CAPÍTULO VII

Verificação da segurança de ligações

SECÇÃO I

Bases

Artigo 43.º

Generalidades

 

1. Todas as ligações devem ter uma resistência de cálculo que permita à estrutura permanecer funcional e satisfazer as exigências fundamentais de dimensionamento definidas no Capítulo II.

 

2. O coeficiente parcial de segurança g_M deverá tomar os seguintes valores:

 

1) Resistência de ligações aparafusadas:................g_Mb = 1,25;

 

2) Resistência de ligações soldadas:.......................g_Mw = 1,25;

 

3) Resistência ao escorregamento em ligações aparafusadas pré-esforçadas:

 

§    parafusos em furos com folga normalizada e em furos ovalizados na direcção normal à direcção do esforço

 

             para o estado limite último:…….......……g_Ms.ult = 1,25;

             para o estado limite de utilização: …........g_Ms.ser = 1,10;

 

§    parafusos em furos de grande folga e em furos ovalizados na direcção paralela à direcção do esforço ………………………..........………g_Ms.ult = 1,40;

 

4) Resistência das ligações nos nós em vigas trianguladas (treliças) constituídas por perfis tubulares, ver Anexo K-ENV1993-1-1

 

3. Relativamente aos tipos de ligações aparafusadas, este artigo deve ser lido em conjunção com o artigo 46.º.

 

Artigo 44.º

Hipóteses de cálculo

 

1. A determinação dos esforços aplicados às ligações, no estado limite último, deve ser feita através da análise global da estrutura, em conformidade com o Capítulo III.

 

2. As ligações podem ser dimensionadas recorrendo à distribuição dos esforços que parecer mais racional, desde que:

 

1) Os esforços admitidos estejam em equilíbrio com os esforços aplicados;

 

2) Cada componente da ligação tenha a capacidade para resistir às forças ou tensões admitidas na análise;

 

3) As deformações que essa distribuição implica se situem dentro da capacidade de deformação das peças de ligação ou soldaduras, e das peças ligadas.

 

3. Intersecções

 

1) As peças que se encontram num nó devem, normalmente, ser colocadas de modo a que os eixos centrais se cruzem num ponto;

 

2) Nos casos em que haja excentricidade nas intersecções, deve ter-se em conta essa excentricidade no projecto do nó e do elemento;

 

3) No caso de ligações aparafusadas de cantoneiras e secções em T, com pelo menos dois parafusos por ligação, os alinhamentos dos parafusos podem ser consideradas como eixos centrais para o efeito da intersecção nos nós.

 

4. Ligações ao corte sujeitas a vibrações e/ou inversão de esforços:

 

1) No casos em que uma ligação ao corte esteja sujeita a impactos ou vibrações significativos, devem utilizar-se soldaduras ou parafusos com dispositivos de travamento, parafusos pré-esforçados ou outros que impeçam efectivamente o escorregamento;

 

2) Sempre que não for aceitável o escorregamento, por se tratar de uma ligação ao corte submetida a inversão de esforços, devem utilizar-se nas ligações resistentes ao escorregamento parafusos pré-esforçados ou parafusos ajustados ou soldaduras;

 

3) Nos contraventamentos para o vento e/ou nos contraventamentos de estabilidade, podem empregar-se parafusos  ou ordinários.

 

SECÇÃO II

Ligações aparafusadas

 

Artigo 45.º

Generalidades

 

1. A disposição dos furos para parafusos deve ser tal que impeça a corrosão e encurvadura local e facilite a colocação dos parafusos.

 

2. A disposição dos furos também deve obedecer aos limites de validade das regras utilizadas para determinar as resistências de cálculo dos parafusos.

 

3. As distâncias mínimas e máximas entre parafusos são apresentadas no artigo 65.º. Estes valores são válidos para estruturas que não se encontram expostas a ambientes ou outras influências corrosivas.

