Estrutura de suporte de uma correia transportadora, Alemanha
Monath é uma empresa de engenharia de média dimensão ativa em todas as áreas da engenharia estrutural. Em projetos de aço, a maior parte do seu trabalho é em estruturas industriais e de armazém. No entanto, projetos de construção metálica de menor dimensão com sistemas estruturais complexos também constituem um desafio.
Motivação
Frequentemente, temos de trabalhar com ligações não normalizadas (topologia, secções transversais) e realizar uma verificação normativa rigorosa. No passado, estávamos limitados a programas básicos de dimensionamento de ligações ou a cálculos manuais. Isso limitava a nossa capacidade de avaliar o dimensionamento de forma adequada.
Os maiores problemas surgem com ligações sujeitas a cargas multiaxiais, onde é necessária uma simulação em 3D. É aqui que o software básico de dimensionamento de ligações atinge os seus limites, uma vez que apenas é possível a modelação bidimensional. Outra área problemática são as juntas com topologias muito complexas. O nosso software anterior para dimensionamento de ligações estava limitado a tipos predefinidos de ligações (topologia de vigas, perfis, secções transversais, chapas de enrijecimento).
Uma vez que estes problemas ocorrem na nossa prática de engenharia quotidiana, decidimos trabalhar com o IDEA StatiCa Connection.
Vantagens
O IDEA StatiCa Connection possui uma interface de trabalho muito simples e clara. Em pouco tempo, familiariza-se com o programa e conclui o seu trabalho rapidamente.
O software CAE utilizado na Monath é o SCIA Engineer. O IDEA StatiCa Connection dispõe de uma interface BIM que permite importar nós selecionados (ligações) do SCIA Engineer (incluindo parâmetros de secção transversal e esforços internos). Esta interface funciona muito bem. Todos os valores importantes (geometria e cargas) são transmitidos de forma rápida e fiável, eliminando a introdução adicional de dados, tempo e esforço. Naturalmente, é possível introduzir separadamente a geometria e as cargas, de modo a que verificações individuais possam ser realizadas independentemente de outros programas.
Outra vantagem é a variedade de opções de dimensionamento. É possível adaptar a junta de acordo com as especificidades do projeto e, assim, visualizar um modelo muito realista. Estão disponíveis inúmeras operações de fabrico, tais como ligações com placas de extremidade, chapas de ligação, cantoneiras e muito mais. A maior vantagem é que um nó com vários tipos de ligação diferentes pode ser modelado e imediatamente visualizado em 3D. Isto permite dimensionar e verificar praticamente qualquer ligação, independentemente da sua singularidade.
Em muitas estruturas, forças multiaxiais são aplicadas nas ligações. Na maioria dos programas, porém, apenas é possível um cálculo 2D. Assim, a ligação tem de ser avaliada de forma morosa apenas manualmente — e as influências multiaxiais são simplesmente negligenciadas. O IDEA StatiCa Connection permite a introdução de forças na parte da ligação, bem como no elemento ligado. Isto significa que é possível uma representação realista e os resultados são mais precisos do que com os programas de cálculo convencionais. Isto permite uma otimização sem precedentes de todas as propriedades da ligação (espessura das chapas ou das soldaduras, etc.).
Utilizamos verificações normativas de ligações de acordo com o Eurocode 3, que são apresentadas imediatamente. Além disso, obtemos também tensões e esforços internos, resultados de encurvadura local e análise de rigidez (todos baseados num modelo de elementos finitos criado automaticamente).
Desvantagens
Para além das muitas vantagens do IDEA StatiCa Connection, também identificámos algumas desvantagens.
Devido à divisão em vários casos de carga, o cálculo pode demorar algum tempo (para ligações complexas, até vários minutos). Isto é especialmente notório quando as ligações dimensionadas são articuladas, pois neste caso têm de ser realizados muitos passos de iteração. O dimensionamento de ligações articuladas, em geral, requer, na nossa opinião, um utilizador com mais experiência. Também identificamos margem de melhoria nos resultados. Por exemplo, a posição das chapas, soldaduras ou parafusos é mais difícil de reconhecer devido à ausência de algumas cotas.
Exemplos
Para demonstrar as nossas áreas de aplicação do IDEA StatiCa Connection, são apresentados e explicados abaixo dois exemplos dos nossos projetos.
Exemplo 1: Estrutura de suporte de um painel publicitário
O primeiro projeto apresentado é uma estrutura de suporte de um painel publicitário. A tarefa aqui, para além de várias ligações de perfis ocos, consistia em realizar a verificação normativa da ancoragem da fundação.
Os momentos e forças de corte devidos à ação do vento influenciavam a estrutura em duas direções. A sapata era, portanto, uma ligação complexa, dado que outros programas não têm em conta os momentos em torno do eixo X ou Y. Utilizando a ligação BIM do software CAE SCIA Engineer, os parâmetros de secção transversal, bem como os esforços internos no nó, foram transferidos para o IDEA StatiCa Connection. Subsequentemente, a ancoragem incluindo as soldaduras pôde ser modelada e verificada, conforme apresentado abaixo.
Outro problema neste projeto foi a ligação das vigas principais ao pilar. Utilizando programas de cálculo convencionais, tal sistema estrutural teria de ser simplificado para um problema bidimensional.
Após a junta ter sido dimensionada com as quatro vigas principais no IDEA StatiCa Connection, verificou-se que a chapa do apoio está sujeita a tensões elevadas. Por isso, o sistema foi enrijecido com nervuras acima e abaixo dos perfis HEA, conforme apresentado abaixo, e a ligação pôde ser executada com maior precisão.
Exemplo 2: Estrutura de suporte de uma correia transportadora
Neste projeto, foi dimensionada e verificada uma estrutura de suporte. Isto resultou em vários nós, nos quais foram utilizadas juntas articuladas e rígidas de diferentes perfis, através de ligações aparafusadas e soldadas. Na ligação apresentada abaixo, duas vigas foram ligadas entre si e, adicionalmente, ao pilar sobre o qual assentam.
O problema com esta junta era a ligação dos três perfis, os esforços que surgem em todos os elementos, bem como a adição de enrijecedores e nervuras. Por isso, a verificação da junta é relativamente complexa e não é inteiramente replicável sem o Método dos Elementos Finitos.
Com o IDEA StatiCa Connection, a junta pôde ser modelada e verificada conforme planeado. Abaixo, veja fotografias da ligação tal como produzida pelo fabricante.
Conclusão
Com o IDEA StatiCa Connection, é possível verificar ligações de aço simples e complexas através do Método dos Elementos Finitos. As verificações normativas de ligações são praticamente ilimitadas devido à elevada flexibilidade. A introdução da geometria da ligação e das cargas é simples em comparação com a maioria dos programas gerais de elementos finitos, e todos os dados são claramente apresentados numa vista 3D da ligação. Após o cálculo da ligação, podem ser realizadas verificações de acordo com a DIN EN 1993, para além das tensões, deformações e utilização.
Uma vez que a nossa empresa utiliza o SCIA Engineer como programa CAE, o IDEA StatiCa Connection é um módulo complementar muito adequado para a construção metálica. Complementa de forma excelente o modelo global do SCIA Engineer, uma vez que as funções BIM permitem uma transferência rápida dos nós para o IDEA StatiCa Connection. Graças à interface de utilizador simples e clara do software, a familiarização com o IDEA StatiCa Connection pode ser alcançada com um esforço razoável e são obtidos resultados rapidamente.
