Tendências digitais no planeamento estrutural

Artigo técnico sobre o tema análise estrutural e utilização do software Dlubal

  • Base de dados de conhecimento

Artigo técnico

Este artigo foi traduzido pelo Google Tradutor

Ver texto original

A industria da construção está progressivamente a tornar-se cada mais mais digital. Os engenheiros de estruturas, um grupo menor do setor da construção, nem sempre são tomados como os engenheiros que aderem imediatamente às últimas tendências. Muitas vezes, por boas razões. Muitos vêem isso como uma razão pela qual tópicos como a aplicação do método BIM ainda não são a norma na engenharia estrutural. No entanto, os últimos anos têm demonstrado que está em curso um processo de repensamento e novas tendências digitais estão a ser aceites e aplicadas.

Feira da Industria: digitalBau

Em fevereiro de 2020, foi realizada pela primeira vez em Colónia, na Alemanha, uma nova feira sobre "Digitalização na industria da construção". Após muitos anos difíceis para as típicas feiras de software de construção, esta é a primeira feira neste setor bem sucedida com uma nova orientação. Destaca-se, ainda, que este evento se concentrou exclusivamente em software e, como é frequentemente o caso, este segmento da indústria não se perdeu entre os fabricantes de outros produtos de construção como de tijolos a calhas. Será interessante verificar se o início bem-sucedido continuará nos próximos dois anos com o número crescente de expositores e visitantes. Ficou já claro que este foi um ponto de encontro para todos os fabricantes de software bem conhecidos na indústria da construção em geral e para a engenharia estrutural em particular. Acompanhando de perto a evolução dos últimos anos, reconhecem-se algumas tendências e a digitalBau também foi uma boa oportunidade para confirmar isso.

A modelação de informação da construção BIM está a tornar-se cada vez mais importante

Há mais de 20 anos que engenheiros civis trabalham no sentido de representar as possibilidades digitais de toda a vida útil dos edifícios. Mas só agora mais do que apenas alguns pioneiros parecem estar preocupados com isso. Mais ainda, os engenheiros de estruturas também reconhecem o tópico como uma oportunidade para adquirir novos clientes, trabalhar de forma mais eficaz e apresentar o seu gabinete de engenharia como inovador e progressivo. Este último é um ponto que não deve ser subestimado quando se trata de contratar engenheiros técnicos difíceis de encontrar e de os manter por um longo período de tempo.

As novas versões de software incluem, cada vez mais, ferramentas para lidar melhor com os dados 3D e para se comunicar digitalmente. Isto foi precedido por vários anos em que os arquitetos aprenderam a apreciar as vantagens dos gêmeos digitais. Permitindo criar visualizações atrativas e efetuar cálculos de custos de forma rápida e precisa. Depois de criados os modelos tridimensionais, pretende-se utilizá-los para outras tarefas, tais como análises e dimensionamento estruturais.

Figura 01 - Modelo de construção em várias aplicações BIM e IFC Viewer, bem como o modelo calculado no RFEM (deformações, abaixo)

Por que começar de novo quando é possível importar os modelos com a interface Open BIM certificada? Essas foram as ideias até ao momento. No entanto, é agora do conhecimento que um modelo de cálculo digital é fundamentalmente diferente de um modelo 3D criado por um arquiteto, mesmo que pareça o mesmo à primeira vista. Embora seja baseado nas dimensões e nos dados do modelo do modelo digital duplo, este não contém necessariamente os dados essenciais para apoios, articulações e por exemplo, as correspondentes cargas e combinações de cargas que são essenciais para o cálculo. Além disso, existem simplificações significativas no modelo de análise, sem as quais nenhum cálculo efetivo seria possível ainda hoje. Por exemplo, no modelo BIM, todos os componentes estruturais são descritos como sólidos.

No modelo estrutural, no entanto, elementos sólidos são raramente utilizados para o cálculo. Em vez disso, os pilares e as vigas são modelados como elementos finitos 1D, ou seja, com um nó inicial e final e uma linha entre eles. A rigidez do elemento é descrita pelos valores da secção e pelo comprimento da linha. As geometrias de sólidos 3D degeneram-se assim em modelos de linhas simples. Isto, por sua vez, significa que as linhas centrais e as superfícies de pilares, vigas, lajes ou paredes nem sempre se encontram num nó ou numa linha e, assim, o modelo de estrutura de linhas mencionado é facilmente alcançado. Pelo contrário, a posição das linhas estruturais tem de ser frequentemente alteradas e definidas com maior precisão para obter um modelo de análise coerente e interligado em rede.

