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O uso do Aço na Arquitetura 1 Aluízio Fontana Margarido

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Meios de Ligação

As ligações nas estruturas metálicas podem ser feitas por meio de:

. parafuso comum;

. parafusos de alta resistência;

. solda.

. rebites*

Ligações nas Estruturas Metálicas – Aço

ObjetivoConhecer os sistemas de ligação utilizados nas estruturas de aço

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São dispositivos que trabalham ao cisalhamento. Os parafusos são compostos pela cabeça e corpo, com os complementos arruela e porca e algumas vezes, con-traporca.

A arruela tem a finalidade de distribuir as tensões de aperto, mas principalmente permitir a rotação da porca quando está sendo dado o aperto.

A arruela é de aço tratado termicamente e é sempre colo-cada entre a porca e a face do perfil de aço. Em estruturas de aço não se usa arruela do lado da cabeça do parafuso.

A resistência do parafuso é dada pela resistência das superfícies que devem ser rompidas na ação de corte – cisalhamento.

* obs: os rebites estão em desuso atualmentee são usados, quase somente para restaurode estruturas metálicas antigas

Parafuso Comum



Quanto maior o número de superfícies de corte maior é a resistência do parafuso.

Resistência de uma superfície de cisalhamento:

δ = tensão de cisalhamento

d = diâmetro do parafuso

F = força na superfície

Quando temos duas superfícies:

Quando temos quatro superfícies:

Devemos cuidar para que as chapas e os parafusos não sejam esmagados pela tensão de contato, bem como, que a chapa não venha a rasgar-se.

A ação do parafuso pressupõe que haja um pequeno movimento entre as partes para manifestar-se o cisa-lhamento e as ações de esmagamento e rasgamento.

Devemos evitar numa ligação parafusada:

. o cisalhamento do parafuso;

. o esmagamento;

. o rasgamento da chapa.

Mais raramente, se usam pinos parecidos com parafusos, só que estes não têm rosca e são usados quando necessitamos de diâ-metros maiores. Alguns pinos têm roscas no seu próprio corpo para fixar porcas.

Ligação com parafusos de alta resistência.Fonte: Gerdau Açominas



Historicamente, o parafuso de alta resistência surgiu quando se estudavam ligações rebitadas com colocação de rebites a quente. Quando o aço, depois de aquecido retraía desenvolvia-se forte aperto entre as chapas, de maneira que, pela presença da força de atrito, as chapas não se deslocavam, gerando uma ligação rígida, como acontece com a ligação soldada. Assim surgiu o parafuso de alta resistência. É um parafuso que devido ao aperto da porca, gera uma força de compressão tão alta que pelo atrito as chapas não se movimentam entre si.

Parafusos de Alta Resistência

Sendo o coeficiente de atrito π a força que aparece se opondo à força F:

Fat = πPFat > HπP > Fπ = coeficiente de atrito

Os parafusos de alta resistência têm um comportamento como o da solda, ou seja, eles ligam as partes de ma-neira que não ocorra movimento relativo.

Tipos de Ligações

Ligação Flexível - “Articulação Fixa” Ligação Semi Rígida

Ligação Rígida - “Engaste”

As ligações podem ser classificadas em flexíveis, semi-rígidas e rígidas.

As ligações flexíveis são as que permitem o maior movi-mento. São as mais simples de serem executadas e tam-bém as mais baratas. As rígidas permitem movimentos muito pequenos e são mais caras.



Conexões Típicas Parafusadas

Tabela de curvas de rotação das vigas de acordo com a conexão de extremidade

(fonte: BELLEY, 1998)



Há uma nítida preferência em se fazer ligações flexí-veis, principalmente em edifícios quando temos outros elementos que permitem dar estabilidade ao conjunto, como um núcleo rígido de concreto ou de aço.

Os rebites são feitos de aço ASTM A-36 e são deformados para formarem uma cabeça do lado oposto da chapa de aço, onde já existe a outra cabeça do rebite. Os rebites, até 1/2 polegada, são deformados a frio. Acima de 1/2 pole-gada, são deformados a quente.

A operação de se colocar o rebite chama-se “cravação”. E podemos ter vários tipos de cabeça.

Rebites

Como já foi dito, hoje em dia os rebites são usadosapenas em restauro de estruturas metálicas.

Depois do parafuso desenvolve-se a solda, que é o mais eficiente meio de ligação para a execução de estrutu-ras de aço. Os parafusos, tanto os comuns quanto os de alta resistência, são utilizados quando forem viáveis em condições de montagem. O parafusamento, conforme a junta, pode ser mais rápido de ser executado do quea solda.

A solda é obtida pela fusão do eletrodo, que é composto de um metal mais resistente do que as partes que vai unir. O eletrodo é revestido com um material que propicia uma melhor fusão dos materiais eletrodos e materiais de base, sem fazer parte da nova liga.

Os eletrodos são fundidos através do arco voltaico que, através do efeito joule, funde os materiais dando uma liga mais resistente que o aço que vai unir. A solda pode ser feita através de corrente contínua ou alternada, em função de necessidade de maior penetração ou cobertura que se deseja obter. Também são feitas com vários diâmetros de eletrodos, em função da solda do que se quer fazer e da potência do equipamento de solda.

Solda

As superfícies de emenda devem ser preparadas para propiciar uma melhor união em função da espessura das chapas. Chapas até 13mm não necessitam de nenhum tipo de acabamento especial.

As soldas podem ser:

• entalhe com penetração total • entalhe com penetração parcial • solda de filete• e solda de tampão

A solda de tampão funciona como se fosse um parafuso.

As soldas podem ser contínuas ou descontínuas, conforme exigir o projeto.

Soldas descontínuas permitem penetração de umidade, causando corrosão.



Figura: Esquema do equipamento de soldagemcom o eletrodo revestido, sendo este o métodode soldagem mais comum.

Tipos de Entalhe para Solda



símbolos básicos de solda (Fonte: BELLEI, 1998)

Localização dos elementos no símbolo de soldagem



Deformação devido à Solda

A solda, quando esfria se contrai, distorcendo a peça. A seqüência alternada de soldagem per-mite que se compense esta ação. Faz-se, alternadamente, a solda de um lado e do outro, até terminar-se a solda de maneira contínua.

Em estruturas mais complexas as tensões devidas à solda se somam as tensões da estrutura.

Diagramas de Tensões Residuais de Solda



A solda pode ser verificada pelos seguintes métodos:

. Inspeção visual (é sempre feita)

. Líquido penetrante

. Ultra-som

. Raio X

obs: a relação acima esta na ordem contrária de eficiência

A inspeção visual é a primeira que se faz, pois existem padrões visuais que facilitam a análise.

O líquido penetrante é para detectar fissuras superfi-ciais. Passa-se um líquido na superfície que se quer inspecionar e depois é feito o polvilhamento de um pó, normalmente vermelho. Havendo fissuras, essas ficam marcadas pelo pó que entra pela fissura.

A inspeção por ultra-som é adequada tanto para defei-tos superficiais quanto para defeitos internos.

O raio X é semelhante ao ultra-som, porém, com muito maior confiabilidade, pois o raio X fica registrado. No caso de uma obra importante deve-se escolher o mé-todo de verificação da solda e devem ser fixadas as porcentagens dos cordões de solda que deverão ser verificados. Podemos inspecionar, por exemplo, através de raio X 100% do trecho ou 60% do trecho, a critério do projetista.

Técnicas para Verificar a Eficiência da Solda

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