Dimensionamento de Ligações de Estruturas de Aço

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA 
Departamento de Engenharia Civil 
CIV 353 – Estruturas Metálicas 
Dimensionamento de Ligações de Estruturas de Aço 
Capítulo 1 
Considerações Gerais sobre Ligações de Estruturas Aço 
Versão: 2021A 
 
1 
Considerações Gerais Sobre Ligações 
de Estruturas de Aço 
 
Índice 
 
 
1.1 Considerações preliminares ................................................................................................ 1.1 
1.2 Ligações típicas ...................................................................................................................... 1.2 
1.3 Classificação das ligações..................................................................................................... 1.5 
1.3.1 Classificação quanto à rigidez ........................................................................................ 1.5 
1.3.2 Classificação quanto aos meios de ligação .................................................................... 1.7 
1.3.3 Classificação quanto à posição da força em relação ao centro 
 geométrico da ligação ..................................................................................................... 1.8 
1.3.4 Classificação quanto ao tipo de esforço solicitante ........................................................ 1.8 
1.4 Análise comparativa dos tipos de ligação ......................................................................... 1.10 
 
 
 
 
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Capítulo 1 
Considerações Gerais sobre Ligações de Estruturas Aço 
Versão: 2021A 
1.1 
 
1 
Considerações Gerais Sobre Ligações 
de Estruturas de Aço 
 
 
1.1 Considerações preliminares 
 
Uma das principais etapas do projeto de estruturas de aço consiste na concepção e 
dimensionamento das ligações. As ligações proporcionam a união entre elementos que 
compõem uma estrutura ou entre partes da estrutura e elementos externos à mesma. 
 
As ligações são compostas por elementos de ligação e meios de ligação. 
 
Os elementos de ligação são as partes que compõem o conjunto da ligação, a fim de permitir 
ou facilitar a transmissão de esforços. Como exemplo pode-se citar: 
- enrijecedores; 
- cantoneiras; 
- chapas de gusset; 
- talas de alma e de mesa; 
- placas de base. 
 
Os meios de ligação são os dispositivos que proporcionam a união entre as partes da estrutura, 
compondo a ligação. Como exemplo pode-se citar: 
- parafusos; 
- soldas; 
- rebites; 
- pinos; 
- barras rosqueadas; 
- chumbadores. 
 
Os meios de ligação mais comuns são os parafusos e as soldas. Os rebites foram largamente 
utilizados nas construções metálicas durante muitos anos, mas caíram em desuso após o 
surgimento dos parafusos e soldas. 
 
O projeto de uma ligação envolve fundamentalmente a concepção e verificação da capacidade 
resistente de todas as partes que a compõem, ou seja, dos elementos e dos meios de ligação. Na 
concepção de uma ligação deve-se buscar a disposição de elementos e meios de ligação que 
permitam representar o comportamento estrutural idealizado no modelo estrutural. 
 
As ligações devem ser dimensionadas para atender aos estados limites últimos. Isso implica em 
fazer com que os esforços resistentes de cálculo nos elementos e meios de ligação sejam 
maiores ou iguais aos esforços solicitantes de cálculo. Os esforços solicitantes de cálculo devem 
 
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1.2 
 
ser determinados para as combinações últimas de ações ou admitidos como um percentual da 
capacidade resistente de um dos elementos ligados. 
 
1.2 Ligações típicas 
 
O conceito de ligação é bastante amplo, havendo uma ampla gama de situações em que é 
aplicado, como por exemplo: 
- ligação para composição de perfis soldados; 
- ligação entre viga e pilar; 
- ligação entre vigas; 
- ligação de elemento tracionado; 
- emenda de pilares; 
- emenda de vigas; 
- ligação de pilar com a base. 
 
Nas Figuras 1.1 a 1.9 são apresentadas ligações típicas de estruturas de aço. 
 
 
 
a) b) 
Figura 1.1 – Ligação para composição de perfis soldados. 
 
 
a) b) 
Figura 1.2 – Ligação rígida entre viga e pilar. 
 
 
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1.3 
 
 
a) b) 
Figura 1.3 – Ligação flexível entre viga e pilar. 
 
 
 
 
a) b) 
Figura 1.4 – Ligação entre vigas: a) ligação soldada; b) ligação parafusada. 
 
 
a) b) 
Figura 1.5 – Ligação de elemento tracionado: a) elemento tracionado ligado a uma viga; 
b) elemento tracionado ligado a um pilar. 
 
