Tipos de aço e perfis para estrutura metálica de edifícios

A construção de edifícios com estrutura metálica é coisa antiga no exterior, principalmente nos EUA. Aqui no Brasil esta tecnologia começou a chegar para valer há apenas alguns anos. Talvez por isto, alguns Arquitetos e Engenheiros acostumados com estruturas de concreto armado têm dificuldade para se adaptar à estrutura metálica. Para estes, mostraremos um pouco dos materiais utilizados em substituição às vigas, pilares e lajes convencionais.

Nas construções com estrutura metálica a escolha do tipo de aço é feita em função de aspectos ligados a:

Meio ambiente onde as estruturas se localizam,
Previsão do comportamento estrutural de suas partes, devido à geometria e aos esforços solicitantes.
Meio industrial com atmosfera agressiva à estrutura,
Proximidade de orla marítima, e
Manutenção necessária e disponível ao longo do tempo

Os fatores acima influenciam a escolha de diversas maneiras. Por exemplo, condições ambientais adversas exigem aços de alta resistência à corrosão. Por outro lado, peças comprimidas com elevado índice de esbeltez ou peças fletidas em que a deformação (flecha) é fator preponderante são casos típicos de utilização de aços de média resistência mecânica. No caso de peças com baixa esbeltez e onde a deformação não é importante, fica mais econômica a utilização dos aços de alta resistência.

Os aços estruturais utilizados no Brasil são produzidos segundo normas estrangeiras (especialmente a ASTM (American Society for Testing and Materials) e DIN (Deutsche Industrie Normen) ou fornecidos segundo denominação dos próprios fabricantes. Assim, os aços disponíveis por aqui estão listados na tabela abaixo:

Claro que há casos específicos, mas de maneira geral pode-se dizer que os perfis de aço utilizados na construção de edifícios de andares múltiplos são os mesmos empregados na construção de galpões e outras estruturas.

Perfis para colunas

As colunas de edifícios são dimensionadas fundamentalmente à compressão. São utilizados então perfis que possuam inércia significativa também em relação ao eixo de menor inércia, como é o caso dos perfis “H” que têm largura da mesa, igual ou próxima à altura da seção. A figura abaixo mostra alguns perfis utilizados como colunas:

Perfis para vigas

Os perfis de aço utilizados nas vigas dos edifícios são dimensionados pressupondo-se que terão a mesa superior travada pelas lajes. Neste conceito, as vigas não estarão portanto sujeitas ao fenômeno da flambagem lateral com torção.
No caso de vigas bi-apoiadas, é comum usar vigas mistas onde o perfil em aço trabalha solidário com a laje, obtendo-se uma solução mais econômica. A figura abaixo mostra o funcionamento de algumas soluções para as vigas de estrutura metálica:

Perfis para os contraventamentos

As seções dos perfis para contraventamentos costumam ser leves. Sua escolha leva em conta a esbeltez e a a resistência aos esforços normais. No caso de edifícios a esbeltez das peças tracionadas principais é limitada a 240 mm e das comprimidas limitadas a 200 mm. Os perfis comumente utilizados são os da figura abaixo:

Lajes de Piso

As lajes deverão ser convenientemente ancoradas às mesas superiores das vigas, através dos conectores (vide a seguir) para que façam parte da “viga mista”.
As soluções usuais para lajes, no caso de vigas mistas em edifícios de andares múltiplos, são mostradas a seguir:

Laje fundida in-loco
É ainda a solução mais econômica no país, apresenta a desvantagem de exigir formas e cimbramentos durante a fase de cura.

Laje com forma em aço, incorporada
A laje é fundida in-loco sobre forma de chapa de aço conformada, capaz de vencer os vãos entre vigas, e que inclusive passa a ser a ferragem positiva da laje. É um sistema que tem vantagem de prescindir, em boa parte dos casos, de formas e escoras durante a cura, liberando dessa forma a área sob a laje para outros trabalhos. Além disso, a seção transversal da forma abre espaço para passagem dos dutos e cabos de utilidades.

Laje pré-moldada
Nesse caso o painel pré-moldado de laje é colocado diretamente sobre a viga de aço sem a necessidade de escoramentos e com a vantagem da liberação imediata da área para outros serviços. Esse sistema exige cuidado especial para a execução da ancoragem da laje na mesa superior da viga de aço, com vistas ao funcionamento como viga mista.

Conectores

Os conectores têm a função de transmitir os esforços de cisalhamento longitudinal entre a viga de aço e a laje, no funcionamento da viga mista. Dentre os vários tipos de conectores, os mais usados são o pino com cabeça e o perfil “U”. O item 6.4 da NBR 8800 (Conectores de cisalhamento) apresenta as resistências dos conectores tipo pino com cabeça e perfil “U” e dá as diretrizes para o seu projeto e instalação. A Figura abaixo ilustra os diversos tipos de conectores.

Paredes

As paredes dos edifícios com estrutura metálica normalmente são de alvenaria, construídas com tijolo furado ou com tijolo de concreto leve. Dependendo da finalidade do edifício, as paredes internas são substituídas pelas paredes divisórias desmontáveis, que conferem flexibilidade ao lay-out do andar.
As paredes externas normalmente são o resultado da combinação de vários materiais, para se obter o efeito arquitetônico desejado. Uma solução comum é a utilização de alvenaria com esquadria de aço ou alumínio para as janelas.

Outra solução para as paredes externas consiste na utilização de painéis pré-fabricados ou pré-montados combinando diversos materiais como concreto, chapas em aço pintadas, esquadrias de aço e alumínio, vidro e fibra de vidro, dentro da solução arquitetônica desejada.

É claro que não pretendemos num pequeno artigo como este esgotar um assunto tão extenso quanto os materiais para estrutura metálica, procuramos dar apenas uma introdução para aqueles que estão começando em estrutura metálica.