Ensaios virtuais à rotura em estruturas de betão armado com base em modelo BIM

Abstract

Este trabalho teve como objetivo utilizar a informação detalhada providenciada por modelo BIM de Estruturas de Betão Armado (incluindo a representação tridimensional de geometria do betão e de todas as armaduras), como base para interoperabilidade com programa de análise não-linear para avaliação do comportamento da estrutura num ensaio virtual à rotura. O objetivo último é proporcionar uma metodologia de verificação de erros/omissões no projeto de estruturas, através de informação sobre a carga última e modo de rotura. Na metodologia proposta, o utilizador não tem que dar mais informação para além daquela que é suficiente em contexto da submissão do projeto de estruturas. O modelo de cálculo é gerado de forma automática e a análise é efetuada (com modelos constitutivos simplificados aptos a permitir tempos de análise curtos e sem problemas de convergência na análise não linear) sem limitar a capacidade em fornecer estimativas verosímeis da carga e mecanismo de rotura da estrutura. Para dar resposta a este desafio, foram considerados dois aspetos principais: (i) a inexistência de metodologias de interoperabilidade entre um programa informático BIM e um programa informático de cálculo com elementos finitos para análise não-linear estática; e (ii) a inerente complexidade da análise não-linear estática, não dominada normalmente no contexto de projetistas de estruturas, e frequentemente requerendo tempos de análise de resultados muito demorados (para além dos longos tempos de cálculo e dificuldades nos processos de convergência). A metodologia proposta foi implementada em Autodesk REVIT (para modelação BIM) e DIANA (para análise nãolinear estática dos modelos de simulação da estrutura). A implementação, teste e validação foram efetuados com recurso inicial a uma viga em betão armado, para a qual foram simuladas várias formas de rotura e, posteriormente, recorrendo a uma estrutura porticada, na qual foram também estudadas simulações de erros de modelação/projeto. As demonstrações de viabilidade atingidas permitiram confirmar que a realização de ensaios virtuais à rotura de estruturas de betão armado, a partir de modelos BIM, é viável, apesar de serem ainda necessários desenvolvimentos adicionais para melhoria da robustez da deteção de problemas de projeto.

The purpose of this work was to use detailed information provided by the Structural Reinforced Concrete BIM model (including the three-dimensional representation of concrete geometry and of all the reinforcements), as a foundation for the interoperability with a non-linear analysis program to evaluate the behaviour’s structure in a virtual trial to rupture. The final purpose is to supply a verifying methodology of mistakes/omissions in the structural project, through information about the ultimate load and rupture manner. In the suggested methodology, the user only needs to deliver the essential information on structural project submission’s context. The model design is automatically generated, and the accomplished analysis made with simplified constitutive models, able to allow short analysis times (without convergence difficulties on the non-linear analysis), with no limitations on the ability to provide a reasonable estimation of the loads and of the structural rupture mechanism. Two primordial aspects were considered to accomplish this challenge: (i) the inexistence of interoperability methodologies between a BIM software and a finite element design program for nonlinear static analysis; and (ii) the inherent complexity of the non-linear static analysis, normally not mastered in the context of structural designers, and frequently requiring very long time on result analysis (besides the spent time on analysis and the difficulties of the convergence processes). The suggested methodology was implemented in Autodesk REVIT (for BIM representation) and DIANA (for non-linear static analysis of the structural models). The implementation, test and validation were initially executed on a reinforced concrete beam, which was subjected to several rupture manners, and after on a framed structure, where representation/project simulated mistakes were studied. The viability demonstrations attained allowed to confirm that the accomplishment of virtual trials of reinforced concrete structures subject to rupture with BIM models are viable. However, additional developments are essential to improve the efficiency on the detection of project’s issues.