Dimensionamento de vigas de aço com furos na alma

O objeto deste trabalho de diplomação é o estudo do dimensionamento de vigas de aço com grandes aberturas nas almas. O trabalho é composto por uma parte de estudo e uma parte de projeto e investigação.

viga com furos

Na parte de estudo, é apresentada uma revisão da literatura e o estado atual do conhecimento no domínio das vigas com aberturas. Discute-se a evolução e a utilização destes elementos, as formas típicas das aberturas e os seus mecanismos de rotura locais característicos, incluindo o mecanismo de Vierendeel e a encurvadura do montante entre aberturas. Reuniram-se as regras de dimensionamento de reforços (chapas de reforço horizontais e verticais, anéis de reforço), as restrições geométricas e um conjunto de procedimentos de dimensionamento de acordo com a mais recente geração de regulamentação dos Eurocódigos – as normas EN 1993-1-13:2024 e EN 1993-1-14:2024.

Na parte de projeto e investigação, foram realizados ensaios experimentais de quatro vigas de aço em perfil IPE300, com aberturas circulares. Os elementos foram divididos em dois pares de variantes – com espaçamento largo e estreito, sendo que em cada par foi ensaiada uma viga sem reforços e uma viga com reforços das aberturas sob a forma de mangas de tubo de aço. As vigas foram carregadas num esquema de flexão de três pontos, registando-se a força, a flecha, as deformações pontuais e o campo de deformações pelo método DIC. Os resultados obtidos foram comparados com cálculos analíticos realizados de acordo com a EN 1993-1-13 e com uma análise numérica pelo método dos elementos finitos (GMNIA) realizada no programa Dlubal RFEM 6.

As análises realizadas permitiram confirmar que a resistência última das vigas com aberturas depende principalmente dos mecanismos de rotura locais. Para as vigas com espaçamento largo, o mecanismo condicionante foi a flexão de Vierendeel, enquanto para o espaçamento estreito foram os mecanismos associados ao montante entre aberturas. Demonstrou-se que o reforço anelar reduz eficazmente a concentração de tensões no bordo da abertura e aumenta a resistência última à flexão de Vierendeel, aproximando o comportamento da viga enfraquecida ao de um elemento de alma cheia. Obteve-se uma boa concordância entre os resultados experimentais, analíticos e numéricos, tanto em termos de resistência última como de modo de rotura, o que confirma a validade dos procedimentos normativos contidos na EN 1993-1-13 para o dimensionamento deste tipo de elementos.