Artigo Estruturas de Aço I - Vigas Mista de Aço e Concreto

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VIGAS MISTAS DE AÇO E CONCRETO 
MIXED BEANS OF STEEL AND CONCRETE 
 
Thairiny Gonçalves de Souza 
Graduanda, CEFET MG – Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais. 
E-mail: thairiny_souza@hotmail.com 
Eduardo Pontello Bahia 
Graduando, CEFET MG – Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais 
E-mail: dudupbahia@gmail.com 
 
RESUMO 
A utilização de vigas mistas aço-concreto na construção civil surgem como uma alternativa 
inovadora da utilização de vigas de aço sob lajes de concreto, proporcionando um melhor 
aproveitamento das características de cada material que a compõe. É importante que, para que se 
tenha uma estrutura mista, haja uma boa conexão entre laje e viga através de conectores de 
cisalhamento, que impedem o escorregamento longitudinal e o descolamento vertical da interface. 
São várias as vantagens e desvantagens desse sistema que devem ser analisadas de forma 
criteriosa de acordo com a necessidade de cada obra, levando em consideração o tempo de 
execução, além da importância de um bom dimensionamento e projeto estrutural adequado ao tipo 
de estrutura. 
ABSTRAT 
The use of steel-concrete composite beams in civil construction appears as an innovative alternative 
of the use of steel beams under concrete slabs, providing a better use of the characteristics of each 
material that composes it. It is important that, in order to have a mixed structure, there is a good 
connection between slab and beam through shear connectors, which prevent longitudinal sliding and 
vertical detachment of the interface. There are several advantages and disadvantages of this system 
that must be carefully analyzed according to the needs of each work, taking into consideration the 
execution time, besides the importance of a good design and structural design appropriate to the 
type of structure. 
1. INTRODUÇÃO 
As construções em concreto armado ainda são consideradas o sistema construtivo mais 
comumente utilizado no Brasil, mas com o decorrer do desenvolvimento tecnológico, outros 
sistemas construtivos vêm ganhando força no ramo da construção civil. As construções em estrutura 
metálica por exemplo, vem se destacando pela sua economia e viabilidade construtiva em 
edificações de múltiplos pavimentos. O aço apresenta maior área útil, devido às seções das vigas 
e pilares terem um maior grau de esbeltes quando comparadas as mesmas estruturas em concreto, 
possuí estruturas de fundação consideradas mais leves em relação as de concreto, além de curtos 
prazos de construção, entre outras vantagens que apresentam as estruturas metálicas. 
Com isso, a combinação entre esses dois elementos construtivos considerados de extrema 
importância na construção civil deu origem a uma nova estrutura mista construtiva que vem sendo 
muito utilizada não só no Brasil, mas em todo contexto mundial. Segundo ALVA E MALITE (2005), 
no início do século, o concreto foi primeiramente utilizado em construções mistas como revestimento 
ao perfil de aço exercendo a função de protege-lo contra o fogo e a corrosão. Apesar de que a 
estrutura de concreto tivesse uma participação como elemento estrutural, isso não era levando em 
consideração no cálculos de projetos. 
Estruturas mistas já são utilizadas em vários países a décadas, porém no Brasil pode-se dizer que 
há uma certa rejeição não só em relação com as estruturas mistas, mas com a maioria das 
inovações relacionadas à construção civil. Isso pode ser justificado pela cultura do país em utilizar 
estruturas em alvenaria convencional e pela falta de investimentos em pesquisas nessa área. 
 
Observa-se no Brasil uma tendência em aumentar o nível de industrialização na 
construção de edifícios. Estudos verificaram a viabilidade do aço, assim como os 
benefícios relacionados a escolha deste material. Apesar de o sistema de estrutural 
em aço estar em grande expansão no país, o sistema de concreto ainda é mais 
frequente. (AFONSO,2014) 
 
Aço e concreto, quando combinados em uma única estrutura, tem a finalidade de aproveitar as 
vantagens de cada material agindo de forma conjunta em prol da efetividade de um único elemento 
estrutural. Assim, tem-se uma solução econômica e racional empregada não só na estrutura de 
edifícios de múltiplos pavimentos, mas também em pequenas construções. 
 “Os elementos mistos de aço-concreto são constituídos pela combinação de perfis 
de aço e concreto, visando aproveitar as vantagens de cada material, tanto em 
termos estruturais como construtivos.” ALVA E MALITE (2005, P.1). 
 