Figura 02 - Diferentes variantes da derivação de um modelo de análise para uma ligação de estrutura de aço aparafusada (linhas vermelhas e nós) para o cálculo num programa de estrutura

Uma vez que isto requer conhecimentos de engenharia, nem sempre pode ser totalmente automatizado por software e pode ser muito demorado. No software BIM contemporâneo, representa este problema e os dois modelos - incluindo o modelo estrutural - encontram-se disponíveis. As ferramentas especiais aumentam, reduzem ou encontram pontos próximos e definem-nos como nós estruturais. Se estes modelos estruturais forem depois transferidos para o software de análise estrutural no próximo passo, é necessário um formato de troca comum. Isto não tem necessariamente de ser o formato IFC independente do fabricante. Existem vários formatos, bem como interfaces diretas de BIM e software de análise estrutural, nos quais os dados são importados diretamente de um programa para o outro sem um ficheiro intermédio.

Novas soluções digitais para simulações de cargas de vento

Uma vez que o modelo tenha sido importado para o software de análise estrutural, este deve ser aperfeiçoado. Além de apoios, articulações e outros parâmetros mecânicos, a aplicação da carga é um grande passo. Na abordagem tradicional, as suposições de carga são feitas e introduzidas no modelo analítico como cargas de barra ou superfície. Para formas de construção regulares, as normas de carga indicam que cargas devem ser aplicadas. A aplicação de cargas devido ao peso próprio, cargas impostas e cargas de neve geralmente causa poucos problemas. A situação é diferente para cargas de vento. Os fluxos de vento e turbulências são regulados apenas para edifícios simples. Mesmo as coisas mais comuns, tais como águas-furtadas, beirais, coberturas ou edifícios parcialmente abertos, podem levar rapidamente a situações nas quais não está claro se as cargas de sucção ou compressão prevalecem e qual a sua dimensão. No entanto, é precisamente a possibilidade de planear digitalmente que também pode alimentar o desejo de dimensionar formas de edifícios sofisticadas e extravagantes. Mesmo que as suposições de carga possam ser feitas aqui, aplicá-las ao modelo estrutural é muitas vezes entediante e trabalhosa. Tal como a utilização da análise estrutural para simular o fluxo de vento, também é possível utilizar métodos baseados no MEF que são, por exemplo utilizados na engenharia mecânica ao analisar fluxos. É óbvia a utilização de simulações digitais para fluxos de vento e para determinar as pressões do vento em edifícios.

Portanto, a simulação de cargas de vento foi um dos temas principais no stand da empresa de software de análise estrutural Dlubal na feira digitalBau em Colónia. O programa correspondente com o nome RWIND Simulation pode ser interpretado como um túnel de vento digital. O que é analisado de outra forma em réplicas de modelos num dos poucos túneis de vento na Alemanha de uma forma dispendiosa e demorada, pode agora ser analisado muito mais rapidamente. Os modelos digitais, uma vez que estes já estão disponíveis quando utiliza o método BIM, são importados para o software e podem, por isso, ser visualizados com um elevado nível de detalhe. Além disso, a topografia da envolvente e os edifícios adjacentes são importantes para a simulação de vento. Estes podem também ser importados e alinhados adicionalmente em relação ao edifício. As normas relevantes especificam as velocidades básicas do vento e as turbulências a serem aplicadas nos diagramas. Pode defini-las no software como um perfil de vento vertical, dependendo da norma. Com estas especificações, inicia-se a simulação de fluxos de vento a partir de diferentes direções. O resultado são visualizações animadas de fluxos e velocidades de vento, bem como as pressões resultantes na superfície da estrutura, as quais podem depois ser utilizadas como carga estática.

Figura 03 - Simulação de carga de vento do CIMU - ILE DE SEGUIN, em Paris, no túnel de vento digital do RWIND Simulation (© www.bouygues.com)

O túnel de vento digital pode ser utilizado de forma ainda mais eficaz em combinação com o software de análise estrutural RFEM. Os modelos de análise 3D podem ser transferidos diretamente para o túnel de vento digital. Após a conclusão da simulação, as cargas são transferidas automaticamente como um caso de carga estática. Com a utilização de software CFD como o RWIND Simulation, uma parte significativa da análise estrutural é elevada para um nível completamente diferente. As suposições de carga baseadas em CFD oferecem a oportunidade de determinar ações de carga mais realistas e, eventualmente, mais económicas e mais seguras para as estruturas de apoio. A utilização de modelos 3D em análises estruturais e simulações de vento, também poupa tempo ao introduzir cargas de vento. Por outro lado, existe uma discrepância no facto de as abordagens de carga que são baseadas em padrões de carga não corresponderem às cargas numericamente determinadas a partir da análise CFD. Isto levanta dúvidas, especialmente se o nível de carga é mais baixo. Aqui, certamente são necessários cálculos de referência e a validação dos resultados numéricos tendo em consideração os valores de referência conhecidos.

