Aula 23 - 26 - Ligações soldadas

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Estruturas de Aço - CV49D
Ligações em Estruturas de Aço
Ligações Soldadas
Prof. Gustavo Savaris
Doutor em Engenharia Civil – Estruturas
gsavaris@utfpr.edu.br
Soldagem
Definição: União de materiais metálicos 
produzida por aquecimento até uma 
temperatura adequada com ou sem utilização 
de material de adição (Marques et al. 2009).
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• Economia com redução do peso da estrutura (≈15%), eliminação 
de placas de união e parafusos. 
• Maior campo de aplicação (estruturas tubulares)
• Maior rigidez da ligação
• Metal da solda é mais resistente que a base
• Velocidade de execução e facilidade de reparos/ajustes
• Redução de ruído
Vantagens das Ligações Soldadas
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Soldagem com Eletrodos Revestidos
Soldagem a arco com eletrodos revestidos (Shielded Metal Arc Welding – SMAW)
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Tipos de Solda
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• Solda de Entalhe
– Penetração total
– Penetração parcial
• Solda de Filete
• Solda Tampão
• Soldas de filete são mais econômicas - não precisam de entalhes nas peças
• 80% das soldas são do tipo filete
• Soldas de filete não requerem alta precisão de dimensões
• Soldas tampão são mais onerosas e não adequadas para forças de tração 
perpendiculares à superfície
Comentários sobre os Tipos de Solda
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Posições de Soldagem
Fonte: McCormac e Csernak, 2011
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Modos de União por Soldagem
Fonte: McCormac e Csernak, 2011
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Modos de União por Soldagem
Fonte: Modern Welding, 11th Edition
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Solda de Topo
Modos de União por Soldagem
Fonte: Modern Welding, 11th Edition
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Solda de Canto
Modos de União por Soldagem
Fonte: Modern Welding, 11th Edition
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Solda para Ligação em T
Modos de União por Soldagem
Fonte: Modern Welding, 11th Edition
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Solda de Extremidade
Tipos de Eletrodo
AWS E 70 1 8 - X
Resistência à tração (ksi)
Posição de soldagem:
1 – todas as posições
2 – horizontal e plana
3 – plana
Tipo de corrente
Tipo de revestimento
Resistência à tração do eletrodo
Classe fw MPa
E60 415
E70 485
E80 550
E90 620
E100 685
E110 755
Compatibilidade metal-eletrodo (SMAW)
Metal Eletrodo
A36 (t≤19mm)
E60A500 Gr.A
A500 Gr. B
A36 (t>19mm)
E70A572
A992
A572 Gr. 60
E80A572 Gr 65
A913
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Símbolos padronizados em desenhos utilizados para indicar a localização, detalhes 
e outras informações para operação de soldagem.
Simbologia da Soldagem
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Exemplos de Simbologia
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Exemplos de Simbologia
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Defeitos nas Soldas
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Distorção • Excesso de calor durante a soldagem
Fusão incompleta
Falta de penetração
Porosidade
• Manipulação incorreta do eletrodo
• Falta de limpeza da junta
• Baixa corrente
• Velocidade de execução
• Falhas na operação ao se fundir e 
preencher a lacuna de solda
• Excesso de calor durante a soldagem
• Movimentação da peça
Defeitos nas Soldas
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Mordedura • Falha na operação ao preencher a 
lacuna de solda
Escória
Fissuração
• Produtos insolúveis no metal que se 
separam e formam a escória
• Incapacidade do material de absorver 
as tensões geradas na soldagem
• Expansão e contração do material 
geradas pelo calor da fusão
• Inspeção visual - dependem da experiência do soldador ou inspetor para
detectar defeitos superficiais;
• Líquidos penetrantes: penetram nos defeitos revelando-os por meio de um
material poroso ou florescente, também para detectar defeitos superficiais,
principalmente em soldas de filete;
• Inspeção interna da solda por ultrassom através da emissão e recepção das
ondas;
• Inspeção por radiografia com o emprego de raios-X para detectar defeitos
internos na solda.
