ANÁLISE EXPERIMENTAL DE CONECTORES DE CISALHAMENTO EM VIGAS MISTAS

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UNIVERSIDADE COMUNITÁRIA DA REGIÃO DE CHAPECÓ 
ÁREA DE CIÊNCIAS EXATAS E AMBIENTAIS 
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL 
Projeto de Pesquisa II 
1 SILVA, I. F.; NARDI, J. H. R.; RITTER, M. G. Análise experimental de conectores de cisalhamento em vigas 
mistas. Artigo (Graduação em Engenharia Civil) – Universidade Comunitária da Região de Chapecó, 
Chapecó, 2018. 
 
 
 
ANÁLISE EXPERIMENTAL DE CONECTORES DE CISALHAMENTO 
EM VIGAS MISTAS1 
 
SILVA, Iuri Ferreira da; NARDI, João Henrique Rizzoto; 
RITTER, Mario Gilsone; 
 
 
RESUMO 
Em busca de sistemas estruturais que se adequem as características de cada tipo de 
empreendimento, as estruturas mistas apresentam-se como uma solução viável, que visa a 
otimização dos materiais que a compõe. Para que ambos os materiais – aço e concreto – 
interajam como um só elemento, são comumente utilizados os conectores de cisalhamento. 
O presente artigo apresenta resultados de ensaios push-out de dois tipos de conectores, o 
Pino com cabeça - mais conhecido no mercado atual - e o Perfobond rib, que é constituído 
por uma chapa metálica furada com armadura passante. A finalidade da pesquisa foi 
analisar as resistências últimas e os deslocamentos em cada conector, assim como os custos 
de fabricação e instalação em vigas hipotéticas de vãos variados. Os conectores Perfobond 
rib se mostraram uma alternativa técnico-econômica viável por se apresentarem mais rígidos 
e menos dúcteis, onde obtiveram grande vantagem tendo resistência última no ensaio 
consideravelmente maior que o conector pino com cabeça, contraposto a isso o conector 
Pino com cabeça se mostra mais econômico tendo em vista os métodos construtivos que 
apresentam maior facilidade, agilidade e economia na execução. 
Palavras-chave: Estruturas mistas. Conectores de cisalhamento. Vigas mistas. Engenharia Civil. 
ABSTRACT 
Looking for new structural systems that fit to characteristics of each type of development, the 
mixed structures show themselves a viable solution that aims to optimize materials that make 
it. So which both materials – steel and concrete – Interact as a single element, commonly shear 
connectors are used. This scientific article presents results of push out tests of two types of shear 
connectors, the Stud Bolt – more known in the current market – and the Perfobond rib which is 
consisting of a perforated steel sheet with reinforcing steel. The purpose of this research was to 
analyze the ultimate strengths of the normal shear stresses and the displacements on each 
connector, as well as the costs of fabrication and installation in hypothetical beams of varied 
interspaces. The Perfobond rib connectors proved to be a viable technical-economical 
alternative because they are more rigid, and less ductile, in which obtained great advantage 
over the Stud bolt connector having higher ultimate strengths of the tests, in contrast the Stud 
bolt connector proved to be more economical in view of the constructive methods that 
present greater agility and economy in the execution. 
Keywords: Composite structures. Shear connectors. Composite beams. Civil Engineering. 
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1 INTRODUÇÃO 
Devido à alta competitividade que o mercado da construção impõe, erros na 
concepção estrutural ou ainda no superdimensionamento podem acarretar 
em onerosos custos ao final da obra. Sendo necessário que o engenheiro 
saiba o que é viável tecnicamente e economicamente para que tais 
problemas possam ser suprimidos ainda na fase de projeto. 
Com os avanços tecnológicos na indústria da construção civil, abriu-se um 
leque de possibilidades em soluções estruturais, como as estruturas mistas que 
buscam otimizar a interação entre aço e concreto, sendo nítido no mercado 
atual a necessidade de soluções mais econômicas sem perder a eficiência. 
As estruturas mistas, segundo a ABNT (2008), consistem em um elemento de 
aço simétrico em relação com plano de flexão, que pode ser um perfil I, 
tubular ou caixão, com uma laje de concreto acima de sua face superior. 
Conforme Alva e Malite (2005), em diversos países as estruturas mistas aço-
concreto são bastante empregadas, pois apresentam uma solução 
competitiva em sistemas estruturais de edifícios e pontes. Porém no Brasil o 
sistema de estruturas mistas foi empregado recentemente e os avanços ainda 
são modestos. 
Para que ocorra a total interação do sistema aço-concreto, uma alternativa 
são os conectores de cisalhamento, que são elementos soldados no perfil 
metálico, para conferir aderência à interface aço-concreto. Tais conectores 
são imersos no concreto ainda fresco e depois da cura do mesmo, passam a 
ser solicitados com esforços de tração, compressão e cisalhamento. 
Apesar do grande número de publicações sobre os diversos tipos de 
conectores, a normatização brasileira ABNT (2008) não abrange amplamente 
os tipos de conectores. Tal fato possibilita o surgimento de um nicho de estudo 
sobre o comportamento entre os conectores em situação extrema de 
cisalhamento. Se tratando de mercado, e opções de conectores, existem 
diversos tipos, pino com cabeça, crestbond, Perfobond rib, os conectores 
confeccionados com perfil U e os treliçados. 
Sob o contexto supracitado, o engenheiro deve ter pleno conhecimento 
sobre o dimensionamento, análise estrutural e os materiais a serem utilizados, 
analisando as propriedades e custo de fabricação e instalação dos sistemas 
a serem utilizados. Deste modo é de suma importância a compreensão sobre 
os conectores, a ponto de saber julgar qual variação deve ser utilizada. 
A presente pesquisa teve como objetivo avaliar o deslizamento na interface 
aço-concreto, diante de tensões normais de cisalhamento, e a viabilidade 
econômica de dois tipos de conectores de cisalhamento em vigas mistas, o 
pino com cabeça e o Perfobond rib descontínuo com armadura passante. 
Para isso foi necessário analisar o comportamento da viga mista através do 
teste push-out conforme a EUROCODE (2004), e com os resultados obtidos do 
teste, analisou-se o custo de instalação dos conectores, numa viga hipotética 
com vãos variáveis. 
3 
 
