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Avaliação estrutural de painéis de fachada leve para edifícios de múltiplos
pavimentos com modelagem numérica
Thiago Salaberga Barreiros Alex Sander Clemente de Souza
Contexto
• A fachada industrializada diminui o tempo de execução
• Retrofit de fachadas – Falta de espaço e tempo
RB115 - RJ
Contexto
• A fachada industrializada diminui o tempo de execução
• Retrofit de fachadas – Falta de espaço e tempo
Realeza - RS
Objetivos
Analisar o desempenho estrutural global de fachadas leves submetidas à ação do vento,
assim como os efeitos localizados e os modos de falha dos perfis leves de aço dobrados a
frio por meio de modelagem numérica.
Justificativas
• Possibilidade de analisar diferentes opções do sistema de fachada de forma rápida e mais barata do que fazer ensaios, além de poder identificar quais são os pontos que necessitam de reforços
• Desempenho estrutural adequado sem superdimensionamento
Pré-dimensionamento • Definição do espaçamento entre montantes: 60cm (10
ancoragens), 40cm (14 ancoragens), ou 30cm (14 ancoragens)
• Dimensões dos montantes (flexão composta - N e My) e guias (flexão composta - Mx e My)
• Quantidade e tipo de chumbadores (força de sucção do vento x resistência de arrancamento)
• Categoria da placa cimentícia (resistência à tração na flexão em 2 apoios)
• Quantidade de parafusos na fixação da placa cimentícia
Painel
Espaçamento entre montantes
(cm)
Massa da estrutura (kg)
Massa do painel (kg)*
Densidade superficial do painel
(kg/m²)
60 228,4 619,3 51,0
40 295,0 682,3 56,2
30 309,5 696,8 57,4
Tabela 1 – Características dos painéis * Considerando: Placa cimentícia - 20,4 kg/m²; Chapa de gesso - 10,0 kg/m²; Lã de vidro com 12kg/m³ e preenchimento completo da largura do perfil
(12,5cm e 15cm) Fonte: Metalica, Knauf e Eterplac
Painel
Força do vento
• Força atuante do vento no painel = Coeficiente aerodinâmico . Pressão dinâmica
• Pressão dinâmica de acordo com a NBR 6123
• Coeficiente aerodinâmico – estabelecido em túnel de vento
Força do vento
• Carregamento de serviço
Critério de deslocamento limite de serviço
H/175 = 1,65cm (ABNT NBR 10821:2011)
Metodologia
• Método de Elementos Finitos
• Elemento – SHELL 181
• 4 nós
• 6 graus de liberdade
• Não-linearidade física
• Não linearidade geométrica
Metodologia
Ligação entre montante
e guia
Montante
Placa
cimentícia
Guia
Perfil de
ancoragem
Ligação entre
montante e
ancoragem
Ligação entre montante
e placa cimentícia
X
Y
Z
Condições de contorno
-400
-350
-300
-250
-200
-150
7 12 17 22 27 32 37
ten
são
(M
Pa)
pressão (kPa)
ancorados livres
Painel 02
Painel 03
Resultados
Painel 22
-420
-370
-320
-270
-220
-170
10 20 30 40 50 60 70te
nsã
o (
MP
a)
pressão (kPa)
ancorado livre
Painel 13
Resultados
Painel 12 Instabilidades sofridas: - Flambagem lateral com torção (18kPa) - Flambagem distorcional (3kPa) - Flambagem local (27kPa)
Resultados
Conclusões
• Montantes ancorados são mais solicitados • Com a utilização de bloqueadores há melhor distribuição das solicitações nos
montantes • O deslocamento fora do plano do painel foi maior no perfil com menor
espessura e sem bloqueadores, diminuindo com maior espessura e a utilização de bloqueadores. Com 1 linha de bloqueador o deslocamento foi menor que com duas linhas de bloqueadores. Ordem: 02, 22, 03, 12, 23 e 13.
• O deslocamento horizontal dos montantes no plano do painel foi maior quando sem a utilização de bloqueadores e menor a espessura. Quando há o uso de bloqueadores, os montantes das extremidades são mais suscetíveis, pois não apresentam estabilidade lateral dos dois lados.
Conclusões
• A placa cimentícia influenciou no comportamento dos montantes e, consequentemente, do painel, principalmente na região tracionado do perfil
• Os perfis de ancoragem atenderam ao carregamento de serviço, porém caso fossem aproveitar ao máximo o potencial dos painéis 13 e 23, seria necessário repensá-lo.
• O comportamento da guia de 2,0mm foi parecido com o da guia de 3,0mm, mas com diferença de 7kPa.
• Com relação à análise estrutural global dos painéis, os painéis 12 e 22 têm potencial para atender ao carregamento de serviço, mas os painéis 03, 13 e 23 apresentam melhores condições, principalmente pelo desempenho das guias.
• O deslocamento fora do plano do painel do painel 02 de 1,65cm ocorreu com carregamento de 6,5kPa, abaixo do carregamento de serviço de 6,6kPa.