Esta é a segunda parte de uma série de artigos que abordam as soluções Hilti para fixação em aço. Pode consultar a parte anterior a partir da seguinte ligação.

Este artigo é a versão resumida de um whitepaper desenvolvido pela Hilti, que compara duas soluções alternativas para a fixação de elementos ao aço: cavilhas (saiba mais sobre as soluções de cavilhas da Hilti aqui) e mordaças para viga (ver Figura 1). Estas soluções são alternativas viáveis aos métodos tradicionais, como a soldadura e a fixação com parafusos. A comparação foi realizada apenas para soluções de cavilhas e mordaças do portefólio da Hilti e abrange uma análise técnica, bem como um estudo sobre o Custo Total da Aplicação (incluindo custos com ferramentas e mão de obra). Para obter a versão completa do whitepaper, entre em contacto connosco.

Figura 1 – Algumas das soluções comparadas: S-BT HL (esquerda), MT-BC-GS T OC (centro) and MAB (direita). A comparação realizada e os resultados apresentados incluem outras soluções (para mais informações, consulte a versão completa do whitepaper).

Comparação Técnica

Neste capítulo, comparamos ambas as tecnologias a partir de uma perspetiva técnica, incluindo fatores como o material base, capacidades de carga, corrosividade do ambiente, aprovações, vibração, fadiga, resistência sísmica e ao fogo.

No que diz respeito aos requisitos do material base, as cavilhas oferecem uma compatibilidade geral mais ampla, incluindo aço pintado (sem necessidade de retrabalho) e aço com revestimento antifogo. Além disso, não exigem acesso a ambos os lados do material base e podem ser aplicados em perfis de aço sem flange (necessária para a fixação de mordaças). Por outro lado, as mordaças podem ser uma boa solução quando a fixação não é perpendicular ao material base e quando são necessários diâmetros maiores (como M16).

Relativamente às capacidades de carga, o desempenho de ambas tecnologias na verificação ao corte é semelhante, entretanto as mordaças oferecem uma maior resistência às cargas de tração. Apesar disso, é importante referir que podem aplicar-se fatores de redução às cargas resistentes das mordaças, nomeadamente para evitar danos no revestimento (com um fator de redução de até 50% [1] devido ao atrito na superfície do aço pintado) e devido à perda de pré-esforço ao longo do tempo.

Tabela 1 - Resistência de cálculo ao corte e à tração para as cavilhas e mordaças de viga.

*Para a carga de corte nas mordaças, é considerada uma força de corte paralela à subestrutura a ser fixada

**MQS-IB deve ser utilizado apenas em condições sísmicas específicas para sprinklers

***Carga varia de acordo com o ângulo de instalação

No diz respeito à corrosão, as mordaças são tipicamente utilizadas em ambientes de corrosão mais baixa (até C4) [2], enquanto as cavilhas podem ser aplicadas em ambientes mais agressivos (até C5 ou mesmo CX). As cavilhas também oferecem um maior tempo de vida nestes contextos, com alguns tipos garantindo até 40 anos de resistência à corrosão. Além disso, as cavilhas também têm uma gama de certificações mais abrangente. Já as mordaças, apesar de mais limitadas em certificações, possuem aprovações que podem ser relevantes em suportes de sprinklers (como a aprovação FM) [3] ou na indústria automóvel (como a certificação PWIS / LABS) [4].

Em aplicações sujeitas a vibração, as cavilhas demonstraram um desempenho robusto nos testes realizados pela Hilti, nos quais não foi observado qualquer desaperto ou rotação da porca/parafuso. No caso das mordaças, deve ser realizado um Engineering Judgement (EJ) pela Hilti para aplicações em ambientes com vibração. Para cálculos à fadiga, as cavilhas devem ser avaliadas através de um EJ, enquanto as mordaças não são recomendadas.

As cavilhas também foram testadas para aplicações sísmicas, demonstrando um desempenho robusto e permitindo o dimensionamento sísmico. Para as mordaças, a Hilti disponibiliza uma solução de travamento sísmico aprovada para aplicações de suporte de sprinklers, com o MQS-IB.

