Manual de Construção Em Aço - Ligações Em Estruturas Metalicas Vol 1

7/22/2019 Manual de Construo Em Ao - Ligaes Em Estruturas Metalicas Vol 1

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LIGAES EM

ESTRUTURAS METLICASVOLUME 1

4. Edio revisada e atualizada


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Srie Manual de Construo em Ao

Galpes para Usos Gerais Ligaes em Estruturas Metlicas Vol. 1 e 2 Edifcios de Pequeno Porte Estruturados em Ao Alvenarias Painis de Vedao Resistncia ao Fogo das Estruturas de Ao Tratamento de Superfcie e Pintura Transporte e Montagem Steel Framing: Arquitetura Interfaces Ao-Concreto Steel Framing: Engenharia Pontes e Viadutos em Vigas Mistas Trelias tipo Steel Joist Viabilidade Econmica Dimensionamento de Pers Formados a Frio conforme NBR 14762 e NBR 6355 (CD) Projeto e Durabilidade Estruturas Mistas Vol. 1 e 2 Preveno contra Incndio no Projeto de Arquitetura


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INSTITUTO AO BRASILALEXANDRE LUIZ VASCONCELLOS(REV.)

LIGAES EMESTRUTURAS METLICAS

VOLUME 14. Edio revisada e atualizada

INSTITUTO AO BRASILCENTRO BRASILEIRO DA CONSTRUO EM AO

RIO DE JANEIRO

2011


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2011 INSTITUTO AO BRASIL /CENTRO BRASILEIRO DA CONSTRUO EM AO

Nenhuma parte desta publicao pode ser reproduzida por quaisquer meio, sem a prviaautorizao desta Entidade.

Ficha catalogrca preparada pelo Centro de Informaes do Instituto Ao Brasil/CBCA

1a Edio , 19872a Edio, Maio 20013a Edio, Outubro 20044.Edio, Agosto 2011

Instituto Ao Brasil / Centro Brasileiro da Construo em AoAv. Rio Branco, 181 / 28o Andar20040-007 - Rio de Janeiro - RJ

e-mail: [email protected]: www.cbca-acobrasil.org.br

I59l Instituto Ao Brasil Ligaes em estruturas metlicas. Volume 1 / Instituto Ao Brasil, Alexandre Luiz

Vasconcellos(rev.). - Rio de Janeiro: Instituto Ao Brasil /CBCA, 2011.

59p.; 29 cm. -- ( Srie Manual de Construo em Ao)

ISBN 978-85-89819-27-5

1.Ligaes exveis 2. Construo em ao 3. Ligaes rgidas 4. Ligao de pea

tracionada I. Ttulos (srie) . II. Vasconcellos, Alexandre Luiz

CDU 692.1:691.714

4a edio rev.


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SUMRIO

Captulo 1

Dispositivos de ligao 091 Dispositivos de ligao 101.1 Parafusos 111.1.1 Parafusos de baixo carbono 111.1.2 Parafusos de alta resistncia 121.1.2.1Mtodos para aplicao da fora de protenso 141.2 Soldas 151.2.1 Soldagem com eletrodo revestido ou processo SMAW 161.2.2 Soldagem com proteo gasosa ou processo GMAW 181.2.3 Soldagem com uxo no ncleo ou processo FCAW 19

1.2.4 Soldagem a arco submerso ou processo SAW 191.2.5 Compatibilidade entre metais para soldagem 191.2.6 Simbologia da soldagem 201.2.7 Controle de qualidade das soldas 30

Captulo 2Classicao das ligaes 332 Classicao das ligaes 342.1 Segundo os esforos 342.2 Segundo a rigidez 34

2.2.1 Ligao rgida 372.2.2 Ligao exvel 382.3 Ligao semi-rgida 38

Captulo 3Resistncia de parafusos 393 Resistncia de parafusos 403.1 Generalidades 403.2 Parafusos 403.2.1 Conexes do tipo contato 41

3.2.1.1Trao 413.2.1.2Fora cortante 423.2.1.2.1Cisalhamento do corpo do parafuso 423.2.1.2.2Presso de contato no furo 423.2.1.2.3Trao e cisalhamento combinados 443.2.2 Resistncia de clculo em conexes do tipo atrito 453.2.3 Dimenses e uso de furos 483.2.3.1Pega longa e ligaes de grande comprimento 493.2.4 Efeito alavanca 493.2.4.1Determinao do efeito alavanca 50


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Captulo 4Resistncia de soldas 534 Resistncia de soldas 54

4.1 Generalidades 544.2 Solda de lete 544.2.1 Disposies construtivas para solda de lete 554.3 Solda de entalhe 564.3.1 Penetrao parcial 564.3.2 Penetrao total 574.3.3 Disposies construtivas para soldas de entalhe 584.4 Solda de tampo 584.4.1 Disposies construtivas para solda de tampo 58


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Atualmente, os dispositivos mais utilizados para a unio de elementos estruturais em ao so osparafusos (de baixo carbono ou de alta resistncia) e a solda eltrica.

Neste Manual esto apresentadas consideraes especcas e exemplos de clculo utilizando essesdois principais dispositivos de ligao em estruturas de ao, tornando-se necessria a consulta da NBR8800:2008 durante a leitura, para perfeito entendimento do texto.

Vale observar a utilizao do Sistema Internacional de Unidades: - Caractersticas geomtricas das sees expressas em centmetros (cm); - Foras em quilonewtons (kN); - Momentos etores em quilonewtons x cm (kNcm); - Tenses em quilonewtons / centmetros quadrados (kN/cm) ou megapascais (MPa).

Apresentao


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Captulo 1

Dispositivos de Ligao


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1 - Dispositivos de Ligao

O termo ligao aplicado a todos os detalhes construtivos que promovam a unio de partes

da estrutura entre si ou a sua unio com elementos externos a ela, como por exemplo, as funda-es.

A Figura 1 ilustra alguns exemplos dos principais tipos de ligao em estrutura de ao.

Dispositivos de ligao

Viga - viga

Viga coluna transmitindo apenas fora cortante

Viga coluna engastada

Ligao em trelias

Placa de base para colunas

Emenda de coluna

Emenda de viga

Figura 1 - Exemplos de ligao em estruturas de ao.


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As ligaes so compostas dos elemen-tos de ligao e dos meios de ligao.

Os elementos de ligao so todos oscomponentes includos no conjunto para per-mitir ou facilitar a transmisso dos esforos:

- enrijecedores;- chapas de ligao;- placas de base;- cantoneiras;- consolos;- talas de emenda e- parte das peas ligadas envolvidas lo-

calmente na ligao.

Os meios de ligao so os elementosque promovem a unio entre as partes da es-trutura para formar a ligao:

- soldas;- parafusos;- barras redondas rosqueadas e- pinos.

Uma ligao deve ser dimensionada deforma que a sua resistncia de clculo sejaigual ou superior solicitao de clculo ouuma porcentagem especicada da resistnciade clculo da barra.

As solicitaes de clculo (foras e mo-mentos etores) so calculadas por meio daanlise da ligao sujeita s aes respectiva-mente multiplicadas pelos coecientes de pon-

derao e combinao especcos. Em outraspalavras, as ligaes devem ter resistnciasuciente para suportar as aes atuantes esatisfazer todos os requisitos bsicos apresen-tados na NBR 8800: 2008.

A resistncia de clculo da ligao serdeterminada com base na resistncia dos ele-mentos e meios de ligao que a compem.

Alm disso, devem ser atendidos os se-guintes requisitos da NBR 8800:2008:

- Permitir a execuo de maneira ade-quada e em boas condies de segurana dafabricao, do transporte, do manuseio e da

montagem da estrutura;

- Com exceo de diagonais e montantesde travejamento de barras compostas, barrasredondas para tirantes, teras e longarinas, asligaes devem ser dimensionadas para umafora solicitante mnima de 45kN, com direoe sentido da fora atuante;

- Ligaes de barras tracionadas ou com-

primidas devem ser dimensionadas no mnimopara 50% da fora axial resistente de clculoda barra;

Essa ltima condio estabelece umacompatibilidade entre a resistncia da barra ea da ligao, ou seja, independentemente dovalor da solicitao, a ligao deve pelo menosapresentar uma resistncia de clculo igual metade da resistncia de clculo da barra.