No entanto, também pode ser argumentado que os testes reais em túneis de vento apenas se aproximam da realidade, e isso se deve a modelos em escala muito pequenos, devido a erros de medição e à distribuição dos sensores. Além disso, um teste real de túnel de vento é difícil de determinar a elasticidade dos edifícios. É aqui que as soluções numéricas têm um grande potencial de futuro. As normas de carga são também métodos muito simplificados, que geralmente são considerados como uma ferramenta segura. Ambos os métodos de determinação de carga - teste de túnel de vento real e métodos simplificados da norma de carga - são, portanto, apenas aproximações do estado real. Portanto, as cargas determinadas por CFD e RWIND são pelo menos uma boa alternativa e ajudam a compreender as condições reais. Este é um bom exemplo de como a indústria da construção pode tirar proveito da digitalização, BIM e de produtos inovadores e novos. Além do modelo de arquitetura e de análise, também é necessário um modelo de vento digital. Espera-se que as condições legais e os métodos de verificação dos cálculos estruturais sejam adaptados às novas possibilidades e ajudem a definir o progresso técnico.

Figura 04 - Distribuição de pressão de um edifício residencial com garagem no túnel de vento digital pelo RWIND Simulation

Serviços baseados na nuvem

Outro tópico muito discutido é a utilização de serviços baseados na nuvem para o dimensionamento estrutural. No entanto, não se trata apenas do armazenamento de dados em servidores, mas também do fornecimento de informações na Internet e da sua utilização automática. No que diz respeito à análise estrutural, já existem muitos exemplos em que os cálculos podem ser realizados na Internet. Um exemplo de como a engenharia estrutural pode tirar proveito dos serviços baseados na nuvem é a ferramenta de geolocalização da Dlubal Software. Com este serviço, é possível medir cargas de vento, neve, sismos e tornados em muitos países do mundo. Também existem planos para de extensão para ações resultantes de eventos de tsunami, temperatura, chuva e formação de gelo. Os mapas de carga baseiam-se nos mapas digitais de serviços de mapas online, como o Google Maps ou o OpenStreetMap. Para cada país, encontram-se disponíveis as respetivas normas. O utilizador tem acesso gratuito a um número limitado de pedidos. Depois, pode ativar o acesso a todos os cartões de carga iniciando a sessão. Através de uma interface (serviços web), os sites externos também podem consultar automaticamente os valores de carga para qualquer localização. Desta maneira, o serviço também pode ser integrado a outras aplicações.

Figura 05 - Serviço online da Dlubal para determinação de cargas de vento com base em serviços de mapas baseados na nuvem

Além disso, pode utilizar tabelas de perfis online. Até ao momento, era necessário atualizar regularmente os documentos ou obter as tabelas de perfis impressas em intervalos regulares. Não só estão disponíveis as secções padrão, mas também as formas das secções que podem ser introduzidas livremente através das dimensões. Por isso, o serviço online pode oferecer muito mais do que um livro de tabelas impresso imutável.

Figura 06 - Serviço online da Dlubal com extensas bibliotecas de secções e determinação de propriedades de secções para dimensionamento estrutural

Os programas de MEF e os projetos calculados com os mesmos são por vezes tão complexos que, em alguns casos, é necessário um contacto intenso com o fabricante do software. Novamente, existe uma tendência para formação online mais espontânea e reuniões de apoio. Como na vida particular, a equipa de suporte e os utilizadores estão disponíveis diretamente, pelo menos para perguntas iniciais simples. Atualmente, vai muito além do pedido habitual de e-mail e pode utilizar as funções de comentário em canais de redes sociais como o Facebook ou o Instagram para nos contactar. Alguns fabricantes também oferecem funções de conversação no site, que procuram automaticamente por possíveis respostas para as perguntas feitas através da inteligência artificial. Se a reserva de um treino que durava vários dias após a sua chegada, agora pode encontrar a opção "Auto-treino" no canal do YouTube sob a forma de um seminário web gravado ou um evento para clientes.

Figura 07 - Canal da Dlubal no YouTube com seminários web técnicos detalhados para o auto-estudo sobre vários tópicos de análise estrutural

Os sites da Dlubal Software, por exemplo, foram desenvolvidos para um portal abrangente de análises estruturais. Além do fórum tradicional, existem inúmeras perguntas frequentes (FAQs) que ajudam a resolver problemas a qualquer altura do dia. Os artigos técnicos contêm conhecimentos técnicos sobre tópicos específicos. Todo o conteúdo pode ser encontrado gratuitamente através da pesquisa na Internet.

Figura 08 - Site da Dlubal com artigos técnicos e exemplos de cálculo

Autor

Dipl.-Ing. (FH) Walter Rustler, M.Eng.

