Vigas com furos e rebaixos: recomendações para dimensionamento

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Como vimos no artigo Soluções viáveis para compatibilizar o projeto estrutural, quando não for possível evitar a interferência dos elementos dos demais projetos de uma edificação, como tubulações com as vigas de uma estrutura por exemplo, é necessário prever a existência vigas com furos ou rebaixos no projeto estrutural.
Vale lembrar que a existência de vigas com furos ou rebaixos interfere na capacidade de resistência desses elementos, por isso separei estas considerações:

Rebaixo em viga

A existência de um rebaixo em viga implica na redução da inércia e da altura útil da viga em um determinado trecho, tornando-se necessário:

  • Obter os esforços na viga considerando a inércia reduzida no trecho com rebaixo;
  • Definir a área de aço necessária para as armaduras longitudinais da viga, levando em conta a redução no braço de alavanca(altura útil), devido ao rebaixo.

Como há uma redução brusca do braço de alavanca da viga na região do rebaixo, pode ocorrer uma das seguintes situações:

  • Perda da segurança com relação ao ELU, caso o momento atuante seja maior que o momento resistente;
  • Aumento da área de aço longitudinal necessária na região do rebaixo, devido à redução da altura útil de cálculo.

compatibilizacao-de-projetos-estruturais-furo-em-vigas
Figura 1 – Diagrama de momentos fletores da viga

Para evitar as situações acima ,recomenda-se que quando houver a necessidade de efetuar um rebaixo em viga para passagem de instalações, ele seja feito preferencialmente na região com menores momentos fletores solicitantes. Por exemplo
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Vigas com furo horizontal

Em vigas comuns de concreto armado, a análise pode-se basear no modelo de Euler-Bernoulli, o qual admite que a distribuição de deformações ao longo da altura da seção transversal é linear.
Essa hipótese simplificadora não pode ser estendida sem modificações ao caso de vigas com furos, pois a abertura pode gerar uma perturbação local dos fluxos dos esforços de compressão e tração, o que consequentemente modifica o mecanismo resistente ao cisalhamento da viga.
A região da abertura de uma viga é classificada, segundo o item 22.2 da NBR 6118:2014, como uma região descontínua ou região D:
“São chamadas de regiões B de um elemento estrutural aquelas em que as hipóteses da seção plana, ou seja, de uma distribuição linear de deformações específicas na seção são aplicáveis. As regiões D são aquelas em que esta hipótese da seção plana não mais se aplica.”

vigas-com-furos-projetos-estruturais-integrados
Figura 2 – Situações típicas de regiões D (Figura 22.1 – NBR 6118:2014)

O método de Sussekind é um dos métodos existentes para verificação do dimensionamento de aberturas. Segundo Sussekind, caso a abertura respeite os limites indicados na figura abaixo, a análise da viga nessa região pode ser feita com a hipótese de seção plana:
vigas-com-furos-e-rebaixos-projeto-estrutural-edificacoes
Figura 3 – Dimensões para aberturas em vigas (SUSSEKIND,1987)

O método de Sussekind define um plano que atravessa o eixo da abertura em análise, aplicando-se após os esforços atuantes, conforme figura abaixo:
 
vigas-com-furos-projeto-de-edificacoes
Figura 4 – Esforços para dimensionamento das seções S1 e S2 (SUSSEKIND,1987)

Na figura acima, o método verifica as regiões da viga acima da abertura (seção S1) e abaixo da abertura (seção S2).
Ele é baseado nas seguintes premissas:

  • O momento fletor é transmitido pelas resultantes Dd e Zd, resultante no concreto e no aço respectivamente;
  • O esforço cortante total (Qd) é dividido em duas parcelas (Q1d e Q2d), que são proporcionais à rigidez e a flexão das seções S1 (acima da abertura) e S2 (abaixo da abertura). A rigidez da seção que estiver comprimida, que pode estar acima ou abaixo da abertura, é referente à uma seção maciça de concreto, enquanto que a rigidez da seção tracionada é exclusivamente a armadura longitudinal existente nesta posição. Logo, a rigidez da seção comprimida em teoria é muito maior que a rigidez da seção tracionada, o que faz com que a mesma seja solicitada por um esforço cortante muito maior. Sussekind recomenda considerar Q1d = Qd e Q2d = 0.1 x Qd.

