Mistura de soldas e parafusos

Em diversas situações estruturais, um engenheiro pode precisar avaliar a resistência de uma conexão feita com soldas e fixadores mecânicos. Hoje, os fixadores mecânicos normalmente são parafusos, mas as estruturas mais antigas podem incluir rebites.

Tais situações podem ocorrer durante projetos de modernização, reparo ou reforço. Para novas construções, pode ser necessário que parafusos e soldas trabalhem juntos em conexões nas quais os materiais a serem unidos primeiro são fixados com parafusos e depois soldados para obter resistência total da conexão.

No entanto, determinar a capacidade de carga total da conexão não é tão simples quanto somar a soma dos componentes individuais – soldas, parafusos e rebites. Tal suposição pode levar a consequências desastrosas.

As juntas aparafusadas são descritas na Especificação do Instituto Americano de Construção de Aço (AISC) para juntas estruturais usando parafusos ASTM A325 ou A490 como bem apertadas, pré-tensionadas ou críticas contra deslizamento.

Uma junta bem apertada é apertada pela força de uma chave de impacto ou por um ferreiro usando uma chave de fenda comum para colocar as camadas em contato firme. Em uma junta pré-tensionada, os parafusos são instalados de forma que fiquem sob carga de tração significativa, com as placas sob carga de compressão.

Na Seção 8.2, quatro métodos para fazer essas juntas são aceitáveis:

1. Virar a porca. O método de girar a porca envolve apertar o parafuso e, em seguida, girar a porca uma quantidade adicional, que é uma função do diâmetro e comprimento do parafuso.

2. Chave calibrada. O método da chave calibrada mede o torque, que está correlacionado à tensão aplicada ao parafuso.

3. Parafusos de controle de tensão do tipo twist-off. Os parafusos de controle de tensão do tipo twist-off possuem pequenos pinos na extremidade do parafuso, oposto à cabeça. Quando o torque necessário é alcançado, o pino se solta.

4. Indicadores de tensão direta. Os indicadores de tensão direta são arruelas especiais com saliências. A quantidade de compressão nas saliências indica qual nível de tensão foi aplicado ao parafuso.

Em termos leigos, os parafusos atuam como pinos em juntas bem apertadas e pré-tensionadas, semelhantes a um prego de latão que mantém unida uma pilha de papéis perfurados. As juntas críticas de deslizamento funcionam por fricção: as forças de pré-tensão criam forças de fixação e o atrito entre as superfícies de contato trabalha em conjunto para resistir ao deslizamento da junta. Isso é semelhante a um clipe de fichário que mantém unida uma pilha de papéis, não porque furos sejam feitos no papel, mas porque o clipe de fichário pressiona as folhas de papel umas contra as outras e a fricção mantém o pacote unido.

Os parafusos ASTM A325 têm uma resistência à tração mínima de 150 a 120 quilolibras por polegada quadrada (KSI), dependendo do diâmetro do parafuso, enquanto os parafusos A490 devem estar entre 150 e 170 KSI de resistência à tração. As juntas rebitadas se comportam mais como juntas bem apertadas, mas os pinos, neste caso, são os rebites, que normalmente têm cerca de metade da resistência dos parafusos A325.

Quando uma junta fixada mecanicamente é carregada por cisalhamento – quando um membro tende a deslizar sobre o outro devido às forças aplicadas – uma de duas situações pode ocorrer. Os parafusos ou rebites podem encostar nas laterais dos furos, fazendo com que o parafuso ou rebite se rompa ao mesmo tempo. A segunda possibilidade é que o atrito, introduzido pelas forças de fixação do fixador pré-tensionado, possa resistir à carga de cisalhamento. Nenhum deslizamento é esperado nesta junta, mas a possibilidade existe.

Juntas firmes podem ser aceitáveis ​​para muitas aplicações, porque pequenos deslizamentos podem não afetar negativamente o desempenho da conexão. Por exemplo, considere um funil projetado para conter algum material granular. Na primeira vez que for carregado, podem ocorrer pequenos deslizamentos. Uma vez ocorrido o deslizamento, ele não ocorrerá novamente porque todos os carregamentos subsequentes seriam da mesma natureza.

Algumas aplicações envolvem inversão de carga, como quando membros rotativos experimentam cargas alternadas de tração e compressão. Os membros flexionados que estão sujeitos à inversão completa da carga são outro exemplo. Quando ocorre uma inversão significativa da carga, podem ser necessárias juntas pré-tensionadas para eliminar o deslizamento cíclico. Esse deslizamento eventualmente leva a furos alongados e a um deslizamento ainda maior.