Esta esbelteza elevada provoca potencialmente fenómenos de distorção da secção transversal, para além dos fenómenos de encurvadura local da secção e encurvadura global tradicionalmente presentes e tratados regulamentarmente para secções laminadas a quente.

Em termos regulamentares, e no contexto do programa de desenvolvimento dos Eurocódigos Estruturais e em particular do EC3 (Dimensionamento de Estruturas Metálicas), esta complexidade adicional levou à elaboração de uma parte específica do EC3 para lidar com o dimensionamento de perfis enformados a frio, a parte 1.3, cuja versão definitiva se encontra actualmente em fase de aprovação (prEN1993-1-3:2003).
Os perfis enformados a frio constituem uma solução eficiente e económica em muitas aplicações e a nova regulamentação europeia introduz conceitos e procedimentos ainda pouco divulgados em Portugal, pelo que se apresentam seguidamente os aspectos fundamentais que diferenciam os perfis enformados a frio dos tradicionais laminados a quente.

Encurvadura Local
A elevada esbelteza dos diferentes elementos que constituem a secção tranversal leva a que possam ocorrer fenómenos de encurvadura local, a qual tem assim de ser considerada explicitamente no dimensionamento deste tipo de secções. Além disso, a resistência pós-encurvadura de elementos esbeltos é normalmente estável, pelo que é possível considerar a reserva de pós-encurvadura no dimensionamento deste tipo de secções de forma a obter-se uma solução económica.
De acordo com o Eurocódigo 3, Parte 1.3, o dimensionamento de elementos enformados a frio é feito com base no método das secções efectivas. Este método considera a redução da resistência da secção devido à encurvadura local através da redução da dimensão de cada um dos elementos da secção transversal (secção efectiva).

Torção
A esbelteza das secções tranversais implica uma rigidez de torção normalmente muito baixa. A maior parte das secções produzidas pelo processo de enformagem a frio são monosimétricas ou mesmo assimétricas, e em que o centro de corte não coincide com o centro de gravidade da secção, sendo assim fundamental a consideração de momentos torsores secundários decorrentes da excentricidade entre o eixo de acção das cargas e o centro de corte. Assim, normalmente, este tipo de elementos necessita de ser restringido à torção, quer em intervalos regulares ou continuamente ao longo de todo o seu comprimento.

Distorção
Secções transversais impedidas de deformar lateralmente e/ou à torção podem ainda sofrer um modo de encurvadura normalmente designado de encurvadura por distorção. Este modo de encurvadura pode ocorrer em membros comprimidos e/ou flectidos. O Eurocódigo 3, Parte 1.3, considera a redução da resistência da secção devido à encurvadura por distorção através da redução da espessura do reforço.

Enformagem a Frio
As propriedades mecânicas do aço da secção transversal são afectadas pelo processo de enformagem a frio, particularmente nas zonas das dobragens. Em secções transversais criadas por enformagem a frio a partir de chapas planas, o encruamento do aço ocorre fundamentalmente nas quatro dobras. Nestas regiões, a tensão resistente última do material e a tensão de cedência são aumentadas, enquanto que a ductilidade do material é reduzida.

Helena Gervásio, Luís Simões da Silva e Pedro Simão

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Este trabalho debruça-se sobre o comportamento de ancoragens de peças metálicas ao betão através de um tipo específico de fixadores designado por chumbadouros de cabeça. Descreve-se o seu comportamento, identificando os modos de ruína mais relevantes e os factores principais que os condicionam.

Apresenta-se um estudo experimental em curso, no qual se ligam chumbadouros de cabeça a maciços de betão armado. As variáveis fundamentais são a resistência do próprio chumbadouro, a quantidade de armadura e sua disposição, a presença de outros chumbadouros na vizinhança, e ainda a proximidade dos bordos da peça. Pretende-se assim dar um contributo para o avanço do conhecimento nesta área, estudando o aumento de resistência proporcionado por armaduras de reforço na área de ancoragem, já que neste caso a aplicação dos métodos disponíveis para a previsão da capacidade resistente de chumbadouros de cabeça é excessivamente conservativa.

Apresentam-se, para além de uma descrição geral do trabalho, alguns resultados já disponíveis e tecem-se considerações qualitativas sobre a importância das diversas variáveis consideradas no estudo.

José Maria Raposo, Luís Costa Neves e Luís Simões da Silva

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É crescente a utilização de perfis tubulares metálicos em pilares ligados a vigas de secção do tipo IPE/HE. Não se encontram, contudo, definidas no EC3, normas para a verificação da segurança daquele tipo de ligações, no que respeita à avaliação da resistência, rigidez e capacidade de rotação das mesmas.

