Análise e dimensionamento de vigas de betão armado com aberturas

Abstract

Num projecto é necessário prever as zonas de passagem de instalações técnicas, nomeadamente, redes de abastecimento e esgotos, condutas de ar-condicionado, rede eléctrica e rede de comunicações. Usualmente, os elementos constituintes destas redes são dispostos na zona inferior das vigas juntos aos respectivos apoios, geralmente pilares, sendo posteriormente ocultados por um tecto falso. A necessidade de projectar aberturas transversais nas viga surge quando, do ponto vista económico, o espaço inutilizado no pé-direito de um andar para acomodar as instalações é considerável em comparação com a altura total do edifício, e/ou em edifícios com muitos pisos. Reis (2012) apresenta uma introdução à análise e dimensionamento de vigas com aberturas com base em modelos de escoras e tirantes. Nesse estudo foram analisadas vigas simplesmente apoiadas com aberturas em zonas pré-definidas da viga. Na presente dissertação este procedimento foi generalizado, determinando de forma explícita as zonas onde as aberturas podem ser realizadas e as suas dimensões máximas. Dado um modelo de escoras e tirantes para uma viga sem aberturas, é descrito o procedimento para a inserção de uma abertura com localização e dimensões arbitrárias, dentro de limites anteriormente definidos. O trabalho consta das seguintes partes: (i) pequena revisão bibliográfica sobre o Método de Escoras e Tirantes, e sobre a sua aplicação à análise do efeito de aberturas em vigas, (ii) determinação das zonas de possível localização das aberturas e das suas dimensões máximas; (iii) apresentação de procedimentos para a concepção, dimensionamento e pormenorização de vigas com aberturas junto a um apoio; (iv) análise do efeito das aberturas por comparação com o comportamento de uma viga similar sem aberturas, com particular atenção à variação da quantidade de armadura em função do efeito da abertura e da esbelteza da viga, e por fim, (v) apresentação de um exemplo de aplicação.

In a project it is necessary to provide enough room for technical systems like the water supply and sewerage networks, air-conditioning ducts, power supply and communication networks. The elements of these networks are usually placed under the beams and near the supports, which are usually columns, and later concealed by a suspended ceiling. The need to design openings in beams arises when, from an economic point of view, the unused space in the suspended ceiling of a floor, necessary to accommodate the technical systems, is significant when compared to the total height of the building and in buildings with many floors. Reis (2012) provides an introduction to the analysis and design of beams with openings based on strut and tie models. In this study, Reis (2012) analysed simply supported beams with openings in predefined regions of the beam. In the present dissertation this procedure was generalized by explicitly determining the regions where openings can be made as well as their maximum dimensions. Given a strut and tie model for a simply supported beam with no openings, the procedure for the subsequent introduction of an opening with arbitrary dimensions and position, but respecting certain limitations, is thoroughly described. This document consists of the following parts: (i) short review of the Strut and Tie Method and analysis of the effects of openings (in beams) using this method, (ii) determination of possible locations and maximum dimensions for the openings, (iii) description of the procedures for the design and detailing of beams with openings near a support, (iv) analysis of the behaviour of beams with openings in comparison with the similar beams without openings, being given special attention to the effect of the openings in the variation of the amount of the reinforcement, and finally the (v) analysis of an example