Em algumas situaes especcas, o di-mensionamento tambm pode ter como baseum estado-limite de servio (NBR 8800:2008,6.1.1.2).

1.1 - Parafusos

1.1.1 - Parafusos de baixo carbono

Tambm conhecidos como parafusos co-

muns, seguem as especicaes ASTM A307ou ISO 898-1 Classe 4.6 e so fabricados apartir de o mquina ou barras de ao combaixo teor de carbono, sendo mais utilizado oASTM A307 (para resistncia mnima rupturaver tabela 7)

Os parafusos de baixo carbono utilizadosem estruturas de ao tm, em geral, cabeae porca sextavada, com rosca parcial ou aolongo de todo o corpo do parafuso (gura 2).

A instalao feita sem especicao de tor-que de montagem (aperto), desconsiderandoa resistncia ao deslizamento entre as partesconectadas.


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Figura 2 Parafuso de baixo carbono

As ligaes envolvendo parafusos debaixo carbono so assumidas sempre comoligaes do tipo contato, ou seja, os parafusosso solicitados ao cisalhamento, trao ou aambos os esforos simultaneamente. Os es-foros de trao so transmitidos diretamentepor meio de trao no corpo do parafuso e osesforos de cisalhamento so transmitidos porcisalhamento do corpo do parafuso e o contatode sua superfcie lateral com a face do furo,devido ao deslizamento entre as chapas ligadas(gura 3).

Figura 3 Transmisso de esforos em parafusos de baixocarbono.

1.1.2 - Parafusos de Alta Resistncia

A utilizao de aos de alta resistnciamecnica na fabricao de parafusos permitea montagem desses parafusos com protensoevitando o deslizamento entre as partes co-nectadas, pois as superfcies de contato daschapas cam rmemente pressionadas umascontra as outras. Assim, quanto maior o torque,maior a presso de contato imposta, maior a

fora de atrito mobilizada e, consequentemen-te, maior a resistncia ao deslizamento (gura4).

Figura 4 - Efeito do torque aplicado na porca.

Os esforos de cisalhamento nas ligaescom parafusos de alta resistncia so trans-mitidos ou por atrito, devido presso entreas partes ligadas, nas chamadas ligaes poratrito, ou por contato do corpo do parafusocom as paredes do furo, com cisalhamentodo corpo do parafuso, nas chamadas ligaespor contato.

De acordo com a NBR 8800:2008, asduas formas de transmisso de esforos nopodem ser superpostas, sendo a resistncialtima do parafuso independente do atrito entreas partes. O projeto de ligaes por atrito preci-sa tambm levar em conta se o deslizamento um estado-limite de servio ou um estado-limiteltimo (ver item 3.2.2 frente).

Para desenvolver as foras de atrito, as

partes parafusadas da estrutura no podemser separadas por quaisquer materiais, inclu-sive pintura, que no sejam aos estruturais,devendo car totalmente em contato quandomontadas. Devem ainda, estar isentas deescamas de laminao, rebarbas, sujeiras ouqualquer outra matria estranha que impea operfeito contato entre as partes.


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A protenso aplicada quando da monta-gem dos parafusos a mesma para ligaes

por atrito e por contato. A diferena entre elasest no acabamento exigido para as superfciesde deslizamento das chapas e no desempenho,em funo do carregamento, ao longo da vidatil:

- a ligao por contato indicada paracarregamentos predominantemente estticos,onde o eventual deslizamento entre as partesligadas no afeta a vida til dos parafusos e daprpria ligao e nem o comportamento global

da estrutura;

- a ligao por atrito indicada para car-regamentos dinmicos e para os casos em quequalquer deslizamento entre as partes ligadaspossa afetar o comportamento previsto para aestrutura.

A utilizao de aos de alta resistn-cia mecnica na fabricao de parafusos

na especicao ASTM A325 e A490 ou naespecicao ISO 4016 Classe 8.8 ou 10.9,todos com rosca UNC parcial, ocorreu aps acomprovao experimental de que a aplicaode torque na instalao dos parafusos evitao deslizamento entre as partes conectadasquando cam rmemente pressionadas umascontra as outras.

Os fabricantes de parafusos de alta resis-

tncia estampam na cabea as especicaesA325 ou A490 (gura 5).

A cabea e a porca desses parafusos sohexagonais e bem mais robustas que as cor-respondentes aos parafusos de baixo carbono.As porcas para os parafusos A325 so fabrica-das com o mesmo material (A325), enquantoque para os parafusos A490 so utilizadas asporcas em ao A194 com tratamento trmico

especial. As arruelas devem estar em confor-midade com as ltimas especicaes ASTMF-436 para serem empregadas com ambos os

tipos de parafusos.

No caso de parafusos A325 deve-se usar

arruelas sob o elemento que gira (de prefern-cia a porca) e nos parafusos A490 sob a cabeae a porca, no caso do material base apresentarlimite de escoamento inferior a 280 MPa.

As dimenses dos parafusos, porcas earruelas so especicadas na ASME B18.2.6,considerando parafusos de cabea hexagonale porca hexagonal pesada. As dimenses bsi-cas dos parafusos e porcas de alta resistncia

esto apresentadas na tabela 1.

O comprimento do parafuso deve ser talque, aps a instalao, sua extremidade coin-cida ou ultrapasse a face externa da porca,considerando para isto, uma folga no clculodo comprimento para compensar as tolernciasde execuo do parafuso e da estrutura.

Figura 5 Parafuso de alta resistncia.


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Tabela 1 - Dimenses bsicas de parafusos e porcas de alta resistncia conforme ASMEB18.2.6.

1.1.2.1 - Mtodos para aplicao dafora de protenso

Segundo a NBR 8800:2008, o controle doaperto dos parafusos pode ser feito mediantetrs processos:

- Aperto pelo mtodo da rotao da porca:neste mtodo, para aplicar a fora de proten-

so mnima especicada na Tabela 15 da NBR8800:2008 e reproduzida no item 3.2.2 adiante,deve haver nmero suciente de parafusos nacondio de pr-torque, de forma a garantir queas partes estejam em pleno contato. Dene-secondio de pr-torque como o aperto obtidoaps poucos impactos aplicados por uma chavede impacto ou pelo esforo mximo aplicadopor uma pessoa usando uma chave normal.Aps essa operao inicial, devem ser coloca-

dos parafusos nos furos restantes e em seguida

tambm levados condio de pr-torque. Aseguir, todos os parafusos recebem um apertoadicional por meio da rotao aplicvel da por-ca, como indicado na Tabela 2. Tanto o apertoadicional quanto o torque nal devem iniciar-sepela parte mais rgida da ligao e prosseguirem direo s bordas livres. Durante essa ope-rao, a parte oposta quela em que se aplicaa rotao no pode girar.


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Tabela 2 Rotao da porca a partir da posio de pr-torque.

- Aperto com chave calibrada ou chavemanual com torqumetro: tais chaves devemser reguladas para fornecer uma protensomnima 5% superior protenso dada na Ta-bela 11 adiante. As chaves devem ser calibra-das pelo menos uma vez por dia de trabalho,para cada dimetro de parafuso a instalar edevem ser recalibradas quando forem feitasmudanas signicativas no equipamento ouquando for notada uma diferena signicativanas condies de cada superfcie dos parafu-sos, porcas e arruelas. Para demais condiesvide item 6.7.4.4.2 da NBR 8800:2008.

- Aperto pelo uso de um indicador diretode trao: permitido apertar parafusos pelouso de um indicador direto de trao, desdeque que demonstrado, por um mtodo precisode medida direta, que o parafuso cou sujeito fora mnima de protenso estabelecida naTabela 11 adiante.

- Parafusos com controle de trao: per-mitido o uso de parafusos com controle diretode trao desde que sejam obedecidos osrequisitos da Specication for Structural jointsusing ASTM A325 or A490 do AISC (AmericanInstitute os Steel Construction).