O crescente número de pesquisas relacionadas aos conectores de cisalhamento utilizados nas 
estruturas mistas, teve uma significativa contribuição para avanços associados a esse tipo de 
estrutura. O desenvolvimento das estruturas de concreto armado aplicados a construção de grandes 
edifícios também contribuíram para esse avanço do sistema combinado aço-concreto. 
De acordo com a NBR 8800.2008 – Projeto de estruturas de aço e de estruturas mistas de aço e 
concreto de edifícios – vigas mistas são definidas como um sistema composto por um componente 
de aço que suporta uma laje de concreto ligada através de conectores de cisalhamento. Esse tipo 
de estrutura é considerado uma boa alternativa construtiva para edificações pois a combinação dos 
elementos de aço e concreto possibilitam a redução da altura dos elementos estruturais, além de 
proporcionar uma economia significativa de material. 
O presente artigo é baseado em uma revisão bibliográfica de artigos conceituados e experimentais 
específicos ao tema e na NBR 8800.2008 que define os projetos de edifícios em estruturais de aço 
e em estruturas mistas de aço e concreto. 
 
2. ESTRUTURAS EM AÇO 
O aço tem sido bastante empregado no ramo da construção civil. Tal fato é explicado devido as 
diversas vantagens que esse meio construtivo apresenta, tais como: grande resistência aos 
esforços, o que possibilita a execução de obras com maiores dimensões; peso reduzido da 
estrutura, principalmente quando comparado as de concreto; é um material homogêneo, 
apresentando assim, uma estrutura com propriedades semelhantes em toda sua dimensão; suas 
peças podem ser facilmente montadas e desmontadas, possibilitando a sua utilização em outras 
obras; o aço pode ser totalmente reutilizável. 
Todavia, esse tipo de estrutura também apresenta certas desvantagens, como: necessidade de 
mão de obra especializada, fato que dificulta a contratação de uma maior quantidade de 
profissionais; baixa resistência contra o fogo e agente corrosivos. 
 
3. ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO 
As estruturas em concreto armado são as mais utilizadas no Brasil, tal tipo de sistema construtivo 
apresenta diversas vantagens dentre as quais se destacam: elevada resistência à compressão; boa 
resistência à tração, devido à sua armação; baixo custo de manutenção da estrutura; grande 
liberdade no projeto; a mão de obra necessária não exige grande especialização; boa resistência 
ao fogo e contra agentes corrosivos; é uma construção durável (Curso básico de concreto armado; 
PORTO, Thiago Bomjardim). 
Porém, assim como o sistema em aço, esse tipo de estrutura apresenta algumas desvantagens, 
como: a grande produção de resíduos e lixos, estes relacionados com os meios construtivos mais 
empregados que geram um grande número de retrabalhos em diversas etapas; esse tipo de 
estrutura apresenta grande peso próprio; o tempo de execução é muito longo (Curso básico de 
concreto armado; PORTO, Thiago Bomjardim). 
 
4. ESTRUTURAS MISTA DE AÇO E CONCRETO E OUTROS SISTEMAS 
As estruturas mistas apresentam certas vantagens e desvantagens, em relação, a outros tipos de 
estruturas. Sendo que, o sistema misto teve como base outros dois tipos de sistema –sistema 
estrutural de concreto e sistema estrutural em aço - com o intuito de obter suas melhores 
características. 
Em comparação com o sistema de concreto, o sistema misto tem como vantagens a relativa 
facilidade de montagem; o pequeno tempo de execução; sua arquitetura apresenta maior liberdade 
devido a possibilidade de se executar estruturas de maiores dimensões – vãos e alturas maiores-; 
menor utilização de formas e escoramentos, diminuindo assim, os gastos da obra e produzindo 
canteiros mais limpos e acessíveis (SANTOS, Tiago José dos; 2010). 
Já em relação ao sistema em aço, o sistema misto tem como vantagens o menor consumo de aço, 
reduzindo assim, seu custo; menor necessidade de custos com materiais anti-inflamáveis e 
anticorrosivos, pois, o concreto possui a característica de ser um bom elemento para proteção 
contra o fogo e agentes corrosivos (SANTOS, Tiago José dos; 2010). 
 
