Resolver qualquer elemento de betão pré-fabricado

Bem, de facto, é! 

Como, pergunta? 

Com o conjunto adequado de ferramentas poderosas e fáceis de utilizar, que lhe permitem percorrer o processo de dimensionamento de forma fluida e eficiente, cobrindo toda a estrutura desde a cobertura até às fundações, claro.

Estou convicto de que, após ler este artigo, dirá adeus aos fastidiosos cálculos manuais, às intermináveis folhas de cálculo Excel com milhares de linhas à espera de um erro de digitação numa fórmula, às estimativas para poupar tempo precioso e, por último mas não menos importante, à utilização de aplicações simplificadas que não cobrem tudo o que é necessário.

Aprenderá a verificar lajes alveolares compostas, vigas pré-fabricadas com aberturas, consolas, pilares e fundações. Tudo isto é feito com a consideração automática dos efeitos reológicos, como a fluência e a retração, através da Análise Dependente do Tempo (TDA), com o software, e cobrindo todas as regiões de descontinuidade utilizando o Método do Campo de Tensões Compatível (CSFM) de classe mundial.

Por isso, prepare-se e aproveite esta viagem de aprendizagem comigo!

Resolva estruturas desde a cobertura até às fundações em pouco tempo!

Ainda me lembro das dificuldades que tive para concluir o dimensionamento de uma estrutura pré-fabricada para a minha dissertação de Mestrado. 

Era um ginásio de um único piso com uma largura total de 26,6 metros e um comprimento de 44,3 metros. A altura total era de 8,0 metros. O sistema resistente foi considerado como um sistema de pórticos transversais constituído por uma viga de cobertura pré-esforçada com aberturas, apoiada em pilares com consolas de betão armado, e um conjunto de contraventamentos na direção longitudinal. Utilizei lajes alveolares com uma camada moldada no local no topo como elementos de cobertura. Não parece assim tão complicado, pois não? 

Então, qual era a dificuldade?

Era um processo muito fastidioso porque tudo o que tinha na altura era o software analítico global e livros. Comecei a preparar folhas de cálculo Excel para que todos os cálculos fossem o mais eficientes possível. No entanto, o número de linhas no ficheiro ainda me assombra um pouco até hoje.

Hoje, graças ao facto de dominar todas as aplicações do IDEA StatiCa Concrete, provavelmente concluiria toda a parte estrutural da dissertação em um ou dois dias, em vez de meses.

Deixe-me mostrar-lhe.

A cobertura, a cobertura, a cobertura é ...?

Felizmente não está em chamas, mas é fácil de tratar com o IDEA StatiCa Beam! 

Quais são os desafios do dimensionamento de lajes alveolares compostas? Os engenheiros devem estar especialmente atentos ao comportamento dos diferentes materiais utilizados nas camadas individuais, ao corte nas juntas, à importância das fases de construção, etc.

Uma vez que a aplicação Beam tem a TDA implementada, tudo o que precisa de fazer é definir os materiais, a geometria, as condições de apoio, as ações (ou importar os esforços internos de software de terceiros) e as fases de construção, e executar a análise abrangente que cobre todas as verificações do estado limite último (ULS) e do estado limite de utilização (SLS). 

Não hesite em experimentar por si mesmo. Inspire-se com este projeto de exemplo de uma laje.

Vigas de cobertura de grande vão

Para esses elementos, o betão armado já não é uma opção. Portanto, a solução é o betão pré-esforçado. E todos sabemos o que isso implica. Otimizar a geometria da secção transversal do elemento, o número de tendões, avaliar a tensão inicial, as perdas, etc. Muitas coisas a ter em conta.

Depois, para poupar material e tornar a estrutura mais leve, é necessário adicionar aberturas. Por isso, construa o modelo de treliça equivalente e utilize o método Escora e Tirante (SaT) para verificar corretamente essas regiões de descontinuidade. O que acrescenta ainda mais horas a um processo já moroso.

Ou pode utilizar o IDEA StatiCa Detail com o seu método CSFM, otimizar a estrutura e, além disso, poupar significativamente tempo. O que acha?

Para o ajudar no processo de modelação, consulte o modelo pronto de uma viga pré-esforçada com aberturas.

"Eu apoiar-te-ei sempre," disse o pilar à viga

O dimensionamento correto de um pilar é essencial para toda a estrutura. E isso é duplamente verdade para pilares esbeltos. Esses elementos devem ser considerados sensíveis à estabilidade. Por isso, ter em conta os efeitos de segunda ordem é obrigatório.