1.2 - SoldasA unio de componentes metlicos pode

ser feita por meio da fuso de eletrodos metli-cos. Devido alta temperatura produzida porum arco voltaico, processa-se tambm a fusoparcial dos componentes a serem ligados. Apso resfriamento, metal base e metal do eletrodopassam a constituir um corpo nico.

Essa operao necessita de uma fontede energia eltrica de baixa voltagem e altaamperagem a m de gerar o calor necessrio

e os aos devem ter soldabilidade.


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A soldabilidade de um ao indica a facili-dade da execuo de uma junta por meio doprocesso de soldagem sem defeitos e livre de

ssuras ou falhas. Alguns aos estruturais somelhores para a soldagem do que outros e osprocedimentos de soldagem devem levar emconta a composio qumica do metal base.

A NBR 8800:2008 recomenda a aplicao

das disposies contidas no Structural WeldingCode da American Welding Society (AWS) paraa especicao dos materiais de soldagem eapresenta os quatro processos de soldagem

mostrados na tabela 3.

Tabela 3 - Processos de soldagem se-gundo a NBR 8800:2008.

Processo de soldagem Sigla

Soldagem com eletrodo re-vestido ou Shield Metal ArcWelding

SMAW

Soldagem com proteo ga-

sosa ou Gas Metal Arc Wel-ding

GMAW

Soldagem com uxo no ncleoou Flux Cored Arc Welding

FCAW

Soldagem a arco submerso ouSubmerged Arc Welding

SAW

1.2.1 - Soldagem com eletrodo reves-tido ou Processo SMAW

Esse o mais antigo e o mais verstildentre os vrios processos de soldagem aarco, unindo metais pelo aquecimento entreum eletrodo revestido (consumvel) e o metalbase. O metal fundido do eletrodo transferidoatravs do arco at a poa de fuso do metalbase, formando-se assim, o metal de soldadepositado.

Eles so protegidos por uma atmosferade gases produzida a partir da decomposiodo revestimento e formam uma escria que

migra para a superfcie em funo de sua me-nor densidade cobrindo o depsito e tambmcontrolando a taxa de resfriamento (gura 6).

A escria deve ser removida depois decada passe de solda.

Soldagem por aquecimento dos elementos pormeio de um arco eltrico entre o metal base e o eletrodorevestido, cuja fuso do revestimento forma a escria deproteo solidifcada.

Figura 6 - Soldagem com eletrodo revestido.

A soldagem com eletrodo revestido oprocesso mais usado dentre todos devido simplicidade do equipamento, resistncia, qualidade das soldas e tambm ao baixo custo.Possui grande exibilidade e solda a maioriados metais numa ampla faixa de espessuras.A soldagem por esse processo pode ser feitaem quase todos os lugares e em condiesextremas. A operao totalmente manual eo equipamento de soldagem consiste de uma

fonte de energia, cabos de ligao, um porta-eletrodo (alicate), conector de terra (garra)e o eletrodo em si. O suprimento de energiapode ser tanto em corrente alternada comocontnua.

O eletrodo consiste de uma vareta met-

lica (alma do eletrodo), com um revestimentono metlico. A alma do eletrodo estabelece oarco voltaico e fornece metal de adio para a

solda. Diferentes tipos de eletrodos so produ-zidos, geralmente contendo ligas para adicionardurabilidade, fora e ductilidade solda.


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Para manter suas caractersticas eltricas, fsicas, mecnicas e metalrgicas, os eletrodosdevem ser adquiridos em embalagens hermeticamente fechadas e aps a abertura da embalagem,mantidos em estufas com temperatura de no mnimo 120C. No podem ser reaquecidos mais de

uma vez e devem ser descartados se forem molhados.Na especicao AWS, os eletrodos so designados pela letra E e um conjunto de algar-

ismos (gura 7):

Figura 7 Posies de soldagem e designao de eletrodos.


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Por exemplo:

- E 6010: (60): fw = 60ksi = 415MPa;

(1): adequado para todas as posies de sol-dagem;(0): corrente CC+ ou CA, grande penetrao,revestimento celulsico; uso: onde importantegrande penetrao.

- E 7018: (70): fw = 70ksi = 485MPa;(1): adequado para todas as posies de sol-dagem;(8): corrente CC+ ou CA, mdia penetrao,

revestimento bsico; uso: aos de baixa-liga.

1.2.2. Soldagem com proteo gasosa ouprocesso GMAW

Os processos mais utilizados com pro-teo gasosa so os sistemas:

- MIG (Metal Inert Gas), cuja proteo realizada principalmente com gases inertes

como Hlio ou Argnio;

- MAG (Metal Active Gas), cuja proteo realizada principalmente com gases ativoscomo o Dixido de Carbono, Oxignio e Ni-trognio.

Hoje, com as misturas gasosas contendoos mais variados teores de gases ativos einertes seria at difcil dizer quando MIG ou

quando MAG, mas pode-se armar que apartir do momento em que se adiciona no gsinerte qualquer porcentagem de um gs quepromova alteraes qumicas ou metalrgicado metal de solda, a mistura consideradaativa.

A soldagem MIG/MAG usa o calor deum arco eltrico entre um eletrodo nu, que o prprio arame slido alimentado com uma

velocidade constante a partir do aperto de umgatilho, e o metal base. O calor funde o naldo eletrodo e a superfcie do metal base para

formar a poa de fuso. A proteo do arco eda poa de solda fundida vem inteiramente dogs alimentado externamente (gura 8), que

pode ser inerte ou ativo ou ainda uma misturadestes, da a denominao do processo.

Em funo da proteo gasosa, esseprocesso no recomendado para serviosde campo.

Soldagem por aquecimento dos elementos

por meio de um arco eltrico entre o metal base e oeletrodo nu, protegido por um gs

Figura 8 - Soldagem MIG/MAG.

As maiores vantagens do processo MIG/MAG so: a alta velocidade de soldagem, ver-satilidade, a larga capacidade de aplicao,a alta taxa de deposio, mnimo respingo, abaixa liberao de gs e fumaa, a ampla faixade materiais e de espessuras que podem ser

soldados e a boa aparncia do cordo. um processo muito utilizado na solda-

gem de chapas nas.

O equipamento de soldagem MIG/MAGconsiste de uma pistola de soldagem, um su-primento de energia, um suprimento de gsde proteo e um sistema com gatilho paraacionamento de arame.


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1.2.3 - Soldagem com uxo no ncleo

ou Processo FCAW

O processo FCAW similar ao GMAWexceto pelo fato de que o eletrodo tubular eapresenta uxo no seu interior. Porm, possuicaractersticas operacionais totalmente distin-tas do GMAW e tem especicaes prprias.

1.2.4 - Soldagem a Arco Submerso ouProcesso SAW

A soldagem a arco submerso une metais

pelo aquecimento com um arco eltrico entreum eletrodo nu e o metal base. O arco e oeletrodo so protegidos por uma camada deuxo granular fusvel depositado sobre a peade trabalho.

O eletrodo utilizado como metal deadio, sem qualquer aplicao de presso.Normalmente, o processo SAW utilizado emsoldas planas e particularmente indicado para

soldas automticas e semi-automticas. Devido proteo do uxo, a proteo dos olhos no, normalmente, necessria.

Dispositivos automticos asseguram aalimentao do eletrodo a uma velocidadeconstante de tal forma que a movimentaodo arame em relao pea faz progredir con-comitantemente o banho de fuso que se en-contra sempre coberto e protegido pela escria

formada pelo uxo e impurezas (gura 9).

Soldagem por aquecimento dos elementos pormeio de um arco eltrico (submerso em uxo granular)

entre o metal base e o eletrodo nu.

Figura 9 - Soldagem a arco submerso.

Devido qualidade e rapidez de exe-cuo, esse processo muito utilizado nasoldagem de chapas espessas de ao, comopor exemplo, em pers soldados e dentre asvantagens deste processo, pode-se citar a alta

qualidade da solda e resistncia mecnica, taxade deposio e alta velocidade de deslocamen-to, alm da pouca fumaa.

1.2.5 - Compatibilidade entre Metais

para Soldagem

Muitos aos destinados construo deedifcios podem ser soldados sem cuidados ouprocedimentos especiais. A tabela 4, extrada

da NBR 8800:2008, 6.2.4, apresenta algunsmetais-base e tipos de eletrodo para diferentesprocedimentos de soldagem por arco eltricoe por tipo de ao.


