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Estruturas de Betão Armado II - Folhas de Apoio Teoria das Estruturas Faculdade de Engenharia São Paulo (FESP) 203 pag. Document shared on www.docsity.com Downloaded by: telma.dias00 (telmansaimessias@gmail.com) https://www.docsity.com/?utm_source=docsity&utm_medium=document&utm_campaign=watermark ESTRUTURAS DE BETÃO II FOLHAS DE APOIO ÀS AULAS Coordenação: António Costa Ano Lectivo 2013/2014 Document shared on www.docsity.com Downloaded by: telma.dias00 (telmansaimessias@gmail.com) https://www.docsity.com/?utm_source=docsity&utm_medium=document&utm_campaign=watermark Introdução Estas folhas de apoio às aulas têm como objectivo facilitar o seu acompanhamento e correspondem, em geral, à sequência e organização da exposição incluindo, ainda, a resolução de problemas. São apontamentos de síntese que não dispensam a consulta de restantes apontamentos da disciplina e da bibliografia proposta, onde deve ser realçado o recente livro sobre Estruturas de Betão da autoria do Prof. Júlio Appleton. Estes apontamentos resultaram da experiência de ensino e de textos anteriores da disciplina para os quais contribuíram os docentes que têm vindo a leccionar o Betão Estrutural, sob a orientação do Prof. Júlio Appleton, que foi, nesta escola, nos últimos 30 anos e até ao ano lectivo 2010/2011, o responsável por esta área da engenharia de estruturas. Durante o ano lectivo 2003/2004 o Prof. Júlio Appleton com a Engª Carla Marchão, organizaram a 1ª versão destas folhas de apoio às aulas. A estas foram sendo introduzidas várias contribuições, mais directamente, dos Profs. José Camara, António Costa, João Almeida, e Sérgio Cruz. Deve-se realçar que o essencial do ensino do betão estrutural é a transmissão do conhecimento sobre as características do comportamento estrutural e fundamentação dos modelos de cálculo, aspectos que se repercutem depois, naturalmente, nas prescrições normativas, com algumas variações. Ao longo destes últimos anos têm sido referidas na disciplina, em geral, as normas europeias (Eurocódigos), já aprovadas na versão definitiva (EN) tendo algumas sido já implementadas como normas portuguesas. Refira-se que, no entanto, não houve ainda uma implementação formal a nível legislativo, sendo possível utilizar, no âmbito profissional, em alternativa, a regulamentação nacional (REBAP – Regulamento de Estruturas de Betão Armado e Pré-Esforçado) ou a regulamentação europeia (Eurocódigo 2 – Projecto de Estruturas de Betão). IST, Fevereiro de 2014 Document shared on www.docsity.com Downloaded by: telma.dias00 (telmansaimessias@gmail.com) https://www.docsity.com/?utm_source=docsity&utm_medium=document&utm_campaign=watermark ÍNDICE 1. ELEMENTOS PRÉ-ESFORÇADOS.................................................................................................... 1 1.1. INTRODUÇÃO .................................................................................................................................... 1 VANTAGENS DA UTILIZAÇÃO DO PRÉ-ESFORÇO ............................................................................................. 3 1.2. TÉCNICAS E SISTEMAS DE PRÉ-ESFORÇO ........................................................................................... 3 1.2.1. Pré-esforço por pré-tensão ...................................................................................................... 3 1.2.2. Pré-esforço por pós-tensão ...................................................................................................... 4 1.3. COMPONENTES DE UM SISTEMA DE PRÉ-ESFORÇO ............................................................................. 5 1.3.1. Armaduras de pré-esforço ....................................................................................................... 5 1.3.2. Ancoragens de pré-esforço ...................................................................................................... 8 1.3.3. Bainhas de pré-esforço ............................................................................................................ 8 1.3.4. Sistemas de Injecção ............................................................................................................... 9 1.4. EFEITO DO PRÉ-ESFORÇO ................................................................................................................. 9 1.4.1. Razão da utilização de aços de alta resistência para aplicação do pré-esforço ...................... 11 1.4.2. Comparação entre o comportamento em serviço e capacidade resistente de estruturas de betão armado e de betão pré-esforçado ................................................................................................... 12 1.5. PRÉ-DIMENSIONAMENTO DE UM ELEMENTO PRÉ-ESFORÇADO ......................................................... 15 1.5.1. Pré-dimensionamento da secção ........................................................................................... 15 1.5.2. Traçado do cabo .................................................................................................................... 15 1.5.3. Princípios base para a definição do traçado dos cabos de pré-esforço .................................. 15 1.5.4. Pré-dimensionamento da força de pré-esforço útil ................................................................ 16 1.6. VALOR DA FORÇA DE PRÉ-ESFORÇO. DEFINIÇÃO DOS CABOS .......................................................... 17 1.6.1. Força máxima de tensionamento ........................................................................................... 17 1.6.2. Perdas de pré-esforço ............................................................................................................ 17 1.6.3. Definição dos cabos .............................................................................................................. 18 1.7. CARACTERÍSTICAS DOS TRAÇADOS PARABÓLICOS .......................................................................... 24 1.7.1. Equação da parábola.............................................................................................................. 24 1.7.2. Determinação do ponto de inflexão entre dois troços parabólicos ........................................ 25 1.7.3. Determinação do ponto de concordância troço parabólico – troço recto .............................. 25 1.8. CARGAS EQUIVALENTES DE PRÉ-ESFORÇO ...................................................................................... 25 1.8.1. Acções exercidas sobre o cabo (situação em que se aplica a tensão nos cabos simultaneamente nas duas extremidades) ............................................................................................... 25 1.8.2. Acções exercidas sobre o betão ............................................................................................. 25 1.8.3. Determinação das cargas equivalentes .................................................................................. 26 1.9. VERIFICAÇÃO DA SEGURANÇA AOS ESTADOS LIMITE ÚLTIMOS ..................................................... 33 1.9.1. Estado limite último de flexão............................................................................................... 33 1.9.2. Estado limite último de esforço transverso ........................................................................... 35 1.10. PERDAS DE PRÉ-ESFORÇO ............................................................................................................... 41 Document shared on www.docsity.com Downloaded by: telma.dias00 (telmansaimessias@gmail.com) https://www.docsity.com/?utm_source=docsity&utm_medium=document&utm_campaign=watermark 1.10.1. Perdas por Atrito ...................................................................................................................41 1.10.2. Perdas por reentrada das cunhas (ou dos cabos).................................................................... 42 1.10.3. Perdas por deformação instantânea do betão ......................................................................... 43 1.10.4. Cálculo do alongamento teórico dos cabos de pré-esforço ................................................... 43 1.10.5. Perdas por retracção do betão ................................................................................................ 47 1.10.6. Perdas por fluência do betão ................................................................................................. 47 1.10.7. Perdas por relaxação da armadura ......................................................................................... 47 1.11. VERIFICAÇÃO DA SEGURANÇA NAS ZONAS DAS ANCORAGENS ........................................................ 50 1.11.1. Verificação da segurança ao esmagamento do betão ............................................................ 50 1.11.2. Determinação das Armaduras de Reforço na Zona das Ancoragens ..................................... 51 1.12. PRÉ-ESFORÇO EM VIGAS COM SECÇÃO VARIÁVEL ........................................................................... 60 1.12.1. Consideração do efeito do pré-esforço .................................................................................. 60 1.13. EFEITO DO PRÉ-ESFORÇO EM ESTRUTURAS HIPERESTÁTICAS .......................................................... 