Projeto Estrutural e Projeto de Ligações para 74 Silos de Materiais de Reciclagem sob Ações Extremas
No centro do projeto encontravam-se 74 novos silos de materiais recicláveis com alturas estruturais de até 35 m. A instalação foi complementada por pontes de tubagens, plataformas de manutenção, passadiços e torres de escadas de emergência. Com aproximadamente 800 t de aço instalado, o projeto tornou-se um dos projetos industriais mais exigentes realizados pela empresa. A combinação de cargas verticais elevadas, detalhes de ligação complexos e requisitos sísmicos acrescidos exigiu um planeamento digital preciso, bem como verificações normativas estruturais transparentes e verificáveis.
Visão Geral do Projeto
A nova instalação de silos foi concebida como componente central da expansão da fábrica. Destina-se ao armazenamento de grandes quantidades de materiais recicláveis para processamento industrial. A instalação compreende vários conjuntos de silos de diferentes dimensões, interligados por um sistema complexo de tubagens, passadiços de manutenção e estruturas de aço.
A gama geométrica dos silos foi excecional. Os diâmetros variam entre 2,5 m e 4,5 m, e os volumes de armazenamento entre 125 m³ e 400 m³. Em condição de enchimento, cada silo individual atinge um peso operacional de até 350 t. Além disso, pontes de tubagens, plataformas e sistemas de escadas de emergência tiveram de ser integrados no sistema estrutural global para garantir uma operação segura, bem como o acesso para manutenção e vias de evacuação a alturas de até 35 m.
Desafios de Engenharia
Um desafio fundamental surgiu logo durante a conceção das subestruturas dos silos. Os contentores, com alturas de até 35 m, apoiam-se em vigas de anel circulares, através das quais as elevadas cargas verticais devem ser transmitidas uniformemente para a subestrutura de aço. Mesmo desvios geométricos menores podem resultar em excentricidades indesejadas e tensões adicionais na casca do silo.
Para reduzir estes riscos, componentes estruturais essenciais foram pré-montados nas oficinas de fabrico da Stahlbau Süssen. Este controlo de ajuste e qualidade garantiu que as vigas de anel, os elementos de plataforma e os detalhes de ligação pudessem ser montados em obra com elevada precisão.
Complexidade adicional resultou da interação de vários componentes estruturais. Colunas principais, vigas de anel, sistemas de contraventamento, pontes de tubagens e plataformas tiveram de ser coordenados num sistema estrutural global tridimensional. Simultaneamente, foram consideradas ações significativas de peso próprio, sobrecargas, condições operacionais e efeitos dinâmicos.
Dimensionamento Sísmico sob Ações Elevadas
Um desafio particular resultou da localização do projeto em Rheinfelden, no Fosso Renano Superior. O local situa-se numa região com atividade sísmica acrescida. Em combinação com as consideráveis alturas estruturais e as grandes massas em movimento, isto resulta em ações horizontais significativas e, consequentemente, em esforços internos elevados.
Toda a estrutura foi modelada no Dlubal RSTAB. O modelo global detalhado permitiu a determinação precisa das reações de apoio e dos esforços internos para o dimensionamento subsequente. No entanto, as ligações muito carregadas, bem como as ligações de base maciças, exigiram uma análise avançada para além dos métodos de verificação simplificados convencionais (Figuras 5a, 5b).
Os procedimentos de verificação convencionais teriam resultado num esforço manual considerável devido ao grande número de ligações e à complexidade das combinações de ações. Ao mesmo tempo, existia o risco de que pressupostos excessivamente simplificados pudessem conduzir a estruturas desnecessariamente pesadas.
Solução com IDEA StatiCa
Para a verificação das ligações condicionantes, a equipa utilizou IDEA StatiCa Connection em combinação com IDEA StatiCa Checkbot. Graças à interface direta com o RSTAB, os esforços internos calculados puderam ser transferidos para o dimensionamento das ligações sem etapas intermédias manuais.
Isto permitiu um fluxo de trabalho digital contínuo entre o modelo estrutural global e o dimensionamento detalhado. Os engenheiros puderam assim analisar as ligações mais solicitadas e avaliar as distribuições de tensões, bem como as deformações plásticas, de forma transparente e fiável.
Especialmente para as placas de base e as ligações das colunas principais, a tecnologia CBFEM proporcionou informações valiosas sobre o comportamento resistente das zonas de ligação. Concentrações de tensão locais foram identificadas e reduzidas através de medidas específicas, como a adição de enrijecedores. Ao mesmo tempo, verificou-se que todas as ligações satisfazem os níveis de segurança exigidos mesmo sob condições de carga excecionais.
Resultados
Ao combinar a modelação global no RSTAB com o dimensionamento de ligações no IDEA StatiCa, a Stahlbau Süssen conseguiu realizar o dimensionamento estrutural preliminar e detalhado dos 74 silos e das estruturas auxiliares associadas de forma eficiente e transparente.
A consistência digital entre a análise estrutural global e o dimensionamento local das ligações reduziu significativamente o esforço manual e minimizou potenciais erros de transferência. Ao mesmo tempo, a análise detalhada das ligações permitiu uma otimização direcionada da estrutura sem comprometer as margens de segurança exigidas.
O resultado é uma estrutura de aço de elevado desempenho com um peso total de aproximadamente 800 t, que satisfaz tanto as ações operacionais excecionais como os requisitos sísmicos acrescidos do local. A estreita integração entre o dimensionamento estrutural, o detalhe e o fabrico permitiu a realização segura de um dos maiores projetos de silos no portefólio da empresa.
Sobre o Engenheiro Estrutural
Bilal Al Dukhan é engenheiro civil e engenheiro estrutural na Stahlbau Süssen GmbH. No âmbito do projeto, foi responsável por partes essenciais do dimensionamento estrutural preliminar e detalhado, bem como pelo dimensionamento das ligações de aço. O seu foco incide em soluções económicas e práticas para estruturas complexas na construção industrial e metálica.
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