Tubo de aço quadrado versus tubo de aço redondo: o que é certo para o seu projeto?

Tubos de aço quadrados e redondos são os dois formatos de seção oca mais amplamente usados ​​em trabalhos estruturais, mecânicos e de fabricação em geral, e são frequentemente intercambiáveis ​​no papel - ambos vêm em classes de aço comparáveis, ambos são produzidos por processos de soldagem semelhantes e ambos estão disponíveis em uma enorme faixa de tamanhos, desde pequenos tubos de corrimão até grandes colunas estruturais. Mas “intercambiável” não significa “equivalente”. A diferença de forma entre eles muda a forma como cada um se comporta sob carga, sua aparência, como se conecta a outros componentes e quanto custa para fabricar - muitas vezes de maneiras que são mais importantes para um projeto específico do que o tipo de aço.

Esta comparação funciona através das diferenças reais e práticas entre tubos de aço quadrados e redondos: como são feitos, como funcionam estruturalmente, onde cada um é obviamente a melhor escolha e o que verificar antes de encomendar qualquer um deles.

Os tubos de aço quadrados e redondos normalmente começam a vida útil da mesma maneira. A tira ou bobina plana de aço é alimentada através de uma série de rolos formadores que a enrolam progressivamente em forma de tubo, e a costura é fechada por soldagem por resistência elétrica (ERW) ou, para diâmetros maiores, soldagem por arco submerso. Para tubo redondo, esse é o formato final. O tubo quadrado (e retangular) dá uma etapa adicional: o tubo redondo soldado é passado por um segundo conjunto de rolos formadores que o remodelam em uma seção transversal- quadrada ou retangular enquanto a costura de solda ainda está quente ou logo depois.

Essa etapa de formação extra é a razão pela qual o tubo quadrado de uma determinada espessura de parede e peso de aço geralmente custa um pequeno acréscimo em relação ao tubo redondo de material comparável - há mais processamento envolvido, e a etapa de formação de canto-adiciona ferramentas e requisitos de controle de processo que o tubo redondo reto não precisa. É uma diferença de custo modesta na maioria dos casos, mas é real e é uma das primeiras coisas que as equipes de compras notam ao comparar cotações para membros estruturais funcionalmente semelhantes em cada formato.

A produção sem costura também está disponível para ambos os formatos: o tubo redondo sem costura é perfurado e laminado diretamente a partir de um tarugo sólido, enquanto o tubo quadrado sem costura começa como um tubo redondo sem costura e depois é-formado a quente em uma seção transversal-quadrada - um produto mais especializado e de menor volume-do que o tubo redondo sem costura ou o tubo quadrado soldado.

É aqui que os tubos quadrados e redondos divergem genuinamente e é o fator mais importante na escolha entre eles para qualquer aplicação-de suporte de carga.

Tubo redondoresiste à flexão igualmente em todas as direções.Como um círculo não tem eixo preferencial, um pedaço de tubo redondo que suporta uma carga de flexão se comporta de forma idêntica, independentemente da direção de origem da carga. Isso torna o tubo redondo um formato naturalmente eficiente para colunas, postes e qualquer membro que se espera ver cargas de direções múltiplas ou imprevisíveis - cargas de vento em um poste, por exemplo, que podem vir de qualquer direção da bússola durante a vida útil da estrutura.

Tubo quadradotambém resiste à flexão igualmente ao longo de ambos os seus eixos principais(já que todos os quatro lados são iguais), o que proporciona grande uniformidade direcional ao tubo redondo, ao mesmo tempo em que adiciona faces planas - um híbrido genuíno do comportamento equilibrado do tubo redondo e da geometria amigável-de conexão do tubo retangular. Isto é diferente novamente deretangulartubo, que tem lados desiguais e, portanto, um eixo de curvatura genuinamente mais forte e mais fraco, uma distinção abordada com mais profundidade em [nosso guia dedicado de seção oca retangular].

