CONSTRUMETAL 2010 CONGRESSO LATINO-AMERICANO DA CONSTRUÇÃO METÁLICA São Paulo Brasil 31 de agosto a 2 de setembro 2010

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1 CONSTRUMETAL 2010 CONGRESSO LATINO-AMERICANO DA CONSTRUÇÃO METÁLICA Sã Paul Brasil 31 de agst a 2 de setembr 2010 PRESCRIÇÕES DE SOLDAS APLICADAS EM LIGAÇÕES COM BASE NA NORMA BRASILEIRA DE PROJETO DE ESTRUTURAS DE AÇO E ESTRUTURAS MISTAS DE AÇO E CONCRETO COM PERFIS TUBULARES Jã Albert Venegas Requena Universidade de Campinas (UNICAMP) Ricard Hallal Fakury Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG) Eduard de Miranda Batista Universidade Federal d Ri de Janeir (COOPE/URFJ) Arlene Maria Sarmanh Freitas Universidade Federal de Our Pret (UFOP) Rberval Jsé Pimenta Cdeme Engenharia Afns Henrique Mascarenhas de Araúj Vallurec & Mannesmann d Brasil (VMB) Resum Neste trabalh sã apresentadas as prescrições de sldas aplicadas em ligações de perfis tubulares, desenvlvidas para text-base da nva nrma brasileira de prjet de estruturas mistas de aç e cncret cm perfis tubulares. Esta nrma, em fase final de desenvlviment, será apresentada em breve a ABNT. A cntribuiçã deste trabalh cnsiste em frnecer detalhes preciss n empreg ds diferentes tips de sldas utilizadas em ligações entre perfis tubulares, que dispensam chapas de ligaçã. Cnhecidas cm ligações de bca-de-lb em que as gemetrias se ajustam perfeitamente n cntat entre s perfis. As gemetrias tubulares circulares dificultam nrmalmente a aplicaçã de sldas de filete u de entalhe. As prescrições nrmativas têm a intençã de garantir as resistências necessárias n dimensinament das ligações. Sã necessáris alguns cuidads nas cnsiderações paramétricas para verificar a pssibilidade de um u utr tip de aplicaçã de slda. Na ligaçã sldada entre perfis tubulares circulares, dependend ds ânguls entre barras diagnais e barras de banz, pde haver regiões cm menr u mair capacidade de resistência da slda. Prtant, é de fundamental imprtância cnheciment d cmprtament das ligações sldadas submetidas a sldas de filete u de entalhe para garantir a segurança estrutural. As prescrições aplicam-se às ligações sldadas, nã sujeitas a fadiga, de perfis tubulares cm espessura de parede menr u igual a 37,5 mm. Tdas as dispsições da ABNT NBR 8800 relativas a ligações sldadas sã aplicáveis, excet as crrespndentes as itens que tratam ds mesms assunts desta nva nrma. Para ligações sldadas sujeitas a fadiga u de perfis tubulares cm espessura de parede superir a 37,5 mm, devem ser adtads s prcediments da ABNT NBR 8800 e AWS D1.1, nde aplicáveis. Palavras-chave: estruturas de aç, perfis tubulares, sldas, ligações sldadas, prjet estrutural, textbase de nrma brasileira. 1. INTRODUÇÃO As estruturas treliçadas cnstituídas de perfis tubulares de aç sã, usualmente, classificadas em uniplanares e multiplanares. As treliças uniplanares sã caracterizadas pr barras cntidas em um únic

2 plan, ilustradas na Figura 1. As treliças multiplanares sã caracterizadas pr barras cntidas basicamente em três plans, ilustradas na Figura 2. Figura 1 Treliças planas cnstituídas de perfis tubulares Figura 2- Treliças multiplanares cnstituídas de perfis tubulares Tant as treliças uniplanares quant as treliças multiplanares, cmpstas de barras de perfis tubulares, sã usualmente fabricadas cm ligações sldadas, exemplificadas na Figura 3.

