Carga de impacto de um automóvel de passageiros numa garagem

Artigo técnico

Os requisitos fundamentais de um sistema estrutural são, de acordo com fundamentos básicos do dimensionamento estrutural, o estado limite último, o estado limite de utilização e a durabilidade. As estruturas devem ser dimensionadas de tal forma que não ocorram danos devido a eventos tais como o impacto de um veículo.

Combinações de cargas

No [1] Capítulo 3.2 (2) P, um impacto é definido como uma situação de dimensionamento acidental. Assim, a Equação 6.11b aplica-se à combinação de ações. A escolha entre o valor frequente Ψ1,1 ⋅ Qk,1 ou a variável quase permanente Ψ2,1 ⋅ Qk,1 depende da situação de dimensionamento acidental dominante. Em [2] NDP para A.1.3.2, por exemplo, no caso de uma colisão de um veículo, é especificado que é permitido aplicar o valor quase permanente Ψ2,1 ⋅ Qk,1. Daqui resulta que, para as localizações nos estados membros CEN com uma altura inferior a 1000 m, as cargas de neve e de vento não tem de ser consideradas em caso de colisão de um veículo porque os seus coeficientes de combinação Ψ2,1 são geralmente definidos como 0,0.

Definição de uma ação acidental

Agora, precisamos definir o tipo e o tamanho do impacto. No capítulo 1.1 (6), a parte 1-1 do Eurocódigo 1 [3] refere-se à parte 1-7 [4] onde são explicadas as ações acidentais. São recomendados dois métodos no Capítulo 4.2 (1):

  • Determinação das cargas de impacto com uma análise dinâmica
  • Definição das cargas de impacto como força estática equivalente

Para informação sobre o dimensionamento dinâmico do impacto, consulte o Anexo C. Este anexo distingue entre um impacto entre um "impacto forte", em que a energia é maioritariamente dissipada pelo corpo de impacto, e um "impacto suave", em que a estrutura é dimensionada de forma a absorver a energia de impacto. De acordo com o Anexo C.2.1 (1), é permitido calcular com uma força estática equivalente um "impacto forte". No caso de um automóvel colidir com uma cobertura de estacionamento, assume-se como sendo um impacto forte e o conteúdo deste artigo refere-se à determinação da força equivalente estática.

Figura 01 - Impacto de um carro de passageiros contra uma garagem

Na [4] Tabela 4.1, é proposta uma força equivalente estática Fdx na direção axial do movimento de 50 kN para os automóveis de passageiros em parques de estacionamento. Transversalmente ao sentido de deslocamento, resulta uma força Fdy de 25 kN. Devido ao tamanho da carga, provavelmente muito raramente será possível realizar um dimensionamento económico das secções de pilar de uma garagem. Também deve ser mencionado que as colisões em estruturas leves estão excluídas no Capítulo 4.1 (1), assim, a Tabela 4.1 não é válida e é feita referência ao Anexo Nacional. A instalação de uma proteção contra impactos que absorve o impacto à frente do pilar de forma a realizar um dimensionamento económico dos pilares provavelmente não será uma opção. O Anexo Nacional da Alemanha [5] descreve para os automóveis de passageiros ≤ 30 kN indicados na Tabela NA.2-4.1 para garagens simples e duplas, bem como para coberturas de carros uma força de impacto estática equivalente de 10 kN para as duas direções.

Se o Anexo Nacional de um país não fornece mais informação, é aconselhável a consulta do [3] Anexo B. Na Equação B.1, é descrita a carga horizontal equivalente para uma proteção contra quedas. Isto resulta em:

$\mathrm F\;=\;\frac{\mathrm m\;\cdot\;\mathrm v^2}{2\;\cdot\;\left({\mathrm\delta}_{\mathrm c}\;+\;{\mathrm\delta}_{\mathrm b}\right)}$

De acordo com o Anexo B(3), são selecionadas as seguintes hipóteses:

m = 1500 kg
δc + δb = 100 mm
v = 1,39 m / s

A velocidade de impacto v que derivada de B(3) é assumida como 5 km/h de acordo com [4] Tabela C.1 para garagens de estacionamento, o que corresponde a 1,39 m/s. Isto resulta numa carga equivalente de:

$\mathrm F\;=\;\frac{1.500\;\mathrm{kg}\;\cdot\;(1,39\;{\displaystyle\frac{\mathrm m}{\mathrm s}})^2}{2\;\cdot\;100\;\mathrm{mm}}\;=\;14,5\;\mathrm{kN}$

Posição da ação acidental

De acordo com [4] 4.3.1 (3), é permitido aplicar a força de impacto dos veículos de passageiros a uma altura de 50 cm acima da borda superior da estrada. No [3] Anexo B são especificados 37,5 cm para os automóveis de passageiros com uma massa do veículo máxima de 2500 kg. Uma vez que a altura dos pára-choques de um automóvel de passageiros não é padronizada na maioria dos países, o engenheiro tem de decidir a que altura será aplicada a carga equivalente. O anexo alemão [5] recomenda uma altura de 50 cm para os automóveis de passageiros.

