Influência do Aperto de Parafusos em Ligações Correntes em

IInnfflluuêênncciiaa ddoo AAppeerrttoo ddee PPaarraaffuussooss eemm LLiiggaaççõõeess

CCoorrrreenntteess eemm EEssttrruuttuurraass MMeettáálliiccaass Dissertação apresentada para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil

na Especialidade de Mecânica Estrutural

Autor

Nuno da Costa Sousa

Orientadores

Rui António Duarte Simões

Tiago Braga Abecasis

Esta dissertação é da exclusiva responsabilidade do seu

autor, não tendo sofrido correcções após a defesa em

provas públicas. O Departamento de Engenharia Civil da

FCTUC declina qualquer responsabilidade pelo uso da

informação apresentada

Coimbra, Julho, 21013

Influência do Aperto de Parafusos em Ligações Correntes em Estruturas Metálicas AGRADECIMENTOS

Nuno da Costa Sousa i

AGRADECIMENTOS

Esta dissertação não é apenas resultado de alguns meses de trabalho mas sim de uma ainda modesta experiência de vida, que acabou sempre, mesmo de forma indireta, por influenciar a sua realização. É com grande contentamento que aproveito este espaço para expressar a minha sincera gratidão para com as pessoas e entidades que permitiram, de forma decisiva, a sua conclusão. Quero agradecer ao meu orientador científico, o Professor Doutor Rui António Duarte Simões, pelo permanente apoio e disponibilidade demonstrada, assim como por ter contribuído decisivamente para o meu interesse na Especialidade de Mecânica Estrutural. Quero expressar o meu agradecimento ao Eng. Tiago Braga Abecasis por ter aceitado estar envolvido neste trabalho, tendo sido para mim motivo de grande satisfação e orgulho. Agradeço à empresa Blocotelha – Construções Metálicas e Autoportantes, S.A. a fabricação e o fornecimento de todos os componentes para os ensaios realizados. Agradeço, de uma forma geral, a todos os Professores do Departamento de Engenharia Civil, que direta ou indiretamente contribuíram para o meu percurso académico e me transmitiram um recurso valioso: o conhecimento. Aos meus amigos João, Marco, Pedro, Mariano, Mário, Luís, Cátia e Diana, um muito obrigado por me terem acompanhado ao longo dos últimos anos. Termino com um especial agradecimento a quem sempre acreditou e tornou isto possível: ao meu irmão e aos meus pais, os meus maiores exemplos.

Influência do Aperto de Parafusos em Ligações Correntes em Estruturas Metálicas RESUMO

Nuno da Costa Sousa ii

RESUMO

Num local no qual dois ou mais elementos estruturais convergem são utilizados dispositivos que pretendem transmitir forças entre esses mesmos elementos. Aos dispositivos dá-se o nome de ligações. Embora em estruturas metálicas seja frequente o uso de ligações soldadas e ligações aparafusadas, as ligações aparafusadas estão mais vulgarizadas pela sua facilidade de fabrico e montagem em obra. Na Norma EN 1090-2 (CEN, 2008) e no Eurocódigo 3, Parte 1-8 (EC3-1-8) (CEN, 2004) são dadas recomendações para a execução e dimensionamento de ligações aparafusadas. Dependendo do desempenho requerido, esta normalização separa este tipo de ligações em dois grandes grupos: ligações pré-esforçadas e ligações não pré-esforçadas. Estas últimas são mais comuns, relativamente simples de montar e necessitando de um controlo de qualidade menos exigente, sendo por isso muitas vezes apelidadas de ligações correntes. No entanto as indicações sobre o aperto dos parafusos em ligações correntes, fornecidas pelas Normas Europeias e pelo Anexo Nacional Português do EC3-1-8 (CEN, 2010), incluem termos com alguma subjetividade na sua aplicação e revelam ausência de informação que podem ou não ter influência no comportamento dos parafusos e no consequente comportamento global da ligação. A presente dissertação pretende, numa primeira fase, expor as principais diferenças de propriedades e de fabrico entre as duas Normas Europeias de parafusos, EN 15048-1 (CEN, 2006) e EN 14399-1 (CEN, 2005). Numa segunda fase, após ter-se esclarecido e clarificado o conjunto de procedimentos da EN 1090-2 (CEN, 2008) aplicáveis à execução de ligações aparafusadas, procura-se avaliar a influência do aperto dos parafusos no comportamento destes, no contexto do comportamento global das ligações. Esta fase inclui um estudo experimental desenvolvido no Departamento de Engenharia Civil da Universidade de Coimbra, em que se analisam três tipos de parafusos levados à rotura por corte quando submetidos a diferentes níveis de aperto. As principais conclusões apontam no sentido em que o nível de aperto não influencia a resistência ao corte, mas um aperto excessivo pode ser prejudicial em parafusos correntes.

Influência do Aperto de Parafusos em Ligações Correntes em Estruturas Metálicas ABSTRACT

Nuno da Costa Sousa iii

ABSTRACT

In a location at which two or more structural elements meet, connections are used to ensure the transfer of the relevant internal forces and moments between the connected members. Although welded and bolted connections are widely used in steel structures, installation of bolts is faster and easier to control than welding on the erection site and therefore more commonly adopted. In EN 1090-2 (CEN, 2008) and Eurocode 3, Part 1-8 (EC3-1-8) (CEN, 2004), rules are given for the design and execution of bolted connections. Depending on the required performance of the joint, the bolts may be applied as preloaded or non-preloaded. Preloaded bolts should only be used in cases where it is absolutely necessary, for the reason that tightening and checking procedures are labour-intensive and thus costly. Nevertheless, recommendations regarding tightening of non-preloaded bolts, specified in European Standards and the National Portuguese Annex for EC3-1-8 (CEN, 2010), include definitions and references very subjective and inaccurate in its application that may have influence on the bolt and joint behaviour. In the first stage, the purpose of the dissertation is to report the major differences in properties and manufacturing between the two European Standards for bolts, EN 15048-1 (CEN, 2006) and EN 14399-1 (CEN, 2005). In the second stage, after having cleared up and clarified procedures provided by EN 1090-2 (CEN, 2008) concerning the execution of structural bolting assemblies, the effect of initial bolt preload on its behaviour in the context of the global joint behaviour is specifically investigated. Included in that last stage, results obtained through experimental tests carried out in the Department of Civil Engineering at University of Coimbra, to assess the influence of tightening on the ultimate shear strength of bolts, are exposed and discussed. The results show that the initial bolt preload does not affect the ultimate shear strength of bolts however over-tightening can be prejudicial to non-preloaded bolts (also known as ordinary bolts).

Influência do Aperto de Parafusos em Ligações Correntes em Estruturas Metálicas ÍNDICE

Nuno da Costa Sousa iv

ÍNDICE

AGRADECIMENTOS ................................................................................................................ i

RESUMO ................................................................................................................................... ii

ABSTRACT .............................................................................................................................. iii

ÍNDICE ...................................................................................................................................... iv

ÍNDICE DE FIGURAS ............................................................................................................. vi

ÍNDICE DE QUADROS ........................................................................................................... ix SIMBOLOGIA ........................................................................................................................... x

1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................. 1 1.1 Generalidades ............................................................................................................... 1 1.2 Ligações Aparafusadas ................................................................................................ 3 1.3 Objetivos e Metodologia .............................................................................................. 3 1.4 Estrutura e Organização do Texto................................................................................ 4

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ........................................................................................... 6 2.1 Regulamentação ........................................................................................................... 6

2.1.1 Introdução ............................................................................................................. 6 2.1.2 EN 1090-2 ............................................................................................................ 6 2.1.3 EN 1993-1-8 ......................................................................................................... 8 2.1.4 Anexos Nacionais da EN 1993-1-8 ...................................................................... 9

2.2 Estudos Previamente Realizados ............................................................................... 10 3 COMPORTAMENTO DE LIGAÇÕES APARAFUSADAS .......................................... 15

3.1 Introdução .................................................................................................................. 15 3.2 Ligações Correntes .................................................................................................... 16

3.2.1 Parafuso ao corte ................................................................................................ 16 3.2.2 Parafuso à tração ................................................................................................. 18

3.3 Ligações Pré-esforçadas ............................................................................................ 19 3.4 Conceitos Adicionais ................................................................................................. 22

3.4.1 Combinação de corte com tração........................................................................ 22

3.4.2 Resistência ao corte ............................................................................................ 24 3.4.3 Resistência à tração ............................................................................................ 25 3.4.4 Ligações compridas ............................................................................................ 26

3.5 Análise e Dimensionamento ...................................................................................... 27 4 OS PARAFUSOS SEGUNDO AS NORMAS EN 15048 / EN 14399 ............................ 28

4.1 Introdução .................................................................................................................. 28

Influência do Aperto de Parafusos em Ligações Correntes em Estruturas Metálicas ÍNDICE

Nuno da Costa Sousa v

4.2 EN 15048 ................................................................................................................... 30 4.3 EN 14399 ................................................................................................................... 35 4.4 Informações Complementares ................................................................................... 42

5 EXECUÇÃO DE LIGAÇÕES APARAFUSADAS ........................................................ 46

5.1 Introdução .................................................................................................................. 46 5.2 Aperto de parafusos não pré-esforçados .................................................................... 47 5.3 Aperto de parafusos pré-esforçados ........................................................................... 48

5.3.1 Generalidades ..................................................................................................... 48 5.3.2 Valores de referência do momento de aperto ..................................................... 50

5.3.3 Método do Momento de Aperto ......................................................................... 51

5.3.4 Método Combinado ............................................................................................ 51 5.3.5 Método HRC ...................................................................................................... 52 5.3.6 Método dos Dispositivos Indicadores de Esforço .............................................. 54

6 PROGRAMA DE ENSAIOS E TRATAMENTO DE RESULTADOS .......................... 55 6.1 Introdução .................................................................................................................. 55 6.2 Ensaios de Calibração do Procedimento de Aperto ................................................... 56

6.3 Ensaios de Resistência ao Corte ................................................................................ 61 6.4 Análise de Resultados ................................................................................................ 68

7 CONCLUSÕES ................................................................................................................ 70 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................................... 71

Influência do Aperto de Parafusos em Ligações Correntes em Estruturas Metálicas ÍNDICE DE FIGURAS

Nuno da Costa Sousa vi

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1.1 – Configurações de juntas (CEN, EN 1993-1-8, 2004) ........................................... 1

Figura 1.2 – Ligação com chapas cobre-juntas (Simões e Abecasis, 2010) .............................. 2

Figura 1.3 – Ligação viga-pilar (Simões e Abecasis, 2010) ...................................................... 2

Figura 1.4 – Chave de aperto regulável (REALNEO@, 2013) ................................................. 2

Figura 1.5 – Chave de aperto não controlado (Simões, 2009) ................................................. 2

Figura 2.1 – Exemplo de chave de aperto sem braços extensíveis (TRAMONTINA@, 2013) 7

Figura 2.2 – Chave de percussão (DirectIndustry@, 2013) ...................................................... 7

Figura 2.3 – Principais causas de colapso de ligações aparafusadas sujeitas a fadiga ............ 11

Figura 2.4 – Relação entre a força de pré-esforço e o alongamento no parafuso (aperto pelo

Método Combinado) ................................................................................................................ 12

Figura 2.5 – Influência do pré-esforço na resistência ao corte de um parafuso de alta

resistência (Owens e Cheal, 1989) .......................................................................................... 13

Figura 3.1 – Exemplo de configuração de uma ligação aparafusada solicitada ao corte

(ESDEP, Lecture 11.3.1) ......................................................................................................... 16

Figura 3.2 – Parafuso ao corte (Santiago e Simões da Silva, 2003) ........................................ 16

Figura 3.3 – Modos de rotura numa ligação ao corte (ESDEP, Lecture 11.3.1) ..................... 17

Figura 3.4 – Destacamento do bloco (CEN, EN 1993-1-8, 2004) .......................................... 18

Figura 3.5 – Parafuso à tração (Santiago e Simões da Silva, 2003) ........................................ 18

Figura 3.6 – Ligação viga-pilar sujeita a flexão (ESDEP, Lecture 11.3.1) ............................. 19

Figura 3.7 – Parafuso numa ligação pré-esforçada solicitada ao corte (Santiago e Simões da

Silva, 2003) .............................................................................................................................. 19

Figura 3.8 – Comparação da resposta carga/deslocamento entre ligações pré-esforçadas e

correntes (ESDEP, Lecture 11.3.2) ......................................................................................... 20

Figura 3.9 – Comportamento de uma ligação pré-esforçada solicitada à tração (ESDEP,

Lecture 11.3.2) ......................................................................................................................... 21

Figura 3.10 – Ligação solicitada simultaneamente a esforços de corte e tração (ESDEP,

Lecture 11.3.1) ......................................................................................................................... 22

Figura 3.11 – Comparação das regras de interação das Normas DIN 18800-1, BS 5950-1 e EN

1993-1-8 (Renner e Jörg, 2012) ............................................................................................... 23


Nuno da Costa Sousa vii

Figura 3.12 – Diagrama de interação para dimensionamento de parafusos sujeitos a esforços

combinados de corte e tração (ESDEP, Lecture 11.3.1) ......................................................... 23

Figura 3.13 – Ligação por sobreposição simples (NOTES SUR LES PRATIQUES

TECHNIQUES@, 2013) ......................................................................................................... 24

Figura 3.14 – Deformação de uma ligação por sobreposição simples com uma única linha de

parafusos (ESDEP, Lecture 11.3.1) ......................................................................................... 24

Figura 3.15 – Efeito de alavanca (ESDEP, Lecture 11.3.1) .................................................... 25

Figura 3.16 – Dimensões do banzo de uma peça em T equivalente (Kulak, 2005) ................ 26

Figura 3.17 – Exemplo de configuração de ligação comprida (ESDEP, Lecture 11.3.1) ....... 26

Figura 3.18 - Corte em secção de uma ligação comprida (Kulak, 2005) ................................ 26

Figura 3.19 – Categorias de ligações aparafusadas (CEN, EN 1993-1-8, 2004) .................... 27

Figura 4.1 – Propriedades geométricas de um parafuso (CEN, EN 14399-3, 2005) ............... 28

Figura 4.2 – Exemplo da marcação exigida num parafuso (à esquerda) e porca (à direita)

(CEN, EN 15048-1, 2006) ....................................................................................................... 30

Figura 4.3 – Configuração do ensaio (CEN, EN 14399-2, 2005) ........................................... 37

Figura 4.4 – Curva rotação vs força de pré-esforço (CEN, EN 14399-2, 2005) ..................... 37

Figura 4.5 – Curva momento de aperto vs força de pré-esforço (CEN, EN 14399-2, 2005) .. 38

Figura 4.6 – Curva alongamento vs força de pré-esforço (CEN, EN 14399-2, 2005) ............ 38

Figura 4.7 – Exemplo da marcação exigida num parafuso (à esquerda) e porca (à direita)

(CEN, EN 14399-3, 2005) ....................................................................................................... 40

Figura 4.8 – Corte vs Laminação de roscas (EMUGE FRANKEN, 2013) ............................. 42

Figura 4.9 – Valores de momento equivalentes à um aperto manual (SCI, 2006) .................. 44

Figura 4.10 – “Stripped Threads” (Wayne Wallace, 2004) ..................................................... 45

Figura 5.1 – Exemplo de chave dinamométrica utilizada no aperto de parafusos .................. 50

Figura 5.2 – Parafuso HRC (GFD@, 2013) ............................................................................ 52

Figura 5.3 – Fase de aproximação e de aperto (GFD@, 2013) ............................................... 52

Figura 5.4 – Fase de rotura da extremidade estriada (GFD@, 2013) ...................................... 53

Figura 5.5 – Fase final (GFD@, 2013) .................................................................................... 53

Figura 5.6 – Chaves de aperto de parafusos HRC (Hermenegildo, 2010) .............................. 53

Figura 5.7 – Anilhas DTI e apalpa-folgas (Schiborr and Stranghöner, 2012)......................... 54

Figura 6.1 – Tipos de parafusos ensaiados .............................................................................. 56

Figura 6.2 – Pormenor do dispositivo de ensaio ..................................................................... 57

Figura 6.3 – Momento de aplicação do aperto ........................................................................ 58

Figura 6.4 – Força de aperto vs Momento de aperto ............................................................... 60

Figura 6.5 – Parafuso “A” após o ensaio de calibração........................................................... 60

Figura 6.6 – Zona desgastada em evidência ............................................................................ 61


Nuno da Costa Sousa viii

Figura 6.7 – Configuração dos provetes .................................................................................. 62

Figura 6.8 – Layout de ensaio ................................................................................................. 63

Figura 6.9 – Força vs Deslocamento (aperto = 19,71 %), parafuso corrente / corte na rosca . 64

Figura 6.10 – Força vs Deslocamento (aperto = 57,15 %), parafuso corrente / corte na rosca 64

Figura 6.11 – Força vs Deslocamento (aperto = 19,71 %), parafuso corrente / corte no liso . 65

Figura 6.12 – Força vs Deslocamento (aperto = 57,15 %), parafuso corrente / corte no liso . 66

Figura 6.13 – Força vs Deslocamento, parafuso de pré-esforço / corte na rosca .................... 67

Figura 6.14 – Força vs Deslocamento, parafuso de pré-esforço / corte no liso ....................... 67

Figura 6.15 – Parafusos e planos de corte ............................................................................... 68

Influência do Aperto de Parafusos em Ligações Correntes em Estruturas Metálicas ÍNDICE DE QUADROS

Nuno da Costa Sousa ix

ÍNDICE DE QUADROS

Quadro 4.1 – Denominação de parafusos e furos normalizadas.............................................. 29

Quadro 4.2 – Conjugação de classes de propriedades dita apropriada .................................... 31

Quadro 4.3 – Análise comparativa de altura mínima das porcas ............................................ 32

Quadro 4.4 – Valores de tensão última de carga (porcas de classe 8 e 10) ............................. 32

Quadro 4.5 – Resistência mínima à tração exigida pela EN 15048-1 (CEN, 2006) ............... 33

Quadro 4.6 – Registo das diferenças entre os dois lotes de comercialização prescritos pela

EN 15048-1 (CEN, 2006) ........................................................................................................ 34

Quadro 4.7 – Altura mínima das porcas, sistemas HR e HV .................................................. 39

Quadro 4.8 – Valores de tensão última de carga ..................................................................... 39

Quadro 4.9 – Valores de carga última de porcas (sistema HR) ............................................... 40

Quadro 5.1 – Valores de Fp,C em [kN] (CEN, EN 1090-2, 2008) ........................................... 48

Quadro 5.2 – Classes k para os métodos de aperto (CEN, EN 1090-2, 2008) ........................ 49

Quadro 5.3 – Método combinado: rotação adicional (CEN, EN 1090-2, 2008) ..................... 52

Quadro 6.1 – Resultados da calibração observados em parafusos de pré-esforço .................. 58

Quadro 6.2 – Resultados da calibração observados em parafusos correntes........................... 59

Quadro 6.3 – Resultados da resistência ao corte em parafusos correntes (corte na rosca) ..... 65

Quadro 6.4 – Resultados da resistência ao corte em parafusos correntes (corte no liso) ........ 66

Quadro 6.5 – Resultados da resistência ao corte em parafusos de pré-esforço ....................... 68

Influência do Aperto de Parafusos em Ligações Correntes em Estruturas Metálicas SIMBOLOGIA