3 Figura 3 Ligaçã sldada entre perfis tubulares Esta peraçã de sldagem direta entre perfis tubulares, principalmente ns tubulares circulares exige uma precisã muit grande além de seguir especificações aprpriadas para atingir a segurança necessária. Prtant, é de fundamental imprtância cnheciment d cmprtament das ligações sldadas submetidas a sldas de filete u de entalhe para garantir a segurança estrutural. Cm bjetiv de frnecer subsídis para s calculistas tratarem este assunt, está send prpst um text base da nrma brasileira de prjet de estruturas de aç e estruturas mistas de aç e cncret cm perfis tubulares, aqui denminad de TB-NBT:2010. O anex nrmativ trata de detalhes relacinads às sldas das ligações cm base na AWS D PRESCRIÇÕES DA TB-NBT:2010 As prescrições d Anex A da TB-NBT:2010 aplicam-se às ligações sldadas apresentadas n crp d text, nã sujeitas a fadiga, de perfis tubulares cm espessura de parede menr u igual a 37,5 mm, dimensinads cnfrme as prescrições desta Nrma. Tdas as dispsições da ABNT NBR 8800 relativas a ligações sldadas sã aplicáveis, excet as crrespndentes as itens que tratam ds mesms assunts deste Anex. Para ligações sldadas sujeitas a fadiga u de perfis tubulares cm espessura de parede superir a 37,5 mm, devem ser adtads s prcediments da ABNT NBR 8800 e AWS D1.1, nde aplicáveis. 2.1 Identificações e definições As regiões sldadas e a gemetria da ligaçã devem ser identificadas de acrd cm apresentad nas Figuras 4 e 5, respectivamente. Nessas figuras, regiã interna significa trech sldad crrespndente a ângul agud, regiã externa, trech sldad crrespndente a ângul btus, regiã lateral, s demais trechs sldads.

4 Figura 4 - Identificaçã das regiões sldadas Figura 5 - Gemetria das ligações O ângul d diedr lcal, ψ, é ângul entre as tangentes das superfícies externas ds tubs ligads pela slda, medid num plan perpendicular à linha de slda (raiz da slda) ver Figura 6. Nas ligações cm perfis circulares, as Figuras 7 a 12 pdem ser utilizadas para a determinaçã d ângul d diedr lcal de cada regiã da slda. Nessas figuras ângul ρ é medid a partir d eix vertical da seçã transversal da diagnal u mntante ver Figura 6.

5 Figura 6 - Definiçã d ângul d diedr lcal Figura 7 - Valres d ângul d diedr lcal para θ = 30

6 Figura 8 - Valres d ângul d diedr lcal para θ = 40 Figura 9 - Valres d ângul d diedr lcal para θ = 50

7 Figura 10 - Valres d ângul d diedr lcal para θ = 60 Figura 11 - Valres d ângul d diedr lcal para θ = 70

8 Figura 12 - Valres d ângul d diedr lcal para θ = Slda de filete Para que uma ligaçã cm slda de filete seja cnsiderada pré-qualificada, devem ser adtadas as dimensões mínimas da perna d filete (excluind-se a abertura da raiz) apresentadas na Tabela 1, em funçã d tip d aç e d ângul d diedr lcal (ψ), e s detalhes cnfrme apresentads na Figura 13. Esses detalhes sã limitads a d i /d 0 1/3 para perfis circulares e b i /b 0 0,8 para perfis retangulares. Na Tabela 1, t é a espessura da menr parede sldada, z é btid da Tabela 2, em funçã d ângul da junta e d prcess de sldagem ver Figura 13. A abertura da raiz (R n ) nã pde ser superir a 5 mm. Tabela 1 Dimensões mínimas da perna d filete Dimensã mínima da perna d filete (d w ) Regiã f y 300 MPa f y > 300 MPa Internaψ 60 1,5t mair entre 1,5t e 1,4t + z Lateral 60 <ψ < 100 1,4t 1,5t Lateral 100 ψ 110 1,6t 1,75t Lateral 110 ψ 120 1,8t 2,0t Externaψ > 120 1,4t cm entalhe parcial entalhe cmplet cm ângul da junta entre 60 e 90

9 Figura 13 Ligações pré-qualificadas cm slda de filete Área efetiva A área efetiva deve ser calculada, cnfrme a ABNT NBR 8800, cm prdut d cmpriment efetiv da slda pela espessura da garganta efetiva. O cmpriment efetiv da slda, ef, deve ser calculad cnfrme e 2.2.3, para perfis tubulares circulares e retangulares, respectivamente. A garganta efetiva deve ser calculada cnfrme Cmpriment efetiv da slda de perfis circulares O cmpriment efetiv da slda de perfis circulares deve ser calculad pr: = 2π r K (1) ef w a nde: r w é a distância d eix d perfil tubular à linha de centr da garganta da slda (ver Figura 14); K a é um fatr de seçã e pde ser tmad igual a: 1+ 1/ senθ K a = (2) 2 θ é ângul agud entre s eixs das barras.

