Masterclass Eurocódigo 3: dimensionamento de aço com o RFEM 6

Apresenta o curso de Dimensionamento de Aço EC3: teoria complementada com exemplos práticos no RFEM 6, cobrindo imperfeições, deformações estruturais, rigidez das ligações e métodos de verificação. Indica o download da versão de teste gratuita de 90 dias do RFEM 6, com versão gratuita para estudantes.

Apresenta o conteúdo do curso e as normas europeias, com foco no EC3, e os módulos do RFEM 6 para aço: dimensionamento de aço, torção com empenamento (sete graus de liberdade) e ligações de aço. Termina nas versões nacionais, cujos anexos nacionais alteram os coeficientes parciais de segurança por país.

Compara efeito e resistência de cálculo, definindo valor característico, valor de cálculo e os coeficientes Gama M0, Gama M1 e Gama M2. No separador Standards do RFEM 6 ativa o anexo nacional alemão de 2020 e confirma no separador Steel Design dos materiais que o Gama M1 sobe de 1.0 para 1.1.

Introduz os materiais suportados pelo Eurocódigo e, no separador Material Values do RFEM 6, lê a tensão de cedência e a resistência última por intervalo de espessura. Na Material Library filtra a região European Union e o aço e procura o S235. Mostra que outra escolha ajustaria os valores, mas cancela.

Parte teórica: classifica as secções nas classes 1 a 4 do Eurocódigo 3 e distingue a análise global plástica da elástica. Compara a primeira e a segunda ordem num exemplo com dois pilares e situa o alfa crítico acima de 10 na análise elástica e de 15 na plástica, calculado com o módulo Structure Stability.

No RFEM 6, ativa o módulo Structure Stability em Base Data e o cálculo da carga crítica num pórtico 2D: com a secção IPE 400 obtém o fator 33,6 e o momento sobe de 60 para 61,8 kNm em segunda ordem. Com a IPE 200, o fator cai para 2,8 e o momento sobe para cerca de 91 kNm.

No RFEM 6, cria uma carga de barra de 5 kN/m, repõe a secção IPE 400 e liga o Combination Wizard em Load Cases and Combinations, que gera as combinações segundo o Eurocódigo e o anexo nacional alemão. Ativa a análise de estabilidade nessas combinações e obtém o fator de carga crítica mínimo 13,46, na combinação 3.

Parte teórica: distingue imperfeições geométricas de estruturais e apresenta o deslocamento inicial global, valor base de 1/200 reduzível pelos fatores AlfaM e AlfaH. Descreve a curvatura inicial local do Eurocódigo 3, ambas aplicadas por cargas equivalentes, e a alternativa do modo próprio à escala.

No RFEM 6, cria um Imperfection Case com deslocamento inicial segundo o Eurocódigo 3, valor base de 1/200, direção Global em X, nas barras 1 e 3. Inverte a orientação de uma barra e, em Load Cases and Combinations, escolhe a segunda ordem e confirma que a consideração das imperfeições já está ativa.

Parte teórica: descreve os métodos A, B e C de verificação de estabilidade do Eurocódigo 3, com as imperfeições e o comprimento efetivo de cada um. Passa às ligações da parte 1-8, à curva momento rotação com Fi, MjRd e SJ, à classificação em articulada, rígida e semirrígida, e a SJ dividido por eta.

No RFEM 6, cria os parâmetros globais H, altura de 5 m ligada às coordenadas dos nós pela fórmula menos H, e SJ, com 60.000 kNm. Numa articulação de barra, liga a constante da mola a SJI dividido por eta, igual a dois, e aplica no estado limite de utilização o fator de rotação dois em Structure Modification.

Aula teórica do EC3 sobre classificação de secções: compara o valor de C sobre T de cada parte com o limite correspondente, sendo a pior parte a definir a classe de toda a secção. Mostra o limite da classe 1 como 9 vezes Epsilon em compressão pura e 9 Epsilon a dividir por Alfa em flexão com compressão.

No RFEM 6, o módulo Steel Design classifica automaticamente a viga IPE 300 em S355. Em compressão pura o subpainel 3 é de classe 4 e a área efetiva desce de 53,81 para 52,7 cm², valor usado na verificação. Em flexão a secção é de classe 1 e a carga de 100 cumpre contra a resistência plástica de 223.

Aula teórica: nas secções mais comuns a compressão pura cai depressa nas classes 3 e 4, só com resistências elásticas, e a flexão pura fica em classe 1. Percorre as fórmulas do estado limite último, da tensão equivalente de von Mises em 6.2.1 ao corte com a área de corte efetiva, que soma à alma parte dos banzos.

No RFEM 6, ativa o Steel Design em Base Data, separador Modules, com o anexo nacional alemão. Percorre as tabelas até secções, onde a classificação pode passar de automática para classe 3, e copia a configuração de estado limite último para outra sem verificação de estabilidade, atribuída à barra em Members.

