O que é o conector de cisalhamento
Numa laje de concreto apoiada sobre uma viga de aço sem ligação, cada uma flete por conta própria e a laje escorrega sobre a mesa. O conector de cisalhamento impede esse escorregamento: soldado na mesa superior e concretado dentro da laje, ele transmite o esforço de cisalhamento entre os dois materiais. O conjunto passa a trabalhar como uma peça só, a viga mista, mais rígida e mais resistente que a viga de aço sozinha. O resultado é viga mais leve ou vão maior com o mesmo perfil.
O tipo mais usado é o pino com cabeça (headed stud): uma barra redonda de aço de baixo carbono com uma cabeça forjada numa ponta e uma carga de alumínio na outra. O corpo trabalha ao cisalhamento; a cabeça ancora o pino no concreto e impede que a laje se descole da viga. A soldagem é por arco, com pistola própria, em menos de um segundo por pino.
- D
- Diâmetro da cabeça (e K, a altura): ancoram o pino no concreto.
- d
- Diâmetro do corpo: de 1/2" a 1" (13 a 25 mm). Define a resistência de cada pino.
- L
- Comprimento antes da solda: é a medida de compra.
- Lf
- Comprimento final, depois de soldado: é o que o projeto pede.
- 1
- Anel cerâmico: concentra o arco, segura o metal fundido e molda o filete. Depois é quebrado e descartado.
- 2
- Esfera de fluxo: carga de alumínio na ponta que estabiliza o arco e desoxida a solda.
- 3
- Filete de solda: precisa fechar os 360° em volta do pino.
Desenho esquemático, sem escala. A perda de comprimento na solda está exagerada para leitura.
Tabela de medidas do conector de cisalhamento
Diâmetros padronizados do pino conector com as medidas de cabeça da AWS D1.1 para o conector tipo B. No padrão métrico da ISO 13918 (tipo SD), os diâmetros equivalentes são 13, 16, 19, 22 e 25 mm, com cabeças próximas, mas não idênticas: informe a norma no pedido.
| Diâmetro do corpo | Métrico (ISO 13918) | Diâmetro da cabeça | Altura mínima da cabeça | Uso típico |
|---|---|---|---|---|
| 1/2" (12,7 mm) | 13 mm | 1" (25,4 mm) | 9/32" (7,1 mm) | Insertos, pré-moldados e lajes leves |
| 5/8" (15,9 mm) | 16 mm | 1.1/4" (31,8 mm) | 9/32" (7,1 mm) | Vigas mistas leves e insertos |
| 3/4" (19,1 mm) | 19 mm | 1.1/4" (31,8 mm) | 3/8" (9,5 mm) | O mais usado em viga mista; maior diâmetro em laje com steel deck |
| 7/8" (22,2 mm) | 22 mm | 1.3/8" (34,9 mm) | 3/8" (9,5 mm) | Pontes e vigas pesadas, solda direta na mesa |
| 1" (25,4 mm) | 25 mm | 1.5/8" (41,3 mm) | 1/2" (12,7 mm) | Pontes e estruturas pesadas, solda direta na mesa |
O comprimento varia com a laje: nos pinos de 3/4", os mais vendidos vão de 3" a 8" (cerca de 75 a 200 mm) depois de soldados. Comprimentos fora da linha são feitos sob encomenda.
Como definir o comprimento do pino
O projeto estrutural indica o comprimento final (Lf), medido depois da solda. Na compra, conta o comprimento antes da solda (L), porque o pino encurta no processo: a ponta funde e parte do metal vira o filete. A perda é de cerca de 3 mm (1/8") nos diâmetros menores e 5 mm (3/16") de 3/4" para cima, e um pouco maior na soldagem através do steel deck.
