Sub-Modelos no software CSI: Flexibilidade na Modelação e Dimensionamento
Ao longo do ciclo de vida de um projeto estrutural, é comum surgirem questões que exigem a análise de vários cenários ou etapas construtivas, mantendo-se sempre a consistência global do modelo. Determinar diferentes interações com a fundação, variar a rigidez de elementos ou simular cenários sísmicos alternativos são algumas situações em que trabalhar com múltiplos ficheiros independentes se torna moroso e propenso a falhas.
A solução proposta neste artigo passa pela criação de sub-modelos dentro do mesmo ambiente, eliminando a necessidade de fragmentar o projeto em vários ficheiros. Cada sub-modelo preserva a geometria e as cargas principais, mas ajusta parâmetros-chave para explorar comportamentos distintos ou satisfazer diferentes requisitos normativos. Nas secções seguintes, explica-se como esta abordagem funciona de forma eficaz nos programas da CSI (SAP2000, ETABS e CSiBridge).
O que são Sub-Modelos?
Um sub-modelo consiste numa variação de um modelo estrutural principal, onde certas condições ou propriedades são ajustadas para analisar cenários alternativos. Ao contrário de abordagens tradicionais, em que seriam criados múltiplos modelos independentes, os programas SAP2000, ETABS e CSiBridge, da CSI, permitem que essas variações coexistam num único modelo. Isso é feito de forma a partilhar geometrias, cargas e condições de apoio, mas ajustando parâmetros críticos, como rigidez, condições de fronteira, secções transversais e adição/remoção de elementos estruturais.
Este método pode evitar erros na modelação, lida com incertezas no comportamento estrutural e possibilita o dimensionamento para múltiplos cenários. O pressente artigo ilustra como esta técnica se aplica, dando exemplos em análises e dimensionamento estruturais.
Como funcionam os Sub-Modelos?
1. Partilha do Modelo Base:
- A geometria da estrutura, cargas aplicadas e definições gerais permanecem consistentes para todas as versões, evitando a duplicação de dados e acentuando a eficiência.
2. Parametrização Individual:
- Variações específicas como rigidez dos elementos, apoios, ou tipos de ligação são configuradas separadamente para cada sub-modelo.
3. Resultados Isolados e Combinados:
- Permitem analisar o comportamento estrutural para cada variação de forma isolada e combinando os respetivos resultados sempre que necessário.
Âmbito e necessidades: Porque utilizar Sub-Modelos?
Os sub-modelos são uma ferramenta fundamental em contextos de incerteza ou nos quais múltiplos cenários normativos e funcionais precisam de ser analisados.
1. Gestão de incertezas na modelação
Em situações onde a resposta estrutural depende de parâmetros incertos, os sub-modelos permitem variar esses parâmetros e avaliar como o comportamento estrutural é influenciado.
Exemplo: Fundações em solos inconsistentes:
- Sub-Modelo A: Considera os apoios como rígidos.
- Sub-Modelo B: Introduz molas elásticas que simulam a rigidez do solo.
O engenheiro pode comparar deslocamentos e esforços para cada caso, garantindo que a solução dimensionada seja segura em qualquer cenário.
2. Dimensionamento para múltiplos cenários normativos
Cada sub-modelo pode ser configurado para cumprir diferentes requisitos normativos ou funcionais. Isso elimina os erros e o esforço exigidos pela criação de ficheiros independentes para cada cenário.
Exemplo: Análises sísmicas segundo o Eurocódigo 8
- Sub-modelo da estrutura sísmica primária: desprezada a rigidez dos elementos sísmicos secundários; rigidez de flexão e de corte igual a metade da rigidez elástica ou secante na cedência.
- Sub-modelo global da estrutura para análise sísmica: considerada a rigidez dos elementos sísmicos primários e secundários, com rigidez de flexão e corte igual a metade da rigidez elástica ou secante na cedência.
Ambos os sub-modelos são essenciais para dimensionamento sísmico dos elementos sísmicos primários e secundários, assim como para a verificação da contribuição dos elementos sísmicos secundários. Ver artigo “Criação de sub-modelos para análises sísmicas: 3 modelos distintos” da CSI Portugal.
3. Análises lineares simplificadas e integradas
Os sub-modelos também podem servir para desativar ou alterar a rigidez de elementos para ter em conta de forma simplificada certos comportamentos não-lineares.
Exemplo: Consideração dos contraventamentos apenas à tração em análises de espectro de resposta
Situações de contraventamentos que só resistem à tração implica a execução de análises não-lineares, o que é incompatível com a análise modal por espectro de resposta. No entanto, podem ser criados sub-modelos para múltiplos cenários de contraventamentos ativos e, desta forma, executar-se uma análise modal por cada cenário. Para mais informações sobre esta solução, consultar o segundo exemplo do artigo “Utilização de sub-modelos: Para que servem?” da CSI Portugal.
4. Análises lineares de modelos parciais
Podemos querer realizar análises modais, de buckling ou simplesmente análises lineares estáticas para um modelo parcial, correspondente a uma etapa construtiva determinada. Por exemplo, pode ser importante obter as cargas críticas de uma viga metálica de uma ponte antes de ser betonada a laje do tabuleiro.
5. Redução de Erros e Maior Eficiência
A criação de sub-modelos num único ambiente minimiza a possibilidade de inconsistências entre versões (ex., geometrias divergentes) e promove atualizações centralizadas. Alterações na estrutura inicial são automaticamente refletidas em todos os sub-modelos.
Exemplo Prático: Utilização de Sub-Modelos para dimensionamento integrado
No vídeo abaixo, encontram-se detalhados os passos para criação de dois sub-modelos para análise e dimensionamento, considerando diferentes interações entre a fundação e uma estrutura metálica:
- Sub-Modelo com apoios encastrados: Despreza-se a deformabilidade das fundações.
- Sub-Modelo com laje de fundação: Considera-se a interação solo-estrutura, através da modelação de uma laje flexível apoiada em molas.
Conclusão
Os sub-modelos, ou modelos multi-condicionais, são uma ferramenta imprescindível para engenheiros que enfrentam múltiplos cenários de projeto. Esta abordagem, centrada na flexibilidade e eficiência, elimina os riscos associados à utilização de ficheiros separados e proporciona resultados confiáveis em menos tempo.
Ao possibilitar alterações de rigidez, condições de fronteira e elementos estruturais dentro do mesmo ambiente, os utilizadores dos programas CSI dispõem de uma metodologia robusta e versátil para conceber soluções seguras, otimizadas e adequadas a diversos desafios de engenharia.
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