Dipl.-Ing. (FH) Walter Rustler, M.Eng.

Diretor de vendas e apoio ao cliente

O Eng.º Rustler é o vice-diretor executivo da empresa e coordena as áreas de vendas e marketing. Além disso, participa no desenvolvimento de produtos.

Palavras-chave

BIM Building Information Modeling RWIND Carga de vento Simulação de carga de vento CFD Cálculo estrutural

Ligações

Escreva um comentário...

Escreva um comentário...

  • Visualizações 1725x
  • Atualizado 20 de maio de 2021

Contacto

Contactar a Dlubal

Tem alguma questão ou necessita de ajuda? Então entre em contacto com a nossa equipa de apoio técnico gratuita por e-mail, chat ou no fórum, ou então consulte as perguntas mais frequentes (FAQ).

+49 9673 9203 0

(falamos português)

info@dlubal.com

Formação online | Inglês

Eurocódigo 2 | Estruturas de betão segundo a DIN EN 1992-1-1

Formação online 29 de julho de 2021 8:30 - 12:30 CEST

Formação online | Inglês

RFEM | Dinâmica estrutural e dimensionamento de sismos segundo o EC 8

Formação online 11 de agosto de 2021 8:30 - 12:30 CEST

Formação online | Inglês

RFEM para estudantes | EUA

Formação online 11 de agosto de 2021 13:00 - 16:00 EDT

Formação online | Inglês

Eurocódigo 3 | Estruturas de aço segundo a DIN EN 1993-1-1

Formação online 25 de agosto de 2021 8:30 - 12:30 CEST

Formação online | Inglês

Eurocódigo 5 | Estruturas de madeira segundo a DIN EN 1995-1-1

Formação online 23 de setembro de 2021 8:30 - 12:30 CEST

Dimensionamento de vidro com o software da Dlubal

Dimensionamento de vidro com o software da Dlubal

Webinar 8 de junho de 2021 14:00 - 14:45 CEST

Análise de histórico de tempo de uma explosão no RFEM

Análise de histórico de tempo de uma explosão no RFEM

Webinar 13 de maio de 2021 14:00 - 15:00 EDT

Os erros de utilizador mais comuns com o RFEM e o RSTAB

Os erros de utilizador mais comuns com o RFEM e o RSTAB

Webinar 4 de fevereiro de 2021 14:00 - 15:00 BST

Dimensionamento de barras segundo o ADM 2020 no RFEM

Dimensionamento de barras segundo o ADM 2020 no RFEM

Webinar 19 de janeiro de 2021 14:00 - 15:00 EDT

Jornada informativa da Dlubal

Jornada informativa online da Dlubal | 15 de dezembro de 2020

Webinar 15 de dezembro de 2020 9:00 - 16:00 BST

Interação Solo-Estrutura no RFEM

Interação solo-estrutura no RFEM

Webinar 27 de outubro de 2020 14:00 - 14:45 BST

Análise do espectro de resposta modal segundo a NBC 2015 no RFEM

Webinar 30 de setembro de 2020 14:00 - 15:00 EDT

Documentação de resultados no relatório de impressão do RFEM

Webinar 25 de agosto de 2020 14:00 - 14:45 CEST

Dimensionamento de betão segundo a ACI 318-19 no RFEM

Webinar 20 de agosto de 2020 14:00 - 15:00 EDT

Como aumentar a produtividade com o RFEM

Como aumentar a produtividade com o RFEM

Webinar 7 de julho de 2020 15:00 - 16:00 CEST

Introdução à modelação de sólidos \n no RFEM

Introdução à modelação de sólidos no RFEM

Webinar 30 de junho de 2020 14:00 - 15:00 EDT

Modelação com recurso a sólidos no RFEM

Modelação com recurso a sólidos no RFEM

Webinar 9 de junho de 2020 15:00 - 15:45 CEST

Dimensionamento de betão segundo a CSA A23.3 no RFEM

Dimensionamento de betão segundo a CSA A23.3:19 no RFEM

Webinar 14 de maio de 2020 14:00 - 15:00 EDT

}
RFEM
RFEM

Programa principal

Software de engenharia estrutural para análises de elementos finitos (AEF) de estruturas planas e espaciais constituídas por lajes, paredes, vigas, sólidos e elementos de contacto

Preço de primeira licença
3.540,00 USD
RWIND Simulation

Programa autónomo

Programa autónomo para simulações numéricas de fluxos de vento em edifícios ou outros objetos. As cargas de vento atuantes nestes objetos podem ser importadas para os programas RFEM / RSTAB para a realização de análises estáticas e dinâmicas.

Preço de primeira licença
2.690,00 USD