 
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1.4 
 
 
a) b) 
Figura 1.6 – Emenda de pilares: a) emenda parafusada; b) emenda com solda e parafusos. 
 
 
a) b) 
Figura 1.7 – Emenda de vigas: a) emenda soldada; b) emenda parafusada. 
 
 
a) b) 
Figura 1.8 – Ligação de pilar com a base (rotulada). 
 
 
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1.5 
 
placa de 
 base
chumbadores 
a) b) 
Figura 1.9 – Ligação de pilar com a base (engastada). 
 
 
1.3 Classificação das ligações 
 
 
1.3.1 Classificação quanto à rigidez 
 
A rigidez de uma ligação representa a sua capacidade de impedir a rotação relativa entre os 
elementos que são conectados. A rigidez é a característica que exerce grande influência nas 
rotações e deslocamentos de uma estrutura. 
 
As ligações devem ser concebidas e dimensionadas de forma a representarem o comportamento 
admitido para os nós da estrutura no modelo estrutural. 
 
De acordo com o grau de rigidez, ou seja, o grau de impedimento da rotação relativa (relativa) 
entre os elementos conectados, uma ligação pode ser classificada como: 
- ligação rígida; 
- ligação flexível; 
- ligação semirrígida. 
 
Nas ligações rígidas, a rotação relativa (relativa) entre os elementos estruturais conectados é nula 
após a estrutura ser carregada, mesmo quanto o momento atuante na viga se aproxima do 
momento de plastificação (Mpl) (Figura 1.10). 
 
 
 
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1.6 
 
Figura 1.10 – Esquemas do comportamento de uma ligação rígida entre viga e pilar 
(Fonte: Andrade e Vellasco, 2016). 
 
Nas ligações flexíveis, a rotação relativa (relativa) entre os elementos estruturais conectados 
varia consideravelmente, mesmo quando o momento atuante na viga é da ordem de 20% do 
momento de plastificação (Mpl) (Figura 1.11). O momento transmitido entre os elementos é 
muito pequeno e pode ser desprezado, mas ocorre transmissão integral de força cortante e pode 
ocorrer transmissão de força axial. 
 
 
Figura 1.11 – Esquemas do comportamento de uma ligação flexível entre viga e pilar. 
(Fonte: Andrade e Vellasco, 2016). 
 
Nas ligações semirrígidas, a rotação relativa (relativa) entre os elementos estruturais conectados 
não é nula como numa ligação rígida, mas também não é tão grande como numa ligação 
flexível, ou seja, é uma ligação que apresentaum comportamento intermediário (Figura 1.12). 
Para se utilizar uma ligação semirrígida é necessário conhecer primeiro a relação entre 
momento resistente e rotação relativa. As ligações semirrígidas não serão tratadas no presente 
trabalho. 
 
 
Figura 1.12 – Esquemas do comportamento de uma ligação semirrígida entre viga e pilar. 
(Fonte: Andrade e Vellasco, 2016). 
 
O comportamento da maioria da ligações reais entre viga e pilar se situa entre o comportamento 
de uma ligação totalmente rígida (Figura 1.10) e de uma ligação totalmente flexível 
(Figura 1.11). Portanto, pode-se dizer que o comportamento da maioria das ligações reais é 
melhor descrito por um comportamento semirrígido (Figura 1.12). 
 
Na Figura 1.13 apresenta-se um diagrama Momento x Rotação no qual se representa o 
comportamento de três tipos ligação entre viga e pilar segundo o grau de rigidez. As três curvas 
mostradas nesse diagrama apresentam um comportamento não-linear. A curva A se refere a 
uma ligação flexível, realizada com cantoneira simples de alma. A Curva C se refere a uma 
ligação rígida, constituída por um Tê no topo e outro na base, chamada “T-Stub”. A Curva B, 
 
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1.7 
 
que apresenta um comportamento intermediário entre os anteriores, se refere a uma ligação 
semirrígida, composta por cantoneiras no topo e na base e cantoneira dupla na alma. 
 
 
Figura 1.13 – Diagrama Momento x Rotação para três tipos de ligação entre viga e pilar 
segundo o grau de rigidez: A – ligação flexível; B – ligação semirrígida; C – ligação rígida. 
(Fonte: Andrade e Vellasco, 2016). 
 
Ao se considerar o comportamento semirrígido de uma ligação entre viga e pilar em um pórtico 
plano, se promove uma redistribuição de momentos fletores, já que os momentos nas 
extremidades das vigas são menores do que os de engastamento perfeito. 
 
