Integração Connection-Detail: Placa moldada no local com âncoras mistas (EN)

Tenha em atenção que este projeto real utiliza geometria otimizada que pode acionar avisos de pormenorização normativa EN. Mantemos os parâmetros originais por razões de autenticidade. Consulte a figura abaixo.

Se pretender ignorar o dimensionamento em Connection e avançar diretamente para a análise Detail 3D, descarregue o ficheiro Detail 3D e continue para o Capítulo 5.

1 Novo projeto

Execute o IDEA StatiCa Connection. Tudo começa no separador Steel. 

Ajuste as definições predefinidas de Materiais e clique em Criar um projeto em branco.

2 Dimensionamento

Após criar um projeto em branco, altere a secção transversal do elemento para UB 610 x 305 x 238.

Agora, adicione outra operação de fabrico e selecione a placa de base.

Continue com a próxima operação e escolha uma Grelha de fixadores ou Contacto para produzir pinos com cabeça.

Adicione outra Grelha de fixadores ou Contacto para produzir âncoras de armadura.

Altere a rotação da armadura na operação GRD2 selecionando o Editor.

Adicione uma placa de enrijecimento.

Solde a placa de enrijecimento à placa de base utilizando a operação Soldadura geral ou contacto.

Adicione a operação Corte do elemento.

Adicione a última operação na ligação, Grelha de fixadores ou Contacto.

Vamos alterar o parâmetro Forças em para definir a posição da rótula.

Introduza as forças internas para a ancoragem.

• Nota: Utilizaremos apenas carregamento de corte para este dimensionamento de viga. Para simplificar o tutorial, a Força de Amarração da combinação ULS Acidental, que foi considerada no projeto real, foi excluída.

3 Verificação

Mude para o separador Verificação -> Calcular. A verificação normativa comprova o modo de rotura nas âncoras. Por defeito, o bloco de betão é assumido como fendilhado.

Vamos explorar os resultados. Selecione Tensão equivalente, Força no parafuso, Malha, Deformado e Âncoras. Em geral, a tabela mostra quais as âncoras aprovadas e quais as reprovadas.

Agora, vamos analisar os detalhes das âncoras que não verificam, para identificar quais as verificações normativas satisfatórias e quais as insatisfatórias.

Motivo para a não verificação das âncoras: 

• De acordo com a EN 1992-4, Cl. 1.2(4), o dimensionamento de grupos de âncoras contendo diferentes tipos de âncoras está fora do âmbito da norma. Consequentemente, a verificação normativa falha por defeito. Para verificar corretamente esta configuração, é necessária uma análise detalhada utilizando o módulo 3D Detail.
• Esta limitação pode ser facilmente resolvida no Detail 3D, baseado no método CSFM, que substitui a avaliação analítica simplificada em Connection por uma análise rigorosa de tensão-deformação 3D.

Armadura complementar (EN 1992-4 – 7.2.1.9; 7.2.2.6):

• A verificação normativa analítica falha para o cone de betão, exigindo armadura complementar para transferir as cargas totais de tração (356,3 kN) e corte (400,0 kN). Isto é crítico devido à configuração de âncoras "mistas".
• Esta limitação pode ser facilmente resolvida no Detail 3D para confirmar a eficiência da armadura. Se verificar manualmente, assuma capacidade nula do betão e garanta que a área de armadura cobre as forças totais reportadas.

Profundidade de embebimento (EN 1992-1-1 – Equação 8.6)

• O aviso relativo à profundidade de embebimento insuficiente surge porque este tutorial representa um exemplo real com uma parede fina e âncoras pouco profundas. A integridade estrutural do projeto é comprovada posteriormente na aplicação Detail.

4 Exportação

Pré-requisitos para a exportação: 

• O modelo deve estar calculado e os resultados incluídos.

Vá ao separador Verificação -> Verificação RC -> Guardar.