 

Artigo 46.º

Tipos de ligações aparafusadas

 

1. Os tipos de parafusos utilizados na construção de estruturas metálicas são:

 

1)Parafusos não pré-esforçados (ou ordinários) – são utilizados em ligações do tipo rosca onde a força de corte na superfície de contacto da chapa é transmitida através do apoio do parafuso na chapa;

 

2) Parafusos pré-esforçados (ou de elevada qualidade) – são utilizados em ligações do tipo de fricção. São apertados de modo a induzir uma força de aperto conhecida (carga de prova) de modo a apertar duas chapas.

 

2. As ligações aparafusadas deverão ser classificadas nas seguintes categorias:

 

1)Ligações ao corte

 

O dimensionamento das ligações aparafusadas sujeitas ao corte deve ser feito de acordo com a sua classificação em uma das seguintes categorias:

 

§       Categoria A: Ligações aparafusadas ordinárias (ou correntes);

Nas ligações desta categoria utilizam-se parafusos correntes (fabricados com aço de baixo teor de carbono) ou parafusos de alta resistência desde a classe 4.6 à classe 10.9, inclusive. Não é necessário qualquer pré‑esforço nem preparação especial para as superfícies de contacto. O valor de cálculo da força de corte do estado limite último não deve ser superior ao valor de cálculo da resistência ao corte nem ao valor de cálculo da resistência ao esmagamento, obtidos a partir do artigo 48.º.

 

          Critérios de segurança:    F_v.Sd £ F_v.Rd

                                                      F_v.Sd £ F_b.Rd

 

§       Categoria B: Ligações resistentes ao escorregamento no estado limite de utilização;

Nas ligações desta categoria utilizam-se parafusos de alta resistência pré-esforçados com aperto controlado, em conformidade com o artigo 75.º. Não deve haver escorregamento no estado limite de utilização. A combinação de acções a considerar deve ser coerente com os casos de carga em que seja necessário garantir a resistência ao escorregamento. O valor de cálculo da força de corte do estado limite de utilização não deve exceder o valor de cálculo da resistência ao escorregamento, obtido a partir artigo 49.º. O valor de cálculo da força de corte no estado limite último não deve exceder o valor de cálculo da resistência ao corte nem o valor de cálculo da resistência ao esmagamento, obtidos a partir de artigo 48.º.

 

Critérios de segurança:    F_v.Sd.ser  £ F_v.Rd.ser

                                                       F_v.Sd  £ F_v.Rd.

                                                       F_v.Sd £ F_b.Rd

 

§       Categoria C: Ligações resistentes ao escorregamento no estado limite último.

Nas ligações desta categoria utilizam-se parafusos de alta resistência pré-esforçados com aperto controlado em conformidade com o artigo 75.º. Não deve haver escorregamento no estado limite último. O valor de cálculo da força de corte no estado limite último não deve exceder o valor de cálculo da resistência ao escorregamento obtido a partir artigo 49.º, nem o valor de cálculo da resistência ao esmagamento obtido a partir Artigo 48.º.

Além disso, no estado limite último a resistência plástica de cálculo da secção resistente atravessada pelos furos dos parafusos, N_net.Rd  deve ser considerada como:

 

N_net.Rd = A_net f_y/g_MO

 

2) Ligações traccionadas

 

O dimensionamento de uma ligação aparafusada sujeita a tracção deve ser feito de acordo com a sua classificação em uma das seguintes categorias:

 

§       Categoria D: Ligações com parafusos não pré‑esforçados;

Nas ligações desta categoria utilizam-se parafusos correntes (fabricados com aço de baixo teor de carbono) ou parafusos de alta resistência até à classe 10,9, inclusive. Não é necessário qualquer pré-esforço. Esta categoria não deve ser utilizada nos casos em que as ligações estejam frequentemente sujeitas a variações do esforço de tracção. No entanto, os parafusos desta categoria podem ser utilizados em ligações destinadas a resistir à acção estática do vento.

 

          Critérios de segurança:     F_t.Sd.  £ F_t.Rd.

 

§       Categoria E: Ligações com parafusos de alta resistência pré-esforçados.

