Não perca tempo com verificações SLS
De acordo com o Eurocódigo 1990, os estados limite que dizem respeito a:
- o funcionamento da estrutura ou dos elementos estruturais em utilização normal;
- o conforto das pessoas;
- o aspeto das obras de construção;
devem ser classificados como estados limite de utilização (SLS). Isto inclui deformações, vibrações e danos que afetam o aspeto ou a durabilidade, tais como, por exemplo, fendilhação.
Por outras palavras, estas verificações de estados limite não são condicionadas pela resistência dos elementos da estrutura, mas dizem mais respeito à durabilidade global da estrutura e também ao conforto psicológico das pessoas.
Permitam-me explicar isto com mais detalhe. Onde se sentiria mais confortável? Num edifício novo com paredes já fendilhadas e tetos ou vigas deformadas, cujo estado poderia piorar com o tempo? Ou num edifício com paredes lisas e agradáveis, onde não se nota a ligeira deformação do pavimento? Nem vou tentar adivinhar que toda a gente escolhe o segundo exemplo. E é exatamente por isso que devemos prestar atenção às verificações SLS.
No entanto, todos sabemos que o tempo dos engenheiros estruturais é precioso, pelo que pretendem ser o mais eficientes possível nos seus projetos. Como solução, desenvolvemos novas funcionalidades na aplicação IDEA StatiCa Detail para garantir que os engenheiros que utilizam as nossas ferramentas realizam o dimensionamento e as verificações de forma rápida, económica e segura.
Verificação da limitação de tensões – já não tão limitante
Com que frequência se deparou com resultados insatisfatórios na verificação da limitação de tensões? No meu caso, devo dizer que muitas vezes. E já sabia, na maioria dos casos, que poderiam ter sido ignorados devido à natureza dos resultados.
Um dos problemas mais típicos são os picos de tensão – singularidades que ocorrem geralmente em cantos vivos. Vejamos o que são e por que é importante não confundir uma singularidade com uma concentração de tensões.
À primeira vista, pode notar que não vê diferença entre os dois. No entanto, existem distinções, e deve estar sempre ciente delas. Porque, no final, o dimensionamento global é sempre da responsabilidade do engenheiro responsável e do seu julgamento.
Então, o que é uma singularidade e como podem os engenheiros estruturais distingui-la de uma concentração de tensões?
Uma singularidade de tensão é um ponto da malha onde a tensão não converge para um valor específico, ou seja, teoricamente, o valor da tensão na singularidade é infinito.
É tipicamente:
- Uma área onde é aplicada uma carga pontual.
- Um canto vivo da estrutura.
- Um apoio pontual.
- Cantos de corpos em contacto.
E pode ter a certeza de que é uma singularidade quando:
- Existe uma variação rápida de tensão num elemento da malha.
- O valor da tensão num nó da malha é superior ao valor limite.
- Afeta apenas uma pequena área da estrutura e não se propaga aos elementos adjacentes.
Antigamente, quando lidava com estruturas com singularidades, sabia que em quase todos os casos poderiam ter sido ignoradas pelas razões acima mencionadas, mas não havia forma de o fazer se quisesse obter verificações satisfatórias na aplicação utilizada. Isto significava que tinha de modificar o modelo de várias formas, pelo que passava muito tempo com isso, ou possivelmente aumentar a classe do material ou introduzir armadura adicional.
E é aqui que a aplicação Detail entra em cena com a sua nova funcionalidade de verificação de tensões limitada.
Vejamos como a funcionalidade funciona num exemplo prático. Temos uma viga com extremidade rebaixada e abertura. A ação é uma combinação de uma carga linear e uma carga pontual. Após executar a análise, podemos verificar que a verificação da limitação de tensões para o betão não está OK, com toda a informação necessária.
Após uma análise mais detalhada, é evidente que ambas as situações que descrevi anteriormente ocorreram. Existe uma concentração de tensões no topo da viga sob a placa de apoio da carga pontual e uma singularidade no canto vivo da abertura.
Agora é o momento certo para aplicar o julgamento de engenharia! A singularidade no canto pode ser ignorada sem questão no dimensionamento. Mas e a pequena área com concentração de tensões? O que devo fazer? A primeira coisa é ativar a malha, o que pode ajudar a avaliar o impacto. Se ainda não for claro, posso ir a Definições, definir uma malha mais fina e avaliar novamente.
No entanto, no nosso caso, é visível à primeira vista que a área de concentração de tensões é muito pequena, pelo que, do meu ponto de vista, é aceitável excluí-la também do cálculo.
E pode ser feito de forma bastante simples! Para este efeito, desenvolvemos uma funcionalidade denominada Verificação Limitada. A funcionalidade permite ignorar as áreas insatisfatórias. O que significa isto?
