Na construção de reservatórios seccional em aço prensado, é utilizada uma variedade de ligações e, neste breve estudo de caso escrito por Dale Price, engenheiro estrutural da Structural Science Ltd., é discutida a ligação de tirante que suporta as pressões hidrostáticas horizontais da água exercidas sobre as paredes do reservatório.
Sobre a ligação ensaiada
Como se pode observar na Figura 1, a ligação de tirante aparafusada em aço ou cantoneiras de ligação consiste numa placa de base fina com uma chapa de alma soldada que liga o tirante angular entre a base e as paredes ou os cantos das paredes do reservatório, podendo estar sujeita a uma força de tração de cálculo de 75 kN em casos normais.
Historicamente, o dimensionamento é normalmente realizado por cálculo manual e a verificação das ligações tem sido confirmada através da realização de ensaios laboratoriais dispendiosos em escala real de componentes e de ensaios em maquetes de obra em escala real de reservatórios.
A imagem abaixo mostra ensaios recentes em escala real de um reservatório onde um tirante está ligado a extensómetros que monitorizam continuamente a carga nos tirantes do reservatório durante o enchimento com água e ensaios estáticos prolongados com água.
No laboratório, a imagem seguinte mostra a ligação de tirante a ser ensaiada por prova de acordo com os requisitos normativos (e, naturalmente, outros ensaios de resistência e rotura não apresentados aqui).
A ligação de tirante foi analisada com o IDEA StatiCa Connection e as capturas de ecrã abaixo resumem o procedimento:
A disposição geral da ligação com parafusos e soldaduras com uma carga axial de cálculo de 75 kN nos tirantes, os diagramas de tensão equivalente indicando as zonas dos componentes com maior nível de tensão, e uma indicação das deformações plásticas desenvolvidas na placa de base.
Naturalmente, para além dos resultados de análise pura, mais importante ainda, o IDEA StatiCa Connection fornece as verificações normativas globais EN/AISC para todos os elementos, como se mostra nas duas imagens seguintes, apresentando resultados muito claros de Aprovado/Reprovado.
Em conclusão, o comportamento da ligação e a correlação de cargas entre os ensaios em escala real/laboratoriais e o software CBFEM foram muito bons e, por conseguinte, o programa de ensaios em escala real confirmou a validade e a precisão do software IDEA StatiCa para o dimensionamento de ligações. Em geral, futuros dimensionamentos de ligações personalizadas podem agora ser realizados rapidamente com este software sem necessidade de implementar e planear programas de ensaios dispendiosos e de longa duração. O software está atualmente a ser utilizado para racionalizar e desenvolver melhores soluções de ligações com benefícios em termos de custo e processos de fabrico. Outras ligações personalizadas complexas relacionadas com o dimensionamento do reservatório estão agora a ser investigadas com o software IDEA StatiCa Connection.
A representação da forma deformada ajuda o engenheiro a compreender melhor o comportamento da ligação
Em resumo, alguns dos principais benefícios da utilização do IDEA StatiCa são:
- Reduzir o período de trabalho de dimensionamento de ligações repetitivo e baseado em secretária.
- A capacidade de modelar todos os componentes da ligação num único dimensionamento, ou seja, soldaduras, parafusos, chapas e perfis numa única montagem, e compreender melhor a interação entre os componentes individuais, comparando-a com a decomposição da ligação em componentes de dimensionamento individuais.
- Investigar, desenvolver e pesquisar continuamente ligações personalizadas antigas e novas sem planear programas de ensaios em escala real longos e dispendiosos para verificar os dimensionamentos de ligações.
- Melhorar as ligações existentes racionalizando as dimensões de chapas ou perfis, variando configurações para redução de custos de fabrico, e verificar forças de cálculo aumentadas relativamente ao dimensionamento normal, por exemplo forças sísmicas aplicadas às paredes do reservatório.
- Os ensaios em escala real proporcionaram confiança na implementação do dimensionamento de tais ligações utilizando elementos finitos e, especificamente, o software IDEA StatiCa Connection, que se baseia no novo método CBFEM.
- Escolher dimensionamentos com diferentes normas de ligações de países atualizadas.