No RFEM 6, o duplo clique na barra abre a edição com cinco separadores, porque o Steel Design está ativo. Em Design Configurations atribui à barra o dimensionamento elástico criado antes, e o último separador, Design Supports and Deflection, reúne as opções do estado limite de utilização, tratadas no capítulo 6.

No RFEM 6, o cálculo corre por Show Results e os detalhes mostram um dimensionamento plástico segundo o Eurocódigo 3, cumprido. Ao ativar o dimensionamento elástico na configuração da barra, o dimensionamento fica incompleto, surge a subtabela Overview e os detalhes mostram o critério de von Mises.

Aula teórica sobre encurvadura por corte: como a classificação da secção só considera as tensões sigma X, é preciso outra verificação, comparando a altura sobre a espessura com um valor limite. Em aço S235, IPE e HE normalmente não têm este problema, mas uma secção soldada muito esbelta pode ter de o verificar.

No RFEM 6, com 200 kN por metro numa secção soldada muito esbelta, ativa a verificação de encurvadura por corte e cria reforços transversais nas extremidades segundo 5.12. O dimensionamento só fica cumprido após reforços adicionais a cada 25% do comprimento, com espaçamento final de 1,5 m.

Parte teórica da estabilidade ao estado limite último: os dois métodos, o coeficiente gama M1, as roturas por encurvadura por flexão, por torção e por flexão torção e o fator de carga alfa crítico. Percorre a secção 6.3 do Eurocódigo 3 até ao método geral da 6.3.4 e nota que a 6.3.5 não está implementada no módulo.

No RFEM 6, ativa o módulo Steel Design e o anexo nacional alemão em General Data e deixa só o estado limite último, com a verificação de estabilidade e o efeito desestabilizador da carga. Cria Effective Lengths para os dois pilares, introduz nós a 50% e lê comprimentos de encurvadura de 6 m em Y1 e 3 m em torno de Z.

No RFEM 6, a viga recebe três nós intermédios pela opção que cria nós sem dividir a barra, ficando com quatro segmentos. Um novo Effective Lengths dá-lhe apoios na direção Y e restrições no eixo X nesses nós. Após recalcular, a tabela Design Ratios mostra a verificação de estabilidade cumprida.

No RFEM 6, cria-se uma Boundary Conditions para a viga e desativa-se o Effective Lengths, pois não podem coexistir no mesmo elemento. A verificação passa a seguir a secção 6.3.4, o método geral, e a teoria final resume a tabela de métodos com as cargas N, M1, M2 e M3.

No RFEM 6 (Steel Design), no separador Objects to Design, mantém apenas a viga cruzada e corre o dimensionamento: razão de cálculo 1,86, com flecha de 24,8 mm contra o limite de 13,3 mm. Ao referir o deslocamento às extremidades de segmento deformadas, a flecha desce para 12,7 mm e o dimensionamento é cumprido.

No RFEM 6 (Steel Design), dimensiona a barra número quatro e em Design Ratios by x-Location o limite de flecha num ponto da consola é L dividido por 300, o que está errado. Com apoios de cálculo no início da barra e no nó número nove, o software separa viga de consola e o recálculo dá L dividido por 150.

Como as barras não são uniformes, a barra equivalente fica excluída e o exemplo segue o método geral. Ativa-se então o Steel Design com o anexo nacional alemão e, nas configurações do estado limite último, a verificação de estabilidade e o dimensionamento elástico, com a carga na borda do perfil.

Cria um conjunto de barras com a viga e o pilar do pórtico e atribui as condições de fronteira, incluindo o nó intermédio, para dimensionar pelo método geral no RFEM 6. O cálculo dá um fator amplificador de carga de 2,14; ao testar um momento na viga, o método geral deixa de ser aplicável.

Ativa a torção com empenamento e a estabilidade da estrutura, define a excentricidade da carga em -2250 mm e cria conjuntos de barras nas vigas, obtendo um fator de carga crítica de 2,17. Com imperfeição de comprimento da barra sobre 150 e teoria de terceira ordem, o conjunto de barras atinge 0,4 de relação de cálculo.

Na viga de plataforma, a análise de tensões dá quase 80% contra 69% no Steel Design, pois a secção de classe 1 permite resistências plásticas. Pelo método da barra equivalente criam-se comprimentos efetivos só para encurvadura por flexão torção e a verificação falha: momento de 450 face a 260.

Os apoios em forquilha não servem aqui, porque as vigas cruzadas são muito menores do que a viga principal. Cria-se então uma restrição à rotação da barra do tipo manual, com os 134 kNm/m do artigo técnico, atribuída ao apoio da barra: a relação de verificações desce para 1,071 face a um.

Nos comprimentos efetivos, os nós intermédios da viga principal recebem uma mola de 348 kNm/rad e o dimensionamento fica cumprido com 97,5%. Em alternativa, com torção com empenamento e imperfeição de 0,018, a verificação de secção dá cerca de 99% e o fator de carga crítica confere com o modelo Viga de plataforma MEF.