Verificação normativa completa de âncoras e bloco de betão com IDEA StatiCa (EN)

O Eurocódigo especifica vários modos de rotura de âncoras e sapatas de betão e divide-os ainda de acordo com o tipo de carregamento. No IDEA StatiCa Connection, temos sido capazes de verificar as âncoras até agora, mas com algumas limitações, as verificações tinham de ser feitas manualmente. 

Ao mesmo tempo, era impossível considerar a armadura para blocos de betão. Isto está agora a mudar com o IDEA StatiCa Detail 3D, que acrescenta mais possibilidades. O IDEA StatiCa Detail 3D não oferece verificações como as que estamos habituados na norma que as define para betão simples. No entanto, com a análise de elementos finitos, podemos verificar que o betão armado satisfará a carga especificada e, aqui, irá prevenir a rotura do betão, o que corresponderia a essas condições. As aplicações funcionam de forma independente e podem ser utilizadas separadamente, mas graças à ligação entre Connection e Detail, também é possível utilizar o Detail apenas como cálculo complementar. 

Agora, vamos percorrer as condições do Eurocódigo uma a uma e as possibilidades que as aplicações nos oferecem. 

Força de tração

O Eurocódigo divide o primeiro tipo de carga (força de tração) em 6 casos possíveis de rotura de âncora ou bloco de betão (a, b, c, d, e, f) e mais dois para sapatas armadas (g, h). 

A figura abaixo mostra esquematicamente qual o tipo de rotura que pode ser verificado com a aplicação Connection e qual o comportamento que pode ser coberto pela utilização de betão armado e, portanto, pela análise no Detail. O IDEA StatiCa Connection utiliza fórmulas empíricas do Eurocódigo ( EN 1992-4-7.2.1) para o dimensionamento de âncoras (CBFEM), enquanto o IDEA StatiCa Detail se baseia completamente no método dos elementos finitos (3D CSFM). Algumas opções de verificação sobrepõem-se, portanto, em ambas as aplicações, mas sempre com um método diferente. 

Pela natureza dos métodos implementados no software, apenas betão simples pode ser considerado no Connection, enquanto apenas sapata de betão armado pode ser considerada no Detail. 

Os principais pressupostos e limitações da análise para o IDEA StatiCa Detail 3D são mencionados no artigo Limitações Conhecidas. 

a) Rotura do aço 

A rotura do aço de âncoras sujeitas a tração é verificada isoladamente em ambas as aplicações. A resistência à tração da âncora é verificada no Connection de acordo com a seguinte fórmula:

No Detail, as âncoras são verificadas de acordo com o Eurocódigo selecionado (1992-4 ou 1993-1-8) nas Definições do Projeto. Este comportamento aplica-se a partir da versão 25.1.1. 

Em versões anteriores, as âncoras são verificadas como barras de armadura correntes, com base nos diagramas tensão-deformação definidos para os materiais específicos, utilizando o valor da deformação limite de no máximo 5% (calculado com base no efeito de enrijecimento à tração — leia mais em Fundamentos Teóricos)

b) Rotura por cone de betão 

A rotura por cone de betão pode ser verificada no Connection. No entanto, no Connection, a aplicação só pode considerar betão simples. 

Por conseguinte, caso ocorra rotura do cone de betão, é adequado recorrer ao IDEA StatiCa Detail, onde é fornecida uma análise do bloco armado completo. A resistência à tração do betão é conservadoramente desprezada, o que significa que a capacidade resistente para a rotura por cone é, em grande medida, determinada pela quantidade de armadura especificada. Na imagem abaixo, pode ver as direções das tensões principais que indicam a forma do cone acima mencionado. Na parte direita, pode ver os valores das tensões no betão, que são verificados com os valores limite. 

 c) Rotura por arranque

Esta verificação normativa está disponível no Connection apenas para determinados casos (ver a primeira figura deste artigo). É necessária uma verificação adicional para âncoras mecânicas pós-instaladas. 

No Detail, é possível configurar as chamadas âncoras adesivas e especificar a resistência de cálculo de aderência de acordo com os seus parâmetros técnicos. As âncoras serão então verificadas com base nesses parâmetros. (Aplicável apenas para betão armado.)

d) Rotura combinada por arranque e rotura do betão em fixadores colados

Este modo de rotura só pode ser detetado no Detail, onde as tensões no betão e as zonas de ancoragem são verificadas utilizando o 3D CSFM. O mecanismo de rotura combinada por arranque e rotura do betão no Detail baseia-se nos princípios definidos acima, e a sua verificação faz parte da verificação da resistência do betão e da ancoragem. (Aplicável apenas para betão armado.)

e) Rotura por fendilhação do betão

Não é possível verificar no Connection. Para o Detail, a rotura por fendilhação é geralmente um problema do betão simples, onde a utilização de armadura impede a sua ocorrência. Ao mesmo tempo, é possível visualizar as tensões e deformações tanto da armadura sob compressão ou tração como do betão sob compressão na aplicação Detail. 

f) Rotura por expulsão lateral do betão 

Para betão simples, é possível efetuar a verificação normativa empírica de acordo com o Eurocódigo no Connection. 

Para elementos estruturais de betão armado, é possível utilizar o Detail. A rotura por expulsão lateral do betão é abrangida na análise da resistência do betão, onde as tensões de tração são transferidas apenas pela armadura (como mencionado várias vezes acima).

Verificações adicionais para blocos de betão armado:

Para sapatas armadas, é necessária uma verificação adicional da armadura. A rotura do aço da armadura e a rotura por falta de comprimento de ancoragem da armadura fazem parte da verificação da armadura no Detail. 

g) Rotura do aço da armadura

h) Rotura por falta de comprimento de ancoragem da armadura

Carga de corte

O Eurocódigo divide o segundo tipo de carga (força de corte) em 4 casos possíveis de rotura de âncora ou bloco de betão (a, b, c, d) e mais dois para sapatas armadas (e, f). 

A figura abaixo mostra esquematicamente qual o tipo de rotura que pode ser verificado com a aplicação Connection e também qual o comportamento que pode ser coberto pela utilização de betão armado e, portanto, pela análise no Detail.  O IDEA StatiCa Connection utiliza fórmulas empíricas do Eurocódigo ( EN 1992-4-7.2.2) para o dimensionamento de âncoras (CBFEM). Todos os tipos de rotura causados por força de corte podem ser abrangidos na aplicação Connection.  

No IDEA StatiCa Detail 3D, o corte pode ser transferido por atrito, âncoras ou chaveta de corte. É importante referir que apenas a sapata é verificada. Outras partes metálicas (por exemplo, chaveta de corte, soldaduras) têm de ser verificadas no Connection ou noutro local. Mais uma vez, deve ser enfatizado que apenas betão armado é requerido.

a) Rotura do aço sem braço de alavanca

A rotura do aço sem braço de alavanca de âncoras sujeitas a corte é verificada no Connection. A resistência ao corte da âncora é verificada no IDEA StatiCa Connection de acordo com a seguinte fórmula:

No Detail, as âncoras são novamente verificadas de acordo com o Eurocódigo selecionado (1992-4 ou 1993-1-8) nas Definições do Projeto. Este comportamento aplica-se a partir da versão 25.1.1. A verificação não é possível no Detail para versões anteriores.

b) Rotura do aço com braço de alavanca

A rotura do aço com braço de alavanca de âncoras sujeitas a corte é verificada apenas no Connection. A resistência ao corte da âncora é verificada no IDEA StatiCa Connection de acordo com a seguinte fórmula:

A verificação não é possível no Detail.

c) Rotura por efeito de alavanca no betão

A rotura por efeito de alavanca no betão de âncoras sujeitas a corte é verificada apenas no Connection. A resistência ao corte da âncora é verificada no IDEA StatiCa Connection de acordo com a seguinte fórmula:

A capacidade de corte do betão através da placa de base é então verificada na aplicação Detail. 

d) Rotura por bordo do betão

A rotura por bordo do betão de âncoras sujeitas a corte é verificada no Connection apenas para betão simples. A resistência ao corte da âncora é verificada no IDEA StatiCa Connection de acordo com a seguinte fórmula:

A rotura por bordo do betão pode ser verificada no Detail (apenas betão armado). 

Verificações adicionais para blocos de betão armado:

Para sapatas armadas, é necessária uma verificação adicional da armadura. A rotura do aço e por falta de comprimento de ancoragem da armadura complementar faz parte da verificação da armadura no IDEA StatiCa Detail. 

e) Rotura do aço da armadura complementar

f) Rotura por falta de comprimento de ancoragem da armadura complementar

Conclusão

A vantagem mais significativa pode ser encontrada em exemplos como ancoragem próxima de um bordo e outros casos em que o betão simples não satisfaz a carga requerida. Note-se que as âncoras e as chavetas de corte necessitam de ser verificadas adicionalmente no Connection, mas em conjunto, estas duas ferramentas de software fornecem uma solução abrangente.

Devido ao método e à forma como a aplicação foi concebida, a aplicação Detail é apenas adequada para sapatas de betão armado.