Nuno da Costa Sousa x

SIMBOLOGIA

As – Área da secção lisa do parafuso As – Área da secção resistente do parafuso Bp,Rd – Valor de cálculo da resistência ao punçoamento da cabeça do parafuso e da porca D – Diâmetro nominal interno da porca d – Diâmetro do parafuso d0 – Diâmetro do furo normalizado e1 – Distância entre o centro do furo do parafuso e a extremidade adjacente, medida na direção da transmissão do esforço e2 – Distância entre o centro do furo do parafuso e o bordo adjacente, medida na direção perpendicular à transmissão do esforço Fb – Força no parafuso durante o ensaio Fbi,max – Máximo valor individual da força no parafuso atingido durante o ensaio Fb – Força no parafuso durante o ensaio Fe – Força exterior atuante Fc – Força de compressão entre as placas ∆Fc – Variação da força de compressão entre as placas Fp – Força de pré-esforço Fp,C – Força de pré-esforço Ft – Força de tração no parafuso ∆Ft – Variação da força de tração no parafuso Ft,Ed – Valor de cálculo do esforço de tração do parafuso no estado limite último Ft,Rd – Valor de cáculo da resistência à tração do parafuso fub – Tensão de rotura à tração do parafuso Fb,Rd – Valor de cálculo da resistência ao esmagamento do parafuso Fs,Rd – Valor de cálculo da resistência ao escorregamento do parafuso no estado limite último Fs,Rd,ser – Valor de cálculo da resistência ao escorregamento do parafuso no estado limite de utilização Fv,Ed – Valor de cálculo do esforço transverso do parafuso no estado limite último Fv,Ed,ser – Valor de cálculo do esforço transverso do parafuso no estado limite de ultilização Fv,Rd – Valor de cáculo da resistência ao esforço transverso do parafuso k – Coeficiente que relaciona o momento de aperto com a força de pré-esforço lb,eff – Comprimento efectivo do parafuso pré-esforçado

Influência do Aperto de Parafusos em Ligações Correntes em Estruturas Metálicas SIMBOLOGIA

Nuno da Costa Sousa xi

Mr,i – Momento de aperto de referência NEd – Valor de cálculo do esforço normal atuante Nnet,Rd – Valor de cálculo do esforço normal resistente plástico de tração da secção transversal útil p1 – Distância entre os eixos dos parafusos de uma fiada, medida na direção da transmissão do esforço t – Espessura das placas tf – Espessura do banzo

δ – Deslocamento relativo entre placas

μ – Coeficiente de atrito

αv – Fator definido na expressão apropriada Фd – Diâmetro exterior da parte roscada do parafuso θ – Ângulo de rotação da porca relativamente ao parafuso θ1i – Valor individual do ângulo θ para o qual a força no parafuso atingiu o seu valor máximo Fbi,max

Influência do Aperto de Parafusos em Ligações Correntes em Estruturas Metálicas 1 INTRODUÇÃO

Nuno da Costa Sousa 1

1 INTRODUÇÃO

1.1 Generalidades

Entende-se por ligação estrutural um dispositivo constituído por diversas componentes que asseguram a continuidade e transmissão de esforços ao longo de uma estrutura. Para interpretar a zona onde a ligação ocorre, os regulamentos utilizam a palavra “junta” (Figura 1.1), que segundo a EN 1993-1-8 (CEN, 2004) e no caso de uma ligação viga-pilar, é constituída por um painel de alma e por uma única ligação (configuração de junta num só lado) ou por duas ligações (configuração de junta em dois lados).

Legenda:

1 Configuração de uma junta viga-coluna com viga num só lado

2 Configuração de uma junta viga-coluna com vigas nos dois lados

3 Emenda de viga 4 Emenda de coluna 5 Base de coluna

Figura 1.1 – Configurações de juntas (CEN, EN 1993-1-8, 2004)



As ligações, quando visíveis, exprimem de forma eloquente o nível tecnológico da estrutura que integram e delas depende muito a qualidade estética do conjunto. O seu dimensionamento constitui um dos aspectos fundamentais no projecto de estruturas metálicas já que condicionam o comportamento da estrutura para além de representarem uma fatia muito importante do custo. Esta relevância para o sucesso das estruturas de aço é contudo, ainda hoje, contrariada pela sua conceção (que envolve cortes e tolerâncias, preparações e soldaduras, e a prescrição de elementos e processos de aparafusamento) ser frequente e erradamente relegada para o âmbito da metalomecânica. As orientações para a conceção das ligações preconizam ter o menor número possível de ligações soldadas em obra. As ligações aparafusadas exigem mão de obra menos especializada, sendo a execução e o controlo de qualidade muito mais simples de realizar. Observam-se nas figuras seguintes algumas configurações de ligações aparafusadas (Figuras 1.2 e 1.3) e duas ocorrências de aplicação do aperto de parafusos em obra (Figuras 1.4 e 1.5).

Figura 1.2 – Ligação com chapas cobre-juntas (Simões e Abecasis, 2010)

Figura 1.3 – Ligação viga-pilar (Simões e Abecasis, 2010)

Figura 1.5 – Chave de aperto não controlado (Simões, 2009) Figura 1.4 – Chave de aperto regulável

(REALNEO@, 2013)



1.2 Ligações Aparafusadas

As diferentes tipologias de ligações aparafusadas incluem placas cobrejuntas, placas de extremidade e cantoneiras, entre outras. Para ligar estes elementos aos perfis estruturais utilizam-se parafusos. Atualmente os parafusos dividem-se em parafusos correntes e parafusos pré-esforçados. Esta distinção provém dos dois grandes grupos de ligações aparafusadas para os quais se destinam as suas respetivas utilizações: as ligações correntes (ou não pré-esforçadas) e as ligações pré-esforçadas. A instalação de parafusos é um fator importante no custo de uma estrutura em aço, especialmente quando as ligações são pré-esforçadas pois os procedimentos de pré-esforço e controlo de qualidade durante a montagem são exigentes e consequentemente mais caros. Tais ligações devem ser projetadas apenas em casos absolutamente necessários. Assim talvez pela sua menor exigência estrutural no comportamento da ligação, as ligações correntes são alvo de uma abordagem mais curta e menos precisa relativamente à sua execução por parte das normas que regulamentam o projeto e os processos de execução das ligações. A Norma EN 1090-2 (CEN, 2008), norma europeia que especifica os requisitos técnicos para a execução de estruturas em aço, recorre à expressão “snug-tight” para indicar a condição de aperto a efetuar em parafusos não pré-esforçados. Por sua vez, o Anexo Nacional Português do EC3-1-8 (CEN, 2010), norma europeia que inclui regras e disposições de projeto de ligações de estruturas de aço, indica valores mínimos de aperto em parafusos das classes 8.8 e 10.9 para os quais se pretende uma “garantia da boa qualidade da execução”, não dando qualquer indicação adicional para outras classes. No entanto, para as classes 8.8 e 10.9 (classes de alta resistência), os parafusos devem ser conformes às Normas EN 15048-1 (CEN, 2006) ou EN 14399-1 (CEN, 2005). A falta de referência à Norma de parafusos pelo Anexo Nacional, às quais as classes citadas devem respeitar, torna-se uma ocorrência relevante na medida em que apenas os parafusos da Norma EN 14399-1 (CEN, 2005) são aptos de serem usados em ligações pré-esforçadas.

1.3 Objetivos e Metodologia

Pretende-se com esta dissertação esclarecer todo o conjunto de procedimentos da EN 1090-2 (CEN, 2008) aplicáveis à execução de ligações aparafusadas e clarificar as recomendações complementares sobre esse tema dadas pelo EC3-1-8 (CEN, 2004). De modo associado, deseja-se mostrar a relação e a influência do aperto de parafusos no comportamento destes, no contexto do comportamento global da ligação, nunca esquecendo, no entanto, que a origem desta investigação está no tipo de parafusos que requer menor exigência estrutural e contemplado com as prescrições menos evidentes: os parafusos correntes.



Para isso considerou-se essencial efectuar uma análise comparativa das duas Normas Europeias em vigor, a EN 15048 (CEN, 2006) e a EN 14399 (CEN, 2005), com o propósito de caracterizar os parafusos de classe de resistência 8.8 e 10.9 fabricados segundo as duas Normas, assim como evidenciar as propriedades que fundamentem as suas respetivas utilizações.

A metodologia de elaboração deste trabalho consistiu em recolher uma quantidade de informação considerada adequada para realizar uma avaliação atualizada da investigação, dos conhecimentos e das prescrições divulgadas em torno do tema. Admitiu-se ser importante incluir os conceitos já conhecidos sobre o comportamento de parafusos ao corte, à tração e aos esforços combinados corte e tração. Conclui-se esta investigação com a realização de um estudo experimental desenvolvido no Departamento de Engenharia Civil da Universidade de Coimbra, com o objetivo de analisar a influência do aperto inicial na resistência ao corte dos parafusos. Foram ensaiados parafusos de pré-esforço e parafusos correntes com configurações tais que o corte ocorresse na parte lisa e/ou na parte roscada.

1.4 Estrutura e Organização do Texto

A presente dissertação está estruturada em sete capítulos. No primeiro capítulo é introduzida a temática em estudo, fundamentando os motivos da sua elaboração. É lembrada a importância das ligações no projeto de estruturas metálicas e são sucintamente apresentadas as recomendações da normalização aplicável sobre a execução de ligações aparafusadas correntes. Anunciam-se os objetivos da dissertação, bem como a metodologia adotada para o cumprimento da mesma. O segundo capítulo expõe a revisão bibliográfica realizada. Em primeiro lugar aborda-se a regulamentação existente para a execução de ligações correntes a nível europeu e nacional. Em seguida são mencionados trabalhos de investigação e estudos conhecidos sobre a importância e a influência do aperto no comportamento de ligações aparafusadas e do próprio parafuso. O terceiro capítulo descreve o comportamento das ligações aparafusadas relativamente ao esforço atuante, corte ou tracção, e ao tipo de ligações, correntes ou pré-esforçadas, esclarecendo previamente em que condições estas últimas devem ser utilizadas. São ainda referidos conceitos adicionais face a estas solicitações e a uma combinação das duas (corte com tração), completando este assunto com uma referência às ligações compridas. Por fim apresenta-se a abordagem por parte do EC3-1-8 (CEN, 2004) quanto à análise e ao dimensionamento dos diferentes tipos de ligações aparafusadas.



No quarto capítulo são apresentadas e comparadas as duas Normas de parafusos atualmente em vigor na Europa, EN 15048 (CEN, 2006) e EN 14399 (CEN, 2005), nos aspetos que se julgam mais relevantes e preponderantes nas diferenças de comportamento. São igualmente incluídos neste capítulo relatos ou referências diretamente relacionados com esta matéria. O quinto capítulo explica, de forma pormenorizada, todos os procedimentos de execução das ligações aparafusadas, especificados na secção 8 da Norma de execução EN 1090-2 (CEN, 2008). No sexto capítulo são propostos e descritos os ensaios experimentais realizados no âmbito deste trabalho. Apresentam-se os principais resultados e conclusões obtidas. No sétimo e último capítulo apresentam-se as conclusões globais do trabalho desenvolvido de acordo com os objetivos traçados. São igualmente propostos possíveis desenvolvimentos futuros do tema.

Influência do Aperto de Parafusos em Ligações Correntes em Estruturas Metálicas 2 REVISÃO BILBLIOGRÁFICA


2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1 Regulamentação

2.1.1 Introdução

Da necessidade de definir requisitos para a execução de estruturas metálicas e de estabelecer as condições de obtenção da marcação CE dos componentes estruturais, surge a Norma Europeia EN 1090 que constitui a principal referência na execução de estruturas de aço e de alumínio na Europa, revelando-se o seu conteúdo num verdadeiro manual de especificações para esse fim. O resultado dessa norma compreende três partes:

• Parte 1: Requisitos de avaliação da conformidade de componentes estruturais (CEN, 2009);

• Parte 2: Requisitos técnicos para estruturas de aço (CEN, 2008);

• Parte 3: Requisitos técnicos para estruturas de alumínio.

A Norma supracitada deve ser utilizada de forma consistente com as partes correspondentes do Eurocódigo 3 para as exigências de cálculo, designadamente o EC3-1-8 (CEN, 2004) no caso do projeto de ligações. O Anexo Nacional do EC3-1-8 (CEN, 2010) estabelece as opções nacionais relativamente à regras e disposições. Estando genericamente introduzida a regulamentação associada ao tema, é fundamental apresentar as várias referências especificadas em cada uma das Normas relativamente ao aperto de parafusos em ligações correntes.

2.1.2 EN 1090-2

A EN 1090-2 (CEN, 2008) não é uma norma harmonizada mas permite aplicar a EN 1090-1 (norma harmonizada) fornecendo as exigências relevantes que assegurem um nível apropriado de resistência e estabilidade mecânica, de aptidão ao serviço e de durabilidade da estrutura. Esta Norma, atualmente em fase de tradução para a língua portuguesa, contém um conjunto alargado de requisitos técnicos de execução de estruturas metálicas e mistas (aço-betão), desde o aprovisionamento dos materiais, passando pela fabricação dos componentes (corte, furação, soldadura, aparafusamento, etc…) e proteção à corrosão, até à montagem da estrutura final. Não tem por objetivo fornecer requisitos ótimos mas sim os mínimos a satisfazer. O seu âmbito bastante amplo faz com que seja considerada a Norma referência no que se refere à



Figura 2.1 – Exemplo de chave de aperto sem braços extensíveis (TRAMONTINA@, 2013)

Figura 2.2 – Chave de percussão (DirectIndustry@, 2013)

execução de estruturas metálicas e à certificação das empresas metalomecânicas com vista à marcação CE dos produtos e componentes das estruturas metálicas e mistas. Por conseguinte as ligações mecânicas são uma das etapas da execução de estruturas metálicas e devem seguir o preceituado na secção 5.6 (no que se refere aos materiais) e no capítulo 8 (no que se refere à montagem). A cláusula 5.6.3 assinala formalmente que os parafusos destinados às ligações não pré-esforçadas devem ser conformes à Norma EN 15048-1 (CEN, 2006), mas adianta ainda que os parafusos fabricados segundo a Norma EN 14399-1 (CEN, 2005) podem igualmente ser utilizados em tais situações. Por sua vez a secção 8.3, inteiramente dedicado ao aperto de parafusos não pré-esforçados, indica que os componentes das ligações devem ser aproximados de modo a se obter um contacto firme e recomenda o seguinte: “Each bolt assembly shall be brought at least to a snug tight-condition, with special care being given to avoid over-tightening especially short bolts and M12”. Entende-se que cada conjunto de parafusos deve ser apertado até à condição “snug-tight”, tendo o cuidado especial de evitar um sobre-aperto. É posteriormente acrescentado que para conseguir esse estado é necessário, em grupos grandes, fazer vários ciclos do interior para o exterior. Importa realçar a expressão utilizada para traduzir a força de aperto a aplicar, pois na ausência de valores específicos, a definição de “snug-tight” revela ser decisiva neste procedimento. Esta é provavelmente a razão pela qual se encontra a “NOTA 2” no final dessa secção, que tem por única finalidade a correta interpretação do termo técnico. Essa apreciação refere que a expressão “snug-tight” resulta do esforço de um homem através de uma chave de tamanho normal sem braços extensíveis (Figura 2.1) ou pode ser assumida como o ponto onde uma chave de percussão começa a bater (Figura 2.2).



Dado o grau de variabilidade relativo ao desempenho da ação de um operário, é legítimo afirmar que as prescrições dadas pela Norma EN 1090-2 (CEN, 2008) trazem pouca clarividência sobre a força adequada a aplicar e na influência que esta poderá tomar no comportamento da ligação. Fazendo uma breve referência ao caso das ligações pré-esforçadas, a cláusula 5.6.4 especifica que os parafusos devem corresponder à Norma EN 14399-1 (CEN, 2005) e prescreve na secção 8.5 uma força nominal mínima de pré-esforço Fp,C igual a 0.7 fub As (onde fub é o valor nominal da tensão última do material do parafuso e As é a área da secção resistente do parafuso). São igualmente previstos quatro métodos para aplicação do pré-esforço: o Método do Momento de Aperto, o Método Combinado, o Método HRC e o Método dos Dispositivos Indicadores de Esforço.

2.1.3 EN 1993-1-8

No que se refere ao Eurocódigo de Estruturas em Aço (Eurocódigo 3), e após ter sido reconhecida a importância das ligações, autonomizou-se uma parte específica com regras e recomendações para o seu dimensionamento. Esta parte é designada por EN 1993-1-8 ou EC3-1-8 (CEN, 2004) e expõe na secção 3 as exigências relativas à ligações com parafusos. A Norma define na secção 3.4 diversas categorias de ligações aparafusadas, dentro de uma diferenciação previamente estabelecida consoante solicitadas ao corte ou à tração. Dando a partir daí indicação que deverão ser utilizados parafusos pré-esforçados em ligações resistentes ao escorregamento, é apenas e exclusivamente através do Quadro 3.2 da cláusula 3.4.2(1) (onde se encontram resumidas as verificações a fazer no dimensionamento das ligações aparafusadas) que se consegue obter alguma informação sobre o nível de aperto em ligações correntes. A “NOTA” apresentada no final do referido Quadro enuncia o seguinte: “No caso de o pré-esforço não ser explicitamente utilizado no cálculo da resistência ao escorregamento mas ser necessário por razões de execução ou como medida de qualidade (por exemplo, para a durabilidade), o nível de pré-esforço pode ser especificado no Anexo Nacional”. Interpretando a anotação anterior conclui-se que, em eventuais casos, os parafusos de uma ligação dimensionada como não pré-esforçada (ligação corrente) poderão consentir um determinado nível de aperto superior ao habitualmente previsto, sendo que esse nível de aperto, então denominado de “nível de pré-esforço”, poderá ser indicado no Anexo Nacional. Ora o Anexo Nacional Português do EC3-1-8 (CEN, 2010) estabelece uma prescrição relativamente a essa cláusula: “As especificações de projecto devem indicar claramente se o pré-esforço nos parafusos das classes 8.8 e 10.9 é requerido por questões de segurança da



estrutura (para evitar o desencosto ou escorregamento das superfícies em contacto) ou, apenas, como garantia da boa qualidade da execução. Neste caso, o pré-esforço mínimo a aplicar deve ser 50 % de Fp,C (força de pré-esforço)”. É portanto uma vez mais referido que numa ligação dimensionada como corrente se poderá aplicar um nível de aperto específico “como garantia de boa qualidade da execução”, mas apenas é fornecido um valor mínimo e nenhum máximo. Por outro lado, a Norma a que os parafusos devem nesse caso obedecer não é identificada, nem os níveis de aperto para classes de resistência de parafusos inferiores a 8.8 são comentados. A título de curiosidade e para uma melhor perceção da forma como tem sido apreciado o tema, julga-se interessante conferir a existência de prescrições por parte de Anexos Nacionais de outros países onde a presente Norma Europeia tenha sido igualmente implementada. Esse estudo é apresentado no ponto seguinte.