Controle da Qualidade
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• Penetração total: 
Preenche totalmente o entalhe
Solda de Entalhe
Reforço: aumenta a resistência da solda e facilita sua 
realização
Chapa de base: quando utilizada chapa de bronze não 
há adesão da solda, podendo ser retirada
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• Penetração parcial:
Preenche parcialmente o entalhe
Dimensões dos entalhes
Solda de Entalhe
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Para chapas de espessura superior a 6,3 mm deve-se utilizar entalhes
• Meio V ou bisel para chapas de espessura até 19 mm;
• V para chapas de espessura maior que 19 mm, até 25,4 mm;
• K para chapas de espessura maior que 16 mm;
• X para chapas de espessura maior que 25,4 mm.
Solda de Entalhe - Etapas
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Observação: Para Bisel com ângulo igual a 45° considerar:
tw = t – 3mm
Menor espessura da chapa 
(mm)
Espessura mínima da garganta - tw
(mm)
t ≤ 6,35 3
6,3 < t ≤ 12,5 5
12,5 < t ≤ 19 6
19 < t ≤ 37,5 8
37,5 < t ≤ 57 10
57 < t ≤ 152 13
152 < t 16
Solda de Entalhe - Espessura da garganta (tw) 
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• Penetração total: 
tw = t
• Penetração parcial:
Espessura mínima (tw) conforme espessura das chapas (t)
CISALHAMENTO
• Ruptura do metal base
Resistência da Solda de Entalhe
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Entalhe com Penetração Total
𝐹𝑣𝑀𝐵,𝑅𝑑 =
0,6 𝐴𝑀𝐵 𝑓𝑦
𝛾𝑎1
Nesse caso a ruptura ocorre no metal da base
Avaliar as tensões cisalhantes no metal base
TRAÇÃO OU COMPRESSÃO:
• Normal à seção efetiva da solda
Situação 1: Ruptura do metal base por tração/compressão
Resistência da Solda de Entalhe
𝐹𝑡𝑀𝐵,𝑅𝑑 =
𝐴𝑀𝐵 𝑓𝑦
𝛾𝑎1
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Entalhe com Penetração Total Nesse caso a ruptura ocorre no metal da base
TRAÇÃO OU COMPRESSÃO:
• Normal à seção efetiva da solda
Situação 2: Ruptura do metal base por cisalhamento
Resistência da Solda de Entalhe
𝐹𝑣𝑀𝐵,𝑅𝑑 =
0,6 𝐴𝑀𝐵 𝑓𝑦
𝛾𝑎1
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Entalhe com Penetração Total Nesse caso a ruptura ocorre no metal da base
TRAÇÃO OU COMPRESSÃO:
• Normal à seção efetiva da solda
Situação 1: Ruptura do metal base por tração/compressão
Resistência da Solda de Entalhe
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Entalhe com Penetração Parcial Nesse caso a ruptura pode ocorrer no 
metal da base ou na solda
𝐹𝑤,𝑅𝑑 =
𝐴𝑔,𝑀𝐵 𝑓𝑦
𝛾𝑎1
𝐹𝑤,𝑅𝑑 =
𝐴𝑛,𝑀𝐵 𝑓𝑢
𝛾𝑎2
𝐴𝑔,𝑀𝐵 = 𝑡 𝑙𝑤
𝐴𝑛,𝑀𝐵 = 𝑡𝑤𝑙𝑤
TRAÇÃO OU COMPRESSÃO:
• Normal à seção efetiva da solda
Situação 2: Ruptura do metal da solda por tração/compressão
Resistência da Solda de Entalhe
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Entalhe com Penetração Parcial Nesse caso a ruptura pode ocorrer no 
metal da base ou na solda
𝐹𝑤,𝑅𝑑 =
0,6 𝐴𝑤 𝑓𝑤
𝛾𝑤1
𝐴𝑤 = 𝑡𝑤𝑙𝑤
γw1 = 1,25 e γw2 = 1,35
CISALHAMENTO:
Situação 1: Ruptura do metal base por cisalhamento
Resistência da Solda de Entalhe
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Entalhe com Penetração Parcial Nesse caso aruptura pode ocorrer no 
metal da base ou na solda
γw1 = 1,25 e γw2 = 1,35
𝐹𝑤,𝑅𝑑 =
0,6 𝐴𝑛,𝑀𝐵 𝑓𝑢
𝛾𝑎2
𝐹𝑤,𝑅𝑑 =
0,6 𝐴𝑔,𝑀𝐵 𝑓𝑦
𝛾𝑎1
𝐴𝑔,𝑀𝐵 = 𝑡 𝑙𝑤
𝐴𝑛,𝑀𝐵 = 𝑡𝑤𝑙𝑤
𝐴𝑔,𝑀𝐵 = 2 𝑡 𝑙𝑤
𝐹𝑤,𝑅𝑑 =
0,6 𝐴𝑔,𝑀𝐵 𝑓𝑦
𝛾𝑎1
CISALHAMENTO:
Situação 2: Ruptura do metal da solda por cisalhamento
Resistência da Solda de Entalhe
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Entalhe com Penetração Parcial Nesse caso a ruptura pode ocorrer no 
metal da base ou na solda
𝐹𝑤,𝑅𝑑 =
0,6 𝐴𝑤 𝑓𝑤
𝛾𝑤2
𝐴𝑤 = 𝑡𝑤𝑙𝑤
γw1 = 1,25 e γw2 = 1,35
Solda de Filete
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Dimensões da perna do filete (dw) em função da espessura da chapa mais fina.