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Tabela 4 Compatibilidade do metal base e do metal da solda.

1.2.6 - Simbologia da Soldagem

Smbolos padronizados em desenhos de engenharia so usados para indicar a localizao,detalhes do chanfro e outras informaes para as corretas operaes de soldagem. Existemsistemas de smbolos de soldagem desenvolvidos em normas de diferentes pases. No Brasil, osistema mais usado o da American Welding Society, atravs de sua norma AWS A2.4, Symbolsfor Welding and Nondestructive Testing. Um smbolo completo de soldagem consiste dos seguinteselementos:- Linha de referncia (sempre horizontal);- Seta;- Smbolo bsico da solda;- Dimenses e outros dados;- Smbolos suplementares;- Smbolos de acabamento;- Cauda;- Especicao de procedimento, processo ou outra referncia.

A gura 10 apresenta o conjunto de smbolos da AWS.

ER 8018 SGF 71T8 Ni1


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Figura 10 - Smbolos de solda eltrica segundo a AWS.

LOCALIZAO DE SOLDAS

Smbolos Bsicos de Solda


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A norma brasileira NBR 7165 apresenta vrios exemplos de uso da simbologia de soldagem.Alguns deles esto reproduzidos na tabela 5 a seguir.

Tabela 5 Exemplos da simbologia de soldagem.


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Tabela 5 Exemplos da simbologia de soldagem (continuao)


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1.2.7 - Controle de Qualidade das Sol-das

A menos que boas tcnicas e procedi-mentos de soldagem sejam usados, um grandenmero de defeitos pode ocorrer e resultar emdescontinuidades internas solda. Alguns dosdefeitos mais comuns so: fuso incompletado eletrodo, penetrao inadequada na junta,porosidade, altura de solda inadequada oumordeduras, absoro indesejvel de escriasna composio da solda e ssuras longitudinais

ou transversais.

Portanto, sem soldadores e inspetores

devidamente qualicados e um programa deprocedimentos de controle e inspeo bem

denidos, por exemplo, baseado nas reco-mendaes do AWS e AISC (American Instituteof Steel Construction), no ser possvel garan-tir a resistncia e a segurana de uma estruturaou partes da estrutura soldada.

Basicamente, o controle de qualidade dassoldas pode ser aferido com testes comentadosna tabela 6:



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Tabela 6 Controle de qualidade das soldas


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- Inspeo visual - dependem da ex-perincia do soldador ou inspetor para detectardefeitos superciais;

- Lquidos penetrantes: penetram nosdefeitos revelando-os por meio de um materialporoso ou uorescente, tambm para detectardefeitos superciais, principalmente em soldasde lete;

- Inspeo por partculas magnticas,cujo espalhamento destas partculas na super-fcie da solda detecta defeitos internos atravs

da sua disposio;

- Inspeo interna da solda por ultra-somatravs da emisso e recepo das ondas;

- Inspeo por radiograa com o empregode raios-X para detectar defeitos internos nasolda.


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Captulo 2

Classicao das Ligaes


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Classicao das ligaes

2 - Classifcao das Ligaes

Como visto, as ligaes podem ser classi-

cadas em soldadas ou parafusadas e, segun-do o item 6.1.9.1 da NBR 8800:2008, parafusosno podem ser considerados trabalhando emconjunto com soldas, exceto em ligaes acisalhamento, nas quais parafusos instaladosem furos-padro ou furos pouco alongadoscom a maior dimenso transversal direoda fora podem ser considerados trabalhandoconjuntamente a letes longitudinais de solda,desde que considerada menos de 50% da fora

resistente de clculo do grupo de parafusos.

Assim, quando classicamos as ligaesem parafusadas ou soldadas, na maioria dasvezes, o clculo da ligao implica na verica-o de grupos de parafusos ou de linhas desolda.

Pelas prprias caractersticas dos meiosde ligao, nas ligaes de fbrica prefervel o

uso da solda, enquanto nas ligaes de campoutilizam-se preferencialmente os parafusos.

Na anlise e dimensionamento de estru-turas metlicas sabe-se que no sucienteclassificar a ligao como indicado acima.Tambm devem ser consideradas outras clas-sicaes.

2.1 - Segundo os Esforos

Solicitantes

Os parafusos devem resistir a esforos detrao, cisalhamento ou ambos, ao passo queas soldas devem resistir a tenses de trao,compresso, cisalhamento ou a combinao detenses tangenciais e normais. Dependendodos esforos solicitantes e das posies rela-tivas desses esforos e dos grupos de parafu-sos ou linhas de solda resistentes, as ligaes

podem ser dos seguintes tipos bsicos:

- cisalhamento centrado (g. 11a);- cisalhamento excntrico (g. 11b);- trao ou compresso (g. 11c);

- trao ou compresso com cisalhamen-to (g. 11d).

Os esforos solicitantes podem aindaser constantes ao longo da vida til da liga-o (estaticamente aplicados) ou variveis aolongo dela (dinamicamente aplicados). Nestetrabalho sero analisadas apenas as ligaessubmetidas ao primeiro tipo de esforo.

Para ligaes submetidas a esforos va-riveis ao longo da vida til, a NBR 8800:2008,anexo K, dever ser consultada para as veri-caes adicionais.

2.2 - Segundo a Rigidez

fato que o comportamento mecnicodas ligaes inui sensivelmente na distribuiodos esforos e deslocamentos das estruturas,

tornando-se essencial o conhecimento da rigi-dez e da capacidade de rotao da ligao.

A anlise de esforos na estrutura metli-ca deve incluir a inuncia do comportamentodas ligaes entre os elementos estruturais.Como nesta fase, em geral, as ligaes noesto dimensionadas, a anlise pode ser feitabaseada no comportamento estimado.


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Fig. 11 - Esforos Solicitantes na Ligao


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Depois de dimensionadas as ligaes, se o seu comportamento no for consistente com aqueleestimado, a estrutura deve ser recalculada at a convergncia do processo.

Nas estruturas reticuladas, o comportamento das ligaes pode ser traduzido pela curva mo-mento etor-rotao (M

i-

i), como simplicadamente ilustrado na gura 12. Com base nesta curva

obtm-se as trs propriedades fundamentais de uma ligao:

- a rigidez (Si);

- o momento resistente (Mi,R

d);

- a capacidade de rotao (d).

A rotao de uma ligao i denida como a variao do ngulo formado pela tangente

aos eixos dos elementos conectados, aps a deformao, como ilustrado na gura 13.a para uma

ligao viga-pilar.

Fig. 12- Comportamento das Ligaes

Fig. 13- Ligaes Rgida e Flexvel


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O conhecimento da rigidez das ligaes fundamental para a anlise elstica das es-truturas. Quando se utilizam mtodos plsticos

de anlise tambm fundamental conhecera resistncia e a capacidade de rotao dasligaes.

Assim, alm das barras que compema estrutura, tambm as ligaes devero serconvenientemente concebidas e dimensiona-das, sob pena da estrutura no se comportarconforme desejado.

Dessa forma as ligaes devero serprojetadas conforme as hipteses feitas paraos ns das barras na anlise estrutural:

- nos locais onde foram previstas ligaesrgidas, devero ser previstos detalhes queefetivamente impeam a rotao relativa daspartes;

- nos locais onde a ligao deve permitira rotao relativa das partes, os detalhes de-vero ser tais que propiciem essa rotao com

o mnimo de restrio.

De acordo com o grau de impedimento darotao relativa de suas partes, as ligaes soclassicadas nos trs tipos a seguir descritos.

2.2.1 - Ligao Rgida

A ligao tal que o ngulo entre oselementos estruturais que se interceptam

permanece essencialmente o mesmo aps ocarregamento da estrutura.