5. VIGAS MISTAS DE AÇO E CONCRETO NA CONSTRUÇÃO CIVIL 
As estruturas de vigas mistas são resultado da associação de uma viga de aço com uma laje de 
concreto ou mista através de conectores de cisalhamento que são soldados à mesa superior do 
perfil metálico. Segundo a NBR 8800:2008, as vigas mistas são componentes simétricos em relação 
ao plano de flexão, em que a parte metálica pode ser formada por um perfil I ou por uma treliça, 
com a laje de concreto ligada acima de sua face superior. 
Essas estruturas apresentam vantagens estruturais se forem analisadas regiões de momento 
positivo, uma vez que a flambagem local da mesa (FLM), a flambagem local da alma (FLA) e a 
flambagem lateral com torção (FLT) são amenizadas ou em alguns casos impedidas, se 
comparadas com estruturas de aço isoladas. Em projetos de construções, as vigas de aço que irão 
suportar as lajes de concreto podem ser calculadas de forma independente, sem considerar as 
interações existente entre o aço e o concreto. 
A utilização de conectores de cisalhamento são de extrema importância para garantir a transmissão 
do fluxo de cisalhamento do sistema laje-viga, fazendo com que a laje trabalhe em conjunto com a 
viga de aço, concretizando assim o sistema misto e o expressivo aumento de inércia. 
A colocação de conectores para a transmissão do fluxo de cisalhamento entre o 
sistema laje-viga, desenvolvido durante a flexão, faz com que a laje trabalhe junto 
com a viga de aço, formando um sistema misto, garantido um expressivo aumento 
da inércia (BELLEI, 2008). 
 
A figura 01 abaixo ilustra a disposição da laje de concreto, da viga de aço e do conector em um 
sistema misto: 
Figura 01: Estrutura viga mista. Fonte: Google Imagens 
 
Na figura 02 são apresentados os tipos mais usuais de vigas mistas. 
Figura 02: Tipos usuais de viga mista. Fonte: Google Imagens 
A viga mista possibilita a utilização de diversos tipos de laje: maciças moldadas “in loco”, laje mista 
composta por uma forma permanente (steel deck) ou ainda por lajes pré-moldadas. 
 
5.1. VIGAS SEM ESCORAMENTO 
A construção de edificações de estruturas mistas permite que a execução de vigas e lajes seja feita 
com ou sem escoramento. O mesmo é utilizado apenas quando se necessita limitar os 
deslocamentos verticais da viga de aço na fase construtiva. 
Usualmente, a laje mista é executada juntamente com uma estrutura metálica (steel deck) que 
funciona com forma permanente, incorporada ao concreto, sem a necessidade de escoras 
provisórias. Assim, o peso próprio do aço e o peso do concreto fresco atuam apenas na seção 
metálica e as cargas aplicadas após o endurecimento do concreto atuam sobre sobre a seção mista. 
A não utilização dessas escoras proporciona uma obra mais limpa, com redução na quantidade de 
resíduos. Consequentemente, tem-se uma construção sustentável, com rápida execução e com um 
menor número de acidentes de trabalho. 
A figura 03 mostra a execução de uma obra de estrutura mista sem a utilização de escoramentos. 
Figura 03: Execução de obra em estrutura mista. Fonte: Google Imagens. 
 