2.1.4 Anexos Nacionais da EN 1993-1-8

A Norma EN 1993-1-8 estabelece procedimentos alternativos e valores, recomenda classes e inclui notas, indicando onde poderão ter de ser feitas as opções nacionais. Por este motivo, a Norma Nacional de implementação da EN 1993-1-8 deve ter um Anexo Nacional que contenha todos os Parâmetros Determinados a Nível Nacional para o projecto de estruturas de aço a serem construídas no país a que diz respeito. De acordo com o contexto do tema de dissertação, analisar-se-á apenas a opção nacional permitida na cláusula 3.4.2(1). Foi possível obter informação relativa a sete países:

� Finlândia - Anexo Nacional da Norma SFS EN 1993-1-8 (CEN, 2005): “The preload in this case should be 0.70 fub As. In this case bolted connections should be controlled at least as non-preloaded connections”;

� Irlanda - Anexo Nacional da Norma IS EN 1993-1-8 (CEN, 2010): “Even if preload is not explicitly used in the design calculations for slip resistances but is required for execution purposes or as a quality measure (e.g. for durability) the level of preload shall be explicitly stated in specifications for execution and quality control”;

� Chipre - Anexo Nacional da Norma CYS EN 1993-1-8 (CEN, 2010): ”No information

is given on the level of preload if preload is not explicitly used in the design calculations for slip resistances but is required for execution purposes or as a quality measure (e.g. for durability)”;



� Dinamarca - Anexo Nacional da Norma DK EN 1993-1-8 (CEN, 2007): “Preloading of bolts to consider other aspects than resistance and stiffness should be determined, as required, on the basis of an assesment of each individual case”;

� Holanda - Anexo Nacional da Norma NEN EN 1993-1-8 (CEN, 2007): “For situations as given in the note no level for preload is specified”;

� Reino Unido - Anexo Nacional da Norma BS EN 1993-1-8 (CEN, 2008): ”If the

preload is not explicitly used in the design calculations then no specific level of preload is required”;

� Suécia - Anexo Nacional da Norma SS EN 1993-1-8 (CEN, 2011): “Preloading force

should be 0.7 fub As”. Este Anexo Nacional contém ainda uma prescrição que interessa mencionar: “Bolts and nuts in High Strength preloaded bolted joints shall have such properties that nuts and threads are normally stronger than the bolts, even in case of unfavourable combinations of properties and dimensions. For other joints, the strength of the nut shall at least equal the nominal tensile strength of the screw”.

Registe-se que as indicações dadas são na sua generalidade muito pouco aprofundadas, ou até, em alguns casos, simplesmente idênticas à recomendação estabelecida para uma ligação pré-esforçada.

2.2 Estudos Previamente Realizados

Alguns estudos ou ensaios foram no passado realizados com o objetivo de avaliar a importância do aperto no comportamento de ligações aparafusadas, ou até, mais precisamente, a influência deste no comportamento do próprio parafuso. Inquéritos efetuados por uma das empresas líderes mundiais em tecnologia de rolamentos e que tem desenvolvido sistemas de aperto industriais de parafusos, a SKF Group (2001), revelaram que o colapso de ligações aparafusadas era principalmente causado por um dimensionamento inadequado (análise, cálculos, modelação ou escolha dos componentes impróprios) ou por uma implementação ineficaz (método de aperto, equipamento ou controlo de qualidade desajustados). Esses dados mostram ainda que o aperto é responsável por 30 % dos casos (aperto insuficiente, excessivo ou simplesmente irregular), e que relativamente a acidentes em estruturas sujeitas a fenómenos de fadiga, 45 % destes tinham sido provocados por uma má execução da ligação (Figura 2.3).



Má execução (45 %)

Defeitos de fabrico

Erros no dimensionamento

Falhas no tratamento térmico

Utilização incorreta

Escolha errada do material

Tratamento de superfície inadequado

Outro estudo realizado em diversos locais de obra na América do Norte (Kulak e Birkemoe, 1993) desvenda resultados particularmente interessantes acerca da execução de ligações aparafusadas. Apesar de a investigação abranger apenas ligações pré-esforçadas (ou seja de aperto controlado) e ter como objetivo descobrir se a força de aperto é, ou não, realmente atingida, verifica-se curiosamente que um dos métodos utilizados para aplicação do aperto e denominado no artigo por “sound”, corresponde à recomendação dada pela Norma EN 1090-2 (CEN, 2008) e unicamente permitida em ligações correntes. Relembra-se que nesse procedimento os parafusos são apertados até a um nível intuitivo ou associado ao ruído causado pela chave de percussão. As conclusões indicam que a força de aperto executada no local de obra ultrapassa geralmente em mais de 15 % a força estritamente necessária, excedendo-a mesmo em 23 % aquando da utilização do método “sound”. Talvez algumas explicações por esse facto sejam dadas por Walters (2005) quando este defende que a tração real aplicada durante um aperto controlado num parafuso pode variar até 60 % do valor pretendido independentemente da precisão da chave dinamométrica, expondo os seguintes fatores como decisivos para essa variação: a lubrificação do parafuso (extremamente condicionante), o encaixe das partes roscadas, a rigidez da anilha e o próprio erro humano. Melenciuc et al (2011) acrescentam ainda o revestimento, a velocidade de execução do aperto e as tolerâncias de fabricação, entre outros, como particularmente influentes quando usado o Método do Momento de Aperto, processo mais utilizado para garantir a introdução do momento de aperto requerido na ligação. Bickford (2008) avalia por

isso a fiabilidade do método em � 25 a 30 %. Note-se também que Melenciuc et al (2011) consideram o nível “snug-tight” corresponder aproximadamente a 50 % do aperto exigido em ligações pré-esforçadas, valor idêntico ao recomendado para determinados casos pelo Anexo Nacional Português (CEN, 2010).

Figura 2.3 – Principais causas de colapso de ligações aparafusadas sujeitas a fadiga



Figura 2.4 – Relação entre a força de pré-esforço e o alongamento no parafuso (aperto pelo Método Combinado)

De modo a melhor entender as incertezas a que tem levado as prescrições dadas para o aperto, menciona-se igualmente outro documento elaborado pelo Research Council on Structural Connections (2009), RCSC, e que tem vindo a sofrer sucessivas revisões desde a sua primeira aparição em Janeiro de 1951. Esta publicação, intitulada “Specification for Structural Joints Using High-Strength Bolts” refere nas primeiras páginas da dita edição que esta última possui modificações na definição e referências ao termo técnico “snug-tight”, no sentido de tornar o seu significado menos subjetivo na sua aplicação. O comentário alusivo à condição “snug-tight” informa que esta pode variar de junta para junta, dependendo da espessura, da horizontalidade e do grau de paralelismo das chapas, tal como do esforço aplicado. Em chapas de maior espessura ou com alguma rugosidade na superfície, pode não ser possível atingir um contacto uniforme comparável àquele conseguido entre chapas finas, não sendo no entanto, tal ocorrência, prejudicial ao desempenho da ligação. Interessa no entanto centrar a atenção em estudos que permitam perceber o comportamento do parafuso quando apertado. Toda a investigação encontrada sobre esse tema diz respeito a parafusos de alta resistência, provavelmente por estes necessitarem de consentir forças de aperto teoricamente mais elevadas. A Figura 2.4 mostra a relação entre a força de pré-esforço e o alongamento de um parafuso de classe 8.8, submetido ao aperto pelo Método Combinado (Kulak, 2005). À medida que se desenrola o alongamento do parafuso sob ação da rotação da porca, a curva achata-se, ou seja, a força de pré-esforço do parafuso atinge um valor limite. Constate-se que a resposta é linear até um determinado nível de carga que ultrapassa ligeiramente o valor nominal mínimo do pré-esforço, começando a partir daí a manifestar-se a plastificação na rosca, da qual resulta uma curva de reposta mais suave.

resistência mínima à tração prescrita

força mínima de pré-esforço prescrita

alongamento (po)

traç

ão n

o pa

rafu

so (

kips

)



Figura 2.5 – Influência do pré-esforço na resistência ao corte de um parafuso de alta resistência (Owens e Cheal, 1989)

A Figura mostra por fim que a resistência mínima à tração do parafuso está para além da tração máxima atingida no ensaio. Isto evidencia que os parafusos são submetidos a esforços combinados de tração e de torção durante a aplicação. Porém ensaios laboratoriais efetuados em parafusos de alta resistência (Rumpf e Fisher, 1963) mostram que um parafuso apertado usando o Método Combinado e apenas submetido posteriormente a uma carga de tração direta, poderá alcançar a sua respectiva resistência à tração pura. Kulak (2005) justifica essa ocorrência pelo facto das tensões tangenciais originadas pela torção (criada durante a aplicação do aperto) se dissiparem quando as placas de ligação são carregadas, e ainda pelas tensões de contacto desaparecerem antes da rotura do parafuso. Segundo ensaios realizados em 1964 por Wallaert e Fisher, nem mesmo a resistência ao corte parece ser afetada por essa deformação plástica que se manifesta principalmente na parte roscada do parafuso. Kulak (2005) afirma que o nível de pré-esforço inicialmente aplicado não afeta a respectiva resistência ao corte do parafuso. Este defende que os resultados verificados em ensaios deste tipo podem ser explicados pela dissipação dos alongamentos muito reduzidos introduzidos no momento do aperto, dissipação que ocorre nos instantes em que o parafuso se deforma ao corte. Os diferentes níveis de tração registados durante as fases do ensaio confirmam que o pré-esforço é quase nulo no instante da rotura por corte. A Figura 2.5 traduz os resultados obtidos a partir de um dos ensaios efetuados por Wallaert e Fisher (1964) e no qual não se verificou nenhuma alteração significativa da resistência ao corte relativamente a três níveis crescentes de aperto.

Pré-esforço

Alongamento (mm)

For

ça d

e ap

erto

apl

icad

a (k

N)

Res

istê

ncia

últi

ma

de c

orte

(N

/mm2 )



São várias as referências em livros ou artigos ao estudo anteriormente referido. Kulak et al (1987) dizem que dois fatores deveriam teoricamente interagir com a resistência ao corte do parafuso: o aperto aplicado e a tração resultante do efeito de alavanca nas placas. No entanto comenta que as deformações devidas ao corte provocam o desaparecimento da deformação axial introduzida na execução do aperto, para o primeiro caso, e a tensão de tração produzida no segundo caso é consideravelmente menor do que a tensão de cedência do parafuso e por isso pouco influente, confirmando estudos realizados sobre parafusos solicitados simultaneamente a esforços de corte e tração, e que revelam que tensões de tração correspondentes a 20 ou 30 % da resistência à tração do parafuso não afetam a sua resistência ao corte (Chesson et al, 1965). Mas Owens e Cheal (1989) lembram que os planos de corte encontram-se na parte lisa do parafuso (fora da região crítica tracionada) e que a situação não foi até então convenientemente esclarecida quando o corte acontece na parte roscada, apesar de admitir que as conclusões podem ser semelhantes. Esta última reflexão merece ser destacada e apreciada, pois as orientaçõe para a conceção de ligações apontam cada vez mais para a utilização de parafusos totalmente roscados (Steenhuis et al, 1997). Este tipo de parafusos é apenas permitido em ligações correntes mas possibilitam reduzir a variedade de comprimentos de parafusos, diminuindo o número de parafusos distintos em stock ou no local de obra, assim como evitar problemas devido a um mau posicionamento da porca (Piraprez, 1996). Os parafusos totalmente roscados mostram boa ductilidade quando sujeitos à forças quer de tração quer de corte, apenas uma ligeira redução da força de rotura por tração, e facultam uma maior resistência das placas ao esmagamento (Owens, 1992).

Influência do Aperto de Parafusos em Ligações Correntes em Estruturas Metálicas 3 COMPORTAMENTO DE LIGAÇÔES APARAFUSADAS


3 COMPORTAMENTO DE LIGAÇÕES APARAFUSADAS

3.1 Introdução

Os parafusos são elementos de ligação que garantem a transmissão de forças entre dois elementos. Assim, de um modo geral, nas ligações predominantemente solicitadas por cargas estáticas (denominadas ligações correntes), podem ser utilizadas todas as classes de parafusos indicadas pelo EC3-1-8 (CEN, 2004) e permitidas pelo respectivo Anexo Nacional, nomeadamente as seguintes classes em território português: 4.6, 5.6, 8.8 e 10.9 (cláusula NA.3.3 do EC3-1-8). As ligações correntes possibilitam a utilização de parafusos fabricados segundo a Norma EN 15048-1 (CEN, 2006) e a Norma EN 14399-1 (CEN, 2005). Nas ligações pré-esforçadas (requeridas em pontes, em estruturas sujeitas a forças cíclicas suscetíveis de induzir fenómenos de fadiga ou em projeto anti-sísmico de estruturas) devem utilizar-se parafusos com elevada resistência à fadiga e deformabilidade reduzida, mais especificamente os parafusos da Norma EN 14399-1 (CEN, 2005). Apenas as classes 8.8 e 10.9 constam desta Norma. Mais uma vez sublinha-se que os parafusos de classes idênticas, porém fabricados segundo os requisitos da Norma EN 15048-1 (CEN, 2006), não são autorizados em tais ligações. A resistência última de uma ligação aparafusada é avaliada assumindo simplificações na redistribuição das forças internas, comprovadas experimentalmente. Para as diversas distribuições de forças possíveis ao longo de uma ligação, os parafusos podem ser solicitados como:

• Parafusos ao corte – Neste caso o movimento das placas de ligação é restringido essencialmente pelo fuste do parafuso;

• Parafusos de alta resistência em ligações pré-esforçadas resistentes ao escorregamento – Neste caso as placas são comprimidas entre si devido às forças de aperto dos parafusos, resistindo por atrito;

• Parafusos tracionados – A resistência última não é alterada pelo pré-esforço.

As forças internas (corte, esmagamento e tração) podem ser transferidas por corte/esmagamento em ligações aparafusadas correntes e por atrito entre as placas em ligações pré-esforçadas; em parafusos à tração, o pré-esforço aumenta a rigidez e a resistência



Figura 3.1 – Exemplo de configuração de uma ligação aparafusada solicitada ao corte (ESDEP, Lecture 11.3.1)

Figura 3.2 – Parafuso ao corte (Santiago e Simões da Silva, 2003)

à fadiga para solicitações inferiores àquelas capazes de provocar o descolamento das chapas inicialmente em contacto. Existem ainda muitos outros tipos de ligações onde os parafusos são solicitados por uma combinação de corte com tração.

3.2 Ligações Correntes

Em ligações correntes, o parafuso funciona como um elemento de ligação que permite a transmissão de esforços por dois processos distintos: corte e tração.

3.2.1 Parafuso ao corte

Numa ligação em que os esforços são transmitidos por corte (tal como apresentada na Figura 3.1), a resistência depende da resistência ao corte do parafuso e das placas à pressão diametral ou esmagamento (Figura 3.2).

Folga dos furos

Placa de sobreposição

Corte na parte roscada Corte na parte lisa

Placa principal



O nível de aperto efetuado em ligações correntes pretende garantir força de atrito entre as placas ligadas e transferir uma pequena força sem que se verifique escorregamento. Para forças superiores à força de atrito ocorre um deslizamento permanente devido à folga entre o parafuso e o furo. Este deslizamento termina quando o fuste do parafuso entra em contacto com a placa. Aplicando forças superiores, verifica-se uma resposta elástica até que o núcleo do parafuso ou a placa de ligação entrem em fase plástica. A deformação plástica pode iniciar-se no parafuso e na placa de ligação em simultâneo. A área na qual é exercida a pressão diametral define-se como o produto da espessura da chapa e do diâmetro nominal do parafuso. A distância que separa o parafuso da extremidade da placa deve ser suficiente para garantir uma resistência adequada relativamente a modos de rotura por tração das placas na zona de ligação, descritos na Figura 3.3. Se a resistência à pressão diametral das placas for menor que a resistência do parafuso ao corte, a ligação possui um comportamento dúctil e a sua capacidade de deformabilidade torna-se relevante. Em caso de um comportamento frágil, a rotura acontecerá por corte do parafuso.

Figura 3.3 – Modos de rotura numa ligação ao corte (ESDEP, Lecture 11.3.1)

Pressão diametral

Plano de corte

a) Rotura por corte localizado

b) Rotura pela secção útil



Além de corte no parafuso ou esmagamento da placa de ligação, refira-se ainda a possibilidade de rotura em bloco (cláusula 3.10.2 do EC3-1-8 (CEN, 2004)), conforme se ilustra na Figura 3.4.

Legenda:

1 esforço de tração reduzido 3 esforço de corte reduzido 2 esforço de corte elevado 4 esforço de tração elevado

A resistência relativa à rotura em bloco é baseada em dois mecanismos de rotura possíveis: cedência por corte combinada com rotura por tração ou rotura por corte combinada com cedência por tração (Santiago e Simões da Silva, 2003). O modo de rotura depende das dimensões da ligação e da resistência relativa entre o material dos parafusos e o material das partes ligadas.

3.2.2 Parafuso à tração

Numa ligação solicitada à tração, a resistência depende da resistência à tração do parafuso e ao punçoamento das placas de ligação, na zona da cabeça e da porca (Figura 3.5). Figura 3.5 – Parafuso à tração (Santiago e Simões da Silva, 2003)

Figura 3.4 – Destacamento do bloco (CEN, EN 1993-1-8, 2004)

NEd

NEd

NEd

NEd



No caso de atuarem unicamente esforços de flexão (Figura 3.6), a componente de tração resultante do momento é transmitida por esforço axial no parafuso.

3.3 Ligações Pré-esforçadas

No caso de os parafusos serem pré-esforçados, o comportamento da ligação é diferente quer ao corte quer à tração, devido à compressão inicial entre as placas provocada pela força de aperto. Os parafusos de alta resistência para pré-esforço devem ser apertados, no mínimo, com 70 % da sua tensão última, motivando por conseguinte a não solicitação dos parafusos ao corte, mas sim a mobilização da resistência ao deslizamento das placas (Figura 3.7).

Figura 3.6 – Ligação viga-pilar sujeita a flexão (ESDEP, Lecture 11.3.1)

Figura 3.7 – Parafuso numa ligação pré-esforçada solicitada ao corte (Santiago e Simões da Silva, 2003)

μFp,C μFp,C

μFp,C

μFp,C

Fp,C

Fp,C

Fp,C

Fp,C



A resistência de uma ligação deste tipo é função do coeficiente de atrito das superfícies em

contacto μ e da força de pré-esforço Fp,C introduzida pelos parafusos de alta resistência. No

Quadro 3.7 do EC3-1-8 (CEN, 2004) são definidas várias classes de tratamento das

superfícies para as quais μ varia entre 0.2 e 0.5. No caso de outras condições de tratamento

das superfícies, o valor do coeficiente de atrito deve ser determinado com base em testes experimentais indicados no Anexo G da EN 1090-2 (CEN, 2008). A Figura 3.8 pretende analisar o efeito da resistência devido ao atrito, proporcionado pelo aperto dos parafusos pré-esforçados (High Strength Friction Grip - HSFG) na ligação entre duas chapas. Até que o escorregamento ocorra, a ligação pré-esforçada revela-se muito mais rígida do que a ligação corrente. Uma vez produzido o escorregamento, a ligação pré-esforçada passa progressivamente a trabalhar “à pressão diametral”, de tal modo que depois de a folga ter sido superada, as duas ligações apresentam um comportamento similar. A compressão inicial entre as placas altera igualmente o comportamento de uma ligação pré-esforçada solicitada à tração relativamente a uma ligação corrente. Para explicar esta situação, a relação entre o alongamento do parafuso e o encurtamento das placas devido ao pré-esforço

Figura 3.8 – Comparação da resposta carga/deslocamento entre ligações pré-esforçadas e correntes (ESDEP, Lecture 11.3.2)

Carregamento F (kN)

Deslocamento relativo entre placas centrais

Escorregamento

do parafuso A

Parafusos de pré-esforço, t = 6,5 mm (rotura por esmagamento das placas)

Parafusos correntes, t = 6,5 mm (rotura por esmagamento das placas)

O deslocamento devido às folgas não se encontra indicado



Fp,C é mostrada na Figura 3.9. Aplicando uma força exterior Fe na ligação, a força Ft no parafuso aumenta. Simultaneamente, o alongamento do parafuso cresce à medida que o encurtamento entre as placas diminui pelo mesmo valor, resultando numa descompressão destas últimas. Verifica-se uma diminuição acentuada da pressão de contacto ∆Fc e apenas um ligeiro aumento da força de tração no parafuso ∆Ft, pois nas situações correntes a rigidez das placas é muito superior à rigidez dos parafusos.

