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Torção

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Traduzido por IA do inglês

Pressupostos de cálculo

O comportamento de uma secção de betão armado sujeita a torção pode ser dividido em duas categorias — antes e depois do momento em que se espera que as fissuras possam ocorrer pela primeira vez. Antes da fissuração, a secção transversal comporta-se como um material elástico. A tensão de torção pode ser expressa pela fórmula   

 τ= TEdWt\tau =~\frac{{{T}_{Ed}}}{{{W}_{t}}}τ= Wt​TEd​​ 

onde Wt é o módulo de secção à torção.

As fissuras no elemento não armado devidas à tensão principal de tração por torção constituem também um estado limite último. O comportamento de uma secção de betão armado sujeita a torção pode ser descrito com base numa secção fechada de parede fina, ver Fig. abaixo. 

Equivalent thin-walled cross-section.\textsf{\textit{\footnotesize{\qquad Equivalent thin-walled cross-section.}}}Equivalent thin-walled cross-section.

Procedimento de cálculo

O processo de verificação normativa de uma secção de betão armado à torção é muito semelhante à verificação ao corte. Em primeiro lugar, verifica-se a resistência do betão. Se a verificação do betão for satisfeita, a armadura pode ser dimensionada utilizando as regras de pormenorização. Caso contrário, é necessário verificar a armadura e a resistência das diagonais comprimidas por cálculo.

Process diagram for torsion check.\textsf{\textit{\footnotesize{\qquad Process diagram for torsion check.}}}Process diagram for torsion check.

Resistência

O fluxo de corte numa parede de uma secção transversal de parede fina sob torção pode ser expresso como:

τttef= TEd2Ak{{\tau }_{t}}{{t}_{ef}}=~\frac{{{T}_{Ed}}}{2{{A}_{k}}}τt​tef​= 2Ak​TEd​​

A força de corte numa parede de uma secção transversal de parede fina pode ser expressa como:

V=τttefzV={{\tau }_{t}}{{t}_{ef}}zV=τt​tef​z

Onde 

τ          Fluxo de corte na parede,

tef         é a espessura efetiva da parede,

z           é o comprimento do lado da parede,

TEd       é o momento de torção,

Ak        é a área delimitada pelas linhas médias das paredes de ligação, incluindo as áreas ocas interiores.

O momento de fissuração por torção, que pode ser determinado substituindo fctd na expressão anterior. Assim obtemos a expressão para a resistência à torção sem armadura de torção.

TRd,c=2Akteffctd{{T}_{Rd,c}}=2{{A}_{k}}{{t}_{ef}}{{f}_{ctd}}TRd,c​=2Ak​tef​fctd​

onde  fctd       valor de cálculo da resistência à tração axial do betão

Principles of Truss analogy for member under torsion moment.\textsf{\textit{\footnotesize{\qquad Principles of Truss analogy for member under torsion moment.}}}Principles of Truss analogy for member under torsion moment.

A resistência do elemento com armadura de torção é composta pela resistência das diagonais comprimidas de betão, baseada novamente no método da analogia de treliça. A tensão de compressão na diagonal pode ser expressa com o auxílio da força de corte na parede de uma secção transversal de parede fina na superfície da parede em consideração, ou seja:

σc=TEdz2Aksin⁡θz tefcos⁡θ=TEd2Aktefsin⁡θcos⁡θ{{\sigma }_{c}}=\frac{\frac{{{T}_{Ed}}z}{2{{A}_{k}}\sin \theta }}{z~{{t}_{ef}}\cos \theta }=\frac{{{T}_{Ed}}}{2{{A}_{k}}{{t}_{ef}}\sin \theta \cos \theta }σc​=z tef​cosθ2Ak​sinθTEd​z​​=2Ak​tef​sinθcosθTEd​​

Substituindo σc=σcwfcd e TEd=TRd,max e expressando TRd,max obtemos a equação para a resistência das diagonais comprimidas

TRd,max=2 ν αcw fcd Ak tef sin⁡θ cos⁡θ{{T}_{Rd,max}}=2~\nu ~{{\alpha }_{cw}}~{{f}_{cd}}~{{A}_{k}}~{{t}_{ef~\sin \theta ~\cos \theta }}TRd,max​=2 ν αcw​ fcd​ Ak​ tef sinθ cosθ​

onde  

ν          = 0,6 para fck ≤ 60MPa ou  para fck > 60MPa

αcw       coeficiente que tem em conta o estado de tensão de compressão no banzo comprimido

fcd        valor de cálculo da resistência à compressão do betão

a resistência da armadura de corte sujeita a torção baseia-se novamente na tensão na diagonal comprimida. A força no estribo é igual à tensão na diagonal comprimida na área correspondente à linha de estribos em causa, ou seja:

Aswfywd=TEd2Aktefsin⁡θcos⁡θ tef ssin⁡2θ=TEd s2Akcot⁡θ {{A}_{sw}}{{f}_{ywd}}=\frac{{{T}_{Ed}}}{2{{A}_{k}}{{t}_{ef}}\sin \theta \cos \theta }~{{t}_{ef}}~s{{\sin }^{2}}\theta =\frac{{{T}_{Ed}}~s}{2{{A}_{k}}\cot \theta }~Asw​fywd​=2Ak​tef​sinθcosθTEd​​ tef​ ssin2θ=2Ak​cotθTEd​ s​ 

