MATERIAIS DA CONSTRUÇÃO MATRIAL DO AVA UNI 04

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UNIDADE 4. 
Ciência dos materiais de construção: 
o uso do aço na construção civil 
OBJETIVOS DA UNIDADE 
• Apresentar os conceitos sobre o aço; 
• Apontar as propriedades predominantes do aço; 
• Conhecer as origens e processos dos materiais estudados; 
• Apresentar as técnicas de construção mais utilizadas na 
construção, com qualidade, desempenho e durabilidade; 
• Apresentar os termos técnicos e desenvolver postura crítica na 
escolha dos materiais e técnicas construtivas; 
• Identificar patologias e falhas, resultantes de emprego e 
manuseio inadequados dos materiais. 
TÓPICOS DE ESTUDO 
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Aço 
– 
// Fabricação 
// Estrutura/tratamento 
// Propriedades 
// Classificação 
Uso na construção 
– 
// Ligações 
// Perfis 
// Lajes, vigas e pilares 
// Métodos construtivos 
// Normativas 
// Patologias 
 
Aço 
 
A humanidade trabalha com a metalurgia há muito tempo, tanto para a fabricação de 
utensílios domésticos quanto para a fabricação de armas. 
Utilizando diversos metais, desenvolveu-se novas tecnologias e 
conhecimentos para a extração, o refino e o tratamento desses 
minérios, possibilitando sua utilização para outras coisas, como para a 
fabricação de moedas, joias, armaduras etc. Considerado na história 
como um avanço científico, marca o fim da chamada Pré-História e o 
início da Idade dos Metais, subdividida em Idade do Cobre, Idade do 
Bronze e Idade do Ferro. 
Os primeiros artefatos de ferro que se tem informação são artigos 
encontrados no Egito, por volta de 2900 a.C. Fogueiras foram edificadas 
à base de rochas de minério de ferro, com a intenção de promover o 
contato de partículas quentes de carbono com partículas de óxido de 
ferro. Isso principia o processo de redução e o reverte em uma massa 
escura, não fundida, liberando a sua deformação plástica através de 
técnicas de forjamento, resultando em utensílios de diferenciadas 
propriedades mecânicas. 
 
O ferro é um dos elementos mais abundantes na crosta terrestre, 
encontrado em minérios como hematita (Fe2O3), magnetita (Fe3O4), 
siderita (FeCO3), entre outros; desta forma, é possível produzir o ferro 
com diversos elementos. Uma usina siderúrgica processa o minério 
(hematita é o mais comum) para reduzir o oxigênio através do carbono. 
Nesse contexto, o carvão cumpre um papel duplo: o primeiro é o de 
combustível, para alcançar altas temperaturas (acima de 1500 °C), 
necessário para fusão do minério; o segundo é o de redutor, pois o 
carbono se associa ao oxigênio que se desprende com a alta 
temperatura. 
Tal processo de remoção se chama redução, e ocorre dentro do alto 
forno, onde o processo inicial resulta em ferro-gusa, que contém de 3,5 
a 4,0% de carbono em sua estrutura; em uma segunda fusão, tem-se o 
ferro fundido com teores de carbono entre 2,0 e 6,7%, ainda com 
análises de silício, fósforo, enxofre, manganês etc.; por fim, o ferro-gusa 
ou o ferro fundido segue para uma unidade da siderurgia denominada 
aciaria, onde é processado o aço, uma liga metálica de ferro composta 
por, no máximo, 2,11% de carbono (FERRAZ, 2003). 
FABRICAÇÃO 
 
