estruturas de aço

P R O F ª . A L I N E P A L I G A

Estruturas de aço

"Lunch atop a skyscraper“ 1932- Rockfeller Center, Manhattan

Solda é a união de materiais, obtida por fusão das partes adjacentes. As

construções em aço onde a solda é utilizada exigem que o soldador seja

especializado.

TECNOLOGIA DE EXECUÇÃO

Para obter uma união soldada eficaz deve-se observar:

1- a forma correta do entalhe, conforme indicado no desenho;

2- homogeneidade do metal depositado;

3- perfeição entre o metal depositado e o metal base

Para que a solda seja de qualidade deve-se:

1- empregar soldadores qualificados;

2-utilizar eletrodos de qualidade;

3-trabalhar com materiais perfeitamente soldáveis;

4-controle de soldas executadas através de raio-x e ultrassom.

Para maior controle de qualidade das ligações soldadas deve-se, quando

possível, utilizá-las apenas na fábrica.

Ligações soldadas

Pode-se ter os seguintes tipos de solda:

1- Entalhe (solda de chanfro)

Penetração total

Penetração parcial

2-Filete (cordão)

3- Tampão

Em furos

Em rasgos

Tipos de solda

QUANTO Á SUA CONTINUIDADE

1- Soldas contínuas – têm o comprimento ininterrupto

2- Soldas intermitentes – são descontínuas ao longo de sua extensão

3- Soldas ponteadas - não são estruturais, servem para manter os componentes

em alinhamento até a solda definitiva.

1 2 3

Classificação

1- SWAW (Shielded Metal Arc Welding – Solda ao arco elétrico com eletrodo

revestido) – neste processo tem-se gases desprendidos do revestimento do

eletrodo proveniente de sua fusão. A finalidade dos gases é criar uma atmosfera

inerte de proteção para evitar a porosidade (introdução de O2 do ar atmosférico

no material de solda) e dar estabilidade ao arco e portanto uma maior

penetração à solda.

Processos de soldagem

2- SAW (Submerged Arc Welding – Solda ao arco elétrico submerso) – neste

processo são utilizados um eletrodo nu e um tubo de fluxo com material

granulado, que funciona como isolante térmico, o que garante proteção contra

os efeitos da atmosfera. O fluxo granulado funde-se parcialmente, formando uma

camada de escória líquida que depois é solidificada. Somente executa soldas

contínuas e planas.


3- GMAW (Gas Metal Arc Welding – Solda ao arco elétrico com proteção gasosa)

– pode ser utilizada em todas as posições e permite um controle visual. No caso

de solda ao ar livre é necessária a proteção contra o vento. O gás utilizado pode

ser o CO2. Também chamada de solda MIG( Metal Inert Gas), quando utiliza

gases inertes ou mistura deles, ou MAG (Metal Active Gas), quando utiliza gases

ativos ou misturas de gases ativos e inertes.


4- FCAW (Flux Cored Arc Welding – Solda ao arco elétrico com fluxo no núcleo) –

semelhante ao GMAW, só que o eletrodo é tubular e o gás vem internamente ao

eletrodo. Também chamado Processo com Arame Tubular.


Tipos de juntas

Junta de topo

Junta em “tê”

Junta de canto

Junta de transpasse ou sobreposta

Junta de borda

O eletrodo a ser utilizado em uma ligação soldada deve ser compatível com o metal

base, devendo ter resistência de cálculo maior que a do metal base (metal a ser

soldado). Os eletrodos são referenciados genericamente por:

E xx xx

posição da soldagem (1 qualquer, 2 só na horizontal)

tipo de eletrodo (tipo de corrente e revestimento)

representa a resistência à ruptura por tração σw em ksi

Exemplo: E70xx⟶ σw=70ksi=485MPa

E60xx⟶ σw=60ksi=415MPa

Designação de eletrodos

A simbologia da solda adotada nos desenhos de estruturas metálicas é a da

American Welding Society (AWS)

Simbologia da solda

A leitura é sempre feita da esquerda para a direita, independente da seta.