Evite o trabalho de calcular os números utilizando a abordagem normativa e utilize uma abordagem mais eficiente. Leia sobre o dimensionamento sem complicações de pilares esbeltos de betão. Ou consulte o modelo de pilar circular com efeitos de segunda ordem realizado no IDEA StatiCa RCS.

Consola – um pequeno auxiliar

Provavelmente a parte mais simples do projeto. As consolas são geralmente solicitadas por força de compressão como ação de um elemento nelas apoiado. No entanto, é necessário considerar uma parcela recomendada de carga horizontal. O modelo de treliça equivalente não é assim tão complicado neste caso, e os resultados são obtidos com bastante rapidez.

Mas (há sempre um mas), e se eu lhe disser que resultados satisfatórios de ULS não significam que a estrutura não ficará fissurada ou com deformações excessivas? Vamos explicar com um exemplo prático.

Temos uma consola com geometria, propriedades e armadura definidas, solicitada por força normal e força de corte, como na imagem abaixo.

Ao verificar este exemplo manualmente, utiliza o método Escora e Tirante, avalia a tensão de compressão no betão e compara-a com o valor de cálculo da capacidade resistente. De seguida, calcula a tensão de tração e dimensiona a armadura em conformidade. O trabalho está concluído e pode passar para outra parte do projeto.

No entanto, só para ter a certeza, vamos verificar novamente o dimensionamento, desta vez utilizando software.

Modelei a mesma consola no IDEA StatiCa Detail. Vamos verificar os resultados. De acordo com o cálculo manual pelo método SaT, as verificações ULS estão satisfeitas. E confirmei isso utilizando a aplicação Detail.

No entanto, desta vez, utilizámos uma abordagem mais avançada e podemos também ver a segunda parte da verificação global. E é bastante surpreendente. As verificações SLS da mesma estrutura com as mesmas propriedades não são satisfatórias. 

E isso é algo que não se consegue avaliar com o método SaT. Negligenciar as verificações SLS pode ter um impacto direto na vida útil da estrutura. A minha recomendação é verificar sempre a estrutura tanto para os estados limite últimos como para os estados limite de utilização.

Normalmente, o pilar e a consola são verificados separadamente. Mas graças ao CSFM, pode incluir ambos num único modelo. Consulte o modelo de pilar com consola.

Suportar tudo

O último passo é verificar as fundações. As zonas próximas dos apoios são também regiões de descontinuidade. Por isso, pode novamente iniciar a aplicação Detail e realizar a magia da engenharia estrutural. A verificação de diferentes tipos de ligações pilar-fundação não é um problema.

Incluindo ligações complexas como pilares em nicho!

Como cereja no topo do bolo, pode definir manualmente a rigidez dos apoios com base nos seus cálculos para simular o comportamento do solo elástico! Para saber mais sobre isto, consulte o artigo Tipos de apoios no IDEA StatiCa Detail.

E é isso. Já tem o guia e conhece os fluxos de trabalho. Por isso, não espere mais e comece a modelar por si mesmo! Para evitar erros indesejados, leia o artigo Considerações de dimensionamento frequentemente negligenciadas em estruturas de betão armado.

Conclusão

O objetivo deste artigo não é criticar os cálculos manuais com ferramentas e abordagens simplificadas, nem a folha de cálculo Excel que está habituado a utilizar para verificar estruturas de betão pré-fabricado. Também não se trata de dizer que deve mudar imediatamente para a utilização exclusiva dos produtos IDEA StatiCa. Se funciona para si, ótimo!

Quis mostrar-lhe que existe outra forma que, por vezes, pode ser mais rápida e mais precisa. Ou que a utilização das abordagens anteriormente mencionadas pode, por vezes, não ser suficiente e pode conduzir a um dimensionamento potencialmente inseguro, afetando, por exemplo, a vida útil de uma estrutura.

A última recomendação que vou dar neste texto é utilizar sempre o seu julgamento de engenheiro e não ter medo de aprender coisas novas.

Saiba mais sobre as possibilidades de dimensionamento de betão no nosso Centro de Suporte, onde também pode aprender a utilizar as aplicações em muitos tutoriais, ver os nossos Engenheiros de Produto em ação num dos nossos webinars, ou descarregar um projeto de exemplo.

Se está a começar com o software ou simplesmente quer melhorar as suas competências, consulte os nossos cursos de aprendizagem ao seu próprio ritmo e com certificação profissional Campus e selecione o que melhor se adequa às suas necessidades.