Avaliação estrutural de painéis de fachada leve para edifícios de múltiplos pavimentos com modelagem numérica

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Sílvia Leal Rosa
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1 Avaliação estrutural de painéis de fachada leve para edifícios de múltiplos pavimentos com modelagem numérica Thiago Salaberga Barreiros Alex Sander Clemente de Souza

2 Contexto Períodos curtos de entrega da obra Industrialização do processo de construção

3 Contexto Períodos curtos de entrega da obra Industrialização do processo de construção

4 Contexto A fachada industrializada diminui o tempo de execução Retrofit de fachadas Falta de espaço e tempo RB115 - RJ

5 Contexto A fachada industrializada diminui o tempo de execução Retrofit de fachadas Falta de espaço e tempo Realeza - RS

6 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.

7 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

8 Steel Frame Painel

9 Steel Frame Painel

10 Painel 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

11 Painel Espaçamento entre montantes (cm) Massa da estrutura (kg) Massa do painel (kg)* Densidade superficial do painel (kg/m²) ,4 619,3 51, ,0 682,3 56, ,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

12 Painel Pré-dimensionamento painel definido

13 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

14 Força do vento Edifício de 35 pavimentos (126m) em SP 15m x 45m 14m x 14m

15 Força do vento

16 Força do vento Sobrepressão (1,6) Sucção (-3,8)

17 Força do vento Carregamento de serviço Critério de deslocamento limite de serviço H/175 = 1,65cm (ABNT NBR 10821:2011)

18 Variáveis

19 Metodologia Variáveis dos painéis inclusão de uma linha de bloqueadores

20 Metodologia Variáveis dos paineís inclusão de duas linhas de bloqueadores

21 Metodologia Método de Elementos Finitos Elemento SHELL nós 6 graus de liberdade Não-linearidade física Não linearidade geométrica

22 Metodologia Materiais Aço ASTM A36 Placa cimentícia

guia Ligação entre montante e placa cimentícia

23 Condições de contorno Metodologia Ligação entre montante e ancoragem Ligação entre montante e guia Ligação entre montante e placa cimentícia Montante Placa cimentícia Guia Perfil de ancoragem Y Z X

24 Peça de ancoragem Metodologia

25 Guia Metodologia

26 Placa cimentícia Metodologia

27 Metodologia Bloqueadores Z X Y Grau de liberdade sem restrição Uz e ROTy

28 Carregamento Metodologia

29 Resultados

30 tensão (MPa) Resultados pressão (kpa) Painel ancorados livres Painel 03

31 tensão (MPa) Resultados Painel 22 pressão (kpa) Painel ancorado livre

32 Painel 12 Instabilidades sofridas: - Flambagem lateral com torção (18kPa) - Flambagem distorcional (3kPa) - Flambagem local (27kPa) Resultados

33 Resultados Deslocamentos fora da escala real

34 Resultados Deslocamentos fora do plano do painel

35 Resultados Deslocamentos horizontal no plano do painel

36 Resultados Tensão dos montantes

37 Resultados Tensão das guias

38 Resultados Tensão das ancoragens

39 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.

40 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.

41 Obrigado!

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