Autodiseño de soldaduras / dimensionamiento de soldaduras

La herramienta Dimensionamiento de soldaduras calcula el tamaño óptimo de soldadura en función de entradas específicas y estrategias definidas, como Estimación de capacidad, Resistencia total, Ductilidad mínima o Sobreresistencia. El nuevo diseño se crea en función de los ajustes seleccionados, que se explican más adelante. Esta función actúa como un potente asistente para eliminar las iteraciones manuales, ofreciendo una propuesta de diseño sólida lista para su verificación final.

En IDEA StatiCa Connection, hay dos estrategias de dimensionamiento de soldaduras disponibles para todos los usuarios:

• a resistencia total
• con sobreresistencia

Para usuarios de Eurocódigo, hay dos más:

• a estimación de capacidad
• a ductilidad mínima

Para usuarios de AISC, hay una más:

• a estimación de capacidad

Cómo llamar a las funciones

El Dimensionamiento de soldaduras puede invocarse:

• Haciendo clic en el botón Dimensionamiento de soldaduras en el panel superior

• En el diálogo de Operaciones

• Haciendo clic derecho en Operaciones y seleccionando Autodiseñar todo, pero aquí se autodiseñarán no solo las soldaduras sino también los tornillos.

• Haciendo clic derecho en operaciones y seleccionando un tipo específico de Dimensionamiento de soldaduras

• Haciendo clic derecho en la operación con soldadura y seleccionando Autodiseñar, pero aquí se autodiseñarán no solo las soldaduras sino también los tornillos, en una operación específica.

Cuando se invoca la función, es necesario especificar el método de Dimensionamiento de soldaduras en el diálogo de Operaciones. En general, el tamaño de las soldaduras aumentará en este orden:

• Estimación de capacidad
• Ductilidad mínima
• Resistencia total
• Con sobreresistencia

Los métodos se describen en detalle a continuación. 

Ajustes que afectan al tamaño de la soldadura

El proceso de dimensionamiento de soldaduras está determinado por los ajustes globales específicos. El algoritmo evalúa las siguientes entradas:

1. Soldaduras: Utilización de capacidad objetivo: Este límite se define en Configuración del proyecto > Diseño – General (el valor predeterminado es 0,9). El algoritmo compara las cargas reales actuantes con este valor establecido para encontrar una solución que cumpla con el requisito. El valor específico verificado es la Utilización Ut_c.
2. Soldaduras: Factor de sobreresistencia: Este factor garantiza que la soldadura sea más resistente que el elemento conectado para permitir la formación de rótulas plásticas, según lo recomendado por EN 1993-1-8 – 6.2.3 (5) (normalmente 1,4 o 1,7). El límite se define en Configuración del proyecto > Diseño – General (predeterminado 1,4) y se aplica solo cuando se selecciona el método de dimensionamiento 'Sobreresistencia'.
3. Regla de redondeo:  La altura de una soldadura se ajusta según los ajustes de redondeo en Proyecto > Preferencias > Unidades de aplicación - Redondeo de nueva entidad > Tamaño de soldadura.
4. Incrementos del controlador: El valor mínimo en el que el algoritmo aumenta la altura de la soldadura se establece en Proyecto > Preferencias > Unidades de aplicación - Incrementos del controlador> Tamaño de soldadura.

Estimación de capacidad

El dimensionamiento de soldaduras por estimación de capacidad proporciona automáticamente tamaños de soldadura que son suficientemente resistentes para transferir las cargas establecidas. 

Cómo funciona la función

En la pestaña de resultados para soldaduras, se muestran dos ratios de utilización. El Ut (utilización por tensión) muestra el valor de utilización del elemento finito más solicitado de toda la soldadura (valor pico), mientras que el Ut_c (utilización de la capacidad de la soldadura) muestra la utilización de toda la soldadura y, por tanto, proporciona al usuario información sobre la capacidad restante de la soldadura.

Dado que la distribución de tensiones en las soldaduras en modelos basados en MEF varía de forma incierta en función de la carga aplicada, no es sencillo determinar la capacidad restante como una función lineal. Con un incremento de la carga aplicada, el cambio en la distribución de tensiones de la soldadura puede ser muy drástico.

El cálculo de Ut_c utiliza una función de estimación de aprendizaje automático. Basándose en el aprendizaje de un gran número de modelos de uniones soldadas y diversos escenarios de carga, el algoritmo puede predecir con precisión la capacidad restante de la soldadura. El número se muestra en Verificación, en la pestaña Soldaduras, en la columna Ut_c .

Esta funcionalidad utiliza IA y aprendizaje automático para determinar la capacidad de las soldaduras. Y lo mejor es que la aplicación puede hacerlo con un umbral del 10%. Esto puede considerarse un resultado excelente.

Por el momento, está implementado en Eurocódigo y AISC.

El dimensionamiento de soldaduras por estimación de capacidad requiere resultados. El tamaño de las soldaduras en ángulo se ajusta según la siguiente fórmula:

\[ a_{new} = a \cdot Ut_c / Ut_{target} \]

donde:

• \(a_{new}\) – tamaño de soldadura en ángulo ajustado
• \(a\) – tamaño de soldadura en ángulo previamente establecido
• \(Ut_c\) – estimación de capacidad basada en un algoritmo de aprendizaje automático visible en la verificación de soldaduras 
• \(Ut_{target}\) – utilización objetivo en Configuración → Diseño → Autodiseño → Dimensionamiento de soldaduras

Tenga en cuenta que los tamaños de soldadura están limitados por las reglas de detalle, p. ej., el tamaño de la soldadura no puede ser inferior a 3 mm (EN 1993-1-8 – 4.5.2). Estas reglas de detalle se respetan. Tenga también en cuenta que múltiples soldaduras en IDEA StatiCa se establecen frecuentemente en un único valor. En estos casos, el tamaño se establece según la más utilizada.