O processo siderúrgico citado permite transformação em diferentes tipos de aços, por 
forma, tamanho, uniformidade ou composição química. 
De maneira geral, as excelentes propriedades mecânicas como boa 
resistência à tração, compressão, flexão, homogeneidade, capacidade 
de ser laminado, forjado, estampado e estriado fazem com que o aço 
seja produzido para diversas finalidades. 
Considerando que sua fabricação necessita de um sistema industrial 
válido para a obtenção de aço, sendo obtido do minério de ferro, a 
siderurgia acaba tendo um baixo custo quando comparada a outros 
processos para metais e ligas metálicas com boa resistência. De acordo 
com Dias (1999), as etapas de produção do aço se dividem em: 
Preparação 
Etapa anterior ao envio para o alto forno. O carvão e o minério são 
preparados para que ocorra melhoria do rendimento e economia do 
processo. O carvão é destilado, obtendo um coque e subprodutos 
carboquímicos; o minério é, então, convertido em pelotas. 
Redução 
Durante este procedimento, o ferro se condensa e passa a ser 
chamado de ferro-gusa ou ferro de primeira fusão. A formação da 
escória, matéria-prima na produção do cimento, é consequência da 
presença de impurezas como calcário, sílica etc. 
Refino 
Etapa em que o ferro-gusa, ainda em estado líquido, é levado para a 
aciaria e é transformado em aço, mediante queima das adições e 
impurezas. O refino do aço se faz em fornos à base de injeção de 
oxigênio ou elétricos. 
Laminação 
Etapa em que o aço, ainda em solidificação, é transformado 
mecanicamente em produtos siderúrgicos empregados pela indústria 
de transformação, tais como chapas grossas e finas, bobinas, 
vergalhões, arames, perfilados, barras etc. 
 
ESTRUTURA/TRATAMENTO 
Os metais são constituídos por um aglomerado compacto de átomos, solidificando-se pela 
formação de cristais, denominada estrutura cristalina. 
Os aços são ligas de ferro-carbono, sendo necessário visualizar os 
aglomerados de átomos de ferro (raio atômico 140 pm) e as formas 
cristalinas que o elemento pode assumir (TSCHIPTSCHIN, 2017). 
Em alta temperatura, o aço apresenta uma estrutura denominada 
cúbica de face centrada – CFC. Trata-se de uma estrutura formada por 
oito átomos de ferro (vértices) em uma célula unitária cúbica, com 
outros seis átomos nas faces do cubo. Observando a Figura 2a, 
percebe-se que os átomos são divididos: as faces possuem somente 
metade de cada átomo, enquanto os vértices possuem somente 1/8. 
Em baixa temperatura, os átomos de ferro se organizam de forma 
diferente, formando uma estrutura denominada cúbica de corpo 
centrado – CCC, com os mesmos oito átomos nos vértices e um único 
átomo no centro do cubo, como podemos observar na Figura 2b. 
 
A estrutura CFC, denominada austenita, é estável em temperaturas 
muito altas, como laminação ou forjamento (1000 a 1200 °C); quando a 
temperatura é inferior a 912 °C, ocorre a transformação do CFC para a 
estrutura CCC. A estrutura CCC é denominada ferrita e se mantém 
estável desde a temperatura ambiente. Praticamente todos os 
tratamentos térmicos realizados em aços se baseiam nessa 
transformação, o que garante a possibilidade de se obter materiais 
mais duros e resistentes ao desgaste e à fadiga. 
Vale lembrar que o aço é composto por ferro e carbono, porém o 
carbono é muito pequeno (raio atômico 70 pm), ocupando posições 
vazias, existentes no cristalino do ferro, as chamadas posições 
intersticiais. 
Quando o teor de carbono é mais alto, este se agrupa com o ferro, 
formando uma fase cerâmica – carboneto de ferro (Fe3C) –, 
denominada cementita. Trata-se de estrutura complexa, composta de 
16 átomos por célula unitária, 12 de ferro e 6 de carbono, sendo uma 
fase muito dura e frágil, como o vidro (TSCHIPTSCHIN, 2017). 
 
