1. OBJETIVO
O objetivo deste artigo é apresentar os principais tipos de pilares utilizados em projetos de estruturas metálicas, suas características bem como recomendações de utilização.
2. CARACTERÍSTICAS GERAIS.
A função dos pilares é transmitir os esforços (horizontais ou verticais) para as fundações.
Os pilares também desempenham papel fundamental no sistema de estabilização global da edificação, tanto em sistemas aporticados quanto em sistemas contraventados.
Figura 1: Pilares utilizados em sistemas de estabilização
a) Sistema de estabilização aporticado utilizando pilar tubular
b) Sistema de estabilização contraventado utilizando pilar I
1. CLASSIFICAÇÃO DOS PILARES
Quanto aos materiais empregados para a obtenção da sua resistência total os pilares podem ser classificados em Pilares Isolados e Pilares Mistos.
3.1 Pilares Isolados
Os pilares isolados são aqueles que utilizam somente o próprio aço estrutural sem a contribuição do concreto para a obtenção de sua resistência total.
Neste tipo de solução, para a obtenção da resistência total do pilar, pode ser empregada uma gama bastante variada de perfis estruturais, desde os tradicionais perfis I ou W laminados, perfis soldados, perfis tubulares quadrados, retangulares, circulares, e até mesmo pilares treliçados formados pela junção de vários dos perfis citados acima.
Figura 2: Exemplos de obras executadas com pilares treliçados e com pilares I de alma cheia.
Figura 3: Pilares I de alma cheia utilizados em um edifício de processo
Dentre as principais vantagens da utilização de pilares isolados nas obras, destaca-se a facilidade de fabricação e montagem, especialmente os perfis de alma cheia, bem como a sua versatilidade de aplicação podendo ser utilizados em obras de galpões logísticos, galpões industriais com ponte rolante, edifícios de múltiplos andares (altura entre 10 e 12 pavimentos), e também em estruturas de processos.
Como desvantagem vale a ressalva de que dependendo da utilização da edificação, pode ser necessária a aplicação de proteção passiva.
3.1 Pilares Mistos
Como o próprio nome já diz, estes pilares utilizam, além do aço estrutural, outros materiais para compor a sua resistência total, sendo especialmente utilizado o concreto estrutural.
Ainda dentro deste conceito é possível obtermos pilares mistos preenchidos, parcialmente revestidos e totalmente revestidos.
3.1.1 Pilares Mistos Parcialmente Revestidos
Neste tipo de solução, somente o espaço existente entre a alma e a mesa dos pilares é preenchido com concreto conforme pode ser observado na figura abaixo.
Figura 4: Imagem ilustrativa de um pilar parcialmente revestido
A aderência entre o concreto e o pilar é garantida pela presença de stud bolts ou conectores de cisalhamento posicionados na alma ou mesa do pilar.
A armadura também é posicionada no espaço existente entre a alma e a mesa do pilar. Importante ressaltar que tanto o posicionamento da armadura quanto a concretagem podem ser realizadas tanto horizontal quanto verticalmente, sendo que neste caso será necessária a utilização de formas.
Figura 5: Pilares Parcialmente revestidos
Este tipo de solução em pilares apresenta como vantagem a redução do consumo de aço estrutural e redução da necessidade de proteção passiva.
A adoção desta solução quando a concretagem é realizada no chão, demanda a necessidade de espaço para a realização da concretagem.
No caso do posicionamento da armadura depois que o pilar estiver montado a solução requer a adoção de formas.
Do ponto de vista prático a utilização de pilares parcialmente revestidos não é uma solução muito utilizada em função do seu limitado potencial de ganhos, quando comparada com outras soluções de pilares mistos.
3.1.1 Pilares Totalmente Revestidos
Nesta solução o pilar metálico é totalmente revestido com concreto armado conforme pode ser observado na figura abaixo:
Figura 6: Pilares totalmente revestidos.
Esta solução apresenta como vantagens uma grande redução do peso de aço, bem como a eliminação da necessidade da realização da proteção passiva nas estruturas, porém requer a necessidade de realização de formas e armaduras de concreto armado.
Figura 7: Forma do pilar totalmente revestido
É muito utilizada em obras de múltiplos andares de média a grande altura (a partir de 12 pavimentos).
Este tipo de solução de pilares sob o ponto de vista de execução permite uma redução bastante significativa no prazo de execução uma vez que os pilares de aço podem ser dimensionados para a fase de montagem, não havendo a necessidade de aguardar a cura do concreto para a progressão vertical das lajes, permitindo a execução simultânea de várias frentes de serviço.
Figura 8: Fases simultâneas de montagem
Na figura acima é possível perceber as várias frentes de serviço ocorrendo simultaneamente no edifício.
1) Montagem de pilares metálicos
2) Montagem do vigamento metálico
3) Estrutura metálica e deck já montados aguardando forma e concretagem dos pilares e laje.
4) Preparação da armadura e forma para concretagem dos pilares e lajes.
O custo com a execução da forma e armadura é compensado pela redução do consumo de aço estrutural, ganho de prazo e eliminação da necessidade de execução de proteção passiva nos pilares. Vale a ressalva de que dentre as soluções com pilar misto é a que apresenta a melhor relação custo x benefício.
3.1.1 Pilares Mistos Preenchidos
Esta solução compreende a utilização de um perfil quadrado, retangular ou circular, o qual será preenchido com concreto, podendo ou não receber armadura.
Sob o ponto de vista estrutural é uma solução excelente uma vez que apresenta uma grande capacidade de carga com seções extremamente reduzidas.
Com relação a rapidez de execução , seu emprego reduz ainda mais o tempo de montagem da obra quando comparada à solução de pilares totalmente revestidos, uma vez que não existe a necessidade de execução de formas.
A necessidade de realização ou não da proteção passiva fica vinculada a colocação ou não de armadura na seção caixão.
Como já comentado acima, esta solução se aplica a obras muito altas, onde existam restrições quanto as dimensões dos pilares e também em obras onde seja necessário um incremento significativo na rigidez das estruturas.
Sob o aspecto econômico não se pode deixar de ressaltar que o custo unitário destes pilares geralmente é mais alto quando comparado às soluções anteriores já apresentadas.
No caso de soluções que utilizem perfis tubulares quadrados, retangulares ou circulares há que considerar que o custo destes perfis é mais caro quando comparado com o custo de perfis laminados ou soldados convencionais.
No caso de pilares preenchidos que utilizem caixões soldados há que se considerar o tempo maior para a produção destes perfis quando comparados ao tempo necessário para produzir um pilar soldado convencional.
Figura 9: Pilares metálicos preenchidos
a) Caixões preenchidos atuando como elemento de estabilização em conjunto com os contraventamentos
b) Pilar Misto preenchido em fase de montagem (não preenchido)
c) Concretagem do pilar através de janelas de concretagem.
4. Considerações finais.
Este artigo apresentou os principais tipos de pilares utilizados em obras de aço, bem como mostrou as aplicações usuais para estes elementos estruturais.
A utilização dos tipos de pilares apresentados acima dependerá das características de cada obra, e somente um estudo mais aprofundado que envolva tanto o cálculo estrutural quanto o orçamento de fabricação e montagem destes elementos poderá definir a sua viabilidade.