Figura 3.9 – Comportamento de uma ligação pré-esforçada solicitada à tração (ESDEP, Lecture 11.3.2)

��

��

Fc Ft

∆Ft

∆Fc Fe

Ft Fc

Fp,C

Alongamento do parafuso

Encurtamento do conjunto das placas



3.4 Conceitos Adicionais

3.4.1 Combinação de corte com tração

Existem numerosos casos em que os parafusos são submetidos a esforços combinados de corte e tração, tal como os parafusos “B” ilustrados na Figura 3.11. Dois esforços atuam deste modo no plano de corte: Fv,Ed (corte) e Ft,Ed (tração). A interação entre os dois esforços foi estudada experimentalmente, tendo sido estabelecida e adotada pelo EC3-1-8 (CEN, 2004) uma relação bilinear à qual estes parafusos devem obedecer (Fv,Rd e Ft,Rd são os respetivos valores de cálculo da resistência) :

��,��,� � � ,

�.� � ,� � 1.0 (1)

Figura 3.10 – Ligação solicitada simultaneamente a esforços de corte e tração (ESDEP, Lecture 11.3.1)

Parafusos A

Parafusos B



Figura 3.11 – Comparação das regras de interação das Normas DIN 18800-1, BS 5950-1 e EN 1993-1-8 (Renner e Jörg, 2012)

As curvas de interação anteriormente admitidas pelas Normas Germânica e Britânica podem ser observadas a título de curiosidade na Figura 3.12, e comparadas com a atual condição do EC3-1-8 (CEN, 2004), a qual demonstra ser muito mais conservativa.

A atual condição prevê a disponibilidade de uma total resistência à tração enquanto os valores da força de corte não ultrapassarem perto de 30 % da respetiva resistência Fv,Rd (Figura 3.13): Figura 3.12 – Diagrama de interação para dimensionamento de parafusos sujeitos a

esforços combinados de corte e tração (ESDEP, Lecture 11.3.1)

1 1,4

1

0,286

��,��,��

� ��,��,��

� 1.0

Tração Ft / Ft,,Rd

0

Corte Fv / Fv,Rd

��,��,�� 1.0

��,��,�� ,��,�� 1.4

��,��,�� 1.0

��,��,�� ,��1.4 ��,��

� 1.0

��, !��,"!

�#, !/�#,"!

DIN 18800-1

BS 5950-1

EN 1993-1-8



No entanto, alguma investigação mais recente elaborada sobre o tema defende que as prescrições do EC3-1-8 (CEN, 2004) são insuficientemente fundamentadas, baseando-se num número de ensaios reduzido e não evidenciando inteiramente o próprio comportamento do parafuso (Renner e Jörg, 2012).

3.4.2 Resistência ao corte

Numa ligação solicitada ao corte, a resistência efetiva dos parafusos pode ser diminuída por efeitos de flexão secundários provocados por um contacto irregular das placas e pela flexão dos parafusos causada por uma folga excessiva relativamente ao furo. Essa diminuição acentua-se para um dado diâmetro com o comprimento do parafuso. O efeito é particularmente significativo em ligações por sobreposição simples (Figura 3.14), nas quais o carregamento tende a alinhar as placas e provocar a rotação do parafuso, tal como indicado na Figura 3.15, induzindo corte e tração no parafuso assim como esforços localizados de flexão na zona da cabeça e da porca.

A cláusula 3.6.1(10) do EC3-1-8 (CEN, 2004) limita o valor de cálculo da resistência ao esmagamento no caso de ligações por sobreposição simples com apenas uma linha de parafusos. É ainda recomendada a colocação de anilhas sob a cabeça e sob a porca.

Figura 3.13 – Ligação por sobreposição simples (NOTES SUR LES PRATIQUES TECHNIQUES@, 2013)

Figura 3.14 – Deformação de uma ligação por sobreposição simples com uma única linha de parafusos (ESDEP, Lecture 11.3.1)

Tensões locais elevadas devido

as forças Q



Note-se que os esforços localizados de flexão na zona da cabeça e da porca numa ligação com apenas uma linha de parafusos prejudicam o comportamento à fadiga. No entanto o acréscimo do comprimento da ligação, isto é o número de parafusos, reduz o efeito de flexão e por consequência a perda de resistência ao corte.

3.4.3 Resistência à tração

Quando a linha de ação da força aplicada é excêntrica relativamente ao eixo do parafuso, forças adicionais de tração são geralmente induzidas neste último, provocadas por um efeito de alavanca. Este efeito é traduzido de forma simplificada na Figura 3.16, em que se utiliza um modelo formado por uma peça em T equivalente tracionada por uma força igual a 2F. Devido à flexão ocorrida no banzo, os parafusos adquirem a função de “pivot”, originando a aparição de esforços de compressão (Fc) nas extremidades exteriores do banzo e designados por forças de alavanca. Por equilíbrio, tem-se uma força de tração resultante em cada parafuso Ft = F + Fc. A relação Fc/F caracteriza a intensidade das forças de alavanca e depende de fatores tais que:

• a rigidez das placas ligadas;

• a capacidade de deformabilidade dos parafusos;

Figura 3.15 – Efeito de alavanca (ESDEP, Lecture 11.3.1)

2F

2F

e

Fc

Fc

Fc

Fc

Ft Ft

Ft

Fc e

Ft = F + Fc

Momentos fletores nos

banzos



Figura 3.18 - Corte em secção de uma ligação comprida (Kulak, 2005)

• a posição dos parafusos na ligação (isto é, os comprimentos a e b da Figura 3.17).

3.4.4 Ligações compridas

A distribuição dos esforços entre parafusos é influenciada pelo comprimento da ligação, pela área das secções transversais das placas ligadas e pelo espaçamento entre parafusos, mas também pela capacidade de deformabilidade ao corte destes últimos, além das zonas circundantes das placas. Atendendo à Figura 3.18, os esforços transmitidos sobre os parafusos de extremidade são superiores aos que chegam aos parafusos interiores. Se a área total das placas sobrepostas exceder a área da placa central, a distribuição não será simétrica e o parafuso nº1 será submetido a uma maior solicitação. A figura 3.19 comprova esse facto mostrando os 4 parafusos de extremidade de uma ligação com 13 parafusos ensaiada ao corte.

Os parafusos de extremidade atingem portanto o seu limite de deformabilidade antecipadamente, chegando mais cedo e progressivamente a rotura por um valor médio

Figura 3.16 – Dimensões do banzo de uma peça em T equivalente (Kulak, 2005)

Figura 3.17 – Exemplo de configuração de ligação comprida (ESDEP, Lecture 11.3.1)



inferior a resistência individual do parafuso ao corte. O EC3-1-8 (CEN, 2004) impõe na cláusula 3.8 um coeficiente de redução de resistência ao corte para este tipo de ligações.

3.5 Análise e Dimensionamento

Este ponto pretende apenas apresentar a abordagem por parte do EC3-1-8 (CEN, 2004) relativamente aos diferentes tipos de ligações aparafusadas. Este assunto é tratado na cláusula 3.4 da Norma, em que se define as diversas categorias admitidas.

� Ligações ao corte a) Categoria A: Ligação ao esmagamento; b) Categoria B: Ligação resistente ao escorregamento no estado limite de utilização; c) Categoria C: Ligação resistente ao escorregamento no estado limite último.

� Ligações tracionadas

a) Categoria D: Ligações não pré-esforçadas; b) Categoria E: Ligações pré-esforçadas.

As categorias B, C e E requerem a utilização de parafusos de alta resistência pré-esforçados. As verificações a fazer no dimensionamento das ligações aparafusadas encontram-se resumidas no Quadro 3.2 da Norma (Figura 3.20).

Figura 3.19 – Categorias de ligações aparafusadas (CEN, EN 1993-1-8, 2004)

Influência do Aperto de Parafusos em 4 OS PARAFUSOS SEGUNDO Ligações Correntes em Estruturas Metálicas AS NORMAS EN 15048 / EN 14399


4 OS PARAFUSOS SEGUNDO AS NORMAS EN 15048 / EN 1439 9

4.1 Introdução

Os chamados “parafusos ISO” entraram em vigor na normalização europeia substituindo os “parafusos DIN”. Esta ocorrência foi destacada por Piraprez (1996) ao salientar a boa qualidade dos parafusos e o excelente comportamento demonstrado no momento de execução do aperto, pois permitiram diminuir a rotação aplicada e melhorar a fiabilidade. Mais recentemente, com o aparecimento da Norma de execução EN 1090-2 (CEN, 2008), surgiram as Normas EN 15048 (CEN, 2006) e EN 14399 (CEN, 2005) que remetem em geral para as Normas ISO 898 (CEN, 1999 e 1991) no que concerne às características mecânicas de parafusos e porcas. Os parafusos são geralmente denominados pelo diâmetro, Фd, que se refere à medida exterior da parte roscada e não a do liso (em mm), como se ilustra na Figura 4.1.

A forma e dimensões dos restantes componentes dos parafusos (zona roscada, cabeça, porca anilhas, etc…) são definidas nas tabelas dos fabricantes, de acordo com a respetiva normalização.

Figura 4.1 – Propriedades geométricas de um parafuso (CEN, EN 14399-3, 2005)



No Quadro 4.1 são descritos os parafusos mais utilizados na construção metálica, com a indicação da área útil (na zona roscada) e das folgas normalizadas estabelecidas na Norma EN 1090-2 (CEN, 2008).

Quadro 4.1 – Denominação de parafusos e furos normalizadas

Parafuso Área útil As (mm²) Furo normalizado d0

M12 84.3 d + 1 mm

M16 157

d + 2 mm M20 245

M24 353

M27 457

d + 3 mm M30 561

M36 817

Os parafusos segundo as antigas normas (DIN, BS, NF, etc…) são, ainda hoje, habitualmente utilizados, permanecendo como referências. No entanto, salvo derrogação, quando os documentos mencionam a Norma EN 1090-2 (CEN, 2008), a utilização de produtos das Normas EN 15048 (CEN, 2006) e EN 14399 (CEN, 2005) é obrigatória. Nesta condição, a classificação da estrutura é um indicador fundamental das suas características de qualidade, pois espelha um nível de propriedades e fiabilidade que se repercute em todos os pontos do seu fabrico. Quatro classes de execução são estabelecidas pela EN 1090-2 (CEN, 2008), EXC1, EXC2, EXC3 e EXC4, para as quais o rigor das exigências aumenta de EXC1 à EXC4. A classe EXC1 apenas poderá ser atribuída a uma estrutura com ligações pré-esforçadas se o pré-esforço é requerido como garantia de boa qualidade (por exemplo, para a durabilidade). Para esta situação, o EC3-1-8 (CEN, 2004) não especifica concretamente qual das Normas de parafusos é apropriada. Mas quando o pré-esforço é explicitamente utilizado no cálculo da resistência, os parafusos devem respeitar a Norma EN 14399-1 (CEN, 2005) e uma das classes EXC2, EXC3 ou EXC4 deverá ser adotada tendo em conta diversos requisitos. A chegada das Normas EN 15048 (CEN, 2006) e EN 14399 (CEN, 2005) resultou da denúncia de vários especialistas em construção metálica sobre a inadequação entre as garantias oferecidas pelas Normas ISO 898-1 (CEN, 1999) e EN 20898-2 (igualmente conhecida por ISO 898-2) (CEN, 1991), comparativamente às reais necessidades exigidas



para uma correta utilização dos produtos. Estas últimas definiam separadamente o parafuso e a porca, tratando do conjunto de forma insatisfatória ou incompleta. A resistência dos dois componentes era avaliada isoladamente, assumindo que o conjunto teria contudo um comportamento conveniente. Todos os ensaios eram realizados à temperatura ambiente (+ 20º C), correndo o risco, em algumas situações, de se afastarem em demasia da realidade. Efetua-se assim, seguidamente, uma descrição mais detalhada dos pontos que se julgam mais relevantes nas novas Normas e onde se procurará também enaltecer as principais diferenças entre ambas.

4.2 EN 15048

A Norma EN 15048 está publicada em duas partes distintas, nomeadamente:

• EN 15048-1, Non-preloaded Structural Bolting Assemblies – Part 1: General Requirements (CEN, 2006);

• EN 15048-2, Non-preloaded Structural Bolting Assemblies – Part 2: Suitability Test (CEN, 2006).

Refira-se desde já que esta Norma equivale às Normas DIN 931, DIN 933 e DIN 934 relativamente a parafusos parcialmente roscados, parafusos totalmente roscados e porcas, respetivamente. A Parte 1 especifica os requisitos gerais que permitem assegurar que a combinação parafuso-porca satisfaz à utilização em ligações não pré-esforçadas, além de definir as condições de marcação CE. A utilização de anilha não é indispensável em ligações correntes. De forma a que possam ser facilmente distinguidos após a implementação, os parafusos e as porcas devem conter a indicação da sigla SB (“Structural Bolt”), em complemento da sigla do fabricante e da classe do aço (Figura 4.2).

Legenda:

1 – Identificação da marca do fabricante

Figura 4.2 – Exemplo da marcação exigida num parafuso (à esquerda) e porca (à direita) (CEN, EN 15048-1, 2006)



A Parte 2 prescreve um ensaio à tração sobre a combinação parafuso-porca que lhe deve garantir o desempenho requerido em ligações não pré-esforçadas. Exige-se que a resistência à tração não seja inferior a fub As, tal como definido pelo EC3-1-8 (CEN, 2004), sendo fub é o valor nominal da tensão última do material do parafuso e As é a área da secção resistente do parafuso. O ensaio deve ser realizado à uma temperatura compreendida entre 10º C e 35º C. Todas as classes admitidas pelo EC3-1-8 (CEN, 2004) encontram-se referenciadas pela Norma EN 15048-1 (CEN, 2006). Os diâmetros abrangidos iniciam em M12 e acabam em M36, não existindo nenhuma indicação quanto a qualquer tipo de restrição relativamente à comprimentos e dimensões. Ou seja, as normas que definem as características geométricas dos parafusos e das porcas não são citadas, nem pela Norma EN 15048-1 (CEN, 2006), nem pela EN 1090-2 (CEN, 2008). Essa lacuna deve ser preenchida tomando como referência, por exemplo, as antigas Normas DIN. No que diz respeito às características mecânicas, os parafusos devem respeitar a Norma ISO 898-1 (CEN, 1999) e as porcas têm de respeitar a Norma EN 20898-2 (CEN, 1991). Importa destacar e analisar de forma mais aprofundada as características da porca, pois esta componente, além de estar diretamente envolvida no aperto, tem algumas particularidades que diferem segundo as duas Normas que são motivo de comparação neste capítulo. A EN 20898-2 (CEN, 1991) refere, na secção 3.1, que um aperto excessivo pode originar dois tipos de falhas: a rotura do parafuso ou o desgaste da parte roscada da porca e/ou parafuso (fenómeno conhecido por “stripping of the threads”). O desgaste da rosca acontece de forma gradual e é de difícil deteção, devendo por isso ser evitado para não correr o risco de componentes parcialmente defeituosos serem involuntariamente deixados em ligações. Para tal, as Normas ISO 20898-2 (CEN, 1991) e EN 15048-1 (CEN, 2006) indicam uma conjugação semelhante de classes de propriedades que diz assegurar a não ocorrência deste fenómeno quando a tensão causada pelo aperto no parafuso não ultrapassa a tensão de cedência deste último (Quadro 4.2).

Quadro 4.2 – Conjugação de classes de propriedades dita apropriada

Classe de parafusos Classe de porcas 4.6

4, 5, 6 or 8 4.8 5.6

5, 6 or 8 5.8 6.8 6 or 8 8.8 8 or 10 10.9 10 or 12



Mais esclarecimentos sobre este assunto são facultados no Anexo A (informativo) da ISO 20898-2 (CEN, 1991), onde se consegue perceber a atenção prestada e a evolução da investigação sobre as adequadas resistência e conceção da porca. Numa primeira fase, é dito que as recomendações sobre a porca apontavam para lhe atribuir uma altura nominal superior a 0.8 D quando meramente necessário (em que D é o diâmetro nominal interno da porca). No entanto, após um maior número de estudos, concluiu-se que não era apropriada a altura nominal ser fixa, mas sim variar consoante o diâmetro do parafuso. Apresentam-se no Quadro 4.3 as alturas mínimas resultantes dessas análises (neste caso apenas para parafusos M16, M20 e M24), verificadas para oferecer uma resistência adequada contra o desgaste das roscas. Procede-se igualmente à uma comparação com as prescrições dadas pela DIN 934 (1987), que pode ser usada complementarmente à EN 15048-1 (CEN, 2006).

Quadro 4.3 – Análise comparativa de altura mínima das porcas

Diâmetro do parafuso Altura mínima da porca (ISO 20898-2, Anexo A)

Altura mínima da porca (DIN 934)

M16 15,7 mm 12,3 mm M20 19,0 mm 14,9 mm M24 22,6 mm 17,7 mm

Por fim, o Anexo A da ISO 20898-2 (CEN, 1991) apresenta uma nota explicativa em que sublinha a importância e a complexidade do assunto tratado anteriormente, perspetivando, porém, que a sua compreensão viesse a atingir maiores proporções no futuro. Ainda sobre as características mecânicas da porca, algumas propriedades merecem ser alvo de atenção. Tanto para a tensão última de carga (“stress under proof load”) como para a dureza (“hardness”), a EN 15048-1 (CEN, 2006) remete para a ISO 20898-2 (CEN, 1991). Interessa analisar alguns valores de tensão última de carga indicados por esta última (Quadro 4.4), de forma a servirem de comparação mais adiante com os valores exigidos pela EN 14399 (CEN, 2005).

Quadro 4.4 – Valores de tensão última de carga (porcas de classe 8 e 10)

Classe de resistência da porca Diâmetro do parafuso Tensão última de carga (MPa)

8 M16 a M39 920 10 M16 a M39 1060



Note-se igualmente que a própria EN 15048-1 (CEN, 2006) especifica valores de resistência mínima à tração para o conjunto parafuso-porca, mostrados no Quadro 4.5 para os três diâmetros já anteriormente referidos. Estes valores são superiores a fub As (valor previsto para o ensaio da Parte 2), em que fub é o valor nominal da tensão última do material do parafuso e As é a área da secção resistente do parafuso.

Quadro 4.5 – Resistência mínima à tração exigida pela EN 15048-1 (CEN, 2006)

Diâmetro do parafuso

Parafuso classe 8.8

Parafuso classe 10.9

M16 130 kN 163 kN

M20 203 kN 255 kN

M24 293 kN 367 kN

Acrescenta-se nessa secção que os componentes galvanizados por imersão a quente poderão requerer medidas especiais de forma a verificarem a totalidade da resistência à tração, remetendo para a EN ISO 10684, Anexo F. Outro aspeto de diferenciação entre as Normas EN 15048 (CEN, 2006) e EN 14399 (CEN, 2005) diz respeito aos processos de revestimentos metálicos admitidos. Sobre esse tema, a Parte 1 da EN 15048 (CEN, 2006) especifica claramente que o revestimento de proteção anti-corrosão dos diversos componentes de uma combinação parafuso-porca-anilha, deve ser idêntico e efetuado sob a responsabilidade exclusiva de apenas um fabricante. Qualquer tipo de acabamento superficial ou revestimento, se aplicado, tem de ser conforme aos regulamentos relevantes relativos a essa matéria. O revestimento não deve prejudicar as propriedades mecânicas ou características funcionais do conjunto. Não são admitidos revestimentos de cádmio. O processo de rosqueamento das porcas galvanizadas por imersão a quente deve acontecer depois de terem sido revestidas. Um novo rosqueamento, depois de as porcas terem sido galvanizadas, não é permitido. O processo de fabricação de parafusos de classe 10.9 deve ter em conta o risco de fragilização por hidrogénio, especialmente durante o processo de revestimento. Este fenómeno ocorre principalmente em aços de elevada resistência e provoca uma redução da tenacidade e ductilidade.



