Tipos Básicos de Conexões na Construção de Estruturas de Aço
Edifícios com estrutura de aço exigem detalhistas de aço para garantir conexões estruturais robustas entre vigas e colunas, uma vez que é necessário abordar adequadamente as forças estruturais. As conexões construtivas entre pares de viga/coluna podem ser realizadas por soldagem, parafusamento, rebite e revestimento por pino ou fixo. Os soldadores podem fundir materiais de aço para formar um caminho de carga confinado em aço robusto, o que é desejável ao rigidificar uma estrutura contra momentos fletores. É a vez dos parafusos quando se deseja estruturas flexíveis e móveis. Esses elementos de fixação estrutural, como parafusos de classe 8.8, são extremamente vantajosos quando os empreiteiros estruturais precisam realizar ajustes nas conexões no local, o que é especialmente importante em estruturas submetidas a retrofit sísmico ou quando as conexões estruturais não se encaixam perfeitamente. As conexões rebitadas são consideradas obsoletas e são encontradas principalmente em estruturas históricas. Elas apresentam a vantagem de resistir à oscilação devido ao seu processo único de formação, que não envolve aquecimento. As conexões por pino permitem alguma rotação dos elementos estruturais, o que é fundamental em pontes para permitir a expansão e contração decorrentes das variações de temperatura. As conexões fixas fazem exatamente o oposto das conexões por pino, travando os elementos estruturais em uma única posição. Isso é fundamental em arranha-céus resistentes a cargas laterais, para garantir estabilidade. Seu valor estético é importante, mas os engenheiros estruturais precisam levar em conta a facilidade e rapidez de instalação, os custos relacionados à estrutura e o nível esperado de manutenção futura da edificação.
Conexões Soldadas vs. Parafusadas entre Viga e Coluna
A soldagem oferece resistência, melhor controle e conformidade total com a norma EN 1993-1-8
A soldagem de vigas a pilares em estruturas de aço resulta em um aumento da rigidez global e proporciona uma melhor distribuição das cargas ao longo da estrutura do pórtico. As juntas soldadas com penetração total, quando executadas corretamente, são mais eficazes na formação de juntas robustas do que as juntas feitas com diversos parafusos, especialmente quando essas juntas robustas estão sujeitas a cargas contínuas ao longo do tempo. A norma EN 1993-1-8 tornou-se um referencial da indústria por diversas razões meritórias. Essas especificações apoiam a utilização de pessoal qualificado, com conhecimento pleno de suas funções e responsabilidades, incluindo a inspeção das soldas. A maioria dos estabelecimentos industriais recorre, inclusive, ao ensaio por ultrassom para identificar eventuais defeitos nas soldas. Esse tipo de solda elimina os problemas associados ao uso de parafusos (por exemplo, afrouxamento dos parafusos), mas seu projeto e sua execução no local exigem maior responsabilidade e cuidado por parte dos trabalhadores. Em particular, as variações climáticas que ocorrem durante o processo de soldagem devem ser controladas.
Conexões Parafusadas: Placa de Extremidade, Conexões com Apoio e Sistemas com Placa de Aleta
Do ponto de vista da montagem de módulos, a conexão parafusada oferece as maiores vantagens na construção de estruturas de aço. Atualmente, os tipos de conexão mais dominantes e amplamente aceitos incluem os seguintes três:
- Conexões com placa de extremidade que facilitam a transmissão do momento da tração inferior para a superior ou da compressão inferior para a superior (e vice-versa).
- Conexões do tipo apoio que fornecem suporte vertical por meio de uma ou mais cantoneiras inferiores.
- Sistemas de conexão com placa de aleta que permitem uma montagem mais rápida no local, utilizando o plano de cisalhamento simples.
A maioria dos sistemas, conforme descrito acima, foi projetada para atingir o objetivo de lidar com as variações nas tolerâncias estruturais e com as modificações. Nos testes estruturais recentes, as Placas Extensas de Extremidade (EEP) demonstraram uma melhoria de até 15% na resistência ao momento em comparação com os designs de encaixe perfeito (flush designs). Os ajustes no local permitem um grau maior de variabilidade na fabricação e no projeto estrutural do que aquele que seria, de outra forma, exigido.
Fator de Conexão Soldado Parafusado
Velocidade de Instalação Lenta (soldagem no local) Rápida (pré-fabricada)
Flexibilidade de Modificação Limitada Flexível
Complexidade de Inspeção Exige END Verificação visual
Resistência à Vibração Superior Requer porcas de travamento
Considerações de Projeto para Conexões Seguras e Econômicas de Estruturas de Aço
Transmissão de Momentos, Ductilidade e Eficiência da Junta
As estruturas de aço com perfis laminados atingem desempenho ótimo quando as ligações proporcionam um equilíbrio adequado entre transmissão de momento e deformação. Nas ligações rígidas, é necessário encontrar um equilíbrio entre uma deflexão excessiva e uma distribuição suficiente das cargas para outros elementos da estrutura. No caso das ligações articuladas, essas necessidades são, na verdade, ainda mais acentuadas, pois tais ligações devem apresentar flexibilidade rotacional suficiente para garantir a ausência de concentrações de tensão que possam levar à ruptura quando submetidas a pressão. A ductilidade é de importância fundamental no projeto sísmico. É exigida a dissipação de energia por meio de deformação controlada nas ligações até um modo de falha predefinido, quando submetidas ao abalo sísmico. A eficiência global das ligações está diretamente relacionada ao custo total da estrutura. Com um bom projeto de ligações, o desempenho exigido é alcançado utilizando-se menos material, mantendo-se, contudo, a rigidez necessária. Não é incomum que o projeto de ligações figure entre as principais prioridades dos engenheiros estruturais, especialmente quando se deseja que a resistência ao momento da ligação seja de 90%, mantendo-se, ao mesmo tempo, capacidade de rotação. Isso geralmente exige compromissos e trocas entre os diferentes parâmetros de desempenho.
Documentação para o projeto e montagem de perfis em forma de H
Na montagem em campo, o protocolo é fixar os parafusos de alta resistência com aproximadamente 70% do torque máximo, garantindo o alinhamento da viga dentro de um limite de L/500. As estruturas exigem escoramento temporário até que 75% das ligações atinjam sua resistência total. Isso minimiza transtornos no campo, pois o aperto dos parafusos normalmente agrava os problemas no campo decorrentes de mau alinhamento. A distribuição consistente das cargas ao longo da estrutura assegura desempenho ideal.
Perguntas frequentes
Quais são os tipos de ligações em estruturas de aço?
Normalmente, as ligações são classificadas como soldagem, parafusamento, rebitagem e articulações por pinos ou fixação.
Qual é a vantagem das ligações soldadas em estruturas de aço?
A vantagem das ligações soldadas reside no aumento da rigidez, proporcionando, assim, bom desempenho da seção sob carga, devido à boa distribuição de carga sob cargas uniformes sustentadas.
Quais são os méritos das ligações parafusadas na construção em aço?
Os méritos da configuração parafusada derivam da construção modular, da flexibilidade na reconfiguração e das tolerâncias estruturais, que facilitam os ajustes no local.
Como os princípios de projeto afetam as ligações entre perfis na construção em aço?
Os princípios de projeto na construção em aço concentram-se no equilíbrio entre a transmissão de momentos, a ductilidade e a eficiência das ligações, de modo que a construção seja segura, durável e econômica.