Viga HEA: características e diferenças com as IPE

Quando nos deparamos com um projeto estrutural, os elementos que comporão nosso projeto são muitos e para cada um deles teremos que selecionar as melhores características geométricas, dimensionais e de desempenho. Felizmente, para nos ajudar nesse trabalho complexo, existem softwares de cálculo estrutural específicos que nos oferecem uma solução modular para cada desafio.

Entre os elementos estruturais mais importantes, encontramos certamente a viga, disponível no mercado em várias seções e dimensões, dependendo da magnitude da estrutura. Entre as vigas mais performáticas, encontramos com certeza aquelas do grupo HE. Mas a que se deve suas altas performances? Quantas tipologias existem e em que diferem dos perfis IPE? Vamos descobrir juntos!

O que se entende pelo termo viga?

Com o termo viga, indica-se um elemento estrutural com uma das dimensões predominantes, realizado em metal ou outro material, destinado a transferir uma solicitação, tendencialmente transversal ao seu eixo geométrico, das seções afetadas pela carga até os vínculos. Vínculos que asseguram a viga ao contexto circundante e garantem seu equilíbrio externo.

Outras características fundamentais deste elemento estrutural são:

• comprimento maior que todas as outras dimensões;
• capacidade de suportar cargas aplicadas na direção de seu eixo principal por um certo comprimento, chamado luz, calculado entre dois apoios.

Vimos como, com base na configuração geométrico espacial, e consequentemente também estrutural, se distinguem várias tipologias de vigas, como a viga de joelho, viga em balanço ou a viga de espessura.

Outra distinção é feita, no entanto, a montante com base nas características dimensionais e na seção principal das vigas mesmas. Tal classificação distingue as vigas em:

• Perfis IPE: caracterizados por uma seção em forma de I, também chamada de asas estreitas;
• Perfis HE: têm uma seção em forma de H, chamada de asas largas e veremos que se distinguem por sua vez em HEA e HEB;
• Vigas UNP: caracterizadas por uma seção em forma de U;
• Viga em L, C, Z ou T;
• Viga retangular oca;
• Viga circular oca.

Dessas tipologias, as mais difundidas permanecem os perfis IPE e HE, cujo maior uso se deve à sua maior eficiência a cargas de flexão. A seção principal desses dois perfis, de fato, nos faz notar como o material está concentrado nas asas, ou seja, nas partes mais distantes do ponto de gravidade da seção, aumentando sua rigidez à flexão. Por essa razão, essas tipologias de vigas são comumente utilizadas em estruturas de aço para edifícios e pontes.

Qual a diferença entre as vigas IPE, HE e UNP?

Como mencionamos no parágrafo anterior, com base na figura geométrica que melhor descreve sua seção, as vigas se distinguem nas três seguintes categorias principais:

• Vigas IPE: na sigla IPE, o I indica a forma da seção enquanto PE significa Perfil Europeu e indica elementos de construção em forma de barra ou vigas com superfície interna das flanges paralela e dimensões com tolerâncias de produção. A versão mais comum neste grupo de elementos estruturais é o perfil IPE padrão. Nessas vigas, a seção tem, como dissemos, a forma da letra maiúscula “I”, constituída por duas asas “estreitas”, uma superior e uma inferior, unidas por uma parte central. Sua seção as torna particularmente adequadas para suportar as solicitações de flexão e são amplamente utilizadas na construção de lajes.
• Vigas HE: as vigas HE também são chamadas de “asas largas” e sua seção tem a característica forma de uma “H” maiúscula. Essa tipologia de vigas se divide ainda mais com base na espessura das asas, de leves a pesadas. Ao contrário das vigas IPE, sua seção particular as torna resistentes a momentos fletores e reduz o risco de colapso elástico, o que faz com que as vigas HE sejam particularmente utilizadas para fundações.
• Vigas UNP: essa tipologia de vigas é caracterizada por uma seção em forma de “U” maiúscula e é utilizada principalmente em aplicações comerciais e industriais, bem como em máquinas e equipamentos de construção.

Perfis IPE, HE, UNP

O que torna a viga HE mais eficiente que as outras?

Para explicar por que os perfis com seção em H são os mais eficientes, juntamente com os IPE, é indispensável fazer uma breve introdução à solicitação à qual as vigas, em geral, são chamadas a responder: o momento fletor.

Esse tipo de solicitação é aquele que a viga sofre quando uma carga transversal a obriga a se flexionar, daí o nome de momento fletor. Tal solicitação induz claramente na viga, esforços que são de tração e de compressão e que variam linearmente ao longo da seção do material. A fórmula que permite quantificar tais esforços ao longo de uma seção específica da viga é a fórmula de Navier, segundo a qual o esforço σ aumenta com o aumento do momento fletor e indo em direção ao exterior da seção. Esse conceito é importante para explicar a eficiência da forma em H da viga.

Vamos então ao que interessa e entendamos onde reside “o segredo” das vigas HE!

Na fórmula de Navier, outro termo fundamental é o momento de inércia de superfície I. Essa quantidade é definida por uma integral de superfície e representa a resistência de uma superfície a rotacionar em torno de um eixo de rotação. Quanto maior o momento de inércia, menores são os esforços gerados na seção para um dado momento fletor. Portanto, o objetivo é que essa quantidade seja o maior possível, e como obtê-la? Para obter um maior momento de inércia, basta distribuir o material disponível o mais longe possível do centro da seção, exatamente o que acontece nos perfis em HE!