Os conjuntos devem ser comercializados numa embalagem única, original, fechada e selada, ou, alternativamente, em embalagens separadas e seladas, sob a responsabilidade do fabricante. Apresentam-se no Quadro 4.6 os aspetos que caracterizam as duas possibilidades de lotes de fabricação.

Quadro 4.6 – Registo das diferenças entre os dois lotes de comercialização prescritos pela EN 15048-1 (CEN, 2006)

Lote de conjunto "único" Lote de conjunto "alargado"

Fonte dos elementos (parafusos e porcas)

Fornecidos pelo mesmo fabricante

Natureza e dimensão do controlo dos lotes

de fabricação dos parafusos e das porcas

Idênticos

Constituição de um lote

Lote de fabricação único de parafusos e lote de fabricação

único de porcas

Para um dado diâmetro nominal, os lotes de fabricação de parafusos são livremente permutáveis com lotes de

fabricação de porcas

Condições de entrega de um lote

Empacotados conjuntamente numa única embalagem

selada do fabricante, com indicação no rótulo do

respetivo número de lote do conjunto e identificação do

fabricante

Empacotados conjuntamente em embalagens separadas e seladas do

fabricante, com indicação no rótulo do respetivo número de lote dos

constituintes e identificação do fabricante

Ensaios de desempenho em serviço (FPC -

Controlo de Produção em Fábrica)

5 parafusos por cada lote de conjuntos

1 parafuso por cada lote de fabricação de parafusos, somado de pelo menos 5

parafusos por lote "alargado", independentemente do comprimento (isto é, o lote de conjunto “alargado” pode incluir diferentes comprimentos

de parafusos)



Conclui-se que o lote de conjunto “único” caracteriza-se por um conteúdo mais restrito e um controlo do produto final mais exigente do que o lote de conjunto “alargado”. O conteúdo deve estar conforme às Normas pertinentes de características mecânicas e geométricas. Um lote de fabricação, quer seja de parafusos ou de porcas, exige que todos os elementos sejam provenientes da mesma produção, tendo recebido simultaneamente, ou durante um período de tempo contínuo, o mesmo processo de fabrico, e se for caso disso, o mesmo tratamento térmico e/ou procedimento de revestimento.

4.3 EN 14399

De forma a dar resposta à regulamentação europeia quanto aos produtos de construção, a Norma EN 14399 (CEN, 2005), respeitante aos elementos de ligação de construção metálica de alta resistência adequados ao pré-esforço, foi publicada em Março 2005. Esta Norma é composta por dez partes, designadamente:

• EN 14399-1, High-strength Structural Bolting Assemblies for Preloading – Part 1: General Requirements (CEN, 2005);

• EN 14399-2, High-strength Structural Bolting Assemblies for Preloading – Part 2: Suitability Test for Preloading (CEN, 2005);

• EN 14399-3, High-strength Structural Bolting Assemblies for Preloading – Part 3: System HR – Hexagon Bolt and Nut Assemblies (CEN, 2005);

• EN 14399-4, High-strength Structural Bolting Assemblies for Preloading – Part 4: System HV – Hexagon Bolt and Nut Assemblies (CEN, 2005);

• EN 14399-5, High-strength Structural Bolting Assemblies for Preloading – Part 5: Plain Washers (CEN, 2005);

• EN 14399-6, High-strength Structural Bolting Assemblies for Preloading – Part 6: Plain Chamfered Washers (CEN, 2005);

• EN 14399-7, High-strength Structural Bolting Assemblies for Preloading – Part 7: System HR – Countersunk Head Bolt and Nut Assemblies (CEN, 2005);

• EN 14399-8, High-strength Structural Bolting Assemblies for Preloading – Part 8: System HV – Hexagon Fit Bolt and Nut Assemblies (CEN, 2005);

• EN 14399-9, High-strength Structural Bolting Assemblies for Preloading – Part 9: System HR or HV – Direct Tension Indicators for Bolt and Nut Assemblies (CEN, 2005);

• EN 14399-10, High-strength Structural Bolting Assemblies for Preloading – Part 10: System HRC – Bolt and Nut Assemblies with Calibrated Preload (CEN, 2005).

Os trabalhos de redação de normas europeias referentes aos parafusos para pré-esforço estenderam-se durante uma dezena de anos, nos quais especialistas enfrentaram-se e



confrontaram as respectivas características de dois sistemas, HR (Britânico/Francês) e HV (Alemão), a fim de alcançar, sem resultado, uma norma de produto único. O mandato M120 permitiu gerar um consenso quanto à manutenção dos dois sistemas, embora sob a condição de introduzir uma verificação de desempenho em serviço. A Norma informa que uma das propriedades que distingue os dois sistemas é a ductilidade, que se dá essencialmente por alongamento plástico do parafuso no sistema HR e por deformação da zona roscada no sistema HV. Mais uma vez, numa alusão às “antigas” normas adotadas em Portugal, registe-se que as Normas DIN 6914 para os parafusos e DIN 6915 para as porcas podem equiparar-se à Norma EN 14399 (CEN, 2005). A Parte 1 da EN 14399 (CEN, 2005) determina os requisitos gerais que as combinações parafuso-porca-anilha devem verificar para garantir um bom comportamento em ligações pré-esforçadas e poderem ser certificados com a marcação CE. Tal como devidamente comentado em capítulos anteriores, esta parte especifica que apenas as classes de parafusos 8.8 e 10.9 são contempladas. No entanto, relativamente ao sistema HV, somente a classe 10.9 é considerada. A conjugação de classes de propriedades é a seguinte: porcas de classe 8 e 10 combinadas com parafusos de classe 8.8 e 10.9 respetivamente. No que diz respeito às características mecânicas, os parafusos devem atender à Norma ISO 898-1 (CEN, 1999) e EN 14399-3/14399-4 (CEN, 2005); as porcas têm de respeitar a Norma EN 14399-3 (CEN, 2005) para o sistema HR e a Norma EN 20898-2 para o sistema HV (CEN, 1991); finalmente, as propriedades mecânicas das anilhas são especificadas nas Normas EN14399-5/14399-6 (CEN, 2005). O aperto de parafusos de ligações pré-esforçadas requer um cuidado com a calibração do método de aperto. A calibração tem de ser feita de modo a que o pré-esforço mínimo seja alcançado. A Parte 2 da Norma contém dados e testes que poderão ser utilizados na calibração. O objetivo do ensaio prescrito consiste na verificação do comportamento dos componentes, de modo a assegurar que o pré-esforço poderá ser obtido de forma fiável pelos métodos de aperto especificados na EN 1090-2 (CEN, 2008). Para tal, a ligação deve ser apertada ao mesmo tempo que são avaliados os seguintes parâmetros:

- a força de pré-esforço instalada no parafuso; - a rotação entre a porca e o parafuso; - o momento de aperto, se requerido; - o alongamento do parafuso, se requerido.

O aperto deve ser efetuado pela rotação da porca de forma contínua e as medições devem ser registadas durante o ensaio, a uma temperatura compreendida entre 10º C e 35º C. Nem o

Influência do Aperto de Parafusos em Ligações Correntes em Estruturas Metálicas

Nuno da Costa Sousa

parafuso nem a anilha sob a porca devem rodar durante o ensaio.ocorrência deve ser assinalada e um novo ensaioquestão. Para cada teste, três curvas

- a relação ângulo de - a relação momento de aperto- a relação alongamento

A configuração do ensaio tipo que relaciona o ângulo de rotação e a força de pré

Figura 4.3 –

Figura 4.4 – Curva

Fb

(kN)

Fbi,max

Fbi (θ2i)

Fp = 0,7 fub As

θpi

Influência do Aperto de Parafusos em 4 OS PARAFUSOS SEGUNDO

Ligações Correntes em Estruturas Metálicas AS NORMAS EN 15048 / EN 14399

parafuso nem a anilha sob a porca devem rodar durante o ensaio. Se essa situação sucederocorrência deve ser assinalada e um novo ensaio deve ser realizado para substituir o teste em

Para cada teste, três curvas podem ser determinadas: rotação/força de pré-esforço no parafuso;

momento de aperto/força de pré-esforço no parafuso, se requeridanto/força de pré-esforço no parafuso, se requerida

A configuração do ensaio pode ser observada na Figura 4.3. A Figura 4.4tipo que relaciona o ângulo de rotação e a força de pré-esforço instalada

Legenda:

1 Porca: rodada durante o aperto2 Anilha sob a porca: impedida de rodar3 Chapa(s) de enchimento 4 Dispositivo calibrado de medição da força de pré5 Anilha biselada ou chapa de enchimento biselada6 Cabeça do parafuso: impedida de rodar

– Configuração do ensaio (CEN, EN 14399-2,

Curva rotação vs força de pré-esforço (CEN, EN 14399

∆θ1i

∆θ2i

θ1i

OS PARAFUSOS SEGUNDO ORMAS EN 15048 / EN 14399

37

Se essa situação suceder, a realizado para substituir o teste em

se requerida; o, se requerida.

observada na Figura 4.3. A Figura 4.4 apresenta a curva instalada no parafuso.

ada durante o aperto Anilha sob a porca: impedida de rodar

medição da força de pré-esforço Anilha biselada ou chapa de enchimento biselada Cabeça do parafuso: impedida de rodar

2, 2005)

EN 14399-2, 2005)

θ2i θ (º)

a



A curva da Figura 4.4 deve permitir obter os seguintes dados: - o ângulo θpi para o qual a força de pré-esforço atinge o valor Fp; - o ângulo θ1i para o qual a força de pré-esforço atinge o seu valor máximo Fbi,max; - o ângulo θ2i para o qual o ensaio termina (ponto a) e a força de pré-esforço Fbi (θ2i)

correspondente. Um valor individual do coeficiente k (ki) deve ser obtido a partir de cada curva de acordo com a Figura 4.5 para o momento de aperto (Mi) correspondente à força de pré-esforço (Fp). O valor de ki é calculado através da relação M = k d Fp, em que d é o diâmetro do parafuso. A terceira curva indicada pela Norma é mostrada na figura que se segue:

Figura 4.5 – Curva momento de aperto vs força de pré-esforço (CEN, EN 14399-2, 2005)

Figura 4.6 – Curva alongamento vs força de pré-esforço (CEN, EN 14399-2, 2005)

Fb

(kN)

Fp = 0,7 fub As

M i M (Nm)

Fb

(kN)

Fbi, 0,2%

0,6 fub As

0,3 fub As a

A = 0,2% lb,eff A (mm)



O valor individual da força instalada no parafuso Fbi, 0,2%, relativo à um alongamento permanente do parafuso de 0.2 % lb,eff (em que lb,eff corresponde ao comprimento efectivo do parafuso pré-esforçado), deve ser encontrado a partir de uma curva conforme Figura 4.6. A linha de alongamento permanente de 0.2 % é traçada paralelamente à linha que une os pontos da curva para os quais os valores da força são de 0.3 fub As e 0.6 fub As. Prosseguindo para as Partes 3 e 4 da Norma, estas esclarecem as exigências requeridas nos parafusos segundo os sistemas HR e HV, respetivamente. São definidas as características geométricas a que os parafusos e as porcas devem obedecer, atendendo diâmetros desde M12 até M36. As principais diferenças entre os dois sistemas residem no comprimento da parte roscada (superior em parafusos HR), no comprimento da parte lisa (superior em parafusos HV) e na altura das porcas (mais altas no sistema HR e aproximadamente iguais a 0.8 d no sistema HV, em que d é o diâmetro nominal interno da porca). No Quadro 4.7 comparam-se as alturas mínimas prescritas segundo os dois sistemas para parafusos M16, M20 e M24. Repare-se que as porcas dos parafusos de alta resistência do sistema HR são mais altas do que as porcas dos parafusos correntes, não existindo diferenças significativas entre estes últimos e o sistema HV.

Quadro 4.7 – Altura mínima das porcas, sistemas HR e HV (CEN, EN 14399-3/14399-4, 2005)

Diâmetro do parafuso Altura mínima da porca (HR) Altura mínima da porca (HV) M16 14,1 mm 12,3 mm M20 16,9 mm 14,9 mm M24 20,2 mm 18,7 mm

Também deve ser assinalado que ao contrário dos parafusos da EN 15048-1 (CEN, 2006), não são permitidos parafusos de alta resistência totalmente roscados. Relativamente às características mecânicas da porca e olhando mais precisamente para a tensão última de carga, o sistema HV remete para a ISO 20898-2 (CEN, 1991) tal como para os parafusos correntes; o sistema HR indica valores mais elevados (Quadro 4.8).

Quadro 4.8 – Valores de tensão última de carga

Classe de resistência da porca Sistema HR (MPa) Sistema HV (MPa) 8 1000 920 10 1160 1060



Ao contrário da Norma EN 15048 (CEN 2006), as duas Normas de parafusos de alta resistência não especificam valores de resistência mínima à tração para o conjunto parafuso-porca. No entanto, a Norma EN 14399-3 (CEN, 2005) relativa ao sistema HR estabelece valores de referência para porcas (“proof load values”) que podem servir de base de comparação entre estas (Quadro 4.9):

Quadro 4.9 – Valores de carga última de porcas (sistema HR)

Diâmetro do parafuso

Parafuso classe 8.8

Parafuso classe 10.9

M16 157 kN 182,1 kN

M20 245 kN 284,2 kN

M24 353 kN 409,5 kN

Quanto à dureza, devem ser seguidas as recomendações da ISO 20898-2 (CEN, 1991), exceto no caso das porcas de classe 8 e galvanizadas por imersão a quente, para as quais a EN 14399-3 (CEN, 2005) impõe limites mais elevados. De forma a diferenciar os dois sistemas, além da sigla do fabricante e da classe do aço, os parafusos e as porcas devem possuir informação sobre o sistema procedente (Figura 4.7):

Legenda: 1 – Identificação da marca do fabricante

Por sua vez, as Partes 5 e 6 da EN 14399 (CEN, 2005) reportam-se, respectivamente, às anilhas planas e às anilhas planas biseladas. Nelas constam especificações sobre características geométricas e mecânicas, ou ainda requisitos de marcação.

Figura 4.7 – Exemplo da marcação exigida num parafuso (à esquerda) e porca (à direita) (CEN, EN 14399-3, 2005)



A EN 14399 (CEN, 2005) tem ainda normas de parafusos especiais: os parafusos de cabeça de embeber (Parte 7) e os parafusos ajustados (Parte 8). Finalmente, existem duas Partes relativas a dois processos para aplicação do pré-esforço que serão, entre outros, detalhados no capítulo 5 desta dissertação. A Parte 9 trata das anilhas indicadoras de pré-esforço. Estas anilhas são uma alternativa ao uso da chave dinamométrica, permitindo um controlo do momento de aperto em ligações pré-esforçadas mais expedito. A Parte 10 trata do sistema HRC, que é o processo mais rápido e que mais facilmente garante a qualidade requerida. O único requisito que este processo obriga é a utilização de chaves e parafusos específicos, sendo no entanto relativamente fácil encontrá-los no mercado europeu. Da mesma forma que para os parafusos correntes, a Parte 1 da EN 14399 (CEN, 2005) especifica que o revestimento de proteção anti-corrosão dos diversos componentes de uma combinação parafuso-porca-anilha, deve ser idêntico e efetuado sob a responsabilidade exclusiva de apenas um fabricante. Um lote de fabricação exige que todos os elementos sejam provenientes da mesma produção, tendo recebido simultaneamente, ou durante um período de tempo contínuo, o mesmo processo de fabrico, e se for caso disso, o mesmo tratamento térmico e/ou procedimento de revestimento. As regras especificadas na Norma 15048-1 (CEN, 2006) quanto à comercialização dos conjuntos mantêm-se. Qualquer tipo de acabamento superficial ou revestimento, se aplicado, tem de ser conforme aos regulamentos relevantes relativos a essa matéria. O revestimento não deve prejudicar as propriedades mecânicas ou características funcionais do conjunto. Não são admitidos revestimentos de cádmio. O processo de fabricação de parafusos de classe 10.9 deve sempre ter em conta o risco de fragilização por hidrogénio. O processo de rosqueamento das porcas galvanizadas por imersão a quente deve acontecer depois de terem sido revestidas. Um novo rosqueamento, depois de as porcas terem sido galvanizadas, não é permitido. Aparece contudo na Norma uma alternativa que não é mencionada na EN 15048-1 (CEN, 2006): os parafusos de alta resistência podem não ser protegidos (apenas sofrendo, neste caso, uma leve camada de revestimento de óleo). Existe ainda uma particularidade relacionada com o processo de rosqueamento em parafusos de classe 10.9: exige-se que este processo seja feito por laminação e não por corte. A resistência de um parafuso submetido à laminação para execução da sua rosca é maior. A diferença encontra-se no trabalho realizado no ponto mais fraco da rosca. Para um corte, nenhum trabalho é feito sobre o material. O metal removido é usado para formar a rosca. Num processo de laminação, a secção da rosca é formada pelo movimento do metal (rearranjo), sendo esse trabalho feito no material (trabalho a frio) e tornando assim superior a sua resistência.



Este fenómeno pode igualmente ser explicado com recurso à Figura 4.8: Corte Laminação

Na rosca acabada por laminação, é possível reconhecer uma deformação visível da estrutura do material a trabalhar na área do fundo da rosca assim como na área perto do flanco da rosca. Resulta daí um fortalecimento do material e uma redução do efeito de entalhadura, aumentando, dessa forma, a capacidade de carga dinâmica.

4.4 Informações Complementares

Durante o trabalho de pesquisa sobre os principais aspetos que diferenciam as duas Normas de parafusos em vigor, descobriram-se alguns relatos ou referências quanto à instruções, ou comportamentos, não especificados pelas Normas. Entendeu-se ser extremamente interessante inserir estes elementos neste capítulo. A primeira observação aqui registada é feita pela British Constructional Steelwork Association (BCSA, 2012), no memorando nº 191-12 - Specifying Galvanized and Sherardized Bolting Assemblies, com data relativa ao dia 15 de Agosto 2012. Esta organização denuncia uma certa confusão por parte dos seus membros sobre a necessidade, ou não, de especificar porcas de classe superior, quando requisitados parafusos revestidos por galvanização ou sherardização (difusão do metal). A aplicação deste tipo de revestimento

Figura 4.8 – Corte vs Laminação de roscas (EMUGE FRANKEN, 2013)



implica um acréscimo do diâmetro interno das porcas, ou alternativamente, um rosqueamento um pouco mais profundo. Isto permite acomodar posteriormente a proteção, mas afeta naturalmente a respetiva resistência. “To accommodate the thickness of zinc it is normal practice to over-tap the nut thread. This reduces the strength of the nut and the overall strength of the nut and bolt assembly. To improve the strength of the assembly manufacturers use either a thicker nut (increasing the number of threads between the nut and the bolt in the assembly) or a higher grade nut. Thicker nuts are not generally available and therefore it is normal practice for manufacturers to fit a higher grade nut. When ordering CE marked, galvanized and sherardized bolting assemblies to BS EN 15048 and BS EN 14399 the following combinations may be supplied:

BS EN 15048 – Non-preloaded bolting assemblies 1. Property class 8.8 bolts, assembled with property class 10 nuts; 2. Property class 10.9 bolts, assembled with property class 12 nuts.