A partir dos limites estabelecidos pelo item6.1.2 da NBR 8800:2008 uma ligao viga-pilarpode ser considerada rgida se:

Essa condio vlida somente para es-truturas nas quais, em cada andar, a seguintecondio satisfeita:

Si a rigidez da ligao, correspondente

a 2/3 do momento resistente de clculo daligao, denominada rigidez inicial;

Iv o momento de inrcia da seo

transversal da viga conectada no plano daestrutura;

Lv o comprimento da viga conectada;

Kv o valor mdio de para todas asvigas no topo do andarK

p o valor mdio de para todos os

pilares do andar

Ip o momento de inrcia da seo

transversal do pilar conectada no plano daestrutura;

Lp a altura do andar para um pilar.

Caso a primeira condio seja satisfeita,mas a segunda no, a ligao deve ser consi-derada semi-rgida.

A rigidez de uma ligao na anlise es-trutural, ou seja, sua capacidade de impedir arotao relativa local das peas ligadas, umaforma de obter-se indicaes da importncia

do seu comportamento na resposta global daestrutura e indica se a considerao dada sligaes (rgida, semi-rgida ou rotulada), emtermos de rotaes e deslocamentos, condizcom o comportamento real da ligao.

Os valores de Sipodem ser determinados

de acordo com o Eurocode 3 Part 1-8 ou combase em resultados experimentais.


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2.2.2 - Ligao Flexvel

Neste caso a restrio rotao relativa

entre os elementos estruturais deve ser topequena quanto se consiga obter na prtica.

No caso de vigas, sujeitas exo sim-ples, por exemplo, a ligao exvel transmiteapenas a fora cortante.

A partir dos limites estabelecidos pelo item6.1.2 da NBR 8800:2008 uma ligao viga-pilarpode ser considerada rotulada se:

Onde:S

i a rigidez da ligao, correspondente

a 2/3 do momento resistente de clculo daligao, denominada rigidez inicial;

Iv o momento de inrcia da seo

transversal da viga conectada no plano daestrutura;L

v o comprimento da viga conectada;

2.2.3 - Ligao Semi-Rgida

Nesse caso o momento transmitidoatravs da ligao no nem zero (ou prximode zero) como no caso de ligaes exveise nem o momento mximo (ou prximo dele)

como no caso de conexes rgidas.

Para que se possa utilizar a ligao semi-rgida, dever ser conhecido primeiro a relaode dependncia entre o momento resistente ea rotao.

As ligaes semi-rgidas so raramenteutilizadas, devido diculdade de se esta-belecer esta relao, e no sero abordadas

nesse trabalho.

A gura 12 representa gracamente o

comportamento dos trs tipos de ligao emrelao ao diagrama Momento/Rotao paradiversas ligaes.

Nela esto indicadas as curvas relativass ligaes rgidas, semi-rgidas e exveis etambm a reta que relaciona momentos e ro-taes nos apoios para uma viga submetida acarga uniforme.

Para a viga com carga uniforme temos:

- considerando as conexes nas extremi-

dades teoricamente rgidas, o momento nosapoios e ser (g. 12b):

- considerando que a ligao no teori-camente rgida e permite alguma rotao dassees dos apoios (), o alvio de momento nosapoios ser (g. 12b):

- o momento real nos apoios ser a somatensorial dos dois valores:

- para = 0 (ligao teoricamente rgi-da):

- para M = 0 (ligao teoricamente e-xvel), que a rotao nos apoios da vigabiapoiada:


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Captulo 3

Resistncia de parafusos


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3 - Resistncia de Parafusos

Neste captulo sero apresentadas as

resistncias de clculo de parafusos conformea norma brasileira NBR 8800:2008.

3.1 - Generalidades

Uma ligao deve ser dimensionada deforma que a sua resistncia de clculo sejaigual ou superior :

- solicitao de clculo;

- uma porcentagem especificada daresistncia de clculo da barra, conforme co-mentado no item 1.

Em barras comprimidas que no sejampilares com extremidades usinadas, todas aspartes das ligaes devem ser dimensionadaspara tambm resistir ao momento etor e foracortante resultantes de uma fora transversaligual a 2% da fora axial resistente de clculo

da barra conectada, aplicada na posio daemenda. A barra deve ser considerada birrotu-lada para determinao do momento etor e dafora cortante na emenda.

Em pilares com extremidades usinadascom transmisso de foras de compresso porcontato, as ligaes devem garantir a estabili-dade estrutural e manter em posio todas aspartes ligadas, com segurana

3.2 - Parafusos

As conexes parafusadas podem ser dedois tipos: ligao do tipo contato (bearing-type)ou do tipo atrito (friction-type). No primeiro tipo,podem ser utilizados parafusos comuns ou dealta resistncia, j que os parafusos so instala-dos sem aperto controlado (protenso). Quantoao segundo tipo, apenas os parafusos de alta

resistncia podem ser utilizados, uma vez quea resistncia ao deslizamento est diretamenteligada protenso aplicada aos parafusos.

O grfico da figura 14 apresenta, demaneira simplificada, o comportamentofora-deslocamento relativo de uma ligao

constituda por parafusos de alta resistnciaprotendidos, onde nota-se a ocorrncia dequatro fases:

- Fase (a): a fora aplicada (F) menorque a resistncia ao deslizamento, ocorrendoapenas deslocamentos provenientes da defor-mao elstica das chapas.

- Fase (b): a fora aplicada (F) supera a

resistncia ao deslizamento e h um desloca-mento brusco proveniente da acomodao dosparafusos nos respectivos furos.

- Fase (c): ocorre deformao do conjuntoem fase elstica.

- Fase (d): ocorre deformao do conjuntoem fase inelstica, culminando com a falha daligao.

H quatro modos de falha possveis nasconexes parafusadas:

- Modo de falha (1): cisalhamento docorpo do parafuso.

- Modo de falha (2): deformao exces-siva da parede do furo (esmagamento).

- Modo de falha (3): cisalhamento dachapa (rasgamento).

- Modo de falha (4): ruptura da chapa portrao na seo lquida.

importante observar que a fase (a)corresponde ligao do tipo atrito, ou seja, aresistncia ao deslizamento ainda no foi su-perada. A partir da fase (b), a ligao passa a

se comportar como uma ligao por contato.


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Figura 14 - Comportamento fora-deslocamento relativo emligao.

3.2.1 - Conexes do Tipo Contato

Nas conexes por contato, os parafusospodem resultar solicitados trao (gura 15a),ao cisalhamento (gura 15b) ou trao e cisal-hamento simultaneamente (gura 15c).

Figura 15 - Conexes por contato.

3.2.1.1 - Trao

A fora de trao resistente de clculopara um parafuso ou barra rosqueada dadapor:

No caso de barras redondas rosqueadas,a fora resistente de clculo tambm no deveser superior a:

Onde:

fub

a resistncia ruptura do material do

parafuso ou barra rosqueada trao, especi-cada na tabela 7;

fyb

a resistncia ao escoamento do mate-rial do parafuso ou barra rosqueada, especi-cada na tabela 7;

Ab

a rea bruta, baseada no dimetrodo parafuso ou no dimetro externo da roscada barra redonda rosqueada;

db

o dimetro do parafuso;

Ya1

o coeciente de ponderao dasresistncias para o estado limite ltimo de es-coamento da seo bruta dado na Tabela 8;

Ya2

o coeciente de ponderao das re-sistncias para o estado limite ltimo de rupturada seo lquida dado na Tabela 8.

A tabela 7 apresenta os limites de escoa-mento e resistncia trao para os aos.


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Tabela 7 Limite de escoamento e resistncia trao.

Os valores de ponderao das resistncias do ao estrutural so dados na tabela 8.

Tabela 8 Valores dos coecientes de ponderao das resistncias

3.2.1.2 - Fora Cortante

A fora cortante resistente de clculo de

um parafuso ou barra rosqueada, por plano decorte, deve ser calculada considerando os doisestados limites ltimos a seguir.

3.2.1.2.1 - Cisalhamento do Corpo doParafuso

A resistncia de clculo dada por:

Onde:

v= 0,4 para parafusos de alta resistn-

cia e barras rosqueadas, quando o plano decorte passa pela rosca e demais parafusos debaixo carbono para qualquer posio do planode corte;

v= 0,5 para parafusos de alta resistncia

e barras rosqueadas, quando o plano de corteno passa pela rosca .