Existe um equilíbrio para as ligas Fe-C e este é explorado nos 
tratamentos térmicos, para os quais o aço é submetido. As 
transformações entres faixas de temperatura para as fases de ferrita 
(CCC), austenita (CFC) e cementita são estáveis, sendo possível prever 
quando se formam, se resfriadas lentamente (no equilíbrio). A 
precipitação da cementita ocorre de forma alternada da ferrita, 
formando uma outra estrutura denominada perlita, considerada um 
compósito natural, visto que se agrupam de forma alternada. 
Quando um aço com aproximadamente 50% de ferrita e 50% de perlita 
é aquecido em uma temperatura acima de 727 °C, a considerada zona 
crítica, ocorre a transformação da perlita em austenita (CFC), e a ferrita 
(CCC) permanece estável. Se aquecermos todo o material em 
temperatura acima de aproximadamente 830 °C, ocorre sua 
transformação total em austenita. Se a resfriarmos lentamente, a 
austenita se transforma em ferrita, e, finalmente, a 727 °C, toda a 
austenita se tornaperlita; dessa forma, a cementita endurece o aço e a 
ferrita o mantém resistente. Com esse controle, é possível organizar os 
átomos de diversas maneiras. 
Segundo Ferraz (2003), entre os tratamentos térmicos mais utilizados 
com aço, estão: 
Recozimento 
Para remover tensões como forjamento e laminação, diminuir a dureza 
e alterar as propriedades mecânicas, utiliza-se a velocidade de 
resfriamento lenta e um aquecimento superior à temperatura crítica. 
Normalização 
Com objetivos semelhantes ao anterior, mas com um resfriamento 
posterior menos lento, refina a granulação grosseira do aço fundido, 
além de ser aplicável em peças que foram laminadas ou forjadas. 
Têmpera 
Para obter uma alta dureza, é feito o resfriamento rápido de uma 
temperatura superior à crítica. Tal tratamento leva ao aumento de 
resistência à tração e à redução da maleabilidade, trazendo tensões 
internas à peça. 
Revenido 
Com o aquecimento inferior a 723 °C (crítica), geralmente, sucede a 
têmpera. Tal processo ocorre devido ao alívio das tensões internas, que 
corrige a dureza e a fragilidade, aumentando a resistência ao choque e 
à maleabilidade. 
PROPRIEDADES 
Ao utilizar estruturas metálicas como campo de estudo, podemos realizar um teste de 
resistência: submetendo uma barra metálica a um esforço de tração crescente, ela 
apresenta um aumento de comprimento. 
Analisando esta deformação, pode-se classificar alguns conceitos e 
propriedades dos aços (ANDRADE, 1994): 
Elasticidade 
Habilidade do aço de retornar à sua forma original após repetidos 
ciclos de carregamento e descarregamento. O material passa por 
transformações, por meio das tensões de tração ou de compressão, 
que podem ser elásticas ou plásticas, devido à natureza cristalina dos 
metais. O módulo de elasticidade dos aços estruturais é em torno de 
205.000 MPa, a uma temperatura de 20 °C. 
Plasticidade 
Modificação definitiva, ocasionada pelo efeito de tensões iguais ou 
superiores ao balizador do escoamento do aço. Para limitar sua 
deformação, o correto é dificultar que a tensão correspondente ao 
limite de escoamento seja obtida nas seleções transversais das barras. 
Ductilidade 
Habilidade peculiar do material se deformar plasticamente sem seu 