Estudos anteriores referem a abordagem e os modelos adoptados na análise de ligações em pilares tubulares mistos, tendo-se utilizado para avaliação das respectivas propriedades estruturais o método das componentes, constituindo esse trabalho uma referência para a investigação a realizar sobre perfis tubulares sem betão.
Apresenta-se assim neste artigo um estudo sobre:
i) A avaliação preliminar da capacidade resistente e da rigidez rotacional inicial de um conjunto de ligações com base nas ferramentas de cálculo actualmente disponíveis (programa
COP e fórmulas conhecidas através daqueles estudos), e elaboração dos respectivos diagramas;
ii) Os ensaios experimentais a realizar com vista ao conhecimento dos fenómenos físicos associados aos respectivos mecanismos de colapso e consequente comportamento daquele tipo de ligações sujeitas a flexão simples e desviada.

Afonso Mesquita, Luís Simões da Silva e Aleksander Kozlowski

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Este trabalho apresenta um estudo numérico do comportamento de vigas em I metálicas em que a encurvadura lateral é um modo de colapso. Os resultados obtidos são comparados com os que resultam da aplicação das formulações prescritas no Eurocódigo 3.
A versão final da parte 1-1 do Eurocódigo 3 de 2005 introduz significativas alterações na avaliação da resistência à encurvadura lateral de vigas não restringidas lateralmente, que melhoram a abordagem conservativa da versão de 1992 no caso de flexão não uniforme.

Esta versão final do Eurocódigo 3 apresenta dois métodos para a verificação da segurança relativamente à encurvadura lateral de vigas com secção em I. Um deles é idêntico ao que já existia na versão de 1992, enquanto que o outro apresenta algumas diferenças nas curvas de encurvadura a utilizar. Pretende-se com este estudo avaliar o comportamento destes dois métodos e analisar o resultado da consideração da influência do tipo de carregamento no primeiro método através da utilização daquele factor de correcção.

Lopes, N. ; Vila Real, P. M. M. ; Simões da Silva, L.

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O Eurocódigo 9 – Dimensionamento de Estruturas em Alumínio, actualmente em fase de conversão em norma definitiva, inclui um capítulo que trata o dimensionamento de ligações, o qual se resume à apresentação de verificações para alguns elementos da ligação.

Esta norma não apresenta, assim, procedimentos completos e exaustivos para a avaliação do comportamento de ligações, em claro contraste com o Eurocódigo 3 (Estruturas em Aço).
Apresenta-se neste artigo um estudo de viabilidade da aplicação do método das componentes a ligações soldadas em alumínio. Em particular, explora-se o efeito da variação das propriedades do alumínio na zona afectada pela soldadura e apresenta-se uma proposta de aplicação do método a ligações soldadas.

Jorge Andrade, Luís Simões da Silva e António Lamas

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O aço inoxidável tem reconhecidamente uma resistência ao fogo superior ao aço carbono pelo que é de prever uma crescente utilização deste tipo de aço para fins estruturais. De facto, embora mais caro que o aço carbono, o aço inoxidável pode conduzir a estruturas competitivas em virtude de necessitarem de uma menor quantidade de material de protecção térmica ou mesmo, em alguns casos, não ser necessária protecção contra incêndio, como sucede na estrutura apresentada neste artigo.

Com o objectivo de modelar pelo Método dos Elementos Finitos o comportamento de uma estrutura porticada de um edifício em aço inoxidável em situação de incêndio, introduziu-se a sua lei constitutiva no programa SAFIR, um programa de elementos finitos para análise não-linear geométrica e material, especialmente desenvolvido na Universidade de Liège para estudo de estruturas sujeitas à acção do fogo. Neste programa as propriedades térmicas e mecânicas do aço são função da temperatura, de acordo com o Eurocódigo 3.
Compara-se o comportamento da estrutura em aço inoxidável 1.4301 (também conhecido como 304) com o comportamento que teria se a estrutura fosse em aço carbono S235 e realçam-se os benefícios da utilização do aço inoxidável resultantes da sua maior resistência ao fogo.

Lopes, N. ; Vila Real, P. M. M. ; Piloto, P. ; Mesquita, L. ; Simões da Silva, L.

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Numa altura em que o preço do aço atinge valores bastante elevados, justifica-se a procura de soluções alternativas mais económicas. No contexto de pavilhões industriais com pórticos de travessas inclinadas, as soluções com perfis enformados a frio apresentam potencialmente vantagens competitivas para vãos até 30 m.
Apresenta-se neste artigo um estudo da viabilidade económica de pórticos industriais com perfis enformados a frio (EF) relativamente às secções laminadas (SL). A metodologia adoptada neste estudo considera para avaliação da rentabilidade dois rácios: O custo de produção (€/kg(SL) / €/kg(EF)) e o peso relativo (kg(SL) / Kg(EF)). Na avaliação do custo de produção são quantificados 5 parcelas (Matéria Prima, Fabricação, Pintura Transporte e Montagem).

