Sobre o projeto
O sistema de contenção de escavação (SOE) é constituído por paredes moldadas de betão armado (D-walls), ligadas entre si por um sistema de escoramento interno em aço. Trata-se de uma estrutura temporária que permite construir a caixa definitiva da estação, abaixo do nível do solo, onde circula e para o metropolitano. O foco deste trabalho é o dimensionamento e a verificação das ligações de aço pré-fabricadas que compõem esse escoramento temporário.
Os elementos de chapa de aço cumprem a norma CAN/CSA G40.20-13 / G40.21-13, Classe 350W, e as escoras tubulares cumprem a norma ASTM A252M-19, Classe 3. Nos casos em que se utilizam ligações aparafusadas, estas recorrem a parafusos de alta resistência conformes com a norma ASTM A490M. O aço é fabricado localmente e, em alguns casos, no estrangeiro, sendo depois enviado para cada local para montagem e instalação. A Grounded Engineering é o Engenheiro Responsável pelo Projeto (EoR) em dois locais e é responsável pelo pormenorizado das ligações no outro.
Desafios de engenharia
As pressões laterais de terras sobre o sistema SOE foram determinadas com recurso a diagramas de pressões aparentes de terras, de modo a definir envolventes de cálculo representativas. Essas envolventes, juntamente com as condições indicadas abaixo, foram utilizadas para estabelecer os esforços de cálculo das ligações em termos de esforço axial, esforço de corte e momento fletor:
- Pressão hidrostática
- Sobrecargas de construção
- Ação do gelo e efeitos térmicos
- Cargas do tabuleiro de tráfego e de gruas de pórtico
- Ações acidentais
- Cargas excêntricas
O escoramento interno suporta um esforço axial substancial, o que significa que as ligações entre os elementos de escoramento e as paredes moldadas estão fortemente solicitadas. A Grounded Engineering desenvolveu os projetos iniciais com base na mecânica aplicada, em conjunto com as disposições das normas CSA S16, CSA S6, CSA A23.3 e AISC, quando aplicável. Esses métodos forneceram uma avaliação fiável, de primeira ordem, da capacidade resistente das ligações, mas, pela sua natureza, simplificam o comportamento real da ligação.
A combinação de geometria complexa, cargas elevadas e interação entre o aço e o betão tornou difícil determinar vários efeitos por cálculo manual. A redistribuição de tensões, as concentrações de tensões, a flexibilidade das chapas, a ação de alavanca, o fluxo tridimensional de cargas, a rigidez da ligação e a estabilidade local enquadram-se todos nessa categoria. Além disso, uma excentricidade de construção prescrita de 50 mm introduziu momentos e deformações que não são fáceis de captar com cálculos manuais convencionais.
A construtibilidade acrescentou mais uma camada de complexidade. Os conjuntos de ligação são grandes e complexos, pelo que foi necessário verificar as tolerâncias de fabrico, as folgas de montagem e os potenciais conflitos. E, como as condições em obra foram evoluindo durante a construção, a equipa precisava de uma forma rápida de analisar as configurações tal como construídas e de definir soluções corretivas práticas sempre que algo mudava.
Soluções e resultados
Para analisar estas ligações, a Grounded Engineering utilizou o IDEA StatiCa Connection para as ligações de aço e transferiu a parte de betão para o IDEA StatiCa Detail. No Connection, o Método dos Elementos Finitos Baseado em Componentes (CBFEM) tratou as chapas, as soldaduras, os parafusos e a ancoragem do escoramento na parede moldada. O Detail foi depois utilizado para verificar a região de betão armado onde esses esforços são transmitidos à parede.
As análises CBFEM complementaram os cálculos tradicionais, sem os substituir. Captaram comportamentos que os métodos manuais só conseguiam aproximar, incluindo trajetórias de carga tridimensionais, deformação das chapas, ação de alavanca, comportamento das soldaduras e interação entre o aço e o betão armado. A excentricidade de construção de 50 mm foi incorporada diretamente nos modelos, pelo que os efeitos secundários e as deformações da ligação associados a esse desvio puderam ser analisados de forma explícita.
Importa referir que a análise não substituiu o juízo de engenharia da equipa. Deu à equipa maior confiança nos pressupostos de cálculo e evidenciou zonas onde os componentes individuais da ligação podiam ser otimizados. O pacote final de projeto refletiu esse equilíbrio, com 115 páginas de cálculos manuais apoiadas por 81 páginas de resultados do IDEA StatiCa.
Os modelos 3D também ajudaram do ponto de vista da construtibilidade. Poder analisar o conjunto completo da ligação em três dimensões permitiu à equipa identificar potenciais conflitos e verificar as tolerâncias de montagem antes de qualquer elemento chegar a obra. Quando surgiram condições tal como construídas ou modificações em obra durante a construção, essas alterações puderam ser avaliadas rapidamente, o que ajudou a determinar se eram necessárias medidas corretivas, minimizando o impacto no cronograma.
Para efeitos de coordenação, os modelos das ligações foram exportados para IFC e DWG, de modo a poderem ser integrados no Revit juntamente com os restantes dados do projeto. Isto proporcionou às equipas de engenharia, desenho e construção uma referência 3D partilhada de cada ligação, que é frequentemente o ponto onde os erros e os pedidos de informação (RFI) desnecessários são detetados cedo.
A Grounded Engineering salientou ainda que o software foi apenas parte da história. Desde o arranque inicial até ao apoio técnico contínuo, a equipa da IDEA StatiCa manteve-se disponível e empenhada no projeto, e o desenvolvimento contínuo orientado pelo feedback dos utilizadores fez do software um parceiro útil ao longo do dimensionamento.