Os sistemas de instalações têm se tornado mais sofisticadas e tem se dado cada vez mais importância ao aproveitamento do espaço vertical nos edifícios. Nos edifícios estruturados em aço é comum fazer aberturas nas vigas metálicas para passar dutos e calhas de instalações. A possibilidade de projetar os sistemas de instalações no mesmo nível das vigas do sistema de piso traz uma série de vantagens, tais como redução do pé-direito; redução do volume e da área total do edifício; redução dos custos de construção, operação e manutenção do edifício; possibilidade de ganhar um pavimento a cada 10, aproximadamente, com a altura economizada em cada um; melhor aproveitamento do espaço vertical ou, até mesmo, viabilização do arranjo arquitetônico em regiões onde o código de obras limita a altura total do edifício. Em contrapartida, tem-se redução da resistência e da rigidez das vigas, que pode exigir sistemas especiais de reforço, e a necessidade de verificar as seções com abertura, cujo cálculo deve ser feito com critério.
A prática mostra que, apesar das desvantagens envolvidas, a solução é interessante e, com freqüência, a relação custo/benefício é favorável. Em muitos casos práticos, as aberturas são propostas por projetistas de instalações, às vezes sem conhecimento de aspectos importantes de engenharia estrutural. Por essa razão, enfatizamos aqui alguns pontos que podem nortear o planejamento de aberturas em vigas de edifícios por parte de profissionais de diversas áreas ligados à construção de edifícios em aço. As vigas metálicas nas estruturas de edifícios quase sempre são constituídas por perfis I. Nesses perfis, as mesas são responsáveis pela resistência à maior parte das tensões normais de flexão e a alma pela resistência às tensões de cisalhamento decorrentes da força cortante. A execução de uma abertura implica na retirada de material da alma e, consequentemente, afeta mais a resistência à força cortante do que ao momento fletor. A forma ideal para uma abertura na alma de uma viga de aço é a circular, pois esta é a forma que causa a menor perturbação na distribuição das tensões na viga. A abertura circular proporciona uma boa distribuição de tensões no seu entorno, influindo menos na resistência última da viga que aberturas quadradas ou retangulares. Não obstante, nada impede que sejam feitas aberturas quadradas ou retangulares. Havendo opção de escolha, opte pela forma circular. As aberturas retangulares não representam impedimento nenhum. Apenas causam uma redução de resistência um pouco maior do que as circulares.
Outro aspecto importante é a posição da abertura. Em relação à altura do perfil, deve-se sempre preferir fazer a abertura o mais próximo possível do eixo da viga. Já em relação ao comprimento da viga, deve-se procurar localizar as aberturas longe dos pontos sujeitos a valores altos de força cortante, como apoios e pontos de atuação de cargas concentradas. No caso de tubulações para conduzir líquidos, é comum ser necessário um caimento dos dutos ao longo do comprimento, exigindo aberturas com excentricidade variável em relação ao eixo das vigas. Pode-se fazer aberturas excêntricas, mas sempre procurando situá-las o mais próximo possível do eixo da viga. 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 = 3ho, sendo 2:1 a relação ideal. Estes limites estão relacionados a exigências mínimas para a estabilidade da alma nas bordas da abertura e do tê comprimido sobre a abertura, e aos resultados experimentais que respaldam os modelos analíticos disponíveis para o cálculo. Visando afetar o mínimo possível 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 a sua altura. Aberturas com altura 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 altura de até 70% da altura total do perfil.
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. Como o cálculo de uma viga com aberturas é um processo criterioso, o CBCA publicou recentemente um manual técnico com uma metodologia compatível com a NBR8800, que permite a verificação de forma simples e direta de vigas de aço e vigas mistas de aço e concreto com aberturas na alma, por meio de ábacos. O manual do CBCA apresenta, inclusive, um procedimento para o cálculo da flecha em vigas com aberturas, e constitui uma ferramenta útil e ágil para arquitetos e engenheiros envolvidos com o projeto de edifícios estruturados em aço.
Fonte: cbca-acobrasil.
