Dimensionamento de perfis metálicos enformados a frio de tipo Ω, de acordo com o Eurocódigo 3

Abstract

Na construção metálica tem havido um intenso crescimento na utilização de elementos metálicos enformados a frio. A elevada eficiência estrutural, esbelteza, leveza e o desenvolvimento tecnológico associado ao processo de fabrico dos elementos metálicos enformados a frio, verificado nas últimas décadas, fez com que nos dias de hoje seja possível produzir estes elementos com praticamente qualquer formato e dimensão permitindo assim soluções mais competitivas e económicas para diversas aplicações na construção. No entanto a elevada esbelteza dos elementos enformados a frio faz com que estes estejam sujeitos a um conjunto de fenómenos de instabilidade que condicionam o seu dimensionamento e a análise do seu comportamento estrutural. Os fenómenos de instabilidade, associados à grande variabilidade geométrica destes elementos, tornam mais complexa a definição de uma metodologia de cálculo analítica que seja aplicável para todas as tipologias possíveis. Neste contexto este trabalho incide sobre o dimensionamento de perfis metálicos enformados a frio de tipo Ω, de acordo com o Eurocódigo 3. Para além dos perfis metálicos enformados a frio do tipo Ω convencional têm sido desenvolvidos novos perfis do tipo Ω onde se introduzem reforços - dobras ou reentrâncias - nas chapas que compõem a secção de forma a aumentar a eficácia e a secção efetiva das secções, o que resulta num aumento da sua resistência e rigidez. Deste modo, a presente dissertação pretende avaliar a eficácia destes elementos quando são colocados nas almas de perfis metálicos enformados a frio de tipo Ω e, de acordo com o Eurocódigo 3, estabelecer metodologias de dimensionamento e verificação de segurança que considerem o seu contributo para a capacidade resistente da secção transversal. Para tal, far-se-á uma abordagem analítica ao dimensionamento destes elementos estruturais com base na norma EN 1993-1-3, analisando a sua adequabilidade e abrangência para o caso em estudo e se necessário propor novas metodologias de cálculo. Com base nas metodologias referidas, desenvolvem-se ferramentas de cálculo que possibilitam realizar as operações de dimensionamento e verificação de segurança inerentes à utilização estrutural destes elementos. Por fim é realizado um estudo paramétrico recorrendo as ferramentas desenvolvidas de forma a avaliar a influência dos reforços e suas dimensões no desempenho estrutural dos perfis do tipo Ω.

In steel construction there has been an intense growth on the use of cold formed metal elements. The high structural efficiency, slenderness, lightness and the recent technological developments of the manufacturing process of cold-formed metal elements in recent decades have made it possible to produce these elements with various shapes and sizes, thus enabling more competitive and economical solutions aimed at specific applications. However, the high slenderness of the cold formed elements makes them sensitive to buckling phenomena that condition the design and the structural analysis on the behavior of these elements. The buckling phenomena, associated with the large geometric variability, makes the definition of an analytical calculation methodology that is applicable to all possible typologies more complex. In this context this work focuses on the design of Ω type cold formed metallic profiles, according to Eurocode 3. In addition to the conventional ones, new Ω profiles have been developed, where stiffeners composed by bends or indentations on the profile webs are introduced in order to increase the efficiency and effectiveness of the cross section, resulting in an increase on its strength and stiffness. Thus, the present dissertation intends to evaluate the effectiveness of these reinforcements placed in the webs of cold formed Ω type profiles and, according to Eurocode 3, to establish design and safety verification methodologies that consider their contribution to the load capacity of the cross section. To this end, an analytical approach to the structural design and safety verification of these elements will be done based on EN 1993-1-3 dispositions, analyzing their suitability and comprehensiveness for the case considered in this study and, if necessary, proposing new calculation methodologies. Based on the referred methodologies, calculation tools that allow to perform the design and safety verification operations inherent to the structural use of these elements are developed. Finally, a parametric study is carried out, using the tools developed, to evaluate the influence of reinforcements and their dimensions on the structural performance of Ω type profiles.