ESTUDO DE CASO
Por: Ellis & Moore | Tradução e Adaptação: Júlio Calsinski
Neste projeto, o IDEA Connection foi utilizado na análise e no dimensionamento das ligações de uma estrutura treliçada de aço, com barras de seção tubular, localizada no aeroporto de Heathrow em Londres.
O projeto da estrutura principal foi entregue pela empresa de consultoria Mott MacDonald. A empreiteira responsável pela construção, a DHD Engineering, confiou ao nosso cliente, a Ellis & Moore Consulting Engineers, o projeto das ligações.
Neste artigo explicaremos as partes mais desafiadoras deste projeto especial e como as ligações foram resolvidas com sucesso utilizando o IDEA StatiCa Connection. Avaliaremos também o uso do Método dos Componentes (Component Method), presente no Eurocode, e provaremos que sua aplicação é praticamente impossível neste caso em particular.
Classificação dos nós para o cálculo manual
Primeiro, vamos explicar o método de cálculo quando uma ligação complexa precisa ser calculada manualmente. Usaremos como exemplo um nó do tipo N, mostrado na figura acima, que é um nó multiplanar. Para realizar um cálculo adequado usando o Método dos Componentes, precisamos reconhecer a configuração correspondente na Figura 7.1 do Eurocode (clique na imagem abaixo).
Pela geometria da ligação, podemos ver que ao longo da direção longitudinal marcada com o retângulo azul claro não há problemas. Pode ser claramente classificada como um nó do tipo N. Os problemas começam no plano enviesado, ou esconso! Então, eventualmente, temos dois nós “N” coexistentes com um nó “Y”.
Nessa direção, o problema pode ser claramente visualizado usando a captura de tela realista em 3D tirada 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 correspondentes para sobreposições etc. não estão necessariamente válidos. Nesse caso você precisa ouvir alguns conselhos de calculistas experientes, e aplicar a sua avaliação de engenharia adequadamente, se for usar o Método dos Componentes. Além disso, como as capturas de tela são tiradas com o projeto ligação concluído, podemos ver que vários enrijecedores foram utilizados para reforçar a ligação e, assim, atingir a capacidade resistente necessária. A existência desses enrijecedores por si só torna a conexão impossível de se calcular com a aplicação do Método dos Componentes.
Um projeto seguro com o Método CBFEM
Essas limitações do Método dos Componentes não se aplicam ao Método CBFEM e ao IDEA StatiCa Connection, porque o nó é modelado exatamente como é na realidade e é analisado como um elemento unificador em todas as direções, com elementos finitos. Assim, depois de aplicadas todas as forças, o modelo pode ser analisado, todos os esforços internos que atuam no nosso modelo são calculados e imediatamente podemos obter uma visão geral rápida de todas as verificações do dimensionamento pelo Eurocode que mostram se o projeto é seguro.
O que também é importante em comparação com o Método dos Componentes é que esse fluxo de trabalho é o mesmo para todos os tipos de ligação. Assim, se os perfis tubulares retangulares, por algum motivo, forem alterados para circulares ou para um perfil I, nenhuma consideração especial precisa ser levada em consideração. Esse não é o caso do Método dos Componentes, que possui regras especiais para cada tipo de seção transversal.
Uma nota sobre o cálculo de ligações no Reino Unido
Podemos dizer com segurança que, quando se trata de projetos de ligações metálicas, os engenheiros calculistas seguem um determinado procedimento que parece ser uma prática comum no Reino Unido. Para projetar as ligações, os engenheiros responsáveis pelo dimensionamento básico da estrutura fornecem indicações como as da imagem abaixo. Para que as informações sejam mais claras e simples possível, as ligações são agrupadas. Então, para cada grupo, é criado um envelope de forças atuantes. Com este procedimento forças na ligação são maiores que as reais, o que leva a um cálculo mais conservador, mas também facilita o fluxo de informações entre as duas partes. O problema com esta abordagem é que o superdimensionamento (pelo menos neste caso em particular) é tão grande que, sem os enrijecedores extras, os elementos soldados seriam incapazes de resistir às forças informadas.
Isso significa que o projetista das ligações fica, às vezes, em um beco sem saída, pois alterar o tamanho do elemento não seria aceitável e, caso ocorra, precisa ser devidamente justificado. Nesse caso específico, usar o IDEA StatiCa Connection foi a única maneira do cliente chegar a um projeto seguro sem precisar fazer uma análise complexa, utilizando ferramentas MEF genéricas, não otimizadas para ligações.
Um projeto mais econômico com o IDEA StatiCa
Essa prática comum, descrita anteriormente, também foi utilizada inicialmente nesta obra. Como consequência, com os envelopes das forças atuantes fornecidas pelos engenheiros calculistas da estrutura principal, o projeto das ligações ficou pouco econômico nos nós primários das treliças. Como vocês podem ver na foto abaixo, o anteprojeto de viabilidade gerou uma ligação muito pesada para um nó com 8 barras, localizada no meio do vão.
Após uma melhor troca de informações com os engenheiros consultores da estrutura principal, as forças revisadas produziram combinações mais realistas e um projeto mais viável. Essas forças foram usadas no IDEA StatiCa Connection, resultando em um projeto mais econômico, com menos chapas de reforço. O resultado desta nova abordagem de comunicação entre os diferentes envolvidos é ilustrado abaixo:
“Embora este tenha sido o primeiro grande projeto onde usamos o IDEA StatiCa, a filosofia geral e as práticas do software nos permitiram aperfeiçoar rapidamente essas ligações complexas que, normalmente, teríamos calculado manualmente. No IDEA StatiCa Connection, todas essas ligações foram resolvidas e, melhor ainda, sem nenhuma consideração especial a ser tomada. O fluxo de trabalho é comum, independentemente da geometria.
Outra coisa importante, a otimização dos detalhes da ligação reduziu os custos da fabricação e a montagem das treliças foi relativamente fácil.
Assim, o projeto foi considerado um sucesso por todos os envolvidos e a próxima fase da obra será realizada pela mesma equipe, com desafios semelhantes para os projetistas.”
Alexandre Bezas
Graduado com honras e Mestre em Engenharia Civil.
Engenheiro calculista sênior na Ellis & Moore Consulting Engineers, no Reino Unido.
Sobre a Ellis & Moore – Fundada em 1977, a Ellis & Moore é uma empresa premiada de engenharia estrutural e civil que atende uma ampla gama de clientes em soluções de projeto com visão empreendedora integradora. Temos experiência em projetos grandes, complexos e desafiadores, tanto para novas construções ou reformas. Com aproximadamente 30 funcionários, construímos uma reputação de trabalho colaborativo com alguns dos principais escritórios de arquitetura do país em desafiadoras estruturas de edifícios premiados.