A resistência à torção (torção) favorece ligeiramente as formas arredondadas.Para uma determinada quantidade de aço, uma seção transversal-circular é marginalmente mais eficiente na resistência à torção do que uma seção quadrada, porque o material é distribuído em um raio mais consistente a partir do centro. Na prática, essa diferença é pequena o suficiente para raramente determinar a forma por si só, mas aparece em aplicações como eixos de transmissão, tubos de torque e componentes de equipamentos rotativos, onde o tubo redondo é quase sempre o padrão exatamente por esse motivo.

A eficiência da seção (resistência por unidade de peso) está próxima entre os dois formatospara dimensão externa e espessura de parede equivalentes, com tubo redondo mantendo uma pequena borda teórica em carga axial e de torção pura, e tubo quadrado mantendo uma borda prática sempre que conexões de face plana-reduzem a quantidade de aço adicional (placas de reforço, placas de base) necessárias para unir os membros.

É aqui que as faces planas do tubo quadrado se tornam uma vantagem prática real. Aparafusar, soldar ou fixar um suporte, placa ou membro secundário a um tubo quadrado é simples - a face plana fornece contato total e uniforme para uma conexão aparafusada ou uma solda de ângulo ao longo de uma linha limpa e previsível. Fazer o mesmo em tubos redondos requer uma placa de sela curva moldada para corresponder ao raio do tubo ou aceitar uma conexão de contato menor-que{4}}total-, o que aumenta o tempo e o custo de fabricação.

Este único fator explica por que os tubos quadrados e retangulares dominam a estrutura geral de edifícios, estruturas de máquinas e equipamentos fabricados, onde os membros são constantemente aparafusados ​​ou soldados a outros componentes planos - enquanto o tubo redondo mantém sua base em aplicações como corrimãos, cercas e sistemas de tubulação, onde as conexões são mais simples (tampas de postes, acessórios projetados especificamente para material redondo) ou o próprio perfil redondo é funcionalmente necessário (como em qualquer aplicação que transporta líquido ou gás fluindo, onde redondo é a única forma prática).

As linhas planas e nítidas do tubo quadrado são consideradas mais "estruturais" e modernas em aplicações arquitetônicas expostas - estruturas de aço visíveis, escadas e colunas em projetos comerciais e residenciais frequentemente especificam seções ocas quadradas ou retangulares especificamente para esse visual. O tubo redondo carrega um caráter visual diferente: mais macio, mais tradicional e muitas vezes especificado deliberadamente para guarda-corpos, coberturas e estruturas onde um perfil mais redondo e menos angular se adapta à intenção do projeto. Nenhum dos dois é objetivamente "melhor" aqui - esta é uma decisão estética genuína que arquitetos e designers tomam projeto por projeto, e vale a pena levantar antecipadamente com a equipe de design, em vez de assumir que fatores estruturais ou de custo resolverão isso sozinhos.

O tubo redondo geralmente é a opção com maior estoque e menor custo-para uma determinada espessura de parede e tipo de aço, pelos motivos de fabricação descritos acima -menos etapas de conformação, base de produção mais ampla e maiores volumes de produção geral na maioria dos mercados. O tubo quadrado custa modestamente mais para o mesmo peso de aço devido à etapa de formação adicional, embora a lacuna diminua consideravelmente em tamanhos estruturais maiores e mais comumente usados, onde ambos os formatos são produzidos em alto volume.

Para projetos em que qualquer formato funcionaria tecnicamente - um poste de cerca, uma coluna de suporte simples, uma peça de estrutura de equipamento sem carga direcional forte - a diferença de custo e prazo de entrega-pode razoavelmente inclinar a decisão em direção ao tubo redondo. Para projetos em que conexões de faces planas, exposição arquitetônica ou detalhes estruturais específicos são importantes, as vantagens do tubo quadrado geralmente superam o modesto custo adicional.