62 2. INTRODUÇÃO AO DIMENSIONAMENTO DE LAJES DE BETÃO ARMADO ....................... 70 2.1. CLASSIFICAÇÃO DE LAJES ............................................................................................................... 70 2.1.1. Tipo de Apoio ....................................................................................................................... 70 2.1.2. Constituição........................................................................................................................... 71 2.1.3. Modo de flexão dominante .................................................................................................... 71 2.1.4. Modo de fabrico .................................................................................................................... 71 2.2. PRÉ-DIMENSIONAMENTO ................................................................................................................ 72 2.3. VERIFICAÇÃO DA SEGURANÇA ....................................................................................................... 72 2.3.1. Estados Limites Últimos ....................................................................................................... 72 2.3.2. Estados Limites de Utilização ............................................................................................... 75 2.3.3. Deformação ........................................................................................................................... 76 2.4. DISPOSIÇÕES CONSTRUTIVAS GERAIS ............................................................................................ 78 2.4.1. Recobrimento das armaduras ................................................................................................ 78 2.4.2. Distâncias entre armaduras .................................................................................................... 79 2.4.3. Quantidades mínima e máxima de armadura ........................................................................ 79 2.4.4. Posicionamento das armaduras ............................................................................................. 80 2.5. MEDIÇÕES E ORÇAMENTOS ............................................................................................................ 80 2.6. LAJES VIGADAS ARMADAS NUMA DIRECÇÃO .................................................................................. 81 2.6.1. Definição ............................................................................................................................... 81 2.6.2. Pré-dimensionamento ............................................................................................................ 82 2.6.3. Pormenorização de armaduras............................................................................................... 82 2.7. LAJES VIGADAS ARMADAS EM DUAS DIRECÇÕES ............................................................................ 88 2.7.1. Métodos de Análise e Dimensionamento .............................................................................. 88 2.7.2. Método das bandas ................................................................................................................ 96 2.8. PRÉ-DIMENSIONAMENTO .............................................................................................................. 101 2.9. PORMENORIZAÇÃO DE ARMADURAS............................................................................................. 102 2.9.1. Disposição de armaduras ..................................................................................................... 102 Document shared on www.docsity.com Downloaded by: telma.dias00 (telmansaimessias@gmail.com) https://www.docsity.com/?utm_source=docsity&utm_medium=document&utm_campaign=watermark 2.9.2. Exemplos da disposição das armaduras principais e de distribuição ................................... 102 2.10. DISTRIBUIÇÃO DOS ESFORÇOS EM LAJES ...................................................................................... 102 2.11. ARMADURAS DE CANTO ............................................................................................................... 107 2.12. SISTEMAS DE PAINÉIS CONTÍNUOS DE LAJES – COMPATIBILIZAÇÃO DE ESFORÇOS NOS APOIOS DE CONTINUIDADE .......................................................................................................................................... 108 2.13. ALTERNÂNCIA DE SOBRECARGAS ................................................................................................. 110 2.14. COMPARAÇÃO DOS ESFORÇOS DOS MODELOS ELÁSTICO E PLÁSTICO .......................................... 122 2.15. ABERTURAS EM LAJES .................................................................................................................. 130 2.16. DISCUSSÃO DO MODELO DE CÁLCULO DE LAJES COM GEOMETRIAS DIVERSAS .............................. 133 2.17. PORMENORIZAÇÃO COM MALHAS ELECTROSSOLDADAS ............................................................... 137 2.17.1. Representação gráfica das malhas ....................................................................................... 137 2.17.2. Exemplo de aplicação de malhas electrossoldadas .............................................................. 137 2.18. LAJES FUNGIFORMES .................................................................................................................... 140 2.18.1. Vantagens da utilização de lajes fungiformes ..................................................................... 140 2.18.2. Problemas resultantes da utilização de lajes fungiformes ................................................... 140 2.18.3. Tipos de lajes fungiformes .................................................................................................. 140 2.18.4. Principais características do comportamento para acções verticais ..................................... 141 2.18.5. Análise qualitativa do cálculo de esforços numa laje fungiforme ....................................... 141 2.18.6. Concepção e pré-dimensionamento de lajes fungiformes ................................................... 142 2.18.7. Modelos de análise de lajes fungiformes............................................................................. 143 2.18.8. Método dos Pórticos Equivalentes (EC2 - Anexo I) ...........................................................143 2.18.9. Modelo de grelha ................................................................................................................. 148 2.18.10. Modelos de elementos finitos de laje .................................................................................. 149 2.19. ESTADO LIMITE ÚLTIMO DE PUNÇOAMENTO ................................................................................ 157 2.19.1. Mecanismos de rotura de punçoamento .............................................................................. 157 2.19.2. Mecanismos de resistência ao punçoamento ....................................................................... 157 2.19.3. Verificação da segurança ao punçoamento ......................................................................... 158 2.19.4. Cálculo do esforço de corte solicitante ................................................................................ 158 2.19.5. Perímetro básico de controlo ............................................................................................... 159 2.19.6. Resistência ao punçoamento de lajes sem armadura específica de punçoamento ............... 160 2.19.7. Verificação ao punçoamento em lajes com capiteis ............................................................ 160 2.19.8. Armaduras de punçoamento ................................................................................................ 161 2.19.9. Valor de cálculo do máximo esforço de corte ..................................................................... 162 2.19.10. Punçoamento excêntrico ..................................................................................................... 162 3. DIMENSIONAMENTO DE ZONAS DE DESCONTINUIDADE ................................................. 173 3.1 TIPOS DE FUNDAÇÕES ................................................................................................................... 181 3.1.1 Fundações directas (sapatas) ............................................................................................... 181 3.1.2 Sapatas ligadas por um lintel de fundação .......................................................................... 190 3.1.3 Dimensionamento de maciços de encabeçamento de estacas .............................................. 