3.2.1.2.2 -Presso de Contato no Furo

A resistncia de clculo dada por:

Parafusos ASTM A490 no devem ser galvanizados.


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Onde:

c = 1,2 para furos-padro, furos alar-

gados, furos pouco alongados em qualquerdireo e furos muito alongados na direo dafora quando a deformao no furo para forasde servio for uma limitao de projeto;

v = 1,5 para furos-padro, furos alar-

gados, furos pouco alongados em qualquerdireo e furos muito alongados na direo dafora quando a deformao no furo para forasde servio no for uma limitao de projeto;

v= 1,0 no caso de furos muito alongados

na direo perpendicular da fora;Figura 16 - Dimenses l

fe d

bem uma chapa de espessura t.

lf a distncia, na direo da fora, entre

as bordas de furos adjacentes ou de furo aborda livre;

t a espessura da parte ligada;

fu a resistncia ruptura do ao da

parede do furo.

A tabela 9 apresenta as resistncias de clculo para parafusos em ligaes por contato.

Tabela 9 Resistncia de clculo dos parafusos em ligaes por contato para a2

=1,25 (kN).

A


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3.2.1.2.3 - Trao e Cisalhamento Com-binados

Com base em anlise experimental deparafusos solicitados simultaneamente traoe cisalhamento, razovel a utilizao de umacurva circular de interao, cuja expresso dada por:

Onde:F

t,Sd a fora de trao de clculo;

Fv,Sd

a fora de cisalhamento de clculopor plano de corte;

Ft,Rd

a resistncia de clculo trao,conforme 3.2.1.1;

Fv,Rd a resistncia de clculo ao cisal-hamento, por plano de corte, conforme3.2.1.2.1.

Buscando uma simplicao, o modelomatemtico adotado pela norma norte-ame-ricana (AISC) e pela norma brasileira NBR8800:2008 substitui a curva circular por trstrechos lineares, conforme gura 17.

Nesse caso, alm das vericaes para osdois esforos isolados, conforme apresentadoanteriormente, devero ser atendidas tambmas exigncias apresentadas na tabela 10.

Figura 17 - Curvas de interao trao/cisalhamento para

parafusos.

- Trecho AB - reta horizontal: despreza-se ainuncia do cisalhamento- Trecho CD - reta vertical: despreza-se a in-uncia da trao- Trecho BC - interao linear, cuja expresso dada por:

Onde C uma constante admitida comosendo igual a 4/3. Isolando F

t,Sd, obtm-se:

Substituindo os valores de Ft,Rd

e Fv,Sd

para cada caso, obtm-se a mxima trao de

clculo Ft,Sdque pode atuar simultaneamentecom a fora cortante F

v,Sd. Com os valores de

Fv,Sd

, a NBR 8800:2008 apresenta as expres-ses da tabela 10, as quais limitam o valor daresistncia de clculo trao F

t,Rd.


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Tabela 10 - Trao e cortante combinadas

3.2.2 - Resistncia de Clculo em Con-exes do Tipo Atrito

A condio bsica para uma ligao atuarpor atrito a de que no ocorra deslizamentoentre seus componentes. Para isso, a forade cisalhamento no parafuso, produzida pelas

combinaes ltimas de aes no pode ul-trapassar a resistncia ao deslizamento e nopode ultrapassar suas respectivas resistnciasde clculo dadas no item 3.2.1.

Assim, nas situaes em que o desliza-mento um estado limite ltimo, ou seja, nasligaes com furos alargados e furos poucoalongados ou muito alongados com alonga-mentos paralelos direo da fora aplicada,a fora resistente de clculo de um parafusoao deslizamento dada por:

Nas situaes em que o deslizamento um estado limite de servio, ou seja, nasligaes com furos-padro e furos pouco alon-gados ou muito alongados com alongamentostransversais direo da fora aplicada e estrelacionado ao desempenho da estrutura e no segurana, a fora resistente nominal de umparafuso ao deslizamento dada por:

Onde:Ftb a fora de protenso mnima por

parafuso considerada como sendo 70% daresistncia mnima trao do parafuso, ou

seja: Ftb= 0,70Arfub. Para valores das forasde protenso mnimas na montagem de para-fusos ASTM, a tabela 15 da NBR 8800:2008 reproduzida na Tabela 11 a seguir.

Ae a rea efetiva trao ou rea resist-

ente dada na tabela 14, a seguir;

Ft,Sd

,caso exista, a fora de trao solici-tante de clculo no parafuso que reduz a fora

de protenso, calculada com as combinaesltimas de aes;

Ns o nmero de planos de desliza-

mento;

e o coeciente de ponderao da re-

sistncia, dado na tabela 8;

o coeciente mdio de atrito dado na

tabela 12;

Ch um fator de furo dado na tabela 13.

Parafusos baixo carbono e


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Tabela 11 Fora de protenso mnima em parafusos de alta resistncia.

Tabela 12 Coecientes mdios de atrito.

Tabela 13 Fatores de furo.


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Nas ligaes por atrito permite-se apenasa utilizao de parafusos de alta resistncia,pois nesse caso necessrio aplicar um torque

elevado.

A rea efetiva trao ou rea resistentede um parafuso um valor compreendido entrea rea bruta e a rea da raiz da rosca. Essarea pode ser determinada pela seguinte ex-presso:

Onde:

P = passo da rosca

K = 0,9743 para roscas UNC (parafusos ASTM)e 0,9382 para rosca mtrica ISO grossa.

A tabela 14 apresenta os valores da reaefetiva trao (A

e) e da rea bruta (A

b) dos

parafusos com rosca UNC e ISO.

Tabela 14 - Valores de Aee A

b

A protenso Ftb determinada levando-

se em considerao o estado de tenses noparafuso, ou seja, a atuao simultnea de

tenses normais devida trao e tensesde cisalhamento provenientes do momentode toro.

Na fase nal de aperto, o corpo do para-fuso ca solicitado pela fora de trao T

odada

por:

Onde:

Mo = momento de toro aplicado na

porca.

k = coeciente adimensional determinadoexperimentalmente admitido como 0,2.

Nesse coeciente j est considerado

o atrito da porca sobre a superfcie da roscae sobre a superfcie de apoio. O momentode toro resultante no corpo do parafuso proveniente somente do atrito entre porca erosca, perfazendo aproximadamente 60% domomento total aplicado M

o(gura 4).

Adotando-se o critrio de resistncia devon Mises, a superposio das tenses normaise de cisalhamento deve obedecer a seguinte

condio:

onde


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Observando a tabela 14 nota-se que arelao entre a rea efetiva e a rea bruta doparafuso (A

e/A

b) tem como valor mnimo 0,73,

o que leva a uma relao entre o dimetro no-minal e o dimetro efetivo (d

b/d

e) ao valor 1,17.

Retornando expresso anterior, obtm-se em funo de :

Finalmente, igualando-se i a fub:

Dessa forma, entende-se o valor reco-mendado para a protenso nos parafusos.

3.2.3 - Dimenses e uso de Furos

A NBR 8800:2008 prev quatro tipos defuros para parafusos:

- Padro;- Alargado;- Pouco alongado;- Muito alongado.

As dimenses mximas de furos devemobedecer ao indicado na tabela 12 da NBR8800:2008 reproduzidos na tabela 15 a seguir.

O tipo mais usual, e que ser abordado aqui, o furo-padro, com dimetro igual ao dimetrodo parafuso mais 1,5mm, no caso de parafusomilimtrico, ou o dimetro do parafuso mais1/16, no caso de parafuso em polegada. Furosde maiores dimetros podem ser usados nasplacas de base para levar em consideraoas tolerncias de chumbadores em bases deconcreto, desde que se utilize arruelas espe-cialmente dimensionadas soldadas s placas

de base.

Tabela 15 - Dimenses mximas de furospara parafusos e barras rosqueadas.

Nota: nas ligaes parafusadas entre barras devem ser usa-dos furos padro, a no ser que seja aprovado pelo respon-svel pelo projeto o uso de furos alargados ou alongados

A distncia entre centros de furos, prefe-rencialmente, no deve ser inferior a 3d

be a

distncia mxima no deve exceder a:

- 300 mm ou 24 vezes a menor espessuradas partes ligadas em elementos pintados ouno sujeitos a corroso;

- 180 mm ou 14 vezes a menor espessu-ra das partes ligadas em elementos sujeitos corroso atmosfrica executados com aospatinveis no pintados.

