Mai multă pretensionare nu înseamnă întotdeauna mai multă rezistență!

După cum probabil știți, verificarea la Starea Limită Ultimă indică cât de multă încărcare poate suporta o structură înainte de cedare. Este valabil că efectele încărcărilor sunt preluate de o pereche de forțe interioare pe un braț de pârghie.

Nu contează dacă este vorba de beton precomprimat sau armat. Cu aceeași cantitate de oțel și aceeași limită de curgere, structurile precomprimate și cele armate suportă aceeași încărcare înainte de atingerea capacității portante. Tensiunea suplimentară de compresiune din betonul precomprimat nu ajută structura să reziste mai mult timp. Deci care este toată agitația?

Să analizăm mai îndeaproape

Prin pretensionare, adăugăm tensiuni de compresiune în beton, modificând semnificativ comportamentul materialului. Formarea fisurilor este întârziată deoarece rezerva de tensiune rezistă primei încărcări. Cu alte incremente de încărcare, betonul atinge o stare de decompresiune. Ulterior, betonul rezistă la întindere până când rezistența la tracțiune este depășită.

Formarea fisurilor are loc, prin urmare, mult mai târziu față de betonul armat. De asemenea, dezvoltarea fisurilor este mai lentă pentru aceeași încărcare și cu deschideri mai mici ale fisurilor în betonul precomprimat. Acest lucru este important din cauza coroziunii armăturii. Dar este legat și de rigiditatea structurii. Rigiditatea mai mare a structurilor precomprimate conduce la deformații mai mici.

În figura de mai jos, puteți vedea o comparație teoretică a elementelor precomprimate și armate încărcate de o forță axială de întindere exterioară. Se presupune că toronii și armătura sunt din același oțel cu aceeași limită de curgere. Cantitatea corespunde, de asemenea, una alteia. Singura diferență este că toronii sunt tensionați.

• Starea 1 - Se aplică primul increment de încărcare. Betonul precomprimat utilizează rezerva de tensiune. Betonul armat rezistă și el până când rezistența la tracțiune este depășită. 
• Starea 2 - Odată ce rezistența la tracțiune în betonul armat este depășită, apar fisuri. În acel moment, gradul de utilizare al armăturii crește, împreună cu deformația. În schimb, în betonul precomprimat, rezerva de tensiune contracarează în continuare efectele.
• Starea 3 - Odată ce rezistența la tracțiune în betonul precomprimat este depășită, apar fisuri. În acel moment, gradul de utilizare al armăturii crește, împreună cu deformația, ca și în cazul betonului armat.
• Starea 4 - Limita de curgere a oțelului este depășită.

Aceasta implică faptul că am obține teoretic cedările simultan pentru ambele structuri. Cu alte cuvinte, tensiunea suplimentară de compresiune nu afectează verificările la SLU.

În schimb, fisuri și deformații semnificative ar apărea mult mai devreme cu aceeași încărcare în structura armată față de cea precomprimată. Și astfel, proiectul nu ar satisface verificările la Starea Limită de Serviciu.

Este, de asemenea, corect să menționăm că, pe lângă avantajele de mai sus ale betonului precomprimat, putem influența distribuția forțelor interioare prin poziția elementelor precomprimate. Aceasta este utilizată pe scară largă în cazul structurilor post-tensionate.

Teoria în practică

Să verificăm cum corespunde logica cu rezultatele din aplicația IDEA StatiCa. Vom observa două exemple în IDEA StatiCa Detail. Primul exemplu este grinda pre-tensionată, iar al doilea este identic, cu excepția pretensionării.

Spre deosebire de cazul teoretic, elementul este acum încărcat și cu un moment încovoietor. Am experimenta o deformație mult mai mare chiar înainte de cedare. În rest, principiul ar trebui să rămână același.

IDEA StatiCa Detail

Figura de mai jos prezintă gradul de utilizare al betonului, armăturii și toronilor. Ambele structuri pot prelua încărcarea aplicată. Așa cum ne-am așteptat, verificările la SLU, chiar și pentru grinda armată, au fost satisfăcute cu un grad de utilizare similar. 

O diferență semnificativă apare la verificările SLS.

Fisurile sunt mai dezvoltate în betonul armat și, după cum s-a menționat anterior, aceasta afectează rigiditatea structurilor și, prin urmare, deformația.

De ce trebuie să știu? 

Este esențial să menționăm că acesta este un exemplu teoretic. În utilizarea practică, nu am putea arma elementul cu armătură cu aceleași proprietăți. De asemenea, nu ar fi funcționat din cauza criteriilor de Serviciu. Deci de ce este important?

O înțelegere corectă a comportamentului betonului precomprimat simplifică utilizarea acestuia. Este esențial să putem decide dacă este mai bine să adăugăm forță de pretensionare sau mai mulți toroni pretensionați/armături pretensionate de post-tensionare. Sau să modificăm proiectul.

Cu cunoștințele potrivite, pretensionarea ne ajută să depășim distanțe mai mari folosind mai puțin material și cu forme mai elegante. Fie în ingineria civilă, în cazul podurilor (în principal proiecte de beton post-tensionat), fie în ingineria structurală, în cazul grinzilor precomprimate și al plăcilor post-tensionate.

Ce aplicație este potrivită pentru proiectarea pretensionării?

Pentru proiectarea elementelor precomprimate generale (pre- sau post-tensionate), puteți utiliza aplicația IDEA StatiCa Beam. Aceasta oferă soluția, inclusiv fazele de execuție și calculul pierderilor.

Recomandăm utilizarea aplicației IDEA StatiCa Detail și nu numai pentru zonele de discontinuitate.