Por que 5.3/16" e 4.1/8"? Na medida em polegada, o comprimento de compra costuma vir com a perda já somada. O pino de 3/4" × 5.3/16" fica com 5" depois de soldado; o de 1/2" × 4.1/8", com 4"; o de 1" × 8.3/16" (208 mm), com 8". Quando a medida vier em milímetros, pergunte se é antes ou depois da solda.
Para conferir se o comprimento final atende, três verificações rápidas:
- Pelo menos 4 vezes o diâmetro depois de soldado: 76 mm no pino de 3/4" (AISC 360 e ABNT NBR 8800).
- Com steel deck, pelo menos 38 mm acima do topo da fôrma (AISC 360).
- Pelo menos 13 mm de concreto sobre a cabeça.
Exemplo: fôrma de 75 mm e laje de 140 mm de espessura total. Um pino de 3/4" com 125 mm depois de soldado passa 50 mm do topo da fôrma e fica com 15 mm de concreto por cima: atende às três condições.
Material e norma
O pino conector é feito de barra trefilada de aço de baixo carbono (ASTM A29 ou A108, graus 1010 a 1020), sem revestimento: zinco e tinta atrapalham a solda. A AWS D1.1, código de soldagem de estruturas de aço, classifica o conector de cisalhamento como tipo B e fixa as propriedades mínimas:
| Propriedade | Mínimo |
|---|---|
| Resistência à tração | 450 MPa (65 ksi) |
| Limite de escoamento | 350 MPa (51 ksi) |
| Alongamento | 20% (em 2") |
| Redução de área | 50% |
O cálculo da resistência de cada pino, pela ABNT NBR 8800 ou pelo AISC 360, usa o diâmetro, a resistência à tração do aço do pino e o concreto da laje. Por isso o certificado do lote, com composição química e propriedades mecânicas, costuma ser exigido pela fiscalização antes de liberar a soldagem. Em pontes, a soldagem segue a AWS D1.5; para pinos em inox 304 ou 316, a AWS D1.6.
Como o pino é soldado
A soldagem de pinos (stud welding) usa uma pistola e uma fonte de corrente alta, acima de 1.000 A nos diâmetros de viga mista. O ciclo é automático:
Posicionar: o pino vai na pistola com o anel cerâmico, encostado na mesa da viga ou na fôrma.
Abrir o arco: no gatilho, a pistola levanta o pino e abre o arco. A esfera de alumínio estabiliza o arco e desoxida o metal.
Mergulhar: com a ponta do pino e a mesa fundidas, a pistola empurra o pino na poça. Tudo em menos de um segundo.
Quebrar o anel: o metal solidifica dentro do anel cerâmico e forma o filete. O anel é quebrado e descartado.
Com ou sem cerâmica: o anel cerâmico é de uso único e muda com o diâmetro e com a aplicação (solda direta na viga ou através do steel deck). Por isso o pino é vendido sem cerâmica, com o anel cotado à parte, ou em conjunto. Com esfera indica a ponta com a carga de fluxo, que é o padrão do conector soldado por arco.
Controle de qualidade: pela AWS D1.1, a cada início de turno ou troca de regulagem, os dois primeiros pinos são soldados numa chapa de teste e dobrados a 30° com martelo, sem trincar a solda. Na produção, todo pino precisa mostrar filete completo de 360°; o que não mostrar é dobrado a 15° para verificação ou reparado.
Pino em laje com steel deck
- a
- Altura do pino acima da fôrma: no mínimo 38 mm (1,5").
- c
- Cobrimento de concreto sobre a cabeça: no mínimo 13 mm (1/2").
- hF
- Altura da nervura da fôrma: até 75 mm na regra usual de cálculo.
Desenho esquemático, sem escala. Limites do AISC 360 para laje com fôrma de aço incorporada.
Em laje com fôrma de aço incorporada (steel deck), o pino é soldado através da fôrma: a pistola funde a chapa galvanizada e solda o pino na mesa da viga num único ciclo. Nessa situação, o AISC 360 limita o diâmetro a 3/4" (19 mm). Para a solda sair boa:
- Fôrma encostada na mesa, sem folga: fixe a fôrma antes de soldar os pinos.
