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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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Tipos de juntas
Junta de topo
Junta em “tê”
Junta de canto
Junta de transpasse ou sobreposta
Junta de borda
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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
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A simbologia da solda adotada nos desenhos de estruturas metálicas é a da
American Welding Society (AWS)
Simbologia da solda
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A leitura é sempre feita da esquerda para a direita, independente da seta.
Exemplos:
solda de entalhe solda de filete
Simbologia da solda
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Simbologia da solda
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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
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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
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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
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Simbologia da solda
Os símbolos básicos para cada tipo de solda são apresentados abaixo:
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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)
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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Comprimento de flambagem: (Le)
Índice de flambagem (λ) :
Peças comprimidas
= eL
r
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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.
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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
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Dimensionamento de barras comprimidas
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Dimensionamento de barras comprimidas
![Page 33: Estruturas de Aço](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022082206/55cf9432550346f57ba04078/html5/thumbnails/33.jpg)
Dimensionamento de barras comprimidas
4c
w
kh t
Anexo F.2
Grupo 5 –
h – altura de alma
tw – espessura da alma
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Valores de χ
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Valores de χ
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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
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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
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Exercícios
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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
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Exercícios
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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