rompimento, definida pela amplitude do patamar de escoamento. As 
características das estruturas metálicas são de extrema importância, 
visto que estas admitem a redistribuição das tensões locais elevadas. 
Assim, as peças de aço suportam grandes deformações antes de seu 
rompimento, elaborando um prévio aviso sobre a presença de tais 
tensões. 
Tenacidade 
Competência do material de atrair energia quando exposto à carga de 
impacto. A energia total, elástica e plástica, é integrada ao material 
através de seu volume, até sua ruptura. Assim, um material dúctil, que 
possua a mesma resistência de um material frágil, dispõe de uma 
maior tenacidade, visto que demanda maior quantidade de energia 
para ser rompido. 
Fragilidade 
Trata-se do inverso da ductilidade, portanto as peças se rompem 
bruscamente, sem aviso prévio, o que ocasiona acidentes em pontes e 
navios, por exemplo. 
Habilidade do aço de absorver a força atuante em seu regime elástico, 
obtendo energia. 
Fluência 
Os materiais sofrem ajustes plásticos, que auxiliam os pontos de 
tensão. Em geral, temperaturas altas nos metais facilitam a deformação 
plástica; nos aços, temperaturas superiores a 350 °C facilitam essa 
fluência. 
Fadiga 
Quebra do material sob esforços repetidos ou cíclicos, possível de 
acontecer em materiais dúcteis também. 
Dureza 
Resistência que a superfície do material proporciona à penetração, ao 
risco ou à abrasão, que pode ser causada por uma peça de maior 
dureza. Esta habilidade é de vital importância para chapas de aços. 
CLASSIFICAÇÃO 
O aço carbono é uma liga de ferro-carbono que contém, geralmente, 
de 0,008 a 2,11% de carbono, além de certos elementos residuais do 
processo de fabricação; o aço-liga é composto de aço carbono com 
outros elementos de liga residuais, em teor acima dos que são 
considerados normais. Os aços carbono são divididos em três 
categorias (PANNONI, 2005), apresentadas a seguir: 
• Aços com baixo teor de carbono: C < 0,03%, possuem grande 
ductilidade, não admitem têmpera e são utilizados para trabalhos 
mecânicos e soldagens (construção de pontes, navios, edifícios, 
peças de grandes dimensões etc.); 
• Aços com médio teor de carbono: 0,03% < C < 0,7%, possuem boa 
tenacidade e resistência, se temperados e revenidos, além de 
serem utilizados em engrenagens, bielas, cilindros e peças 
motoras; 
• Aços com alto teor de carbono: C > 0,7%, possuem elevada 
dureza e resistência após a têmpera, e são utilizados em molas, 
ferramentas, pinos, entre outros acessórios de máquinas. 
Dentre os aços com baixo teor de carbono, é possível desenvolver aços 
microligados, especificados por sua resistência mecânica e não por sua 
composição química. Em níveis muito pequenos, os aços microligados 
sofrem pequenas adições de elementos, sendo destinados a estruturas 
em que a soldagem e a resistência são importantes. 
Os aços-liga, por sua vez, podem ser subdivididos em dois grupos: 
• Aços de baixo teor de ligas, que contêm elementos de liga abaixo 
de 8%; 
• Aços de alto teor de ligas, que contêm elementos de liga acima de 8%. 
De modo geral, segundo Pannoni (2005), podemos representar os aços 
conforme mostra a Figura 3. 
 
