La herramienta de dimensionamiento de soldaduras calcula el tamaño óptimo de la soldadura basándose en entradas específicas y estrategias definidas, como Estimación de capacidad, Resistencia completa, Ductilidad mínima o Exceso de resistencia. El nuevo diseño se crea en función de los ajustes seleccionados, que se explican con más detalle a continuación. Esta función actúa como un potente asistente para eliminar las iteraciones manuales, ofreciendo una sólida propuesta de diseño lista para su verificación final.
En IDEA StatiCa Connection, existen dos estrategias de dimensionamiento de soldaduras disponibles para todos los usuarios:
- con sobreesfuerzo
Para los usuarios del Eurocódigo, hay dos más:
Para los usuarios del AISC, hay una más:
Cómo llamar a las funciones
El dimensionamiento de soldaduras puede llamarse mediante:
- Pulsando el botón Dimensionado de soldaduras en el panel superior
- En el diálogo Operaciones
- Pulsando con el botón derecho sobre las Operaciones seleccionando Autodiseñar todo, pero aquí no sólo se autodiseñarán soldaduras sino también pernos.
- Pulsando con el botón derecho del ratón sobre las operaciones y seleccionando un tipo específico de dimensionado de Soldadura
- Pulsando con el botón derecho del ratón sobre la operación con soldadura y seleccionando Autodiseñar, pero aquí autodiseñará no sólo soldaduras sino también pernos, en una operación específica.
Cuando llame a la función, es necesario especificar el método de dimensionamiento de Soldadura en el diálogo de Operaciones. Generalmente, el tamaño de las soldaduras se incrementará en este orden:
Los métodos se describen detalladamente a continuación.
Ajustes que afectan al tamaño de la soldadura
El proceso de dimensionamiento de la soldadura viene determinado por los ajustes globales específicos. El algoritmo evalúa las siguientes entradas:
- Soldaduras: Objetivo de utilización de la capacidad: Este límite se define en Ajustes del proyecto > Diseño - General (El valor por defecto es 0,9). El algoritmo compara las cargas reales actuantes con este valor establecido para encontrar una solución que cumpla el requisito. El valor específico que se comprueba es la Utilización esUtc.
- Soldaduras: Factor de sobreesfuerzo: Este factor asegura que la soldadura es más fuerte que el miembro conectado para permitir la formación de bisagras plásticas, tal y como recomienda EN 1993-1-8 - 6.2.3 (5) (normalmente 1.4 o 1.7). El límite se define en Configuración del proyecto > Cálculo - General (por defecto 1,4) y se aplica sólo cuando se selecciona el método de dimensionamiento 'Sobreesfuerzo'.
- Regla de redondeo: La altura de una soldadura se ajusta según la configuración de redondeo en Proyecto > Preferencias > Unidades de aplicación - Redondeo de nueva entidad > Tamaño de soldadura.
- Incrementos del regulador: El valor mínimo por 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 la capacidad
El dimensionamiento de la soldadura para la estimación de la capacidad proporciona automáticamente tamaños de soldadura que son lo suficientemente fuertes como para transferir las cargas establecidas.
Cómo funciona la función
En la pestaña de resultados de las soldaduras, aparecen dos ratios de utilización. El Ut (utilización de tensiones) muestra el valor de utilización del elemento finito más tenso de toda la soldadura (valor pico), mientras que el Utc (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 de los modelos basados en el 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 Utc utiliza una función de estimación de aprendizaje automático. Basándose en el aprendizaje de un gran número de modelos de conexiones soldadas y varios escenarios de carga, el algoritmo puede predecir con precisión la capacidad restante de la soldadura. El número se muestra en Comprobar, en la pestaña Soldaduras , en la columna Utc.
Esta funcionalidad utiliza IA y aprendizaje automático para determinar la capacidad de las soldaduras. ¡Y lo mejor es que la aplicación puede hacerlo dentro de un umbral del 10%! Esto puede considerarse un resultado excelente.
Por el momento, está implementado en Eurocode y AISC.
El dimensionamiento de soldaduras para la estimación de la capacidad requiere resultados. El tamaño de las soldaduras en ángulo se ajusta de acuerdo con 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 ajustado
- \(Ut_c\) - estimación de capacidad basada en un algoritmo de aprendizaje automático visible en la comprobación de Soldadura
- \(Ut_{target}\) - utilización objetivo en Ajustes → Diseño → Autodiseño → Dimensionamiento de soldadura.