10 Figura 14 Definiçã de parâmetrs da slda de perfis circulares Cmpriment efetiv da slda de perfis retangulares O cmpriment efetiv da slda de perfis retangulares deve ser calculad pr: Para ligações K, N e DK: 2h + 2b para θ 50 senθ 2h senθ < θ < ef = + b para θ 60 (3) interplar linearmente para Para as demais ligações: 2h + b para θ 50 senθ 2h senθ < θ < ef = para θ 60 (4) interplar linearmente para Espessura da garganta efetiva A espessura da garganta efetiva de uma slda de filete (b w ) é igual à menr distância medida da raiz à face plana teórica da slda, para ângul da junta (φ) mair u igual a 60, e a essa mesma distância reduzida da dimensã z, dada na Tabela 2, para 30 φ 60. Para φ < 30, a slda nã é cnsiderada efetiva, devend-se, prtant, tmar b w = 0. N cálcul da espessura da garganta efetiva, a abertura da raiz (R n ) deve ser levada em cnta, cas seja superir a 1,5 mm.

11 Ângul da junta (φ) Tabela 2 Distância z Psiçã de sldagem: Vertical (V) u Sbrecabeça (S) Prcess de z sldagem mm Psiçã de sldagem: Hrizntal (H) u Plana (P) Prcess de z sldagem mm φ 60 FCAW 0 FCAW 0 SMAW 0 SMAW 0 GMAW N/A GMAW 0 60 ο > φ 45 FCAW 3 FCAW 0 SMAW 3 SMAW 3 GMAW N/A GMAW 0 45 ο > φ 30 FCAW 10 FCAW 6 SMAW 6 SMAW 6 GMAW N/A GMAW Slda de Entalhe As dimensões das juntas, ds ânguls de entalhe e s detalhes das ligações pré-qualificadas cm slda de penetraçã ttal (CJP) em apenas um lad da junta, sem extraçã de raiz, estã mstrads na Tabela 3 e nas Figuras 16 a 19. As demais ligações cm slda de entalhe, sldadas em apenas um lad da junta, sem chapa de espera ( backing bar ), e em ambs s lads, sem extraçã de raiz, sã cnsideradas de penetraçã parcial. As dimensões das juntas, ds ânguls de entalhe e s detalhes das ligações préqualificadas de penetraçã parcial (PJP) estã mstrads na Figura 20. A preparaçã das juntas para as sldas ns cants deve prpiciar uma transiçã suave de um detalhe para utr. Além diss, as sldas devem ser executadas cntinuamente a lng ds cants, de frma que arc inicie e termine em faces planas Área efetiva A área efetiva deve ser calculada, cnfrme a ABNT NBR 8800, cm prdut d cmpriment efetiv da slda pela espessura da garganta efetiva. O cmpriment efetiv da slda, ef, deve ser calculad cnfrme A garganta efetiva deve ser calculada cnfrme Cmpriment efetiv da slda O cmpriment efetiv da slda de perfis circulares deve ser calculad cnfrme substituind-se r w pr r m, nde r m é rai médi d perfil circular, ist é, medid na linha de centr da parede d tub ver Figura 14. O cmpriment efetiv da slda de perfis retangulares deve ser calculad cnfrme Espessura da garganta efetiva A espessura da garganta efetiva de uma slda de penetraçã ttal deve ser tmada igual à menr das espessuras das partes sldadas. A espessura da garganta efetiva de uma slda de penetraçã parcial é igual à prfundidade d chanfr, para ângul da junta igual u superir a 60, e a essa mesma distância reduzida da dimensã z, dada na Tabela 2, para 30 φ < 60. Para φ < 30, a slda nã é cnsiderada efetiva, devend-se, prtant, tmar a espessura da garganta efetiva igual a zer. Para sldas ns cants

12 arredndads ds perfis retangulares, a espessura de garganta efetiva é igual à prfundidade da slda ver Figura 15. Figura 15 - Espessura da garganta da slda ns cants arredndads de perfis retangulares Tabela 3 Dimensões das juntas e ds ânguls de entalhe das ligações pré-qualificadas cm slda de penetraçã ttal (CPJ) Detalhe A Ψ = ω (mínim) ---- Abertura de raiz (R n ) mm W (máxim) mm Ângul da junta (φ) SMAW FCAW Detalhe B Ψ = Detalhe C a) Ψ = Detalhe D a) Ψ = u 45 para ψ> FCAW SMAW SMAW SMAW max min 2 u 0 para φ>90 2 u 0 para φ> max 90 60º para ψ 105º min 45 37,5 ; se menr usar detalhe C Filete adicinal (F) ---- Slda Cmpleta b w (min) d w t b 40 ; se mair usar detalhe B 0,5 ψ u 30, que fr mair ---- de 0 a 0,5 t b a medida que Ψ varie 0,5 t b 0,5 t b de 135º a 90 t b para Ψ 90 ο t t b /sin Ψ para b /sin Ψ 1,75 Ψ < 90 ο t b t (min) b /sin Ψ 1,75 t b a A slda de vedaçã deve ter dimensões que garantam a qualidade da slda e a necessária largura d entalhe bedecend-se limite dad nesta tabela. 2t b

