fig. 3.1 - Secção para verificação do estado limite ultimo de resistência

Os meios informáticos permitem esta utilização rigorosa e o vasto trabalho a efectuar para a obtenção de um documento de homologação, pode ser realizado com bastante rapidez, impossível de compatibilizar com falta de meios que obrigava noutros tempos a que se fizessem simplificações. O diagrama para as armaduras, o aço de pré-esforço de alta resistência, figura 3.2, é função do tipo de armaduras utilizadas, devendo resultar preferencialmente de uma gama de ensaios sobre provetes, que darão um conhecimento médio e real de aços provenientes de diversas marcas, ou então aços com diferenças em virtude de muitos aspectos tais como o modo de fornecimento e anterior armazenamento, a idade desse aço e as diversas técnicas de endurecimento.

Para este trabalho, efectuaram-se diversos ensaios, para esclarecer as situações anteriores, tendo a Pavileca fornecido provetes dos aços que utiliza e que são de duas proveniências diferentes, ensaios esses que apenas se pretenderam para confirmar o valor que é geralmente considerado nos documentos de homologação, o valor de fpuk que vale 1715 MPa e que realmente é um valor muito correcto e por tal sem necessidade de alteração para baixo ou para um valor superior.

Em geral o diagrama adoptado para o aço das armaduras é o diagrama trilinear, figura 3.3, diagrama esse que com bastante aproximação respeita os valores reais, provenientes dos ensaios laboratoriais sobre os provetes, posteriormente tratados estatisticamente, sendo um diagrama simples de utilizar e muito aproximado do diagrama real como se mostra na figura.

Fig. 3.3 - Comparação dos dois diagramas

Este diagrama é obtido considerando-se que:

 O ponto B é o ponto que para uma tensão =fsyd, apresenta uma extensão residual de 0.2%.

 O ponto C de abcissa  = o+10 %o, sendo o a extensão correspondente ao pré-esforço inicial instalado na vigota ao qual se descontou a totalidade das perdas.

 A ordenada deste ponto (3.1) é a tensão obtida a partir da expressão referida no artigo 25º do REBAP, que é também a expressão sugerida pelo CEB.

 = /Ep+0.823*[(/fsyd)-0.7]5 (3.1)

 O ponto A é o ponto que falta ao segmento AB no sentido de se obter a melhor aproximação à curva real do diagrama.

Esta aproximação trilinear que se considera como se mostra na fig. 3.3, apresenta erros bastante pequenos e é de grande simplicidade para o cálculo.

O Eurocódigo 2 ( EC2 ) [1], propõe como diagrama de tensão-extensão para as armaduras de pré- esforço um diagrama bilinear, muito simplificado, com um ramo superior inclinado desde 0.9fpk/s até fpk/s e as extensões limitadas a 10 %o.

Nos cálculos que servirão de exemplos a este trabalho e após a análise de diversos documentos de homologação, consideraram-se os seguintes valores caracterizadores do diagrama do aço de pré- esforço. fpuk = 1715 MPa. fp0.2k = 1530 MPa. fp0.1k = 1490 MPa. Ep = 190 GPa. fsyd = 1530/1.15 = 1330 MPa.

O diagrama está introduzido num programa de cálculo automático, para a obtenção dos valores resistentes, no caso em questão o momento resistente proveniente de uma secção de betão armado pré- esforçado, programa esse que tem como base de cálculo a aplicação das equações de equilíbrio em secções de geometria qualquer, limitado apenas ao facto de a secção ser simétrica em relação ao eixo vertical, programa esse que em capitulo posterior será melhor explicado e detalhado.

EXEMPLO DE CÁLCULO DO MOMENTO FLECTOR RESISTENTE.

Recorrendo ao diagrama simplificado de comportamento dos aços utilizados no pré-esforço: Pontos A, B e C em relação aos eixos (,):

Nível superior de armadura da vigota:

A = 1019/190 = 5.4%o A = 1019 MPa

B = 5.4+2+(1330-1019)/190 = 9%o B = 1330 MPa

C = 10+5.4 = 15.4%o

0.0154 = (c/190EE3)+0.823*[(c/1330)-0.7)]5 c = 1454 MPa

Nível inferior de armadura da vigota:

A = 940/190 = 5.0%o A = 940 MPa

B = 5.0+2+(1330-940)/190 = 9%o B = 1330 MPa

C = 10+5.0 = 15.0%o

0.0150 = (c/190EE3)+0.823*[(c/1330)-0.7)]5 c = 1450 MPa

Diagrama de extensões.

Fig. 3.4 - Diagrama das extensões

Nível superior:

’ = ’1 ;  = 5.4%o + ’1 Nível inferior:

’ = 10%o ;  = 1450 MPa ; ’ = 1450-940 = 510 MPa Primeira aproximação:

Ns = 1450 MPa

FpNi = 3*3.14*0.42*145/4 = 54.66 KN FpNs = 3.14*0.322*145/4 = 11.66 KN Fp = 66.32 KN

Utilizando a expressão definidora do integral das tensões no betão, temos (3.2):

Fc=0.85*13300*0.45*[5X2/(0.119-X)-8.33*X3/(0.119-X)2] (3.2) Fc=5087.25*[5X2/(0.119-X)-8.33*X3/(0.119-X)2]=66.32

Os resultados desta equação do 3º grau são os seguintes: X1 = -0.0146191 m

X2 = 0.0423049 m X3 = 0.016241 m

A solução X = X1 é naturalmente de eliminar.

A solução X = X2 dá uma extensão no betão c = 3.93%o maior do que 3.5%o que também não serve.

A solução a adoptar é a terceira X = X3, que dá origem a c = 1.4%o

Momento flector resistente.

A distância do centro de gravidade do diagrama de tensões no betão ao bordo superior pode ser obtida através da expressão seguinte (3.3):

Yg = [8X*(d-X)-15X2] / [12(d-X)-20X] (3.3) Yg = 0.01034 m

Mrd = 54.66*(0.15-0.2-0.0059)+11.66*(0.15-0.072-0.0059) Mrd/m = 7.624/0.45 = 16.942 KNm/m

Com esta posição do eixo neutro, o valor da extensão da armadura de pré-esforço do nível superior ‘: ’1 = 5.4%o

1 = 10.8%o

Ns = 1380 Mpa

Com este novo valor de Ns, obtêm-se as seguintes alterações: FpNs = 3.14*0.322*138.0/4 = 11.10 KN

Fp = 65.76 KN

A nova equação do 3º grau dá origem aos seguintes resultados: X1 = -0.0145395 m

X2 = 0.0423358 m X3 = 0.0161383 m

Também neste caso a solução a adoptar é a terceira, que origina um valor de Yg = 0.01028 m. Mrd = 54.66*(0.15-0.02-0.0057)+11.10*(0.15-0.072-0.0057)

Mrd/m = 7.60/0.45 = 16.88 KNm/m

Como este valor de Mrd é praticamente igual ao anteriormente obtido, não é necessário voltar a efectuar novas operações, pelo que se pode considerar Mrd=16.88 KNm/m.