Recomenda-se que a distncia entre cen-tro de furos padro e qualquer borda de umaparte ligada, no seja inferior a 1,8d

bpara d

b

1 1/4 e inferior a 1,75dbpara d

b


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- Na determinao das espessuras daspartes ligadas (t

1e t2), for empregado o mo-

mento resistente elstico (Wfy) e a fora de

trao resistente de clculo dos parafusos forreduzida em 25%.

Na determinao das espessuras daschapas das partes ligadas deve-se tomar afora atuante em um parafuso e a sua largurade inuncia na chapa p.

3.2.3.1 - Pega Longa e Ligaes de

Grande Comprimento

Quando o comprimento de pega excede5d

b, a fora de cisalhamento resistente de cl-

culo dos parafusos deve ser reduzida em 1%para cada 1,5mm adicionais de pega, excetonos casos dos parafusos de alta resistnciamontados com protenso inicial.

Em ligaes por contato nas emendas debarras tracionadas, com comprimento superiora 1.270mm na direo da fora externa, a fora

de cisalhamento solicitante de clculo (Fv,Sd)e afora solicitante de clculo presso de contato(F

c,Sd) devem ser multiplicadas por 1,25 para

considerar a no-uniformidade da fora externanos parafusos.

3.2.4 - Efeito Alavanca

O efeito alavanca nos parafusos (prying

action) ocorre devido excentricidade entrea fora externa aplicada e a linha de ao doparafuso, provocando o aumento da fora detrao no parafuso. A intensidade desse efeitoest diretamente relacionada com a rigidez exo das partes envolvidas, ou seja, o efeitoalavanca mais signicativo quanto menora rigidez exo dos elementos conectados(g. 18).

Caso no se faa anlises mais rigorosas,segundo a NBR 8800:2008, pode-se consideraratendido o efeito alavanca se a dimenso ano for inferior dimenso b da gura 18 epelo menos uma das duas exigncias a seguirforem satisfeitas:

- Na determinao das espessuras daschapas das partes ligadas (t

1e t2 ver gu-

ra 18), for empregado o momento resistente

plstico (Zfy) e a fora de trao resistente declculo dos parafusos for reduzida em 33%;


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Figura 18 Efeito alavanca.

3.2.4.1 - Determinao do Efeito Ala-vanca

Se a chapa das partes ligadas muitoespessa, ela praticamente no apresenta de-formao por exo sob a ao da carga (g.

19a), diferentemente do que acontece comchapas menos espessas, que tendem a sedeformar sob a ao daquela carga, conformea g. 19b.

A outra parte da ligao impede a defor-mao das extremidades da chapa, originandoo aparecimento da fora adicional Q de traonos parafusos, que induz exo na chapa deligao, conforme g. 19c.

So denidas as seguintes grandezaspara anlise do efeito de alavanca:

(a) Largura tributria p para cada para-fuso: soma das duas larguras efetivas de re-sistncia da chapa, de cada lado do parafuso,conforme denido na gura 18:

- Largura efetiva entre dois parafusos:

menor valor entre:

- Largura efetiva entre o parafuso externoe a extremidade da chapa: menor valor entre:

(b) Resistncia de clculo exo da

chapa na seo (g. 20):

De acordo com a NBR 8800:2008, item5.4.2.2 a resistncia nominal exo da chapaser dada por

Por hiptese, o momento etor na seo igualado ao momento resistente de cl-culo:

(c) Distncia da linha de centro do para-fuso extremidade da chapa, dimenso ae distncia alma do T da ligao, dimensob. (g. 20)

Caso tenhamos a > 1,25b, deve ser usado

a = 1,25 b nos clculos.


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(d) Momento na seo da chapa(g.20): a seo considerada deslocadade d

b/2 a partir do centro do furo na direo da

seo , onde db o dimetro do parafuso.Ento:

(e) Enquanto o momento etor Mage

na largura p de chapa, o momento M2age na

largura p-d resultando:

Essa expresso refere-se uma condiode resistncia, pois se no for satisfeita, sig-nica que o momento maior que o momentoresistente de clculo (plasticao total daseo). interessante observar que umparmetro puramente geomtrico:

d a dimenso do furo paralela a p.

(f) Condio de resistncia.Das condies de equilbrio, tem-se:

De onde se dene a grandeza como arelao entre o momento etor de clculo e aresistncia ao momento etor na seo :

Figura 19 Variao do efeito alavanca.


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Analisando os valores de , conclui-se que:

- se > 1 M2> M

, ou seja, a espessura da chapa no suciente e a condio de

resistncia no vericada;

- se < 0 no h efeito alavanca, ou seja, a hiptese adotada no se vericou e o dimen-sionamento ser governado pelos parafusos, havendo folga na espessura da chapa. Essa situao recomendvel para parafusos tracionados dimensionados fadiga;

- se 0 < < 1 a hiptese adotada se verica, a espessura da chapa adequada e a foraQ dada por:

Fig. 20 - Considerao do Efeito de Alavanca


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Captulo 4

Resistncia de soldas


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4 - Resistncia de Soldas

Neste captulo sero apresentadas as

resistncias de clculo de soldas conforme anorma brasileira NBR 8800:2008.

4.1 - Generalidades

A resistncia de clculo de soldas de-terminada com base em dois estados limitesltimos:

- ruptura da solda na seo efetiva;

- ruptura do metal base na face defuso.

Em nenhuma situao a resistncia dasolda poder ser tomada maior do que a re-sistncia do metal base na ligao.

Nas soldas de lete ou de entalhe, a so-licitao considerada pode ser tomada comosendo o cisalhamento na seo efetiva, provo-

cado pela resultante vetorial de todas as forasna junta que produzam tenses normais oude cisalhamento na superfcie de contato daspartes ligadas.

4.2 - Solda de Filete

A resistncia de clculo ao cisalhamento dada pelo menor valor calculado pelos doisestados limites ltimos aplicveis:

(1) ruptura da solda na seo efetiva:

(2) escoamento do metal base na facede fuso:

O fator 0,60 proveniente do critrio deresistncia de von Mises aplicado ao caso decisalhamento puro.

Aw= lw.a a rea efetiva da solda de lete

calculada, como o produto do comprimento totalda solda e a espessura da garganta efetiva,conforme gura 21;

AMB= lw.dw a rea lquida do elemento

sujeita a cisalhamento, como o produto docomprimento total da solda e o lado menosespesso da perna do lete;

fw a resistncia mnima trao do metal

da solda dada na tabela 16;

dw a perna do lete ou dimenso nominal

segundo a AWS. Raiz da solda a interseodas faces de fuso, conforme gura 21.

a a garganta efetiva da solda.

lw o comprimento do lete.

Figura 21 - Filete de solda.

Tabela 16 Resistncia trao do metal dasolda

(MPa)


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Para trao ou compresso paralelas aoeixo da solda a resistncia de clculo da solda admitida como sendo a mesma do metal

base, ou seja, a solda de lete no precisa servericada desde que seja usado metal de soldacompatvel com o metal base.

4.2.1 - Disposies Construtivas para

Solda de Filete

Alm da vericao dos estados limitesltimos, a NBR 8800:2008 estabelece algumasdisposies construtivas relativas solda de

lete.

O tamanho mnimo da perna de uma soldade lete em funo da parte menos espessasoldada apresentado na tabela 17.

Tabela 17 - Dimenso nominal mnima da pernade uma solda de lete (d

w).

A dimenso nominal mxima da perna deuma solda de lete que pode ser executado aolongo de bordas de partes soldadas dada na

tabela 18.

Tabela 18 - Dimenso nominal mximada perna de uma solda de lete (d

w)

O comprimento efetivo das soldas delete dimensionadas para uma solicitao declculo qualquer, no pode ser inferior a 4

vezes seu tamanho da perna e nem inferior a40 mm ou ento, esse tamanho no pode serconsiderado maior que 25% do comprimentoefetivo da solda.