Substituindo  TEd=TRd,s e expressando TRd,s  obtemos a equação:

 TRd,s=2AkAswfywds cot⁡θ{{T}_{Rd,s}}=2{{A}_{k}}\frac{{{A}_{sw}}{{f}_{ywd}}}{s}~\cot \thetaTRd,s​=2Ak​sAsw​fywd​​ cotθ 

Se a quantidade de armadura longitudinal e de corte for conhecida, podemos definir o ângulo θ pela expressão

tan⁡2θ=AswfywdsAslfyduk{{\tan }^{2}}\theta =\frac{\frac{{{A}_{sw}}{{f}_{ywd}}}{s}}{\frac{{{A}_{sl}}{{f}_{yd}}}{{{u}_{k}}}}tan2θ=uk​Asl​fyd​​sAsw​fywd​​​ 

Substituindo em TRd,s obtemos

TRd,s=2AkAswsfywd Asluk fyd{{T}_{Rd,s}}=2{{A}_{k}}\sqrt{\frac{{{A}_{sw}}}{s}{{f}_{ywd~}}\frac{{{A}_{sl}}}{{{u}_{k}}}~{{f}_{yd}}}TRd,s​=2Ak​sAsw​​fywd ​uk​Asl​​ fyd​​  

Onde

Asw      área da armadura de corte

s           é o espaçamento radial dos estribos da armadura de corte

fywd      é a resistência de cálculo efetiva da armadura de corte

Asl       área da armadura longitudinal

uk         é o perímetro exterior da secção transversal

fywd      é a resistência de cálculo efetiva da armadura longitudinal

A força na armadura longitudinal pode ser deduzida da força de corte numa parede de uma secção sujeita a um momento de torção puro, que é dada por:

V=TEd2AkukV=\frac{{{T}_{Ed}}}{2{{A}_{k}}}{{u}_{k}}V=2Ak​TEd​​uk​

Essa força é transformada na direção longitudinal e obtemos:

Fl=TEduk2Ak tan⁡θ{{F}_{l}}=\frac{{{T}_{Ed}}{{u}_{k}}}{2{{A}_{k}}~\tan \theta }Fl​=2Ak​ tanθTEd​uk​​

O intervalo permitido de valores para o ângulo θ é semelhante ao da verificação ao corte, ou seja 1 < cot θ < 2,5. A dependência entre as resistências pode ser observada na Fig. abaixo. O diagrama mostra que com o aumento do ângulo θ a resistência TRd,max aumenta, a resistência TRd.s diminui e a resistência TRd,c é constante, uma vez que não se baseia no método da analogia de treliça.

Zaˊvislost uˊnosnosti pru˚rˇezu v kroucenıˊ na uˊhlu θ.\textsf{\textit{\footnotesize{\qquad Závislost únosnosti průřezu v kroucení na úhlu θ.}}}Zaˊvislost uˊnosnosti pru˚rˇezu v kroucenıˊ na uˊhlu θ.

Cálculo das características da secção transversal para a torção

Para verificar a secção transversal à torção é necessário estabelecer uma denominada secção fechada equivalente de parede fina. Na determinação das dimensões da secção transversal equivalente de parede fina assume-se uma forma retangular. Para a área real de um retângulo tem-se A = b×h e para o perímetro do retângulo u =2 (b +h). Utilizando estas duas equações é possível obter a área e o perímetro alternativos da secção transversal original em forma de retângulo de parede fina. Resolvendo duas equações com duas incógnitas obtemos:

b=−u±u2−16A−4  ⁣ ⁣  ⁣ ⁣ b=\frac{-u\pm \sqrt{{{u}^{2}}-16A}}{-4}\text{ }\!\!~\!\!\text{ }b=−4−u±u2−16A​​   

h=(u−2b)2h=\frac{\left( u-2\text{b} \right)}{2}h=2(u−2b)​

A espessura da parede da secção efetiva pode ser definida a partir do perímetro e da área da secção como:

t=A/ut=\text{A}/\text{u}t=A/u

Em seguida, a área e o perímetro definidos pela linha média da secção efetiva:

Ak=(h−t)  ⁣ ⁣  ⁣ ⁣ (b−t)  ⁣ ⁣  ⁣ ⁣ {{A}_{k}}=\left( \text{h}-\text{t} \right)\text{ }\!\!~\!\!\text{ }\left( \text{b}-\text{t} \right)\text{ }\!\!~\!\!\text{ }Ak​=(h−t)   (b−t)   

uk=2((h−t)+  ⁣ ⁣  ⁣ ⁣ (b−t)){{u}_{k}}=2\left( \left( \text{h}-\text{t} \right)+\text{ }\!\!~\!\!\text{ }\left( \text{b}-\text{t} \right) \right)uk​=2((h−t)+   (b−t))

O problema com este método ocorre para secções transversais do tipo T com uma laje larga, quando a área total e o perímetro são utilizados para calcular as dimensões (incluindo essa laje). Em versões futuras do programa IDEA RCS, será possível selecionar a parte mais maciça da secção transversal, que será utilizada para verificar a torção.