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 
2.1 Histórico das estruturas mistas 
Segundo Griffis (1994, apud Barbosa ,2016, p.7), as primeiras estruturas mistas 
datam de 1894 nos Estados Unidos, na construção de uma ponte e um edifício, 
onde as vigas metálicas eram envoltas pelo concreto com ideia inicial de 
apenas proteção do aço contra a corrosão e ação do fogo. Ainda segundo 
o mesmo autor, diversos estudos a respeito de estruturas mistas começaram a 
surgir na década de 20, como em 1923 no Canadá com a Dominion Bridge 
Company, e simultaneamente no Reino Unido, com o National Physical 
Laboratory, estudos foram realizados com base em vigas metálicas imersas em 
concreto. 
Os primeiros estudos realizados com enfoque nos conectores de cisalhamento 
foram realizados, segundo David (2007, apud Vianna, 2009, p.39) na Suiça em 
1933, com o uso de conectores espirais, feitos de barras de aço na forma de 
hélice, sendo realizados ensaios de cisalhamento direto e flexão em vigas 
mistas. Ainda sobre o que apresenta os mesmos autores, em 1943 conectores 
em forma U e cantoneiras, também foram submetidos à ensaios, na 
Universidade de Lehigh e Illinois. Os conectores pino com cabeça, de uso mais 
difundido, tiveram estudos publicados pela primeira vez em 1954. 
Contudo, hoje com a crescente demanda deste tipo de sistema construtivo, 
vários trabalhos produzidos no Brasil, podem ser citados, entre eles destacam-
se Malite (1990), Tristão (2002), Alva e Malite (2005), Vianna (2009) e Barbosa 
(2016). 
Zellner (1987 apud Vianna ,2009, p.43), expõe que o conector perfobond rib, 
inicialmente criando pela Leonhardt, Andrä and Partners, para aumentar a 
resistência à fadiga, de uma ponte de aço na Venezuela, como alternativa 
aos conectores Pino com cabeça, que possuem deficiência à talcaracterística. 
Os mesmos autores ainda afirmam que as vigas mistas podem ser tanto bi 
apoiadas quanto contínuas, sendo que no caso das bi apoiadas, o sistema 
misto apresenta maior eficiência pois o aço é predominantemente solicitado 
à tração e o concreto por sua vez à compressão. Já as vigas contínuas, pela 
existência de momentos negativos, tal eficiência é afetada, devido a 
diminuição da resistência à flexão que o concreto tracionado proporciona, 
além submeter a zona comprimida à flambagem local da viga de aço. 
2.2 Interação aço-concreto 
Para Sales (2014), a interação aço-concreto é feita por meios mecânicos, 
atrito e aderência, já que as demais parcelas são destruídas nos deslizamentos 
da interface. Caso a ligação na interface seja garantida por conectores de 
cisalhamento, em serviço, o perfil metálico passa a ser tracionado, enquanto 
a laje de concreto apresenta uma região predominantemente comprimida, 
gerando assim uma interação completa. 
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Segundo Vianna (2009), se não houver ligação na interface aço-concreto, os 
dois elementos deformam independentemente e cada superfície terá 
deformações diferentes, provocando um deslizamento relativo entre elas, 
caracterizando uma interação parcial. Vianna também ressalta, que caso o 
elemento de aço esteja interligado com o de concreto por meio de 
conectores de cisalhamento, com resistência para resistir ao cisalhamento 
gerado na interface, os dois elementos tendem a se deformar como um único 
elemento. 
Para Malite (1990), não havendo interação completa, ocorrerá sempre um 
escorregamento relativo ao nível da ligação aço-concreto, ocasionando 
uma descontinuidade no diagrama de deformações. 
Ainda para o mesmo autor, as interações aço-concreto diferem-se pelo modo 
de colapso da estrutura mista. Onde em situações de interações completas 
existe o colapso pela ruptura do concreto ou pelo escoamento da viga de 
aço. Todavia a interação é definida como parcial caso a resistência ao 
cisalhamento dos conectores seja inferior à da viga de aço e à da laje de 
concreto, ocorrendo então um colapso por insuficiência da conexão aço 
concreto. 
Com base nos estudos de Kirchhoff e Neto (2005), os termos de interação aço-
concreto completa e parcial, se baseiam, na existência ou não de 
escorregamento relativo entre as faces dos dois materiais – aço e concreto – 
onde para as interações completas considera-se uma ligação perfeita entre 
aço e concreto, ou seja, sem o deslizamento relativo. E para a interação 
parcial admite-se a possibilidade de escorregamento na região da interface. 
Cavalcante (2010) aponta que em consequência às diferentes propriedades 
mecânicas apresentadas tanto pela viga de aço quanto pela laje de 
concreto, o comportamento de tais materiais também seja diferenciado, de 
maneira geral com a viga de aço respondendo a solicitações de tração 
próximo a base do perfil, e a laje de concreto à compressão nas fibras 
superiores, o que pode ser aferido na figura 1. 
Figura 1 -Tensões e Deformação da viga e conectores 
 
