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Sonja von Bloh, M.Sc.

2024-01-18

Dimensionamento de cordões de soldadura segundo o Eurocódigo 3

O cordão de soldadura é o tipo de soldadura mais comum na construção em aço. De acordo com a norma EN 1993-1-8, 4.3.2.1 (1) [1], os cordões de soldadura podem ser utilizados para unir componentes estruturais, onde as faces de união formam um um ângulo de abertura de 60° a 120°.

A espessura efetiva da soldadura de um cordão de solda deve ser considerada como a altura do triângulo maior (com lados iguais ou não) pode ser inscrito nas faces de união e na superfície de soldadura, medida perpendicularmente até o lado exterior deste triângulo, ver a 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

Capacidade de carga dos cordões de soldadura

A capacidade de carga dos cordões de soldadura deve ser determinada, de acordo com 1993-1-8 [1], geralmente pelo método direcional ou pelo método simplificado. O método direcional é apresentado a seguir.

A tensão aplicada é assumida como distribuída uniformemente sobre a seção da soldadura, resultando, conforme apresentado na Figura 02, nas seguintes tensões normais e de corte:

σ⊥ Tensão normal perpendicular ao eixo da soldadura
σ|| Tensão normal paralela ao eixo da soldadura
τ⊥ Tensão cortante (no plano da superfície do cordão de soldadura) perpendicular ao eixo da soldadura
τ|| Tensão cortante (no plano da superfície do cordão de soldadura) paralela ao eixo da soldadura

Tensões de soldadura na secção efetiva de soldadura em ângulo

Ao determinar a capacidade de resistência de um cordão de soldadura, as tensões normais σ|| paralelas ao eixo da solda são negligenciadas.

A capacidade de carga de um cordão de soldadura é suficiente quando as condições a seguir são cumpridas:

\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
fu é a resistência à tração do elemento mais fraco conectado,
βw é o coeficiente de correlação (veja EN 1993-1-8, Tabela 4.1),
γM2 é o coeficiente parcial de segurança para a capacidade de resistência das soldaduras.

Exemplo

Dimensionamento dos cordões de soldadura da viga mostrada na Figura 03 de [2].

Material: S235, fu = 36,0 kN/cm², βw = 0,8
Esforços internos: Vz = 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 eixo neutro, 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

Em relação ao eixo neutro, os momentos estáticos das seção conectadas pelas soldas ➀, ➁ e ➂ são calculados:
Sy,1 = A1 ∙ (zS,1 - zS) = 91,48 ∙ (43,72- 30,88) = 1.175 cm³
Sy,2 = Sy,1 + A2 ∙ (zS,2 - zS)= 1175 + 40,00 ∙ (44,00 - 30,88) = 1.700 cm³
Sy,3 = A3 ∙ (zS - zS,3) = 45,00 ∙ (30,88- 1,50) = 1.322 cm³

Dimensionamento das soldaduras

\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, as tensões de corte (no plano da superfície do cordão de soldadura) paralelas ao eixo da soldadura τ|| podem ser calculadas nos cordões de soldadura e a capacidade de carga pode ser dimensionada. Na modelação, tem de se garantir que a solda esteja ligada às bordas de dois elementos. Um desses elementos pode ser um elemento fictício.

Na coluna H "Elemento contínuo" da Tabela 1.6 Soldaduras, podem ser definidos os elementos contínuos. Nesses elementos, não são calculadas tensões na soldadura. Se nenhum elemento for especificado na coluna H, as tensões na solda serão determinadas em todos os elementos aos quais a solda está conectada. Esses elementos podem ser encontrados na coluna B "Nº de elementos".

Na Figura 04, é apresentada a definição da soldadura para o exemplo tratado.

Tabela 1.6 Soldaduras

A Tabela 5.1 Soldadura exibe as tensões resultantes τ|| para as soldas definidas na Tabela 1.6 Soldas. A Figura 05 mostra as tensões nas soldas para o exemplo tratado.

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.: Construção Metálica, 4ª edição. 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

Recomendações europeias para o dimensionamento de ligações simples em estruturas de aço. ECCS - European Convention for Constructional Steelwork, Mem Martins, edition = 1. 2009.

Downloads

Ficheiro de modelo do SHAPE-THIN

364 KB

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