195 Document shared on www.docsity.com Downloaded by: telma.dias00 (telmansaimessias@gmail.com) https://www.docsity.com/?utm_source=docsity&utm_medium=document&utm_campaign=watermark INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO – Ano lectivo 2013/2014 Estruturas de Betão II 1 1. ELEMENTOS PRÉ-ESFORÇADOS 1.1. INTRODUÇÃO O pré-esforço é uma tecnologia que permite introduzir numa estrutura um estado de tensão e deformação por meio de cabos de aço de alta resistência que possibilita o controlo do seu comportamento no que se refere à fendilhação e à deformação. Como é sabido o menor desempenho das estruturas de betão no que se refere ao comportamento em serviço resulta, em grande parte, da fraca resistência do betão à tracção. Portanto se, em serviço, as tensões de tracção no betão forem controladas a nível reduzido o desempenho das estruturas melhorará substancialmente. Os efeitos do pré-esforço podem ser entendidos recorrendo aos exemplos a seguir apresentados que traduzem o comportamento de vigas submetidas à acção de cargas no vão. A actuação das cargas gera na viga um estado de tensão indicado na figura. Na zona inferior as tensões de tracção originam a fendilhação do betão e a consequente perda de rigidez da viga e aumento das flechas. compressão tracção Este comportamento pode ser melhorado se for introduzida uma força de compressão que vai originar uma redução das tensões de tracção e consequentemente uma menor fendilhação e perda de rigidez da viga. Essa força de compressão pode ser conseguida por meio de um cabo de aço tensionado que transmite a força de tensionamento ao betão nas extremidades da viga. A figura seguinte ilustra o efeito da força de compressão introduzida no betão por cabo de pré-esforço colocado segundo o eixo da viga. O estado de tensão associado a esta força de compressão é, portanto, uniforme. Document shared on www.docsity.com Downloaded by: telma.dias00 (telmansaimessias@gmail.com) https://www.docsity.com/?utm_source=docsity&utm_medium=document&utm_campaign=watermark INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO – Ano lectivo 2013/2014 Estruturas de Betão II 2 compressão tracção efeito do pré-esforço P P P O cabo de aço pode ter diferentes posicionamentos na secção da viga e diferente geometria os quais têm consequências ao nível do comportamento da viga conforme ilustrado na figura seguinte onde se representam as tensões na secção de meio vão devidas ao pré-esforço P e à carga actuante q. esforço axial centrado esforço axial com excentricidade esforço axial e transversal No primeiro caso, em que o cabo está centrado na secção, o pré-esforço necessário para anular a tensão de tracção provocada pela carga q é elevado, conduzindo a um estado de tensão resultante com elevadas tensões de compressão na fibra superior. No segundo caso, com um cabo recto localizado junto à face inferior da viga, o estado de tensão introduzido pelo pré-esforço é mais eficiente para contrariar as tensões provocadas pela carga q e as tensões resultantes são mais baixas. Neste caso importa salientar que o pré-esforço introduz um estado de deformação contrário ao da carga q pelo que se consegue controlar melhor a deformação da viga. Document shared on www.docsity.com Downloaded by: telma.dias00 (telmansaimessias@gmail.com) https://www.docsity.com/?utm_source=docsity&utm_medium=document&utm_campaign=watermark INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO – Ano lectivo 2013/2014 Estruturas de Betão II 3 No terceiro caso a forma do cabo faz com que para além do esforço axial do pré-esforço seja introduzida na viga uma carga distribuída com sentido contrário ao da carga exterior q. Com este traçado, para além dos efeitos referidos no caso anterior, existe também o efeito de contrariar o esforço transverso provocado pela carga q. Refira-se que esta carga distribuída no vão (carga equivalente ao pré-esforço no vão) gera efeitos, iguais mas de sinal contrário, ao de um carregamento uniforme. Por exemplo, se esta carga equivalente for igual às aplicadas a deformação da viga é nula. A definição do valor do pré-esforço a introduzir na estrutura depende do objectivo que se pretende atingir: controlo da fendilhação, controlo da deformação ou ambos. Em geral, pretende-se que em serviço o nível das tensões de tracção na secção seja nulo ou muito reduzido. Este nível de tensões é também condicionado por questões de durabilidade pois os aços de alta resistência, por estarem fortemente tensionados, são muito sensíveis à corrosão pelo que se deve evitar a formação de fendas ou, caso estas venham a ocorrer, a sua abertura deve ser muito reduzida. Importa ainda referir que a utilização e a exploração total dos aços de alta resistência na capacidade resistente dos elementos estruturais só é viável se for introduzida uma extensão inicial na armadura. Caso contrário não só a tensão resistente da armadura dificilmente seria atingida por destruição prematura da aderência, como o comportamento em serviço não seria aceitável devido à elevada abertura de fendas induzida pelas muito altas extensões na armadura. VANTAGENS DA UTILIZAÇÃO DO PRÉ-ESFORÇO Vencer vãos maiores Maiores esbeltezas para vãos equivalentes Diminuição do peso próprio Melhoria do comportamento em serviço Utilização racional dos betões e aços de alta resistência 1.2. TÉCNICAS E SISTEMAS DE PRÉ-ESFORÇO 1.2.1. Pré-esforço por pré-tensão As armaduras são tensionadas antes da colocação do betão; A transferência de força é realizada por aderência; É realizado em fábrica (tensão aplicadacontra cofragens ou contra maciços de amarração). Document shared on www.docsity.com Downloaded by: telma.dias00 (telmansaimessias@gmail.com) https://www.docsity.com/?utm_source=docsity&utm_medium=document&utm_campaign=watermark INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO – Ano lectivo 2013/2014 Estruturas de Betão II 4 Neste sistema de pré-esforço os cabos são rectos. 1.2.2. Pré-esforço por pós-tensão As armaduras são tensionadas depois do betão ter adquirido a resistência necessária; A transferência de força é realizada quer nas extremidades, através de dispositivos mecânicos de fixação das armaduras (ancoragens), quer ao longo das armaduras. Nos sistemas de pós-tensão o cabo de pré-esforço pode ter uma geometria curva a qual é mais adequada para vigas contínuas. Nos sistemas de pós-tensão aderentes as bainhas dos cabos são injectadas com calda de cimento. Document shared on www.docsity.com Downloaded by: telma.dias00 (telmansaimessias@gmail.com) https://www.docsity.com/?utm_source=docsity&utm_medium=document&utm_campaign=watermark INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO – Ano lectivo 2013/2014 Estruturas de Betão II 5 Bainha Fios ou cordões Calda de cimento Cabo de pré - esforço Secção A-A 1.3. COMPONENTES DE UM SISTEMA DE PRÉ-ESFORÇO 1.3.1. Armaduras de pré-esforço As armaduras de pré-esforço são constituídas por aço de alta resistência, e podem ter as seguintes formas: fios Diâmetros usuais: 3 mm, 4 mm, 5 mm e 6 mm cordões (compostos por 7 fios) Designação Secção nominal [cm2] Diâmetro [mm] 0.5” 0.987 12.7 0.6”N 1.4 15.2 0.6”S 1.5 15.7 varões Diâmetros usuais: 25 mm a 36 mm (podem ser lisos ou roscados) Os cordões são compostos por fios, sendo os mais correntes os cordões de 7 fios obtidos por 6 fios enrolados em torno de um fio central recto. Na figura seguinte apresentam-se diagramas tensão-deformação de fios, cordões e varões de pré-esforço e comparam-se com os diagramas de varões de aço corrente. Verifica-se que a resistência dos aços de pré-esforço é significativamente superior à dos aços correntes. Esta elevada resistência é conseguida à custa de um maior teor em carbono, de processos de tratamento térmico e, também, no caso dos fios, por um processo de trefilagem. Document shared on www.docsity.com Downloaded by: telma.dias00 (telmansaimessias@gmail.com) https://www.docsity.com/?utm_source=docsity&utm_medium=document&utm_campaign=watermark INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO – Ano lectivo 2013/2014 Estruturas de Betão II 6 A composição do aço e o processo de fabrico dos fios de pré-esforço penalizam a sua capacidade de deformação constatando-se que a sua ductilidade é significativamente inferior à dos varões de aço laminados a quente. Uma vez que os aços de resistência mais elevada não apresentam patamar de cedência, a tensão de cedência é caracterizada pelo valor característico da tensão limite convencional de proporcionalidade a 0,1%, fp0,1k. 7 varão de pré-esforço 32 mm 7 Document shared on www.docsity.com Downloaded by: telma.dias00 (telmansaimessias@gmail.com) https://www.docsity.com/?utm_source=docsity&utm_medium=document&utm_campaign=watermark INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO – Ano lectivo 2013/2014 Estruturas de Betão II 7 No quadro seguinte apresentam-se algumas características de aços de alta resistência correntemente utilizados em armaduras de pré-esforço: fp0,1k [Mpa] fpk [Mpa] Ep [Gpa] fios e cordões 1670 1860 195 10 varões 835 1030 170 O diagrama idealizado e de cálculo para os aços de pré-esforço é o definido na figura seguinte. Os aços de pré-esforço devem garantir um valor mínimo da extensão à força máxima uk de 3,5%. A norma prEN 10138 define as propriedades e requisitos dos aços de pré-esforço. A designação dos aços de pré-esforço segundo esta norma é a seguinte: Y fpk Exemplo: Y 1860 – aço de pré-esforço com valor nominal da tensão de rotura à tracção igual a 1860 MPa Em Portugal os requisitos relativos às características das armaduras de pré-esforço são definidos nas Especificações LNEC: E452 (fios); E453 (cordões); E459 (varões). Cabo de pré-esforço: conjunto de cordões (agrupados no interior de uma bainha) Por questões de economia, há vantagem em utilizar os cabos “standard” dos sistemas de pré-esforço (número de cordões que preenchem na totalidade uma ancoragem). Document shared on www.docsity.com Downloaded by: telma.dias00 (telmansaimessias@gmail.com) https://www.docsity.com/?utm_source=docsity&utm_medium=document&utm_campaign=watermark INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO – Ano lectivo 2013/2014 Estruturas de Betão II 8 1.3.2. Ancoragens de pré-esforço Activas Permitem o tensionamento Passivas Ficam embebidas no betão De continuidade (acoplamentos) Parte passiva, parte activa 1.3.3. Bainhas de pré-esforço Metálicas Plásticas Document shared on www.docsity.com Downloaded by: telma.dias00 (telmansaimessias@gmail.com) https://www.docsity.com/?utm_source=docsity&utm_medium=document&utm_campaign=watermark INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO – Ano lectivo 2013/2014 Estruturas de Betão II 9 1.3.4. Sistemas de Injecção Materiais rígidos (ex: calda de cimento) Materiais flexíveis (ex: graxas ou ceras) cera bainha plástica cordão 1.4. EFEITO DO PRÉ-ESFORÇO O pré-esforço é, por definição, uma deformação imposta. Deste modo, a sua aplicação em estruturas isostáticas não introduz esforços adicionais. Embora o pré-esforço não introduza esforços em estruturas isostáticas surgem tensões nas secções dos elementos: tensões no betão e nas armaduras e tensões no cabo de pré-esforço. Essas tensões são autoequilibradas e, portanto, têm resultante nula. O mesmo não se passa nas estruturas hiperestáticas, situação em que as deformações estão restringidas. Nestes casos surgem esforços associados ao pré-esforço resultantes das forças que se desenvolvem nos apoio e que restringem a livre deformação do elemento. Para ilustrar o efeito do pré-esforço considere-se a seguinte viga pré-esforçada: pp Document shared on www.docsity.com Downloaded by: telma.dias00 (telmansaimessias@gmail.com) https://www.docsity.com/?utm_source=docsity&utm_medium=document&utm_campaign=watermark INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO – Ano lectivo 2013/2014 Estruturas de Betão II 10 Apresentam-se em seguida os diagramas de extensões na secção transversal indicada (secção de vão onde o cabo de pré-esforço tem excentricidade máxima), para as seguintes situações: A – acção do pré-esforço isolado B – acção das cargas mobilizadas na aplicação do pré-esforço (peso próprio) C – situação após a aplicação do pré-esforço e P0 + - A P0 + B - + + Mpp = - C + P0 Como se verifica, o estado de deformação induzido pelo pré-esforço é contrário ao estado de deformação provocado pelo peso próprio. Partindo de uma situação em que a viga está apoiada numa cofragem, a aplicação do pré-esforço irá originar uma deformação para cima da viga (diagrama A). Nessa altura é mobilizado o peso próprio da viga (diagrama B). O diagrama de deformação final C resulta da sobreposição dos diagramas A e B. O estado de tensão numa viga pré-esforçada é caracterizado pelos diagramas da figura seguinte em que P é o pré-esforço aplicado e M é o momento das cargas exteriores. As tensões actuantes nas fibras inferior e superior são: inf = - P A - P e winf + M winf sup = - P A + P e wsup - M wsup (-) P M P / A + (+) (-) P x e (-) (+) M + e diagramas de tensões diagramas de extensões Document shared on www.docsity.com Downloaded by: telma.dias00 (telmansaimessias@gmail.com) https://www.docsity.com/?utm_source=docsity&utm_medium=document&utm_campaign=watermarkINSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO – Ano lectivo 2013/2014 Estruturas de Betão II 11 1.4.1. Razão da utilização de aços de alta resistência para aplicação do pré-esforço Considere o tirante de betão pré-esforçado, cuja secção transversal se apresenta. 0.50 0.50 Materiais:C25/30 ( = 2.5) A400NR A1600/1800 Para os dois tipos de aço indicados e admitindo que se pretende aplicar uma força de pré-esforço P0’ = 3000 kN, calcule a área de aço necessária, bem como a força que ficará instalada a longo prazo, considerando o efeito da fluência do betão. 1. Determinação da área de aço necessária P0' = 0.75 fpk As As = P0' 0.75 fpk Armadura ordinária: As = 3000 0.75 400103 10 4 = 100 cm2 Armadura de alta resistência: As = 3000 0.75 1800103 10 4 = 22.2 cm2 2. Cálculo da perda de tensão nas armaduras, por efeito da fluência do betão (i) Cálculo do encurtamento instantâneo do betão devida à aplicação do pré-esforço c(t0) = P Ac = 3000 0.5 0.5 = 12000 kN/m 2 = 12 MPa c(t0) = c Ec = 12 31103 = 0.39 ‰ (ii) Determinação do encurtamento devido à fluência c(t,t0) = cc(t,t0) = c(t0) = 2.5 0.39 = 0.975 ‰ (iii) Perda de tensão nas armaduras s = c(t,t0) Es = 0.97510-3 200106 = 195 MPa 3. Cálculo da força de pré-esforço a longo prazo Armadura ordinária: P = s As = 195103 10010-4 = 1950 kN P=1050 kN Armadura de alta resistência:P = 195103 22.210-4 = 432.9 kN P = 2567 kN Document shared on www.docsity.com Downloaded by: telma.dias00 (telmansaimessias@gmail.com) https://www.docsity.com/?utm_source=docsity&utm_medium=document&utm_campaign=watermark INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO – Ano lectivo 2013/2014 Estruturas de Betão II 12 1.4.2. Comparação entre o comportamento em serviço e capacidade resistente de estruturas de betão armado e de betão pré-esforçado Considere o tirante de betão, cuja secção transversal está representada na figura, e os seguintes casos: Caso 1 – tirante de betão armado (armadura ordinária) Caso 2 – tirante de betão pré-esforçado (aço de alta resistência e P = 500 kN) Caso 3 – tirante de betão pré-esforçado (aço de alta resistência e P = 1000 kN) 0.40 0.40 Materiais:C25/30 A400NR A1600/1800 Para um esforço normal de dimensionamento Nsd = 1395 kN, calcule a área de armadura necessária para verificar o estado limite último de tracção. Para cada solução calcule o esforço normal de fendilhação do tirante (Ncr). Caso 1 (i) Determinação da área de armadura necessária As = Nsd fyd = 1395 348103 10 -4 = 40 cm2 (ii) Cálculo do esforço normal de fendilhação do tirante (Ncr) Ncr = Ah fctm = (Ac + As) fctm = 0.42 + 200 31 4010 -4 2.6103 = 483.1 kN Caso 2 (i) Determinação da área de armadura necessária Ap = Nsd fpyd = 1395 1600103 / 1.15 10 -4 = 10 cm2 (ii) Cálculo do esforço normal de fendilhação do tirante (Ncr) Ncr Ah - P Ac = fctm Ncr = Ah fctm + P Ah Ac Ncr = 0.42 + 200 31 1010 -4 2.6103 + 500 0.42 + 200 31 1010 -4 0.42 = 952.9 kN Caso 3 Document shared on www.docsity.com Downloaded by: telma.dias00 (telmansaimessias@gmail.com) https://www.docsity.com/?utm_source=docsity&utm_medium=document&utm_campaign=watermark INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO – Ano lectivo 2013/2014 Estruturas de Betão II 13 (i) Determinação da área de armadura necessária Ap = Nsd fpyd = 1395 1600103 / 1.15 10 -4 = 10 cm2 (ii) Cálculo do esforço normal de fendilhação do tirante (Ncr). Ncr = 0.42 + 200 31 1010 -4 2.6103 + 1000 0.42 + 200 31 1010 -4 0.42 = 1473.1 kN Conclusão: A capacidade resistente do tirante é igual nos três casos. No que se refere à fendilhação, verifica-se um melhor comportamento dos tirantes pré-esforçados relativamente ao tirante de betão armado, e em particular no caso 3 em que a força de pré-esforço é maior. Os aços de pré-esforço por apresentarem elevada resistência permitem também uma pormenorização de armaduras mais compacta o que pode influenciar a geometria dos elementos como ilustrado na figura seguinte. Vigas em betão pré-esforçado e em betão armado com igual resistência à flexão Nas figuras seguintes compara-se o comportamento de uma viga de betão armado e de uma viga de betão pré-esforçado sujeita à flexão com a mesma capacidade última. Document shared on www.docsity.com Downloaded by: telma.dias00 (telmansaimessias@gmail.com) https://www.docsity.com/?utm_source=docsity&utm_medium=document&utm_campaign=watermark INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO – Ano lectivo 2013/2014 Estruturas de Betão II 14 Diagrama momento-curvatura Diagrama carga deslocamento Document shared on www.docsity.com Downloaded by: telma.dias00 (telmansaimessias@gmail.com) https://www.docsity.com/?utm_source=docsity&utm_medium=document&utm_campaign=watermark INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO – Ano lectivo 2013/2014 Estruturas de Betão II 15 Tensões no betão e nas armaduras 1.5. PRÉ-DIMENSIONAMENTO DE UM ELEMENTO PRÉ-ESFORÇADO 1.5.1. Pré-dimensionamento da secção A altura de uma viga pré-esforçada pode ser estimada a partir da relação h L 15 a 20 Refira-se que esta estimativa é da ordem de 1.5 a 2 vezes superior ao corrente para uma viga de betão armado, devido ao melhor controlo das deformações e facilidade de pormenorização de armaduras, como atrás já referido. 1.5.2. Traçado do cabo A escolha do traçado dos cabos deve ser feita com base no diagrama de esforços das cargas permanentes. Em geral o cabo de pré-esforço deve estar situado na zona traccionada das secções ao longo da viga. 1.5.3. Princípios base para a definição do traçado dos cabos de pré-esforço 0.35L a 0.5L L 0.05L a 0.15L 1.5 Øbainha 1.5 Øbainha Document shared on www.docsity.com Downloaded by: telma.dias00 (telmansaimessias@gmail.com) https://www.docsity.com/?utm_source=docsity&utm_medium=document&utm_campaign=watermark INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO – Ano lectivo 2013/2014 Estruturas de Betão II 16 Traçados simples: troços rectos ou troços parabólicos (2º grau) Aproveitar a excentricidade máxima nas zonas de maiores momentos (ver nota) Sempre que possível, nas extremidades, os cabos deverão situar-se dentro do núcleo central da secção O traçado do cabo (ou resultante dos cabos) deverá cruzar o centro de gravidade da secção numa secção próxima da de momentos nulos das cargas permanentes (mas só de uma forma qualitativa) Devem respeitar-se as restrições de ordem prática da construção e os limites correspondentes às dimensões das ancoragens e resistência do betão, necessários para resistir às forças de ancoragem Notas: i) A excentricidade máxima dos cabos depende do recobrimento a adoptar para as bainhas dos cabos de pré-esforço, deve ter em consideração que em vigas, o recobrimento mínimo das bainhas é : cmin = min (bainha; 8 cm); ii) o ponto de inflexão do traçado está sobre a recta que une os pontos de excentricidade máxima; iii) O raio de curvatura dos cabos deve ser superior ao raio mínimo que, simplificadamente pode ser obtido pela expressão Rmin [m]= 3 Pu (onde Pu representa a força última em MN). 