Os aços Hadfield são os precursores dos aços com alto teor de 
manganês (Mn). O aço austenítico manganês, cúbico de face centrada 
como fase primária, combina alta tenacidade e ductilidade com alta 
capacidade de endurecimento em trabalho e boa resistência ao 
desgaste. Além disso, tal aço é utilizado em terraplenagem, minas e 
pedreiras, perfuração de petróleo e equipamentos para manuseio e 
processamento térreo de materiais, como britadores, moinhos, 
escavadoras, entre outros (LIMA, 2009). 
Com o devido tratamento, é possível desenvolver aços especiais, 
resistentes à corrosão atmosférica, ideais para estruturas de aço 
aparente. Aços que, mesmo sem proteção adicional, resistem a esse 
tipo de corrosão são chamados de aços patináveis ou aclimáveis; 
comercialmente chamados de Corten, tais aços estão disponíveis sob 
forma de chapas, bobinas e perfis soldados. A pátina é resultado de 
uma camada de óxido compacta e aderente, e funciona como barreira 
de proteção contra a corrosão (FERRAZ, 2003). 
Os aços inoxidáveis são, basicamente, ligas ferro-cromo. Outros metais 
atuam como elementos de liga, mas o cromo é o mais importante e sua 
presença garante resistência à corrosão. Esta resistência se deve à 
formação de finas películas de óxido de cromo na superfície do 
material, que protege o metal do ataque causado pelo meio corrosivo. 
O termo “aço inoxidável” é considerado somente em relação a aços 
com mais de 11,5% de cromo. A partir desse limite mínimo, a película 
formada passa a ter as seguintes propriedades: 
Volatilidade praticamente nula, alta resistência elétrica, boa aderência, 
boa plasticidade, insolubilidade muito alta, baixa porosidade e difícil 
transporte catiônico. 
A classificação mais simples e mais usada dos aços inoxidáveis é 
baseada na microestrutura que eles apresentam à temperatura 
ambiente. Nessas condições, são considerados três grupos de uso mais 
generalizados: aços inoxidáveis martensíticos temperáveis; aços 
inoxidáveis ferríticos não temperáveis; aços inoxidáveis austeníticos 
não temperáveis. 
Os aços inoxidáveis martensíticos são muito usados nas indústrias 
químicas e petroquímicas, aeronáuticas e aeroespaciais, na geração de 
energia e no ramo de cutelaria e ferramentaria. Os aços inoxidáveis 
ferríticos são empregados na produção de capotas de automóveis, 
equipamentos de restaurante, câmaras de combustão, aquecedores, 
entre outros. Os aços inoxidáveis austeníticos são os mais utilizados, 
devidoa sua alta resistência à corrosão e à conformabilidade. 
Aços ao cromo-níquel também são comumente empregados, sendo o 
mais conhecido o 18-8, em que o teor médio de cromo é 18% e o de 
níquel 8%. A introdução do níquel melhora consideravelmente a 
resistência à corrosão e à oxidação a altas temperaturas, visto que, na 
maioria dos reagentes, o níquel é mais nobre que o ferro, além de 
formar uma camada de óxido que protege o aço espontaneamente. 
Com características de não magnetismo e estrutura austenítica (CFC) à 
temperatura ambiente, o aço conserva propriedades mecânicas, 
conforme seu tratamento e finalidade. Assim, possibilita-se sua 
utilização na fabricação de utensílios domésticos, porcas, eletrodos de 
solda, peças de forno, estufas, aparelhos de pressão, parafusos, 
indústrias químicas, navais, de alimentos, entre outros. 
Na siderurgia, o carbono desempenha um papel importante para 
localizar um aço pertencente à classe martensítica ou ferrítica. Um aço 
com 16% de cromo, por exemplo, pode pertencer a ambas as classes, 
dependendo de seu teor de carbono. Contudo, outros aços resistentes 
à corrosão, com características importantes, como duplex e super 
duplex, superausteníticos, ferrítico EBI, supermartensíticos, dentre 
outros, vêm sendo empregados em condições especiais. Lembre-se 
que nenhum material é totalmente inoxidável, é necessário estar ciente 
de suas características e comportamentos. 
EXPLICANDO 
A siderurgia trabalha, principalmente, com o aquecimento e resfriamento 
controlado do aço, agrupando e realinhando os átomos de ferro, carbono e 
outros materiais ao longo da peça, para atribuí-los às propriedades desejadas. 
Assim, desde a Revolução Industrial, ele é produzido e utilizado em larga 
escala. 
 
