Ligações de Alumínio no IDEA StatiCa

Isto pode ser conseguido criando um novo material definido pelo utilizador com base nas propriedades do material de alumínio nas zonas termicamente afetadas (ZTA), aplicando o modelo de material bilinear correto e utilizando as verificações de parafusos e soldaduras de acordo com a EN 1993-1-8.

O alumínio é cada vez mais utilizado na engenharia estrutural graças ao seu baixo peso, resistência à corrosão e durabilidade a longo prazo. Ao mesmo tempo, o alumínio comporta-se de forma fundamentalmente diferente do aço, especialmente nas regiões soldadas. O projetista deve ter em conta o amolecimento da ZTA, a ductilidade reduzida e a forte dependência da resistência em relação à liga e ao estado de tratamento.

O IDEA StatiCa Connection pode suportar o dimensionamento em alumínio se o comportamento específico for corretamente representado no modelo.

Material

Embora o alumínio tenha a mesma forma de diagrama de material, requer dados adicionais do utilizador porque as suas propriedades mecânicas são fortemente influenciadas por:

• liga e estado de tratamento,
• espessura,
• historial de tratamento térmico,
• soldadura e a consequente zona termicamente afetada (ZTA).

Tensão de prova (f₀) e resistência à tração (fᵤ)

A tensão de prova (equivalente à tensão de cedência no aço) e a resistência à tração variam para cada liga e estado de tratamento. Estes valores devem ser retirados da EN 1999‑1‑1 e introduzidos manualmente na definição de um material de utilizador.

Zona termicamente afetada (ZTA)

A soldadura reduz significativamente a resistência do alumínio, frequentemente entre 40 e 60% nas zonas em torno das soldaduras denominadas zonas termicamente afetadas. O IDEA StatiCa não deteta automaticamente as regiões ZTA, pelo que o utilizador deve especificá-las explicitamente.

Existem duas opções:

• Atribuir um material separado com resistências ZTA reduzidas às regiões soldadas relevantes, ou
• atribuir as propriedades ZTA a toda a ligação, o que é conservativo mas prático e reflete o facto de a maioria das roturas ocorrer na ZTA ou nas suas proximidades.

Diagrama de material

O alumínio apresenta uma ductilidade significativamente inferior à do aço. Para o dimensionamento estrutural no IDEA StatiCa, foram estabelecidas as seguintes considerações:

• Uma vez que a plasticidade da liga de alumínio depende fortemente do estado de tratamento, o intervalo de plasticidade última varia significativamente consoante os processos de conformação. Não é possível fornecer uma declaração geral sobre o limite de deformação plástica para todas as ligas. 
• Se o utilizador pretender utilizar análise plástica, o limite de deformação plástica para chapas fica ao critério do utilizador.
• O intervalo das deformações de engenharia última e de fratura é apresentado abaixo.

Para ligas de alumínio estrutural típicas, a deformação de engenharia última (uniforme) situa-se geralmente no intervalo de 4–10%, enquanto a deformação total de fratura (alongamento após rotura) se encontra tipicamente no intervalo de 9–18%, dependendo da série de ligas e do tratamento térmico.

Módulo de endurecimento E₁

Para o alumínio, o módulo de endurecimento E₁ não é constante e deve ser determinado a partir de fᵤ, f₀, ε_u, ε_p. Isto difere do aço, mas o IDEA StatiCa utiliza a relação fixa E₁ = E / 1000 que não pode ser alterada.

O que significa isto na prática?

O limite de deformação plástica deve ser modificado nas Definições do projeto.

Para criar material de alumínio, é necessário aceder ao separador Materiais, Copiar o material existente e Editar.

De seguida, as propriedades do material devem ser ajustadas de acordo com as especificidades do alumínio. Se a ligação incluir soldadura, os valores ZTA  f_0,haz e f_u,haz devem ser considerados.

Os materiais definidos pelo utilizador podem ser guardados na biblioteca MPRL, onde ficam disponíveis para utilização em todos os projetos futuros no IDEA StatiCa Connection.

Coeficientes parciais

Para a verificação ULS de materiais, parafusos e soldaduras, os coeficientes são idênticos entre as normas – compatibilidade garantida.

Parafusos normalizados

A maioria das verificações de parafusos na EN 1999‑1‑1 utiliza as mesmas equações e parâmetros que a EN 1993‑1‑8. Isto significa que:

• As verificações de parafusos existentes no IDEA StatiCa são totalmente aplicáveis a ligações de alumínio.
• A única diferença é o fator de resistência à tração k₂ para parafusos de cabeça escareada e parafusos de alumínio.
  Estes tipos não são suportados no IDEA StatiCa Connection, nem os rebites.

Para parafusos de aço normalizados (a escolha típica em estruturas de alumínio), todas as verificações permanecem válidas.

Note-se que a EN 1999 exige explicitamente proteção contra corrosão galvânica quando o alumínio está em contacto com outros metais, como o aço.

Parafusos pré-esforçados (por atrito)

O coeficiente de atrito para a EN 1993-1-8 baseia-se nas superfícies/tratamento de atrito. O coeficiente de atrito para a EN 1999-1-1 baseia-se na espessura das superfícies de atrito. 

No IDEA StatiCa, o coeficiente de atrito μ pode ser definido diretamente nas Definições do projeto, pelo que os valores podem ser aplicados sem limitações.

Soldaduras

Quando existe soldadura, a zona termicamente afetada (ZTA) sofre uma redução significativa da resistência devido à degradação do material. Estas zonas não são automaticamente reconhecidas pela aplicação, pelo que os utilizadores devem representá-las explicitamente.

Isto pode ser feito:

• definindo um material ZTA separado e atribuindo-o à parte afetada da chapa.
• aplicando de forma conservativa as propriedades ZTA a toda a ligação, o que evita modificações geométricas complexas

A condição de plasticidade de Von Mises é utilizada como critério de rotura no IDEA StatiCa. Esta está em conformidade com o pressuposto da EN 1993-1-8. As soldaduras devem ter um material atribuído que corresponda à resistência ZTA.

Conclusão 

✅ Os coeficientes parciais para materiais, parafusos e soldaduras são consistentes entre a EN 1999‑1‑1 e a EN 1993‑1‑8.

⚠️ Os materiais de alumínio não estão incorporados e devem ser definidos pelo utilizador, incluindo as resistências ZTA corretas.

⚠️  O limite de deformação plástica deve ser adotado de forma conservativa. A deformação plástica para análise é altamente dependente do estado de tratamento e do processo de conformação.

❌ O módulo de endurecimento E₁ depende de fᵤ, f₀, ε_el, ε_max para o alumínio. O IDEA StatiCa utiliza a relação fixa que não pode ser alterada. O baixo endurecimento por deformação no IDEA StatiCa é conservativo.

✅ As verificações normativas para parafusos de aço normalizados e pré-esforçados são compatíveis com a configuração atual no IDEA StatiCa.

✅ As verificações de soldaduras são compatíveis.

⚠️ As zonas ZTA devem ser definidas explicitamente, ou toda a ligação pode utilizar de forma conservativa as propriedades ZTA.

⚠️ A solução para ligações de alumínio não foi verificada. 

Nota: Uma explicação mais detalhada deste tema é fornecida no documento PDF.