Nas ligações desta categoria utilizam-se parafusos de alta resistência pré-esforçados com aperto controlado, em conformidade com o artigo 75.º. Este pré-esforço melhora a resistência à fadiga. No entanto, essa melhoria dependerá da pormenorização e das tolerâncias adoptadas.

 

§       Nos casos de ligações traccionadas das categorias D e E não é necessário qualquer tratamento especial das superfícies de contacto, excepto nos casos em que as ligações da categoria E estejam sujeitas, simultaneamente, à tracção e ao corte (combinação E-B ou E-C).

 

3. O cálculo de parafusos não pré-esforçados e pré-esforçados deve estar de acordo com as normas especificadas no artigo 19.º.

 

4. A escolha do tipo de parafusos depende da ligação seleccionada e das forças/momentos sob os quais vai estar sujeito. Para estruturas metálicas normais, são geralmente especificados parafusos não pré-esforçados das Classes 4,6 ou 8,8. Os parafusos pré-esforçados, (geralmente da classe 8,8 ou 10,9) são aconselháveis para a maior parte das ligações em que ocorram momentos alternados ou em que ocorra vibração, como é o caso das palas ou consolas exteriores.

 

Artigo 47.º

Distribuição de forças

 

1. Distribuição de forças entre parafusos

 

Quando o cálculo de resistência ao corte F_v.Rd de um parafuso é inferior ao cálculo da resistência ao esmagamento F_b.Rd (ver Quadro 24, a), a distribuição de esforços internos entre parafusos no estado limite último deve ser proporcional à distância ao centro de rotação.

 

Em outros tipos de ligações de rosca, a distribuição de esforços internos entre parafusos no estado limite último pode também seguir critérios de plastificação (ver Quadro 24, b).

 

2. Efeito de alavanca

 

Nos casos em que os parafusos tenham de suportar uma força de tracção, devem ser dimensionados de modo a resistirem também à força adicional resultante do efeito de alavanca (ver Figura 3). As forças de alavanca dependem da rigidez relativa e das proporções geométricas dos elementos da ligação.

 

3. Juntas longas

 

Quando a distância entre os centros dos furos extremos de uma ligação for superior a 15d, em que d é o diâmetro nominal dos parafusos, o valor de cálculo da resistência ao corte F_v.Rd deverá ser reduzido. Consultar o ponto 6.5.10 da ENV1993-1-1 para o cálculo do coeficiente de redução.

 

 

 

Artigo 48.º

Resistência de parafusos não pré-esforçados

 

1. Corte

 

No estado limite último a força de corte de cálculo F_v.Sd num parafuso não deve exceder o menor dos seguintes valores:

§         O valor de cálculo da resistência ao corte F_v.Rd (ver Quadro 25, a);

§         O valor de cálculo de resistência ao esmagamento F_b.Rd (ver Quadro 25, b).

 

2. Tracção

 

A força de tracção de cálculo F_t.Sd,na qual se inclui qualquer parcela de força devida ao efeito de alavanca, não deve exceder o menor dos seguintes valores:

§         O valor de cálculo da resistência à tracção F_t.Rd (ver Quadro 25, c);

§         O valor de cálculo de resistência ao punçoamento F_p.Rd, (ver Quadro 25, d).

 

3. Corte e tracção

 

Os parafusos que estejam simultaneamente sujeitos ao corte e à tracção devem, adicionalmente, satisfazer o seguinte critério:

 

  

 

Artigo 49.º

Resistência de parafusos pré-esforçados

 

1. Resistência ao escorregamento no estado limite de utilização

 

Em ligações projectadas como resistentes ao escorregamento no estado limite de utilização, o valor de cálculo de carga de corte de utilização F_v.Sd.Ser não deve ser superior ao valor de cálculo de resistência ao escorregamento F_s.Rd.Ser, obtido a partir do Quadro 26, a. O valor de cálculo da carga de corte última F_v.Sd não deve exceder o valor de cálculo da resistência ao corte F_v.Rd nem o valor de cálculo de resistência ao esmagamento F_b.Rd. Ver o artigo 48.º para o cálculo de F_v.Rd ou de F_b.Rd.