Uso na construção 
Na Inglaterra, desde o fim do século XVII, investiu-se em novas técnicas de 
produção de ferro em larga escala. 
Em Coalbrookdale, a primeira alternativa viável foi obtida quando se 
patenteou um método produtivo de postes de ferro em fornalha de 
combustão. É evidente, portanto, que o ferro revolucionou o ramo da 
construção, possibilitando que estruturas mais leves, sem paredes 
internas e com janelas maiores fossem construídas. 
Tais tecnologias permitiram, também, a construção da primeira ponte 
de ferro fundido, a Ironbridge Gorge, em Coalbrookdale, Inglaterra. A 
ponte (Figura 4) foi inaugurada em 1781 e, em 1986, listada como 
Patrimônio da Humanidade pela UNESCO. 
Em 1856, Henry Bessemer patenteou um processo de produção em 
massa de aço, o primeiro com um custo acessível. Pouco depois, em 
1870, iniciou-se a construção da Brooklyn Bridge, EUA, a primeira ponte 
feita em aço no mundo. Na época, era também a maior de todas as 
pontes suspensas (Figura 5).
 
 
Tendo o aço em escala industrial na Revolução do século XIX, a 
construção civil ganhou destaque com a construção de edifícios altos, 
metálicos e com elementos modernos, tais como laterais apoiadas 
sobre viga em balanço e estabilidade lateral. 
Tal estabilidade é garantida por sistemas semelhantes ao de 
contraventamento, encontrados no edifício da Fábrica de Chocolates, 
de 1872, na França, considerado o primeiro edifício de andares 
múltiplos e de estrutura metálica a ser projetado (Figura 6). As 
primeiras construções de ferro foram impulsionadas por avanços 
tecnológicos como o elevador, o que auxiliou para uma maior 
verticalização dos edifícios e o surgimento dos primeiros arranha-céus 
(TEOBALDO, 2004). 
 
 
A planta livre, espaço livre de pilares na área central, propiciada pelo 
esqueleto estrutural em aço, foi um dos elementos da arquitetura 
moderna da Escola de Chicago e de Bauhaus, responsável por agregar 
novos conceitos formais e estruturais para todo o mundo, após a 
Segunda Guerra Mundial. 
Elementos da arquitetura como a planta livre, o esqueleto estrutural e 
a parede cortina propiciaram espaços internos mais amplos e 
construções mais leves, com execução racionalizada e rápida. Tais 
propriedades podem ser identificadas nos edifícios Lake Shore Drive 
Apartments (Figura 7), 1949–1950, em Chicago, e Lever House (Figura 
8), 1950/1952, em Nova York. 
 
 
Com a fundação da Companhia Siderúrgica Belgo-Mineira no Brasil, na 
década de 1920, a indústria siderúrgica brasileira começou a avançar, 
mas foi somente na inauguração da Companhia Siderúrgica Nacional 
(CSN), em 1941, que a produção de aço passou a ser mais abrangente 
(PALATNIK, 2011). Além disso, em 1953, a criação da Fábrica de 
Estruturas Metálicas (FEM), também pertencente à CSN, cooperou para 
a difusão da tecnologia da construção em aço, no Brasil. 
Tal tecnologia contribuiu para a construção de importantes edifícios de 
andares múltiplos em estrutura metálica, como o Edifício Avenida 
Central, em 1957, de Henrique Ephin Mindlin; o Edifício Montepio dos 
Empregados do Estado; e o edifício-garagem da nova sede do Jockey 
Club, em 1956, de Lúcio Costa, no Rio de Janeiro. Além disso, há o 
Brasília Palace Hotel e o Palácio do Desenvolvimento, ambos de Oscar 
Niemeyer, em Brasília (DIAS, 1999). 
Os aços utilizados na construção civil, ou aços estruturais, são aqueles 
que, por conta de suas características de resistência, ductilidade etc., 
são mais apropriados para a utilização em elementos que suportam 
cargas, como é o caso dos edifícios (TEOBALDO, 2004).
 