Apesar de ser mais realista considerar o comportamento de uma ligação semirrígida, existe 
grande dificuldade em se caracterizar a rigidez real de uma ligação para efeitos de uma análise 
estrutural. Isto faz com que em grande parte dos projetos sejam admitidos procedimentos 
simplificados de cálculo, considerando-se o comportamento das ligações como rígidas ou 
flexíveis. 
 
No âmbito da análise e dimensionamento de estruturas de aço atuais, existe uma tendência em 
se buscar caracterizar o comportamento real das ligações e a sua influência no desempenho 
global das estruturas de aço. Isto está associado à evolução da simulação numérica e à 
disponibilidade de resultados de pesquisas experimentais relacionadas à rigidez de diversos 
tipos de ligação. 
 
 
1.3.2 Classificação quanto aos meios de ligação 
 
Tendo em vista que os meios de ligação mais comuns são os parafusos e as soldas, uma ligação 
pode ser classificada como: 
- ligação parafusada; 
- ligação soldada. 
 
De uma forma geral, numa ligação os parafusos devem resistir aos esforços de tração e/ou 
cisalhamento, enquanto que as soldas devem resistir aos esforços de tração, compressão e ou 
cisalhamento. 
 
 
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1.8 
 
Em grande parte das ligações se utilizam parafusos e soldas de maneira conjunta, em função do 
comportamento estrutural desejado e por questões construtivas. A classificação das ligações 
quanto aos meios de ligação é útil para efeitos de dimensionamento e é a forma com que as 
normas internacionais apresentam a capacidade resistente dos elementos e dos meios de ligação. 
 
 
1.3.3 Classificação quanto à posição da força em relação ao centro 
 geométrico da ligação 
 
Em função da posição da força em relação ao centro geométrico da ligação, uma ligação pode 
ser classificada como: 
- ligação centrada; 
- ligação excentrica. 
 
Nas ligações centradas, a linha de ação da força atuante passa pelo centro geométrico da ligação 
(Figura 1.14). 
 
a) 
Figura 1.14 – Ligações centradas: a) parafusada; b) soldada. 
Nas ligações excêntricas, a linha de ação da força atuante não passa pelo centro geométrico da 
ligação (Figura 1.15). Neste caso, os meios de ligação ficam sujeitos a esforços adicionais de 
tração ou de cisalhamento. 
 
 
a) 
Figura 1.15 – Ligação excêntricas: a) parafusada; b) soldada. 
 
1.3.4 Classificação quanto ao tipo de esforço solicitante 
 
Uma ligação também pode ser classificada quanto ao tipo de esforço solicitante. A ligação pode 
estar submetida a forças perpendiculares à superfície de contato entre as partes, paralelos a esta 
 
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1.9 
 
superfície ou ainda uma combinação dos dois tipos. Em função disso tem-se a seguinte 
classificação: 
- ligação submetida à força cortante; 
- ligação submetida à força de tração; 
- ligação submetida a esforços combinados. 
 
Nas Figuras 1.16 a 1.18 apresentam-se ligações submetidas a diferentes tipos de esforços 
solicitantes. 
 
 
a) b) 
Figura 1.16 – Ligações submetidas à força cortante: a) parafusada; b) soldada. 
 
 
 
 
 
Figura 1.17 – Ligações submetidas à força de tração: a) parafusada; b) soldada. 
 
 
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Figura 1.18 – Ligação submetida a esforços combinados de tração e de cisalhamento. 
 
 
1.4 Análise comparativa dos tipos de ligação 
 
Na Tabela 1.1 apresenta-se uma breve análise comparativa entre ligações parafusadas e ligações 
soldadas com a indicação de vantagens e desvantagens de cada tipo. 
 
Tabela 1.1 - Análise comparativa entre ligações parafusadas e ligações soldadas 
 
Tipo Vantagens Desvantagens 
Ligação 
parafusada 
- Facilidade de montagem e 
 Desmontagem 
- Custo maior (parafuso + furação) 
- Enfraquecimento das 
 peças ligadas 
 
Ligação 
soldada 
 
- Ligação mais simples 
 (menos elementos) 
- Melhor continuidade 
- Menor custo 
- Mão de obra especializada 
- Controle de qualidade rigoroso 
 
Levando-se em consideração a viabilidade econômica e a necessidade de um maior controle de 
qualidade no campo, ocorre uma predominância de uso de ligações soldadas na fábrica, 
enquanto que nas ligações de campo predominam as ligações parafusadas.