Dimensionamento de soldaduras

No IDEA StatiCa Connection, existem duas estratégias de dimensionamento de soldaduras disponíveis para todos os utilizadores:

• à resistência total
• com sobrerresistência

Para utilizadores do Eurocódigo, existem mais duas:

• por estimativa de capacidade
• para ductilidade mínima

O método de dimensionamento de soldaduras é especificado no diálogo de Operações.

Ao executar o dimensionamento de soldaduras, cada soldadura de filete no modelo é modificada de acordo com o método de dimensionamento. Em geral, o tamanho das soldaduras aumentará pela seguinte ordem:

1. Por estimativa de capacidade
2. Para ductilidade mínima
3. Resistência total
4. Com sobrerresistência

Os métodos são descritos em detalhe abaixo. 

Por estimativa de capacidade

O dimensionamento de soldaduras por estimativa de capacidade fornece automaticamente dimensões de soldadura suficientemente resistentes para transferir as cargas definidas. 

A estimativa de capacidade de soldadura é a primeira aplicação de aprendizagem automática no IDEA StatiCa. De momento, está implementada apenas no Eurocódigo. A resistência da soldadura é determinada de acordo com o elemento de soldadura mais solicitado. Por conseguinte, a utilização da soldadura é altamente não linear. A resistência ao longo de todo o comprimento é estimada por um algoritmo de aprendizagem automática com base na distribuição de tensões ao longo do comprimento da soldadura.

O dimensionamento de soldaduras por estimativa de capacidade requer resultados. O tamanho das soldaduras de filete é ajustado de acordo com a seguinte fórmula:

$$a_{new} = a \cdot Ut_c / Ut_{target}$$

onde:

• $a_{new}$ – tamanho ajustado da soldadura de filete
• $a$ – tamanho da soldadura de filete previamente definido
• $Ut_c$ – estimativa de capacidade baseada no algoritmo de aprendizagem automática, visível na verificação de soldadura 
• $Ut_{target}$ – utilização alvo em Definições → Dimensionamento → Autodimensionamento → Dimensionamento de soldaduras

O valor resultante $a_{new}$ é arredondado por excesso de acordo com Preferências → Unidades da aplicação → Arredondamento de nova entidade → Tamanho da soldadura. 

Note que os tamanhos das soldaduras são limitados por regras de pormenorização, por exemplo, o tamanho da soldadura não pode ser inferior a 3 mm (EN 1993-1-8 – 4.5.2). Estas regras de pormenorização são respeitadas. Tenha também em conta que múltiplas soldaduras no IDEA StatiCa são frequentemente definidas por um único valor. Nestes casos, o tamanho é definido de acordo com a mais utilizada.

Está também disponível um ciclo de cálculo. Quando o método de dimensionamento de soldaduras está definido para estimativa de capacidade, este:

1. Dimensiona as soldaduras de filete para resistência total
2. Calcula o modelo
3. Dimensiona as soldaduras de filete por estimativa de capacidade
4. Calcula o modelo

As soldaduras ficam assim definidas com uma utilização igual ou inferior à utilização alvo com apenas um clique.

Para ductilidade mínima

O dimensionamento de soldaduras para ductilidade mínima fornece automaticamente ligações soldadas suficientemente resistentes para evitar roturas frágeis. A resistência da soldadura permite a cedência inicial da chapa, mas em última instância, a soldadura rompe.

O requisito de ductilidade mínima de ligações soldadas consta da FprEN 1993-1-8:2023 – 6.9(4). Tem origem no anexo nacional neerlandês da EN 1993-1-8, onde a razão fixa entre a resistência da soldadura e a resistência da chapa é de 0,8. Está também incluído nos amplamente utilizados Green books do Reino Unido, nomeadamente nos Capítulos C2 e C3. No entanto, a razão fixa é adequada apenas para o aço de grau S355. Na segunda geração do Eurocódigo, esta é alargada a todos os graus de aço.