Fonte: Cavalcante (2010) 
O mesmo autor salienta que a ligação entre aço e concreto é de extrema 
importância no dimensionamento de estruturas mistas e que tal ligação pode 
ser dividida em dois diferentes graus, conexão e interação. 
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2.3 Grau de interação 
Segundo Cavalcante (2010), o grau de interação está intimamente ligado 
com o deslizamento da laje de concreto em relação ao perfil metálico, onde 
podem se identificar três estados de interação. A interação total quando o 
perfil se torna completamente solidário à laje, de forma que o deslocamento 
na interface seja nulo. Já a interação é considerada nula, quando os materiais 
se deformam e atendem às solicitações de maneiras independentes. Em meio 
às interações total e nula existe a interação parcial, onde ambos os materiais 
continuam solidários, porém se caracteriza por certo deslizamento na 
interface aço concreto, devido a existência dos conectores de cisalhamento. 
Há de se observar a possibilidade da existência de diferentes posicionamentos 
da linha neutra (LN), podendo se concluir que para a interação total existe 
apenas uma LN entre os dois materiais (figura 2b), salientando o trabalho 
conjunto entre aço à tração e concreto à compressão. Para a interação 
parcial existe o trabalho em conjunto dos materiais, porém a distribuição das 
tensões entre os materiais se dá com ambos, aço e concreto, respondendo 
tanto a solicitações de tração quanto compressão (figura 2c). Por fim para a 
interação nula, denota-se que os materiais respondem de maneira 
completamente independente, desde para deformações como distribuição 
de tensões (figura 2c). 
Figura 2 - posicionamento da linha neutra (LN) 
 
Fonte: Cavalcante (2010, p.9) 
A norma ABNT (2008), em relação a interação completa, ratifica que para 
uma viga mista de alma cheia com a linha neutra na laje de concreto o 
somatório das resistências dos conectores de cisalhamento deve ser maior ou 
igual a tensão admissível do perfil metálico, ao mesmo tempo que a tensão 
admissível da laje de concreto deve ser maior ou igual a tensão admissível do 
perfil metálico, a linha neutra tende a se localizar na laje de concreto, devido 
a limitação da capacidade resistente, imposta pela viga de aço à tração na 
flexão. Já para viga mista de alma cheia com a linha neutra no perfil metálico, 
o somatório das resistências dos conectores de cisalhamento deve ser menor 
ou igual a tensão admissível da laje de concreto, ao mesmo tempo que a 
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tensão admissível do perfil metálico seja maior que a tensão admissível da laje 
de concreto, a linha neutra tende a se localizar no perfil metálico, devido a 
limitação da capacidade resistente, imposta pela laje de concreto. 
Já em relação a interação parcial, a mesma norma define que para uma viga 
mista de alma cheia com interação parcial o somatório da resistência dos 
conectores de cisalhamento tem que ser inferior às tensões admissíveis do 
perfil metálico e da laje de concreto, com isso passam a existir duas linhas 
neutras e ambos os materiais apresentam comportamentos distintos. 
2.4. Conectores de cisalhamento 
Malite (1990) afirma que os conectores de cisalhamento têm como funções 
principais, absorver os esforços cisalhantes em duas direções e impedir a 
separação entre a viga de aço e a laje de concreto. 
Ainda segundo o autor, existem conectores rígidos e flexíveis, e a flexibilidade 
dos conectores está relacionada com as respostas às ações do fluxo de corte 
longitudinal, que se gera na interface aço-concreto quando funcionam como 
uma viga mista. Também traduz, numa relação de força no conector e um 
deslocamento (escorregamento) na interface da viga mista um tipo de 
comportamento “dúctil” representado na figura 3. 
Figura 3 - Diagrama força-escorregamento relativo aço-concreto 
 
Fonte: Malite (1990) 
Segundo Tristão (2002, p. 11): 
O comportamento dúctil caracteriza-se pela redistribuição do fluxo de 
cisalhamento longitudinal, de modo que, sob carregamento 
crescente, o conector continua a se deformar, sem romper, mesmo 
quando próximo de atingir sua resistência máxima. Nesse caso, pode-
se admitir espaçamentos iguais entre conectores, objetivando otimizar 
a execução da viga mista. Consequentemente, o colapso de uma 
viga mista devido à ruptura da ligação aço-concreto será também do 
tipo dúctil. 
Veríssimo (2007), ainda caracteriza a ruptura entre os tipos de conectores, 
onde para conectores rígidos, que representam diminutos deslizamentos na 
7 
 
