Avaliação estrutural de painéis de fachada leve para edifícios de múltiplos pavimentos com modelagem numérica Thiago Salaberga Barreiros Alex Sander Clemente de Souza
Contexto Períodos curtos de entrega da obra Industrialização do processo de construção
Contexto Períodos curtos de entrega da obra Industrialização do processo de construção
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
Steel Frame Painel
Steel Frame Painel
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
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 Pré-dimensionamento painel definido
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 Edifício de 35 pavimentos (126m) em SP 15m x 45m 14m x 14m
Força do vento
Força do vento Sobrepressão (1,6) Sucção (-3,8)
Força do vento Carregamento de serviço Critério de deslocamento limite de serviço H/175 = 1,65cm (ABNT NBR 10821:2011)
Variáveis
Metodologia Variáveis dos painéis inclusão de uma linha de bloqueadores
Metodologia Variáveis dos paineís inclusão de duas linhas de bloqueadores
Metodologia Método de Elementos Finitos Elemento SHELL 181 4 nós 6 graus de liberdade Não-linearidade física Não linearidade geométrica
Metodologia Materiais Aço ASTM A36 Placa cimentícia
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
Peça de ancoragem Metodologia
Guia Metodologia
Placa cimentícia Metodologia
Metodologia Bloqueadores Z X Y Grau de liberdade sem restrição Uz e ROTy
Carregamento Metodologia
Resultados
tensão (MPa) Resultados pressão (kpa) 7 12 17 22 27 32 37-150 -200-250 Painel 02-300 -350-400 ancorados livres Painel 03
tensão (MPa) Resultados Painel 22 pressão (kpa) 10 20 30 40 50 60 70-170 -220 Painel 13-270 -320-370 -420 ancorado livre
Painel 12 Instabilidades sofridas: - Flambagem lateral com torção (18kPa) - Flambagem distorcional (3kPa) - Flambagem local (27kPa) Resultados
Resultados Deslocamentos fora da escala real
Resultados Deslocamentos fora do plano do painel
Resultados Deslocamentos horizontal no plano do painel
Resultados Tensão dos montantes
Resultados Tensão das guias
Resultados Tensão das ancoragens
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.
Obrigado!