Este requisito é verificado para soldaduras de filete de dupla face por:

$$a/t=\frac{\beta_w\gamma_{M2} f_y}{\sqrt{2} f_u \gamma_{M0} } \cdot \min \left \{1.0, 1.1\frac{f_y}{f_u} \right \}$$

onde:

• $a$ – espessura de garganta da soldadura
• $t$ – espessura da chapa ligada pelo bordo
• $\beta_w$ – fator de correlação da soldadura 
• $\gamma_{M2}$ – coeficiente de segurança para parafusos e soldaduras; editável na configuração normativa
• $f_y$ – tensão de cedência da chapa
• $f_u$ – resistência última da soldadura
• $\gamma_{M0}$ – coeficiente de segurança para chapas; editável na configuração normativa

A espessura de garganta da soldadura de filete de face simples é o dobro da correspondente à soldadura de filete de dupla face.

Note que o método é útil para soldaduras carregadas transversalmente e funciona quando a chapa está ligada em toda a sua largura.

À resistência total

O dimensionamento de soldaduras à resistência total fornece automaticamente soldaduras mais resistentes do que a chapa ligada. No cálculo, assume-se que as chapas estão carregadas em tração e as soldaduras transversalmente, como o caso mais desfavorável para a resistência e ductilidade da soldadura. Este dimensionamento é útil para evitar roturas frágeis das soldaduras sob carregamento estático.

Esta abordagem está também incluída nos amplamente utilizados Green books do Reino Unido, nomeadamente no Capítulo C1.

Este requisito é verificado para soldaduras de filete de dupla face por:

$$a/t=\frac{\beta_w\gamma_{M2} f_y}{\sqrt{2} f_u \gamma_{M0} }$$

onde:

• $a$ – espessura de garganta da soldadura
• $t$ – espessura da chapa ligada pelo bordo
• $\beta_w$ – fator de correlação da soldadura 
• $\gamma_{M2}$ – coeficiente de segurança para parafusos e soldaduras; editável na configuração normativa
• $f_y$ – tensão de cedência da chapa
• $f_u$ – resistência última da soldadura
• $\gamma_{M0}$ – coeficiente de segurança para chapas; editável na configuração normativa

Note que o método é útil para soldaduras carregadas transversalmente e funciona quando a chapa está ligada em toda a sua largura.

Com sobrerresistência

O dimensionamento de soldaduras com sobrerresistência fornece automaticamente soldaduras muito mais resistentes do que a chapa ligada. O fator de sobrerresistência é especificado em Definições → Dimensionamento → Autodimensionamento → Dimensionamento de soldaduras. O valor predefinido de 1,4 é retirado da EN 1993-1-8 – 6.2.3 (5) para formação de rótula plástica. 

No cálculo, assume-se que as chapas estão carregadas em tração e as soldaduras transversalmente, como o caso mais desfavorável para a resistência e ductilidade da soldadura. Este dimensionamento é útil para evitar roturas frágeis das soldaduras em projeto plástico ou sob carregamento cíclico. Note que um tamanho de soldadura elevado não garante automaticamente uma ductilidade elevada. Pelo contrário, pode conduzir a tensões residuais excessivas e deformações causadas pela retração da soldadura.

Este requisito é verificado para soldaduras de filete de dupla face por:

$$a/t=\frac{\beta_w\gamma_{M2} f_y}{\sqrt{2} f_u \gamma_{M0} } \cdot f_{overstrength}$$

onde:

• $a$ – espessura de garganta da soldadura
• $t$ – espessura da chapa ligada pelo bordo
• $\beta_w$ – fator de correlação da soldadura 
• $\gamma_{M2}$ – coeficiente de segurança para parafusos e soldaduras; editável na configuração normativa
• $f_y$ – tensão de cedência da chapa
• $f_u$ – resistência última da soldadura
• $\gamma_{M0}$ – coeficiente de segurança para chapas; editável na configuração normativa
• $f_{overstrength}$ – fator de sobrerresistência especificado em Definições → Dimensionamento → Autodimensionamento → Dimensionamento de soldaduras

Note que o método é útil para soldaduras carregadas transversalmente e funciona quando a chapa está ligada em toda a sua largura.