Nas vigas com seção em H, de fato, o material disponível é utilizado de forma mais eficiente, sendo preferencialmente disposto nas asas, que suportam a maior parte dos esforços, uma vez que, como dissemos anteriormente, os esforços devido ao momento fletor são máximos em direção ao exterior da seção.

Qual é a diferença entre uma viga HEA e uma viga HEB?

Como mencionado anteriormente, os perfis HE são subdivididos ainda mais com base na espessura das asas, que pode ser leve, normal ou pesada. Essa característica importante é indicada na sigla do perfil através de uma terceira letra. Mais especificamente:

• HEA é a versão leve
• HEB é a versão normal

Há também uma terceira versão, HEM, que é aquela em que a espessura das asas é pesada.

HEA,HEB, HEM

Prendendo come exemplo a imagem acima, para um perfil HEA com dimensões de até 300 mm, a altura “h1” é inferior à largura das asas “b”. Superada essa dimensão, a altura do perfil aumenta enquanto a largura das asas permanece constante em 300 mm.

Para o perfil HEB, até a dimensão de 300 mm, a altura “h1” e a largura das asas “b” são iguais. Assim como para o perfil HEA, superada essa dimensão, a altura do perfil aumenta enquanto a largura das asas permanece constante em 300 mm.

No caso dos perfis HEM, a altura “h1” é maior que a largura das asas “b”.

Quanto ao momento de inércia, que, como dissemos, expressa a resistência de um corpo a girar em torno de um eixo de rotação, com a mesma grandeza, o perfil HEA é o mais leve. Suas dimensões serão superiores ao perfil HEB e, principalmente, em relação às do perfil HEM.

Todos os perfis do grupo HE são particularmente adequados para construções metálicas grandes e complexas como: galpões industriais, ginásios, edifícios comerciais e administrativos, etc.

Mais uma vez, destaca-se como o projeto estrutural requer atenção e atualização constante, por isso meu conselho é implementar no seu fluxo de trabalho o software BIM com solucionador de elementos finitos integrado para cálculo estrutural. Aproveite agora e experimente grátis por 30 dias!

Pontos-chave do artigo

• A viga é um elemento estrutural com uma dimensão predominante, projetado para transferir cargas transversais para os apoios.
• Entre os principais tipos de viga, encontramos IPE (asas estreitas), HE (asas largas: HEA, HEB, HEM), UNP (em U) e outras seções específicas (L, C, Z, T, retangulares e circulares ocos).
• As vigas HE se destacam por sua resistência a momentos fletores e por sua maior capacidade de carga em comparação com outros perfis.
• As vigas HEA, com asas largas, mas mais finas, são projetadas para garantir leveza e resistência ideal, sendo ideais para construções leves, mas estáveis.
• As vigas HE são utilizadas em galpões industriais, edifícios comerciais, ginásios e estruturas metálicas complexas.

Perguntas frequentes sobre as Vigas HEA

Por que os perfis HE são considerados mais eficientes em comparação com outros tipos de vigas?

Os perfis HE (e também os IPE) são considerados eficientes devido à sua eficácia em resistir ao momento fletor, ou seja, a solicitação que ocorre quando uma carga transversal faz a viga se curvar. Sua forma em “H” (ou “I” para IPE) permite maximizar o momento de inércia de superfície (I) da seção. Um momento de inércia maior significa que, para um dado momento fletor, os esforços gerados na seção serão inferiores. A forma em H permite distribuir o material o mais longe possível do centro da seção, concentrando-o principalmente nas asas, que são as partes mais solicitadas pela flexão.

O que é o momento fletor e como ele influencia a escolha do tipo de viga?

O momento fletor é a solicitação que uma viga sofre quando é submetida a uma carga transversal que a dobra. Essa solicitação induz esforços de tração e compressão que variam linearmente ao longo da seção da viga. A fórmula de Navier quantifica esses esforços, demonstrando que aumentam com o aumento do momento fletor e com a distância do centro da seção. Para resistir a altos momentos fletores, é preferível utilizar vigas com um alto momento de inércia, como os perfis HE e IPE, que concentram o material nas asas para maximizar a resistência à flexão.

Em quais tipos de construções os perfis HE são comumente utilizados?

Os perfis HE, graças à sua robustez e versatilidade, são amplamente utilizados em construções metálicas grandes e complexas, como galpões industriais, ginásios, edifícios comerciais e administrativos, e outras estruturas que requerem alta resistência e estabilidade.

O que se entende por “momento de inércia” e por que é importante na escolha de uma viga?

O momento de inércia é uma propriedade geométrica da seção transversal de uma viga que representa sua resistência a rotacionar em torno de um eixo. Quanto maior o momento de inércia, maior é a resistência da viga à flexão para uma determinada solicitação.

É um fator crucial no projeto estrutural porque influencia diretamente os esforços e as deformações dentro da viga. Por isso, é importante escolher um tipo de viga (ex. HE ou IPE) que maximize o momento de inércia, de modo a reduzir os esforços e garantir a estabilidade da estrutura.

Quais são os principais materiais com os quais as vigas HEA são feitas?

As vigas HEA são geralmente feitas de aço estrutural, um material que garante alta resistência mecânica e ótimas propriedades de durabilidade. Algumas variantes podem ser galvanizadas para melhorar a resistência à corrosão, especialmente em ambientes úmidos ou agressivos.