56 revista notícias da construção / março 2014

simulações em aços o l u Ç Õ e s i n o v a d o r a s

As fachadas industrializadas leves estão sendo cada vez mais utilizadas, principalmente em edifícios comerciais e de serviços, em obras novas e em retrofits, sobretudo por causa da Copa do Mundo em 2014 e das Olimpíadas em 2016. Elas têm a vantagem de rápida exe-cução e peso próprio reduzido; desta forma, não sobrecarregam a estrutura, sendo uma boa opção para retrofits.

Dentre as fachadas leves, como parte de uma dissertação de mestrado, escolheu-se trabalhar com o sistema construtivo de steel frame e estudar o comportamento da estrutura quando o painel é solicitado pelo vento. O pai-nel estudado é composto por quadros de perfis leves de aço formados a frio, com fechamento em placa cimentícia do lado externo, núcleo de lã de vidro e chapa de gesso para drywall do lado interno.

Para estabelecer o carregamento mais crítico exercido pelo vento, foram utilizados resultados obtidos no túnel de vento do IPT dos picos dos coeficientes de pressão do vento na fachada para um edifício de 126m de altura (Figura 1) e a velocidade de rajada do vento

retirada do gráfico de isopletas da ABNT NBR 6123:1988. Desta forma, estabeleceu-se que o vento mais crítico na fachada estudada é de sucção com uma força de 6.568 N/m².

A partir do pré-dimensionamento do quadro metálico, no qual se estudaram os distanciamentos entre montantes de 30cm, 40cm e 60cm, verificou-se que a estrutura mais viável foi com distanciamento entre montantes de 40cm (Figura 2), por ser mais leve que o painel com distanciamento de 30cm e com re-sistência à tração na flexão da placa cimentícia existente no mercado, ao contrário do painel com distanciamento de 60cm.

Após a definição do distanciamento en-tre montantes, foi realizada a modelagem do painel para fazer simulações computacionais utilizando o Método dos Elementos Finitos (MEF) no programa ANSYS® 13.0. O estudo por simulação possibilitou obter resultados de uma vasta gama de possibilidades estruturais do painel com o custo e o prazo menores do que com a realização de ensaios, além de per-mitir verificar as regiões mais solicitadas e que necessitam de reforços. A simulação foi feita

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THIAGO SALABERGA BARREIROS é arquiteto e urbanista formado pela Unicamp e Mestre pelo IPT, pesquisador do IPT no Centro Tecnológico do Ambiente Construído

ALEX SANDERCLEMENTE DE SOUZA é engenheiro civil com Mestrado e Doutorado em Engenharia de Estruturas pela USP e professor associado da UFSCar

TabEla 1 - TiPoS dE PainéiS SiMUladoSiDentiFiCação CaraCteríStiCaS MaSSa Da

ESTrUTUra (KG)

MaSSa Do Painel

(KG)

DenSiDaDe SUPErFiCial do Painel (Kg/m²)

Painel 02 Painel sem bloqueadores e com montantes e guias de 2,0mm de espessura

165,0 552,2 45,5

Painel 12 Painel com uma linha de bloqueadores e com montantes e guias de 2,0mm de espessura

179,9 567,2 46,7

Painel 22 Painel com duas linhas de bloqueadores e com montantes e guias de 2,0mm de espessura

187,4 574,7 47,3

Painel 03 Painel sem bloqueadores, com montantes de 3,75mm de espessura e guias de 3,0mm de

espessura

295,0 682,3 56,2

Painel 13 Painel com uma linha de bloqueadores, montantes de 3,75mm de espessura e guias

de 3,0mm de espessura

310,0 697,3 57,4

Painel 23 Painel com duas linhas de bloqueadores, montantes de 3,75mm de espessura e guias

de 3,0mm de espessura

317,5 704,8 58,1

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considerando o peso próprio de cada painel, as não-linearidades física e geométrica e a força de sucção do vento incidindo sobre as placas cimentícias. Optou-se por estudar seis estru-turas com variações da espessura dos perfis e da quantidade de linhas de bloqueadores. As opções estudadas estão na tabela deste artigo.

Nas simulações foi possível verificar as instabilidades geradas nos montantes, tais como flambagem local (Figura 4), flambagem lateral com torção (Figura 6) e flambagem distorcional (Figura 5), além de permitir observar os deslocamentos, tanto no plano do painel, como fora do plano do painel (a Figura 7 apresenta o deslocamento dos perfis no final da simulação). Foi possível também verificar o comportamento da placa cimentícia, sua ruptura e a influência que isso causou nos

perfis (Figura 3).Como critério de acei-

tação estrutural, foi utili-zada a norma ABNT NBR 10821:2011 com limite de deslocamento de serviço fora do plano do painel de H/175, neste caso 1,65cm. Compa-rando os resultados das simu-lações, foi possível perceber que, entre as opções que atendem a referida norma, há uma variação de peso da estrutura de 76%, sendo que a estrutura mais pesada não apresentou o melhor resultado. Além disso, foi possível verificar a importância dos bloqueado-res, os quais melhoraram o desempenho do painel neste requisito em até 123%, con-siderando a mesma estrutura com e sem bloqueadores.

Com os resultados, foi possível entender a impor-tância das simulações no desenvolvimento de sistemas construtivos de forma rápida, com custo reduzido e possibilitando otimização da matéria prima, neste caso, o aço. Porém, depois de todas as simulações realizadas e chegando- se a uma conclusão do sistema a ser implan-tado, é recomendável a realização de ensaios com a matéria prima e a mão de obra que serão utilizados na construção, para comprovar a eficácia do produto, já que os ma-teriais fornecidos sofrem variações no processo de fabricação e a mão de obra pode executar de forma um pouco diferente da precisão utilizada no projeto e nas simulações.

Figura 1 – Vista da face leste da maquete no ensaio de túnel de vento, no iPt

Figura 2 - Configuração do painel com distanciamento entre montantes de 40cm

Figura 3 – Comparação da ruptura da placa cimentícia com o comportamento do montante 3 no painel 02

Figura 4 – Flambagem local (MPa)

Figura 5 – Distorção do perfil

Figura 6 - Flambagem lateral com torção (corte no meio do painel)

Figura 7 – Deslocamento do painel fora da escala real (aumentado 6 vezes)