Estudo de Caso de uma Passarela Urbana Metálica: comparativo entre modelos computacionais

Abstract

O uso do aço como solução estrutural para passarelas urbanas vem sendo incentivado pela necessidade de garantir segurança e durabilidade a essas obras de arte, aliado a um custo competitivo de construção e manutenção. Este trabalho apresenta um estudo de caso de cálculo da estrutura principal da travessia de uma passarela urbana metálica. Essas estruturas são formadas, em sua grande maioria, por componentes treliçados. Devido ao grande número de barras as compõe, fez-se necessário o uso de um programa de análise estrutural para auxílio do cálculo. Porém, o exemplar mecânico de uma passarela urbana treliçada não se apresenta como uma treliça tridimensional perfeita, devido a existência de nós planos, que são nós pertencentes ao plano da treliça e não ao perpendicular a ele e assim, o modelo numérico pode não convergir computacionalmente. A fim de tornar este cálculo possível, foram elaboradas duas alternativas de modelagem computacional. Na primeira, as barras dos banzos foram inseridas como vigas, de forma a eliminar esses nós planos, mas gerar esforços fletores nesses elementos. Já na segunda, as treliças foram consideradas como perfeitas e foram inseridas barras fictícias para estabilizar o exemplar mecânico, assim, os elementos das treliças são submetidos apenas a esforços axiais. A modelagem computacional e a análise estrutural foram realizadas por meio de um programa de análise pelo Método dos Elementos Finitos e o dimensionamento das barras foi realizado com o auxílio de um programa editor de planilhas e um código em linguagem de programação criado pela autora. Foram consideradas ações permanentes, variáveis e excepcionais impostas pelas normas técnicas brasileiras e todas as barras e suas respectivas ligações foram dimensionadas de acordo com as normas técnicas brasileiras. Por fim, foi realizada a comparação dos pesos totais de aço de cada modelo e concluiu-se que as duas possibilidades podem ser aplicadas para este caso.

The use of steel as a structural solution for urban walkways has been encouraged by the need to ensure safety and durability for these compositions, combined with a competitive cost of construction and maintenance. This academic work presents a case study of calculating the main structure of the crossing of a metallic urban walkway. These structures are formed, for the most part, by truss components, due to the large number of elements that compose them, it was necessary to use a structural analysis program to aid the calculation. However, the mechanical example of a trellised urban walkway does not present itself as a perfect three-dimensional truss, due to the existence of flat nodes, which are nodes belonging to the truss plane and not perpendicular to it. Thus, the numerical model may not converge computationally. In order to make this calculation possible, two computational modeling alternatives were developed. In the first, the bars of the flanges were inserted as beams, in order to eliminate these flat nodes, but generate bending efforts in these elements. In the second, the trusses were considered perfect and fictitious bars were inserted to stabilize the mechanical specimen, thus, the elements of the trusses are submitted only to axial forces. Computational modeling and structural analysis were performed using an analysis program using the Finite Element Method and the sizing of the bars was performed with the aid of a spreadsheet editor program and a programming language code created by the author. Permanent, variable and exceptional actions imposed by Brazilian technical standards were considered and all bars and their respective connections were dimensioned according to Brazilian technical standards. Finally, the comparison of the total steel weights of each model was carried out and it was concluded that the two possibilities can be applied for this case.