Quando as pessoas escolhem uma estufa, costumam concentrar-se, em primeiro lugar, no diâmetro do tubo de aço, na espessura da parede ou na espessura do revestimento galvanizado. Normalmente, presta-se muito menos atenção ao tipo de aço utilizado na fabricação do tubo.
No entanto, no caso de uma estufa comercial concebida para utilização a longo prazo, o diâmetro do tubo é apenas um dos aspetos que determinam o desempenho estrutural. O limite de escoamento, o comportamento à tração, a moldabilidade, a soldabilidade e o papel do aço no sistema estrutural global podem todos influenciar a quantidade de vento, neve, carga de equipamento e carga de culturas que a estufa consegue suportar com segurança.
Na produção de estufas na China, os tipos de aço estrutural Q195, Q235 e Q355 estão entre os mais utilizados. Não devem ser considerados simplesmente como materiais de “baixa qualidade, média qualidade e alta qualidade”. Pelo contrário, trata-se de diferentes classes de resistência destinadas a diferentes funções estruturais.
Para compreender a diferença, é útil começar pelo conceito de limite de escoamento.
O que significam, na verdade, as designações Q195, Q235 e Q355?
Quando o aço é submetido a uma força externa, sofre, em primeiro lugar, uma deformação elástica.
Se a carga for relativamente pequena, o aço pode, em grande parte, recuperar a sua forma original assim que a força for removida. No entanto, quando a tensão atinge um determinado nível crítico, o aço começa a sofrer uma deformação plástica permanente.
Esse ponto crítico está associado ao limite de escoamento.
Em termos simples, o limite de escoamento representa: o nível de tensão que um material de aço consegue suportar antes de se iniciar a deformação permanente.
Nas classes chinesas Q195, Q235 e Q355, a letra “Q” refere-se à resistência ao escoamento, enquanto o número indica o nível de resistência nominal em MPa.
Em termos gerais:
O Q195 é um aço estrutural de baixa resistência, o Q235 é um aço estrutural de resistência média e amplamente utilizado, e o Q355 é um aço estrutural de alta resistência.
No entanto, seria enganador concluir que o Q355 é sempre “melhor” do que o Q235.
A segurança de uma estufa não depende apenas da resistência do material.
As estruturas das estufas não costumam falhar simplesmente porque o aço é “demasiado fraco”
Uma estufa tem uma característica estrutural muito importante: muitos dos seus elementos são longos, delgados e constituídos por tubos de aço de paredes relativamente finas.
Neste tipo de estrutura, um dos principais riscos não é necessariamente o facto de o aço ser puxado ou esmagado. Em vez disso, a instabilidade estrutural pode tornar-se o fator determinante.
Por exemplo, uma coluna alta de uma estufa pode curvar-se ou deformar-se sob a ação de cargas laterais do vento, mesmo que o próprio aço tenha uma elevada resistência ao escoamento, especialmente se a secção transversal for demasiado pequena, a parede for demasiado fina ou o espaçamento entre as colunas for demasiado grande.
É por isso que um tubo fino de Q355 não é, automaticamente, mais seguro do que um tubo de Q235 devidamente concebido, com uma secção transversal maior e mais adequada.
A resistência do material indica-nos a quantidade de tensão que o próprio aço consegue suportar. A estrutura de uma estufa deve também responder a outras questões:
- Será que o membro se vai dobrar em demasia?
- Será que vai ceder?
- A ligação irá falhar?
- A fundação resistirá ao levantamento do solo?
- Será que toda a estufa se manterá estável enquanto sistema tridimensional?
Do ponto de vista da engenharia, o tipo de aço é apenas uma das componentes do projeto.
O papel do Q195 não se resume simplesmente ao facto de ser “de baixo custo”
O Q195 é frequentemente considerado um aço básico ou económico, mas isso não significa que não tenha valor do ponto de vista da engenharia.
Em componentes com uma exigência de carga relativamente baixa, secções transversais pequenas ou em que é importante uma boa capacidade de conformação, o Q195 pode ser uma opção económica e prática.
