Alcance o impossível, especificamente no dimensionamento de ancoragens

Poder-se-ia dizer: "Basta dimensionar o que a norma nos permite explicitamente." Mas façamos uma verificação da realidade: simplesmente não é assim que funciona, seja pelos espaços reduzidos ou pelos requisitos técnicos e arquitetónicos. E assim, as ancoragens que poderiam ser consideradas "no limite" (figurativamente) – ou melhor dito, tipos específicos de ancoragem – podem ser vistas em todo o lado. Muitos casos são calculados e verificados com precisão através de métodos mais avançados (mesmo que isso possa ter demorado um tempo excessivamente longo). No entanto, muitos casos provavelmente não foram avaliados com o rigor que merecem. 

A IDEA StatiCa tem vindo a transformar e a impulsionar o dimensionamento de ligações de aço, elementos de aço e betão, e detalhes de betão há algum tempo. Não se trata de simplificar o fluxo de trabalho através do cálculo informatizado, mas principalmente dos métodos inovadores que nos permitem dimensionar o que antes era impensável. A nossa mais recente conquista, o lançamento do IDEA StatiCa Detail para 3D, alarga novamente as possibilidades de dimensionamento para além do que era possível anteriormente.

Quer pertença ao grupo que luta com dimensionamentos de ancoragens durante dias, ou que se baseia apenas na experiência mas depois não dorme descansado, continue a ler.

Portas para novas possibilidades

Se está envolvido no dimensionamento de ancoragens em estruturas, provavelmente consegue pensar em vários casos que lhe deram trabalho. Aqui estão alguns exemplos que identificámos recentemente como muito difíceis de dimensionar utilizando apenas práticas normativas. Mas, com a ajuda das nossas ferramentas IDEA StatiCa Connection e Detail, está a tornar-se possível dimensionar num período de tempo razoável.

Figura 1: Múltiplas ancoragens num único bloco de betão

• Ancoragem próxima da borda – A ancoragem próxima da borda é quase impossível de dimensionar sem armadura, devido ao modo como o betão rompe (rotura em cone e outros). A avaliação de ancoragens em betão armado é por si só trabalhosa – consulte este artigo para mais detalhes: Já não tem de lutar com o dimensionamento de ancoragens. No entanto, o Detail (modo 3D) foi especificamente concebido para estes casos – betão armado. Ao adicionar armadura, podemos prevenir modos de rotura que de outra forma ocorreriam em betão simples. Ao mesmo tempo, a utilização de um método avançado de Elementos Finitos (CSFM 3D) e a sua implementação no Detail torna uma tarefa muito complexa relativamente simples.

Figura 2: Exemplos de ancoragem próxima de uma borda no Connection (incluindo elementos de aço) e no Detail (incluindo armadura)

• Múltiplas ancoragens próximas entre si – O problema com ancoragens próximas é que os cones interagem entre si. Nenhum guia pode aconselhar-nos diretamente sobre como avaliar estes casos. Na literatura correntemente utilizada, seja a EN ou o guia fib, encontramos apenas condições e limitações que podemos considerar de forma conservadora. Simplesmente aconselham a utilizar distâncias que nos permitam avaliar os cones individualmente. Mas assim que não cumprimos estas condições, estamos perdidos. No entanto, no Detail, uma vez que dispomos de um método avançado baseado em Elementos Finitos, podemos analisar o comportamento complexo.

Figura 3: Múltiplas ancoragens numa parede

• Múltiplas ancoragens em geral (apoio de ponte numa fundação comum) – Uma situação típica causada pela ação do vento, em que um pilar de um apoio de treliça é solicitado à tração e o outro à compressão. Existe uma interação mútua entre o cone de betão do grupo de âncoras em tração e a carga de compressão do outro pilar. Para este caso, o Eurocódigo não oferece uma solução analítica satisfatória, não só porque é inerentemente necessário armar a fundação de betão, pelo que deve ser utilizada uma análise mais avançada como o Detail e o seu CSFM 3D.

Figura 4: Ancoragem de uma ponte de tubagens, dimensionada pela FEVIA s.r.o

• Consideração da armadura existente em renovações – Quaisquer renovações ou ampliações podem ser outro exemplo interessante da utilização de ancoragens no Detail, uma vez que, idealmente, a armadura existente é incluída. 

Problemas que surgem

Em resumo:

O Eurocódigo especifica modos de rotura tanto à tração como ao corte para âncoras e betão:

Figura 5: Esquema dos modos de rotura – Design of Steel-to-Concrete Joints Design Manual II

A EN 1992-4 é especificamente dedicada à avaliação detalhada do betão simples. A maioria destas roturas do betão pode ser prevenida com a adição de armadura, o que é mesmo necessário em alguns casos (ver exemplos acima). No entanto, a norma já não nos fornece orientações claras sobre como lidar com esta situação.

Outro problema surge quando os cones de betão interagem entre si – o Eurocódigo e outra literatura (fib bulletin 58) apenas fornecem condições para quando e como estes cones podem ser verificados separadamente.

Figura 6: CEB-FIB: Bulletin 58 – Design of anchorages in concrete (2011), cap. 1.2

Conhecemos os problemas que podem ocorrer durante o dimensionamento, mas o que fazer a respeito? Desistir ou...

...encontrar uma solução.

A solução 

O Detail pode resolver os casos acima de forma muito eficiente. Permite a avaliação da influência da armadura na capacidade de carga e também permite a avaliação dos casos não cobertos pela norma. Em combinação com o Connection, é então possível obter verificações normativas completas para todos os tipos de roturas. 

Muito já foi escrito sobre ambas as aplicações, mas certamente não é demais acrescentar uma breve comparação e alguns recursos para uma compreensão mais aprofundada dos métodos:

• IDEA StatiCa Connection – focado na avaliação de ligações de aço, incluindo ancoragens em betão. As âncoras são verificadas de acordo com fórmulas empíricas em conformidade com a norma. O bloco de betão é modelado utilizando o esquema "Winkler", pelo que a avaliação possível é apenas para betão simples.
• IDEA StatiCa Detail – O modelo no Detail é baseado em elementos finitos, incluindo a armadura. Devido à hipótese fundamental de que toda a tração é transferida pela armadura (no betão, a tração é desprezada), a solução é adequada apenas para betão armado. Utilizando o CSFM 3D, obtemos as tensões do betão e da armadura/âncoras, que são avaliadas com os valores limite do Eurocódigo. Além disso, obtemos uma ideia realista do comportamento da estrutura, como fluxos de tensões e deformações. O método CSFM 3D inclui os efeitos do estado triaxial de tensões. 

Figura 4: Comparação entre Connection e Detail (dados de entrada e modelos)

Como referido, é necessária uma combinação de ambos para uma avaliação completa. Para um trabalho eficiente, está disponível uma importação do Connection para o Detail, incluindo parâmetros adicionais e cargas. 

Para compreender o método, pode consultar o Enquadramento Teórico. Para conhecer as funcionalidades, consulte as Notas de Versão. 

O que vai fazer?

O Detail 3D (com CSFM) representa um passo significativo em frente, permitindo o dimensionamento de casos mais complexos com confiança. Embora alguns possam sentir apreensão perante esta evolução, as tecnologias ao nosso dispor permitem-nos alcançar mais do que nunca – então porque não abraçar o seu potencial? O progresso é natural e inevitável.

Na IDEA StatiCa, vemos a ancoragem apenas como o início. É o primeiro caso que verificámos completamente, e estamos empenhados em expandir o nosso foco para outros desafios no futuro.

A questão é: Vai adaptar-se a estes avanços, ou vai resistir à mudança?