Falha completa dos componentes estruturais como opção

Existe também a opção de analisar os efeitos da falha total do componente estrutural afetado em toda a estrutura (Figura 02). Dependendo de como o componente é fixado, tal análise pode ser útil.

Figura 02 - Rotura completa do pilar após impacto de um veículo de passageiros

Dimensionamento de um pilar de garagem para o caso de carga "Impacto" no RFEM/RSTAB

Para a garagem ilustrada na Figura 01, será simulado um impacto no pilar central por um automóvel de passageiros. O dimensionamento será realizado de acordo com o anexo da Alemanha neste exemplo.

Para este propósito, em primeiro lugar tem de ser criado um novo caso de carga onde a carga estática equivalente é definida. Se é utilizada a combinação de carga automática, a classe de acção "Acidental" deve ser atribuída a este caso de carga.

Posteriormente, é criada uma nova expressão de combinação com a situação de dimensionamento acidental de acordo com a [2] Equação 6.11e.

Figura 04 - Nova regra de combinação com a correspondente situação de dimensionamento

Neste exemplo, é selecionada uma distância da carga equivalente a partir do início de barra de 37,5 cm, porque o elemento de fixação, neste caso a altura da sapata do pilar, não é tida em consideração na análise estrutural.

Figura 05 - Tamanho e posição da força equivalente

A estrutura em madeira foi dimensionada com o módulo adicional RF-/TIMBER Pro. Os ficheiros do modelo correspondente para o RFEM e o RSTAB estão disponíveis em "Downloads" no final deste artigo. No caso 2 do TIMBER Pro, o dimensionamento acidental é realizado selecionando a correspondente combinação de carga. Uma vez que a carga de neve e a carga de vento não tem de ser combinadas com a carga de impacto neste caso, apenas o peso próprio e o impacto tem de ser considerados. Se as combinações de cargas são criadas manualmente, certifique-se de que a "Situação de dimensionamento acidental" é atribuída às respetivas combinações de carga (Figura 06) e a classe de duração da carga "Instantâneos" correspondentes (Figura 07).

Figura 06 - Dados gerais no TIMBER Pro com atribuição da situação de dimensionamento

Figura 07 - Atribuição da duração da carga

Através desta atribuição, a situação de dimensionamento acidental no estado limite último é considerada com um coeficiente de segurança parcial de 1.0, como requerido em [6] . Além do mais, neste caso, a resistência é multiplicada por kmod de 1,1 (classe de serviço 2) por causa da duração da carga instantânea. Neste exemplo, o pilar tem um relação de 0,47 ≤ 1,00, ficando, assim, o impacto do automóvel de passageiros verificado. A verificação funciona mesmo com um Kmod de 0,9 (classe de utilização 3).

Figura 08 - Verificação completa do pilar abalroado pelo carro

Como já foi explicado, é importante verificar a falha completa do pilar (Figura 02). Para este efeito, não é necessário considerar a falha ou eliminação da barra num ficheiro separado. O pilar pode ser facilmente desativado para combinações de carga específicas. Para a falha completa do pilar, será criada uma nova combinação de cargas onde apenas o peso próprio é incluído e o pilar é desativado nos parâmetros de cálculo.

Figura 09 - Desativação do pilar para uma determinada combinação de cargas

Uma vez que a estrutura é certamente apoiada imediatamente após a rotura do pilar, pode ser aplicada uma duração de carga "instantânea" para esta combinação de cargas. O dimensionamento da madre sobre o efeito do peso próprio para situações de dimensionamento acidentais é de 0,48 ≤ 1,00 (caso 3 do TIMBER Pro).

Figura 10 - Verificação da madre para a rotura total do pilar

Verificação das ligações e da fundação

Além disso, as ligações tem de ser verificadas em caso de impacto. Portanto, é necessário verificar se a base do pilar e a ligação do pilar à madre acima estão dimensionadas de forma suficiente. Se a carga de impacto tem de ser transferida para a fundação ou não depende do tipo de estrutura. Na [5] NDP a 4.1 (1), Nota 3, a transferência de forças geralmente não é determinante para os edifícios. Esta afirmação é verdadeira para a garagem mencionada no exemplo.

Palavras-chave

Impacto Carga de impacto Garagem Ação acidental Veículo Impacto do pilar

Referência

[1]   Eurocode 0: Basis of structural design: EN 1990:2002
[2]   Nationaler Anhang - National festgelegte Parameter - Eurocode 0: Grundlagen der Tragwerksplanung; DIN EN 1990/NA:2010-12
[3]   Eurocode 1: Actions on structures - Part 1-1: General actions - Densities, self-weight, imposed loads for buildings; EN 1991-1-1:2010-12
[4]   Eurocode 1: Einwirkungen auf Tragwerke - Teil 1-7: Allgemeine Einwirkungen - Außergewöhnliche Einwirkungen; DIN EN 1991-1-7:2010-12
[5]   Nationaler Anhang - National festgelegte Parameter - Eurocode 1: Einwirkungen auf Tragwerke - Teil 1-7: Allgemeine Einwirkungen - Außergewöhnliche Einwirkungen; DIN EN 1991-1-7/NA:2010-12
[6]   Eurocode 5: Design of timber structures - Part 1-1: General - Common rules and rules for buildings; EN 1995-1-1:2010-12

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