Pode ser utilizado em:
- Pequenas estufas em túnel;
- Estruturas agrícolas para trabalhos leves;
- Reforço auxiliar;
- Tubos de suporte de pequeno diâmetro;
- Elementos da estrutura secundária;
- Componentes estruturais não críticos.
Estes elementos não suportam necessariamente a carga principal do vento nem a carga do telhado, pelo que a utilização de aço de alta resistência em todas as partes nem sempre proporcionaria uma vantagem significativa.
Se todos os componentes de uma estufa fossem substituídos por Q355, o aumento do custo poderia não se traduzir num aumento proporcional do desempenho estrutural global.
O papel prático do Q195 pode, portanto, ser melhor descrito como: um material económico para estruturas de baixa resistência e componentes de suporte de carga não críticos.
No entanto, quando a envergadura, a altura, a exposição ao vento ou o peso da cobertura da estufa aumentam, o Q195 torna-se menos adequado para elementos estruturais principais.
Por que razão o Q235 se tornou o principal aço estrutural para estufas
O Q235 é um dos aços estruturais mais utilizados na indústria chinesa de estufas.
A sua principal vantagem é o equilíbrio.
Oferece:
- Intensidade moderada;
- Boa soldabilidade;
- Bom desempenho na conformação;
- Disponibilidade estável;
- Custo relativamente económico.
Por este motivo, o Q235 é frequentemente utilizado para:
- Colunas;
- Arcos;
- Vigas;
- Elementos longitudinais;
- Reforço;
- Treliças;
- Suportes para calhas;
- Caixilhos de porta;
- Outros elementos estruturais de suporte de carga.
Em muitas estufas comerciais convencionais com película, o Q235 proporciona um bom equilíbrio entre a segurança estrutural e o custo total do projeto.
Esta é uma das principais razões pelas quais é tão amplamente utilizada em estufas de película com várias aberturas.
Se uma estufa não estiver sujeita a condições anormais de vento forte, neve ou vãos de grande extensão, o Q235 é frequentemente uma escolha muito prática.
Onde o Q355 demonstra a sua verdadeira vantagem
O principal valor do Q355 não reside no facto de ser um aço “de alta qualidade”.
A sua verdadeira vantagem reside no facto de proporcionar uma maior reserva de resistência para a mesma secção transversal.
Isto pode não fazer uma diferença significativa numa estufa pequena, mas o valor torna-se muito mais significativo em projetos com:
- Grandes vãos;
- Alturas elevadas das calhas;
- Cumeeiras altas;
- Ventos fortes;
- Exposição costeira ou insular;
- Neve intensa;
- Revestimento de vidro;
- Revestimento em policarbonato;
- Treliças principais;
- Colunas críticas;
- Zonas estruturais sujeitas a cargas elevadas.
Por exemplo, à medida que a envergadura da estufa aumenta para 9 m, 10 m ou mesmo 12 m, as forças internas nos arcos do telhado e nos elementos estruturais principais aumentam significativamente.
Se o projeto estiver também localizado numa zona costeira, numa ilha ou numa planície aberta, a carga eólica poderá tornar-se o fator dominante no projeto.
Nessa altura, o simples facto de aumentar a espessura dos elementos em Q235 pode aumentar o peso total do aço, os custos de transporte e a dificuldade de instalação.
A utilização do Q355 pode permitir ao engenheiro atingir um nível de resistência mais elevado sem um aumento significativo das dimensões dos elementos estruturais.
Isto torna o Q355 especialmente valioso em grandes estufas comerciais, estufas de vidro, estufas de policarbonato, estruturas com grande altura livre e locais sujeitos a ventos fortes.
O seu verdadeiro objetivo não é substituir todo o aço comum, mas sim utilizar material de maior resistência nos locais onde essa maior resistência é realmente necessária.
Por que razão uma estufa pode utilizar vários tipos de aço ao mesmo tempo
Um projeto de estufa bem concebido não utiliza necessariamente o mesmo tipo de aço em todos os componentes.
As diferentes partes da estrutura desempenham funções muito distintas.