Tenga en cuenta que los tamaños de soldadura están limitados por reglas de detallado, por ejemplo, el tamaño de la soldadura no puede ser inferior a 3 mm (EN 1993-1-8 - 4.5.2). Estas normas de detalle se respetan. Además, tenga en cuenta que las soldaduras múltiples en IDEA StatiCa a menudo se establecen en un único valor. En estos casos, el tamaño se establece de acuerdo con el más utilizado.
También está disponible un bucle de cálculo. Cuando el método de dimensionamiento de soldaduras se establece en estimación de capacidad:
- Dimensiona las soldaduras de filete a plena resistencia
- Calcula el modelo
- Dimensiona las soldaduras en ángulo a la estimación de capacidad
- Calcula el modelo
Las soldaduras se ajustan entonces a la utilización objetivo o por debajo de ella con un solo clic.
Ductilidad mínima
El dimensionamiento de la soldadura a la ductilidad mínima proporciona automáticamente conexiones soldadas lo suficientemente fuertes como para evitar fallos por fragilidad. La resistencia de la soldadura permite el cedimiento inicial de la placa, pero en última instancia, la soldadura se rompe.
El requisito de ductilidad mínima de las uniones soldadas en FprEN 1993-1-8:2023 - 6.9(4). Tiene su origen en el anexo nacional holandés de la norma EN 1993-1-8, donde la relación fija entre la resistencia de la soldadura y la resistencia de la chapa es de 0,8. También se incluye en la norma de uso generalizado FprEN 1993-1-8:2023. También se incluye en libros verdes muy utilizados en el Reino Unido, concretamente en los capítulos C2 y C3. Sin embargo, la relación fija sólo es adecuada para el grado de acero S355. En la segunda generación del Eurocódigo, se amplía a todos los tipos de acero.
Este requisito se comprueba en el caso de las soldaduras en ángulo por ambos lados:
\[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 la garganta de soldadura
- \(t\) - espesor de la chapa unida por el borde
- \(\beta_w\) - factor de correlación de soldadura
- \(\gamma_{M2}\) - factor de seguridad para pernos y soldaduras; editable en la configuración del Código
El espesor de la garganta de una soldadura en ángulo por un solo lado es dos veces mayor que el de una soldadura en ángulo por dos lados.
Tenga en cuenta que el método es útil para soldaduras con carga transversal y funciona si la placa está unida por toda su anchura.
Resistencia total
El dimensionado de soldaduras a plena resistencia proporciona automáticamente soldaduras más resistentes que la placa conectada. En el cálculo, se asume que las placas están cargadas en tensión y las soldaduras transversalmente como el peor caso para la resistencia y ductilidad de la soldadura. Este diseño es útil para evitar fallos frágiles de las soldaduras para cargas estáticas.
Este planteamiento también se incluye en libros ecológicos muy utilizados en el Reino Unido, concretamente en el capítulo C1.
Este requisito se comprueba para las soldaduras de filete de doble cara mediante:
\[a/t=\frac{\beta_w\gamma_{M2} f_y}{\sqrt{2} f_u \gamma_{M0} }\].
donde:
- \(a\) - espesor de la garganta de soldadura
- \(t\) - espesor de la chapa unida por el borde
- \(\beta_w\) - factor de correlación de la soldadura
- \(f_y\) - límite elástico de la chapa
Tenga en cuenta que el método es útil para soldaduras con carga transversal y funciona si la placa está unida por toda su anchura.
Soldaduras con sobrecarga
El dimensionamiento de soldaduras con sobreresistencia proporciona automáticamente soldaduras mucho más resistentes que la placa 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 bisagra plástica.
En el cálculo, se asume que las placas se cargan a tracción y las soldaduras transversalmente como el peor caso para la resistencia y ductilidad de la soldadura. Este diseño es útil para evitar fallos frágiles de las soldaduras para el diseño plástico o carga cíclica. Nótese que el gran tamaño de la soldadura no garantiza automáticamente una alta ductilidad. Al contrario, puede dar lugar a tensiones residuales y deformaciones excesivas causadas por la contracción de la soldadura.
Este requisito se comprueba para las soldaduras de filete de doble cara mediante:
\[a/t=\frac{\beta_w\gamma_{M2} f_y}{\sqrt{2} f_u \gamma_{M0} } \f_{sobrefuerza}]
donde:
- \(a\) - espesor de la garganta de soldadura
- \(t\) - espesor de la chapa unida por el borde
- \(\beta_w\) - factor de correlación de soldadura
- \(\gamma_{M2}\) - factor de seguridad para pernos y soldaduras; editable en la configuración del Código
Tenga en cuenta que el método es útil para soldaduras con carga transversal y funciona si la placa está unida por toda su anchura.