interface, a ruptura é frágil, com esmagamento ou cisalhamento do concreto, 
o que é indesejável. E por sua vez os conectores ditos flexíveis apresentam 
uma tendência a maiores deslizamentos na interface aço-concreto devido a 
deformação dos próprios conectores, sinalizando assim uma ruptura dúctil. 
Para Alva e Malite(2005), os conectores de cisalhamento mais utilizados são, 
os conectores do tipo pino com cabeça também conhecidos como stud bolt 
(figura 4a), as qualidades desse tipo de conector apresentam a mesma 
resistência em todas as direções, facilidade da fabricação e é soldado com 
um processo semi-automático ou eletofusão. 
Malite (1990) observa que o pino com cabeça se enquadra na categoria de 
conectores flexíveis, tal flexibilidade é garantida devido o formato, onde o 
pino com cabeça exerce função dupla, a de evitar o afastamento vertical 
entre a viga de aço e a laje de concreto e aumentar a resistência do 
conector, na forma de engastamento. 
O conector Perfobond rib (figura 4b), consiste em uma chapa retangular 
metálica com furos, onde, segundo Vianna (2009) durante a concretagem, o 
concreto preenche tais furos, assim formando cilindros que conferem ao 
sistema resistência longitudinal ao cisalhamento e evita o deslocamento 
vertical na interface aço-concreto. A autora ainda comenta que o 
desempenho deste conector pode ser maximizado através da passagem de 
armadura pelos furos. 
Tendo em vista as características dos conectores já existentes, Veríssimo (2007) 
propôs um novo conector, chamado de Crestbond (figura 4c). Este conector 
tem características similares ao Perfobond rib, porém tem a forma geométrica 
que favorece a passagem de armaduras, também apresenta uma 
ductilidade maior que a do Perfobond rib e preserva o comportamento rígido 
no estado de serviço. Outras vantagens que o autor apresentou foram o baixo 
custo e a geometria de chapa contínua que é ideal para sistemas com pré 
laje. 
Figura 4 – (a) Conector Stud Bolt. (b)Conector Perfobond rib. (c)Conector Crestbond 
 
Fonte: Veríssimo et al. (2006) 
 
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3 METODOLOGIA 
3.1 Dimensionamento dos conectores para o ensaio 
Para o dimensionamento da resistência do conector Perfobond rib não se tem 
um cálculo específico em normas brasileiras, existem vários métodos de 
autores para o dimensionamento da resistência dos conectores, a que vai ser 
usada para o presente trabalho foi a proposta por Oguejiofor e Hosain (1996), 
que estabeleceram as equações 1 e 2 através da realização de análises 
numéricas. 
qu= 4,5.tsc.tsc.f'c + 0,91.Atr.fy + 3,31.n.d².√f'c (1) 
qr = 0,8.qu (2) 
onde: 
qu é a resistência do conector de cisalhamento Perfobond rib (N); 
hsc é a altura do conector (mm); 
tsc é a espessura do conector (mm); 
f’c é a resistência média do concreto à compressão (MPa); 
Atr é a área das barras de armadura transversal presente nos furos dos 
conectores (mm2); 
fy é a resistência nominal à tração do aço (MPa); 
n é o número de furos; 
d é o diâmetro do furo do conector (mm). 
A ABNT (2008) estabelece duas equações para dimensionamento de 
conectores pinos com cabeça, onde a menor dos valores das equações 3 e 
4 deve ser adotada para o dimensionamento. 
Qrd =
0,5.Acs.√fck.Ec
γcs (3) 
Qrd =
Rg.Rp.Acs.fucs
γcs (4) 
onde: 
Acs é a área da seção transversal do conector; 
fck é a resistência característica do concreto; 
Ec é o módulo de elasticidade do concreto; 
Rg é um coeficiente para consideração do efeito de atuação de grupos de 
conectores, 1,00 para conectores soldados direto no perfil; 
Rp é um coeficiente para consideração da posição do conector, 1,00 para 
conectores soldados direto no perfil; 
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fucs é a resistência à ruptura do aço do conector; 
ycs é o coeficiente de ponderação da resistência do conector, igual a 1,25 
para combinações últimas de ações normais, especiais ou de construção e 
igual a 1,10 para combinações excepcionais. 
Para a comparação no final do ensaio optou-se para que a carga axial fosse 
uma constante e não variável entre os conectores, então foi dimensionado os 
conectores para que as resistências ficassem valores iguais ou próximas, os 
conectores pinos com cabeça escolhidos para o dimensionamento tem 
diâmetro de 19 milímetros e altura de 12 centímetros, para verificar a 
resistência dele foi aplicado às equações 3 e 4 com os seguintes valores das 
equações 5 e 6, com o valor de fck igual a 30 MPa; 
Qrd =
0,5.284.√30.26071,59
1,25 = 100.466,83 Newtons (5) 
Qrd =
1,00.1,00.284.450
1,25 = 102.240,00 Newtons (6) 
Assim a resistência de cada conector pino com cabeça de diâmetro de 19 
milímetros é 100,46 kN. Foi optado por fazer o teste com dois conectores pino 
com cabeça em cada mesa do perfil, tendo isso em vista, os conectores 
perfobond foram dimensionados com os dados das equações 7 e 8 para 
chegarem a uma resistência de duas vezes a resistência de um pino com 
cabeça; 
qu= 4,5.8.120.30 + 0,91.80.500 + 3,31.2.2,47².√30 = 246.096,6464 Newtons (7) 
qr = 0,8.251496,654 = 196.877,3171 Newtons (8) 
Chegamos aos valores de resistência para dois conectores pino com cabeça 
de 200,92 kN e a resistência do conector Perfobond rib de 196,87 kN. Segundo 
Oguejiofor (1994) o espaçamento mínimo entre os furos do conector deve ser 
maior ou igual a 2,25d e para as laterais é estabelecido d/2, assim o 
espaçamento entre furos é de 105,75 mm, e as do centro do furo até a 
extremidade é de 52,875 mm. Assim chegamos nas dimensões de fabricação 
do conector (figura 5). 
 
