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May 28, 2023

Sistema central de aço pode transformar a construção de torres de escritórios

Os corpos de prova de placa de aço acoplada, mostrados antes da adição de concreto, possuem vários espaçamentos e quantidades de tirantes e pinos de cisalhamento. Foto cortesia de AISC Uma parede de cisalhamento radicalmente diferente

Os corpos de prova de placa de aço acoplada, mostrados antes da adição de concreto, possuem vários espaçamentos e quantidades de tirantes e pinos de cisalhamento.

Foto cortesia da AISC

Um sistema de núcleo de parede de cisalhamento radicalmente diferente para uma construção mais simples e rápida de edifícios de escritórios altos com estrutura de aço está prestes a fazer sua estreia. O sistema de parede composta de chapa de aço acoplada – um sanduíche de placas preenchidas com concreto liberado de aço de reforço – fornece a resistência, rigidez, segurança e facilidade de manutenção de um núcleo de concreto armado, mas não é sobrecarregado por congestionamento de vergalhões e fôrmas complexas, dizem os engenheiros estruturais que estão testando o sistema.

A parede sanduíche, apropriada onde prevalecem cargas sísmicas ou de vento, “muda fundamentalmente o jogo”, diz Ron Klemencic, presidente e CEO da Magnusson Klemencic Associates (MKA) e engenheiro estrutural pioneiro em seu uso. MKA prevê que o sistema pode reduzir pela metade o tempo de construção da superestrutura.

Não há perda de tempo para instalar o vergalhão – as placas cumprem essa função. Não há cofragem – as placas também têm essa função. Na ausência de cofragem, vergalhões e tempo de cura para o concreto, o núcleo e o aço perimetral podem subir em conjunto, em vez de o núcleo mais lento liderar - e atrasar - o aço mais rápido, diz Klemencic.

Outra vantagem é que as seções da parede central são pré-fabricadas em módulos, completos com tirantes que separam as placas e os pinos de cisalhamento. E as paredes modulares têm uma função tripla como cimbre para cargas de construção antes da adição do enchimento de concreto.

O sistema híbrido convencional – um núcleo de concreto armado com colunas de aço perimetrais e sistemas de piso de vigas de aço que suportam uma plataforma metálica composta – também resulta em problemas de tolerância onde as vigas se conectam ao núcleo. As tolerâncias do aço, definidas pelo American Institute of Steel Construction (AISC), são mais rígidas do que as tolerâncias do concreto, definidas pelo American Concrete Institute. No sistema de chapa de aço, o aço se conecta ao aço, eliminando problemas de tolerância e problemas comerciais sobrepostos.

No geral, a construção é mais rápida, simples e segura do que com um sistema híbrido, diz Klemencic. “Se for bem-sucedida, a nova abordagem transformará o mercado”, prevê ele.

Está em curso um estudo de 600.000 dólares, patrocinado conjuntamente pela Fundação Charles Pankow e pela AISC, para adaptar as paredes compostas de aço – utilizadas pela primeira vez nos EUA no sector das centrais nucleares porque são virtualmente impenetráveis ​​– para edifícios altos.

Os testes foram necessários para aplicações comerciais porque as estruturas nucleares têm paredes longas e achatadas, dominadas pelo cisalhamento, e os arranha-céus têm paredes altas e delgadas, dominadas pela flexão, diz Amit H. Varma, diretor do Laboratório Robert L. e Terry L. Bowen em Purdue University, que conduz o programa de pesquisa de três anos em conjunto com a Universidade de Buffalo. Varma, que começou a testar o sistema em 2005 para usinas nucleares, é o investigador principal do estudo atual, trabalhando com Michel Bruneau da UB.

A pesquisa está submetendo seis corpos de prova a forças axiais e carregamentos laterais cíclicos e avaliando o comportamento estrutural, incluindo rigidez, resistência e capacidade de deriva. Os corpos de prova possuem diferentes variáveis, como espaçamento e número de hastes transversais e pinos de cisalhamento.

Os resultados preliminares do primeiro dos seis testes físicos em amostras acopladas de placa de aço e parede de cisalhamento indicam excelente comportamento e desempenho cíclico. Foto cortesia da AISC

O objetivo é gerar dados experimentais e modelos numéricos que fornecerão insights sobre o comportamento do sistema e permitirão o desenvolvimento de disposições de projeto sísmico e eólico. “Estamos tentando otimizar o projeto para que ele se torne mais econômico”, diz Varma.

A equipe completou o primeiro teste físico no final do mês passado. Os resultados preliminares indicam “excelente comportamento e desempenho cíclico da amostra”, diz Varma.

Os estados limites são os esperados, mas a resistência da amostra é ainda maior do que a calculada usando métodos simples, equações de código ou mesmo modelos de elementos finitos, acrescenta.