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
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.
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.
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.
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)
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
Figura 03 – Tensões de cisalhamento em planos paralelos
(Fonte: Timoshenko, 1956)
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
511
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)
Tabela 02 – Tamanho mínimo para soldas de filete
(Fonte: ANSI/AISC 360-10, Capítulo J)
Figura 04 – Solda de filete entre mesa e alma de perfil soldado
(Fonte: O autor)
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)
yvw E / Fk,h/t 101 Tabela 03: Resistência Solda x Resistência Alma para
(Fonte: O autor)
yvw E / Fk,h/t 371 Tabela 04: Resistência Solda x Resistência Alma para
(Fonte: O autor)
• 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.
SAW (Submerged Arc)
Figura 05 – Execução de solda de composição pelo processo SAW
(Fonte: O autor)
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.
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)
Figura 06 – Execução do processo de chanfro simples
(Fonte: O autor)
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;
Figura 07 – Dimensões e notações empregadas nas soldas estudadas
(Fonte: O autor)
Tabela 08 – Estudo comparativo Solda de Filete 10 mm x Solda PJP com reforço de filete
(Fonte: O autor)
Tabela 09 – Estudo comparativo Solda de Filete 12 mm x Solda PJP com reforço de filete
(Fonte: O autor)
Tabela 10 – Estudo comparativo Solda de Filete 14 mm x Solda PJP com reforço de filete
(Fonte: O autor)
Tabela 11 – Estudo comparativo Solda de Filete 16 mm x Solda PJP com reforço de filete
(Fonte: O autor)
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.
OBRIGADO!