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  • CLCULO DE LIGAES EM ESTRUTURA METLICA

    Emmyle Marcon1, Zacarias M. Chamberlain. Pravia 2

    Resumo: Com base nos procedimentos empregados pela ABNT NBR8800:2008 [1] para determinar as ligaes em estruturas metlicas, este trabalho aborda o clculo de ligaes em estrutura metlica apresentando detalhes comuns das ligaes, em galpes ou edificaes industriais, edificaes comerciais ou de habitao. Alm dos detalhes, apresentam-se as prescries da norma e exemplos de dimensionamento para as ligaes de uso comum e o desenvolvimento de planilhas para auxiliar no calculo das ligaes mais utilizadas.

    1. CONSIDERAES INICIAIS

    Conforme a ABNT NBR8800:2008 [1] as ligaes metlicas consistem em elementos de conexo, como enrijecedores, chapas de ligao, cantoneiras, e meios de ligao, como soldas, parafusos, barras redondas rosqueadas e pinos.

    Esses componentes devem ser dimensionados de forma que sua resistncia de clculo a um determinado estado-limite ltimo seja igual ou superior solicitao de clculo, determinada pela anlise da estrutura sujeita s combinaes de clculo das aes e pela porcentagem especificada da resistncia da barra ligada. Em algumas situaes especficas, o dimensionamento pode tambm ter como base um estado-limite de servio.

    A Tabela 1, mostrada abaixo ilustra os tipos mais usuais de ligaes em estrutura metlica:

    1 Eng. Civil UPF Setor de Engenharia METASA S/A emmylemarcon@hotmail.com

    2 D. Sc., Professor Titular FEAR/UPF zacarias@upf.br

  • Tabela 1: Exemplo das principais formas de ligaes em estrutura metlica.

    Tipo de Ligao Vista Lateral Vista Frontal Perspectiva

    Viga - Viga

    Viga Coluna transmitindo

    esforo cortante

    Viga Coluna engastada

    Ligao em trelias

    Placa de base para colunas

  • Emenda de coluna

    Emenda de viga

    2. CLASSIFICAO DAS LIGAES CONFORME A RIGIDEZ

    As respostas de uma estrutura as aes solicitantes so muito afetados pela rigidez das ligaes, ou seja, sua capacidade de impedir a rotao relativa local das peas ligadas. Por esta razo, no modelo para a anlise estrutural, deve-se indicar corretamente o grau de rigidez de cada ligao. As ligaes devero estar convenientemente concebidas e dimensionadas, sob pena da estrutura no se comportar, em termos de deslocamento e rotaes, conforme desejado. Dessa forma as ligaes devero ser projetadas conforme as hipteses feitas para os ns das barras na anlise estrutural. Nos locais onde foram previstas ligaes rgidas devero ser previstos detalhes que efetivamente impeam a rotao relativa das partes (Figura 1a). No local onde a ligao deve permitir a rotao relativa das partes, os detalhes devero ser tais que propiciem essa rotao com o nmero de restrio. (Figura 1b).

    (a) Ligao Rgida (b) Ligao Flexvel Figura 1: Ligao Rgida e Flexvel

  • Alm das ligaes rgidas ou flexveis, pode se utilizar a ligao semi-rgida, dever ser conhecido primeiro a relao de dependncia entre o momento resistente e a rotao, sendo esta ultima raramente utilizada devido dificuldade de se estabelecer esta relao.

    Para apresentar graficamente o comportamento dos trs tipos de ligao, pode ser traado o diagrama Momento/Rotao para diversas ligaes, conforme Figura 2, (INSTITUTO BRASILEIRO DE SIDERURGIA, 2004).

    Figura 2: Diagrama Momento/Rotao

    Nela esto indicadas as curvas relativas s ligaes rgidas, semi-rgidas e flexveis e tambm a reta que relaciona momentos e rotaes nos apoios para uma viga submetida carga uniforme.

    3. RESISTNCIA MNIMA DAS LIGAES

    Conforme a ABNT NBR8800:2008 [1], ligaes sujeitas a uma fora solicitante de clculo, em qualquer direo, inferior a 45 KN, excetuando-se diagonais e montantes de travejamento de barras compostas, tirantes constitudos de barras redondas, travessas de fechamento lateral e teras de cobertura de edifcios, devem ser dimensionadas para uma fora solicitante de clculo igual a 45 KN, com direo e sentido da fora atuante.

    Recomenda-se, a critrio do responsvel tcnico pelo projeto, que as ligaes de barras tracionadas ou comprimidas sejam dimensionadas no mnimo para 50 % da fora

  • axial resistente de clculo da barra, referente ao tipo de solicitao que comanda o dimensionamento da respectiva barra (trao ou compresso).

    4. CLASSIFICAO CONFORME OS MEIOS DE LIGAO

    As ligaes podem ser soldadas e/ou aparafusadas, sendo que, na maioria das vezes, o clculo da ligao implica na verificao de grupos de parafusos e de linhas de solda.

    Os parafusos devem resistir a esforos de trao e/ou cisalhamento (Figura 3), ao passo que as soldas devem resistir a tenses de trao, compresso e/ou cisalhamento (Figura 4), (INSTITUTO BRASILEIRO DE SIDERURGIA, 2004).