A exportação é permitida apenas para a topologia de ancoragem. A exportação permite a transferência de:

• O bloco de betão
• Âncoras
• A placa de base
• Cargas

Informações adicionais e parâmetros definidos de acordo com as configurações correspondentes em Connection:

• Transferência de corte (através de Âncoras, Chavetas de corte e Fricção) 
• Material
• Tipo de ancoragem: Pós-instalada (Adesiva) / Moldada no local
• Tipo de ancoragem na extremidade: Anilha / Reta / Gancho / Pino com cabeça
• Coeficiente de fricção
  

5 Dimensionamento

Esta secção permitirá modificar Elementos, Apoios, Cargas e Combinações, e adicionar uma assemblagem de armadura.

Apoio

Neste exemplo, a ligação está ancorada a uma parede contínua em todos os lados. Para estes submodelos, utilizamos apoios rígidos com armadura contínua. Esta configuração simula a continuidade da parede, permitindo a transferência de tração apesar das definições de compressão apenas, sem necessitar de definições complexas de rigidez.

 Vamos aplicar os apoios ao modelo:

Dispositivos de transferência

As âncoras são importadas do IDEA StatiCa Connection. Uma vez que o projeto utiliza dois tipos diferentes de âncoras, iremos separar a transferência de carga para garantir um comportamento seguro e previsível. Esta abordagem está alinhada com a prática de engenharia padrão do Reino Unido para resolver a limitação da EN 1992-4 (Cl. 1.2(4)), que exclui grupos de âncoras mistas do âmbito da norma. Ao atribuir corte e tração a grupos de âncoras específicos, criamos um caminho de carga verificado e conforme com os requisitos de segurança.

Âncoras SF1 – SF6: Ative Ativo para transferência de corte e desative Ativo para transferência de forças axiais.

Âncoras de armadura SF7 – SF10: Faça o oposto – desative Ativo para transferência de corte e ative Ativo para transferência de forças axiais

Se estivesse a dimensionar uma fundação de raiz na aplicação Detail, ambas as opções estariam ativadas por defeito. Ao transferir corte, deve determinar quais as âncoras que resistirão à força e selecioná-las em conformidade. Isto está alinhado com os requisitos da EN, que especificam que o corte deve ser atribuído apenas às âncoras eficazes para a verificação de rotura do betão na aresta.

Armaduras

Vamos aumentar a altura e a largura do bloco de betão. Isto proporciona uma visão mais clara do modelo e permite-nos observar o perfil completo de tensões ao longo das armaduras.

Defina o Cobrimento do betão para 30 mm; este será o valor predefinido para a armadura. Adicionalmente, defina o Tipo de ancoragem predefinido para as armaduras longitudinais e estribos.

Antes de definir a armadura, desative o botão Varões. Isto garante que apenas o grupo de varões específico que está a selecionar de momento é visível, mantendo a vista limpa e sem elementos desnecessários.

De seguida, insira um novo Grupo de varões 3D (ou copie o existente) para criar a armadura longitudinal horizontal contínua (armadura principal em ambas as superfícies).

Duplique a operação para adicionar a armadura vertical contínua em ambas as superfícies e ajuste as definições conforme indicado abaixo.

De acordo com os cálculos estruturais, não é necessária armadura de corte adicional fora do perímetro de corte. Por conseguinte, os passos seguintes focam-se exclusivamente na criação da armadura de corte dentro do perímetro de corte com base no projeto original.

Adicione outro item selecionando novamente Assemblagem de armadura > Grupo de varões 3D e modifique as Propriedades.

Duplique a operação GB3D3 e atualize as opções abaixo para definir a armadura de corte.

Prossiga copiando a operação GB3D4 e alterando os parâmetros.

Agora, copie a operação GB3D5 e modifique as suas definições para satisfazer os requisitos do perímetro de corte.

Reutilize a operação GB3D3 copiando-a e ajustando os valores.

Copie a operação GB3D7 e altere as opções.

Crie outra cópia da operação GB3D5 e aplique as alterações abaixo.

Por fim, copie a operação GB3D9 e atualize as opções finais de armadura.

Agora, vamos definir a armadura de corte construtiva. Embora não seja exigida pelo cálculo estrutural — uma vez que o betão por si só satisfaz a verificação de capacidade de corte neste caso específico — ainda é necessário cumprir as regras de pormenorização normativa. Além disso, o IDEA StatiCa Detail exige que o modelo reflita com precisão o esquema de armadura real.