- Chapa seca e limpa, sem água empoçada, tinta, óleo ou concreto respingado.
- Galvanização usual da fôrma é aceita. Camada de zinco muito grossa ou duas chapas sobrepostas pedem teste de procedimento ou furo prévio.
- Anel cerâmico próprio para steel deck, diferente do anel de solda direta na viga.
- Pino no fundo da nervura, sobre a mesa: quando a nervura é larga, a posição do pino na nervura muda a resistência considerada no cálculo.
Regras de projeto para conferir o pedido
Quem define diâmetro, comprimento e espaçamento é o projeto estrutural. As regras abaixo, do AISC 360, que a ABNT NBR 8800 segue em linhas gerais, ajudam a conferir se a especificação de compra faz sentido:
- Comprimento final: pelo menos 4 vezes o diâmetro do pino.
- Diâmetro e mesa: o pino não pode ter mais que 2,5 vezes a espessura da mesa em que é soldado, a não ser que fique sobre a alma.
- Espaçamento mínimo: 6 diâmetros ao longo da viga e 4 diâmetros na transversal; dentro da nervura do steel deck, 4 diâmetros em qualquer direção.
- Espaçamento máximo: 8 vezes a espessura total da laje, sem passar de cerca de 900 mm.
- Com steel deck: nervura de até 75 mm, pino de até 3/4", pelo menos 38 mm acima da fôrma e 13 mm de cobrimento.
Onde o conector de cisalhamento é usado
- Vigas mistas de edifícios: prédios comerciais, shoppings, hospitais, estacionamentos e galpões com mezanino.
- Lajes com steel deck, soldado através da fôrma.
- Pontes e viadutos mistos, com pinos de 7/8" e 1" soldados direto na mesa.
- Pilares mistos e ligações entre aço e concreto, como pilar de aço revestido ou preenchido.
- Insertos e placas de ancoragem em concreto pré-moldado e em blocos: o pino soldado na chapa ancora a peça no concreto.
- Reforço de estruturas existentes, tornando mista uma viga que foi calculada só como aço.
Nas ligações parafusadas da mesma estrutura entram os parafusos estruturais ASTM A325 com arruela F436, e, nas abas inclinadas de perfis I e U, a arruela cunha.
Como especificar o conector no pedido
Tipo: conector de cisalhamento tipo pino com cabeça, para soldagem por arco.
Diâmetro: 1/2", 5/8", 3/4", 7/8" ou 1" (ou 13 a 25 mm).
Comprimento, dizendo se é antes ou depois da solda.
Norma: AWS D1.1 tipo B ou ISO 13918 (SD).
Anel cerâmico: sem anel, ou com anel para solda direta na viga ou através do steel deck.
Quantidade e certificado: o certificado do lote acompanha todo pedido.
Conector de cisalhamento pino com cabeça 3/4" × 5.3/16" (5" depois de soldado) · AWS D1.1 tipo B · aço baixo carbono, polido · com esfera de fluxo · anel cerâmico para steel deck · 2.000 peças
Não confunda com outros "stud bolts"
- Stud bolt de flange (prisioneiro ou estojo): barra roscada nas duas pontas, com duas porcas, para fechar flanges de tubulação. Não é soldado. Veja studbolt e prisioneiro ASTM A193.
- Pino roscado para solda: soldado na chapa como o conector, mas com rosca na ponta livre para prender peças. Não trabalha como conector de cisalhamento.
- Chumbador de base de pilar: fica na fundação, com rosca e porca, para ancorar a placa de base. Veja o chumbador tipo L.
- Conector em perfil U: outro tipo de conector de cisalhamento previsto na ABNT NBR 8800, feito de pedaço de perfil U soldado com eletrodo, sem pistola.