Perfil Tubular vs Viga I: Quando Cada Um Vence

Toda viga de aço é uma aposta sobre como a carga vai tentar deformá-la. Uma viga I (perfil de abas largas) concentra material em duas mesas distantes do eixo neutro — excelente para flexão em torno do seu eixo forte, onde esse braço de alavanca rende mais. Um perfil tubular envolve o mesmo aço em um circuito fechado: um quadrado (SHS), retângulo (RHS) ou círculo (CHS).

A consequência é geométrica, não metalúrgica. Uma seção aberta é eficiente em um plano e exposta em todos os outros — ela é propensa à flambagem lateral com torção e fraca à torção. Uma seção fechada distribui a rigidez por todo o seu perímetro, de modo que resiste muito melhor à torção e à flambagem no eixo fraco. A regra prática clássica: os perfis tubulares vencem onde quer que as cargas torçam, onde as colunas possam flambar em qualquer direção, ou onde o elemento simplesmente fica à mostra.

O número decisivo é a constante de torção de St. Venant, J — o termo geométrico na rigidez à torção GJ, análogo a EI na flexão. Para um tubo fechado de parede fina, J segue a fórmula de Bredt e escala com o quadrado da área englobada: o fluxo de cisalhamento percorre continuamente o circuito, de modo que toda a seção transversal combate a torção.

Uma seção I aberta não tem circuito fechado. Suas paredes, em vez disso, empenam, e seu J de St. Venant é minúsculo — referências de engenharia observam que a constante de torção de um RHS é cerca de uma ordem de grandeza maior do que uma seção I comparável. É por isso que um tubo suporta o balanço de uma placa de sinalização ou uma carga excêntrica de ponte rolante quase sem torção, enquanto uma viga I no mesmo papel precisa de contraventamento ou enrijecedores. O outro lado: para flexão pura no eixo forte, as mesas profundas da viga I costumam ser a forma mais eficiente em material.

Quando você seleciona um HSS6x6x1/4 ou um RHS 150x100x6 em qualquer ferramenta, está lendo uma tabela padronizada — e essas tabelas codificam regras reais de fabricação. Na América do Norte, os perfis tubulares são regidos pela ASTM A500 (formada a frio) e pela mais recente ASTM A1085, com o AISC Shapes Database publicando as propriedades listadas.

Uma sutileza crucial vive nessa tabela: a AISC calcula as propriedades da seção a partir de uma espessura de parede de projeto igual a 0,93x a nominal para tubos ASTM A500, porque a A500 permite uma tolerância de menos 10% na espessura da parede. Conforme a Seção B4.2 da AISC 360-16, os cálculos envolvendo a espessura de parede de HSS usam 0,93 vezes a nominal. Assim, um HSS6x6x1/4 — nominalmente 0,250 pol — é calculado com uma parede de aproximadamente 0,233 pol. Ignore esse fator e sua capacidade fica otimista em vários por cento. A ASTM A1085 apertou a tolerância da parede para menos 5%, o que permite aos projetistas usar a parede nominal completa.

A Europa organiza a mesma família por como o tubo foi fabricado. A EN 10210 cobre os perfis tubulares estruturais acabados a quente, enquanto a EN 10219 cobre as seções soldadas formadas a frio, conformadas à temperatura ambiente. No papel, elas não são intercambiáveis.

• Raios de canto: as seções acabadas a quente da EN 10210 têm cantos maiores e mais generosos; os cantos formados a frio da EN 10219 são mais apertados — o que altera a área da seção transversal e as propriedades impressas na tabela.
• Tensão residual e ductilidade: o acabamento a quente alivia a tensão interna e é preferido para fadiga e ambientes severos; a conformação a frio encrua os cantos, elevando a resistência ao escoamento local.
• Tolerâncias: a EN 10219 formada a frio normalmente mantém tolerâncias mais apertadas de dimensão externa, razão pela qual ela domina a fabricação orientada por custo.

A conclusão para o projetista: as siglas CHS/SHS/RHS descrevem a forma, mas o número EN por trás delas descreve o aço — e a tabela de propriedades é construída a partir dessa distinção, não apenas das dimensões externas.

Os tubos são antigos; os tubos estruturais retangulares não são. Os perfis tubulares circulares surgiram da fabricação de tubos do século XIX, mas o perfil tubular retangular só foi desenvolvido em 1952, pela Stewarts & Lloyds no Reino Unido — o fabricante de tubos com sede em Glasgow, formado por uma fusão de 1903 entre a A. & J. Stewart & Menzies e a Lloyd & Lloyd. O RHS é, em termos estruturais, um perfil do pós-guerra; só se tornou amplamente disponível no início da década de 1970.

Essa juventude é o motivo de existir todo um órgão de pesquisa para respaldá-lo. O CIDECT — a associação internacional de fabricantes de perfis tubulares estruturais — foi fundado em 1962 e, desde então, financiou mais de 200 projetos de pesquisa e uma célebre série de Design Guides (ligações CHS, ligações RHS, fogo, colunas preenchidas com concreto, fadiga). Esses guias são o código-fonte por trás das regras de ligação de perfis tubulares que mais tarde fluíram para o Eurocode 3, a AISC 360 e outras normas nacionais.

Use um perfil tubular quando o elemento torce, quando uma coluna deve resistir à flambagem em ambas as direções, quando o aço fica arquitetonicamente exposto, ou quando você quer linhas limpas e menor arrasto. Fique com uma viga I para flexão pesada no eixo forte, vigas de piso de grande vão e em qualquer lugar onde você dependa de ligações parafusadas baratas — porque ligar tubos por um único lado, sem acesso interno, é a genuína penalidade de custo de optar pelo tubular.

Seja qual for sua escolha, a decisão só é tão boa quanto a tabela por trás dela: a espessura de parede de projeto correta, a família EN ou ASTM correta, as constantes de torção e empenamento corretas. O CalcSteel é um aplicativo estrutural nativo de navegador (front-end em React/TypeScript, back-end de elementos finitos em Python) com mais de 1.140 perfis de aço — RHS, SHS, CHS e seções I — e verificações normativas para NBR 8800, AISC 360, Eurocode 3 e IS 800. É gratuito para começar, com o Pro a US$ 24/mês na cobrança anual. A proposta honesta: ele não vai fazer a escolha da geometria por você, mas vai rodar as verificações de flambagem, torção e ligação sobre os números padronizados para que você possa comparar um tubo contra uma viga em minutos. Experimente no editor.