Solda de Filete – Dimensões
Menor espessura do 
metal-base na junta 
(mm)
Tamanho mínimo da perna 
da solda de filete - dw
(mm)
t ≤ 6,35 3
6,35 < t ≤ 12,5 5
12,5 < t ≤ 19 6
19 < t 8
Menor espessura do metal-
base na junta 
(mm)
Tamanho máximo da perna 
da solda de filete - dw
(mm)
t ≤ 6,35 t
6,35 < t t – 1,5
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Solda de Filete – Dimensões
Área efetiva da solda de filete
a. Pernas iguais 
b. Pernas desiguais
𝐭𝐰 = 𝟎, 𝟕𝟎𝟕 𝐝𝐰
𝐭𝐰 =
𝐝𝐰𝟏𝐝𝐰𝟐
𝐝𝐰𝟏
𝟐 + 𝐝𝐰𝟐
𝟐
𝑨𝒘 = 𝒍𝒘 𝒕𝒘
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Aplicado quando lw > 100 dw
β = 1,2 – 0,0023 (lw/dw) 0,6 ≤ β ≤ 1,0
Espessura efetiva (garganta) do filete (tw)
Comprimento mínimo do filete
Fator de correção para soldas longas
lw ≥ (4 dw ou 40 mm)
Contorno do canto na extremidade
Solda de Filete – Disposições Construtivas
Soldas longitudinais:
Comprimento mínimo do filete – lw ≥ b
Espaçamento transversal – b ≤ 200 mm
Transpasse mínimo
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Resistência da Solda de filete
• Cisalhamento: resultante vetorial de todas as forças atuantes na solda
Solda longitudinal
γw1 = 1,25 e γw2 = 1,35
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𝐹𝑤,𝑅𝑑 =
0,6 𝐴𝑤 𝑓𝑤
𝛾𝑤2
Solda transversal
Resistência da Solda de filete
• Cisalhamento: resultante vetorial de todas as forças atuantes na solda
𝐹𝑤,𝑅𝑑 = 𝐹𝑤𝑙,𝑅𝑑 + 𝐹𝑤𝑡,𝑅𝑑
𝐹𝑤,𝑅𝑑 = 0,85. 𝐹𝑤𝑙,𝑅𝑑 + 1,5. 𝐹𝑤𝑡,𝑅𝑑
𝐹𝑤,𝑅𝑑 =
0,6 𝐴𝑤 𝑓𝑤
𝛾𝑤2
1 + 0,5 𝑠𝑒𝑛1,5𝜃
γw1 = 1,25 e γw2 = 1,35
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Combinação de soldas 
longitudinal e transversal
Solda com força inclinada em 
relação ao eixo
Solda de Filete – Ruptura do metal base
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Solda de filete: resistência da interface metal base X solda
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Obras novas: a resistência dos parafusos pode ser considerada somente em 
ligações por corte, limitada a 50% da sua resistência total.
Obras existentes: os reforços com solda devem ser dimensionados para resistir a 
todo o carregamento.