As colunas principais podem suportar cargas verticais e laterais significativas. As treliças principais podem resistir a grandes forças de flexão. Os contrafortes secundários podem servir principalmente para estabilizar a estrutura global.
Se todos os componentes utilizarem o mesmo tipo de aço, podem surgir dois problemas:
Ou os membros importantes podem não ter capacidade suficiente, ou muitos membros secundários podem estar excessivamente especificados.
Um projeto mais racional poderá utilizar:
- Q355 para elementos estruturais críticos;
- Q235 para elementos estruturais gerais;
- Q195 ou outro material adequado para componentes secundários mais leves.
Esta abordagem permite utilizar aço de alta resistência nos casos em que este proporciona um valor real, evitando simultaneamente custos desnecessários com materiais noutros casos.
O facto de o aço ser de alta resistência não significa que o tubo possa ser fabricado com uma espessura arbitrariamente fina
Como o Q355 apresenta um limite de escoamento mais elevado, alguns compradores partem do princípio de que a espessura da parede pode simplesmente ser reduzida de forma significativa.
Em teoria, o aço de maior resistência pode ajudar a reduzir o peso estrutural em algumas aplicações. Na prática, a relação não é assim tão simples.
Muitos elementos de uma estufa são elementos de compressão delgados.
À medida que a parede se torna mais fina, o problema crítico pode passar de ser a resistência ao escoamento para a flambagem local ou global.
Por exemplo:
Um tubo quadrado de parede fina pode sofrer uma deformação local da chapa, enquanto um tubo redondo muito esguio pode falhar devido a uma instabilidade global.
Nesses casos, a substituição do material Q235 pelo Q355 não resolve automaticamente o problema da estabilidade geométrica.
O verdadeiro valor do aço de alta resistência não reside, portanto, na possibilidade de reduzir ilimitadamente a espessura. Proporciona ao engenheiro maior flexibilidade para otimizar a estrutura.
Por que razão a carga eólica é tão importante na escolha do aço para estufas
Para muitas estufas agrícolas, a carga do vento é um dos fatores mais importantes no projeto estrutural.
Uma estufa é relativamente leve, mas tem uma área de superfície muito grande exposta ao vento.
Uma estufa de vários vãos, com dezenas ou mesmo centenas de metros de comprimento, pode ser sujeita a forças horizontais consideráveis em condições de vento forte.
O vento não se limita a “empurrar” a estufa de um dos lados.
Pode criar:
- Pressão positiva nas paredes a barlavento;
- Fixação por ventosas nas superfícies do telhado;
- Forças de sustentação;
- Elevada pressão local nas paredes terminais;
- Grandes diferenças de pressão quando as aberturas de ventilação ou as portas estão abertas.
É por isso que a conceção de estufas resistentes a ventos fortes se centra frequentemente nos seguintes aspetos:
- Paredes laterais;
- Colunas principais;
- Arcos de telhado;
- Sistemas de reforço;
- Ancoragem da fundação;
- Estabilidade longitudinal.
Em condições climáticas normais, o Q235 pode ser suficiente para muitos elementos estruturais. Em locais costeiros, insulares ou sujeitos a ventos fortes, poderá ser necessário reforçar os elementos críticos para Q355.
O tipo de aço adequado depende da carga de projeto efetiva e não apenas do país onde a estufa é construída.
A segurança das estufas depende do sistema estrutural, e não de um único tipo de aço
Uma estufa funciona como uma estrutura única e completa.
As colunas, os arcos, os elementos longitudinais, as contraventagens transversais, o reforço das paredes de extremidade, as ligações e as fundações funcionam em conjunto.
Se uma parte importante deste sistema de estabilidade estiver em falta ou for insuficientemente concebida, o aço de maior resistência, por si só, poderá não resolver o problema.
Por exemplo:
Uma estufa sem reforços longitudinais suficientes pode balançar excessivamente com o vento.
Uma parede de extremidade mal reforçada pode tornar-se o primeiro ponto de falha.
Uma fundação fraca pode fazer com que a estufa se levante antes mesmo de os próprios elementos de aço atingirem o seu limite de resistência.
