Dimensionamento de Estruturas Helicoidais em Betão Armado
10 Setembro, 2010.
A consideração de vigas helicoidais nas estruturas resistentes de edificações é muito rara, embora sejam reconhecidos os seus atractivos arquitectónicos em rampas, passadiços para peões ou ciclistas e escadas.
Correntemente, a atitude do Engenheiro que aborda o cálculo de tais estruturas é transformá-las num conjunto de elementos de eixo rectilíneo cujo comportamento conhece melhor e consegue modelar matematicamente. Muitas vezes este procedimento é aceite ou porque não existem condicionamentos arquitectónicos impeditivos ou porque é possível usar esquemas estruturais grosseiros do lado da segurança sem que tal implique um grande aumento do custo da obra. Quando os efeitos da curvatura são importantes e ainda mais quando, além disso, existe uma inclinação não desprezável, impõe-se uma análise mais rigorosa. O projectista pode recorrer às poucas tabelas de cálculo existentes ou, se tal não é possível, pode usar um programa de cálculo automático de estruturas recticuladas espaciais, que no entanto, geralmente só está preparado para barras de eixo rectilíneo e portanto implica a discretização da estrutura helicoidal num conjunto de barras rectas no espaço.
Em vigas de eixo rectilíneo horizontal , a determinação do traçado e o cálculo da força de préesforço são problemas planos. Para vigas helicoidais, assim como para vigas curvas planas, estes problemas passam a ser tridimensionais.
A curvatura do eixo das barras faz com que surjam momentos torsores que são tanto mais importantes quanto maiores forem os ângulos ao centro. Acontece que é muito difícil, ou mesmo impossível, encontrar traçados igualmente eficazes para a flexão e para a torção.
Verifica-se muitas vezes que um traçado favorável à flexão agrava o problema da torção e vice-versa.
A previsão dos efeitos do préesforço é também dificultada pela curvatura e pelo empenamento das vigas. Os cabos têm quase sempre dupla curvatura, o que faz com que a análise recorrendo ao conceito de cargas equivalentes seja mais difícil. Além da carga de desvio vertical, que pode ser excêntrica, aparece também numa carga de desvio horizontal, também ela excêntrica.
O dimensionamento de peças de betão armado pré-esforçado é geralmente condicionado pela verificação da segurança em relação aos estados limites de utilização, nomeadamente aos estados limites de fendilhação. O valor do pré-esforço e a geometria dos cabos são determinados de modo a não ocorrer descompressão do betão para as combinações de acções frequentes ou quase permanentes conforme a agressividade do meio. Até ser atingido este estado limite, a peça de betão encontra-se em estado não fendilhado e comporta-se em regime linear elástico.
Quanto à verificação da segurança em relação aos estados limites últimos, ela é feita comparando os esforços de cálculo nela actuantes com as capacidades resistentes da secção. O préesforço é tratado como uma armadura resistente e os esforços de cálculo devidos às cargas e ao efeito hiperstático do pré-esforço são obtidos multiplicando pelos convenientes coeficientes de segurança os valores fornecidos pelo cálculo elástico, permitindo assim o uso desta metodologia de cálculo também para o estudo à rotura.
As perdas de pré-esforço têm para o caso de vigas helicoidais grande importância, dada a dupla curvatura dos cabos. O dimensionamento é efectivamente executado admitindo um valor constante do pré-esforço de compressão, obviamente a tempo infinito.
Autor: Rui Manuel Teixeira Rego de Oliveira
Excerto Adaptado
