Vigas metálicas protendidas : análise estática, modal e de ruptura do cabo de protensão e aplicativo computacional para projetos

Abstract

Atualmente, a grande competitividade existente no mercado da construção civil motiva estudos na busca de novos materiais e novas tecnologias. Tendo em vista o potencial de consumo do aço e as vantagens do seu emprego, torna-se importante a investigação de tecnologias para o seu melhor aproveitamento e utilização. Assim sendo, este estudo sobre a protensão de vigas de aço pretende contribuir para o aumento do uso das estruturas metálicas no mercado atual. A técnica da protensão é largamente conhecida e utilizada em estruturas de concreto, onde serve para reduzir os esforços de tração, ou até mesmo fazer a peça trabalhar apenas à compressão, obtendo-se, assim, um aproveitamento maior da capacidade resistente da seção de concreto. Já nas vigas de aço, a protensão pode ser usada com a finalidade de reforçar e recuperar estruturas metálicas existentes, e também podem servir para projetos de passarelas e pontes, como opção para atender imposições construtivas de limitação de altura de viga, ou ainda serem usadas em projetos arquitetônicos de grandes vãos. Este trabalho analisa o comportamento estrutural de vigas de aço protendidas, em perfil tipo I, indicando diretrizes para a utilização dessa técnica, e desenvolve um aplicativo para projetos e verificações de tais elementos. Este aplicativo, além de avaliar o perfil metálico de acordo com a NBR8800/1986, calcula a força e as perdas de protensão, o número de cabos e as possíveis instabilidades. Realiza-se, também, a análise das freqüências naturais e dos modos de vibração da viga metálica protendida e, ainda, a análise do comportamento dinâmico, via método dos elementos finitos e formulações analíticas, com transformadas de Laplace, numa simulação de rompimento súbito dos cabos de protensão. _________________________________________________________________________________ ABSTRACT

The great competitiveness observed in the civil construction market encourages, nowadays, researches on new materials and technologies. Due to the potential for an increase in steel use and its inherited advantages in front of other materials, it is important to bring new technologies for an effective use of steel structures in the building industry. Therefore, this research on prestressed steel beams aims to increase the consumption of steel structures in the current marketplace. The pretension technique is already largely known and commonly used on concrete. With this technique, the ultimate capacity of prestressed concrete sections can be substantially increased, and concrete cracks prevented or at least reduced. Prestressed steel beams may be used to reinforce or even to recover existing steel structures, they also may be used in road bridges or in bridges for pedestrians and are good options to comply with limitations imposed on the beam height, or to assist architects and engineers to overcome large spans. This study analyzes the structural behavior of prestressed beams made of steel section of type I, establishing some guidelines for the appropriate use of the pretension technique, and develops a software for the design and verification of prestressed steel beams. The software checks the beam section according to the Brazilian NBR8800/1986 code specifications and also determines the pretension force to apply in the steel beam, the prestress losses, the number of cables required and the possible steel section instabilities. This research also presents, with the help of the finite element method and analytical formulations with Laplace’s transform, the study of the natural frequencies and vibration modes of the beam and also the dynamic behavior of the prestress beam under a sudden break of the pretension cables.