Exemplos:

solda de entalhe solda de filete

Simbologia da solda

Simbologia da solda

Simbologia da solda

Solda de filete contínua em toda volta com espessura de 5mm

Solda reta de entalhe

Solda de entalhe em “V” de ambos os lados

Abertura de raiz: 5mm

Simbologia da solda


Abertura de raiz: 3mm


Abertura da raiz: 3mm

Solda de entalhe em “V” em um dos lados


Abertura da raiz: 0

Face da raiz: 3mm

Espessura do entalhe: 6mm

Simbologia da solda


Abertura de raiz: 0

Face da raiz: 5mm


Solda de entalhe em “U” do lado oposto


Abertura da raiz: 0

Face da raiz: 0


Simbologia da solda

Os símbolos básicos para cada tipo de solda são apresentados abaixo:

Para o dimensionamento de soldas deve-se levar em conta as dimensões de

controle previstas em norma, tipo de eletrodo e área de contato.

Dimensionamento de ligações soldadas

1- SOLDAS DE FILETE

A dimensão da solda deve ser estabelecida em função da parte mais espessa

soldada, exceto quando tal dimensão não necessite ultrapassar a espessura da

parte menos espessa, desde que obtida a resistência de cálculo necessária.

As dimensões mínimas de soldagem para solda filete são relacionadas da tabela

abaixo da norma – tabela 10 (perna do filete mínima)

As dimensões máximas de soldagem para a solda de filete são relacionadas na tabela

abaixo (Item 6.2.6.2.2 pág 74):

Perna do filete(s) é o menor dos dois lados, situados na fase da fusão, do maior

triângulo que pode ser inscrito na seção da solda.

Raiz do filete(s) é a interseção das faces de fusão.

Garganta é a espessura desfavorável t.


As soldas de filete são assimiladas, para efeito de cálculo, a triângulos retângulos. Os

filetes são designados pelos comprimentos de seus lados. Assim, um filete de 8mm

significa um filete de lados b iguais a 8mm. Um filete 6mmx10mm designa filete com

um lado de 6mm e outro de 10mm. Na maioria dos casos, os lados dos filetes são

iguais.

A área efetiva para o cálculo de um filete de solda de lados iguais b e de comprimento

efetivo L vale:

As soldas de filete realizadas pelo processo do arco submerso são mais confiáveis que

as de outros processos. Adotam-se então espessuras efetivas maiores que as indicadas

na figura do slide anterior:


0,7wA tL bL

e

e

10 t

10 t 3

b mm b

b mm t mm

w eA t L

Resistência das soldas de filete:

Deve-se considerar a transferência de esforços de uma chapa à outra por

cisalhamento através da garganta de solda; o estado limite é o de ruptura do

metal da solda.


( 0,6 )=

1,35

w wd

AR


2- SOLDAS DE ENTALHE

As resistências de cálculo das soldas são dadas em função de uma área efetiva da solda:

J e U a espessura efetiva é igual a profundidade do chanfro..

onde te é a espessura efetiva (tabela 5 da norma) e L é o comprimento efetivo e pela

área AMB do metal-base, igual ao produto do comprimento da solda pela espessura da

peça mais delgada da ligação.

Para soldas de entalhe de penetração total sujeitas a tensões de compressão ou tração

perpendiculares ao eixo da solda, as resistências de cálculo são obtidas com base no

escoamento do metal-base (σy) ( )=

1,10

MB y

d

AR

w eA t L


Para soldas de entalhe de penetração parcial sujeitas a tensões de compressão

ou tração ou perpendiculares ao eixo da solda, a resistência é determinada com

o menor valor entre as equações: (tabela 8 norma - para combinações normais)

Metal-base:

Metal da solda:

( )=

1,10

MB y

d

AR

( 0,6 )=

1,25

w wd

AR

1) Uma chapa de aço 12mm, sujeita à tração axial de 40kN, está ligada a uma outra

chapa 12mm formando um perfil de T, por meio da solda. Dimensionar a solda

usando eletrodo E60 e aço ASTM A36.

Exercícios

2) Qual o comprimento e qual a espessura da solda de filete requeridos para a

conexão da figura? Admitir aço ASTM A36 e eletrodo E60. O esforço solicitante é

variável.

Exercícios

Para o dimensionamento de barras à compressão deve-se levar em conta,

principalmente, a flambagem das peças ( Item 5.3 da norma).