    (a) Trao dos parafusos (b) Cisalhamento dos parafusos

    Figura 3: Esforos dos parafusos

  • (a) Trao ou compresso na solda (b) Cisalhamento na solda Figura 4: Esforos em soldas

    5. ESPECIFICAES DE DIMENSIONAMENTO PARA SOLDA

    Se em uma mesma ligao forem usados dois ou mais tipos de solda (penetrao, filete, tampo em furos ou rasgos), a resistncia de clculo de cada um destes, deve ser determinada separadamente e referida ao eixo do grupo, a fim de se determinar a resistncia de clculo da combinao. Sendo, que este mtodo de compor resistncias individuais de soldas no aplicvel a soldas de filete superpostas a soldas de penetrao parcial, situao na qual se deve pesquisar a seo crtica da solda e do metal-base.

    A resistncia de clculo de soldas baseada em dois estados limites ltimos, na ruptura da solda na seo efetiva e no escoamento do metal base na face de fuso. A fora resistente de clculo, Fw,Rd, dos diversos tipos de solda est indicada na Tabela 2, na qual Aw a rea efetiva da solda, AMB a rea do metal-base, fy a menor resistncia ao escoamento entre os metais-base da junta e fw a resistncia mnima trao do metal da solda.

  • Tabela 2: Fora resistente de clculo de soldas.

    Fonte: Item 6.2.5.1 - Tabela 8 - ABNT NBR8800:2008

    Em nenhuma das situaes a resistncia da solda poder ser tomada como maior que a resistncia do metal base na ligao. Nas soldas de filete ou de entalhe, a solicitao considerada como sendo o cisalhamento na seo efetiva, provocado pela resultante vetorial de todas as foras na junta que produzam tenses normais ou de cisalhamento na superfcie de contato das partes ligadas. Alm da verificao dos estados limites ltimos a ABNT NBR8800:2008 estabelece algumas disposies construtivas relativas solda, tais como:

    As espessuras mnimas de gargantas efetivas de soldas de penetrao parcial esto indicadas na Tabela 3. A dimenso da solda deve ser estabelecida em funo da parte mais espessa soldada, exceto que tal dimenso no necessita ultrapassar a espessura da parte menos espessa, desde que seja obtida a fora resistente de clculo necessria. Para essa exceo e para que se obtenha uma solda de boa qualidade, devem ser tomados cuidados especiais usando-se preaquecimento. No podem ser usadas soldas de penetrao parcial em emendas de peas fletidas.

  • Tabela 3: Espessura mnima da garganta efetiva de uma solda de penetrao parcial.

    Fonte: Item 6.2.6.1- Tabela 9 - ABNT NBR8800:2008

    O tamanho mnimo da perna de uma solda de filete dado na Tabela 4, em funo da parte menos espessa soldada.

    Tabela 4: Tamanho mnimo da perna de uma solda de filete.

    Fonte: Item 6.2.6.2- Tabela 10 - ABNT NBR8800:2008

    O tamanho mximo da perna de uma solda de filete que pode ser usado ao longo de bordas de partes soldadas o seguinte:

    a) Ao longo de bordas de material com espessura inferior a 6,35 mm, no mais do que a espessura do material;

    b) Ao longo de bordas de material com espessura igual ou superior a 6,35 mm, no mais do que a espessura do material subtrada de 1,5 mm, a no ser que nos desenhos essa solda seja indicada como reforada durante a execuo, de modo a obter a espessura total desejada da garganta.

  • O comprimento efetivo de uma solda de filete, dimensionada para uma solicitao de clculo qualquer, no pode ser inferior a 4 vezes seu tamanho da perna e a 40 mm ou, ento, esse tamanho no pode ser considerado maior que 25 % do comprimento efetivo da solda.

    6. ESPECIFICAES DE DIMENSIONAMENTO PARA PARAFUSOS

    As conexes parafusadas podem ser de dois tipos: conexes do tipo contato ou tipo atrito. No primeiro tipo, pode-se utilizar parafusos comuns ou de alta resistncia, j que os parafusos so instalados sem aperto controlado (protenso). Quanto ao segundo tipo, apenas os parafusos de alta resistncia podem ser utilizados, uma vez que a resistncia ao deslizamento est diretamente ligada protenso aplicada aos parafusos.

    reas de Clculo

    A seguir so descritas as reas de calculo para os parafusos.

    rea efetiva para presso de contato: A rea efetiva para presso de contato do parafuso igual ao dimetro do

    parafuso multiplicado pela espessura da chapa considerada.

    rea efetiva do parafuso: A rea resistente ou rea efetiva de um parafuso ou de uma barra redonda

    rosqueada (Abe), para trao, um valor compreendido entre a rea bruta e a rea da raiz da rosca. A rea considerada igual a 0,75Ab , sendo Ab a rea bruta, baseada no dimetro do parafuso ou no dimetro externo da rosca da barra redonda rosqueada, db. Logo:

  • Fora resistente de clculo

    Trao: A fora de trao resistente de clculo de um parafuso tracionado, dada por:

    Cisalhamento A fora de cisalhamento resistente de clculo de um parafuso por plano de

    corte, para parafusos de alta resistncia, quando o plano de corte passa pela rosca e para parafusos comuns em qualquer situao:

    Se para parafusos de alta resistncia, o plano de corte no passa pela rosca, usar a formula abaixo: