ESTUDO DE VIABILIDADE TÉCNICA/ECONÔMICA

PARA ESPECIFICAÇÃO DE SOLDAS EM EMENDAS

A 90º ENTRE ALMA E MESA DE PERFIS “I” NÃO

ENRIJECIDOS

Martinho R. Giacomitti Junior 1

m.junior@brafer.com

1 Especialista em Engenharia de Estruturas pelo IST/SOCIESC-SC; Engenheiro Civil graduado pela

Universidade Positivo (UP-PR); Técnico em Mecânica formado pelo CEFET-PR; Atualmente, é

Engenheiro Calculista da Brafer Construções Metálicas S/A.

1. INTRODUÇÃO

Os trabalhos de soldagem e ensaios para inspeção estão entre os

maiores custos de uma empresa fabricante de estruturas metálicas e

exigem mão de obra qualificada;

A otimização do tempo gasto nestas atividades significa aumento

dos lucros e redução de despesas;

Falta de conhecimento por parte dos engenheiros quanto à correta

especificaçao de soldas.

2. OBJETIVOS

Apresentar alguns critérios para dimensionamento das soldas de

composição de perfis “I” não enrijecidos, de acordo com a norma

ANSI/AISC 360-10: Specification for Structural Steel Buildings;

Apresentar os resultados de um estudo realizado na fábrica da

Brafer Construções Metálicas S/A, mostrando as vantagens da

substituição de soldas de filete por soldas de penetração parcial

(PJP) com reforço de filete, em diversas situações.

3. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

Basicamente, as soldas de composição devem ser dimensionadas

para resistir aos esforços cortantes;

Tensões de cisalhamento (τ) admissíveis são inferiores às tensões

normais (σ) admissíveis → τ = 0,55 a 0,60 . σ (Timoshenko, 1956);

Figura 01 – Viga solicitada à flexão

(Fonte: Timoshenko, 1956)

Figura 02 – Distribuição das tensões de cisalhamento em uma seção retangular

(Fonte: Timoshenko, 1956)

τyx . (b . dy) . dx = τxy . (b . dx) . dy

Princípio de Saint-Venant

Figura 03 – Tensões de cisalhamento em planos paralelos

(Fonte: Timoshenko, 1956)

3. ANSI/AISC 360-10

Chapter G – Design Members for Shear:

G2 – Members with unstiffened or stiffened webs

Vn = 0,6 x Fy x Aw x Cv (ϕv = 0,90 / Ωv = 1,67)

→

→

→

Para almas não enrijecidas com h/tw < 260 → kv = 5

yvw E / Fk,h/t 101 0,1vC

yvwyv E / Fk,h/tE / Fk, 371101 w

yv

vth

FEk, C

/

/101

yvw E / Fk,h/t 371yw

vv

)² F(h/t

Ek, C

511

Chapter J – Design of Connections:

J2 – Welds

Rn = 0,6 x Fw x Aw (ϕ = 0,75 / Ω = 2,00)

Tabela 01 – Garganta mínima para soldas de penetração parcial (PJP)

(Fonte: ANSI/AISC 360-10, Capítulo J)

Tabela 02 – Tamanho mínimo para soldas de filete

(Fonte: ANSI/AISC 360-10, Capítulo J)

Figura 04 – Solda de filete entre mesa e alma de perfil soldado

(Fonte: O autor)

4. METODOLOGIA E APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS

As soldas de composição foram dimensionadas de acordo com os

seguintes critérios:

• respeitando as dimensões mínimas dadas nas tabelas J2.3 e J2.4; e

• de maneira a resistir aos esforços atuantes;

Aço considerado: CIVIL 300 (Fy = 300 MPa)

Eletrodo considerado: E70XX (Fw = 485 MPa)

yvw E / Fk,h/t 101 Tabela 03: Resistência Solda x Resistência Alma para

(Fonte: O autor)

yvw E / Fk,h/t 371 Tabela 04: Resistência Solda x Resistência Alma para

(Fonte: O autor)

• Quanto menor a espessura das chapas, mais resistente é a solda

quando comparada à resistência do metal base;

• Para aços mais resistentes, a diferença entre as resistências tende a

diminuir;

• Quanto maior a esbeltez da alma, menor a sua resistência ao

cisalhamento;

• No caso de chapas mais grossas, a resistência da solda passa a não

ser mais tão próxima da resistência da alma e na hipótese de

elevados carregamentos pode-se ter esforços cortantes mais

próximos da resistência da alma, aumentando, por consequência, o

tamanho dos filetes de solda.

SAW (Submerged Arc)

Figura 05 – Execução de solda de composição pelo processo SAW

(Fonte: O autor)

Características das máquinas automatizadas:

• Altura máxima do perfil a ser soldado (d): 1.800 mm;

• Largura máxima da mesa (bf) do perfil a ser soldado: 700 mm;

• Velocidade máxima de avanço do bico de solda: 1375 mm/min,

variando em função do tamanho do filete a ser executado, bitola e

tipo do arame de solda, entre outros.

Tabela 05 e 06 – Velocidades de avanço - execução de soldas

(Fonte: O autor)

VELOCIDADE MÉDIA DE AVANÇO VELOCIDADE MÉDIA DE AVANÇO

SOLDAS DE FILETE SOLDAS DE PENETRAÇÃO PARCIAL

COM REFORÇO DE FILETE

Dimensão da

perna (mm)

Velocidade

(mm/min)

Dimensão da

perna (mm)

Velocidade

(mm/min)

3 1.300 3 1.350

4 1.250 4 1.300

5 1.200 5 1.250

6 1.000 6 1.100

7 750 7 900

8 650 8 750

VELOCIDADE MÉDIA DE AVANÇO

CHANFRADEIRA

Dimensão do

chanfro (mm)

Velocidade

(mm/min)

3 1.950

4 1.950

5 1.900

6 1.750

7 1.550

8 1.300

Tabela 07 – Velocidades de avanço - execução de chanfros

(Fonte: O autor)

Figura 06 – Execução do processo de chanfro simples

(Fonte: O autor)

Em função de parâmetros operacionais (espessuras de chapa,

ângulo de chanfro, necessidade de pré-aquecimento, corrente,

tensão e velocidade de soldagem, etc.):

• Para soldas de filete: até 8 mm: 1 passe;

de 9 a 11 mm: 2 passes;

de 12 a 14 mm: 3 passes;

de 15 e 16 mm: 4 passes.

• Para soldas PJP e filete de reforço: até 11 mm: 2 passes;

de 12 a 16 mm: 3 passes;

Figura 07 – Dimensões e notações empregadas nas soldas estudadas

(Fonte: O autor)

Tabela 08 – Estudo comparativo Solda de Filete 10 mm x Solda PJP com reforço de filete

(Fonte: O autor)

Tabela 09 – Estudo comparativo Solda de Filete 12 mm x Solda PJP com reforço de filete

(Fonte: O autor)

Tabela 10 – Estudo comparativo Solda de Filete 14 mm x Solda PJP com reforço de filete

(Fonte: O autor)

Tabela 11 – Estudo comparativo Solda de Filete 16 mm x Solda PJP com reforço de filete

(Fonte: O autor)

Observações:

• Todos os valores apresentados estão sem impostos;

• O valor em R$/h dos profissionais envolvidos nas atividades, bem

como o preço dos consumíveis considera a média praticada no

estado do Paraná.

OBRIGADO!