Uma vez que qualquer forma esteja em serviço, a forma como ela é verificada e mantida também diverge um pouco. A superfície curva contínua do tubo redondo não tem cantos, o que significa que não há pontos de concentração de tensão localizados do próprio processo de conformação - um fator importante em aplicações sensíveis à fadiga-como eixos rotativos ou membros sujeitos a vibração constante, onde um perfil suave e sem cantos-reduz o número de possíveis locais de iniciação de trincas-. Os cantos do tubo quadrado, por outro lado, são inerentemente uma concentração de tensão moderada em relação às faces planas, embora isso seja bem compreendido e considerado em códigos de projeto padrão e raramente se torne um problema prático fora do serviço genuinamente cíclico e de alta{6}}fadiga.

Para inspeção e manutenção de revestimento, as faces planas do tubo quadrado são mais fáceis de inspecionar visualmente quanto a quebra ou corrosão do revestimento - uma superfície plana mostra uma linha de revestimento clara e uniforme, enquanto uma superfície curva pode ocultar pontos finos ou fendas (lacunas no revestimento) que são mais difíceis de detectar sem uma inspeção cuidadosa. Este é um fator menor para a maioria dos projetos, mas pode ser importante para infraestruturas-de serviços longos, onde o revestimento e a inspeção periódicos fazem parte do plano de manutenção desde o início.

1. Identifique primeiro o padrão de carga.Se o membro observar a carga principalmente de uma direção claramente dominante, com alguma complexidade de conexão envolvida, as conexões de face plana-do tubo quadrado geralmente vencem. Se a carga for genuinamente multi-direcional ou a peça precisar resistir à torção (tubos de torque, eixos rotativos), a geometria balanceada e eficiente-de torção do tubo redondo geralmente é o melhor ajuste de engenharia.

2. Confirme como a peça se conectará com tudo ao seu redor.Conte o número de conexões parafusadas ou soldadas que o membro precisará. Mais conexões geralmente favorecem o tubo quadrado, já que cada uma é mais simples e barata de detalhar e fabricar em uma face plana do que em uma face curva.

3. Resolva antecipadamente a questão estética com a equipe de design, especialmente para qualquer aplicação estrutural exposta, em vez de presumir que a resposta de engenharia também será a resposta visual - às vezes não, e essa é uma compensação legítima-a ser feita de forma consciente.

4. Combine a espessura e o grau da parede com as cargas reais do projeto, não apenas a forma. Os tubos quadrados e redondos estão disponíveis em faixas de qualidade comparáveis ​​(aço-carbono até classes de liga de maior-resistência e baixa{2}}sob os mesmos padrões principais (EN 10210/10219, ASTM A500/A501 e equivalentes regionais). - a decisão de formato e a decisão de classe/espessura são independentes e cada uma deve ser orientada por seus próprios critérios.

5. Obtenha cotações comparativas para ambos os formatos quando a escolha estiver genuinamente aberta.Quando qualquer um dos formatos funcionaria tecnicamente, peça ao seu fornecedor para cotar - o preço e o intervalo de tempo de entrega-varia de acordo com o tamanho e as condições do mercado, e nem sempre é tão grande quanto se supõe.

6. Confirme se as necessidades de acabamento e proteção contra corrosão são atendidas igualmente bem em qualquer formato.Os tubos quadrados e redondos estão disponíveis em preto, galvanizado-por imersão a quente ou pintado, portanto o acabamento geralmente não é um diferencial na decisão do formato em si.

7. Para aplicações de transporte de tubulações ou-fluidos, arredondar não é realmente uma escolha - é um requisito.Qualquer aplicação que mova líquido ou gás precisa de uma seção transversal-redonda para características de fluxo consistentes e compatibilidade de encaixe padrão; a questão quadrada-vs{2}}redonda se aplica apenas a usos estruturais e de fabricação, não a tubulações.

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