5.2. CONECTORES DE CISALHAMENTO 
Os conectores de cisalhamento são essenciais para que o concreto trabalhe em conjunto com o 
aço. Eles realizam a ligação entre os dois elementos e cumprem a função de absorver os esforços 
de cisalhamento que atuam nas duas direções, além de impedir o afastamento vertical entre a laje 
e a viga de aço. 
Existem vários tipos de conectores e o do tipo pino de cabeça são os mais utilizados nesse tipo de 
estrutura, devido a sua facilidade de fabricação. Além disso, esse tipo de conector apresenta 
resistência em todas as direções. 
A figura 04 ilustra os principais tipos de conectores utilizados em estruturas mistas. 
Figura 04: Tipos usuais de conectores. Fonte: Google Imagens. 
A NBR 8800:2008 apresenta algumas recomendações e restrições quando se trata da locação e do 
espaçamento entre os conectores. 
A figura 05 ilustra as recomendações de acordo dom a norma, quanto a localização e o 
espaçamento entre conectores do tipo pino de cabeça. 
Figura 05: Restrições relativas à locação e espaçamento de conectores segundo as normas. Fonte: Google 
Imagens 
5.3. VANTAGENS E DESVANTAGENS 
Considerando as estruturas de vigas mistas a combinação ideal das características dos dois 
elementos mais utilizados na construção civil atualmente, concreto e aço, são muitas as vantagens 
que que devem ser analisadas, dentre elas: 
• A possibilidade de se aproveitar as melhores características de cada sistema em prol de 
uma maior eficiência na estrutura das edificações; 
• Menor emissão de ruídos; 
• Maior velocidade de execução; 
• Eliminação de escoramentos; 
• Economia na altura dos perfis; 
• Ganho de pé-direito; 
• Sustentabilidade. 
• Redução das proteções contra incêndio e corrosão; 
• Economia de fundações; 
• Maior lucratividade do investimento. 
Além disso, deve ser levado em consideração na elaboração do projeto. a necessidade da utilização 
de conectores de cisalhamento na interface aço-concreto, os custos, a necessidade da prevenção 
da exposição ao fogo e os riscos de corrosão do aço e a contraindicação pata ambientes 
considerados agressivos, como regiões litorâneas e áreas industriais excessivamente poluídas. 
 
5.4. DIMENSIONAMENTO 
O dimensionamento de vigas mistas é normatizado pela NBR 8800:2008. Para sua execução são 
necessários a análise de diversos parâmetros, de acordo com a necessidade e a conveniência de 
cada projeto, dentre eles ocorre a averiguação das dimensões dos elementos que compõe a seção 
transversal, do tipo de interação aço-concreto e do método construtivo. 
Na interação completa entre o aço e o concreto, na região de momento positivo, os conectores 
situados devem ter resistência de cálculo igual ou superior à resistência de cálculo do componente 
de aço à tração ou da laje de concreto à compressão, o que for menor. 
Para vigas mistas existem limites de aplicabilidade da norma: 
 
Figura 06: Limites de aplicabilidade da norma NBR 8800:2008 para vigas mistas. Fonte: Google Imagens 
O dimensionamento das vigas mistas refere-se apenas as que possuem viga de aço isolada com a 
laje de concreto sobre a mesa superior da referida viga de aço isolada. 
 Para obter de forma simplificada as propriedades geométricas da seção mista segundo a NBR 
8800:2008: 
𝛼𝐸 =
𝐸
𝐸𝐶
 
Em que, 
E – Módulo de elasticidade do aço; 
𝐸𝐶 – Módulo de elasticidade do concreto. 
 
