Metálica

Elementos de uma Abertura na Alma de um Perfil I

A Figura 1 mostra alguns elementos de uma abertura na alma de um perfil "I". A porção de perfil acima da abertura é chamada de "tê-superior"e a porção abaixo de "tê-inferior".

Fig.1 - abertura na alma de um perfil "I"

Razão de aspecto

Dá-se o nome de "razão de aspecto" à relação entre o comprimento da abertura ( ao ) e sua altura ( ho). No caso de aberturas retangulares, deve-se trabalhar com razão de aspecto de no máximo 3:1, ou seja, ao=3 ho, sendo 2:1 a relação ideal.

Estes limites estão relacionados a exigências mínimas para a estabilidade da alma nas bordas da abertura e ao espectro de resultados experimentais que respaldam os modelos analíticos disponíveis para cálculo.

Recomendações quanto às dimensões e posição das aberturas

Visando afetar o quanto menos a resistência da viga, deve-se procurar fazer a menor abertura possível que atenda os requisitos dos sistemas de instalações. Sob esse aspecto, a dimensão chave da abertura é sua altura.

Aberturas da ordem de 1/3 da altura total do perfil afetam pouco a capacidade da viga. No entanto havendo necessidade, pode-se fazer aberturas com alturas de até 70% da altura total do perfil.

A NBR 8800 de 1986, em seu anexo K, fornece critérios para execução de furos redondos com diâmetro de no máximo d/3.

A nova versão da NBR 8800 deve prever furos circulares, quadrados e retangulares com altura de até d/2.

Algumas normas técnicas para estruturas metálicas de edifícios fornecem critérios para a determinação de dimensões, formato e posição de aberturas que podem ser feitas em vigas de aço, sem a necessidade de reforço nem de cálculo rigoroso.

Nos casos em que as aberturas não se enquadrarem nos critérios da norma em uso, deve-se proceder à verificação rigorosa das mesmas.

A seguir apresenta-se algumas orientações da engenharia para o projeto de aberturas em almas de vigas de edifícios.

1 - Altura máxima da abertura
A altura da abertura não deve exceder 70% de altura total da seção ( ho< 0,7 d )

2 - Razão de aspecto da abertura
A relação entre o comprimento e a altura da abertura deve satisfazer ao seguinte critério

fy =limite de escoamento do aço

3 - Altura mínima dos tês
A altura dos tês superior e inferior, não deve ser menor que 15% da altura total
da seção ( sb>0,15d e st > 0,15 d - ver figura 1).

4 - Razão de aspecto dos tês
As relações ao / sb e ao / st, também chamadas razão de aspecto do tê respectivo, não devem ser maiores que 12 ( ao /sb< 12, ao / st< 12 - ver Figura 1)

5 - Raio mínimo dos cantos
Os cantos da abertura devem ter um raio mínimo de duas vezes a espessura da alma, 2tw, ou 16mm, o que for maior, para evitar ruptura por fadiga.

6 - Distância mínima do apoio.
Em qualquer caso a borda de uma abertura não pode distar menos que d do apoio.

7 -Espaçamento entre as aberturas
No caso de uma viga com múltiplas aberturas, o espaço livre entre duas aberturas adjacentes deve satisfazer as relações abaixo. Em vigas que não atendam a esses critérios, a interação entre aberturas deve ser devidamente considerada.

Para aberturas circulares:

Além disso, em vigas mistas deve-se ter:

Conclusão

O planejamento de aberturas em vigas seguindo as recomendações apresentadas acima minimizará, ou até mesmo eliminará, a necessidade de modificações posteriores para atender os requisitos da engenharia. 

Referências

[1] ABNT, Associação Brasileira de Normas Técnicas,
"Projeto e Execução de Estruturas de Aço de Edifícios",
NBR 8800/86, Rio de Janeiro, 1986.

[2] AISC, American Institute for Steel Construction,
"Steel and Composite Beams with Web Openings",
Design Guide Series #2, Chicago, Illinois, 1990.

[3] Darwin, D. & Lucas, W.C.
"LFRD for steel and Composite Beams with Web Openings"
ASCE Journal of Structural Engineering, 116(6), 1579-1593, 1990.

[4] Donahey, R.C.& Darwin. D.
"Preformance and Design of Composite Beams with Web Openings",
Structural Engineering and Engineering Materials SM Report No. 18,
University of Kansas Center for Research, Lawrence, Kansas, 1986.

[5] Redwood, R.G.. & Uenoya, M.
"Critical Loads for Webs with Holes",
ASCE Journal of Structural Division, 105:No.ST10:2053-2067, 1979.

[6] Veríssimo, G.S.;
Änálise e Comportamento de vigas de Aço e Vigas Mistas com aberturas na Alma,
Dissertação de mestrado, Universidade Federal de Minas Gerais, 1996.
Gustavo de Souza Veríssimo é professor do Depto. de Engenharia Civil da Universidade de Viçosa em Minas Gerais, e desenvolve pesquisas sobre sistemas de pisos mistos com integração das instalações

Fonte:

Revista Construção Metálica - Edição nº 54 - ABCEM