- Em vez das áreas a vermelho com utilização superior a 100%, estas aparecem a branco, e o valor da verificação limite é 100% no caso de um rácio de tensão ou o valor de tensão limite em MPa.
- Além disso, na tabela de verificação global, o círculo vermelho com sinal de cruz é substituído por um triângulo amarelo com ponto de exclamação, representando uma questão informativa, e surge uma não conformidade com uma descrição detalhada.
- Como cereja no topo do bolo, pode visualizar apenas as regiões ignoradas enquanto o restante elemento permanece a branco.
Todas as opções podem ser incluídas no relatório após concluir o processo de modelação e estar satisfeito com o seu dimensionamento. Assim, terá documentação à prova de dúvidas para silenciar quaisquer céticos.
Estruturas pré-esforçadas no IDEA StatiCa
Todos os engenheiros estruturais que trabalham com estruturas de betão pré-esforçado sabem que é muito importante prestar atenção a fases específicas da vida útil das estruturas, especialmente o início e o fim.
Isto porque nenhuma força de pré-esforço é constante. O valor é variável ao longo do comprimento do tendão de pré-esforço e, por último mas não menos importante, no tempo. É evidente que a avaliação correta do valor preciso da força de pré-esforço, e consequentemente das tensões nos tendões, tem um impacto significativo no comportamento da estrutura.
As variações na força de pré-esforço (uma diminuição da força de pré-esforço pode não ocorrer necessariamente!) são causadas por muitos fatores e são designadas por perdas de pré-esforço. Sim, usei o plural corretamente. As perdas de pré-esforço distinguem-se em:
- Perdas a curto prazo
- Perdas a longo prazo
Perdas a curto prazo
As perdas a curto prazo ocorrem geralmente durante o processo de fabrico. As perdas a curto prazo podem ser causadas por, por exemplo, atrito, deslizamento no dispositivo de ancoragem, deformação elástica imediata do betão, relaxação dos tendões, etc.
Perdas a longo prazo
As perdas a longo prazo ocorrem após a aplicação do pré-esforço e podem afetar a estrutura durante toda a sua vida útil. As causas das perdas a longo prazo podem ser consideradas – fluência, retração, relaxação a longo prazo e deformação elástica do betão causada pela aplicação de uma ação variável.
Não é uma tarefa fácil. Ou será que é?
Considerar tudo isto (o que é obrigatório no dimensionamento!) pode levar a ter várias combinações que têm em conta diversos coeficientes de pré-esforço.
É aqui que o IDEA StatiCa Detail entra em destaque pela segunda vez. Graças à nova funcionalidade denominada Perdas a longo prazo para verificação SLS, não precisa de ter um conjunto de combinações e passar horas com o seu modelo a preocupar-se se não se esqueceu de algo.
Tudo o que precisa de fazer na aplicação Detail é definir uma combinação, e consegue cobrir os efeitos a curto e longo prazo para tendões de pré-tensão e de pós-tensão.
Está ansioso para saber como funciona? Vamos descobrir!
É importante saber que para a verificação da limitação de tensões e para obter os resultados dos efeitos a curto e longo prazo na aplicação Detail, utilizamos um diagrama tensão-deformação linear infinito.
Distinguimos dois ramos. Um para efeitos a curto prazo, utilizando o módulo de elasticidade Ecm. E o outro para efeitos a longo prazo, onde a tensão nos tendões é reduzida em incrementos para o pré-esforço e para a carga permanente pelo valor definido de perdas a longo prazo. O incremento da ação variável considera Ecm.
Como definir corretamente o valor das perdas a longo prazo? Podemos fornecer algumas definições predefinidas; no entanto, cabe novamente aos engenheiros estruturais decidir qual o valor que irão utilizar para o cálculo.
Tenha em atenção que o valor difere para tendões de pré-tensão e tendões de pós-tensão. Isto deve-se ao momento exato para o qual deve definir o valor da perda. Consulte o artigo Implementação de perdas a longo prazo no Detail, onde pode encontrar uma descrição mais detalhada do tema e, mais importante, qual é o momento adequado para definir a estimativa das perdas a longo prazo no cálculo.
Se estiver interessado em mais novas funcionalidades do IDEA StatiCa 23.0 (talvez não apenas para betão, mas também para aço ou ligações BIM), visite a nossa página de Notas de versão.
O IDEA StatiCa Detail é uma excelente ferramenta para resolver os seus detalhes de betão e outras regiões de descontinuidade. Saiba mais sobre as suas possibilidades no nosso Centro de Suporte, onde também pode aprender a utilizá-lo em muitos tutoriais, ver os nossos engenheiros de produto em ação num dos nossos webinars ou descarregar um projeto de exemplo.
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Para os que estão ainda mais interessados na teoria e no método CSFM subjacente à aplicação Detail, aceda ao Enquadramento teórico do IDEA StatiCa Detail e aprofunde os seus conhecimentos.
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