13 (a) Ligaçã em degrau detalhe alternativ para regiões laterais (b) Ligaçã parelha Figura 16 Definições e seleçã de detalhes de ligações pré-qualificadas cm slda de penetraçã ttal (CJP) de perfis retangulares Figura 17 Definições e seleçã de detalhes de ligações pré-qualificadas cm slda de penetraçã ttal (CJP) de perfis circulares

14 Ψ = DETALHE A Ψ = Ψ = DETALHE B Ψ = Ψ = DETALHE C TRANSIÇÃO DE DETALHE C PARA DETALHE D Ψ = DETALHE D Figura 18 Detalhes de ligações pré-qualificadas cm slda de penetraçã ttal (CJP) cm espessura até 16 mm.

15 Ψ = DETALHE A Ψ = DETALHE C Ψ = DETALHE B Ψ = Ψ = Ψ = TRANSIÇÃO DE DETALHE C PARA DETALHE D DETALHE D Figura 19 Detalhes de ligações pré-qualificadas cm slda de penetraçã ttal (CJP) cm espessura superir a 16 mm.

16 Figura 20 Detalhes de ligações pré-qualificadas cm slda de penetraçã parcial (PJP)

17 REGIÃO DE TRANSIÇÃO OU INTERNA 150 ψ > φ 30 REGIÃO EXTERNA ψ = REGIÃO EXTERNA OU INTERNA ψ = REGIÃO LATERAL OU INTERNA ψ = REGIÃO INTERNA ψ = Figura 20 Detalhes de ligações pré-qualificadas cm slda de penetraçã parcial (PJP) (cntinuaçã)

18 REGIÃO DE TRANSIÇÃO OU INTERNA ψ = CANTO DA REGIÃO EXTERNA C t b + 3mm e R 2t b u abertura da raiz ( Rn ) 2mm REGIÃO LATERAL (PARELHA) REGIÃO DE TRANSIÇÃO A REGIÃO DE TRANSIÇÃO B Figura 20 Detalhes de ligações pré-qualificadas cm slda de penetraçã parcial (PJP) (cntinuaçã)

19 3. CONSIDERAÇÕES FINAIS O text base aqui denminad de TB-NBT:2010, da nva nrma brasileira de prjet de estruturas de aç e estruturas mistas de aç e cncret cm perfis tubulares, ferece uma grande cntribuiçã nas prescrições sbre sldas, pis este assunt nã é cntemplad na nrma ABNT NBR 2800:2008 e agra preenche uma lacuna muit imprtante para s calculistas de estruturas de aç. A equipe de prfissinais da UNICAMP, UFOP, UFMG, COOPE/UFRJ, CODEME Engenharia e V&M d Brasil, trabalhu neste text seguind principalmente as prescrições da AWS D AGRADECIMENTOS À VMB (Vallurec & Mannesmann d Brasil), que trnu pssível a elabraçã e a apresentaçã deste trabalh. 6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ABNT NBR 8800:2008. Prjet de estruturas de aç e de estruturas mistas de aç e cncret de edifícis. Assciaçã Brasileira de Nrmas Técnicas, Ri de Janeir, Brasil. ANSI/AISC Specificatin fr structural steel buildings. American Institute f Steel Cnstructin, Chicag, USA. AWS D1.1:2008. Structural welding cde-steel. American Welding Sciety, Miami, USA. EN : Design f steel structures-part 1.1: General rules and rules fr buildings. EUROCODE 3, Eurpean Cmmittee fr Standardizatin, Brussels, Belgium. EN : Design f steel structures-part 1.8: Design f jints. EUROCODE 3, Eurpean Cmmittee fr Standardizatin, Brussels, Belgium. Packer, J.A, Wardenier, J., Zha,X.-L, van der Vegte, G.J. and Kurbane, Y. (2009). Design guide fr rectangular hllw sectin (RHS) jints under predminantly static lad, Secnd Editin, CIDECT. Requena, J.A.V. e Sants, A.L.E.F. (2007). Dimensinament de Ligações em Barras Tubulares de Estruturas Metálicas Planas, 1ª. Ediçã, Cleçã Técnic-científica V&M d Brasil, UNICAMP, Campinas. SCI 207 (1997). Jints in steel cnstructin: mment cnnectins. The Steel Cnstructin Institute, Asct, UK. TB-NBT:2010. Text-base da futura nrma brasileira de prjet de estruturas de aç e mistas de aç e cncret cm perfis tubulares em preparaçã.