Guia de construção de vigas metálicas para construção e pontes modulares de aço

Tipos de vigas metálicas utilizadas em projetos de construção

As estruturas de construção combinam vários formatos laminados e fabricados, cada um adequado para um vão, caminho de carga ou detalhe de conexão específico. A seleção do perfil errado é uma das causas mais comuns de pedidos de alteração durante a montagem de aço.

Vigas de placas construídas, soldadas a partir de placas de flange e de alma, em vez de laminadas em um laminador, dominam os trabalhos de longo vão, onde as profundidades padrão do catálogo se esgotam. Este é o perfil mais frequentemente especificado para vigas principais de pontes modulares de aço, uma vez que os fabricantes podem ajustar a espessura do flange seção por seção para corresponder ao diagrama de momento fletor em vez de usar uma seção transversal constante para todo o vão.

Cálculos de capacidade de carga e vão

O vão admissível para uma determinada viga depende de três fatores: resistência ao escoamento do aço, módulo da seção do perfil e combinação de carga aplicada (carga permanente mais carga móvel, com vento ou sísmica adicionados quando relevante). Como regra de trabalho, os engenheiros dimensionam as vigas do piso até uma profundidade aproximada de vão dividido por 20 para cargas móveis típicas de escritório de 50 libras por pé quadrado e, em seguida, verificam se a deflexão permanece sob vão dividido por 360 para acabamentos sensíveis ao movimento.

O gráfico abaixo ilustra a relação para uma série comum em forma de W sob carga uniforme no piso, mostrando como o vão permitido cresce com a profundidade da viga a uma carga fixa de 50 psf.

Estes números assumem o aço A992 Grau 50 com intervalos de contraventamento padrão e são ilustrativos e não um substituto para um cálculo estrutural estampado. Seções mais profundas não dimensionam a extensão linearmente com o peso : passar de W10 para W30 aproximadamente triplica o vão permitido enquanto apenas dobra o peso por pé, razão pela qual telhados de vãos longos e tabuleiros de pontes favorecem seções mais profundas e mais leves em relação ao vão em vez do empilhamento de múltiplas vigas rasas.

Classes de aço e seleção de materiais para vigas

A seleção da classe afeta o custo e o tamanho da seção. Quatro classes cobrem a grande maioria dos trabalhos de construção e fabricação de pontes modulares de aço.

• Aço carbono A36: rendimento de 36.000 psi, a classe mais comum para cantoneiras, placas e membros secundários onde a economia de peso é menos importante que o custo.
• A992 Grau 50: rendimento de 50.000 psi, o grau padrão para formatos W laminados nos Estados Unidos desde o início dos anos 2000, proporcionando cerca de 39% mais resistência do que o A36 a um preço unitário semelhante.
• A572 Grau 50/60/65: aço de alta resistência e baixa liga usado para vigas de placas e membros de pontes com cargas pesadas, disponível com rendimento de até 65.000 psi.
• Aço resistente ao intemperismo (tipo A588): forma uma camada de óxido estável que elimina ciclos repetidos de pintura, amplamente especificado para vigas de pontes modulares de aço expostas em ambientes rurais e rodoviários.

Economia de peso resultante da seleção de notas em um projeto. Em uma estrutura de armazém de 30.000 pés quadrados, a troca de vigas primárias de A36 para Grau 50 normalmente reduz a tonelagem total de aço em 12 a 18 por cento, o que reduz os custos de material e tempo de guindaste, embora o preço por tonelada do Grau 50 seja um pouco mais alto.

Sistemas de proteção e revestimento contra corrosão

O aço estrutural não revestido perde cerca de 0,001 a 0,005 polegadas de espessura de seção por ano em um ambiente industrial externo típico, razão pela qual a seleção do revestimento é tratada como uma decisão de projeto e não como uma reflexão tardia, especialmente em vigas expostas e vigas modulares de pontes de aço que ficam perto de travessias de água.

A galvanização por imersão a quente é a escolha padrão para vigas com menos de 40 pés que cabem em um tanque de imersão, enquanto os sistemas de epóxi/poliuretano aplicados em campo cobrem vigas de placas mais longas e seções de pontes de aço modulares montadas que excedem as dimensões do tanque.

Métodos de fabricação, soldagem e conexão

A fabricação de uma viga metálica em oficina segue uma sequência fixa, e a ordem é importante porque a perfuração ou soldagem fora de sequência introduz distorções que são caras para corrigir após o fato.

1. Corte de flanges e placas de alma no comprimento usando plasma CNC ou corte oxicorte, com tolerâncias de corte normalmente mantidas em mais ou menos 1/16 polegada.
2. Ajuste e soldagem por pontos da alma aos flanges, verificados quanto ao esquadro antes do início da soldagem completa.
3. Soldagem completa, geralmente soldagem por arco submerso para longos trechos retos em vigas de placas, que deposita o metal de solda mais rapidamente e com menos defeitos do que a soldagem manual por arco de metal blindado.
4. Perfuração ou furos para parafusos para placas de emenda de campo e ângulos de conexão, posicionados a partir de um modelo de fábrica para garantir o ajuste em campo.
5. Verificação e endireitamento da curvatura, uma vez que vigas longas são pré-curvadas para cima para neutralizar a deflexão da carga permanente, uma vez carregadas.
6. Preparação de superfície e aplicação de revestimento antes do envio.

As conexões de campo em estruturas de edifícios normalmente usam parafusos de alta resistência (grau A325 ou A490) em vez de soldagem em campo, uma vez que as conexões aparafusadas são mais rápidas de instalar, mais fáceis de inspecionar quanto ao torque adequado e apresentam desempenho previsível tanto em estruturas de edifícios quanto em juntas de emenda de pontes modulares de aço.

Comparação de custos: vigas de aço versus concreto e madeira

O custo do material por tonelada conta apenas parte da história; o custo instalado por metro quadrado de área enquadrada é o número que realmente orienta a seleção de vigas na maioria dos projetos.

O aço ganha de forma mais decisiva em projetos com vãos livres longos, cronogramas apertados ou necessidade de flexibilidade de renovação posterior, uma vez que a remoção de uma parede de suporte ou a adição de uma abertura é simples com estruturas de aço aparafusadas e muito mais perturbadora com concreto moldado.

Diretrizes de Manutenção e Inspeção

Um intervalo de inspeção documentado prolonga a vida útil da viga muito além das suposições originais do projeto, especialmente para vigas expostas e estruturas modulares de pontes de aço sujeitas a cargas de tráfego e variações climáticas.

Os itens prioritários durante qualquer inspeção incluem o torque dos parafusos nas conexões de emenda, a espessura da película de revestimento nas extremidades da viga, onde a água tende a acumular-se, e qualquer perda de seção visível nos pontos de apoio onde a viga entra em contato com uma fundação ou pilar.

Perguntas frequentes