• Nota: Do ponto de vista computacional, definir esta armadura na aplicação Detail é essencial. Conforme indicado no enquadramento teórico do método CSFM, e também mencionado no livro de Kaufmann sobre o CSFM.

Crie outra cópia da operação GB3D11 e aplique as alterações abaixo.

Copie a operação GB3D12 e altere as opções.

Por fim, copie a operação GB3D13 e atualize as opções finais de armadura.

Cargas e combinações

As combinações são importadas do IDEA StatiCa Connection. Todas as consequências da importação são mencionadas
neste artigo.

Vamos adicionar o Peso próprio:

Crie uma combinação com o Peso próprio e adicione o coeficiente para o peso próprio = 1,35 de acordo com a norma 
EN 1991-1-1

6 Verificação

Antes de executar a análise, recomendamos vivamente alterar o Multiplicador de malha para 2 ou 3 para acelerar o cálculo. Embora este passo não seja obrigatório, reduz significativamente o tempo de cálculo e ajuda a detetar precocemente potenciais problemas de divergência. Se a análise correr sem problemas, pode então reverter o Multiplicador de malha para 1 para os resultados finais.

Resultados

Tensão Principal Equivalente

A tensão principal equivalente (EPS) no betão é determinada com base no comportamento triaxial do bloco de betão. As zonas sujeitas às cargas mais elevadas são identificadas e destacadas. Para fornecer informação sobre o efeito do confinamento em comparação com a compressão uniaxial, a tensão equivalente é calculada utilizando o fator kappa. 

Deformação Plástica

Para inspecionar o comportamento interno do bloco de betão, mude para a vista de Deformação plástica (ε_pl). Utilize o botão + Novo para criar Secções e ajuste a sua Definição de plano (posição e rotação) na janela de propriedades para cortar através das zonas críticas. Isto destaca onde o betão sofre deformação plástica. Pode guardar estas vistas na Galeria para o seu Relatório final. Mais informação está disponível neste artigo.

Tensão nas armaduras

Os resultados apresentam o rácio σ_s / σ_{s; yield} (tensão em relação à tensão de cedência), identificando os varões mais utilizados através de uma escala de cores. Os valores detalhados de tensão, deformação e utilização para todos os grupos de varões estão listados no separador Armadura.

Resultados detalhados semelhantes estão também disponíveis para as Âncoras.

Ancoragem

Verifique novamente as definições de Ancoragem e ative a Força Total nas Âncoras (F_tot). As forças nas âncoras podem variar ligeiramente devido a diferenças nas abordagens de cálculo para o bloco de betão. As diferenças não são, contudo, significativas. 

O separador Ancoragem verifica a resistência de aderência entre a armadura e o betão. Garante que o comprimento de ancoragem fornecido é suficiente para transferir as forças. A verificação compara a tensão de aderência real (τ_b) com a resistência de aderência última (f_bd) para prevenir a rotura por arranque. Pode apresentar estes resultados separadamente para Armadura e Âncoras.

Deformações

Mude para o separador Auxiliar e ative a Deformação. Embora os limites de deformação não sejam prescritos para o ULS (Estado Limite Último), a análise da forma deformada é uma verificação de coerência fundamental. Garante que o modelo é estável e não apresenta deslocamentos ou rotações irrealistas (por exemplo, devido a elementos desconectados). Esta inspeção visual ajuda a identificar rapidamente eventuais problemas de modelação.

7 Relatório

Por fim, aceda a Relatório -> Detalhado -> Gerar. O IDEA StatiCa oferece um relatório totalmente personalizável para imprimir ou guardar em formato editável.

Realizou uma verificação normativa completa de acordo com a EN 1993-1-8 (ligações de aço), EN 1992-4 (âncoras) e EN 1992-1-1 (estruturas de betão). A ligação de aço e a ancoragem foram verificadas no IDEA StatiCa Connection, enquanto a integridade do bloco de betão e a armadura foram analisadas no IDEA StatiCa Detail utilizando o método CSFM conforme com a EN 1992-1-1.