BS EN 14399 – Preloaded bolting assemblies 1. Property class 8.8 bolts, assembled with property class 8 nuts. In this option the nuts are supplied in accordance with BS EN 14399-3 for hot dip galvanizing and have higher hardness limits and a different tolerance class to self-colour property class 8 nuts to BS EN 14399-3; 2. Property class 8.8 bolts, assembled with property class 10 nuts; 3. Property class 10.9 bolts, assembled with property class 10 nuts. The grade 10 nuts according to BS EN 14399-3 have been developed to gives sufficient strength after over-tapping.” O segundo comentário encontrado é, precisamente, uma resposta dos serviços de consultoria da Steel Construction Institute (SCI, 2006) a um pedido de esclarecimento sobre os valores de momento de aperto em ligações correntes. Este documento, datado do dia 1 de Julho 2006, aparece pouco tempo depois da publicação das Normas EN 15048 (CEN, 2006) e 14399 (CEN, 2005), podendo, por essa razão, não ter ainda integralmente em consideração estas últimas. Contudo, expressam-se as dúvidas sobre o tema, assim como se assinalam diferenças de comportamento entre parafusos correntes e pré-esforçados: “Section 6.1 in the National Specification for Structural Steelwork for Building Construction 4th edition (NSSS) deals with the installation of ordinary bolted assemblies and clause 6.1.8 states that ‘Bolts may be assembled using power tools or shall be fully tightened by hand using appropriate spanners in accordance with BS 2583’. It should be noted that BS 2583 is a spanner standard and does not deal with tightening procedures or torque values.



Traditional British practice has been to hand tighten ordinary bolts using podger spanners. That is, when an average erector fully tightens an ordinary bolt using a podger spanner the bolt is correctly tightened. There is no specified minimum torque values required and this is all that necessary to ensure that the nut does not come loose in steelwork used in building construction. The commentary on the NSSS 4th edition states ‘The intention of 6.1.8 on bolt tightening of ordinary bolt is that the bolts are at least ‘spanner tight’ whether they be assembled using impact tools or hand spanners to BS 2583’.” São então dados valores de momento de aperto equivalentes, para a utilização da denominada “podger spanner”:

Acrescenta-se no final da recomendação o seguinte: “Ordinary bolts particularly those specified to BS 4190, should not be torqued to the values used for preloaded (HSFG) bolts because they have thinner nuts than preloaded bolts. The risk of thread stripping exists if these higher torque values are applied.” Note-se que o risco de desgaste da rosca do parafuso e/ou da porca (já mencionado e descrito precedentemente) aparece aqui atribuído aos parafusos correntes. Este fenómeno está também diretamente associado aos parafusos conforme a Norma DIN 931 (parafusos correntes) por um membro da Research Council on Structural Connections (Wayne Wallace, 2004), que é ainda presidente da empresa Applied Bolting Tecnology Products. Num dos vários artigos

Figura 4.9 – Valores de momento equivalentes à um aperto manual (SCI, 2006)



publicados, o autor afirma que estes parafusos são destinados a serem apertados, no limite, por uma força equivalente a 70 % da tensão de cedência, para não se verificar o desgaste ilustrado na Figura 4.10.

Talvez a menor altura das porcas seja uma das explicações para este facto, pois após vários ensaios realizados sobre parafusos com diferentes alturas de porcas, Piraprez (1996) chega à conclusão que o comportamento de um parafuso durante o aperto é influenciado pela porca e não pelo parafuso em si. Quanto mais alta é a porca, maior é a sua rigidez à flexão e mais uniforme é a distribuição das forças na zona roscada. Por consequência, as deformações plásticas ao longo da rosca são menores, tornando possível baixar a rotação requerida da porca para atingir a força de aperto. Os resultados comparativos entre porcas de altura 1.0 D em vez de 0.8 D (em que D é ao diâmetro nominal interno da porca) mostram que:

- o valor do coeficiente k é 10 % mais baixo (relembre-se que este coeficiente relaciona a força de aperto com o momento aplicado);

- a tensão máxima é 10 % mais elevada, tanto em parafusos da classe 8.8 como 10.9; - existe uma maior “reserva de rotação” (entre 10 a 40 %), sendo esta definida desde o

ponto atingindo por um aperto usual até à força que provoca a rotura do parafuso.

Figura 4.10 – “Stripped Threads” (Wayne Wallace, 2004)

Influência do Aperto de Parafusos em Ligações Correntes em Estruturas Metálicas 5 EXECUÇÃO DE LIGAÇÕES APARAFUSADAS


5 EXECUÇÃO DE LIGAÇÕES APARAFUSADAS

5.1 Introdução

Se as ligações correntes são relativamente simples de montar e de realizar o seu controlo de qualidade, as ligações pré-esforçadas obrigam a um cuidado especial. Existem diversos processos para a aplicação do pré-esforço e o capítulo 8 da Norma EN 1090-2 (CEN, 2008) fornece indicações sobre os cuidados a ter em cada um deles. O processo mais utilizado é o Método do Momento de Aperto que utiliza a chave dinamométrica para garantir a introdução do momento de aperto requerido na ligação. No entanto, a sua aplicação segundo a Norma é morosa e difícil para o montador comparativamente a outros métodos, principalmente quando se tem ligações com muitos parafusos e de diâmetros elevados. Mas antes de proceder à fase de aperto, importa ter conhecimento de como utilizar os vários componentes (parafuso, porca e anilha) de modo a assegurar as condições de segurança e inspeção requeridas. Na cláusula 8.2.2 da Norma são dadas informações relativas às dimensões e aos comprimentos dos parafusos, referências essenciais a ter em conta para uma correta seleção dos mesmos. O diâmetro nominal das peças de ligação para utilização em ligações estruturais deve ser no mínimo M12, salvo especificação em contrário, em conjunto com os requisitos associados. O comprimento do parafuso deve ser especificado de forma que após o aperto, os seguintes requisitos relativos ao comprimento roscado na extremidade do parafuso para além da face exterior da porca, e ao comprimento da rosca, sejam cumpridos: em conjuntos para ligações pré-esforçadas e não pré-esforçadas, o comprimento da parte roscada na extremidade deve ser no mínimo o correspondente a um passo de rosca, medido entre a face exterior da porca e a extremidade do parafuso; se se pretender que a ligação utilize a capacidade resistente ao corte na parte não roscada da espiga, então as dimensões do parafuso devem ser especificadas de forma a ter em conta as tolerâncias no comprimento da parte não roscada; em parafusos não pré-esforçados deve ser deixado livre pelo menos um passo de rosca completo (adicionalmente à zona de fim de rosca), entre a superfície de contacto da porca e a parte não roscada da espiga; em parafusos pré-esforçados, de acordo com a EN 14399-3, EN 14399-7 e EN 14399-10 (CEN, 2005), devem ser deixados livres pelo menos quatro passos de rosca completos (adicionalmente à zona de fim de rosca), entre a superfície de contacto da porca e a



parte não roscada da espiga; em parafusos pré-esforçados, especificados segundo a EN14399-4 e a EN14399-8 (CEN, 2005), os comprimentos de aperto devem estar em conformidade com os especificados no Quadro A.1 da EN 14399-4 (CEN, 2005). A cláusula 8.2.3 determina que as porcas devem rodar livremente nos respectivos parafusos, o que é facilmente verificado durante o aperto manual. Qualquer conjunto para ligações aparafusadas deve ser rejeitado se a porca não rodar livremente. As porcas devem ser aplicadas de forma que as marcas de identificação fiquem visíveis para inspeção após montagem. Por último, a cláusula 8.2.4 estabelece não ser geralmente requerida a utilização de anilhas em parafusos não pré-esforçados, instalados em furos circulares normalizados. Se requeridas, deve ser especificado se as anilhas são aplicadas por baixo da porca ou por baixo da cabeça do parafuso, consoante o que rode, ou em ambos. Em ligações por sobreposição simples com uma única linha de parafusos, são requeridas anilhas por baixo da cabeça do parafuso e da porca. As anilhas utilizadas por baixo da cabeça de parafusos pré-esforçados devem ser biseladas de acordo com a EN 14399-6 (CEN, 2005) e posicionadas com o chanfro voltado para o lado da cabeça do parafuso. Anilhas especificadas de acordo com a EN 14399-5 (CEN, 2005) só devem ser usadas por baixo das porcas. Em parafusos pré-esforçados devem ser usadas anilhas planas (ou se necessário anilhas sutadas endurecidas) conforme se indica a seguir:

a) em parafusos de classe 8.8 deve ser usada anilha por baixo da cabeça do parafuso ou da porca, consoante o que rode;

b) em parafusos de classe 10.9 devem ser usadas anilhas por baixo da cabeça do parafuso e da porca.

Acrescente-se que a presença de anilhas pode reduzir os danos causados localmente aos revestimentos metálicos, em particular quando se trata de revestimentos espessos. Mais indicações se encontram na EN 1090-2 (CEN, 2008) sobre anilhas em chapa e anilhas sutadas.

5.2 Aperto de parafusos não pré-esforçados

Recorde-se que as recomendações acerca da execução de ligações correntes já foram, em parte, apreciada no ponto 2.1.2 deste trabalho. Assim, os componentes das ligações devem ser aproximados de forma a se obter um contacto firme. Podem ser usadas chapas de enchimento para ajustar o posicionamento. Em produtos constituintes com t ≥ 4 mm, no caso de chapas e chapas de revestimento, e t ≥ 8 mm, no caso de perfis, a menos que um contacto total seja



especificado, podem ser deixadas folgas residuais até 4 mm nos bordos desde que o contacto seja assegurado na parte central da ligação. Cada conjunto para ligações aparafusadas deve ser bem apertado, tendo o cuidado especial de evitar um sobre-aperto, especialmente em parafusos curtos e M12. O processo de aperto deve ser efetuado parafuso a parafuso ao longo do grupo, começando pelas partes mais rígidas da ligação e progredindo seguidamente para as partes menos rígidas. De forma a que fique uniformemente bem apertado, pode ser necessário efetuar mais do que um ciclo de aperto. Duas anotações são ainda incluídas com o objetivo de esclarecer esta matéria:

• Nota 1: A parte mais rígida de uma ligação entre perfis em I com chapas cobrejuntas localiza-se normalmente no centro do grupo de parafusos. As partes mais rígidas de uma ligação de um perfil em I com chapa de extremidade são normalmente as zonas junto aos banzos;

• Nota 2: O termo “bem apertado” pode em geral ser tomado como aquele que é obtido com o esforço de um operário usando uma chave de tamanho normal, sem braços extensíveis, e pode ser assumido como o ponto onde uma chave de percussão começa a bater.

5.3 Aperto de parafusos pré-esforçados

5.3.1 Generalidades

Salvo especificação em contrário, a força nominal mínima de pré-esforço Fp,C deve ser tomada como Fp,C = 0.7 fub As, onde fub é o valor nominal da tensão última do material do parafuso e As é a área da secção resistente do parafuso, conforme definido na EN 1993-1-8 (CEN, 2004) e especificado no Quadro 5.1.

Quadro 5.1 – Valores de Fp,C em [kN] (CEN, EN 1090-2, 2008)

Classe do aço do parafuso

Diâmetro do parafuso em mm

12 16 20 22 24 27 30 36

8.8 47 88 137 170 198 257 314 458

10.9 59 110 172 212 247 321 393 572

A EN 1090-2 (CEN, 2008) precisa que o valor de pré-esforço deve ser adoptado em todas as ligações pré-esforçadas resistentes ao escorregamento e todas as outras ligações pré-esforçadas, a menos que um valor de pré-esforço mais baixo seja especificado. Neste último



caso, os conjuntos para ligações aparafusadas, o método de aperto, os parâmetros de aperto e os requisitos de inspecção devem também ser especificados. Qualquer um dos métodos de aperto indicados no Quadro 5.2 pode ser utilizado, a menos que sejam especificadas restrições ao seu uso. A classe k (segundo calibração de fornecimento) de um conjunto para ligações aparafusadas deve estar conforme o Quadro 5.2, para o método de aperto usado. Existem três classes relativas ao coeficiente k:

- K0: nenhuma exigência; - K1: o coeficiente k deve situar-se entre dois valores limites; - K2: o valor médio de coeficiente k do lote de fabricação, juntamente com o seu

coeficiente de variação, devem ser avaliados.

Quadro 5.2 – Classes k para os métodos de aperto (CEN, EN 1090-2, 2008)

Método de aperto Classes k

Método do Momento de Aperto K2

Método Combinado K2 ou K1

Método de Aperto HRC K0 apenas com porcas HRD ou K2

Método dos Dispositivos Indicadores de Esforço (DTI)

K2, K1 ou K0

Chama-se a atenção para o facto da implementação de parafusos pré-esforçados pelo Método do Momento de Aperto requerer um bom conhecimento do coeficiente k e da sua variação. A utilização da classe K2 é assim obrigatória. A calibração de fornecimento é válida para os métodos de aperto por rotação da porca. Se o aperto for obtido por rotação da cabeça do parafuso, deve ser efetuada uma calibração através de testes suplementares efetuados pelo fabricante das peças de ligação de acordo com a EN 14399-2 (CEN, 2005) ou com o Anexo H da EN 1090-2 (CEN, 2008). Os documentos do contrato (por exemplo as especificações do projeto) podem indicar o tipo de parafuso (HR, HV ou HRC), o método de aperto assim como a escolha de uma classe k apropriada. Antes de se iniciar a aplicação do pré-esforço, os componentes da ligação devem ser ajustados em conjunto e os parafusos de um grupo devem ser apertados de acordo com as recomendações para o aperto de parafusos não pré-esforçados. No entanto a folga residual deve ser limitada a 2 mm, efetuando as necessárias ações de correção nos componentes de aço. O aperto deve ser efetuado por rotação da porca, exceto quando o acesso ao lado da porca



do conjunto é inadequado. Dependendo do método de aperto adoptado, poderão ter de ser tomados cuidados especiais quando os parafusos são apertados por rotação da cabeça. Tanto no primeiro passo, como no último passo de aperto, o aperto deve ser efetuado progressivamente das partes mais rígidas para as partes menos rígidas da ligação. Para se obter um pré-esforço uniforme, pode ser necessário efetuar mais do que um ciclo de aperto. As chaves dinamométricas utilizadas devem ser mantidas, verificadas e calibradas segundo respetivas normas. Os parafusos de alta resistência para aplicações pré-esforçadas devem ser usados sem alteração das condições de lubrificação do fornecedor, exceto se for adoptado o método DTI ou o procedimento de ensaio previsto no Anexo H da EN 1090-2 (CEN, 2008). Se um conjunto para ligações aparafusadas tiver sido apertado até ao valor mínimo de pré-esforço e posteriormente desapertado, este deve ser removido e a totalidade do conjunto deve ser rejeitado. A potencial perda da força de pré-esforço em relação ao seu valor inicial devido a diversos fatores, como por exemplo a relaxação e a fluência dos materiais de revestimento superficial, é tida em conta nos métodos de aperto especificados seguidamente. No caso de revestimentos superficiais espessos, deve ser especificado se devem ser adoptadas medidas para compensar eventuais perdas de força de pré-esforço posteriores. Se for utilizado o método do momento de aperto, estas medidas podem contemplar um reaperto alguns dias depois.

5.3.2 Valores de referência do momento de aperto

No Método do Momento de Aperto e no Método Combinado, o pré-esforço é obtido através de um momento de aperto de referência Mr,i, para a classe de aperto especificada, aplicado com uma chave dinamométrica.

Os valores de referência do momento de aperto Mr,i a usar para uma força de pré-esforço nominal mínima Fp,C são determinados para cada tipo utilizado de combinação parafuso-porca, por uma das seguintes opções:

a) valores baseados nas classes k especificadas pelo fabricante da peça de ligação de acordo com as partes relevantes da EN 14399: 1) Mr,2 = km d Fp,C, com km para a classe K2; 2) Mr,1 = km d Fp,C, com km para a classe K1.

b) valores determinados de acordo com o Anexo H:

Figura 5.1 – Exemplo de chave dinamométrica utilizada no aperto de parafusos



1) Mr,test = Mm, com Mm determinado de acordo com o procedimento relevante para o método de aperto utilizado.

5.3.3 Método do Momento de Aperto

No Método do Momento de Aperto os parafusos devem ser apertados com uma chave dinamométrica, manual ou elétrica, possuidora de uma gama de operação adequada. No primeiro passo do processo de aperto de cada parafuso podem ser usadas chaves de impacto. O momento de aperto deve ser aplicado de uma forma contínua e suave. O aperto através do Método do Momento de Aperto inclui no mínimo os dois passos seguintes:

a) um primeiro passo de aperto: a chave deve ser ajustada para um valor do momento de aperto de aproximadamente 0.75 Mr,i, com Mr,i = Mr,2 ou Mr,test. Este primeiro passo deve ser completado para todos os parafusos de uma ligação antes de se passar ao segundo passo;

b) um segundo passo de aperto: a chave deve ser regulada para um momento de aperto de valor 1.10 Mr,i, com Mr,i = Mr,2 ou Mr,test.

5.3.4 Método Combinado

O Método Combinado, à semelhança do Método do Momento de Aperto, compreende dois passos. Um primeiro passo de aperto usando uma chave dinamométrica com uma gama de operação adequada. A chave deve ser ajustada para um valor do momento de aperto de aproximadamente 0.75 Mr,i, com Mr,i = Mr,2 ou Mr,1 ou Mr,test. Este primeiro passo deve ser completado para todos os parafusos de uma ligação antes de se passar ao segundo passo.

Quando for usado Mr,1, por simplificação pode considerar-se Cpr FdM ,1, 13,0= , salvo

especificação em contrário; Um segundo passo de aperto, no qual é aplicada uma rotação especificada no elemento do conjunto para ligação que roda. A posição da porca em relação à rosca do parafuso, após o primeiro passo de aperto, deve ser marcada com um marcador ou pintura, de forma que a rotação final da porca em relação à rosca, neste segundo passo, possa ser facilmente determinada. Salvo especificação em contrário ou quando a superfície por baixo da cabeça do parafuso ou da porca, permitindo anilhas sutadas, se utilizadas, não é perpendicular ao eixo do parafuso (o ângulo de rotação requerido deverá ser, neste caso, determinado através de testes), o segundo passo de aperto deve estar em conformidade com os valores indicados no Quadro 5.3:


Nuno da Costa Sousa

Quadro 5.3 – Método combinado: rotação adicional

Espessura nominal total “(incluindo todos os enchimentos

d = diâmetro do parafuso

t 2<

td2 <≤

td6 ≤≤

5.3.5 Método HRC

O Método HRC implica a utilização de parafusos e chaves de aperto específicas. equipada com dois casquilhos coparafuso (“spline end”) quando é atingido o pré spline end

Desde o início e até ao último passo de aperto, o casquilho exteriorhorário enquanto o casquilho interior(Figura 5.3), resultando um aperto progressivo do conjunto para ligações aparafusadas por incremento do momento de aperto aplicado à porca.

Figura

Figura 5.3

erto de Parafusos em Ligações Correntes em Estruturas Metálicas 5 EXECUÇÃO DE LIGAÇÕES APARAFUSADAS

Método combinado: rotação adicional (CEN, EN 1090

Espessura nominal total “t” das peças ligadas enchimentos e anilhas)

= diâmetro do parafuso

Rotação adicional a ser aplicada no segundo passo de aperto

Graus

d 60

d6< 90

d10≤ 120

O Método HRC implica a utilização de parafusos e chaves de aperto específicas. equipada com dois casquilhos co-axiais provoca a rotura do troço parafuso (“spline end”) quando é atingido o pré-esforço especificado (Figura 5.2).

spline end

esde o início e até ao último passo de aperto, o casquilho exterior [1] rodahorário enquanto o casquilho interior [2] mantém a extremidade estriada do parafuso fixa

resultando um aperto progressivo do conjunto para ligações aparafusadas por nto de aperto aplicado à porca.