Además, hay disponible un bucle de cálculo. Cuando el método de dimensionamiento de soldaduras se establece en estimación de capacidad:

1. Dimensiona las soldaduras en ángulo a resistencia total
2. Calcula el modelo
3. Dimensiona las soldaduras en ángulo a estimación de capacidad
4. Calcula el modelo

Las soldaduras se establecen entonces en o por debajo de la utilización objetivo con un solo clic.

Ductilidad mínima

El dimensionamiento de soldaduras a ductilidad mínima proporciona automáticamente uniones soldadas que son suficientemente resistentes para evitar fallos frágiles. La resistencia de la soldadura permite la plastificación inicial de la chapa, pero en última instancia, la soldadura se rompe.

El requisito de ductilidad mínima de las uniones soldadas se encuentra en FprEN 1993-1-8:2023 – 6.9(4). Se origina en el anexo nacional neerlandés de EN 1993-1-8, donde la relación fija entre la resistencia de la soldadura y la resistencia de la chapa es 0,8. También está incluido en los ampliamente utilizados libros verdes del Reino Unido, concretamente en los Capítulos C2 y C3. Sin embargo, la relación fija solo es adecuada para el grado de acero S355. En la segunda generación del Eurocódigo, esto se amplía a todos los grados de acero.

Este requisito se verifica para soldaduras en ángulo de doble cara mediante:

\[a/t=\frac{\beta_w\gamma_{M2} f_y}{\sqrt{2} f_u \gamma_{M0} } \cdot \min \left \{1.0, 1.1\frac{f_y}{f_u} \right \}\]

donde:

• \(a\) – espesor de garganta de la soldadura
• \(t\) – espesor de la chapa conectada por el canto
• \(\beta_w\) – factor de correlación de la soldadura 
• \(\gamma_{M2}\) – factor de seguridad para tornillos y soldaduras; editable en la configuración de código
• \(f_y\) – límite elástico de la chapa
• \(f_u\) – resistencia última de la soldadura
• \(\gamma_{M0}\) – factor de seguridad para chapas; editable en la configuración de código

El espesor de garganta de la soldadura para una soldadura en ángulo de una sola cara es el doble que el de una soldadura en ángulo de doble cara.

Tenga en cuenta que el método es útil para soldaduras cargadas transversalmente y funciona si la chapa está conectada por su anchura total.

Resistencia total

El dimensionamiento de soldaduras a resistencia total proporciona automáticamente soldaduras que son más resistentes que la chapa conectada. En el cálculo, se asume que las chapas están cargadas a tracción y las soldaduras transversalmente como el caso más desfavorable para la resistencia y ductilidad de la soldadura. Este diseño es útil para evitar fallos frágiles de las soldaduras bajo carga estática.

Este enfoque también está incluido en los ampliamente utilizados libros verdes del Reino Unido, concretamente en el Capítulo C1.

Este requisito se verifica para soldaduras en ángulo de doble cara mediante:

\[a/t=\frac{\beta_w\gamma_{M2} f_y}{\sqrt{2} f_u \gamma_{M0} }\]

donde:

• \(a\) – espesor de garganta de la soldadura
• \(t\) – espesor de la chapa conectada por el canto
• \(\beta_w\) – factor de correlación de la soldadura 
• \(f_y\) – límite elástico de la chapa
• \(f_u\) – resistencia última de la soldadura
• \(\gamma_{M0}\) – factor de seguridad para chapas; editable en la configuración de código

Tenga en cuenta que el método es útil para soldaduras cargadas transversalmente y funciona si la chapa está conectada por su anchura total.

Soldaduras con sobreresistencia

El dimensionamiento de soldaduras con sobreresistencia proporciona automáticamente soldaduras que son mucho más resistentes que la chapa conectada. El factor de sobreresistencia se especifica en Configuración → Diseño → Autodiseño → Dimensionamiento de soldaduras. El valor predeterminado de 1,4 se toma de EN 1993-1-8 – 6.2.3 (5) para formar una rótula plástica. 

En el cálculo, se asume que las chapas están cargadas a tracción y las soldaduras transversalmente como el caso más desfavorable para la resistencia y ductilidad de la soldadura. Este diseño es útil para evitar fallos frágiles de las soldaduras en diseño plástico o bajo carga cíclica. Tenga en cuenta que un tamaño de soldadura grande no garantiza automáticamente una alta ductilidad. Por el contrario, puede provocar tensiones residuales excesivas y deformaciones causadas por la contracción de la soldadura.

Este requisito se verifica para soldaduras en ángulo de doble cara mediante:

\[a/t=\frac{\beta_w\gamma_{M2} f_y}{\sqrt{2} f_u \gamma_{M0} } \cdot f_{overstrength}\]

donde:

• \(a\) – espesor de garganta de la soldadura
• \(t\) – espesor de la chapa conectada por el canto
• \(\beta_w\) – factor de correlación de la soldadura 
• \(\gamma_{M2}\) – factor de seguridad para tornillos y soldaduras; editable en la configuración de código
• \(f_y\) – límite elástico de la chapa
• \(f_u\) – resistencia última de la soldadura
• \(\gamma_{M0}\) – factor de seguridad para chapas; editable en la configuración de código
• \(f_{overstrength}\) – factor de sobreresistencia especificado en Configuración → Diseño → Autodiseño → Dimensionamiento de soldaduras

Tenga en cuenta que el método es útil para soldaduras cargadas transversalmente y funciona si la chapa está conectada por su anchura total.