Análise de Estruturas de Betão Armado Pré-Esforçado

A adopção de soluções estruturais de betão armado pré-esforçado cada vez mais arrojadas e ao mesmo tempo mais económicas, envolvendo técnicas progressivamente mais complexas, conduz à necessidade de utilizar modelos que descrevam o mais realisticamente possível o comportamento estrutural durante as várias fases da construção dando assim ao projectista de estruturas, de uma forma rápida e fiável, um valor adequado da segurança revelada pela estrutura de betão armado em estudo.

Na análise e dimensionamento de estruturas de betão armado e pré-esforçado, são conhecidas as limitações exibidas pelos métodos clássicos baseados no modelo de comportamento elástico linear dos seus materiais. A adopção frequente de simplificações, como resultado de modelos menos adequados para representar a resposta estrutural, pode conduzir a um agravamento no custo da construção, sobretudo quando se lida com casos pouco correntes. As insuficiências dos métodos clássicos mencionados são reconhecidas na actual regulamentação portuguesa através da aceitação de técnicas de análise plástica limite, de forma a avaliar com mais rigor o respectivo grau de segurança. No entanto, tal análise encerra ainda de algumas limitações, nomeadamente, a descrição do comportamento da estrutura durante a vida da obra, não definindo, por exemplo, o que se passa durante a sua fase de serviço.

Na Mecânica Estrutural, os problemas de análise e de dimensionamento consistem na determinação da distribuição de tensões e de deslocamentos na estrutura. As equações regentes do fenómeno são estabelecidas tendo em conta a geometria da peça, as acções actuantes, as condições de apoio e as propriedades dos materiais constituintes. O progresso observado nestes últimos anos dos meios informáticos e o uso de relações constitutivas mais elaboradas tomaram o Método dos Elementos Finitos numa técnica preferencial na resolução dessas equações e no desenvolvimento de modelos de análise não linear, como mostram os inúmeros trabalhos apresentados nas últimas décadas sobre esta matéria. De facto, ao permitir usar uma modelação do comportamento mecânico dos materiais que descreva com grande rigor a resposta global da estrutura desde o início do carregamento até ao colapso, este método tornou-se numa poderosa ferramenta no projecto de estruturas.

A importância da história do carregamento, através de sucessivas cargas e descargas e as geometrias e as condições de apoio apresentadas pela maioria das estruturas pré-esforçadas, tornam os métodos tradicionais inadequados, apresentando-se a utilização dos modelos não lineares, muitas vezes, como a única alternativa credível de avaliação rigorosa do grau de segurança.

A complexidade de certas peças pré-esforçadas exige a utilização de modelos que tenham em conta as grandes variações do comportamento dos materiais.
Devem ainda representar convenientemente a acção do pré-esforço e a respectiva armadura.

Uma análise detalhada do comportamento estrutural é possível com a utilização de modelos numéricos que fornecem uma plataforma para a compreensão do funcionamento das estruturas e para o seu dimensionamento.
Na Mecânica Estrutural, tal como em outros domínios, apesar da complexidade da geometria, das acções, das propriedades dos materiais e das ligações ao exterior da estrutura, a resolução aproximada das equações diferenciais regentes do fenómeno através do Método dos Elementos Finitos (MEF) é possível de uma forma relativamente simples, com recurso a pequenos meios informáticos.

O uso de modelos menos adequados para representar 0 comportamento do betão é frequentemente um dos factores limitativos na análise estrutural. Por isso, a formulação de equações que traduzam os diversos factores que afectam os resultados desta análise são de importância fundamental.

A importância fundamental dos dados obtidos por ensaios experimentais na formulação de modelos matemáticos do comportamento mecânico do betão exige que estes incluam: um critério de resistência máxima que caracterize a capacidade portante máxima do material para qualquer estado de tensão, um conjunto de relações tensões-deformações que define a sua resposta ao carregamento e um modelo de fendilhação que caracterize 0 aparecimento e a formação das fendas e a influência das armaduras na sua propagação.

O projecto de estruturas de betão armado pré-esforçado deve cumprir com segurança as condições de adequado funcionamento em serviço e de capacidade última de carga. De facto, o conhecimento do comportamento da estrutura para a história de carregamento ao longo do seu período de vida é de importância fundamental para o projectista. Por isso, a determinação rigorosa do grau de segurança exige, sobretudo em peças pouco comuns, a adopção de modelos que garantam uma análise adequada, nos quais se inserem os modelos de análise não linear.

Autor: António Abel Ribeiro Henriques
Excerto Adaptado
Imagens: Webcor Builders, Archiexpo

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