Carga crítica de flambagem (Pcr):

Define-se como carga crítica de flambagem, a carga a partir da qual a barra que

está sendo comprimida mantém-se em posição indiferente.

E⟶módulo de elasticidade do aço

I⟶menor momento de inércia da barra

L⟶comprimento de flambagem da barra

K⟶parâmetro de flambagem

r⟶menor raio de giração da barra

Peças comprimidas

2

2=crit e

e

EIP L KL

L

Ao contrário do esforço de tração que tende a retificar as peças reduzindo o

efeito de curvaturas iniciais existentes, o esforço de compressão tende a acentuar

esse efeito. Os deslocamentos laterais produzidos compõem o processo de

flambagem por flexão ou global. As peças podem ser constituídas de seções

simples ou de seção múltipla. As chapas desses componentes de um perfil

comprimido podem estar sujeitas à flambagem local, que é uma estabilidade

caracterizada pelo aparecimento de deslocamentos transversais à chapa, na

forma de ondulações

Peças comprimidas

Comprimento de flambagem: (Le)

Índice de flambagem (λ) :

Peças comprimidas

= eL

r

Dimensionamento de barras comprimidas

=200máx

Para o dimensionamento de barras à compressão deve-se levar em conta as

condições de vínculo das barras que determinam o parâmetro de flambagem K .

O índice de esbeltez é limitado a um valor máximo: (Item 5.3.5)

Caso tenha-se uma barra com o índice de esbeltez maior que o valor limite

deve-se trocar a barra.


Resistência de cálculo de barras comprimidas: (Item 5.3.2 pág 44)

Q⟶coeficiente de redução que considera a flambagem local

Critério para impedir a flambagem local:

A relação b/t da peça comprimida tem que ser inferior a relação da tabela F.1 (pág

128).

Q=1,0⟶ para relações b/t menores que as apresentadas na tabela F.1

Para valores maiores que os permitidos por esta tabela, ver anexo E da norma, que irá

fornecer valores de Q menores que 1,0.

O valor de 𝜒 pode ser obtido em função de através da tabela 4 ou da figura 11

da norma.

⟶índice de esbeltez para barras comprimidas

1,10

g y

d

QAN

0

yQ

E

0

0


4c

w

kh t

Anexo F.2

Grupo 5 –

h – altura de alma

tw – espessura da alma

Valores de χ

Exercícios

3) Para a barra dada verificar sua resistência ao esforço normal de compressão:

Perfil I 152,4 x 18,5kg/m

A=23,60cm2

rx=6,24cm

ry=1,79cm

bf=84,6mmtf=9,2mm

d=152,4mm

tw=5,84mm

Aço MR-250 y=250MPa e u=400MPa E=205GPa

Sd=80kN; barra bi rotulada L=3m

Exercícios

4) Calcular o esforço resistente de projeto à compressão em dois perfis

H152(6’’)x40,9kg/m, sem ligação entre si, e comparar o resultado com o obtido

para os perfis ligados por solda longitudinal. Considerar uma peça de 4m, bi

rotulada.

Aço A-36 y=250MPa e u=400MPa E=205GPa

Exercícios

Exercícios

Peças comprimidas formadas por associações de cantoneiras justapostas

(a) cantoneiras de abas iguais

(b) cantoneiras de abas desiguais, lado a lado

(c)cantoneiras de abas iguais, opostas pelo vértice

(d)cantoneiras de abas desiguais, opostas pelo vértice

1-1 eixo em torno do qual se dá flambagem da peça individual

x-x eixo em torno do qual se dá flambagem da peça composta

Espaçamento entre calços:

min

1

2 conjunto

l KL

r r

Exercícios

Exercícios

5) Uma viga treliçada tem uma diagonal de 2,50m de comprimento, sujeita a um

esforço normal de compressão. Determinar o máximo esforço da cantoneira

L2”x2”x1/4”, para as seguintes disposições:

A) singela

B)duas cantoneiras dispostas lado a lado

A=6,06cm2

rx=ry=1,55cm

rz=0,99cm

Ix=Iy=14,60cm4

b=5,08mmtf=0,635mm

x=1,50mm

Aço A-36 y=250MPa e u=400MPa E=205GPa

barra bi rotulada

estruturas de aço

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