Por este motivo, a conceção estrutural profissional de estufas deve ter em conta: a resistência dos materiais, as dimensões dos elementos estruturais, os contrafortes, as ligações e as fundações, considerando-os como um sistema completo.
O tipo de aço e a proteção contra a corrosão devem ser avaliados separadamente
Outro equívoco comum é considerar que as designações Q235 ou Q355 também indicam resistência à corrosão.
Não é verdade.
As normas Q195, Q235 e Q355 descrevem as propriedades mecânicas do aço.
Termos como:
- Galvanizado por imersão a quente;
- Pré-galvanizado;
- Galvanizado pelo processo de Sendzimir;
- Z275;
descreva o sistema de proteção contra a corrosão ou o revestimento de zinco.
Um tubo de estufa pode, portanto, ser:
- Q235 galvanizado por imersão a quente;
- Q355 galvanizado por imersão a quente;
- Q235 com revestimento galvanizado contínuo Z275;
- Q355 com outro sistema de proteção galvanizada.
Uma estufa duradoura requer tanto resistência estrutural suficiente como proteção contra a corrosão suficiente.
Por que razão a proteção contra a corrosão é especialmente importante nas estufas
O interior das estufas costuma incluir:
- Elevada humidade;
- Condensação;
- Água de rega;
- Fertilizantes;
- Agroquímicos;
- Flutuações de temperatura.
Em zonas costeiras, a névoa salina também pode acelerar a corrosão.
Mesmo que se utilize o Q355, uma proteção insuficiente contra a corrosão pode, ainda assim, reduzir a vida útil da estrutura, uma vez que a corrosão diminui gradualmente a espessura efetiva do aço.
Nesse caso, o problema não é que a classe de aço original fosse demasiado fraca. O problema é que a secção estrutural se torna mais pequena com o passar do tempo.
No caso das aplicações em estufas, a resistência à corrosão pode, portanto, ser tão importante quanto a resistência do aço.
A galvanização por imersão a quente, a pré-galvanização e a qualidade do aço são conceitos diferentes
Termos como:
Galvanizado por imersão a quente
Pré-galvanizado
Sendzimir
Z275
descrever sistemas de proteção de superfícies ou de revestimento com zinco.
As designações Q195, Q235 e Q355 referem-se à resistência do material.
Estes dois grupos de informação devem ser sempre avaliados separadamente.
O tipo de aço influencia a capacidade de suporte de carga, enquanto o revestimento galvanizado influencia principalmente a resistência à corrosão a longo prazo.
A mesma classe Q235 nem sempre pode ser considerada idêntica em todas as espessuras
Uma ordem de compra que apenas diz:
“Material: Q235”
não fornece toda a informação necessária para o projeto estrutural.
Nas normas relativas ao aço de construção, os requisitos mínimos de resistência ao escoamento podem variar em função da espessura do material.
Por conseguinte, o design profissional deve também identificar:
- Dimensões do tubo;
- Espessura da parede;
- Tipo de aço;
- Norma aplicável aos materiais;
- Método de fabrico;
- Condições de entrega, quando aplicável.
Isto é especialmente importante em projetos de estufas de maior dimensão.
O simples facto de afirmar “utilizamos Q355” não comprova que a estrutura seja segura.
O que importa é onde o Q355 é utilizado, qual a secção e a espessura selecionadas e se a estrutura completa foi calculada para as cargas exigidas.
Por que razão as estufas de vidro requerem, normalmente, mais aço de alta resistência
A película plástica é muito leve, pelo que a carga permanente de uma estufa de película é relativamente baixa.
As estufas de vidro são muito diferentes.
O vidro é mais pesado e também mais sensível à deformação estrutural.
Se a estrutura principal se deformar excessivamente, isso pode afetar não só a estabilidade estrutural, mas também a integridade dos vidros, as juntas e os sistemas de fixação.
Por esta razão, as estufas de vidro costumam dar maior ênfase a:
- Rigidez da coluna;
- Rigidez da treliça;
- Deformação articular;
- Estabilidade geral da estrutura.