Figura 5.2 – Parafuso HRC (GFD@, 2013)

– Fase de aproximação e de aperto (GFD@, 2013)

1

2

EXECUÇÃO DE LIGAÇÕES APARAFUSADAS

52

(CEN, EN 1090-2, 2008)

Rotação adicional a ser aplicada no segundo passo de aperto

Parte de volta

1/6

1/4

1/3

O Método HRC implica a utilização de parafusos e chaves de aperto específicas. A chave ura do troço de prolongamento do

esforço especificado (Figura 5.2).

roda a porca no sentido mantém a extremidade estriada do parafuso fixa

resultando um aperto progressivo do conjunto para ligações aparafusadas por

GFD@, 2013)



No último passo do aperto, ou seja, quando o patamar de resistência à torção da secção da garganta de rotura é atingida, o casquilho interior roda no sentido anti-horário [2], enquanto que o casquilho exterior [1] encaixado na porca, assegura a reacção sem rodar (Figura 5.4). A instalação do conjunto para ligações aparafusadas fica completa quando a extremidade estriada rompe por corte na secção da garganta de rotura (Figura 5.5). A Figura 5.6 mostra chaves de aperto de parafusos HRC:

O requisito de pré-esforço especificado é controlado pelo próprio parafuso HRC, por meio das suas características geométricas e de resistência mecânica à torção, em conjunto com as condições de lubrificação. O equipamento não necessita de calibração.

Figura 5.4 – Fase de rotura da extremidade estriada (GFD@, 2013)

Figura 5.5 – Fase final (GFD@, 2013)

Figura 5.6 – Chaves de aperto de parafusos HRC (Hermenegildo, 2010)



A fim de assegurar que as forças de pré-esforço instaladas em todos os parafusos das ligações cumprem o requisito de pré-esforço mínimo especificado, o processo de instalação dos parafusos em geral inclui dois passos de aperto, ambos usando a chave de aperto. O primeiro passo de aperto é terminado o mais tardar, quando o casquilho exterior da chave de aperto parar de rodar. Se for especificado, este primeiro passo é repetido tantas vezes quanto necessário. Este primeiro passo deve ser completado para todos os parafusos de uma ligação antes de se iniciar o segundo passo de aperto. O segundo passo de aperto é terminado quando a extremidade estriada do parafuso romper por corte na secção da garganta de rotura. A inspeção torna-se bastante facilitada, pois apenas é necessário verificar visualmente se todos os parafusos têm a extremidade removida Se as condições da ligação forem tais que impeçam o uso da chave de aperto no conjunto para ligações aparafusadas HRC, por exemplo por falta de espaço, o aperto deve ser realizado usando um procedimento de acordo com o Método do Momento de Aperto, com base na informação da classe k K2, ou usando um Dispositivo Indicador de Esforço.

5.3.6 Método dos Dispositivos Indicadores de Esforç o

No Método dos Dispositivos Indicadores de Esforço, o pré-esforço instalado é avaliado com recurso a anilhas DTI (anilhas com saliências), tal como ilustradas na Figura 5.7. O primeiro passo consiste no aperto dos parafusos até se atingir uma deformação inicial nas saliências das anilhas indicadoras. O segundo passo consiste em medir a espessura das saliências das anilhas à medida que se vai incrementando o aperto dos parafusos. Nesta última fase é introduzido um apalpa-folgas (Figura 5.7) entre duas saliências consecutivas para o centro da anilha, sendo concluído o aperto quando este for impedido de passar um determinado número de vezes (informação dada pelo Anexo J da EN 1090-2 (CEN, 2008)). A espessura do apalpa-folgas é definida em função da localização da anilha DTI e do componente (cabeça ou porca) onde se efetua o aperto. O número de vezes que o apalpa-folgas deve ser impedido de entrar para se parar o processo de aperto depende do número de saliências da anilha DTI.

Figura 5.7 – Anilhas DTI e apalpa-folgas (Schiborr and Stranghöner, 2012)

Influência do Aperto de Parafusos em 6 PROGRAMA DE ENSAIOS E Ligações Correntes em Estruturas Metálicas TRATAMENTO DE RESULTADOS


6 PROGRAMA DE ENSAIOS E TRATAMENTO DE RESULTADOS

6.1 Introdução

Para completar o trabalho de investigação apresentado nos capítulos anteriores, propôs-se e desenvolveu-se um estudo experimental no Departamento de Engenharia Civil da Universidade de Coimbra, com o objetivo de avaliar a influência do aperto inicial na resistência ao corte de parafusos. Estes ensaios em provetes com parafusos em corte simples são descritos com detalhe no sub-capítulo 6.3 deste trabalho. Os ensaios realizados no âmbito deste trabalho tiveram o seguinte propósito:

• avaliar a influência do aperto inicial na resistência ao corte da parte lisa, em parafusos correntes;

• avaliar a influência do aperto inicial na resistência ao corte da parte roscada, em parafusos correntes.

Apesar de os parafusos de alta resistência aptos de serem pré-esforçados (segundo a EN 14399-1 (CEN, 2005)) não serem o principal alvo deste trabalho, também se efetuaram alguns ensaios com estes parafusos, embora em menor número. Os parafusos correntes foram adquiridos com o intuito de avaliar parafusos habitualmente utilizados no mercado nacional em ligações não pré-esforçadas. Os parafusos utilizados (ilustrados na Figura 6.1) foram fabricados segundo as seguintes normas:

• parafusos de pré-esforço HR M16 conforme Norma EN 14399-3 (CEN, 2005), submetidos ao corte na parte lisa e roscada (parafuso “1” segundo a Figura 6.1);

• parafusos correntes totalmente roscados M16 conforme Norma DIN 933 (1987), submetidos ao corte na parte roscada (parafuso “2” segundo a Figura 6.1);

• parafusos correntes parcialmente roscados M16 conforme Norma DIN 931 (1987), submetidos ao corte na parte lisa (parafuso “3” segundo a Figura 6.1).

Nos ensaios os diversos níveis de pré-esforço aplicados foram obtidos através do Método do Momento de Aperto.



O procedimento experimental desenrolou-se em duas etapas. A primeira etapa consistiu na calibração do procedimento de aperto dos parafusos, fase estritamente necessária para que a força de pré-esforço pudesse ser avaliada e controlada no momento da aplicação do aperto nos provetes para ensaio. Na segunda fase realizaram-se os ensaios, durante os quais os parafusos foram levados à rotura por corte. Tanto a primeira como a segunda etapa permitiram alcançar resultados que contribuíram para as considerações finais.

6.2 Ensaios de Calibração do Procedimento de Aperto

Os ensaios de calibração requeriam um procedimento de aperto idêntico ao que seria usado durante a segunda etapa do estudo experimental. Esse requisito foi respeitado. Devido ao interesse em aplicar forças de aperto inicialmente baixas e aumentando progressivamente para forças mais elevadas, foi necessário recorrer a duas chaves dinamométricas manuais: uma com uma gama de operação mais reduzida (180 N.m a 320 N.m) e outra de maior alcance (300 N.m a 800 N.m). Importa referir que o ensaio de calibração não procurou determinar o coeficiente k (que relaciona o momento de aperto com a força de aperto). A estratégia empregada consistiu em aplicar diversos momentos de aperto e posteriormente identificar a correspondente percentagem de força instalada no parafuso, relativamente ao valor teórico da sua respetiva resistência última. Relembre-se que a força nominal mínima de pré-esforço recomendada para o uso de ligações pré-esforçadas é de 70 % da resistência última teórica do parafuso (Fp,C = 0.7 fub As, onde fub é o valor nominal da tensão última do material do parafuso e As é a área da secção resistente do parafuso).

Figura 6.1 – Tipos de parafusos ensaiados



A força instalada no parafuso foi determinada com recurso a uma célula de carga ligada a um sistema de aquisição de dados (Data Logger TDS 601-TML). Nos ensaios foi utilizada uma célula de carga, com capacidade de 500 kN, fixada a um pórtico através de uma peça em aço, elaborada especificamente para este fim (Figura 6.2).

Peça para a fixação da célula de carga

Esquema do conjunto dos dispositivos

Conjunto montado

Legenda:

1 Peças para a fixação da célula de carga 2 Peça de comutação M16 3 Célula de carga 4 Placa 5 Sistema de aquisição de dados

O aperto foi efetuado por rotação da porca, no estado de lubrificação em que os parafusos se encontravam (isto é, não existiu lubrificação prévia). Nestas condições a anilha e o parafuso não devem rodar durante o processo. Essa verificação foi feita e controlada. A Figura 6.3

Figura 6.2 – Pormenor do dispositivo de ensaio



ilustra o momento de execução do aperto através da chave dinamométrica de maior capacidade. Esta primeira etapa iniciou-se com os parafusos de pré-esforço (High-Strength bolts). Um total de três parafusos foram calibrados (identificados como HS1, HS2 e HS3), cada um submetido aos mesmos cinco momentos de aperto diferentes. O resultado das forças correspondentes a cada um dos momentos de aperto é apresentado no Quadro 6.1. A percentagem de força instalada no parafuso, relativa ao valor teórico da sua resistência última, foi calculada com base numa média das três forças observadas em cada situação de aperto.

Quadro 6.1 – Resultados da calibração observados em parafusos de pré-esforço

Momento de aperto aplicado

[N.m]

Força registada nos parafusos [kN] Força média

calculada [kN]

Percentagem de força última (= fub As)

[%] HS1 HS2 HS3

180 31,82 32,08 31,32 31,74 20,22

240 55,06 45,72 51,02 50,06 32,23

300 85,37 73,50 82,60 80,49 51,27

375 104,57 91,54 99,27 98,59 62,80

475 126,30 128,82 115,43 123,52 78,67

Nota: Parafuso M16 ⇒ As = 157 mm / Parafuso classe 10.9 ⇒ fub = 1000 MPa

Figura 6.3 – Momento de aplicação do aperto



O ensaio de calibração prosseguiu do mesmo modo para os parafusos correntes (parafusos totalmente roscados identificados com as letras A, B e C, e parafuso parcialmente roscado identificado com o número 1). No entanto, esta série de ensaios foi condicionada por ocorrências verificadas em momentos de aperto superior a 500 N.m e para a qual se verificava, até então, uma percentagem de força correspondente aproximadamente a 65 % do valor teórico da resistência última (Quadro 6.2). Para estes elevados valores de momentos de aperto, verificou-se uma diminuição da força instalada no parafuso comparativamente ao valor registado para o momento de aperto imediatamente precedente, mais precisamente nos seguintes casos:

• no parafuso “A”, para um aperto superior a 600 N.m;

• no parafuso “B”, para um aperto superior a 550 N.m;

• no parafuso “C” para um aperto superior a 500 N.m.

Quadro 6.2 – Resultados da calibração observados em parafusos correntes

Momento de aperto

aplicado

[N.m]

Força registada nos parafusos [kN] Força média

calculada [kN]

Percentagem de força última

(= fub As)

[%]

Totalmente roscados Parcialmente

roscados

A B C 1

220 31,32 37,89 23,23 31,32 30,94 19,71

325 65,42 70,72 63,40 64,41 65,99 42,03

375 75,27 80,57 73,75 73,00 75,65 48,18

450 87,14 97,25 88,66 85,88 89,73 57,15

500 93,71 108,61 102,55 101,62 64,73

550 99,52 115,94 VNC - -

600 102,30 VNC

(=113,41) - -

650 VNC - -

Nota: “VNC” significa “Valor Não Considerado”

Para uma melhor perceção, na Figura 6.4 apresenta-se graficamente os resultados do Quadro 6.2 relativamente ao parafuso “B”. Sobrepôs-se a curva do parafuso de pré-esforço “HS2” para observar as diferenças.



0

20

40

60

80

100

120

140

0 100 200 300 400 500 600 700

For

ça d

e ap

erto

(kN

)

Momento de aperto (N.m)

Parafuso B

Parafuso HS2

Dos casos acima mencionados, apenas se conseguiu proceder ao total desaperto do parafuso “A”, tendo sido necessário recorrer a uma ferramenta elétrica de corte para remover os parafusos “B” e “C” do dispositivo de ensaio. Por essa razão, optou-se por limitar a calibração desta série a três parafusos totalmente roscados e mais um parafuso parcialmente roscado, sendo este último apertado apenas até um valor de 450 N.m. Na Figura 6.5 é possível observar o parafuso “A” após ter siso desapertado. Note-se que este evidencia claramente um desgaste da parte roscada na zona em que se efetuou o aperto, mais facilmente percetível na Fotografia 6.6.

Figura 6.4 – Força de aperto vs Momento de aperto

Figura 6.5 – Parafuso “A” após o ensaio de calibração



Com base nestes testes de calibração pode-se para já concluir que, tal como se depreende de alguns estudos apresentados na revisão bibliográfica, os parafusos correntes podem não permitir apertos até valores da ordem de 0,70 fub As.

6.3 Ensaios de Resistência ao Corte

A segunda fase pretendeu avaliar a resistência ao corte dos diferentes tipos de parafusos para diferentes valores de forças de aperto; nestes ensaios foram apenas considerados dois níveis de aperto. Com base nos resultados da calibração, e tendo em conta que em ligações pré-esforçadas os regulamentos indicam uma força nominal mínima de pré-esforço Fp,C equivalente a 70 % da resistência última do material, optou-se por aplicar aos parafusos de pré-esforço os seguintes dois níveis de aperto:

• valor baixo - 20,22 % da resistência última do parafuso (correspondente a um aperto de 180 N.m);

• valor elevado - 62,80 % da resistência última do parafuso (correspondente a um aperto de 375 N.m).

Relativamente aos parafusos correntes definiram-se igualmente dois níveis de aperto, mas a escolha teve em consideração a cláusula do Anexo Nacional Português do EC3-1-8 (CEN, 2010), no qual se recomenda, em ligações que devem garantir uma boa qualidade de execução, um aperto de 50 % de Fp,C nos parafusos das classes 8.8 e 10.9 (sem especificação da Norma dos parafusos). Tomando este último valor como referência (então equivalente a 35 % da resistência última do material), optou-se por aplicar aos parafusos correntes os seguintes dois níveis de aperto (um abaixo e outro acima dos 35 %):

• valor baixo - 19,71 % da resistência última do parafuso (correspondente a um aperto de 220 N.m);

Figura 6.6 – Zona desgastada em evidência


Nuno da Costa Sousa

• valor elevado - 57,15 % da resistência última do parafuso (correspondente a um aperto de 450 N.m).

Os provetes de ensaio foram fabricados pelaAutoportantes, S.A e consistiam em três chapas6.7): a chapa inferior soldada à chapa intermédia e a chapa intermédia aparafusada à chapa superior. A ligação superiorOs furos das chapas eram normalizados e apresentavam 18 mm de diâmetro. dos provetes foi elaborada componente mais fraca do conjunto e de modo a que a solicitação ao corte não originasflexão significativa dos parafusos (efeito encontrado em ligações por sobreposição simples e comentado no capítulo 3 deste trabalho).

Um transdutor foi igualmente inserido no conjunto com o objetivo de medir o deslocamento entre os pontos A e B assinalados na Figura 6.7. Este transdutor foi fixado através de uma placa soldada no ponto B e A figura 6.8 possibilita a sua visualização:

Influência do Aperto de Parafusos em 6 PROGRAMA DE ENSAIOS E

Ligações Correntes em Estruturas Metálicas TRATAMENTO DE RESULTADOS

57,15 % da resistência última do parafuso (correspondente a um aperto

Os provetes de ensaio foram fabricados pela empresa Blocotelha – Construções Metálicas e A e consistiam em três chapas de 20 mm de espessura

: a chapa inferior soldada à chapa intermédia e a chapa intermédia aparafusada à chapa superior foi aparafusada com dois parafusos M16, distribuídos na

uros das chapas eram normalizados e apresentavam 18 mm de diâmetro. elaborada de forma a que os parafusos em corte simples

componente mais fraca do conjunto e de modo a que a solicitação ao corte não originasflexão significativa dos parafusos (efeito encontrado em ligações por sobreposição simples e

no capítulo 3 deste trabalho).

foi igualmente inserido no conjunto com o objetivo de medir o deslocamento os pontos A e B assinalados na Figura 6.7. Este transdutor foi fixado através de uma

media o deslocamento entre esta e outra placa soldada no ponto A.A figura 6.8 possibilita a sua visualização:

Figura 6.7 – Configuração dos provetes

PROGRAMA DE ENSAIOS E TRATAMENTO DE RESULTADOS

62

57,15 % da resistência última do parafuso (correspondente a um aperto

Construções Metálicas e de 20 mm de espessura em aço S 275 (Figura

: a chapa inferior soldada à chapa intermédia e a chapa intermédia aparafusada à chapa , distribuídos na vertical.

uros das chapas eram normalizados e apresentavam 18 mm de diâmetro. A configuração em corte simples fossem a

componente mais fraca do conjunto e de modo a que a solicitação ao corte não originasse uma flexão significativa dos parafusos (efeito encontrado em ligações por sobreposição simples e

foi igualmente inserido no conjunto com o objetivo de medir o deslocamento d

os pontos A e B assinalados na Figura 6.7. Este transdutor foi fixado através de uma media o deslocamento entre esta e outra placa soldada no ponto A.



O valor teórico da resistência ao corte de um parafuso, de acordo com o EC3-1-8 (CEN, 2004), é dado pela expressão (2) quando a rotura acontece na parte lisa e pela expressão (3) quando o plano de corte atravessa a parte roscada:

��,�� & '� ( )*+ ; (2)

��,�� & '� (, )*+ , (3) em que A é a área da secção lisa do parafuso, As é a área da secção resistente do parafuso, fub é o valor nominal da tensão última do material do parafuso e αv é um fator igual a 0.5 no caso de o plano de corte atravessar a parte roscada e 0.6 no caso de atravessar a parte lisa. Por conseguinte, a resistência teórica da ligação é:

• ��,�� = 241 kN (no liso);

• ��,�� = 157 kN (na rosca).

