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Sonja von Bloh, M.Sc.

2017-08-17

Verificação de cordões de soldadura segundo a EN 1993-1-8

O cordão de soldadura é o tipo de soldadura mais utilizado na construção de edifícios de aço. De acordo com a norma EN 1993-1-8, 4.3.2.1 (1) [1], as soldaduras de ângulo podem ser utilizadas para a ligação de peças quando as superfícies de fusão formam entre si um ângulo compreendido entre 60° e 120°.

A espessura efetiva da soldadura a de um cordão de soldadura deve ser considerada como a altura do maior triângulo (com pernas iguais ou desiguais) que pode ser inscrito dentro das faces de fusão e da superfície de soldadura, medida perpendicularmente ao lado exterior deste triângulo; ver Figura 01.

Espessura de cordão de soldadura a para penetração normal (a) e para penetração profunda (b)

Espessura de cordão de soldadura a para diferentes penetrações. Espessura de cordão de soldadura a para penetração normal b Espessura de cordão de soldadura para penetração profunda

Resistência de dimensionamento de cordões de soldadura

De acordo com 1993-1-8 [1] , a resistência de cálculo de um cordão de soldadura é geralmente determinada utilizando o método direcional ou o método simplificado. O método direcional é descrito abaixo.

É assumida uma distribuição uniforme de tensões na secção de soldadura, originando as tensões normais e as tensões de corte apresentadas na Figura 02, da seguinte forma:

σ_⊥ tensão normal perpendicular ao eixo de soldadura
Σ_|| tensão normal paralela ao eixo de soldadura
τ_⊥ tensão de corte (no plano da superfície da soldadura em ângulo) perpendicular ao eixo da soldadura
τ_|| tensão de corte (no plano da superfície da soldadura em ângulo) paralela ao eixo da soldadura

Tensões de soldadura na secção efetiva de soldadura em ângulo

A tensão normal σ_|| paralelo ao eixo não é considerado ao verificar a resistência de cálculo do cordão de soldadura.

A resistência de cálculo da soldadura em ângulo será suficiente se forem cumpridas as seguintes condições:

\begin{array}{l} \sqrt{σ_{⊥}^{2} + 3 \cdot (τ_{⊥}^{2} + τ_{| |}^{2})} \leq \frac{f_{u}}{β_{w} \cdot γ_{M 2}} \\ σ_{⊥} \leq 0, 9 \cdot \frac{f_{u}}{γ_{M 2}} \end{array}

Fórmula 1

Onde
f_u é a tensão de tração última nominal da parte mais fraca unida,
β_w é o fator de correlação adequado (ver EN 1993-1-8, Tabela 4.1)
γ_M2 é o coeficiente parcial de segurança para a resistência das soldaduras.

Exemplo

Dimensionamento de uma soldadura em ângulo da viga apresentada na Figura 03 de [2].

Material: S235, f_u = 36,0 kN/cm², β_w = 0,8
Forças internas: V_z = 350 kN

suporte de aço

centro de gravidade

z_{S} = \frac{Σ (A_{i} \cdot z_{Si})}{{ΣA}_{i}} = \frac{91, 48 \cdot 43, 72 40, 00 \cdot 44, 00 48, 00 \cdot 23, 00 45, 00 \cdot 1, 50}{224, 48} = 30, 88 cm

Fórmula 2

Momento de inércia
Em relação ao centroide, o momento de inércia é:

\begin{array}{l} I_{y} = \sum (I_{yi} + A_{i} \cdot z_{si}^{2}) - \frac{{(\sum A_{i} \cdot z_{Si})}^{2}}{{ΣA}_{i}} = \\ = 850, 88 \frac{20, 00 \cdot 2, 00 ³}{12} \frac{1, 20 \cdot 40, 00 ³}{12} \frac{15, 00 \cdot 3, 00 ³}{12} 91, 48 \cdot 43, 72 ² 40, 00 \cdot 44, 00 ² 48, 00 \cdot 23, 00 ² 45, 00 \cdot 1, 50 ² - \\ - \frac{(91, 48 \cdot 43, 72 40, 00 \cdot 44, 00 48, 00 \cdot 23, 00 45, 00 \cdot 1, 50) ²}{224, 48} = \\ = 71.095 {cm}^{4} \end{array}