A norma aconselha que se despreze a participação do concreto na zona tracionada. Além disso, a 
posição da linha neutra deve ser obtida admitindo distribuição de tensões linear na seção 
homogeneizada. 
Para as vigas mistas de alma cheia (perfil I) o momento de inércia também deve ser considerado 
diferentedo momento de inércia de uma seção equivalente em aço. Calcula-se o momento de 
inércia efetivo (Ief), apenas considerado nas regiões de momento positivo. Já nas regiões de 
momento negativo o momento de inércia efetivo considera o perfil de aço e a armadura longitudinal 
contida na largura efetiva da laje de concreto. 
A norma esclarece que nas construções não escoradas, antes da cura do concreto, as vigas mistas 
estão sujeitas ao peso próprio dos materiais como do concreto fresco, além da sobrecarga 
construtiva, peso dos operários e equipamentos. Neste caso, na viga de aço isolada deve ser 
verificada à flexão e cisalhamento vertical, seguindo suas recomendações de resistência. Assim 
que o concreto atingir 75% da resistência característica (fck) deve-se verificar a flexão da viga mista 
e cisalhamento da viga de aço. 
Deve ser verificado também a flecha da viga mista, usando a inércia da seção transformada, incluída 
à flecha residual da viga de aço. Já para as construções escoradas, apenas as verificações após a 
cura do concreto serão necessárias. Uma vez que o perfil de aço praticamente não terá solicitação 
até a retirada do escoramento. Cabe evidenciar que a retirada deste deve ser realizada após o 
concreto atingir 75% da resistência característica à compressão (fck). 
 
6. CUSTO 
A realização de uma obra utilizando estruturas mistas tem como principais custos o consumo de 
concreto, de aço estrutural em perfil, steel deck e aço para armadura; enquanto que uma obra que 
utilize o concreto armado tem como principais custos o consumo de concreto, aço para armadura e 
fôrmas. Ao se fazer uma análise separadamente de consumo de materiais é possível diferenciar os 
métodos construtivos. 
Em relação ao concreto, o consumo em lajes é normalmente maior em estruturas mistas, enquanto 
que em vigas e pilares esse consumo é maior no concreto armado. Já o aço para armadura, possui 
maior consumo, em todas as etapas do processo, nas estruturas de concreto armado, enquanto 
que o aço em perfil e o steel deck só são utilizados nas estruturas mistas. 
 
6.1. EXEMPLIFICAÇÃO DO CUSTO 
Ao se fazer uma comparação quantitativas dos materiais utilizados em uma edificação semelhante, 
mas que utiliza sistemas construtivos distintos – estrutura mista de concreto e aço; e estrutura 
convencional de concreto armado: 
 
Consumo de materiais: 
 
 
 
 
 
Custo total: 
 
Sendo assim, ao se fazer uma comparação geral de custo, temos que, normalmente, o custo total 
da estrutura mista de aço e concreto é maior que o sistema estrutural em concreto armado. Os 
maiores responsáveis por tornar esse tipo de solução estrutural mais onerosa são os perfis de aço 
estruturais utilizados no dimensionamento misto. 
 
7. CONCLUSÃO 
No Brasil há cultura conservadora em termos de processos construtivos, que acabam sendo 
descartados devido ao seu custo elevado e falta de mão de obra especializada. Porém, não se deve 
fazer apenas uma análise quantitativa dos gastos com materiais, outros pontos da obra devem ser 
levados em consideração para a escolha do melhor sistema construtivo, como o prazo de execução, 
a organização do canteiro de obras e a precisão construtiva. 
O menor prazo de execução acaba gerando menos gastos, principalmente em relação a mão de 
obra, além disso, para empreendimentos comerciais uma obra mais rápida significa um inicio de 
suas funções mais cedo, ou seja, um maior tempo de arrecadação de lucros. 
Desta forma, as estruturas mistas podem ser levadas em consideração para casos em que o tempo 
de execução tenha que ser menor, pois apesar de possuir custo mais elevado, o sistema estrutural 
misto possibilita a pré-fabricação de seus elementos, reduzindo o tempo necessário para a 
execução da obra. 
 
8. REFERÊNCIAS 
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Trabalho de Conclusão de Curso – Centro Universitário de Brasília. Brasília.2014. 
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São Carlos, Universidade de São Paulo, 2001. 
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de São Carlos. São Carlos, 2010. 
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Associação Brasileira da Construção Metálica. [S.l.], p. 4. 2006. 
PORTO, T. B. Curso básico de concreto armado, 2015.