1.5.4. Pré-dimensionamento da força de pré-esforço útil O valor da força útil de pré-esforço pode ser estimado através dos seguintes critérios: Critério do balanceamento das cargas qeq (0.8 a 0.9) qcqp ou, de uma forma mais rigorosa, Critério da limitação da deformação pe = (0.8 a 0.9) cqp, tal que no final total = (1 + ) (cqp – pe) admissível com admissível L 500 a L 1000 (dependente da utilização da obra) Critério da limitação da fendilhação EC2 – parágrafo 7.3.1(5): Estados Limites de Fendilhação a considerarDocument shared on www.docsity.com Downloaded by: telma.dias00 (telmansaimessias@gmail.com) https://www.docsity.com/?utm_source=docsity&utm_medium=document&utm_campaign=watermark INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO – Ano lectivo 2013/2014 Estruturas de Betão II 17 Tabela 7.1N Valores recomendados para wmáx (mm) Classe de exposição Elementos de betão armado ou pré- esforçado (p.e. não aderente) Elementos de betão pré-esforçado (p.e. aderente) Comb. quase-permanente de acções Combinação frequente de acções X0, XC1 0.4 0.2 XC2, XC3, XC4 0.3 0.2(1) XD1, XD2, XS1, XS2, XS3 Descompressão (1) Deverá também verificar-se a descompressão para a combinação quase-permanente de acções A segurança em relação ao estado limite de descompressão considera-se satisfeita se, nas secções do elemento, a totalidade dos cabos de pré-esforço se situar no interior da zona comprimida e a uma distância de, pelo menos, 0.025 m ou 0.10 m relativamente à zona traccionada, para estruturas de edifícios ou pontes, respectivamente. Na prática, será preferível assegurar que nas secções do elemento não existem tracções ao nível da fibra extrema que ficaria mais traccionada (ou menos comprimida) por efeito dos esforços actuantes, com exclusão do pré-esforço. 1.6. VALOR DA FORÇA DE PRÉ-ESFORÇO. DEFINIÇÃO DOS CABOS 1.6.1. Força máxima de tensionamento De acordo com o EC2, a força máxima a aplicar num cabo de pré-esforço é dada pela seguinte expressão Pmáx = Ap p,máx onde, p,máx = min (0.8 fpk; 0.9 fp0,1k) e representa a tensão máxima a aplicar aos cordões na altura da aplicação do pré-esforço. Após a transmissão da força para a ancoragem as tensões admissíveis são as seguintes: p,máx = min (0.75 fpk; 0.85 fp0,1k) 1.6.2. Perdas de pré-esforço Perdas instantâneas (8% – 15%) Pós-tensão Perdas por atrito Perdas por reentrada de cabos Perdas por deformação instantânea do betão Document shared on www.docsity.com Downloaded by: telma.dias00 (telmansaimessias@gmail.com) https://www.docsity.com/?utm_source=docsity&utm_medium=document&utm_campaign=watermark INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO – Ano lectivo 2013/2014 Estruturas de Betão II 18 Pré-tensão Relaxação da armadura até à betonagem Escorregamento nas zonas de amarração Deformação instantânea do betão Perdas diferidas (12% – 15%) Perdas por retracção do betão Perdas por fluência do betão Perdas por relaxação da armadura P0’ (força de tensionamento) 8% – 15% P0 12% – 15% P P0 – força de pré-esforço após perdas imediatas P – força de pré-esforço útil ou a tempo infinito 1.6.3. Definição dos cabos Realizado o pré-dimensionamento da força útil de pré-esforço é possível estimar os cabos a adoptar assumindo valores correntes das perdas de pré-esforço. Este cálculo tem interesse, por exemplo, para aferir se as dimensões adoptadas para as secções são suficientes para conduzir a uma pormenorização adequada das armaduras de pré-esforço. Supondo que para um determinado traçado de cabo se assumia na secção condicionante para as perdas diferidas um valor de 14% e para as perdas imediatas um valor de 10%, o valor da força de tensionamento dos cabos seria o seguinte: P0 = P 0.86 P0’ = P0 0.9 Considerando que os cabos eram tensionados a 75% da força de rotura, a área de armadura de pré-esforço necessária e o número de cordões seria: P0' = 0.75 Fpk Ap = P0' 0.75 1860 103 nº de cordões = Ap Acordão Por questões de economia, há vantagem em utilizar os cabos standard dos sistemas de pré-esforço. Document shared on www.docsity.com Downloaded by: telma.dias00 (telmansaimessias@gmail.com) https://www.docsity.com/?utm_source=docsity&utm_medium=document&utm_campaign=watermark INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO – Ano lectivo 2013/2014 Estruturas de Betão II 19 EXERCÍCIO PE1 Considere a viga indicada na figura seguinte. e1 = 0.15 e2 = 0.38 e5e3 e4 = -0.22 e6 = -0.10 8.00 8.00 4.00 1.00 4.00 Parábola Parábola ParábolaParábola Recta A B C D Secção Transversal da Viga: 1.50 0.20 0.50 0.20 0.30 0.80 0.53 0.37 Propriedades geométricas da secção: A = 0.61 m2 I = 0.0524 m4 Materiais:C30/37 A400NR A1670/1860 (baixa relaxação) Considere que a viga se encontra submetida às seguintes acções: Q q pp + rcp - Cargas permanentes (g = 1.35): pp = 15.25 kN/m; rcp = 14.75 kN/m - sobrecargas (q = 1.5; 1 = 0.6; 2 = 0.4): q = 20 kN/m e Q = 100 kN Nota: q e Q actuam em simultâneo a) Determine o diagrama de tensões na secção B para a combinação de acções quase permanentes e para uma força de pré-esforço de 1000 kN. Document shared on www.docsity.com Downloaded by: telma.dias00 (telmansaimessias@gmail.com) https://www.docsity.com/?utm_source=docsity&utm_medium=document&utm_campaign=watermark INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO – Ano lectivo 2013/2014 Estruturas de Betão II 20 b) Qual o valor de P que seria necessário para garantir a descompressão para a combinação quase permanentes de acções, nas secções B e C? c) Qual o valor de P que seria necessário para garantir a condição c < fctk para combinação frequente de acções nas secções B e C? d) Determine as equações que definem o traçado do cabo representado na figura. e) Represente as cargas equivalentes do pré-esforço para uma força de pré-esforço de 1000 kN. f) Qual o valor de P que seria necessário para contrariar 80% de deformação máxima para a combinação de acções quase-permanentes? g) Defina que tipo de cabo adopta e qual a força de puxe. Admita: P = 0.86 P0 e P0 = 0.90 P’0. Admita que os cabos são tensionados a 0.75 fpk. h) Calcule a área de armadura ordinária longitudinal de modo a garantir a segurança em relação ao estado limite último de flexão. i) Calcule a área de armadura transversal. j) Calcule o valor das perdas instantâneas (atrito, reentrada de cunhas e deformação instantânea do betão) e o alongamento previsto dos cabos. l) Calcule as perdas diferidas (fluência e retracção do betão, e relaxação das armaduras). m) Verifique a segurança na zona das ancoragens. Document shared on www.docsity.com Downloaded by: telma.dias00 (telmansaimessias@gmail.com) https://www.docsity.com/?utm_source=docsity&utm_medium=document&utm_campaign=watermark INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO – Ano lectivo 2013/2014 Estruturas de Betão II 21 RESOLUÇÃO DO EXERCÍCIO PE1 ALÍNEA A) 1. Determinação dos esforços para a combinação de acções quase-permanentes pcqp = cp + 2 sc = 15.25 + 14.75 + 0.4 20 = 38 kN/m Qcpq = 2 Q = 0.4 100 = 40 kN pcqp Qcqp R1 R2 20.00 5.00 DEV [kN] DMF [kNm] 8.00 (+) 1554.0 (-) 675.0 (+) (+) (-) 346.3 413.8 230.0 40.0 MC = 0 – R1 20 + 38 20 10 – 40 5 – 38 5 2.5 = 0 R1 = 346.3 kN R2 = 38 (20 + 5) + 40 – 346.3 = 643.8 kN 2. Cálculo das tensões na secção B (i) Características geométricas da secção B 0.37 0.53 0.38 1.50 G A = 0.61 m2 I = 0.0524 m2 winf = I vinf = 0.0524 0.53 = 0.09886m 3 wsup = I vsup = 0.0524 0.37 = 0.1416m 3 Document shared on www.docsity.com Downloaded by: telma.dias00 (telmansaimessias@gmail.com) https://www.docsity.com/?utm_source=docsity&utm_medium=document&utm_campaign=watermark INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO – Ano lectivo 2013/2014 Estruturas de Betão II 22 (ii) Diagramas de tensões na secção B devidas à cqp e ao pré-esforço (-) P M cqp P / A + (+) (-) P x e (-) (+) Mcqp + inf = - P A - P e winf + Mcqp winf = - 1000 0.61 - 1000 0.38 0.09886 + 1554 0.09886 = 10.2MPa sup = - P A + P e wsup - Mcqp wsup = - 1000 0.61 + 1000 0.38 0.1416 - 1554 0.1416 = - 9.9MPa ALÍNEA B) 1. Secção B (+) + (-) (-) (+) + P / A MB P (-) MB P x e inf < 0 - P A - P e w + MB w < 0 - P 0.61 - P 0.38 0.09886 + 1554 0.09886 < 0 P > 2866.8 kN 2. Secção C MC (-) + + (+) P (-) MC P x e P / A (+) (-) sup < 0 - P A - P e w + MC w < 0 - P 0.61 - P 0.22 0.1416 + 675 0.1416 < 0 P > 1492.9 kN P > 2866.8 kN Document shared on www.docsity.com Downloaded by: telma.dias00 (telmansaimessias@gmail.com) https://www.docsity.com/?utm_source=docsity&utm_medium=document&utm_campaign=watermark INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO – Ano lectivo 2013/2014 Estruturas de Betão II 23 ALÍNEA C) 1. Determinação dos esforços para a combinação de acções frequente pfr = cp + 1 sc = 15.25 + 14.75 + 0.6 20 = 42 kN/m Qfr = 1 Q = 0.6 100 = 60 kN pfr 20.00 DMF [kNm] 8.00 1686.0 (+) R1 825.0 (-) 5.00 R2 Qfr MB = 0 – R1 20 + 42 20 10 – 60 5 – 42 5 2.5 = 0 R1 = 378.8 kN R2 = 42 (20 + 5) + 60 – 378.8 = 731.3 kN 2. Secção B inf < fctk - P A - P e w + MB w < fctk - P 0.61 - P 0.38 0.09886 + 1686 0.09886 < 2 10 3 P > 2745.6 kN 3. Secção C sup < fctk - P A - P e w + MC w < fctk - P 0.61 - P 0.22 0.1416 + 825 0.01416 < 2 10 3 P > 1198.3 kN P > 2745.6 kN Document shared on www.docsity.com Downloaded by: telma.dias00 (telmansaimessias@gmail.com) https://www.docsity.com/?utm_source=docsity&utm_medium=document&utm_campaign=watermark INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO – Ano lectivo 2013/2014 Estruturas de Betão II 24 1.7. CARACTERÍSTICAS DOS TRAÇADOS PARABÓLICOS 1.7.1. Equação da parábola Equação geral da parábola: y = ax2 + bx + c (para determinar os parâmetros a, b e c é necessário conhecer 3 pontos) x1 x3 x2 y1 y2 y3 Caso se utilize um referencial local: 1) x y y = ax2 + c (y’ (0) = 0 b = 0) 2) x y y = ax2 (y’ (0) = 0 b = 0 e y (0) = 0 c = 0) Determinação do parâmetro a f f L/2L/2 tg = 2f L/2 = 4f L i) y’ (L/2) = 2a L/2 = tg a = 4f L2 ou ii) y (L/2) = f a L 2 2 = f a = 4f L2 Determinação da curvatura da parábola 1 R = y" (x) = 2a = 8f L2 Document shared on www.docsity.com Downloaded by: telma.dias00 (telmansaimessias@gmail.com) https://www.docsity.com/?utm_source=docsity&utm_medium=document&utm_campaign=watermark INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO – Ano lectivo 2013/2014 Estruturas de Betão II 25 1.7.2. Determinação do ponto de inflexão entre dois troços parabólicos e1 f1 L1 L2 e2f2 O ponto de inflexão do traçado encontra-se na linha que une os extremos. Deste modo, f1 L1 = e1 + e2 L1 + L2 f1 = L1 L1 + L2 (e1 + e2) e f2 = (e2 + e1) – f1 1.7.3. Determinação do ponto de concordância troço parabólico – troço recto L1 f f e L2 tg = e - f L1 = e + f L2 (e – f) L2 = (e + f) L1 e L2 – f L2 = e L1 + f L1 f L1 + f L2 = e L2 – e L1 f (L1 + L2) = e (L2 – L1) f = e (L2 - L1) L1 + L2 1.8. CARGAS EQUIVALENTES DE PRÉ-ESFORÇO A acção do pré-esforço pode ser simulada através de cargas – cargas equivalentes de pré-esforço. 1.8.1. Acções exercidas sobre o cabo (situação em que se aplica a tensão nos cabos simultaneamente nas duas extremidades) Forças nas ancoragens; Forças radiais e tangenciais uniformemente distribuídas, exercidas pelo betão. 1.8.2. Acções exercidas sobre o betão Document shared on www.docsity.com Downloaded by: telma.dias00 (telmansaimessias@gmail.com) https://www.docsity.com/?utm_source=docsity&utm_medium=document&utm_campaign=watermark INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO – Ano lectivo 2013/2014 Estruturas de Betão II 26 Forças nas ancoragens; Forças radiais e tangenciais uniformemente distribuídas iguais e directamente opostas às que o betão exerce sobre o cabo. 1.8.3. Determinação das cargas equivalentes 1.8.3.1. Zona das ancoragens P P P tg P e e Nota: tg sen e cos 1 1.8.3.2. Traçado parabólico Considere-se o seguinte troço infinitesimal de cabo de pré-esforço, e as acções que o betão exerce sobre este, R P+dPP d q* ds ds d/2 ds = R d d ds = 1 R P d 2 + (P + dP) d 2 = q* ds P d = q* ds q* = P d ds ou q* = P R Notas: - ângulo muito pequeno sen d 2 d 2 tg d 2 e cos d 2 1; - consideram-se desprezáveis as componentes horizontais das forças de desvio. Para um cabo com o traçado parabólico ilustrado, Document shared on www.docsity.com Downloaded by: telma.dias00 (telmansaimessias@gmail.com) https://www.docsity.com/?utm_source=docsity&utm_medium=document&utm_campaign=watermark INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO – Ano lectivo 2013/2014 Estruturas de Betão II 27 f f L/2 L/2 tg = d 2 = 2 f L/2 = 4 f L d = 8 f L (1) ds L (2) A partir de (1) e (2), obtém-se d ds = 8 f L2 q* = 8 f P L2 1.8.3.3. Traçado poligonal L1 f Q* Q* q* s tg = f L1 Q* = P tg = P f L1 q* = Q* / s Nas figuras seguintes apresentam-se as cargas e os esforços equivalentes para dois traçados de cabo diferentes. Document shared on www.docsity.com Downloaded by: telma.dias00 (telmansaimessias@gmail.com) https://www.docsity.com/?utm_source=docsity&utm_medium=document&utm_campaign=watermark INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO – Ano lectivo 2013/2014 Estruturas de Betão II 28 Cabo com traçado parabólico Cabo com traçado rectilíneo O pré-esforço introduz no elemento um conjunto de esforços em cada secção designados por esforços isostáticos definidos da seguinte forma: Esforços equivalentes Document shared on www.docsity.com Downloaded by: telma.dias00 (telmansaimessias@gmail.com) https://www.docsity.com/?utm_source=docsity&utm_medium=document&utm_campaign=watermark INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO – Ano lectivo 2013/2014 Estruturas de Betão II 29 N = - P M = - P e V = - P tg Ilustra-se seguidamente um exemplo interessante que mostra as potencialidades do pré- esforço e o modo como o engenheiro pode explorar essas potencialidades para controlar o comportamento estrutural. No exemplo mostra-se uma forma de anular a flexão, esforço transverso e torção induzidos por uma carga exterior na extremidade de uma consola com as forças equivalentes ao pré-esforço. A resultante dos esforços é apenas o esforço axial com valor igual a 2P P.tg = Q P P e P tg P G e x y Document shared on www.docsity.com Downloaded by: telma.dias00 (telmansaimessias@gmail.com) https://www.docsity.com/?utm_source=docsity&utm_medium=document&utm_campaign=watermark INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO – Ano lectivo 2013/2014 Estruturas de Betão II 30 RESOLUÇÃO DO EXERCÍCIO PE1 (CONTINUAÇÃO) ALÍNEA D) 8.008.00 Parábola 1 e2 = 0.38 Parábola 3 4.00 Parábola 2 RectaParábola 4 4.001.00 e4 = -0.22 e6 = -0.10e1 = 0.15 (i) Parábola 1 8.00 0.23 x y y = ax2 y(8) = 0.23 a 82 = 0.23 a = 3.59375 10-3 y(x) = 3.59375 10-3 x2 (ii) Parábola 2 1. Determinação das coordenadas do ponto de inflexão 12.00 0.6 8.00 x 12 8 = 0.6 x x = 0.4 2. Determinação da equação da parábola 8.00 x y 0.4 y = ax2 y (8) = 0.4 a = 6.25 10-3 y (x) = 6.25 10-3 x2 (iii) Parábola 3 x y 4.00 0.2 y = ax2 y (4) = 0.2 a = 0.0125 y (x) = 0.0125 x2 Document shared on www.docsity.com Downloaded by: telma.dias00 (telmansaimessias@gmail.com) https://www.docsity.com/?utm_source=docsity&utm_medium=document&utm_campaign=watermark INSTITUTO SUPERIORTÉCNICO – Ano lectivo 2013/2014 Estruturas de Betão II 31 (iv) Parábola 4 e troço recto x yx y 1.00 4.00 0.12 1. Determinação das coordenadas do ponto de concordância f f 1.0 y’ (1) = tg = 2 f tg = 0.12 + f 5 2 f = 0.12 + f 5 10 f = 0.12 + f f = 0.01333 m 2. Determinação das equações da parábola e do troço recto Parábola 4: y (1) = 0.01333 y (x) = 0.01333 x2 Troço recto: y = mx + b = 2 0.01333 x y (x) = 0.02667 x ALÍNEA E) 1. Cálculo das cargas equivalentes uniformemente distribuídas (considerando P = 1000 kN) q = 8 f P L2 Parábola f (m) L (m) q (kN/m) 1 0.23 16 7.2 2 0.4 16 12.5 3 0.2 8.0 25.0 4 0.0133 2.0 26.6 2. Cálculo das cargas equivalentes nas extremidades do cabo Extremidade Esquerda tg = y’ (8) = 2 3.59375 10-3 8 = 0.0575 P tg = 57.5 kN P e = 1000 0.15 = 150.0 kNm Extremidade Direita tg = y’ (1) = 0.02667 P tg = 26.7 kN P e = 1000 0.10 = 100.0 kNm Document shared on www.docsity.com Downloaded by: telma.dias00 (telmansaimessias@gmail.com) https://www.docsity.com/?utm_source=docsity&utm_medium=document&utm_campaign=watermark INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO – Ano lectivo 2013/2014 Estruturas de Betão II 32 1.008.00 26.6 kN/m 8.00 25.0 kN/m 12.5 kN/m7.2 kN/m 4.00 4.00 57.5 kN 1000 kN 150.0 kNm 1000 kN 26.7 kN 100.0 kNm Repare-se que o somatório das cargas verticais é nulo Feq = - 57.5 + 7.2 8 + 12.5 8 - 25.0 4 - 26.6 1 + 26.7 0 ALÍNEA F) 1. Determinação da flecha elástica na viga para a combinação de acções quase- permanentes Através de tabelas de flechas elásticas de vigas contínuas, a deformação a meio vão do tramo apoiado é dada por: = 1 EI 5pL 4 384 + L2 16 ( )M1 + M2 onde M1 e M2 representam os momentos flectores nas extremidades do tramo e entram na expressão com o sinal de acordo com a convenção da resistência de materiais. Deste modo, = 1 33106 0.0524 5 38 204 384 + 202 16 ( )0 - 675.0 = 0.036 m 2. Determinação da flecha elástica na viga para o efeito do pré-esforço A flecha elástica para o efeito de pré-esforço pode ser obtida considerando a actuação das cargas equivalentes ao pré-esforço na viga. Deste modo, para P = 1000 kN (cargas equivalentes calculadas na alínea anterior), obteve-se a seguinte deformada: = 0.010 m 3. Determinação da força útil de pré-esforço necessária para contrariar 80% da deformação máxima para a combinação de acções quase-permanentes pe = 0.8 cqp = 0.8 0.036 = 0.029 m P = 1000 0.029/0.010 = 2900 kN Document shared on www.docsity.com Downloaded by: telma.dias00 (telmansaimessias@gmail.com) https://www.docsity.com/?utm_source=docsity&utm_medium=document&utm_campaign=watermark INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO – Ano lectivo 2013/2014 Estruturas de Betão II 33 1.9. VERIFICAÇÃO DA SEGURANÇA AOS ESTADOS LIMITE ÚLTIMOS 1.9.1. Estado limite último de flexão 