10 
 
Figura 5 - Dimensões do conector Perfobond rib 
 
Fonte: Elaborado pelos autores. 
3.2 Preparação para o ensaio push-out 
Para a avaliação dos conectores de cisalhamento serão confeccionados 
para cada tipo de conector, três corpos de prova conforme indica a 
EUROCODE (2004), para obter um desvio padrão. A confecção foi realizada 
no Laboratório de materiais da UNOCHAPECÓ e dívida em quatro etapas, 
sendo elas confecção dos perfis com soldagem dos respectivos conectores, 
confecção das armaduras das lajes, confecção das fôrmas e concretagem 
dos corpos de prova. 
3.2.1 Confecção dos perfis 
Optou-se pela fabricação dos perfis em relação a compra, devido ao alto 
custo de perfis laminados equivalentes ao recomendado pelo EUROCODE 
(2004), assim sendo definiu-se o aço USI SAC 350 para a produção. Os perfis 
foram fabricados atendendo às dimensões mínimas para o ensaio conforme 
a norma europeia já citada. 
Com os perfis prontos, foram soldados tanto pinos com cabeça quanto os 
Perfobond rib, sobre as mesas de cada perfil na quantidade conforme o 
dimensionamento descrito no item 3.1.1. 
3.2.2 Confecção das armaduras 
A produção de todas as armaduras das lajes foi realizada com aço nervurado 
CA50 (fy= 500MPa), de bitola 10 mm como prescreve a EUROCODE (2004), em 
bancada de corte e dobra. A armadura foi confeccionada de forma de 
estribos a ser disposta bidirecionalmente, vertical e transversal (figura 6). 
 
 
11 
 
 Figura 6 - Armadura vertical e transversal. 
 
Fonte: Elaborado pelos autores. 
3.2.3 Confecção das fôrmas 
A execução das fôrmas, deu-se primeiramente pelo corte, com auxílio de serra 
circular das chapas de compensado plastificado de 10 mm de espessura. 
Após o corte, as peças laterais e os fundos que se encaixam nas mesas dos 
perfis metálicos da laje foram posicionadas junto aos perfis, dispostos na 
vertical. Em seguida as armaduras foram posicionadas. Os cobrimentos, 
segundo a figura x, das armaduras se deram conforme a EUROCODE (2004) 
ilustrados na figura abaixo. A partir das armaduras posicionadas, o 
fechamento frontal das fôrmas foi realizado. O travamento das armaduras 
para recebimento do concreto aconteceu como posicionamento de 
tensores confeccionados com barras roscadas de 12,5 mm de diâmetro na 
parte superior, a 20 cm do topo e outro a 20 cm da base das fôrmas. 
3.2.4 Concretagem dos corpos de prova 
Na etapa de concretagem dos corpos de prova, foi utilizado concreto 
usinado produzido em central dosadora, cujo fck escolhido foi de 30 MPa. 
Anterior ao o lançamento do concreto, as mesas dos perfis metálicos foram 
lubrificadas com graxa para não ocorrer aderência química na interface 
aço/concreto. 
O lançamento ocorreu com o auxílio de carrinho de mão e pá, o 
adensamento deu-se pela utilização de vibrador mecânico com haste de 
diâmetro 32 mm. Durante a concretagem foram extraídos quatro corpos de 
prova cilíndricos de 10 cm de diâmetro de concreto, para posterior 
verificação do fck. 
 
12 
 
3.3. Procedimento do teste push-out 
O teste push-out consiste na aplicação de uma carga axial numa estrutura 
mista, composta por um perfil “I” metálico com conectores de cisalhamento 
soldados na face de ambas as mesas, e duas lajes concretadas nas mesas do 
perfil como apresenta a figura 7. 
Figura 7 - Carga axial P aplicada em viga metálica. 
 
Fonte: Elaborado pelos autores. 
Para se prosseguir para o teste push-out propriamente dito os corpos de 
passaram pelo período de cura ao ar de 28 dias, até que o concreto atingisse 
a resistência prevista. A partir da cura completa, a desforma foi realizada e 
então os corpos de prova foram encaminhados para os testes. Como foi 
dimensionado no item 3.1 a resistência de ruptura de cálculo máxima entre os 
conectores propostos foi de 201 kN, como o teste se trata de um cisalhamento 
duplo a carga aplicada no perfil foi de 402 kN. 
Para o teste a EUROCODE (2004), indica que a carga deve ser aplicada 
inicialmente em incrementos até 40% da carga de ruptura, em seguida, 
realizar 25 ciclos de carga/descarga com cargas de 5% e 40% da carga total 
estimada de ruptura. Após a fase cíclica, os incrementos subsequentes devem 
ser aplicados de modo que a ruptura do corpo de prova não ocorra em 
menos de 15 minutos. Deve ser medido continuamente durante o 
carregamento ou a cada incremento de carga o deslizamento longitudinal 
entre as lajes de concreto e a mesa da viga. 
3.4 Pesquisa de custo 
Para o fator custo de fabricação, realizou-se pesquisas de preço na região de 
Chapecó-SC, foram encontradas 2 indústrias metalúrgicas que produzem 
chapas furadas, onde o preço do quilograma do aço era de R$ 6,5/kg e R$ 
7,00/kg, o conector Perfobond rib utilizado pesa 1,37 kg, os valores unitários de 
mercado encontrados estão presentes na Tabela 1. Foram encontradas 2 
distribuidoras de pinos com cabeça (sem anel cerâmico), R$ 4,62 para a 
fornecedora 1 e R$ 3,55 para a fornecedora 2, que também estão na Tabela 
1. 
13 
 
