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ESTUDO DE VIABILIDADE TÉCNICA/ECONÔMICA
PARA ESPECIFICAÇÃO DE SOLDAS EM EMENDAS
A 90º ENTRE ALMA E MESA DE PERFIS “I” NÃO
ENRIJECIDOS
Martinho R. Giacomitti Junior 1
[email protected]
1 Especialista em Engenharia de Estruturas pelo IST/SOCIESC-SC; Engenheiro Civil graduado pela
Universidade Positivo (UP-PR); Técnico em Mecânica formado pelo CEFET-PR; Atualmente, é
Engenheiro Calculista da Brafer Construções Metálicas S/A.
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1. INTRODUÇÃO
Os trabalhos de soldagem e ensaios para inspeção estão entre os
maiores custos de uma empresa fabricante de estruturas metálicas e
exigem mão de obra qualificada;
A otimização do tempo gasto nestas atividades significa aumento
dos lucros e redução de despesas;
Falta de conhecimento por parte dos engenheiros quanto à correta
especificaçao de soldas.
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2. OBJETIVOS
Apresentar alguns critérios para dimensionamento das soldas de
composição de perfis “I” não enrijecidos, de acordo com a norma
ANSI/AISC 360-10: Specification for Structural Steel Buildings;
Apresentar os resultados de um estudo realizado na fábrica da
Brafer Construções Metálicas S/A, mostrando as vantagens da
substituição de soldas de filete por soldas de penetração parcial
(PJP) com reforço de filete, em diversas situações.
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3. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Basicamente, as soldas de composição devem ser dimensionadas
para resistir aos esforços cortantes;
Tensões de cisalhamento (τ) admissíveis são inferiores às tensões
normais (σ) admissíveis → τ = 0,55 a 0,60 . σ (Timoshenko, 1956);
Figura 01 – Viga solicitada à flexão
(Fonte: Timoshenko, 1956)
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Figura 02 – Distribuição das tensões de cisalhamento em uma seção retangular
(Fonte: Timoshenko, 1956)
τyx . (b . dy) . dx = τxy . (b . dx) . dy
Princípio de Saint-Venant
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Figura 03 – Tensões de cisalhamento em planos paralelos
(Fonte: Timoshenko, 1956)
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3. ANSI/AISC 360-10
Chapter G – Design Members for Shear:
G2 – Members with unstiffened or stiffened webs
Vn = 0,6 x Fy x Aw x Cv (ϕv = 0,90 / Ωv = 1,67)
→
→
→
Para almas não enrijecidas com h/tw < 260 → kv = 5
yvw E / Fk,h/t 101 0,1vC
yvwyv E / Fk,h/tE / Fk, 371101 w
yv
vth
FEk, C
/
/101
yvw E / Fk,h/t 371yw
vv
)² F(h/t
Ek, C
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Chapter J – Design of Connections:
J2 – Welds
Rn = 0,6 x Fw x Aw (ϕ = 0,75 / Ω = 2,00)
Tabela 01 – Garganta mínima para soldas de penetração parcial (PJP)
(Fonte: ANSI/AISC 360-10, Capítulo J)
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Tabela 02 – Tamanho mínimo para soldas de filete
(Fonte: ANSI/AISC 360-10, Capítulo J)
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Figura 04 – Solda de filete entre mesa e alma de perfil soldado
(Fonte: O autor)
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4. METODOLOGIA E APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS
As soldas de composição foram dimensionadas de acordo com os
seguintes critérios:
• respeitando as dimensões mínimas dadas nas tabelas J2.3 e J2.4; e
• de maneira a resistir aos esforços atuantes;
Aço considerado: CIVIL 300 (Fy = 300 MPa)
Eletrodo considerado: E70XX (Fw = 485 MPa)
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yvw E / Fk,h/t 101 Tabela 03: Resistência Solda x Resistência Alma para
(Fonte: O autor)
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yvw E / Fk,h/t 371 Tabela 04: Resistência Solda x Resistência Alma para
(Fonte: O autor)
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• Quanto menor a espessura das chapas, mais resistente é a solda
quando comparada à resistência do metal base;
• Para aços mais resistentes, a diferença entre as resistências tende a
diminuir;
• Quanto maior a esbeltez da alma, menor a sua resistência ao
cisalhamento;
• No caso de chapas mais grossas, a resistência da solda passa a não
ser mais tão próxima da resistência da alma e na hipótese de
elevados carregamentos pode-se ter esforços cortantes mais
próximos da resistência da alma, aumentando, por consequência, o
tamanho dos filetes de solda.
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SAW (Submerged Arc)
Figura 05 – Execução de solda de composição pelo processo SAW
(Fonte: O autor)
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Características das máquinas automatizadas:
• Altura máxima do perfil a ser soldado (d): 1.800 mm;
• Largura máxima da mesa (bf) do perfil a ser soldado: 700 mm;
• Velocidade máxima de avanço do bico de solda: 1375 mm/min,
variando em função do tamanho do filete a ser executado, bitola e
tipo do arame de solda, entre outros.
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Tabela 05 e 06 – Velocidades de avanço - execução de soldas
(Fonte: O autor)
VELOCIDADE MÉDIA DE AVANÇO VELOCIDADE MÉDIA DE AVANÇO
SOLDAS DE FILETE SOLDAS DE PENETRAÇÃO PARCIAL
COM REFORÇO DE FILETE
Dimensão da
perna (mm)
Velocidade
(mm/min)
Dimensão da
perna (mm)
Velocidade
(mm/min)
3 1.300 3 1.350
4 1.250 4 1.300
5 1.200 5 1.250
6 1.000 6 1.100
7 750 7 900
8 650 8 750
VELOCIDADE MÉDIA DE AVANÇO
CHANFRADEIRA
Dimensão do
chanfro (mm)
Velocidade
(mm/min)
3 1.950
4 1.950
5 1.900
6 1.750
7 1.550
8 1.300
Tabela 07 – Velocidades de avanço - execução de chanfros
(Fonte: O autor)
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Figura 06 – Execução do processo de chanfro simples
(Fonte: O autor)
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Em função de parâmetros operacionais (espessuras de chapa,
ângulo de chanfro, necessidade de pré-aquecimento, corrente,
tensão e velocidade de soldagem, etc.):
• Para soldas de filete: até 8 mm: 1 passe;
de 9 a 11 mm: 2 passes;
de 12 a 14 mm: 3 passes;
de 15 e 16 mm: 4 passes.
• Para soldas PJP e filete de reforço: até 11 mm: 2 passes;
de 12 a 16 mm: 3 passes;
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Figura 07 – Dimensões e notações empregadas nas soldas estudadas
(Fonte: O autor)
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Tabela 08 – Estudo comparativo Solda de Filete 10 mm x Solda PJP com reforço de filete
(Fonte: O autor)
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Tabela 09 – Estudo comparativo Solda de Filete 12 mm x Solda PJP com reforço de filete
(Fonte: O autor)
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Tabela 10 – Estudo comparativo Solda de Filete 14 mm x Solda PJP com reforço de filete
(Fonte: O autor)
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Tabela 11 – Estudo comparativo Solda de Filete 16 mm x Solda PJP com reforço de filete
(Fonte: O autor)
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Observações:
• Todos os valores apresentados estão sem impostos;
• O valor em R$/h dos profissionais envolvidos nas atividades, bem
como o preço dos consumíveis considera a média praticada no
estado do Paraná.