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

Artigo técnico

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O cordão de soldadura é o tipo de soldadura mais utilizado na construção de edifícios em 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 do gargalo a de uma soldadura de ângulo é geralmente assumida como a altura do eixo triangular (isósceles ou não isósceles) que é medido até ao ponto raiz teórico, ver Figura 01.

Figura 01 - Throat Thickness a of Fillet Weld (a) and Deep Penetration Fillet Weld (b)

Estado limite último dos cordões de soldadura

De acordo com 1993-1-8 [1] , o estado limite último dos cordões de soldadura é normalmente determinado pelo método direccional ou método simplificado. O método relacionado com a direção é apresentado abaixo.

Presume-se que a tensão aplicada seja distribuída uniformemente sobre a secção de costura e resulta nas seguintes tensões normais e de corte, conforme apresentado na Figura 02:

  • σ normal perpendicular ao eixo da soldadura
  • σ || Tensão normal paralela ao eixo da soldadura
  • τ Tensão de corte (no plano da superfície de soldadura de ângulo) perpendicular ao eixo de soldadura
  • τ || Tensão de corte (no plano da superfície de soldadura de ângulo) paralela ao eixo de soldadura

Figura 02 - Weld Stresses on Throat Section of Fillet Weld

Ao determinar a resistência da soldadura de ângulo, a tensão normal σ || Negligência paralela ao eixo da soldadura

O estado limite último de uma soldadura de filete é suficiente se as seguintes condições forem cumpridas:

$$\begin{array}{l}\sqrt{\mathrm\sigma_\perp^2\;+\;3\;\cdot\;(\mathrm\tau_\perp^2\;+\;\mathrm\tau_{\vert\vert}^2)}\;\leq\;\frac{{\mathrm f}_{\mathrm u}}{{\mathrm\beta}_{\mathrm w}\;\cdot\;{\mathrm\gamma}_{\mathrm M2}}\\{\mathrm\sigma}_\perp\;\leq\;0,9\;\cdot\;\frac{{\mathrm f}_{\mathrm u}}{{\mathrm\gamma}_{\mathrm M2}}\end{array}$$

Onde está
f u resistência à tração do mais fraco dos componentes estruturais conectados,
β w é o coeficiente de correlação (ver EN 1993-1-8, Tabela 4.1),
γ M2 é o coeficiente de segurança parcial para a resistência das soldaduras.

Exemplo

Dimensionamento da soldadura de filetes da viga apresentada na Figura 03 a partir de [2]

Material: S235, f u = 36,0 kN / cm, β w = 0,8
Forças internas: V z = 350 kN

Figura 03 - Beam

Centro de gravidade

$${\mathrm z}_\mathrm S\;=\;\frac{\mathrm\Sigma({\mathrm A}_\mathrm i\;\cdot\;{\mathrm z}_\mathrm{Si})}{{\mathrm{ΣA}}_\mathrm i}\;=\;\frac{91,48\;\cdot\;43,72\;+\;40,00\;\cdot\;44,00\;+\;48,00\;\cdot\;23,00\;+\;45,00\;\cdot\;1,50}{224,48}\;=\;30,88\;\mathrm{cm}$$

Momento de inércia
O momento de inércia está relacionado com o eixo do centro geométrico

$$\begin{array}{l}{\mathrm I}_{\mathrm y}\;=\;\sum({\mathrm I}_{\mathrm{yi}}\;+\;{\mathrm A}_{\mathrm i}\;\cdot\;\mathrm z_{\mathrm{si}}^2)\;-\;\frac{\left(\sum{\mathrm A}_{\mathrm i}\;\cdot\;{\mathrm z}_{\mathrm{Si}}\right)^2}{{\mathrm{ΣA}}_{\mathrm i}}\;=\\=\;850,88\;+\;\frac{20,00\;\cdot\;2,00³}{12}\;+\;\frac{1,20\;\cdot\;40,00³}{12}\;+\;\frac{15,00\;\cdot\;3,00³}{12}\;+\;91,48\;\cdot\;43,72²\;+\;40,00\;\cdot\;44,00²\;+\;48,00\;\cdot\;23,00²\;+\;45,00\;\cdot\;1,50²\;-\\-\;\frac{(91,48\;\cdot\;43,72\;+\;40,00\;\cdot\;44,00\;+\;48,00\;\cdot\;23,00\;+\;45,00\;\cdot\;1,50)²}{224,48}\;=\\=\;71.095\;\mathrm{cm}^4\end{array}$$

