As conexões de aço transferem forças entre vigas, colunas, contraventamentos e outros componentes estruturais. Seu projeto afeta o desempenho estrutural, os custos de fabricação, a velocidade de instalação e a manutenção futura.

Soldagem, aparafusamento e rebitagem são três métodos estabelecidos de união de aço estrutural. Compreender suas vantagens e limitações ajuda as equipes de projeto a selecionar conexões adequadas para diferentes aplicações.

1. Conexões soldadas

O que é uma conexão soldada?

Na soldagem a arco de aço estrutural, um arco elétrico gera calor que funde localmente o aço e um material de enchimento adequado. O metal fundido solidifica para formar uma junta permanente.

Vantagens das conexões soldadas

• Detalhes de conexão compactos: A soldagem pode unir componentes diretamente e reduzir a necessidade de placas sobrepostas ou fixadores adicionais.

• Sem furos para parafusos na junta soldada: Isso evita a redução da seção líquida associada aos furos dos fixadores, embora as aberturas de acesso para soldagem e outros detalhes ainda exijam consideração.

• Fabricação versátil: A soldagem é adequada para vigas construídas, colunas em caixa, reforços e montagens estruturais complexas.

• Potencial para juntas vedadas: Soldas contínuas adequadamente projetadas podem fornecer conexões vedadas quando necessário.

• Produção repetitiva eficiente: A soldagem mecanizada pode melhorar a produtividade para configurações de juntas adequadas.

Desvantagens das conexões soldadas

• Tensão residual e distorção: O aquecimento e o resfriamento desiguais podem causar encolhimento e alterações na geometria do componente.

• Mudanças perto da solda: A soldagem altera a microestrutura do aço adjacente. O efeito depende do material e do ciclo térmico; a fragilidade local é um risco potencial, não um resultado inevitável. 

• Requisitos de processo e inspeção: Resultados confiáveis ​​dependem de preparação adequada da junta, procedimentos de soldagem, pessoal competente e inspeção.

• Condições locais mais exigentes: Acesso, proteção contra intempéries e posição de trabalho podem complicar a soldagem em campo.

• Desmontagem difícil: As juntas soldadas geralmente requerem corte para separação ou substituição.

Processos Comuns de Soldagem

Soldagem Manual por Arco Metálico — MMA/SMAW

Também chamado de soldagem eletromagnética, esse processo utiliza um eletrodo revestido consumível. Equipamento portátil e flexibilidade tornam-no útil para trabalhos no local e acesso restrito. Suas limitações incluem taxas de deposição relativamente baixas e trocas freqüentes de eletrodos.

Soldagem por Arco Submerso – SAW

SAW usa um fio alimentado continuamente sob uma manta de fluxo granular. É comumente mecanizado e adequado para soldas longas em vigas, vigas e conjuntos de placas. Requer acesso e posições de soldagem adequadas.

Soldagem a arco de metal a gás - GMAW/MIG/MAG

Este processo utiliza um fio contínuo e um gás de proteção externo. Suporta a fabricação produtiva, mas as correntes de ar podem perturbar a proteção contra gás. O GMAW de arame sólido não produz a escória de fluxo associada à soldagem eletromagnética ou SAW. O MIG utiliza gases de proteção inertes, enquanto o MAG utiliza gases ativos ou misturas. 

Nenhum processo de soldagem produz automaticamente uma junta mais forte que outra. A seleção do processo deve considerar o tipo de aço, a espessura, a geometria da junta, a posição, as propriedades exigidas e o procedimento de soldagem aplicável. 

2. Conexões aparafusadas

O que é uma conexão aparafusada?

Conexões aparafusadas unem componentes de aço usando parafusos, porcas e arruelas quando especificado. Os parafusos passam através de furos preparados em membros ou placas de conexão.

A resistência do parafuso e a condição de instalação são considerações separadas. Um parafuso de alta resistência não cria automaticamente uma conexão pré-carregada ou resistente ao deslizamento.

Principais tipos de conexão

Conexões não pré-carregadas

Essas conexões não dependem de uma pré-carga de parafuso especificada para resistir ao deslizamento. Sob carga de cisalhamento, a força é geralmente transferida através do cisalhamento do parafuso e do rolamento contra as superfícies do furo. Podem ser utilizados em ligações estruturais permanentes quando permitido pelo projeto.

Conexões pré-carregadas

Os parafusos são apertados usando um procedimento específico para desenvolver uma força de fixação controlada. Quando uma conexão é projetada para resistir ao deslizamento, o atrito entre as superfícies de contato preparadas transfere o cisalhamento dentro das condições de projeto especificadas. A instalação dos parafusos e a preparação da superfície são críticas. 