 

2. Resistência ao escorregamento no estado limite último

 

Em ligações projectadas como resistentes ao escorregamento no estado limite último, o valor de cálculo de carga de corte de utilização F_v.Sd não deve ser superior ao valor de cálculo de resistência ao escorregamento F_s.Rd obtido a partir do Quadro 26, b, nem ao valor de cálculo de resistência ao esmagamento F_b.Rd. Ver o artigo 48.º para o cálculo de F_b.Rd.

 

 

Artigo 50.º

Resistência ao esforço transverso

 

1. A rotura por esforço transverso da extremidade da alma de uma viga ou de uma peça de ligação, na zona dos furos de parafusos (ver Quadro 27), deve ser evitada, espaçando convenientemente os parafusos. Este modo de rotura desenvolve‑se ao longo de duas linhas de eixos de furos, sendo uma a linha traccionada que limita o grupo de furos, onde se forma uma rotura por tracção, e a outra linha a fiada de eixos sujeita a esforço transverso que limita, na outra direcção, o grupo de furos, ao longo do qual se dá uma rotura por esforço transverso.

 

2. O valor de cálculo da resistência efectiva ao modo de rotura apresentado anteriormente V_eff.Rd deve ser calculado pela expressão:

 

V_eff.Rd = (f_y /) A_v.eff / g_M0

 

em que A_v.eff é a área efectiva de corte (ver Quadro 27).

 

 

SECÇÃO III

Ligações soldadas

 

Artigo 51.º

Generalidades

 

As disposições desta secção aplicam-se a:

 

1) Aços de construção soldáveis que satisfaçam os requisitos do Capítulo IV;

 

2) Regras de cálculo de acordo com o Capítulo VIII;

 

3) Procedimentos em obra de acordo com o Capítulo IX;

 

4) Soldaduras executadas por arco eléctrico;

 

5) Materiais de espessura igual ou superior a 4 mm;

 

6) Juntas em que a soldadura é compatível com o metal base em termos de propriedades mecânicas, desde que a soldadura seja executada com consumíveis de soldadura adequados, originando cordões de soldadura completos que tenham simultaneamente uma tensão de cedência mínima e uma tensão de rotura mínima não inferiores às especificadas para o metal base.

 

Artigo 52.º

Tipos de ligações soldadas

 

1. As soldaduras são, de um modo geral, classificadas como:

 

1) Soldaduras de ângulo (ver artigo 54.º)

 

§    Soldaduras de ângulo – podem ser utilizadas para ligar peças em que as faces de fusão formam entre si um ângulo entre 60º e 120º;

§    Soldaduras por entalhe – são soldaduras de ângulo que incluem cordões em furos circulares ou alongados;

 

2)    Soldaduras de topo (ver artigo 55.º)

 

§    Soldaduras de topo de penetração total – são soldaduras em que se dá a penetração e fusão total do metal de adição e do metal base em toda a espessura da junta;

§    Soldaduras de topo de penetração parcial – são soldaduras em que a penetração da junta é inferior à espessura total do metal base.

 

2. A classificação das soldaduras e respectiva simbologia está ilustrada no Quadro 28.

 

 

Artigo 53.º

Distribuição de forças

 

Para calcular a distribuição de forças de ligações soldadas é necessário considerar o seguinte:

 

1) A distribuição de forças numa ligação soldada, que pode ser calculada admitindo-se quer um comportamento elástico quer um comportamento plástico, de acordo com o Artigo 44.º;

 

2) Normalmente, é aceitável admitir uma distribuição simplificada das forças nas soldaduras;

 

3) Nas juntas em que se possam vir a formar rótulas plásticas, as soldaduras devem ser dimensionadas de modo a assegurarem uma resistência de cálculo pelo menos igual à da peça ligada mais fraca;

 

4) Noutras juntas, em que seja necessário garantir capacidade de deformação para a rotação da junta devido à possibilidade de deformação excessiva, as soldaduras devem ser suficientemente resistentes para que não haja rotura antes de se verificar a plastificação generalizada do material base adjacente;

 

5) De um modo geral, pode satisfazer-se esta condição se a resistência de cálculo da soldadura não for inferior a 80% da resistência de cálculo da peça ligada mais fraca.