1.9.1.1. Pré-esforço do lado da resistência Pelo método do diagrama rectangular simplificado, Msd = g Mg + q Mq x Msd LN Ap As Fp Fs 0.8x 0.85fcd Fc b Fc = 0.85 fcd 0.8 x b Fp = Ap fpd = Ap fp0,1k 1.15 Fs = As fyd Através das equações de equilíbrio, (i) Equilíbrio de momentos ( MAs = Msd x = ...) Forças exteriores: Msd Forças interiores: MAs = Fc (ds – 0.4x) - Fp (ds - dp) (ii) Equilíbrio de forças ( F = 0 Fc = Fp + Fs As = ...) Nota: No caso do cabo ser não aderente (monocordão, p.ex.) fpd = p = P Ap 1.9.1.2. Pré-esforço do lado da acção Pelo método do diagrama rectangular simplificado, Msd = g Mg + q Mq + Mpe b Fc 0.85fcd 0.8x Fs Fp As Ap LN Msd x e P Fc = 0.85 fcd 0.8 x b Fp = Ap (fpd - p) = Ap fpd - P Ap Fs = As fyd Document shared on www.docsity.com Downloaded by: telma.dias00 (telmansaimessias@gmail.com) https://www.docsity.com/?utm_source=docsity&utm_medium=document&utm_campaign=watermark INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO – Ano lectivo 2013/2014 Estruturas de Betão II 34 Através das equações de equilíbrio, (i) Equilíbrio de momentos (MAs) Forças exteriores: MAs = Msd + P (ds - h/2) Forças interiores: MAs = Fc (ds - 0.4x) - Fp (ds - dp) Msd + P (ds - h/2) = Fc (ds - 0.4x) - Fp (ds - dp) x = ... (ii) Equilíbrio de forças ( F = P Fc = Fp + Fs + P As = ...) Nota: No caso do cabo ser não aderente (monocordão, p.ex.) (fpd - p) = 0 Fp = 0 Determinada a posição da linha neutra (x), é necessário definir o diagrama de extensões na rotura e verificar se as tensões nas armaduras ordinárias e de pré-esforço são as de cálculo. 0.8x As Ap LN b x c s p0p p = p + p0, com p0 = P Ap Ep Se algum cabo não atingir a tensão de cálculo fpd, será necessário adoptar um método iterativo (método geral) As Ap LN b x p (p0 + p) M c s p0p c (c) s (s) N Por exemplo, determina-se x tal que N 0. Então M = MRd. Document shared on www.docsity.com Downloaded by: telma.dias00 (telmansaimessias@gmail.com) https://www.docsity.com/?utm_source=docsity&utm_medium=document&utm_campaign=watermark INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO – Ano lectivo 2013/2014 Estruturas de Betão II 35 1.9.2. Estado limite último de esforço transverso O efeito do pré-esforço na resistência ao esforço transverso da viga é traduzido pela componente vertical da força do cabo conforme esquematizado na figura seguinte. Em geral, considera-se o pré-esforço do lado da acção. A verificação da segurança é realizada de acordo com o seguinte formato. VRd VSd - P tg (i) Cálculo da armadura transversal: Asw s = VSd - P tg z cotg fyd (ii) Verificação da tensão de compressão: c = Vsd - P tg z bw sen cos 0.6 1 - fck 250 fcd (iii) Consideração do efeito do esforço transverso nas armaduras longitudinais (no apoio As fyd (Vsd - P tg ) cotg 1) Notas: Para elementos comprimidos (caso de elementos pré-esforçados) 22 a 26; Caso o somatório do diâmetro das bainhas de pré-esforço existentes num determinado nível seja superior a 1/8 da largura da secção a esse nível, deve considerar-se a largura a esse nível reduzida de metade da soma dos diâmetros das bainhas. Bainhas metálicas injectadas: bw,nom = bw – 0.5 Ø Bainhas não injectadas, bainhas plásticas injectadas e armaduras não aderentes: bw,nom = bw – 1.2 Ø Estes requisitos resultam do efeito do cabo na redução da resistência à compressão da alma. A figura seguinte ilustra o esmagamento da alma de uma viga ao longo do cabo de pré-esforço por acção do esforço transverso. Document shared on www.docsity.com Downloaded by: telma.dias00 (telmansaimessias@gmail.com) https://www.docsity.com/?utm_source=docsity&utm_medium=document&utm_campaign=watermark INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO – Ano lectivo 2013/2014 Estruturas de Betão II 36 Document shared on www.docsity.com Downloaded by: telma.dias00 (telmansaimessias@gmail.com) https://www.docsity.com/?utm_source=docsity&utm_medium=document&utm_campaign=watermark INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO – Ano lectivo 2013/2014 Estruturas de Betão II 37 RESOLUÇÃO DO EXERCÍCIO PE1 (CONT.) ALÍNEA G) P = 2866.8 kN (valor resultante da verificação da descompressão) P0 = P 0.86 = 2866.8 0.86 = 3333.5 kN P0’ = P0 0.9 = 3333.5 0.9 = 3703.9 kN P0' = 0.75 Fpk Ap = P0' 0.75 1860 103 10 4 = 26.6 cm2 nº de cordões = Ap Acordão = 26.6 1.4 = 19 cordões 2 cabos de 10 cordões de 0.6" P0’ = 10 2 1.4 10-4 1860 103 0.75 = 3906 kN ALÍNEA H) psd = 1.35 (15.25 + 14.75) + 1.5 20 = 70.5 kN/m Qsd = 100 1.5 = 150 kN 20.00 R1 5.00 R2 150 70.5 CA MC = 0 - R1 20 + 70.5 25 7.5 – 150 5 = 0 R1 = 623.4 kN MB = 2731.5 kNm Secção B 1. Cálculo da armadura de flexão pelo método do diagrama rectangular Hipótese: LN no banzo da secção Fs Fp Fc0.85fcd 0.8x Msd 1.50 LN Fp = Ap fp0,1k 1.15 = 28 10 -4 1670 1.15 10 3 = 4066.1 kN Document shared on www.docsity.com Downloaded by: telma.dias00 (telmansaimessias@gmail.com) https://www.docsity.com/?utm_source=docsity&utm_medium=document&utm_campaign=watermark INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO – Ano lectivo 2013/2014 Estruturas de Betão II 38 Fs = As fyd = As 348 103 Fc = 1.5 0.8x 0.85 20 103 = 20400x (i) Equilíbrio de momentos ( MAs = Msd) Fc (0.85 - 0.4x) - Fp 0.10 = Msd 20400x (0.85 - 0.4x) = 2731.5 + 4066.1 0.10 x = 0.20 m Fc = 20400 0.20 = 4080 kN (ii) Equilíbrio de forças ( F = 0) Fc – Fp – Fs = 0 4080 – 4066.1 – As 348 103 = 0 As = 0.4 cm2 (iii) Verificação da hipótese de cedência das armaduras LN p p0 s c 0.20 Hipótese: c = 3.5‰ Determinação da extensão ao nível das armaduras ordinárias s 0.85 - 0.20 = 3.5‰ 0.20 s = 11.4‰ Determinação da extensão ao nível das armaduras de pré-esforço p 0.75 - 0.20 = 3.5‰ 0.20 p = 9.6‰ p0 = P Ap Ep = 3050 2810-4 195106 = 5.6‰ p = p0 + p = 15.2‰ > pyd = fpyd Ep = 1670 / 1.15 195103 = 7.4‰ 2. Cálculo da armadura pelas tabelas de flexão simples (método aproximado) Hipótese: deq dp = 0.75 m = Msd b d2 fcd = 2731.5 1.5 0.752 20 103 = 0.162 = 0.181 ; As,tot = 117.3 cm 2 As = As,tot – Asp, eq = 117.3 - 28 1670 400 = 0.4 cm 2 Document shared on www.docsity.com Downloaded by: telma.dias00 (telmansaimessias@gmail.com) https://www.docsity.com/?utm_source=docsity&utm_medium=document&utm_campaign=watermark INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO – Ano lectivo 2013/2014 Estruturas de Betão II 39 deq 0.75 20 1.4 1670 + 0.4 0.85 400 20 1.4 1670 + 0.4 400 = 0.75 m ALÍNEA I) 20.00 DEV [kN] 623.4 (+) 623.4 (-) 786.6 5.00 502.5 (+) 1289.1 150 150 70.5 DEVp [kN] 164.8 286.4 76.5 76.5 (-) (+) (-) 786.6 502.5DEVtotal [kN] (+) 458.6 (-) 73.5 (+) 355.5 Notas: - O diagrama de esforço transverso devido ao pré-esforço foi obtido considerando P = 2866.8 kN; - Para a verificação da segurança ao esforço transverso utiliza-se DEVtotal Apoio A = 25 z cotg = 0.9 0.85 cotg 25 = 1.64m Vsd (z cotg ) = 458.6 – 49.9 1.64 = 376.8 kN Considerando dois cabos de 10 cordões cujas bainhas têm 80 mm de diâmetro cada, bainha balma 8 = 0.30 8 = 0.038 m bw =0.30 - 0.08 / 2 = 0.26 m 1. Cálculo da armadura transversal Asw s = Vsd z cotg fyd = 376.8 1.64 348 103 10 4 = 6.6 cm2/m Document shared on www.docsity.com Downloaded by: telma.dias00 (telmansaimessias@gmail.com) https://www.docsity.com/?utm_source=docsity&utm_medium=document&utm_campaign=watermark INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO – Ano lectivo 2013/2014 Estruturas de Betão II 40 2. Verificação da tensão de compressão nas bielas inclinadas c = Vsd z bw sen cos = 376.8 0.90.850.26sen 25cos 25 = 4946 kN/m 2 4.9 MPa 0.6 1 - fck 250 fcd = 0.6 1 - 30 250 20 10 3 = 10560 kN/m2 = 10.6MPa 3. Cálculo da armadura longitudinal no apoio de extremidade As fyd = V cotg 1 As = Vsd cotg 1 fyd = 458.6 cotg 37 348 103 10 4 = 17.6 cm2 cotg 1 = b 2 + z 2 cotg z = 0.5 b z + 0.5 cotg b = 0.4 cotg 1 = 0.5 x 0.4/(0.9x0.85) + 0.5 x 2 =1.333 (1 = 37º) Document shared on www.docsity.com Downloaded by: telma.dias00 (telmansaimessias@gmail.com) https://www.docsity.com/?utm_source=docsity&utm_medium=document&utm_campaign=watermark INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO – Ano lectivo 2013/2014 Estruturas de Betão II 41 1.10. PERDAS DE PRÉ-ESFORÇO 1.10.1. Perdas por Atrito d/2 P q* ds d P+dP q* ds = P d ds (Fa = N) q* ds = P d Por equilíbrio de forças horizontais, P - P - dP – P d = 0 dP = – P d dP P = – d P0' P0 1 P dP = 0 - d Log P0 - Log P0' = - Log P0 P0' = – P0 P0' = e- P0 = P0’ e- Para uma secção genérica à distância x da extremidade de tensionamento, P0 (x) = P0’ e-(+kx) onde, representa o coeficiente de atrito (usualmente toma valores entre 0.18 e 0.20); representa a soma dos ângulos de desvio; k representa o desvio angular parasita (valor máximo 0.01 m-1; geralmente 0.004 a 0.005m-1), que tem em consideração eventuais desvios no posicionamento dos cabos de pré-esforço. Esta expressão também pode aparecer com a forma, P0 (x) = P0’ e-( + k’x) (neste caso k’ = k e representa o coeficiente de atrito em recta) Document shared on www.docsity.com Downloaded by: telma.dias00 (telmansaimessias@gmail.com) https://www.docsity.com/?utm_source=docsity&utm_medium=document&utm_campaign=watermark INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO – Ano lectivo 2013/2014 Estruturas de Betão II 42 1.10.2. Perdas por reentrada das cunhas (ou dos cabos) P P0' P0(x) x P L L – comprimento de reentrada das cunhas ( 6mm) – comprimento até onde se faz sentir as perdas por reentrada das cunhas Admitindo que o