Consequentemente, o Q355 pode ser utilizado de forma mais generalizada do que numa estufa convencional com película.
As estufas de policarbonato situam-se, em geral, algures entre as estruturas de película e as de vidro.
A escolha do aço para estufas é, em última análise, um equilíbrio entre segurança e economia
A engenharia não consiste em utilizar o material mais caro em todas as situações.
Se o Q235 cumprir com segurança os requisitos de projeto de uma obra, a substituição de todos os elementos por Q355 poderá trazer poucos benefícios práticos.
Por outro lado, numa estufa de grandes dimensões sujeita a ventos fortes, tentar poupar dinheiro utilizando em toda a estrutura aço de menor resistência pode exigir elementos mais espessos e mais reforços, o que pode aumentar o peso total do aço.
Por conseguinte, a verdadeira comparação deveria ser: a eficiência estrutural total e o custo da estufa, tendo em conta o cumprimento das cargas de projeto exigidas.
Não devia ser simplesmente:
“Qual é o tipo de aço mais barato por tonelada?”
Comparação entre as classes de aço chinesas e as europeias, americanas e japonesas
Em projetos internacionais de estufas, os clientes estrangeiros podem estar mais familiarizados com as classes de aço europeias, ASTM ou JIS.
Numa perspetiva geral em termos de nível de força:
- O Q195 é semelhante às classes europeias de menor resistência, como o S185;
- O Q235 é frequentemente comparado com o EN S235, o ASTM A36 e o JIS SS400;
- O Q355 é frequentemente comparado com o EN S355, o ASTM A572 Grau 50 e o JIS SM490.
Estas comparações são úteis para compreender os níveis de força relativa, mas não devem ser interpretadas como uma equivalência exata.
As diferentes normas podem especificar requisitos distintos para:
- Composição química;
- Limite de escoamento;
- Resistência à tração;
- Alongamento;
- Resistência ao impacto;
- Intervalo de espessura;
- Condições de entrega.
Por exemplo, as classes europeias, como S235JR, S355JR, S355J0 e S355J2, também incluem diferentes requisitos de tenacidade ao impacto.
Assim, as comparações internacionais relativas ao aço devem ser entendidas como: classes de resistência semelhantes, e não normas automaticamente intercambiáveis.
Qual é o tipo de aço mais adequado para uma estufa?
Não há uma resposta única.
Uma pequena estufa sazonal em forma de túnel, num clima ameno, pode ter um desempenho muito bom com as variedades Q195 ou Q235.
Uma estufa comercial convencional de película com vários vãos pode utilizar aço Q235 na maioria dos elementos estruturais.
Uma estufa mais alta e mais larga, com materiais de cobertura mais pesados, pode utilizar uma combinação de Q235 e Q355.
Uma estufa situada numa ilha ventosa, numa região costeira ou numa zona com forte queda de neve pode exigir uma proporção maior de Q355 nos elementos estruturais críticos.
A pergunta inicial correta não é, portanto:
“Que tipo de aço devemos utilizar?”
É:
“A que cargas deve esta estufa resistir?”
A diferença entre o Q195, o Q235 e o Q355 não se resume apenas a uma diferença no preço do material. Trata-se de uma diferença na classe de resistência, na função estrutural e na eficiência técnica.
O Q195 é, em geral, mais adequado para componentes de serviço leve e secundários. O Q235 é amplamente utilizado como o principal aço estrutural em estufas comerciais convencionais. O Q355 revela-se mais valioso em projetos de estufas de grande vão, com altura livre elevada, sujeitas a ventos fortes, com cobertura pesada e de elevados padrões de qualidade.
No entanto, nenhum tipo de aço, por si só, pode garantir a segurança da estufa.
Uma estufa fiável deve ter em conta: as propriedades do aço, as dimensões dos tubos, a espessura das paredes, a estabilidade estrutural, as cargas de vento e de neve, as ligações, as fundações e a proteção contra a corrosão, como um sistema integrado.
A engenharia profissional de estufas não consiste, portanto, em utilizar em todo o lado aço da maior resistência.