Fórmula 3

Momentos estáticos
No que diz respeito ao centro de gravidade, os momentos estáticos das secções ligadas são calculados utilizando os cordões de soldadura ➀, ➁ e ➂:
S_{y, 1} = A₁ ∙ (z_{S, 1} - z_S ) = 91,48 ∙ (43,72 - 30,88) = 1,175 cm³
S_{y, 2} = S_{y, 1} + A₂ ∙ (z_{S, 2} - z_S ) = 1175 + 40,00 ∙ (44,00 - 30,88) = 1700 cm³
S_{y, 3} = A₃ ∙ (z_S - z_{S, 3} ) = 45,00 ∙ (30,88- 1,50) = 1322 cm³

Verificação dos cordões de soldadura

\begin{array}{l} τ_{| |, Vz, i} = \frac{- V_{z} \cdot S_{y, i}}{I_{y} \cdot {Σa}_{w, i}} \leq \frac{f_{u}}{\sqrt{3} \cdot β_{w} \cdot γ_{M 2}} = \frac{36, 0}{\sqrt{3} \cdot 0, 8 \cdot 1, 25} = 20, 78 kN / cm ² \\ τ_{| |, Vz, 1} = \frac{- 350 \cdot 1.175}{71.095 \cdot 2 \cdot 0, 4} = - 7, 23 kN / cm ² < 20, 78 kN / cm ² \\ τ_{| |, Vz, 2} = \frac{- 350 \cdot 1.700}{71.095 \cdot 2 \cdot 0, 5} = - 8, 37 kN / cm ² < 20, 78 kN / cm ² \\ τ_{| |, Vz, 3} = \frac{- 350 \cdot 1.322}{71.095 \cdot 2 \cdot 0, 4} = - 8, 13 kN / cm ² < 20, 78 kN / cm ² \end{array}

Fórmula 4

SHAPE-THIN
No SHAPE ‑ THIN, a tensão de corte (no plano da superfície de soldadura em ângulo) é paralela ao eixo de soldadura τ_|| pode ser calculado em cordões de soldadura e a resistência pode ser dimensionada. Ao modelar, a soldadura tem de estar ligada às arestas de dois elementos. Um desses elementos também pode ser um elemento fictício.

Na coluna H "Elemento contínuo" da Tabela 1.6 Soldaduras, é possível definir os elementos contínuos. Não são calculadas tensões de soldadura nestes elementos. Se nenhum elemento for especificado na coluna H, as tensões de soldadura são determinadas em todos os elementos aos quais a soldadura está ligada. Estes elementos podem ser retirados da coluna B, "Elemento nº."

A Figura 04 mostra a definição de soldadura para o exemplo descrito neste artigo.

Tabela 1.6 Soldaduras

A tabela 5.1 Soldaduras apresenta as tensões resultantes τ_|| para as soldaduras definidas na Tabela 1.6 Soldaduras. A Figura 05 mostra as tensões de soldadura para o exemplo descrito neste artigo.

Tabela 5.1 Tensões de soldadura

Literatura

[1]	Eurocódigo 3: Dimensionamento de estruturas de aço - Parte 1-8: Dimensionamento de ligações; EN 1993-1-8: 2005 + AC: 2009
[2]	Petersen, C. (1982). Stahlbau, 4º ed.). Wiesbaden: Springer Vieweg, 2013

Autor

A Eng.ª von Bloh fornece apoio técnico a clientes e também é responsável pelo desenvolvimento do programa RSECTION e pelas estruturas de aço e alumínio.

Ligações

Programas de propriedades da secções

Referências

European Recommendations for the Design of Simple Joints in Steel Structures. ECCS - European Convention for Constructional Steelwork, Mem Martins, edition = 1. 2009.

Downloads

Ficheiro de modelo do SHAPE-THIN

364 KB

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