Combinação de soldas e parafusos
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Determine a força máxima Pd resistida pela emenda das chapas realizada 
com solda de entalhe:
Exercício 32
a)
b)
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Determine a máxima força suportada pela ligação com solda de filete:
Exercício 33
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Determine a máxima força resistida pelas ligações com solda de filete:
a) b)
Exercício 34
c)
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Determine a espessura e o comprimento mínimo de solda necessário para as ligações:
a) b)
Exercício 35
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Ligações soldadas com força cortante e torção
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Método vetorial – Análise elástica
Tensão de cisalhamento: carga verticalTensão de cisalhamento: momento fletor
Ligações soldadas com força cortante e torção
𝑓𝑀 =
𝑀
𝐼𝑝′
𝑟
𝑓𝑀𝑥 = 𝑓𝑀
𝑦
𝑟
𝑓𝑀𝑦 = 𝑓𝑀
𝑥
𝑟
x = distância horizontal do C.G. ao ponto analisado
y = distância vertical do C.G. ao ponto analisado
Ip’ = momento polar de inércia efetivo da linha de solda (Ip = Ix + Iy)
As’ = soma da área efetiva dos filetes de solda
𝑓𝑉 =
𝑃
𝐴𝑠′
𝐴𝑠′ = 0,707 𝐴𝑠 𝐼𝑝′ = 0,707 𝐼𝑝
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𝑓𝑅 = 𝑓𝑀𝑥
2 + (𝑓𝑀𝑦 + 𝑓𝑉)
2 ≤ 𝑓𝑤𝑅𝑑
Ligações soldadas com força cortante e torção
𝐹𝑤,𝑅𝑑 =
0,6 𝐴𝑤 𝑓𝑤
𝛾𝑤2
Solda de Filete
𝑓𝑤,𝑅𝑑 =
0,6 𝑓𝑤
𝛾𝑤2
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Verifique se a solda utilizada atende aos esforços solicitantes
Exercício 36
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Dimensione o filete de solda que atenda ao carregamento solicitante na mísula:
Exercício 37
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Determine a força Pd máxima suportada pela ligação soldada:
Exercício 38
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Dimensionamento é realizado considerando as tensões 
normais e cisalhantes uniformes
Ligações soldadas com força cortante e flexão
Tensões normais Tensões Cisalhantes
𝜎 =
𝑀
𝐼
𝑦 𝜏 =
𝑃
𝐴
𝜏 =
3 𝑉
2 𝐴
Solda
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𝑓𝑀 =
𝑀
𝐼
𝑦
Tensão Resultante
Ligações soldadas com força cortante e flexão
𝑓𝑉 =
𝑃𝑑
𝐴𝑤
𝑓𝑅 = 𝑓𝑀𝑥
2 + 𝑓𝑉
2 ≤ 𝑓𝑤𝑅𝑑
Desprezada
𝑓𝑤,𝑅𝑑 =
0,6 𝑓𝑤
𝛾𝑤2
𝑓𝑤,𝑅𝑑 =
0,6 𝑓𝑤
𝛾𝑤1
Solda de Filete Solda de Entalhe
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Verifique se a ligação soldada na figura apresenta resistência suficiente para o 
carregamento aplicado:
Exercício 39
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Dimensione a ligação soldada para o carregamento aplicado, considerando que as 
chapas da mísula e da coluna possuem 15 mm de espessura:
Exercício 40
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Verificar a ligação soldada viga-pilar esquematizada na figura admitindo: 
Solda de filete (dw=5mm); Eletrodo E70; Metal Base A572 G50
Mesas: máxima tensão de tração devido ao momento fletor
Alma: atuação simultânea de tensões devido ao momento fletor e à força cortante
Exercício 41
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Verifique se a solda de entalhe com penetração total realizada no apoio resiste ao 
carregamento solicitante.
Eletrodo E70
Metal Base MR 350
Exercício 42
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Verifique a ligação entre viga e pilar, com solda de filete com perna de 8 mm na alma da viga
suportada, feita com eletrodo E70 (perfis e cantoneira de aço ASTM A36), considerando a reação
vertical na ligação igual a 200 kN.
Parafusos Classe 8.8: fyb = 640 MPa; fub = 800 MPa - db=22 mm.
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Exercício 43
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