São estudados vários vãos (distância entre pilares do pórtico) e para cada um deles é feito o dimensionamento dos elementos e das ligações, de acordo com os eurocódigos, quer utilizando perfis (EF), quer perfis (SL). Para avaliação da área efectiva e verificação das condições regulamentares para os perfis (EF) desenvolveu-se uma ferramenta de cálculo. Daqui resulta a imediata avaliação do rácio peso relativo dividindo o valor do peso dos perfis obtido para a solução (EF), pelo valor obtido na solução (SL). São também avaliadas as 5 parcelas para cada uma das soluções, obtendo-se o rácio custo de produção. Multiplicando-se os dois rácios obtém-se o ganho percentual de uma solução relativamente a outra. Este procedimento é repetido para vários vãos. Finalmente, a competitividade da solução (EF) é avaliada através de um gráfico “Vão-Rentablidade”.

Filipe Santos e Luís Simões da Silva

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As ligações viga-pilar em estruturas metálicas estão sujeitas, predominantemente, a momento flector actuando segundo o plano de maior inércia da viga, pelo que a relação momento flector versus rotação da ligação é suficiente para reproduzir o seu comportamento. Sob a acção do fogo, devido ao efeito da restrição à dilatação térmica durante a fase de aquecimento e à contracção durante o arrefecimento, desenvolvem-se esforços axiais elevados e variáveis. Os valores elevados de esforço axial actuando em simultâneo com o momento flector e o esforço transverso na ligação, podem levar à rotura das suas componentes mais frágeis, tais como parafusos, soldaduras e placa de extremidade.

Neste contexto, está em curso, no Departamento de Engenharia Civil da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra, um programa experimental cujo objectivo é i) caracterizar o comportamento de uma sub-estrutura metálica viga-pilar sujeita a um incêndio natural, e ii) estudar o desempenho de cada uma das componentes da ligação e a sua influência na restante estrutura. Está prevista a realização de seis ensaios. Este artigo descreve o esquema geral e programa de ensaios e apresenta ainda, os resultados do primeiro ensaio realizado.

Aldina Santiago, Luís Simões da Silva, Paulo Vila Real

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O dimensionamento de qualquer elemento estrutural deve combinar de forma adequada segurança e economia através de procedimentos que permitam ao projectista obter resultados com um volume de trabalho aceitável. O método das componentes preconizado no Eurocódigo 3 reúne essas características para o dimensionamento de ligações.

O comportamento das ligações, e particularmente o comportamento do painel da alma do pilar foi já extensivamente estudado por diversos autores. No entanto, estes estudos foram sempre realizados para nós externos ou nós internos com vigas de alturas semelhantes, situação em que o painel da alma do pilar apresenta três zonas com comportamentos razoavelmente distintos: uma zona superior, alinhada com os banzos superiores da(s) viga(s), em que o estado de tensão na alma é fundamentalmente de tracção (no caso de momento flector negativo); uma zona central, em que o estado de tensão é fundamentalmente de corte puro; e uma zona inferior, alinhada com os banzos inferiores da(s) viga(s), em que o estado de tensão na alma é fundamentalmente de compressão (igualmente no caso de momento flector negativo).

S. Jordão, L. Simões da Silva, R. Simões

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Nos últimos anos muitos trabalhos de investigação têm sido levados a cabo de forma a desenvolver modelos de fogo capazes de prever os aspectos mais importantes da segurança de estruturas de edifícios. Grande parte destes modelos é baseada em curvas paramétricas de temperatura.vs.tempo e em modelos zonais, os quais representam uma aproximação simplificada, mas que não permitem prever aspectos importantes dos mecanismos de transferência de calor entre as paredes, as estruturas e o fluido envolvente.

A mecânica dos fluidos computacional (CFD) é a forma mais sofisticada de modelar o escoamento e a transferência de calor dentro de um compartimento com fogo. Esta metodologia apoia-se nas leis fundamentais da conservação de massa, de quantidade de movimento e de energia. As equações que governam estas leis são resolvidas numa malha que descreve geometricamente compartimento físico em estudo.
Existem no mercado vários códigos comerciais, tendo sido empregue neste trabalho o software ANSYS CFX 5.7.1. Trata-se de um código bem estabelecido e fundamentado para a simulação de diversos aspectos da mecânica de fluidos e da transferência de calor.
Este trabalho enquadra-se numa linha de investigação que tem por objectivo simular os processos de transferência que ocorrem num compartimento sujeito a um fogo. O caso em análise baseia-se no 7º teste experimental de fogo, realizado em Cardington, no Reino Unido. Mostra-se, no presente trabalho a influência da quebra de uma janela de vidro durante o fogo, comparativamente à situação em que a correspondente janela permanece fechada.

Nuno Rosmaninho, António Gameiro Lopes, Gilberto Vaz, Aldina Santiago, Luís Simões da Silva
Departamento de Engenharia Mecanica, Universidade de Coimbra, Polo II, Coimbra
Departamento de Engenharia Mecanica, ISEC – Instituto Politecnico de Coimbra, Coimbra
ISISE - Departamento de Engenharia Civil, Universidade de Coimbra, Polo II, Coimbra

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