Na pesquisa da solda foram apresentados os dois conectores para duas 
indústrias metalúrgicas do oeste catarinense, onde as mesmas passaram os 
custos para a soldagem dos dois materiais, o pino com cabeça por possuir a 
praticidade da solda por eletrofusão apenas uma metalúrgica apresentou um 
valor de soldagem de R$ 0,71 por pino referente a mão de obra em hora 
homem e consumo de energia pela máquina de solda em KWh, já para o 
Perfobond rib que necessita de solda do tipo MAG, apenas uma metalúrgica 
apresentou um valor para a soldagem do material de R$ 1,82 por conector. 
Tabela 1 – Preços dos conectores na região de Chapecó-SC 
Pino com 
cabeça 
Preço do pino com 
cabeça (R$/und) 
Preço da solda do pino 
(R$/conector) 
Custo final 
(R$/und) 
Fornecedor 1 4,62 0,71 5,33 
Fornecedor 2 3,55 - 4,275 
Perfobond Rib Preço de cada Chapa 
(R$/und) 
Preço da solda do chapa 
(R$/conector) 
Custo final 
(R$/und) 
Fornecedor 1 8,9 1,82 10,72 
Fornecedor 2 9,59 - 9,59 
Fonte: Pesquisa elaborada pelos autores. 
Na análise do custo dos conectores foram dimensionadas vigas mistas de um 
mezanino com 5, 7,5, 10 e 12,5 metros de vão com espaçamento de pilar a 
cada 5,5 metros, as dimensões dos conectores e a espessura e fck da laje do 
mezanino são as mesmas do teste push-out. 
Com o dimensionamento das vigas mistas para um carregamento de 
sobrecarga referente a um depósito de livros (4 kN/m2) com carga 
permanentes de revestimento (1,5 kN/m²) e luminárias, divisórias e pendurais 
(0,50 kN/m²) obteve-se os perfis com suas respectivas tensões admissíveis e 
números de conectores por viga, conforme mostra a tabela 2. 
Tabela 2 – Tabelas de perfis e número de conectores 
Vão 
Livre 
da 
viga 
(mm) 
Perfil 
Comercial 
Aproveita-
mento do 
Perfil (%) 
Área 
do 
Perfil 
(cm2) 
Tesão 
Admissí- 
vel do 
Aço 
(kN) 
Tensão 
Admissível 
do 
Concreto 
(kN) 
Número 
de pinos 
com 
cabeça 
Número 
de PR-
2F 
5000 W 200x31,3 95,86 40,3 1540,08 3107,81 25 13 
7500 W 310x52 94,05 67,0 2834,87 4661,72 42 22 
10000 W 410x85 89,44 108,6 4194,86 6215,63 68 35 
12500 W 530x101 99,02 130 4971,11 7769,53 81 41 
Fonte: Elaborado pelos autores. 
 
14 
 
4 APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS DADOS 
Com a realização dos ensaios push-out, observou-se o deslizamento entre a 
laje de concreto e a viga de aço, com auxílio de um transdutor de 
deslocamento, extraiu-se os seguintes resultados nos gráficos da figura 8 para 
o Perfobond rib e da figura 9 para o pino com cabeça. 
Figura 8 - Gráfico Carga x Deslizamento do conector Pino com Cabeça 
 
Fonte: Elaborado pelos autores. 
Seguindo na análise dos dados produzidos a partir dos ensaios push-out, o 
somatório das resistências dos conectores pino com cabeça, em relação á 
tensões normais de cisalhamento, foi de 530 KN e deslizamento máximo de 
7,42mm na interface aço concreto, representando um acréscimo de 31,84 %, 
em relação a carga de resistência de cálculo (402 KN). 
Figura 9 - Gráfico Carga x Deslizamento do conector Perbobond rib
 
 Fonte: Elaborado pelos autores. 
2,42 mm
Pmáx = 530 kN
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
0 1 2 3 4 5 6 7 8
C
ar
ga
 (k
N
)
Deslizamento (mm)
Pino com Cabeça - 120
ẟ=7,42
1,94 mm
Pmáx = 770 kN
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8
C
ar
ga
 (k
N
)
Deslizamento (mm)
Perfobond Rib 2F - 120 
ẟ= 7,7
15 
 
