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

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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 de solda efetiva a de um cordão de solda deve ser assumida como a altura do triângulo maior (com pernas iguais ou desiguais) que pode ser inscrita dentro das faces de fusão e da superfície de soldadura, medida perpendicularmente à parte exterior deste triângulo, ver Figura 01.

Figura 01 - Espessura da solda de filete a na penetração normal (a) e na penetração profunda (b)

Resistência de cálculo das soldaduras de faixa

De acordo com 1993-1-8 [1] , a resistência de dimensionamento de uma soldadura de canto é geralmente determinada através do método direcional ou do método simplificado. O método direcional é descrito abaixo.

É assumida uma distribuição uniforme da tensão na secção da soldadura, conduzindo às tensões normais e 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 de soldadura de canto) perpendicular ao eixo de soldadura
  • τ|| tensão de corte (no plano da superfície de soldadura de filete) paralelo ao eixo de soldadura

Figura 02 - Tensões de soldadura na secção de soldadura de filete efetiva

A tensão normal σ|| paralelo ao eixo não é considerado ao verificar a resistência de dimensionamento da soldadura de canto.

A resistência de dimensionamento da soldadura de filete será suficiente se forem cumpridas as seguintes condições:

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

Onde:
fu é a tensão de tração final nominal da parte mais fraca ligada
βw é o fator de correlação adequado (ver EN 1993-1-8, tabela 4.1)
γM2 é o coeficiente de segurança parcial para a resistência das soldaduras

Exemplo

Dimensionamento de uma soldadura de filete da viga apresentado na Figura 03 a partir de [2] .

Material: S235, fu = 36,0 kN/cm², βw = 0,8
Forças internas: Vz = 350 kN

Figura 03 - Viga

Ponto central

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

Momento de inércia
No que diz respeito ao centro geométrico, o momento de inércia é:

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

Momentos estáticos
No caso do centro geométrico, os momentos estáticos das secções ligadas são calculados utilizando as soldaduras ➀, ➁ e ➂:
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) = 1322 cm³

Verificação dos cordões de soldadura

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

SHAPE-THIN
No SHAPE-THIN, a tensão de corte (no plano da superfície de soldadura de filete) paralela ao eixo de soldadura τ|| pode ser calculado em soldaduras de filete e a resistência pode ser dimensionada. Ao modelar, a soldadura tem de ser ligada às bordas 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 não houver um elemento especificado na coluna H, as tensões de soldadura são determinadas em todos os elementos aos quais a soldadura está ligada. Estes elementos podem ser obtidos a partir da coluna B "Elementos nº".

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

Figura 04 - Tabela 1.6 Soldaduras

A tabela 5.1 Soldas exibe as tensões resultantes τ|| para as soldaduras definidas na Tabela 1.6 Soldaduras. A Figura 05 mostra as tensões de soldagem para o exemplo descrito neste artigo.

Figura 05 - Tabela 5.1 Soldaduras

Referência

[1] Eurocódigo 3: Dimensionamento de estruturas em aço - Parte 1-8: Dimensionamento de ligações; EN 1993‑1‑8: 2005 + CC: 2009
[2]Petersen, C .: Stahlbau, 4.º edição. Wiesbaden: Springer Vieweg, 2013

Palavras-chave

Filete de soldadura Soldadura Tensão de soldadura Dimensionamento da costura de soldadura Dimensionamento da soldadura de filete

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