Projeto e instalação de conectores de cisalhamento pedem cuidados

Ao projetar e executar vigas mistas de aço e concreto, utilizadas em diferentes modelos estruturais mistos, os engenheiros devem levar em conta que a combinação dos dois componentes gera cuidados adicionais. É preciso garantir que a viga de aço e a laje de concreto trabalhem juntas, de maneira a resistirem aos esforços impostos ao elemento estrutural.

“Na interface é preciso haver conectores, como os conectores tipo pino com cabeça, ou stud bolts. Dessa forma, deixa-se de ter dois elementos – aço e concreto – e passa-se a trabalhar com um elemento propriamente misto. Isso só ocorre, é claro, se houver transmissão de cargas, por meio de corpos ligantes”, explica Antônio Carlos Bragança, coordenador do curso de engenharia civil na Universidade Cidade de São Paulo (Unicid) e professor da Fatec-SP.

A função dos conectores, portanto, é transferir o cisalhamento longitudinal na interface aço-concreto e impedir o deslizamento relativo entre os dois materiais. Esse deslizamento relativo entre os componentes é resultante do fluxo de cisalhamento, ou seja, da distribuição dos esforços cortantes por unidade de comprimento. Os conectores de cisalhamento são os componentes empregados para resistir a esses esforços e estabelecer ligação mecânica entre aço e concreto.

Os conectores devem ser especificados em projeto de modo a atender à NBR 8800 – Projetos de estruturas de aço e de estruturas mistas de aço e concreto de edifícios, de 2008. Existem duas classes de conectores: os dúcteis – tipo pino com cabeça, perfil U laminado e tipo pino com gancho –, que são os mais usuais; e os não-dúcteis. A NBR 8800 trata apenas dos conectores tipo pino com cabeça e perfil U laminado ou formado a frio.

dimensionamento e instalaÇÃo

A NBR 8800 define parâmetros para o dimensionamento, a resistência e a instalação dos conectores de cisalhamento, devendo orientar o processo de projeto e a execução sem grandes dificuldades.

Para os conectores tipo pino com cabeça, a norma estabelece que seu comprimento mínimo, após a instalação, deve ser de quatro vezes seu diâmetro. Suas dimensões e sua ligação com o elemento estrutural de aço devem atender aos requisitos da norma americana de soldagem da AWS D1.1 (American Welding Society). “O conector de cisalhamento deve estar firmemente ligado aos componentes, afixado por solda na viga de aço e por aderência na laje de concreto”, comenta Bragança.

Os conectores tipo perfil U laminado ou formado a frio devem ser soldados à mesa superior do perfil de aço com solda contínua, ao menos nas duas extremidades de sua mesa. Ambos os tipos de conectores devem ser recobertos por uma camada mínima de 10 mm, ficando completamente embutidos na laje. No caso de conectores stud bolts em lajes mistas (steel deck), o conector deve ter projeção mínima de 40 mm sobre a forma metálica.

Eles devem ser posicionados e instalados de cada lado da seção de momento fletor máximo, podendo ser uniformemente espaçados entre essa seção e as seções adjacentes de momento nulo. A norma brasileira ainda define que o espaçamento máximo entre linhas de centro de conectores deve ser igual a oito vezes a espessura total da laje, não podendo ultrapassar 915 mm no caso de lajes mistas (steel deck) com nervuras perpendiculares ao perfil de aço.

STEEL DECK

De acordo com o engenheiro Alexander Galvão Martins, consultor técnico da Codeme, a difusão do uso de lajes steel deck na construção civil brasileira fez com que os conectores tipo pino com cabeça se tornassem uma solução usualmente adotada.

Na interface é preciso haver conectores, como os conectores tipo pino com cabeça, ou stud bolts. Dessa forma, deixa-se de ter dois elementos – aço e concreto – e passa-se a trabalhar com um elemento propriamente misto

Antônio Carlos Bragança

“As empresas que adotam essa tecnologia geralmente dispõem de maquinário que permite agilidade na soldagem do stud bolt com a viga de aço: uma pistola por eletrofusão que solda rapidamente o pino à viga, após posicionado”, afirma. No caso dos conectores tipo perfil U laminado e das cantoneiras, não se utiliza o mesmo equipamento, de modo que é preciso fazer a solda em todo o entorno, com gasto de tempo consideravelmente superior. “Stud bolts são mais caros, então acabam sendo empregados em projetos maiores”, acrescenta.

O ganho de velocidade proporcionado pela escolha do steel deck é acentuado pela praticidade de instalação dos stud bolts, de maneira que a combinação das duas metodologias favorece a industrialização do canteiro de obra. “Posicionada a viga, coloca-se o steel deck sobre ela, afixando-o com solda bujão ou pistola finca-pinos, para então ser executada a soldagem com o stud bolt”, detalha Martins.

Como o steel deck só consegue vencer vãos maiores de lajes se for contínuo – duplo ou triplo –, o conector jamais deve ser soldado previamente. “Isso faria com que ficássemos limitados a um vão simples”, aponta o consultor.

LIGAÇÃO DE NÚCLEOS DE CONCRETO E VIGAS DE AÇO

Nos edifícios de andares múltiplos que têm estrutura mista, com núcleo de concreto e vigas de aço que vão sendo montadas posteriormente, a ligação entre os dois elementos estruturais também é feita por meio de conectores metálicos. “Uma chapa de aço com stud bolt soldado por trás é concretada juntamente com a parede de concreto. Com a desfôrma, a chapa já fica instalada no local, faceando o núcleo de concreto. A ligação é feita com a soldagem de outra chapa, na vertical, que faz o apoio para a viga de aço”, descreve Martins.

Essa metodologia é utilizada em grandes construções no Brasil e no exterior, mas não há procedimento de cálculo especificado em norma brasileira, de forma que as empresas do setor se orientam pelas recomendações do American Concrete Institute.

ERROS MAIS COMUNS

Conforme aponta o professor Antônio Carlos Bragança, é frequente que ocorram erros na execução das soldas. “Muitas vezes a soldagem é executada em abundância, o que resulta em perdas financeiras. Além disso, também é comum que não se realize uma conferência adequada do trabalho do soldador”, afirma.

Segundo Alexander Martins, uma falha comum no processo, sobretudo nas obras de edifícios de andares múltiplos, é que se lance steel deck de um dia para o outro e, no dia seguinte, não se dê a devida atenção ao orvalho acumulado entre ele e a viga de aço. “A água condensada pode atrapalhar a soldagem. O oxigênio pode formar bolhas na solda, deixando-a contaminada e suscetível a rompimentos durante os ensaios”, alerta.