Momentos estáticos
Com base no eixo do centro geométrico, são calculados os momentos estruturais para as secções ligadas através das costuras ➀, ➁ e::
S y, 1 = A 1 ∙ (z S, 1 - SS ) = 91,48 ∙ (43,72 - 30,88) = 1,175 cm³
S y, 2 = S y, 1 + A 2 ∙ (z S, 2 - z S ) = 1175 + 40,00 ∙ (44,00 - 30,88) = 1700 cm³
S y, 3 = A 3 ∙ (Z S - Z S, 3) = 45,00 ∙ (30.88- 1.50) = 1322 cm

Dimensionamento de soldaduras

$$\begin{array}{l}{\mathrm\tau}_{\vert\vert,\mathrm{Vz},\mathrm i}\;=\;\frac{-{\mathrm V}_\mathrm z\;\cdot\;{\mathrm S}_{\mathrm y,\mathrm i}}{{\mathrm I}_\mathrm y\;\cdot\;{\mathrm{Σa}}_{\mathrm w,\mathrm i}}\;\leq\;\frac{{\mathrm f}_\mathrm u}{\sqrt3\;\cdot\;{\mathrm\beta}_\mathrm w\;\cdot\;{\mathrm\gamma}_{\mathrm M2}}\;=\;\;\frac{36,0}{\sqrt3\;\cdot\;0,8\;\cdot\;1,25}\;=\;20,78\;\mathrm{kN}/\mathrm{cm}²\\{\mathrm\tau}_{\vert\vert,\mathrm{Vz},1}\;=\;\frac{-350\;\cdot\;1.175}{71.095\;\cdot\;2\;\cdot\;0,4}\;=\;-7,23\;\mathrm{kN}/\mathrm{cm}²\;<\;20,78\;\mathrm{kN}/\mathrm{cm}²\\{\mathrm\tau}_{\vert\vert,\mathrm{Vz},2}\;=\;\frac{-350\;\cdot\;1.700}{71.095\;\cdot\;2\;\cdot\;0,5}\;=\;-8,37\;\mathrm{kN}/\mathrm{cm}²\;<\;20,78\;\mathrm{kN}/\mathrm{cm}²\\{\mathrm\tau}_{\vert\vert,\mathrm{Vz},3}\;=\;\frac{-350\;\cdot\;1.322}{71.095\;\cdot\;2\;\cdot\;0,4}\;=\;-8,13\;\mathrm{kN}/\mathrm{cm}²\;<\;20,78\;\mathrm{kN}/\mathrm{cm}²\end{array}$$

SHAPE-THIN
Em SHAPE-THIN, pode especificar a tensão de corte (no plano da superfície de soldadura de ângulo de aplicação) paralelamente ao eixo de soldadura τ || nas vigas de ângulo e o estado limite último são determinados. Quando modelar, tenha em atenção que a soldadura tem de estar ligada às arestas de dois elementos. Um desses elementos também pode representar um elemento Nulo.

Na coluna H "Elemento contínuo" da Tabela 1.6 Soldaduras, pode definir os elementos contínuos. Nenhuma tensão de soldadura é calculada sobre estes elementos. Se nenhum elemento é especificado na coluna H, as tensões da soldadura são determinadas em todos os elementos aos quais a soldadura está ligada. Estes elementos podem ser atribuídos à coluna B "Elementos nº" são retirados.

A Figura 04 mostra a definição da solda para o exemplo descrito neste artigo.

Figura 04 - Table 1.6 Welds

Tabela 5.1 Roscas de soldadura apresenta as tensões τ || para as soldaduras definidas na Tabela 1.6 Soldaduras A Figura 05 mostra as tensões da solda para o exemplo descrito na tabela.

Figura 05 - Table 5.1 Welds

Literatura

[1]Eurocódigo 3: Dimensionamento de estruturas em aço - Parte 1-8: Dimensionamento de ligações EN 1993-1-8: 2005 + AC: 2009
[2]Petersen, C. Estruturas Metálicas, 4. Edição Wiesbaden: Springer Vieweg, 2013

Palavras-chave

Solda de filete Soldar Esforço de soldadura Costura de solda Verificação de deformação

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