Vantagens das conexões aparafusadas

• Montagem eficiente no local: Os componentes preparados podem ser conectados sem soldagem em campo.

• Sem calor de soldagem na junta: O aparafusamento evita distorção local da soldagem durante a instalação.

• Desmontagem mais fácil: As conexões podem facilitar futuras alterações, manutenção e substituição de componentes.

• Adequado para construção pré-fabricada: A fabricação da loja e a montagem no local podem ser coordenadas através de detalhes de conexão padronizados.

Desvantagens das conexões aparafusadas

• Seção reduzida da rede: Os furos dos fixadores removem material e devem ser considerados no projeto da conexão.

• Componentes adicionais: Placas de emenda, placas finais ou ângulos podem aumentar o uso de material e o trabalho de fabricação.

• Requisitos de ajuste: O alinhamento dos furos, as tolerâncias e o acesso à ferramenta precisam de uma coordenação cuidadosa.

• Controle de instalação: Conexões pré-carregadas requerem procedimentos de aperto e inspeção apropriados.

• Considerações sobre movimento e fadiga: Os riscos de escorregamento, carregamento cíclico e afrouxamento dependem do projeto e da instalação da junta; parafusos de alta resistência por si só não os eliminam.

As conexões aparafusadas são amplamente utilizadas para montagem no local. Arranjos pré-carregados são particularmente relevantes onde o movimento relativo ou a carga dinâmica requerem controle adicional.

3. Conexões Rebitadas

O que é uma conexão rebitada?

A rebitagem estrutural tradicional utiliza um rebite aquecido inserido através de furos alinhados. A sua extremidade saliente é formada numa segunda cabeça, fixando as placas ligadas. O resfriamento faz com que o rebite se contraia e prenda o conjunto.

Vantagens das conexões rebitadas

• Fixação mecânica permanente: As cabeças formadas fixam os componentes conectados.

• Comportamento dúctil: Materiais de rebite adequados e juntas adequadamente detalhadas podem acomodar deformações.

• Valor na restauração: A rebitagem pode preservar a aparência original e o método de construção da estrutura metálica histórica.

Desvantagens das conexões rebitadas

• Instalação que exige muita mão-de-obra: O aquecimento, o manuseio e a formação de rebites exigem equipamentos e habilidades especializadas.

• Peso e material adicionais: Cabeças de rebites, sobreposições e placas de conexão são adicionadas à montagem.

• Orifícios de fixação: Assim como os parafusos, a rebitagem reduz a seção líquida dos componentes conectados.

• Remoção difícil: Os rebites geralmente devem ser perfurados ou cortados.

• Uso limitado em novas estruturas metálicas: A soldagem e o aparafusamento de alta resistência substituíram em grande parte a rebitagem a quente tradicional.

A rebitagem continua relevante para certos projetos de restauração de pontes históricas, portanto descrevê-la como completamente obsoleta seria impreciso. 

Comparação de métodos de conexão de aço

Fator	Conexões soldadas	Conexões aparafusadas	Conexões rebitadas
Função típica	Membros fabricados e juntas permanentes	Montagem do local e emendas de membros	Estruturas metálicas históricas e restauração especializada
Furos de fixação	Geralmente desnecessário	Obrigatório	Obrigatório
Principal preocupação de execução	Procedimento de soldagem, distorção e qualidade da solda	Montagem, aperto e superfícies de contato quando relevante	Qualidade de formação de rebites e mão de obra especializada
Desmontagem	Geralmente requer corte	Geralmente mais fácil	Geralmente requer remoção destrutiva de rebites
Requisitos de materiais	Pode reduzir o hardware de conexão	Pode exigir placas e outras ferragens	Geralmente requer sobreposições ou placas de conexão

Como escolher a conexão de aço certa

O melhor método de conexão depende das forças necessárias, rigidez, desempenho à fadiga, instalações de fabricação, condições do local e necessidades de manutenção. Nem as ligações soldadas nem parafusadas devem ser classificadas como rígidas ou flexíveis apenas pelo método de união; o detalhe completo da junta determina seu comportamento.

Para o planejamento do projeto, compare o custo total de fabricação, transporte, montagem, inspeção e alterações futuras. Os detalhes finais da ligação deverão seguir as especificações do projeto e ser verificados pelo engenheiro estrutural responsável.

Planejando um projeto de estrutura metálica? Contate-nos com seus desenhos e requisitos de projeto para discutir opções de fabricação e conexão.