Em chapas planas tracionadas, se foremusadas apenas letes longitudinais nas liga-es extremas, o comprimento de cada leteno pode ser inferior distncia transversalentre eles.

As soldas intermitentes podem ser exe-cutadas desde que cuidados especiais comambagens locais e corroso sejam tomados.Devem ser dimensionadas para transmitir assolicitaes de clculo, quando a resistnciade clculo exigida for inferior de uma soldacontnua do menor tamanho de perna per-mitido. Tambm podem ser empregadas nasligaes de elementos de barras compostas. O

comprimento efetivo de qualquer segmento desolda intermitente de lete no pode ser inferiora 4 vezes o tamanho da perna, nem menor doque 40mm.

As soldas de lete com faces de fusono ortogonais so permitidas para ngulosentre faces de fuso compreendidos entre 60e 120, desde que haja contato entre as partessoldadas atravs de superfcie plana e no

apenas uma aresta. Para outros ngulos nose pode considerar tal solda como estrutural,pois esta no adequada para transmissode esforos.

Em ligaes por superposio, o cobri-mento mnimo deve ser igual a 5 vezes a espes-sura da parte ligada menos espessa e nuncainferior a 25mm. Em chapas ou barras ligadaspor superposio apenas com letes transver-

sais e sujeitas a solicitao axial, as soldas delete devem ser executadas ao longo de ambasas extremidades, exceto quando a deformao

(mm)

(mm)


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das partes sobrepostas for convenientementecontidas evitando a abertura da ligao peloefeito das solicitaes de clculo.

As terminaes de soldas de lete podemse estender at a extremidade, at as bordasdas partes ligadas, ser interrompidas prximodesses locais ou formar um contorno fechado,exceto como limitado a seguir:

- Para juntas por superposio nas quaisuma das partes se estende alm de uma bordasujeita a tenses de trao longitudinais, os

letes devem ser interrompidos a uma distnciadessa borda no inferior ao tamanho da pernado lete d

w, como indicado na gura 22, na qual

tambm est indicado o sentido recomendadode execuo da solda;

- Para ligaes de elementos estruturaiscom foras cclicas normais a elementos emprojeo, de freqncia e magnitude que ten-deriam a causar fadiga progressiva a partir de

um ponto na extremidade da solda, os letes desolda devem contornar os cantos, estendendo-se por uma distncia no inferior a duas vezesa dimenso da perna ou largura da parteligada, a que for menor;

- Para ligaes cujo projeto requer exi-bilidade de elementos em projeo, se foremusados retornos nas extremidades dos letes, ocomprimento dos retornos no devem exceder

4 vezes a dimenso da perna;

- Soldas de lete em lados opostos deum plano comum devem ser interrompidas nocanto comum a ambas as soldas.


Figura 22 Filetes de solda prximos de bordas traciona-

das.

4.3. Solda de Entalhe

Ligaes com soldas de entalhe so maisecientes quando comparadas a soldas delete, pois requerem menos metal de solda de-positado e eliminam a necessidade de elemen-tos adicionais na conexo, como por exemplo,as cobre juntas. Alm disso, devido sua maior

resistncia a tenses cclicas e ao impacto, sopreferveis em casos de elementos solicitadosdinamicamente.

4.3.1 - Penetrao Parcial

Solda de penetrao parcial a soldaexecutada em um lado da junta ou em am-bos, com penetrao inferior espessura daschapas (gura 23). Essas soldas requerem

maior cautela. Devido perda de ductilidade,algumas normas impedem o seu uso no casode solicitao trao.

A resistncia de clculo em soldas de pe-netrao parcial para cisalhamento paralelo aoeixo da solda dada pelo menor valor calculadopelos dois estados limites ltimos aplicveis:



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(2) escoamento do metal base na face defuso:

A resistncia de clculo em soldas depenetrao parcial para trao ou compressonormal seo efetiva da solda dada pelomenor valor calculado pelos dois estados limi-tes ltimos aplicveis:


(2) escoamento do metal base na facede fuso:

Onde:

Aw= lw.a rea efetiva da solda de en-

talhe, dada pelo produto do comprimento da

solda pela garganta efetiva. A garganta efetiva tomada como:

a = c para chanfro em J ou U, chanfroem bisel ou em V, com ngulo de abertura 60(gura 23):

c a profundidade do chanfroa = c - 3mm para chanfro em bisel ou

chanfro em V, com ngulo entre 45 e 60

Figura 23 - Soldas de entalhe de penetrao parcial.

4.3.2 - Penetrao Total

Solda de penetrao total a solda de

topo em um lado ou em ambos os lados da juntacom penetrao completa e fuso do metal dajunta e do metal base em toda a profundidadeda junta (gura 24)

A resistncia de clculo para escoamentodo metal base na face de fuso em soldas depenetrao total para a resultante da somavetorial de cisalhamento dada pelo valor:

A resistncia de clculo para escoamentodo metal base na face de fuso em soldas depenetrao total (gura 24) para esforos detrao ou compresso normal seo efetivada solda dada pelo valor:

Onde:AMB=lw.dw a rea lquida do elemento

sujeita a cisalhamento, como o produto docomprimento total da solda e a menor espes-sura das partes soldadas, ou seja:

dw= t (menor espessura das partes sol-

dadas)

Trao ou compresso paralelas ao eixoda solda no precisam ser vericadas.

=


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Figura 24 - Soldas de entalhe de penetrao total.

4.3.3 - Disposies Construtivas para

Soldas de Entalhe

Alm da vericao dos estados limitesltimos, a NBR 8800:2008 estabelece algumasdisposies construtivas relativas solda deentalhe.

Para soldas de entalhe de penetraototal, a garganta efetiva dada sempre pelamenor espessura das partes conectadas. Nassoldas de entalhe de penetrao parcial, agarganta efetiva mnima (a

min) deve ser estabe-

lecida em funo da parte mais espessa, sendoque tal dimenso no necessita ultrapassar aespessura da parte menos espessa, desdeque seja obtida a fora resistente de clculo

necessria. A tabela 19 apresenta estes valoresmnimos.

Tabela 19 Espessura mnima da gargantaefetiva de soldas de entalhe de penetraoparcial

4.4 - Solda de Tampo

Solda de tampo a solda feita preenchen-do furos ou rasgos para transmitir foras parale-las s superfcies de contato em ligaes porsuperposio ou o que mais frequente, paraevitar ambagem ou a separao das partes

superpostas e para ligar componentes de bar-ras de seo composta.

A resistncia de clculo igual ao menorvalor calculado pelos dois estados limites l-timos aplicveis s soldas de lete, adotandocomo rea efetiva de cisalhamento a rea daseo nominal do furo ou rasgo no plano dassuperfcies de contato.

4.4.1 - Disposies Construtivas paraSoldas de Tampo

O dimetro dos furos e a largura dos ras-gos no pode ser inferior espessura da parteque os contm acrescida de 8 mm, nem maiordo que 2,25 vezes a espessura da solda.

A distncia de centro a centro de soldasem furos deve ser igual ou superior a 4 vezes

o dimetro do furo.

(mm)

aa


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O comprimento do rasgo para soldas nopode ser superior a 10 vezes a espessura dasolda.

As extremidades desses rasgos devemter a forma semicircular ou cantos arredonda-dos de raio no inferior espessura da parteque os contm, exceto aquelas extremidadesque se estendem at a borda do elementosoldado.

O espaamento entre as linhas de centroa centro de rasgos, medido na direo transver-

sal ao comprimento dos rasgos deve ser igualou superior a 4 vezes a largura do rasgo. Adistncia de centro a centro de rasgos situadosna mesma linha longitudinal ao comprimentodeles, medida sobre essa linha, deve ser iguala 2 vezes o comprimento dos rasgos.

A espessura de soldas de tampo emfuros ou rasgos situados em material de espes-sura igual ou superior a 16 mm deve ser igual espessura desse material. Quando a espessura

do material for superior a 16 mm, a espessurada solda deve ser no mnimo igual metadeda espessura do mesmo material, porm noinferior a 16 mm.

Manual de Construção Em Aço - Ligações Em Estruturas Metalicas Vol 1

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