Dimensionamento sem problemas de pilares esbeltos de betão

Introdução

O que lhe passa pela cabeça quando tem de dimensionar e verificar um pilar esbelto de betão armado?

• Que abordagem escolher, os métodos simplificados ou os métodos mais precisos
• Utilizar uma ferramenta de software especializada ou as minhas próprias folhas de cálculo Excel
• As ferramentas ou folhas de cálculo Excel suportam uma secção transversal geral de betão armado
• Como capturar a perda de estabilidade de um pilar esbelto

Pode dizer que não pode confiar em métodos simplificados e prefere escolher uma abordagem mais precisa e segura baseada em análise não linear. A utilização de métodos mais avançados, a definição de não linearidades materiais e geométricas, tudo isso parece muito complicado e moroso. 

Ou não existe uma ferramenta com a qual possa dimensionar e efetuar a verificação normativa de pilares esbeltos de betão de forma simples, considerando ainda o método mais avançado? Sim, existe! 

Conheça a nova funcionalidade Dimensionamento e verificação de pilares esbeltos de acordo com o Eurocódigo no IDEA StatiCa Concrete.

Fluxo de trabalho

Nunca foi tão simples. Basta seguir o fluxo de trabalho de quatro etapas para dimensionar e efetuar a verificação normativa de pilares esbeltos de betão armado.

• Criar a geometria da estrutura, incluindo condições de fronteira e armadura
• Sujeitar os elementos analisados e relacionados aos efeitos das ações
• Executar a análise não linear e a verificação
• Gerar o relatório com todas as figuras, resultados e verificações importantes 

Gostaria de ser ainda mais eficiente? Combine as duas primeiras etapas mais morosas numa só! 

Utilize o seu software de elementos finitos preferido (SCIA Engineer, RFEM, AxisVM, SAP2000, Robot, etc.) e ligue a estrutura analisada ao IDEA StatiCa Checkbot. A partir do Checkbot pode facilmente executar as análises não lineares para dimensionar e verificar pilares esbeltos.

Método subjacente

O método baseia-se na avaliação das tensões e deformações nas secções transversais de betão armado em que um elemento analisado é automaticamente dividido. Tudo o que precisa de assegurar é armar adequadamente o elemento analisado. 

Cada secção de betão armado é automaticamente discretizada em malha de acordo com a configuração do solver GMNA. Os valores predefinidos podem ser encontrados no botão de definições. Graças à malha adequada de uma secção de betão armado, obtêm-se resultados muito detalhados para cada fibra de betão e barra de armadura. Pode influenciar a malha do betão e do aço, bem como o número de divisões por comprimento do elemento analisado.

O comportamento do betão e do aço é representado pelos respetivos diagramas tensão-deformação, parabólico-retangular e bilinear com ramo inclinado, respetivamente.

O GMNA é composto por três tipos de análise:

• Análise materialmente não linear (MNA)
• Análise linear de encurvadura (LBA)
• Análise Geométrica e Materialmente Não Linear com Imperfeições (GMNIA)

Em primeiro lugar, é realizada a análise materialmente não linear (MNA). Se não necessitar de considerar a não linearidade geométrica e as imperfeições, pode parar aqui e o seu dimensionamento está concluído. De seguida, os valores fornecidos (tensão e deformação) são verificados com os valores limite definidos pela norma. Os resultados detalhados da fibra de betão e da barra de armadura específicas são apresentados graficamente para a secção transversal selecionada e listados na tabela com todos os valores correspondentes de tensão e deformação. Pode consultar os resultados separadamente para o betão e para a armadura.

Se não for suficiente considerar apenas a não linearidade material e for também necessário considerar a geométrica, nesse caso, é altura de utilizar a análise linear de encurvadura (LBA), cujos resultados são os modos próprios e as cargas críticas do elemento analisado. Esta análise ajuda o engenheiro a determinar a perda teórica de estabilidade de uma estrutura sujeita às ações atuantes. 

Não seria seguro considerar apenas a forma teórica de encurvadura da estrutura, uma vez que existem imperfeições iniciais. É por isso que a tabela de resultados permite a definição da amplitude de imperfeição para cada modo próprio. A imperfeição deve ser definida pelo engenheiro com base na experiência ou na recomendação normativa.  

Até seis modos próprios são resultados da análise linear de encurvadura (LBA).

Uma vez definida a imperfeição, esta é automaticamente aplicada de forma proporcional ao elemento e, em seguida, pode realizar o último tipo de análise – análise geométrica e materialmente não linear com imperfeições (GMNIA). 

Com esta análise, tem em conta todas as fontes de não linearidades, tais como as materiais e geométricas, incluindo as imperfeições. Os valores de saída da análise GMNA são novamente tensões e deformações nas secções transversais específicas. 

A verificação baseia-se na comparação com os valores limite definidos pela norma. Pode observar os resultados detalhados ou globais, tanto para o betão como para a armadura. No separador de resultados da verificação normativa, alterna entre os valores de saída de tensão, deformação e deslocamento e as verificações normativas correspondentes.

Exemplo prático

Imagine uma estrutura global no SCIA Engineer. Precisa de entregar um dimensionamento seguro e económico de tal edifício. A parte problemática é como definir os comprimentos de encurvadura de um pilar cuja altura é igual à altura total do edifício (14,2 m) e ter em conta todas as não linearidades possíveis, porque a estabilidade desempenhará um papel significativo no dimensionamento de um elemento tão esbelto.

O fluxo de trabalho poderia ser o seguinte:

• Criar o modelo global da estrutura no SCIA Engineer
• Definir os casos de carga e combinações e executar a análise linear global no SCIA Engineer
• Utilizar a ligação BIM entre o SCIA Engineer e o IDEA StatiCa através da qual importa a geometria, as ações e os resultados
• Importar toda a estrutura via ficheiro SAF para a aplicação IDEA StatiCa Checkbot, onde define o elemento analisado (pilar esbelto) e seleciona as combinações críticas
• Lançamento do elemento analisado (pilar esbelto) no IDEA StatiCa Member
• Verificação da correção da importação - geometria e ações
• Dimensionar a armadura do pilar
• Executar todos os tipos de análises não lineares (MNA, LBA, GMNIA)
• Otimizar a geometria ou a armadura do pilar
• Imprimir o relatório de cálculo com todos os resultados, verificações normativas e figuras importantes

Experiência do utilizador

Teste a nova funcionalidade e diga-nos a sua opinião. Não hesite em descarregar o ficheiro zip em anexo e experimentar por si próprio.

Gostaria de melhorar algo? Adoraríamos receber o seu feedback. 

Como pôde notar, as verificações não dependem da norma no sentido de várias fórmulas ou fluxos de trabalho recomendados pela norma profundamente integrados, mas são antes conformes com a norma através da utilização dos valores limite de tensão e deformação definidos pela norma, no betão e na armadura. Até ao momento, o Eurocódigo foi implementado. Tem interesse na implementação de outras normas? Diga-nos!