Conceito estrutural e estabilidade
Ao iniciar um projeto de construção, é necessário considerar como deve uma estrutura funcionar. São levantadas questões como as distâncias máximas possíveis entre pilares e vigas, a posição dos contraventamentos de cobertura e parede, a execução das fundações. Temos de criar a estrutura de apoio do edifício.
Mesmo em edifícios que aparentemente têm uma estrutura simples, podem surgir questões sobre a necessidade de elementos de reforço ou como os dispor da forma ideal. O trabalho na planta, na vista e na secção não simplifica a compreensão da transferência e distribuição das cargas. Por fim, um modelo 3D ajuda a ter uma ideia melhor onde estão as forças e para onde são transferidas para as fundações. A compreensão das funções da estrutura é, portanto, a base para um planeamento eficiente de toda a estrutura. A deteção dos défices de estabilidade é adicionalmente relevante por razões de segurança.
Num modelo 2D planar simplificado, os problemas de estabilidade, tais como encurvadura do plano ou derrubamento simples, são excluídos por definição. Tais problemas não ocorrem durante o cálculo e podem, portanto, ser negligenciados. No caso de cálculos tridimensionais, o engenheiro estrutural é forçado a considerar os mecanismos de falha espacial. Assim, na maioria dos casos os erros no dimensionamento estrutural são inevitavelmente revelados durante o cálculo.
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Num modelo 3D, é possível avaliar melhor uma falha da estabilidade global no modelo completo.
A modelação de informação da construção (BIM) fornece modelos 3D
A utilização de métodos de planeamento modernos, tais como a Modelação de Informação da Construção, baseia-se em modelos 3D. Estes formam também a base do dimensionamento estrutural e podem fornecer modelos de entrada bem idealizados para o cálculo. O modelo 3D para a análise estrutural e o dimensionamento estão assim já incluídos no caso ideal e pode economizar tempo.
Para muitos casos de um dimensionamento preliminar ou de uma avaliação estrutural simples para encontrar a estrutura correta, este pode ser um método muito rápido e útil. Outra tendência é o planeamento do dimensionamento totalmente paramétrico, onde a análise estrutural é acoplada completamente com o software de arquitetura. Através da modificação específica dos parâmetros, é possível verificar e calcular automaticamente muitas opções.
2D não é suficiente para todos os tipos de estruturas e edifícios
Se o edifício não pode ser facilmente dividido em subestruturas onde a transferência de carga é clara, geralmente não existe outra maneira senão utilizar um modelo 3D. Nem todos os edifícios seguem uma grelha regular. Isto torna a transferência de carga complicada e difícil de controlar. Uma vez que existem incertezas, trabalhamos com suposições de carga máxima para estarmos do lado da segurança. No entanto, isto leva a resultados não económicos.
A simulação de ações em todo o modelo é frequentemente mais clara e fácil
Os programas de cálculo 3D podem gerar automaticamente cargas para ações como peso próprio, vento e neve para formas de edifícios padronizadas. O pré-requisito é conhecer as dimensões da construção. Se utilizar modelos completos, pode deduzir facilmente estas dimensões do modelo. Os perfis de carga de vento e neve podem ser aplicados automaticamente à estrutura. Ao alterar a geometria, as cargas são alteradas automaticamente. As simulações num túnel de vento digital só são possíveis com modelos 3D.
A análise dinâmica de modelos 2D é muitas vezes insuficiente
Ao realizar cálculos sísmicos ou outras análises dinâmicas, ocorrem formas de modo espacial que foram consideradas.
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Da mesma maneira, é necessário sobrepor as excitações sísmicas nas direções x e y em conformidade. As cargas de torção acidentais desempenham um papel importante. Portanto, apenas pode evitar a utilização de modelos 3D nos casos mais simples.
Flexibilidade para alterações
O processo de planeamento é marcado por alterações. Para o processo de construção, é importante que saiba sempre o que é possível na análise estrutural e o que tem de ser alterado. Na análise estrutural tradicional, isto pode significar que todas as suposições de carga têm de ser reconsideradas.
No caso de um modelo estrutural 3D completo, as forças de alteração são automaticamente incluídas no sistema e transferidas de componente para componente. Ao realizar um novo cálculo, todas as verificações são atualizadas. O esforço de entrada inicialmente mais elevado é geralmente compensado.
As condições de apoio são problemáticas ao criar modelos parciais
Ao extrair modelos parciais do modelo geral, é necessário atribuir definições de apoio aos pontos de ligação do modelo parcial. Uma vez que a rigidez nestes pontos de ligação não é conhecida na maioria dos casos ou apenas pode ser determinada com dificuldade, são utilizados apoios articulados ou rígidos para simplificação. Essas suposições estão apenas parcialmente corretas e inevitavelmente levam a resultados diferentes em comparação com os modelos que obtêm a rigidez nesses pontos de ligação a partir do modelo geral.
Análise estrutural detalhada apenas útil como modelo 3D
A utilização de modelos de cascas 3D, por exemplo, no dimensionamento de ligações de aço, é o estado da arte. Sem uma solução 3D, essas análises não seriam possíveis. Nestes casos de aplicação, a utilização de modelos 3D não é questionada, mas é de facto necessária. Portanto, não é compreensível por que razão os cálculos 3D não devem ser utilizados para o cálculo de edifícios completos.
Efeitos secundários do mundo 3D
Em muitos casos, um modelo de cálculo 3D ilustra o resultado de forma muito mais clara do que vários modelos parciais menores. O comportamento estrutural pode ser entendido melhor, por exemplo, com a visualização de representações de deformações, tensões e forças.
Estes modelos também fornecem uma impressão profissional para as partes envolvidas e garantem a boa reputação do engenheiro estrutural. Também podem ser utilizados esses modelos para determinações iniciais de massas e cálculos de custos. Graças à flexibilidade mencionada, é possível otimizar a forma, a função e o peso.
Resumo
Existem muitas razões pelas quais recomendamos a utilização de modelos 3D na análise estrutural. No entanto, 2D e 3D não competem, complementam-se um ao outro. Claro que também existem casos simples em que um modelo 3D não tem vantagens e determina os resultados corretos. Nos dois casos, é o engenheiro que decide a modelação que deve escolher.
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