Neste projeto, o IDEA Connection foi utilizado para a análise e o cálculo das ligações de uma estrutura treliçada em aço, composta por seções tubulares, localizada no Aeroporto de Heathrow, em Londres.
O dimensionamento da estrutura principal foi realizado pela Mott MacDonald como empresa de consultoria original. O contratante responsável pela construção foi a DHD Engineering, que designou o nosso cliente, Ellis & Moore Consulting Engineers, para o dimensionamento das ligações.
Neste artigo, explicaremos as partes desafiadoras deste cálculo específico de ligações e como elas foram resolvidas com sucesso com o IDEA StatiCa Connection, ao mesmo tempo em que avaliaremos o uso do Método de Componentes original, implementado no EuroCode, e provaremos que sua aplicação é quase impossível neste caso particular.
Classificação da ligação para cálculo manual
Primeiramente, tentaremos explicar o procedimento quando uma ligação complexa precisa ser calculada manualmente. Usaremos como exemplo a ligação tipo N mostrada na imagem à direita, que é uma ligação multiplanar. Para realizar um cálculo adequado usando o método das componentes, precisamos reconhecer a configuração relevante na Figura 7.1 do EuroCode (veja na imagem abaixo).
Pela geometria da ligação, podemos ver que ao longo da direção longitudinal (marcada com o retângulo azul claro) não houve problemas. Pode ser claramente classificada como uma ligação N. Os problemas começam no plano inclinado! Então, eventualmente, temos duas ligações “N” coexistentes com uma ligação “Y”.
Ao longo dessa direção, o problema pode ser facilmente visualizado usando a captura de tela realista em 3D obtida do modelo final do IDEA StatiCa Connection (veja abaixo). Para esta configuração específica, não há orientação clara na norma e/ou os limites exigidos pelos parágrafos relevantes para sobreposições, etc., não são necessariamente atendidos. Neste caso, você precisaria de orientação especializada e ponderações de engenharia adequadas se fosse usar o método das componentes. Além disso, como as capturas de tela são do modelo finalizado, podemos ver que vários enrijecedores foram usados para reforçar a ligação e atingir a resistência necessária. A existência desses enrijecedores, por si só, torna a ligação impossível de ser dimensionada com a aplicação do método das componentes.
Dimensionamento bem-sucedido com o método CBFEM
Essas limitações do método das componentes não se aplicam ao CBFEM (método dos elementos finitos baseado em componentes) e ao IDEA StatiCa Connection, simplesmente porque a ligação é modelada exatamente como é na realidade, sendo analisada como um elemento unificador em todas as direções, com elementos finitos. Assim, depois que todas as forças são aplicadas, o modelo pode ser resolvido, todos os esforços internos que interagem em nosso modelo são calculados, e podemos obter imediatamente uma visão geral rápida de todas as verificações do EuroCode que mostram um dimensionamento seguro.
O que também é importante em comparação com o método das componentes é que este fluxo de trabalho é comum a todos os tipos de ligação. Assim, se, por exemplo, as seções retangulares fossem alteradas para seções circulares ou tipo I, nenhuma consideração especial precisaria ser levada em conta. Este não é o caso com o método das componentes, que possui regras especiais para cada tipo de seção transversal.
Uma observação sobre o cálculo de ligações no Reino Unido
Podemos dizer com segurança que, quando se trata de cálculo de ligações metálicas, os engenheiros estruturais seguem um determinado procedimento que parece ser uma prática comum no Reino Unido. Para calcular as ligações, os engenheiros responsáveis pelo dimensionamento básico da estrutura fornecem anotações como a da imagem à direita. Para ter informações legíveis por humanos, as ligações são agrupadas. Então, para cada grupo, uma envoltória de forças atuantes é criada. Este procedimento fornece uma sobresistência à ligação que leva a um dimensionamento seguro, mas também torna o fluxo de informações mais fácil entre as duas partes. O problema com esta abordagem é que a sobreresistência exigida (pelo menos neste caso particular) é tão grande que, sem os enrijecedores fornecidos, os elementos soldados seriam incapazes de resistir às forças aplicadas.
Isso significa que o calculista da ligação às vezes se encontra diante de um beco sem saída, porque alterar o tamanho do perfil não é uma prática aceitável e, se isso acontecer, deve ser devidamente justificado. Neste caso particular, usar o IDEA StatiCa Connection foi a única maneira do cliente alcançar o dimensionamento necessário sem usar análises de elementos finitos complexas e as armadilhas que seguem sua aplicação.
Dimensionamento mais econômico com IDEA StatiCa Connection
Essa prática comum descrita anteriormente também foi usada inicialmente neste projeto. Como consequência, as forças de projeto de envoltória fornecidas pelos engenheiros consultores originais resultaram em um cálculo superdimensionado das ligações primárias das treliças. Como você pode ver na imagem abaixo, o dimensionamento preliminar/de viabilidade resultou em uma ligação muito pesada para uma junta com 8 elementos, localizada no meio do vão.
Após comunicação intermediária com os engenheiros consultores principais, as forças foram alteradas para produzir combinações mais realistas e projetos viáveis. Essas forças foram usadas no IDEA StatiCa Connection, e então um dimensionamento mais econômico foi alcançado, com menos chapas adicionais utilizadas. O resultado dessa nova abordagem e comunicação entre as duas partes está ilustrado abaixo:
Embora tenha sido o primeiro grande projeto em que usamos o IDEA StatiCa Connection, a filosofia geral e as práticas do software nos ajudaram a elaborar rapidamente essas ligações complexas, que normalmente teríamos calculado manualmente. No IDEA StatiCa Connection, todas essas ligações se tornaram solucionáveis e, melhor ainda, não há nenhuma consideração especial a ser tomada. O fluxo de trabalho é comum, independentemente da geometria.
Outro ponto importante foi que os detalhes de ligação razoáveis levaram à redução dos custos de fabricação, e a montagem das treliças foi relativamente fácil.
Assim, o projeto foi considerado um sucesso para todas as partes… e a próxima fase do trabalho é realizada pela mesma equipe… com desafios semelhantes para os detalhamentos
Alexander Bezas
Eur Ing, BEng Hons / MSc Engenheiro Civil
Engenheiro Estrutural Sênior na Ellis and Moore Consulting Engineer