 

Artigo 54.º

Resistência de soldaduras de ângulo

 

1. Comprimento efectivo

 

Deve considerar-se como comprimento efectivo de um cordão de ângulo, o comprimento total do cordão com secção completa, incluindo os prolongamentos das extremidades. Desde que a espessura do cordão se mantenha constante ao longo deste comprimento, não é necessário prever-se uma redução do comprimento efectivo quer na extremidade inicial quer na extremidade final da soldadura.

 

A resistência de cálculo de juntas longas com L>150a (a = espessura do cordão) deve ser reduzida como se especifica na cláusula 6.6.9 da ENV 1993-1-1.

 

2. Espessura do cordão

 

Deve considerar-se como espessura, a, de um cordão de ângulo, a altura do maior triângulo susceptível de ser inscrito dentro dos planos da base de soldadura e da superfície da soldadura medida perpendicularmente ao lado exterior desse triângulo. A Figura 4 representa a definição de cordão de soldadura.

 

Para cordões de soldadura de ângulo de penetração profunda, pode ter-se em conta a sua espessura adicional, desde que se demonstre, por meio de ensaios, que se pode obter constantemente a penetração pretendida.

 

No caso de um cordão de soldadura executado por um processo de soldadura automático de arco submerso, a espessura poderá ser aumentada em 20% ou em 2 mm, conforme o valor mais baixo, sem se recorrer a ensaios.

 

 

 

3. Resistência por unidade de comprimento

 

O valor de cálculo de resistência por unidade de comprimento F_w.Rd deve ser determinado por:

 

F_w.Sd£ F_w.Rd

 

em que :

 

 (força resultante transmitida pela soldadura);

 

N_Sd =       valor de cálculo da força normal à soldadura;

 

V_l.Sd =      valor de cálculo da força de corte longitudinal à soldadura;

 

V_t.Sd =      valor de cálculo da força de corte transversal à soldadura;

 

 (valor de cálculo da resistência da soldadura);

 

f_u =       resistência à tracção nominal última da peça ligada mais fraca;

 

b_w =     factor de correcção (ver Quadro 29).

 

 

Artigo 55.º

Resistência de soldaduras de topo

 

1. Soldaduras de topo de penetração total

 

A resistência de cálculo de uma soldadura de topo de penetração total deve ser igual à resistência de cálculo da parte ligada mais fraca, desde que a soldadura seja executada com um eléctrodo adequado (ou outro consumível de soldadura) originando cordões completos que tenham simultaneamente uma tensão de cedência mínima e uma resistência à tracção mínima, que não sejam inferiores às que tenham sido especificadas para o metal base.

 

2. Soldaduras de topo de penetração parcial

 

A resistência de uma soldadura de topo de penetração parcial deve ser determinada de forma análoga à de um cordão de soldadura de ângulo de penetração profunda (ver artigo 54.º).

 

A espessura a considerar para uma soldadura de topo de penetração parcial deve ser igual à profundidade de penetração susceptível de ser obtida constantemente.

 

Artigo 56.º

Ligações de banzos não reforçados

 

1. Numa ligação em T entre uma chapa e um banzo não reforçado de uma secção I, em H ou oca, considerar-se-á uma largura efectiva reduzida, quer para o material base, quer para as soldaduras (ver Figura 5).

 

2. Para uma secção em I ou em H, a largura efectiva b_eff deve ser obtida a partir de (Figura 5, a):

 

mas         

 

em que f_y é a tensão resistente de cálculo do elemento e f_yp é a tensão resistente de cálculo da chapa.

 

3. Se b_eff for inferior a 0,7 vezes a largura total, a junta deve ser reforçada.

 

4. Para uma secção oca, a largura efectiva b_eff deve ser obtida a partir de (Figura 5, b):

 

    , mas

 

5. As soldaduras que ligam a chapa ao banzo devem ter uma resistência de cálculo por unidade de comprimento que não deve ser inferior à resistência de cálculo por unidade de largura da chapa.