vigas-com-furos-projeto-estrutural-detalhamento-armadura
Figura 5 – Exemplo de detalhamento de armaduras de reforço para furo em viga (SUSSEKIND,1987)

Para o melhor posicionamento do furo horizontal em uma viga, recomenda-se que:

  • O furo seja posicionado em regiões com esforço cortante nulo. Caso não seja possível, posicionar em regiões com valores de Qd não elevados;
  • Posicionar o furo de tal modo que a seção comprimida, que pode estar acima ou abaixo do furo, tenha a maior altura possível, para resistir ao esforço Qd.

Exemplo de um viga com seção 14 x 75cm:

furos-em-vigas-projetos-compatibilizados
Figura 6 – Diagrama de esforços cortantes da viga, extraído do Eberick

 
furos-em-vigas-projetos-integrados
Figura 7 – Diagrama de momentos fletores da viga, extraído do Eberick

 
Sabemos que a posição ideal para o furo na viga neste exemplo, é no meio do vão, onde o esforço cortante é nulo. Com relação à posição na seção da viga, seria ideal que o furo fosse posicionado de modo a que a seção comprimida, nesse caso acima do furo, tenha a maior altura possível:
furos-em-viga-compatibilizacao-de-projetos-estruturais
Figura 8 – Posicionamento ideal da abertura na viga, extraído do Eberick

Importante ressaltar que nem sempre é possível alocar o furo horizontal na melhor posição do ponto de vista estrutural na viga, pois a definição de onde será a passagem das instalações de uma edificação, como as tubulações, deve ser tomada em conjunto com o projetista responsável pelo projeto hidrossanitário, seguindo uma das premissas da interoperabilidade.
Em situações críticas com relação ao ELU, como exemplo em um caso que as solicitações em uma viga sejam consideráveis e o posicionamento do furo na viga esteja em uma região desfavorável, cabe ao projetista da estrutura informar aos demais projetistas da edificação a impossibilidade da passagem das instalações nessa região de abertura, e propor um novo posicionamento.

Furo vertical

Segundo o item 21.3.3 da NBR 6118:2014, furos verticais em vigas tem que obedecer as seguintes limitações:

  • Não possuir diâmetro superior a 1/3 da largura da viga;
  • Ter distância mínima de 5cm ou 2 x cobrimento até a face da viga;
  • No caso de mais de um furo vertical, eles devem estar afastados pelo menos 5 cm um do outro.

furos-em-vigas-projeto-estrutural
Figura 9 – Limites para abertura vertical em vigas (Figura 21.5 – NBR 6118:2014)

No dimensionamento de vigas com furos verticais, pode ser adotado um conceito similar ao visto anteriormente para vigas com furos horizontais. Para efetuar o dimensionamento de vigas com furos verticais recomenda-se:

  • Dividir o esforço cortante (Qd), de acordo com a área das seções adjacentes ao furo;
  • Calcular o esforço cortante e torsor resistente por seção adjacente ao furo;
  • Descontar a dimensão do furo da largura da viga bw – furo para obter a armadura longitudinal necessária devido ao momento fletor solicitante;
  • Verificar se compressão diagonal do concreto é satisfeita pela expressão: Vsd/Vrd + Tsd/Trd < 1.0 (item 17.7.2 da NBR 6118:2014)

No artigo de hoje eu abordei algumas recomendações para o dimensionamento de vigas com furos e rebaixos no projeto estrutural. Em nosso próximo encontro, vou trazer um vídeo demonstrando um exemplo prático de como aplicar soluções de compatibilização em um projeto estrutural no software que eu utilizo, o AltoQi Eberick.
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