Por fim, as cavilhas da Hilti foram testadas para resistência ao fogo, apresentando resultados promissores, detalhados no whitepaper.

Análise do Custo Total da Aplicação

Para além da comparação técnica entre as duas tecnologias, a Hilti realizou também uma análise do Custo Total da Aplicação, ou seja, considerando os custos das cavilhas/mordaças, das ferramentas necessárias e da mão de obra).

Mais uma vez, é importante referir que esta análise compara apenas soluções do portefólio da Hilti. Para o custo da mão de obra, bem como dos produtos, foram considerados valores médios para o mercado alemão. No caso das ferramentas, foi estimado um custo por ponto de fixação com base na vida útil do equipamento. Para quantificar o tempo necessário para a instalação, um utilizador foi treinado na sede da Hilti e realizou quatro configurações diferentes: (i) aplicação de calha ao teto/viga, (ii) trapézio com varão, (iii) trapézio com vigas e (iv) consola – ver Figura 2.

Figura 2 - Diferentes configurações consideradas: calha ao teto/viga (canto superior esquerdo), trapézio com varão (canto superior direito), trapézio com calha (canto inferior esquerdo) e consola (canto inferior direito).

As mordaças de viga da Hilti revelaram-se a solução mais económica para a aplicação de trapézio com varão. No caso das aplicações de calha à viga e consola, as cavilhas mostraram ser a opção mais vantajosa em termos económicos. Quanto à aplicação de trapézio com vigas, o custo de ambas tecnologias é equilibrado. Na Figura 3, é possível visualizar os resultados para as diferentes aplicações, com os custos divididos pelas diferentes componentes (ferramentas, material e mão de obra) – estes resultados baseiam-se nos pressupostos referidos, o que significa que diferentes condições de mercado podem levar a resultados distintos.

Figura 3 - Comparação do custo total de instalação para as diferentes configurações.

Resumo

O objetivo deste documento é ajudar o leitor a selecionar, entre cavilhas e mordaças de viga, a melhor tecnologia para a fixação de elementos ao aço. A escolha depende de vários fatores técnicos (material base, cargas, corrosão, aprovações…) e de custo. As cavilhas são geralmente a opção mais versátil, especialmente para ambientes exigentes e em aço com revestimento. No entanto, as mordaças de viga oferecem vantagens em algumas aplicações, nomeadamente em trapézio com varão e configurações não perpendiculares.

Para ler os artigos anteriores sobre este tema, aceda à:
SOLUÇÕES HILTI PARA FIXAÇÃO EM AÇO - PARTE 1/4 - SOLUÇÕES HILTI PARA FIXAÇÃO EM AÇO
SOLUÇÕES HILTI PARA FIXAÇÃO EM AÇO - PARTE 3/4 - CÁLCULO ESTÁTICO DE CAVILHAS PARA FIXAÇÃO EM AÇO

Se necessitar de algum esclarecimento adicional, pode contactar a nossa Equipa de Engenharia de Apoio Técnico para assistência e apoio, através do e-mail: engenharia.pt@hilti.com

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Referências

[1] CEN (European Committee for Standardization), “NP-EN 1993-1-8:2005 Eurocode 3: Design of Steel Structures – Part 1-8: Design of joints,” 2005.

[2] ISO (International Organization for Standardization), “ISO 12944-9:2018 Paints and varnishes – Corrosion protection of steel structures by protective paint systems – Part 9: Protective paint systems and laboratory performance test methods for offshore and related structures,” 2018.

[3] FM Global, "About us," Retrieved from FM Global Website, [Acesso em: 8 de Jul., 2024].

[4] VDMA (Verband Deutscher Maschinen – und Anlagenbau – German Mechanical Engineering Industry Association), "VDMA 24364 – 2018-05 Hydraulic Fluid Power – Fluids – Method for coding the level of contamination by solid particles," 2018.