diagrama de perdas por atrito é aproximadamente linear (cabo com curvatura aproximadamente constante), L = 0 dx = 0 Ep dx = 1 Ep Ap 0 P dx Adiagrama = L Ep Ap P 2 = L Ep Ap (1) Como P 2 = p P = 2 p (2) onde p representa a perda de pré-esforço por atrito, por metro (declive do diagrama) Substituindo (2) em (1) obtém-se, 2 p 2 = L Ep Ap = L Ep Ap p 1.10.2.1. Casos particulares (i) Cabo sem perdas por atrito, (em pré-esforço exterior, p.ex.) x P P0' P L Ep Ap L P L = L Ep Ap P = L Ep Ap L L – comprimento do cabo Document shared on www.docsity.com Downloaded by: telma.dias00 (telmansaimessias@gmail.com) https://www.docsity.com/?utm_source=docsity&utm_medium=document&utm_campaign=watermark INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO – Ano lectivo 2013/2014 Estruturas de Betão II 43 (ii) Se > L (verifica-se em cabos muito curtos, sendo nesse caso a perda de pré-esforço mais condicionante) P P0' P L x p L L Ep Ap PL–pLL=LEpAp P = L L Ep Ap + pL L – comprimento do cabo 1.10.3. Perdas por deformação instantânea do betão A perda de força de pré-esforço média por deformação instantânea (ou elástica) do betão, em cada cabo, pode ser calculada através da seguinte expressão: Pel = Ap Ep j c(t) Ecm(t) onde, Ecm(t) representa o módulo de elasticidade do betão à data da aplicação do pré- esforço; j = (n-1) / 2n , onde n representa o nº de cabos de pré-esforço idênticos, tensionados sucessivamente, existentes na mesma secção transversal; c(t) representa a variação de tensão no betão, ao nível do centro de gravidade dos cabos de pré-esforço, devida ao efeito do pré-esforço (após perdas por atrito e reentrada das cunhas) e de outras acções permanentes actuantes. 1.10.4. Cálculo do alongamento teórico dos cabos de pré-esforço L = 0 L dz = 0 L P Ap Ep dz = 1 Ap Ep 0 L P dz Papós atrito [kN] P0' L x [m] Papós at. (L) L P0' + Papós atrito (L) 2 Ap Ep L Este valor permite um controlo eficaz, em obra, da tensão instalada nos cabos. Document shared on www.docsity.com Downloaded by: telma.dias00 (telmansaimessias@gmail.com) https://www.docsity.com/?utm_source=docsity&utm_medium=document&utm_campaign=watermark INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO – Ano lectivo 2013/2014 Estruturas de BetãoII 44 RESOLUÇÃO DO EXERCÍCIO PE1 (CONT.) ALÍNEA J) 1. Cálculo das perdas por atrito P0 (x) = P0’ e- ( + kx) (Adopta-se = 0.20 e k = 0.004/m) 4.008.00 e1 = 0.15 8.00 e2 = 0.38 e4 = -0.22 4.00 1.00 e6 = -0.10 21 3 4 5 6 Parábola 1 Parábola 2 Parábola 3 Par. 4 Recta e3 = -0.02 e5 = -0.21 Cálculo dos ângulos de desvio (i) Parábola 1 y’(8) = 2 3.59375 10-3 8 = 0.0575 (ii) Parábola 2 y’(8) = 6.25 10-3 2 8 = 0.1 (iii) Parábola 3 y’(4) = 2 0.0125 4 = 0.1 (iv) Parábola 4 y’(1) = 2 0.01333 = 0.02666 Secção x (m) (rad) Papós atrito (kN) % perdas 1 0 0 3906.0 0 2 8 0.0575 3836.7 1.8 3 16 0.1575 3736.7 4.3 4 20 0.2575 3651.0 6.5 5 21 0.2842 3628.7 7.1 6 25 0.2842 3617.1 7.4 Document shared on www.docsity.com Downloaded by: telma.dias00 (telmansaimessias@gmail.com) https://www.docsity.com/?utm_source=docsity&utm_medium=document&utm_campaign=watermark INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO – Ano lectivo 2013/2014 Estruturas de Betão II 45 2. Cálculo das perdas por reentrada das cunhas (i) Determinação do comprimento de reentrada das cunhas () 1ª Iteração 3000 3200 3400 3600 3800 4000 0 5 10 15 20 25 Força de pré-esforço ao longo do cabo, após perdas por atrito x = 8.0m p = 3906 - 3836.7 8 = 8.66 kN/m = L Ep Ap p = 0.006 195 106 20 1.4 10-4 8.66 = 19.4 m 2ª Iteração 3000 3200 3400 3600 3800 4000 0 5 10 15 20 25 x = 20.0m p = 3906 - 3651 20 = 12.75 kN/m (admitindo que a perda por atrito é aproximadamente linear) = 0.006 195 106 20 1.4 10-4 12.75 = 16.03 m (ii) Determinação das perdas por reentrada das cunhas P = 2p = 2 12.75 16.03 = 408.8 kN 408.8 0 8 16.0316 204.8 0.8 408.8 x = 16.03 8.03 x = 204.8 kN 408.8 x = 16.03 0.03 x = 0.8 kN Document shared on www.docsity.com Downloaded by: telma.dias00 (telmansaimessias@gmail.com) https://www.docsity.com/?utm_source=docsity&utm_medium=document&utm_campaign=watermark INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO – Ano lectivo 2013/2014 Estruturas de Betão II 46 Secção x (m) Papós atrito (kN) Preentrada (kN) Papós reentrada (kN) % perdas 1 0 3906.0 408.8 3497.2 10.5 2 8 3836.7 204.8 3631.9 7.0 3 16 3736.7 0.8 3735.9 4.4 4 20 3651.0 0 3651.0 6.5 5 21 3628.7 0 3628.7 7.1 6 25 3617.1 0 3617.1 7.4 3. Cálculo das perdas por deformação instantânea do betão Admitindo que o pré-esforço é aplicado aos 28 dias, Ecm(t = 28) = 33 GPa ; Ep = 195 GPa Pel = Ap Ep j c(t) Ecm(t) = Ap Ep n - 1 2n c(t) Ecm(t) Secção 2 8.00 143.0 Mpp 15.25 Mpp = 656 kNm Mpe = P e = 3631.9 0.38 = 1380.1 kNm + P / A (-)+ I Mpp v (+) (-) (-) (+) Mpe v I c = Mpp v I - P A - Mpe v I = 656 0.38 0.0524 - 3631.9 0.61 - 1380.1 0.38 0.0524 = - 11.2 MPa Pel = 20 1.410-4 195106 2 - 1 2 2 11.2 33103 =46.3 kN P0 (secção 2) = 3631.9 – 46.3 = 3585.6 kN % perdas 8.2% 4. Cálculo do alongamento teórico dos cabos L = 1 Ap Ep 0 L P dx 1 28 10-4 195 106 3906 + 3617.1 2 25 = 0.172m Document shared on www.docsity.com Downloaded by: telma.dias00 (telmansaimessias@gmail.com) https://www.docsity.com/?utm_source=docsity&utm_medium=document&utm_campaign=watermark INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO – Ano lectivo 2013/2014 Estruturas de Betão II 47 1.10.5. Perdas por retracção do betão = Ep cs P Ap = Ep cs P = – Ep Ap cs cs – extensão de retracção do betão ( 3.0 10-4) 1.10.6. Perdas por fluência do betão c = c c Ecm = Ep c P Ap = Ep c c Ecm P = – Ap Ep c c Ecm c – tensão ao nível do cabo de pré-esforço, devido às cargas permanentes e ao efeito do pré-esforço (considerando a força de pré-esforço após perdas imediatas). 1.10.7. Perdas por relaxação da armadura Em armaduras de alta resistência, as perdas a longo prazo devidas à relaxação são da ordem de: Aços de relaxação normal P < 15% Aços de baixa relaxação P < 6% Aços de muito baixa relaxação P = 2 a 4% Segundo o EC2 e para efeitos da caracterização da relaxação, as armaduras de alta resistência agrupam-se em três classes: Classe 1: aço em fio ou cordão, com relaxação normal (1000 = 8%) Classe 2: aço em fio ou cordão, com baixa relaxação (1000 = 2.5%) Classe 3: aço em barra (1000 = 4%) O parâmetro 1000 representa a perda por relaxação às 1000 horas, de um provete tensionado a 70% da rotura e mantido a uma temperatura constante de 20C. A perda de tensão por relaxação pode ser calculada através das seguintes expressões, consoante a classe da armadura: (i) Classe 1: pr = 0.8 5.39 1000 e6.7 t 1000 0.75 (1-) pi 10-5 (ii) Classe 2: pr = 0.8 0.66 1000 e9.1 t 1000 0.75 (1-) pi 10-5 (iii) Classe 3: pr = 0.8 1.98 1000 e8 t 1000 0.75 (1-) pi 10-5 Document shared on www.docsity.com Downloaded by: telma.dias00 (telmansaimessias@gmail.com) https://www.docsity.com/?utm_source=docsity&utm_medium=document&utm_campaign=watermark INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO – Ano lectivo 2013/2014 Estruturas de Betão II 48 onde, pi representa a tensão instalada nas armaduras de pré-esforço após perdas imediatas; t representa o tempo, em horas, para o qual se pretende calcular as perdas de pré- esforço por relaxação (poderá considerar-se t = 500000 horas 57 anos); = pi / fpk Document shared on www.docsity.com Downloaded by: telma.dias00 (telmansaimessias@gmail.com) https://www.docsity.com/?utm_source=docsity&utm_medium=document&utm_campaign=watermark INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO – Ano lectivo 2013/2014 Estruturas de Betão II 49 RESOLUÇÃO DO EXERCÍCIO PE1 (CONT.) ALÍNEA L) 1. Perdas por retracção do betão Considerando cs = - 3.0 10-4, P = Ep Ap cs = 195 106 28 10-4 3.0 10-4 = 163.8 kN 2. Perdas por fluência do betão Secção 2 Considerando c = 2.5 P = Ap Ep c c Ecm = 28 10-4 195 106 6.4 103 2.5 33 106 = 264.7 kN Cálculo de c 8.00 281.3 15.25+14.75=30 Mcp Mcp = 1290 kNm Mpe = 3585.6 0.38 = 1362.5 kNm c = Mcp v I - P A - Mpe v I = 1290 0.38 0.0524 - 3585.6 0.61 - 1362.5 0.38 0.0524 = - 6.40 MPa 3. Perdas por relaxação das armaduras Secção 2 Para aço em fio ou cordão com baixa relaxação, 1000 = 2.5%. pr = 0.8 0.66 1000 e9.1 t 1000 0.75 (1-) pi 10-5 = = 0.8 0.66 2.5 e9.1 0.69 500000 1000 0.75 (1-0.69) 1280.6 10-5 = 38.2MPa pi = 3585.6 28 10-4 = 1280.6MPa = pi fpk = 1280.6 1860 = 0.69 Ppr = 38.2 103 28 10-4 = 107.0 kN Pp,r+s+c = 163.8 + 264.7 + 107.0 = 535.5 kN Psecção 2 = 3585.6 - 535.5 = 3050 kN % perdas diferidas 14.9% Document shared on www.docsity.com Downloaded by: telma.dias00 (telmansaimessias@gmail.com) https://www.docsity.com/?utm_source=docsity&utm_medium=document&utm_campaign=watermark INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO – Ano lectivo 2013/2014 Estruturas de Betão II 50 1.11. VERIFICAÇÃO DA SEGURANÇA NAS ZONAS DAS ANCORAGENS Nas zonas de vizinhança da actuação de cargas concentradas não são válidas as hipóteses da resistência de materiais para peças lineares: a força concentrada é transmitida ao betão sob a forma de tensões elevadas distribuídas na superfície da placa de distribuição da carga, existindo uma zona de regularização entre a secção de aplicação da carga e aquela em que as tensões se distribuem linearmente. Nesta zona, devido à trajectória das tensões principais de compressão, surgem forças de tracção nas direcções transversais.
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