 

 

 

CAPÍTULO VIII

Disposições de projecto e de construção

SECÇÃO I

Generalidades

 

Artigo 57.º

Espessuras mínimas

 

Não devem ser utilizados elementos estruturais de espessura inferior a 4 mm. No caso de estruturas sujeitas a condições ambientais particularmente agressivas em que não se adoptem protecções especiais contra a corrosão, haverá que limitar a espessura mínima a valores superiores ao acima indicado.

 

Artigo 58.º

Especificações de construção

 

Os elementos principais das estruturas planas devem, tanto quanto possível, ter secções simétricas em relação ao plano médio dessas estruturas. Nas estruturas trianguladas deve ainda procurar-se que os elementos concorrentes numa ligação fiquem dispostos de modo que os eixos concorram num ponto

 

2. No caso de não serem efectivadas as disposições construtivas indicadas neste artigo, deverão ser considerados, desde que assumam importância significativa, os esforços secundários que daí resultem.

 

Artigo 59.º

Variação de secções dos elementos

 

Devem evitar-se, nos elementos das estruturas ou das suas ligações, variações bruscas de secção ou enfraquecimentos localizados.

 

Artigo 60.º

Ligações

 

1. As ligações entre os elementos das estruturas podem ser executadas por aparafusamento ou soldadura.

 

2. Numa ligação deve evitar-se, para a transmissão dos esforços, a utilização de soldadura em conjunção com aparafusamento.

 

 

Artigo 61.º

Contraventamentos

 

Devem ser previstos contraventamentos entre os elementos principais das estruturas, de modo a garantir o seu funcionamento de conjunto (ver artigo 16.º).

  

Artigo 62.º

Conservação

 

Devem ser evitadas as disposições construtivas que dificultem a conservação das estruturas, nomeadamente as que dificultem a aplicação de pintura ou favoreçam a retenção de água.

 

SECÇÃO II

Ligações aparafusadas

 

Artigo 63.º

Diâmetro dos furos

 

1. Os principais diâmetros utilizados em ligações aparafusadas são:

 

M12, M14, M16, M20, M22, M24, M27, M30, M36, em que M12 é um parafuso com um diâmetro de 12 mm.

 

2. Deve ser evitado o uso de parafusos com diâmetros não especificados nas normas.

 

3. O diâmetro dos furos não deve exceder o diâmetro dos parafusos mais a folga nominal dos furos. A folga nominal dos parafusos normalizados deve ser:

Ÿ      1 mm para parafusos M12 e M14;

Ÿ      2 mm para parafusos M16 a M24;

Ÿ      3 mm para parafusos M27 e maiores.

 

4. Furos com folgas inferiores às normalizadas podem ser especificados.

 

5. A folga nominal de furos alargados em ligações resistentes ao escorregamento deve ser:

Ÿ      3 mm para parafusos M12;

Ÿ      4 mm para parafusos M14 a M22;

Ÿ      6 mm para parafusos M24;

Ÿ      8 mm para parafusos M27 e maiores.

 

6. Só se podem utilizar furos alargados ou ovalizados em ligações resistentes ao escorregamento nos casos em que tal seja especificado.

 

7. A dimensão nominal de furos ovalizados curtos para ligações resistentes ao escorregamento não deve ser superior a:

Ÿ      (d + 1) mm por (d + 4) mm para parafusos M12 e M14;

Ÿ      (d + 2) mm por (d + 6) mm para parafusos M16 a M22;

Ÿ      (d + 2) mm por (d + 8) mm para parafusos M24;

Ÿ      (d + 3) mm por (d + 10) mm para parafusos M27 e maiores,

em que d é o diâmetros nominal do parafuso em mm.

 

8. A dimensão nominal dos furos ovalizados longos para ligações resistentes ao escorregamento não deve ser superior a:

Ÿ      (d + 1) mm por 2.5d para parafusos M12 e M14;

Ÿ      (d + 2) mm por 2.5d para parafusos M16 a M24;

Ÿ      (d + 3) mm por 2.5d parafusos M27 e maiores.