ESTUDO DE VIABILIDADE TÉCNICA/ECONÔMICA PARA ESPECIFICAÇÃO DE SOLDAS EM EMENDAS A 90º ENTRE ALMA E MESA DE PERFIS I NÃO ENRIJECIDOS

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Pedro Henrique Desconhecida Corte-Real
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1 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 m.junior@brafer.com 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.

2 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.

3 2. OBJETIVOS Apresentar alguns critérios para dimensionamento das soldas de composição de perfis I não enrijecidos, de acordo com a norma ANSI/AISC : 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.

4 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)

5 Figura 02 Distribuição das tensões de cisalhamento em uma seção retangular (Fonte: Timoshenko, 1956) τ yx. (b. d y ). d x = τ xy. (b. d x ). d y Princípio de Saint-Venant

6 Figura 03 Tensões de cisalhamento em planos paralelos (Fonte: Timoshenko, 1956)

7 3. ANSI/AISC Chapter G Design Members for Shear: G2 Members with unstiffened or stiffened webs V n = 0,6 x F y x A w x C v (ϕ v = 0,90 / Ω v = 1,67) w v y h/t 1, 10 k E / F 1, 0 1, 10 k E / F h/t 1, 37 v h/t 1, 37 w k y v E / F y w k v C v E / F C v y 151, k (h/t w v E )² F y C v 110, k v h / t E / F w y Para almas não enrijecidas com h/t w < 260 k v = 5

8 Chapter J Design of Connections: J2 Welds R n = 0,6 x F w x A w (ϕ = 0,75 / Ω = 2,00) Tabela 01 Garganta mínima para soldas de penetração parcial (PJP) (Fonte: ANSI/AISC , Capítulo J)

9 Tabela 02 Tamanho mínimo para soldas de filete (Fonte: ANSI/AISC , Capítulo J)

10 Figura 04 Solda de filete entre mesa e alma de perfil soldado (Fonte: O autor)

11 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 (F y = 300 MPa) Eletrodo considerado: E70XX (F w = 485 MPa)

12 Tabela 03: Resistência Solda x Resistência Alma para h/t 1, 10 w k v E / F y (Fonte: O autor)

13 Tabela 04: Resistência Solda x Resistência Alma para h/t 1, 37 w k v E / F y (Fonte: O autor)

14 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.

15 SAW (Submerged Arc) Figura 05 Execução de solda de composição pelo processo SAW (Fonte: O autor)

16 Características das máquinas automatizadas: Altura máxima do perfil a ser soldado (d): mm; Largura máxima da mesa (b f ) 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.

17 Tabela 05 e 06 Velocidades de avanço - execução de soldas 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) (Fonte: O autor) Tabela 07 Velocidades de avanço - execução de chanfros VELOCIDADE MÉDIA DE AVANÇO Dimensão do chanfro (mm) CHANFRADEIRA Velocidade (mm/min) (Fonte: O autor)

18 Figura 06 Execução do processo de chanfro simples (Fonte: O autor)

19 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;

20 Figura 07 Dimensões e notações empregadas nas soldas estudadas (Fonte: O autor)

21 Tabela 08 Estudo comparativo Solda de Filete 10 mm x Solda PJP com reforço de filete (Fonte: O autor)

22 Tabela 09 Estudo comparativo Solda de Filete 12 mm x Solda PJP com reforço de filete (Fonte: O autor)

23 Tabela 10 Estudo comparativo Solda de Filete 14 mm x Solda PJP com reforço de filete (Fonte: O autor)

24 Tabela 11 Estudo comparativo Solda de Filete 16 mm x Solda PJP com reforço de filete (Fonte: O autor)

25 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.

26 OBRIGADO!

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