Observou-se que o somatório das resistências às forças normais de 
cisalhamento dos conectores do tipo Perfobond rib chegaram a uma carga 
de 770 KN, com deslizamento máximo de 7,7 mm na interface aço-concreto 
em. Representando um acréscimo de 91,54 % em relação a carga de 
resistência de cálculo, além de uma eficiência de 45,28% a favor do conector 
Perfobond rib em relação aos conectores pino com cabeça, referente a de 
resistência a solicitações normais de cisalhamento finais. 
Neles podemos analisar que para no momento de carga de ruptura de 
cálculo para os conectores Pino com cabeça, o deslocamento observado foi 
de 2,42 mm, já para a carga de ruptura de cálculo do conector Perfobond rib 
o deslocamento verificado foi de 1,94 mm, caracterizando uma redução de 
19,84 % em relação aos conectores pino com cabeça, o que pode confirmar 
a teoria de que conectores rígidos têm a tendência de apresentarem 
menores deslizamentos na interface aço-concreto, devido sua baixa 
ductilidade. 
No que se refere a plastificação, foi possível observar deformações em ambos 
os conectores conforme a Figura 10, abaixo. A maior deformação foi 
observada nos conectores flexíveis (Pino com cabeça) com 5,96 mm em 
relação à posição inicial, o que representou um decréscimo de 35,06 % em 
comparação à deformação observada no conector Perfobond rib que 
chegou a 3,87 mm em relação à posição inicial. 
Em relação às alterações visuais durante e depois dos ensaios, pode-se 
observar que os corpos de prova compostospelos conectores pino com 
cabeça, apresentaram um comportamento flexível conforme a figura 10c, 
apresentando maiores deslocamentos próximo às cargas de ruptura. Desta 
maneira a ruptura se deu de forma dúctil, antes no aço, logo com menores 
fissuras na laje de concreto. Assim que o pórtico atingiu carga de 530 kN os 
conectores pino com cabeça entraram em escoamento, onde a carga limite 
foi mantida e os deslocamentos continuaram a aumentar. Já para os 
conectores Perfobond rib (figura 10b), constatou-se uma maior deformação 
no concreto devido à maior rigidez destes conectores. Visto que para este 
caso a ruptura é considerada frágil, pois ocorre com o esmagamento e 
posterior colapso no concreto e não no aço, ocorrendo maior fissuração na 
na laje, no sentido frontal ao conector para as extremidades da laje de 
concreto como mostra a figura 10a. 
 
16 
 
Figura 10 – (a)Fissuração da laje de concreto; (b) Plastificação do Perfobond rib; (c) 
Plastificação do Pino com cabeça 
(a) (b) (c) 
 
Fonte: Elaborado pelos autores. 
Como pode se observar pela tabela 3, os conectores do tipo Perfobond rib, 
quando com dimensões fixadas e independentemente do vão em questão, 
sempre terão um custo mais elevado. Isso devido a maior quantidade de 
solda necessária e tempo de execução que acarreta num maior custo de 
mão de obra. Logo viabiliza de maneira executiva e também econômica a 
utilização dos conectores Pino com cabeça. 
Tabela 3 –Quantitativo de Valores dos conectores para as vigas 
Vão Livre 
da viga 
(mm) 
Perfil 
Comercial 
Número de 
Pinos com 
cabeça 
Preço total de 
Pino com 
cabeça (R$) 
Número de 
Perfobonds rib 
Preço total de 
Perfobond rib 
(R$) 
5000 W 250 x 38,5 25 120 13 131,95 
7500 W 360 x 72 42 201,6 22 223,3 
10000 W 460 x 106 68 326,4 35 355,25 
12500 W 610 x 125 81 388,8 41 416,15 
Fonte: Elaborado pelos autores. 
Porém deve-se levar em conta a questão técnico-econômica, com a tabela 
acima pode-se perceber que para a viga de 7,5 metros o conector Perfobond 
rib tem um custo de 10,76% maior do que o Pino com cabeça, e para as vigas 
de 10 e 12,5 metros esse custo do Perfobond rib fica somente 8,83 % e 7,03 % 
maior que o do Pino com cabeça. Em contrapartida com a questão 
econômica que desfavorece o conector Perfobond rib, na questão técnica 
17 
 
ele mostra notável superioridade em relação ao Pino com cabeça, já que 
apresentou no ensaio, 45,28% maior resistência ao cisalhamento e 19,84% 
menos deslocamentos na carga de ruptura de cálculo do que o conector 
Pino com cabeça. 
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS 
Com base nos estudos feitos, as estruturas mistas de aço e concreto surgem, 
como uma boa alternativa de solução estrutural, muito porque esse sistema 
busca a maximização das características de cada elemento, tanto a tração 
do aço quanto a compressão no concreto. Em meio a isto observamos que 
os conectores são de extrema importância para o equilíbrio de forças deste 
sistema, absorvendo esforços normais de cisalhamento que tendem a separar 
longitudinalmente e transversalmente aço e concreto em sua interface. 
Para a empregabilidade de ambos os conectores o método construtivo 
utilizado para a execução estrutural deve ser levado em conta, tendo em vista 
que quando soldado com máquina de solda de eletrofusão com anel 
cerâmico (Stud Welding), o conector Pino com cabeça apresenta eficácia 
na sua instalação in-loco com seu tempo de instalação sendo rápido e 
prático, já o conector Perfobond rib não tem a mesma tecnologia para 
instalação já que sua solda não pode ser feita por eletrofusão com 
equipamentos apropriados. Em contraposto a isso o Perfobond rib apresenta 
a vantagem de alteração nas dimensões de altura, furos e comprimento dos 
conectores, além de possibilitar a passagem das armaduras da laje por dentro 
dos furos do conector. 
Com o ensaio fica visível que o conector Perfobond rib é tecnicamente 
superior ao conector Pino com cabeça e no que se refere a questão 
econômica o conector Pino com cabeça demonstrou ser mais econômico 
em relação ao Perfobond rib, porém a comparação de custos entre os 
conectores não mostrou grande disparidade entre eles, tendo uma pequena 
vantagem para os conectores Pino com cabeça. 
AGRADECIMENTOS 
Primeiramente gostaríamos de agradecer nossos pais por terem nos dado a 
vida, e incentivo para que nunca desistíssemos de nossos sonhos. Em segundo 
lugar agradecemos nosso professor orientador, Mario Gilsone Ritter e também 
o professor Carlos Eduardo Torrescasana, pelos ensinamentos passados, além 
dos técnicos do laboratório de estruturas da UNOCHAPECÓ pela 
prestatividade e o entusiasmo em colaborar para que essa pesquisa 
ocorresse. Agradecer também empresas que nos auxiliaram, cedendo 
material e informações pertinentes à realização deste artigo. 
 
