Estruturas de Aço
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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.
Processos de soldagem
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.
Processos de soldagem
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.
Processos de soldagem
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
Solda de entalhe em “V” de ambos os lados
Abertura de raiz: 3mm
Solda de entalhe em “V” de ambos os lados
Abertura da raiz: 3mm
Solda de entalhe em “V” em um dos lados
Penetração parcial
Abertura da raiz: 0
Face da raiz: 3mm
Espessura do entalhe: 6mm
Simbologia da solda
Solda de entalhe em “V” de ambos os lados
Abertura de raiz: 0
Face da raiz: 5mm
Espessura do entalhe: 3mm
Solda de entalhe em “U” do lado oposto
Penetração parcial
Abertura da raiz: 0
Face da raiz: 0
Espessura do entalhe: 5mm
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.
Dimensionamento de ligações soldadas
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:
Dimensionamento de ligações soldadas
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.
Dimensionamento de ligações soldadas
( 0,6 )=
1,35
w wd
AR
Dimensionamento de ligações soldadas
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
Dimensionamento de ligações soldadas
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.
Dimensionamento de barras comprimidas
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
Dimensionamento de barras comprimidas
Dimensionamento de barras comprimidas
Dimensionamento de barras comprimidas
4c
w
kh t
Anexo F.2
Grupo 5 –
h – altura de alma
tw – espessura da alma
Valores de χ
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