ENG01173 (Prof. Alexandre Pacheco)
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LIGAÇÕES APARAFUSADAS
Generalidades:
As ligações aparafusadas, diferentemente das ligações soldadas, tendem a diminuir a
resistência das seções, já que, para a instalação de parafusos, é necessário que se façam perfurações
nos elementos a serem unidos, diminuindo a seção transversal resistente destes elementos. Devido
à existência destas perfurações, várias formas ou modos de ruptura podem ocorrer. Na seqüência,
quatro possíveis modos de ruptura estão sendo representados e são abordados, cada caso, mais
adiante.
(a)
(b)
(c)
(d)
No caso (a), ocorre uma ruptura da seção transversal líquida da peça, ou seja, da seção que resulta
da subtração da área de furos daquela de sua seção bruta. Quanto mais furos estiverem presentes na
seção (bruta) da peça, menor será a sua seção líquida e, por conseguinte, sua resistência, o que pode
levar à sua ruptura. Esta ruptura pode ocorrer tanto por tração como por compressão. No caso (b),
ocorre uma ruptura por rasgamento da peça devido à presença do parafuso, mais resistente,
provocando tensões cisalhantes no metal-base da peça. A ruptura só ocorre se, no metal-base, a
distância disponível resistente ao rasgamento for insuficiente. Assim, é um modo de ruptura que só
é provocado na tração, já que, em compressão, a distância disponível resistente ao rasgamento seria,
praticamente, todo o comprimento de perfil sendo solicitação. No caso (c), ocorre uma ruptura por
esmagamento da peça também devido à presença de parafuso. Este esmagamento ocorre devido às
altas tensões de compressão que se processam na face de contato do parafuso com o metal-base do
perfil sendo solicitado, seja esta solicitação de compressão ou mesmo de tração. Finalmente, no
caso (d) ocorre a ruptura de parafuso por cisalhamento, caracterizada quando um número mínimo
de parafusos de um certo diâmetro não é adotado. Somente este último modo de ruptura, portanto,
pode ser usado para a determinação do número mínimo de parafusos de uma ligação, já que, nos
outros três modos de ruptura, o parafuso é tido como um elemento indeformável. Embora existam
várias classes de resistência para conectores tipos parafusos, adotar-se-á, sempre, uma resistência de
parafuso, fb, de 415 MPa.
O dimensionamento ou verificação estrutural, mais uma vez, deve obedecer à seguinte
condição:
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Sd ≤ Rd
ou seja, as solicitações de projeto não devem ultrapassar os valores de resistência de projeto
exibidos pelas uniões aparafusadas.
Solicitação de Projeto:
As solicitações atuantes devem ser apropriadamentemajoradas. No caso (bastante comum)
de serem devidas a carregamentos axiais, tem-se:
Sd = Nd
Resistência de Projeto:
O esforço resistente de projeto deve, invariavelmente, seguir a seguinte expressão:
Rd = φ Rn
sendo que cada um dos termos presentes nesta expressão devem ser ajustados de acordo com o
modo de ruptura considerado. A seguir são apresentados estes ajustes para cada caso.
(a) Ruptura da Seção Líquida:
φ = 0,75
Rn = An fu
onde a área da seção líquida, An, pode ser calculada
como:
An = (b – ns def)t
t
b
sendo def o diâmetro efetivo do furo, ou seja, o
diâmetro, d, do parafuso, acrescido de 3,5 mm, devido
à folgas e fragilização do material quando da furação;
ns, o número de parafusos na seção reta e t, a
espessura do elemento tracionado considerado.
Quanto à resistência última do metal-base, cabe lembrar que, para perfis feitos em aço
MR250, esta resistência, fu, é de 400 MPa.
(b) Ruptura por Rasgamento (na Tração):
φt = 0,75
Rn = An fu
t
onde a área nominal resistente ao rasgamento, An, pode ser
calculada como:
An = a t n
a
onde n é o número de parafusos ou também o número de
a
a
a
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rasgos de comprimento a da união; t é a espessura do elemento tracionado considerado e fu, como
no item anterior, vale 400 MPa.
(c) Ruptura por Esmagamento:
φ = 0,75
Rn = An 3fu
t
onde a área nominal resistente ao esmagamento, An, pode
ser calculada como:
An = d t n
onde n é o número de parafusos de diâmetro d da união; t
é a espessura do elemento solicitado considerado e fu,
como nos itens anteriores, vale 400 MPa.
(d) Ruptura dos Parafusos por Cisalhamento:
2F
φv = 0,60
Rn = An fvb
Corte
Duplo
onde a área nominal resistente ao cisalhamento
do(s) parafuso(s), An, pode ser calculada como:
An = 0,7 Ab n np
fvb = 0,6 fb
onde fb é a resistência última do parafuso (415
MPa); Ab, a sua área de seção transversal
F
F
(devidamente contabilizada em apenas 70% devido
à existência de rosca); e n e np, são,
respectivamente, o número de parafusos e o número de planos de corte da ligação. Assim, numa
ligação onde estivesse ocorrendo um corte duplo, como na figura, haveria dois planos de corte, e np
seria, portanto, igual a 2.
Cabe salientar, ainda, que a estimativa da resistência ao cisalhamento como sendo de 60%
da resistência última do parafuso é bastante boa, sendo por isto adotada neste procedimento.