Iniciando pelos parafusos correntes totalmente roscados (plano de corte na parte roscada), três ensaios para cada momento de aperto foram efetuados. As Figuras 6.9 e 6.10 mostram as

Figura 6.8 – Layout de ensaio

Transdutor



Figura 6.9 – Força vs Deslocamento (aperto = 19,71 %), parafuso corrente / corte na rosca

Figura 6.10 – Força vs Deslocamento (aperto = 57,15 %), parafuso corrente / corte na rosca

0

50

100

150

200

250

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

For

ça a

tuan

te (

kN)

Deslocamento medido (mm)

Ensaio 1

Ensaio 2

Ensaio 3

0

50

100

150

200

250

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

For

ça a

tuan

te (

kN)


Ensaio 1

Ensaio 2

Ensaio 3

curvas Força vs Deslocamento para uma força de aperto de 19,71 % e 57,15 % respetivamente: Percebe-se através das Figuras anteriores as diferenças de comportamento resultantes do menor ou maior nível de aperto. O valor da força atuante, antes de se verificar um patamar equivalente ao deslizamento permanente devido à folga entre o parafuso e o furo, atinge um valor mais elevado nas curvas da Figura 6.10, correspondente à mobilização da resistência ao



0

50

100

150

200

250

300

350

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

For

ça a

tuan

te (

kN)


Ensaio 1

Ensaio 2

Ensaio 3

deslizamento das placas. A partir do momento em que o fuste do parafuso entra em contacto com a placa, as curvas das duas Figuras apresentam um comportamento similar. O Quadro 6.3 descreve os valores máximos de força de corte instalada nos dois parafusos nos diversos ensaios desta série:

Quadro 6.3 – Resultados da resistência ao corte em parafusos correntes (corte na rosca)


[N.m]


[%]

Carga máxima atingida [kN]

Média da carga atingida

[kN] Série 1 Série 2 Série 3

220 19,71 216,78 231,48 221,53 223,26

450 57,15 221,84 234,23 229,16 228,41

Prosseguiram-se os ensaios com os parafusos correntes parcialmente roscados (plano de corte na parte lisa). Novamente efetuaram-se três ensaios para cada momento de aperto. As Figuras 6.11 e 6.12 mostram as curvas Força vs Deslocamento para uma força de aperto de 19,71 % e 57,15 % respetivamente:

Figura 6.11 – Força vs Deslocamento (aperto = 19,71 %), parafuso corrente / corte no liso



0

50

100

150

200

250

300

350

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

For

ça a

tuan

te (

kN)


Ensaio 1

Ensaio 2

Ensaio 3

As Figuras 6.11 e 6.12 expressam mais uma vez as diferenças de comportamento resultantes do menor ou maior nível de aperto. O valor da força atuante, antes de se verificar o deslizamento permanente devido à folga entre o parafuso e o furo, atinge um valor mais elevado nas curvas da Figura 6.12. O Quadro 6.4 descreve os valores máximos de força de corte instalada nos dois parafusos nos diversos ensaios desta série:

Quadro 6.4 – Resultados da resistência ao corte em parafusos correntes (corte no liso)


[N.m]


[%]

Carga máxima atingida [kN]

Média da carga atingida

[kN] Série 1 Série 2 Série 3

220 19,71 312,47 310,90 305,74 309,70

450 57,15 300,55 301,77 304,42 302,25

Por último avaliaram-se os parafusos de pré-esforço. Apenas se procedeu a um caso de comparação para as situações de corte na parte roscada e posteriormente na parte lisa. As Figuras 6.13 e 6.13 mostram as curvas Força vs Deslocamento para as situações de corte na rosca e corte no liso respetivamente:

Figura 6.12 – Força vs Deslocamento (aperto = 57,15 %), parafuso corrente / corte no liso



Figura 6.13 – Força vs Deslocamento, parafuso de pré-esforço / corte na rosca

0

50

100

150

200

250

300

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

For

ça a

tuan

te (

kN)


Fp,C = 20,22 %

Fp,C = 62,80 %

Figura 6.14 – Força vs Deslocamento, parafuso de pré-esforço / corte no liso

0

50

100

150

200

250

0 1 2 3 4 5 6

For

ça a

tuan

te (

kN)


Fp,C = 20,22 %

Fp,C = 62,80 %

Olhando para as Figuras 6.13 e 6.14 e comparando as duas curvas para cada situação de corte, as diferenças no comportamento inicial das curvas é neste caso bem evidente. O Quadro 6.5 descreve os valores máximos de força de corte instalada nos dois parafusos nos diversos ensaios desta série:



Figura 6.15 – Parafusos e planos de corte

Quadro 6.5 – Resultados da resistência ao corte em parafusos de pré-esforço


[%]

20,22 62,80

Carga máxima atingida [kN] Corte na rosca 207,78 kN 209,06 kN

Corte no liso 251,45 kN 249,71 kN

A Figura 6.15 mostra os três tipos de parafusos depois de ensaiados e as suas respetivas configurações de corte:

Legenda:

1 Parafuso corrente (corte na rosca) 2 Parafuso corrente (corte no liso) 3 Parafuso de pré-esforço (corte na rosca) 4 Parafuso de pré-esforço (corte no liso)

6.4 Análise de Resultados

Dos ensaios realizados (incluindo os testes de calibração do procedimento de aperto descritos no sub-capítulo 6.2) e dos resultados obtidos registam-se as seguintes observações:

1. A partir de um intervalo de valores de força de aperto situado entre os 60 e 70 % do valor teórico da resistência última do parafuso, os parafusos correntes revelaram não poder consentir um acréscimo de aperto;

2. Um dos parafusos correntes que foram apertados até ao limite, apresentava indícios evidentes de desgaste na rosca do parafuso. Nos restantes essa verificação não pôde ser feita, pois não foi conseguido proceder ao desaperto;



3. O intervalo mencionado no ponto 1 enquadra-se no valor limite indicado por Wayne Wallace (2004), quando este afirma que parafusos conforme a Norma DIN 931 não podem ultrapassar uma força de aperto superior a 70 % da tensão de cedência do material (correspondente a 63 % de fub As) para não ocorrer o desgaste da parte roscada;

4. A resistência ao corte não foi influenciada pelo aperto inicial aplicado aos parafusos, quer quando o plano de corte atravessou a parte lisa, quer quando o plano de corte atravessou a parte roscada;

5. Esta última apreciação verificou-se tanto em parafusos correntes como em parafusos pré-esforçados. No entanto, sublinha-se que não foram efetuados ensaios suficientes em parafusos de pré-esforço que permitam interpretar o sucedido com profundidade;

6. Note-se que a resistência ao corte na parte lisa foi surpreendentemente maior nos parafusos correntes comparativamente aos parafusos de pré-esforço. Mais uma vez refere-se que não foram ensaiados parafusos de pré-esforço suficientes para tirar ilações desta ocorrência.

Influência do Aperto de Parafusos em Ligações Correntes em Estruturas Metálicas 7 CONCLUSÕES


7 CONCLUSÕES Com base na informação encontrada no âmbito desta dissertação e nos ensaios posteriormente realizados é possível apresentar diversas considerações ou conclusões finais:

1. Os parafusos fabricados segundo as diferentes normas aplicáveis apresentam características específicas para cada tipo de utilização, ou seja: em ligações correntes podem ser usados parafusos segundo a Norma EN 15048-1 (CEN, 2006) ou EN 14399-1 (CEN, 2005) (embora a segunda opção seja naturalmente menos económica) enquanto que em ligações dimensionadas como pré-esforçadas segundo a EN 1993-1-8 (CEN, 2004), só podem ser usados parafusos da Norma EN 14399-1 (CEN, 2006);

2. Em parafusos correntes deve evitar-se um sobre-aperto que possa provocar um desgaste das roscas e comprometer o seu desempenho futuro; em relação a este ponto refira-se que tendo em conta os modelos de cálculo da EN 1993-1-8 (CEN, 2004), o valor do aperto não tem qualquer influência na resistência última. Este facto não implica que no projecto não se especifique um determinado nível de aperto apenas por razões de durabilidade;

3. O valor de pré-esforço mínimo, recomendado pelo Anexo Nacional Português da EN 1993-1-8 (CEN, 2010) em parafusos de alta resistência como garantia da boa qualidade de execução, mostra estar abaixo do limite a partir do qual se verifica a deterioração da rosca de um parafuso corrente;

4. O nível de aperto, que se excessivo em parafusos correntes pode ser prejudicial, não apresenta influência significativa na resistência ao corte de ligações.

O estudo desenvolvido na presente dissertação pode ainda ser aprofundado em diversos aspetos. Assim sugerem-se algumas linhas de investigação que podem complementar este trabalho:

1. Verificação da influência do aperto inicial na resistência à tração de parafusos em ligações correntes;

2. Verificação da influência do aperto inicial na resistência ao corte e à tração de parafusos de classes inferiores a 8.8;

3. Avaliação da força de aperto limite em parafusos de classes inferiores a 8.8.

Influência do Aperto de Parafusos em Ligações Correntes em Estruturas Metálicas REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS


REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

BCSA (2012). “MEMORANDUM No 191-12”. The British Constructional Steelwork Association Limited, London.

Bickford, J. H. (2008). “Introduction to the Design and Behavior of Bolted Joints”. CRC Press, Fourth Edition: Non-Gasketed Joints, Taylor & Francis Group, New York, ISBN 978-0-8493-8176-8.

Chesson, E. Jr., Faustino, N. L. and Munse W. H. (1965). “High-Strength Bolts Subjected to Tension and Shear”. Journal of the Structural Division, ASCE, Vol. 91, ST5.

CEN, EN 1090-1 (2009). “Execution of Steel Structures and Aluminium Structures - Part 1: Requirements for Conformity Assessment of Structural Components”. European Committee for Standardization, Brussels, 2011.

CEN, EN 1090-2 (2008). “Execution of Steel Structures and Aluminium Structures - Part 2: Technical Requirements for Steel Structures”. European Committee for Standardization, Brussels, 2011.

CEN, EN 1993-1-8 (2004). “Eurocode 3: Design of steel structures - Part 1-8: Design of joints”. European Committee for Standardization, Brussels, 2005.

CEN (2010). “Anexo Nacional NA do Eurocódigo 3: Projecto de Estruturas de aço - Parte 1-8: Projecto de Ligações”. Instituto Português da Qualidade, 2010.

CEN, prEN 15048-1 (2006). “Non-preloaded Structural Bolting Assemblies - Part 1: General Requirements”. European Committee for Standardization, Brussels, 2006.

CEN, prEN 15048-2 (2006). “Non-preloaded Structural Bolting Assemblies - Part 2: Suitability Test”. European Committee for Standardization, Brussels, 2006.

CEN, EN 14399-1 (2005). “High-strength Structural Bolting Assemblies for Preloading - Part 1: General Requirements”. European Committee for Standardization, Brussels, 2005.

CEN, EN 14399-2 (2005). “High-strength Structural Bolting Assemblies for Preloading - Part 2: Suitability Test for Preloading”. European Committee for Standardization, Brussels, 2005.

CEN, EN 14399-3 (2005). “High-strength Structural Bolting Assemblies for Preloading - Part 3: System HR - Hexagon Bolt and Nut Assemblies”. European Committee for Standardization, Brussels, 2005.

CEN, EN 14399-4 (2005). “High-strength Structural Bolting Assemblies for Preloading - Part 4: System HV - Hexagon Bolt and Nut Assemblies”. European Committee for Standardization, Brussels, 2005.



CEN, EN 14399-5 (2005). “High-strength Structural Bolting Assemblies for Preloading - Part 5: Plain Washers”. European Committee for Standardization, Brussels, 2005.

CEN, EN 14399-6 (2005). “High-strength Structural Bolting Assemblies for Preloading - Part 6: Plain Chamfered Washers”. European Committee for Standardization, Brussels, 2005.

CEN, prEN 14399-7 (2005). “High-strength Structural Bolting Assemblies for Preloading - Part 7: System HR - Countersunk Head Bolt and Nut Assemblies”. European Committee for Standardization, Brussels, 2005.

CEN, prEN 14399-8 (2005). “High-strength Structural Bolting Assemblies for Preloading - Part 8: System HV - Hexagon Fit Bolt and Nut Assemblies”. European Committee for Standardization, Brussels, 2005.

CEN, prEN 14399-9 (2005). “High-strength Structural Bolting Assemblies for Preloading - Part 9: System HR or HV - Direct Tension Indicators for Bolt and Nut Assemblies”. European Committee for Standardization, Brussels, 2005.

CEN, prEN 14399-10 (2005). “High-strength Structural Bolting Assemblies for Preloading - Part 10: System HRC - Bolt and Nut Assemblies with Calibrated Preload”. European Committee for Standardization, Brussels, 2005.

CEN (2010). “Anexo Nacional NA Cipriota do Eurocódigo 3: Projecto de Estruturas de aço - Parte 1-8: Projecto de Ligações”.

CEN (2007). “Anexo Nacional NA Holandês do Eurocódigo 3: Projecto de Estruturas de aço - Parte 1-8: Projecto de Ligações”.

CEN (2007). “Anexo Nacional NA Dinamarquês do Eurocódigo 3: Projecto de Estruturas de aço - Parte 1-8: Projecto de Ligações”.

CEN (2008). “Anexo Nacional NA Britânico do Eurocódigo 3: Projecto de Estruturas de aço - Parte 1-8: Projecto de Ligações”.

CEN (2011). “Anexo Nacional NA Sueco do Eurocódigo 3: Projecto de Estruturas de aço - Parte 1-8: Projecto de Ligações”.

CEN (2005). “Anexo Nacional NA Finlandês do Eurocódigo 3: Projecto de Estruturas de aço - Parte 1-8: Projecto de Ligações”.

CEN (2010). “Anexo Nacional NA Irlandês do Eurocódigo 3: Projecto de Estruturas de aço - Parte 1-8: Projecto de Ligações”.

CEN, ISO 898-1 (1999). “Mechanical Properties of Fasteners Made of Carbon Steel and Alloy Steel - Part 1: Bolts, Screws and Studs”. European Committee for Standardization, Brussels, 1999.

CEN, EN 20898-2 (1991). “Mechanical Properties of Fasteners - Part 2: Nuts with Specified Proof Load Values - Coarse Thread”. European Committee for Standardization, Brussels, 1993.

CTICM (2009). “CMI – Le Magazine d’Information de la Construction Métallique”. Centre Technique Industriel de la Construction Métallique, Construction Métallique Informations Nº4 – 2009, pp. 20-21.



CTICM (2010). “CMI – Le Magazine d’Information de la Construction Métallique”. Centre Technique Industriel de la Construction Métallique, Construction Métallique Informations Nº4 – 2010, pp. 27-28.

DIN 933 (1987). “M1,6 to M52 Hexagon Cap Screws Fully Threaded - Product Grades A and B”. German Institute for Standardization, Berlin, 1987.

DIN 934 (1987). “Hexagon Nuts with Metric Coarse and Fine Pitch Thread - Product Classes A and B”. German Institute for Standardization, Berlin, 1987.

DirectIndustry@ (2013). http://www.directindustry.fr/prod/kress-elektrik/cles-a-choc-sans-fil-37680-971241.html. Virtual Expo Group, France.

EMUGE FRANKEN (2013). “EMUGE - Tecnologia de Roscagem”. Brochure Cut&Form ZP10029 PT RevA.

ESDEP (Lecture 11.3.1). “Connections with Non-Preloaded Bolts”. European Steel Design Education Programme.

ESDEP (Lecture 11.3.2). “Connections with Preloaded Bolts”. European Steel Design Education Programme.

GFD@ (2013). http://normes.charpente-metallique.org/norme-en-14399. France. Guerra Martins, J. (2008). “MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO I – Execução de Estruturas

Metálicas”. Universidade Fernando Pessoa, Porto. Hermenegildo, A. (2010). “Tecnologia da Construção de Edifícios Metálicos”. Tese de

Mestrado, Instituto Superior Técnico, Universidade Técnica de Lisboa, Lisboa. Kulak, G. L. (2005). “Boulons à Hautes Résistance dans les ouvrages de Génie Civil”.

Canadian Institute of Steel Construction, Willowdale - Ontario, ISBN 0-88811-111-8. Kulak, G. L. and Birkemoe, P. C. (1993). “Field Studies of Bolt Pretension”. Journal of

Constructional Steel Research, Vol. 25, Issues 1-2, pp. 95-106. Kulak, G. L., Fisher J. W. and Struik J. H. A. (1987). “Guide to Design Criteria for Bolted

and Riveted Joints”. Second Edition, Distributed through American Institute of Steel Construction, Chicago, Illinois.

Melenciuc, S. Cr., Venghiac, V. M., Stefancu, A. I. and Budescu, M. (2011). “Factors Influencing the Preload Level of High-Strength Bolts for Structural Steel Connections”.

Buletinul Institutului Politehnic din Iași, Secția Construcții. Arhitectură, Tomul LVII (LXI), Fasc. 1, pp. 125-138, ISSN 1224-3884.

NOTES SUR LES PRATIQUES TECHNIQUES@ (2013). http://notech.franceserv.com/index.html#construction-metallique. France.

Owens, G. W. (1992). “The Use of Fully Threaded Bolts for Connections in Structural Steelwork for Buildings”. The Structural Engineer, Vol. 70, No. 17.

Owens, G. W. and Cheal B. D. (1989). “Sructural Steelwork Connections”. Butterworths, London, ISBN 0-408-01214-5.

Piraprez, E. (1996). “The Use of the ISO Bolts, in Accordance with the European Standards”. Connections in Steel Structures III, pp. 483-492.



Renner, A. and Jörg, L. (2012). “Load-Bearing Behaviour of High-Strength Bolts in Combined Tension and Shear”. Steel Construction, Vol. 5, Issue 3, pp. 151-157, DOI: 10.1002/stco.201210019.

Research Council on Structural Connections (2009). “Specification for Structural Joints Using High-Strength Bolts”. Distributed through the American Institute of Steel Construction, Chicago, Illinois.

Rumpf, J. L. and Fisher, J. W. (1963). “Calibration of A325 Bolts”. Proc. ASCE, Vol. 89 (ST6), Reprint No. 232 (63-18), Fritz Laboratory Reports, Paper 149.

Santiago, A. e Simões da Silva, L. (2003). “Manual de Ligações Metálicas”. Colecção Construção Metálica e Mista, cmm Press, Coimbra.

Santos, F. e Simões da Silva, L. (2011). “Manual de Execução de Estruturas Metálicas”. cmm Press, Coimbra.

Schiborr, M. and Stranghöner, N. (2012). “Experimental Investigations into the Application of Direct Tension Indicators with Preloaded Structural Bolting Assemblies (HV System) to EN 1090-2”. Steel Construction, Vol. 5, Issue 3, pp. 168-174, DOI: 10.1002/stco.201210021.

SCI (2006). “Tightening of Ordinary Bolts”. Steel Construction Institute, Advisory Desk AD 302, Berkshire.

Simões, R. (2007). “Manual de Dimensionamento de Estruturas Metálicas”. Colecção Construção Metálica e Mista, cmm Press, 2ª Edição, Coimbra.

Simões, R. (2009). “Dimensionamento de Ligações em Estruturas Metálicas – Eurocódigo 3, Parte 1.8: Projecto das Ligações”. Conferência Técnica : Eurocódigo 3, Ligações Metálicas, Novo Metal 3D e Tekla Structures, Porto.

Simões, R. e Abecasis, T. (2010). “Eurocódigo 3: Projecto de Estruturas de Aço. Parte 1-8: Projecto de Ligações”. Seminário Eurocódigos Estruturais, Porto.

SKF Group (2001). “Bolt-tightening Handbook”. Linear Motion & Precision Technologies, Catalogue nº TSI 1 101 AE.

Stark, J.W.B (1996). “Criteria for the Use of Preloaded Bolts in Structural Joints”. Connections in Steel Structures III, pp. 431-440.

Steenhuis, C. M., Stark J. W. B. and Gresnigt A. M. (1997). “Cost-Effective Connections”. Progress in Structural Engineering and Materials, Vol. 1, Issue 1, pp. 18-24, DOI: 10.1002/pse.2260010106.

REALNEO@ (2013). http://realneo.us/content/no-more-rivets-computerized-steel-fabrication. Regional Economics Action Links North East Ohio, USA.

Rodrigues, F. e Simões, R. (2009). “Métodos de Aperto de Parafusos em Ligações Metálicas Pré-esforçadas”. VII Congresso de Construção Metálica e Mista, CMM, Lisboa.

TRAMONTINA@ (2013). http://www.tramontina.com.br/saiba-usar-e-cuidar/artigo/4-conheca-cada-ferramenta. Brasil.



Wallaert, J. J. and Fisher, J. W. (1964). “Shear Strength of High-Strength Bolts”. Fritz Laboratory Reports, Paper 1822.

Walters, B. (2005). “A New Approach to Tightening Bolts”. Sealing Technology, Vol. 2005, Issue 10, pp. 6-8.

Wayne Wallace (2004). “You Can’t Tension All Bolts”. Link magazine, Winter 2004.

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