18 
 
REFERÊNCIAS 
ALVA, G. M. S.; MALITE, M. Comportamento estrutural e dimensionamento de 
elementos mistos aço-concreto. Cadernos de Engenharia de Estruturas, São Carlos, 
v. 7, n. 25, p. 51-84, 2005. 
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (2008). NBR 8800 - Projeto de 
estruturas de aço e de estruturas mistas de aço e concreto de edifícios. Rio de 
Janeiro. 
BARBOSA, WALLISON CARLOS DE SOUSA. Estudo de Conectores de Cisalhamento em 
Barras de Aço para Vigas Mistas de Aço e Concreto [Distrito Federal] 2016. Tese de 
Doutorado – Universidade de Brasília. Faculdade de Tecnologia. 
CAVALCANTE, O. R. O. (2010). Estudo de Conectores de Cisalhamento do Tipo ‘V’ 
em Vigas Mistas. Tese de Doutorado em Estruturas e Construção Civil, Publicação 
E.TD – 006/10, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, Universidade de 
Brasília, Brasília, DF, 192p. 
CRUZ, P. J. S.; VALENTE, I.; VERÍSSIMO, GUSTAVO S.; PAES, JOSÉ LUIZ R.; FAKURY, R. H.; 
(2006). Desenvolvimentos recentes no domínio da conexão aço-concreto no 
contexto das estruturas mistas. VI Simpósio EPUSP sobre Estruturas de Concreto, São 
Paulo, Brasil, Abril 2006. 
DAVID, D.L. Análise teórica e experimental de conectores de cisalhamento evigas 
mistas constituídas por perfis de aço formados a frio e laje de vigotas prémoldadas. 
Tese de Doutorado, Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade de São 
Paulo, 250p., 2007. 
EUROCODE 4. EN 1994. Design of composite steel and concrete structures Part 1.1 
General rules and rules for buildings. CEN, European Committee for Standardisation. 
Document CEN/TC 250/SC 4, Brussels, 2001. 
Griffis, L. G. (1994). The 1994 T. R. High Lecture: Composite Frame Construction. 
National Steel Construction Conference, AISC, v. 1, p. 1.1 - 1.72, New York. 
KIRCHHOF, L. D.; NETO, J. M. Uma contribuição ao estudo de vigas mistas aço-
concreto simplesmente apoiadas em temperatura em ambiente e em situação de 
incêndio. São Carlos, São Paulo, 2005. Cadernos de Engenharia de Estruturas, São 
Carlos, v. 7, n. 25, p. 1-31. 
MALITE, M. Sobre o Cálculo de Vigas Mistas Aço-Concreto: Ênfase em Edifícios. 
Dissertação (Mestrado em Engenharia de Estruturas) - Escola de Engenharia de São 
Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos, 1990. 
Oguejiofor, E. C., Hosain, M. U. NUMERICAL ANALYSIS OF PUSH-OUT SPECIMENS WITH 
PERFOBOND RIB CONNECTORS. Department of Engineering, St Francis Xavier 
University, P.O. Box 500, Antigonish, N.S., Canada. Department of Civil Engeneering, 
University of Saskatchewan, 57 Campus Drive, Saskatoon, Sk, Caanda, 1996. 
SALES, M. W. R. Conector de Cisalhamento tipo pino com cabeça para viga mista 
aço-concreto com laje alveolar. Dissertação (Pós-Graduação em Geotecnia, 
Estruturas e Construção Civil) - Universidade Federal de Goiás, Goiânia, 2014. 
19 
 
TRISTÃO, G. A. (2002). Comportamento de conectores de cisalhamento em vigas 
mistas aço-concreto com análise da resposta numérica. São Carlos. Dissertação 
(Mestrado) – Escola de Engenharia deSão Carlos - Universidade de São Paulo. 
VERÍSSIMO, G. S., Desenvolvimento de um conector de cisalhamento em chapa 
dentada para estruturas mistas de aço e concreto e estudo do seu comportamento, 
Belo Horizonte, 2007, 316p. Tese de Doutorado – Programa de Pós-Graduação em 
Engenharia de Estruturas, Escola de Engenharia, Universidade Federal de Minas 
Gerais. 
VIANNA, J. C. et al. Avaliação do comportamento estrutural de conectores 
Perfobond e T-Perfobond para vigas mistas. Rio de Janeiro, 2009. 307p. Tese de 
Doutorado – Departamento de Engenharia Civil, Pontifícia Universidade Católica do 
Rio de Janeiro. 
ZELLNER, W, Recent designs of composite bridges and a new type of shear connectors, 
IABSE/ASCE Engineering Foundation Conference on Composite Construction, 
Henniker NH: 240-252, 1987.