As principais particularidades para os aços destinados à aplicação 
estrutural são: elevada tensão de escoamento, tenacidade, boa 
soldabilidade, conformidade microestrutural, vulnerabilidade de corte 
por chama e sem endurecimento, além de boa trabalhabilidade em 
operações, tais como corte furação e dobramento, sem que surjam 
fissuras ou outros defeitos (CBCA, 2014). 
Tensão de escoamento 
Também chamado de limite de escoamento, é o nome dado quando se 
analisa a deformação de um determinado material. Tal análise busca 
verificar até quanto de força um material resiste, chegando ao ou 
passando do limite elástico de deformação. 
Tenacidade 
Capacidade de um material de absorver energia e deformar 
plasticamente sem fraturar. 
Soldabilidade 
Facilidade que os materiais têm de se unirem por meio da soldagem e 
de formarem uma série contínua e sólida, sem alteração das 
propriedades mecânicas dos materiais originais. A boa soldabilidade se 
apresenta, após a soldagem, sem concentração excessiva de tensões 
internas e com boas propriedades mecânicas de tenacidade e 
ductilidade. 
Corte por chama 
Processo de corte térmico, que utiliza oxigênio e uma fonte de 
combustível, para criar uma chama com energia suficiente para 
derreter e cortar o material. O corte possibilita velocidades elevadas e 
o processamento de chapas espessas; no aço de construção, podem 
ser superadas espessuras de 30 milímetros. 
Os aços estruturais podem ser classificados em três grupos principais, 
conforme a tensão de escoamento mínima especificada (CBCA, 2014): 
• Aço carbono de média resistência, com limite de escoamento 
mínimo de 195 a 259 MPa; 
• Aço de alta resistência e baixa liga, com limite de escoamento 
mínimo de 290 a 345 MPa; 
• Aços ligados tratados termicamente, com limite de escoamento 
mínimo de 630 a 700 MPa; 
Por ser um elemento que marcou a Revolução Industrial, muitos 
atribuem a Torre Eiffel ao aço, porém ela é de ferro, e suas treliças 
montadas em torre demonstram a capacidade e precisão que a 
metalurgia alcançava. O aço, na construção, é muito mais evidente 
após a Segunda Guerra Mundial, tendo a ponte Golden Gate e a Ópera 
de Sydney como exemplos. 
LIGAÇÕES 
Os aços permitem ligações que realizam a transmissão de esforços (cantoneiras, 
placa de base etc.) e promovem a união entre as partes da estrutura (soldas, 
parafusos, barras roscadas, chumbadores). 
Elas podem ser classificadas segundo os meios de ligação, segundo o 
esforço solicitante e segundo a rigidez, elementos que se relacionam 
com o comportamentoda conexão (TEOBALDO, 2004). 
No caso, os elementos soldados possibilitam maior rigidez das ligações, 
redução de custos de fabricação, de quantidade, melhor acabamento 
final e facilidade de limpeza, pintura e execução em estruturas 
existentes. Por outro lado, há a dificuldade para montagem e 
desmontagem, afetando o controle de qualidade da obra. 
Basicamente, existem cinco tipos de juntas baseadas na posição 
relativa das peças a serem soldadas, sendo eles: topo, T, canto, 
sobreposta e borda (Figura 9). 
 
Outro tipo comum de ligação é a ligação parafusada. Por conta de sua 
mobilidade, é mais utilizada em peças como guarda-corpos, corrimãos, 
entre outras. Além disso, a possibilidade de montagem e 
desmontagem garantem às ligações parafusadas uma grande 
participação na urbanização, presentes em estruturas como pisos 
elevados e divisórias. Por suas furações específicas, costumam ser 
padronizadas em sua fabricação. 
Segundo Valenciani (1997), um fato importante para uma conexão 
perfeita da ligação estrutural é o perfil das roscas e sua tolerância de 
fabricação, tanto para parafusos de alta resistência quanto para 
parafusos comuns. 
Os parafusos comuns, de qualidade estrutural, são feitos de aço de 
baixo carbono, com resistência mínima de 415 Mpa; os parafusos 
de alta resistência têm tratamento térmico do aço de médio 
carbono, para ligações com aço estrutural e escoamento de 
aproximadamente 560 a 630 Mpa; os parafusos de aço-liga, 
tratados termicamente, têm um limite de escoamento de 
aproximadamente 790 a 900 MPa. 
Segundo o autor, em ligações parafusadas cuja força resultante é 
perpendicular ao eixo dos parafusos, a transmissão da força ocorre por 
meio de dois mecanismos: o atrito mobilizado entre as partes e o 
contato do corpo dos parafusos em seus respectivos furos 
PERFIS 
Sobre os tipos de perfis estruturais, pode-se dizer que se diferenciam pelos 
tipos de fabricação, sendo eles: perfis laminados, perfis soldados, perfis 
estruturais formados a frio e perfis tubulares (TEOBALDO, 2004). 
No Brasil, perfis laminados seguem o padrão americano: perfil H, perfil 
I e perfil U, podendo ser empregados, também, como elementos de 
ligação. Os perfis soldados são obtidos através do corte, da composição 
e da soldagem de chapas planas de aço, que permitem grande 
variedade de formas e dimensões, reduzindo, consequentemente, seu 
custo. 
Além disso, os perfis soldados são projetados quando os perfis 
laminados não suportam as ações atuantes. A Figura 10 apresenta as 
nuances do perfil laminado para o perfil soldado. 
 
Figura 10. Diferenças entre perfis. (Adaptado). 
Os perfis dissonantes, heterogêneos, com larguras diferentes e alma de 
grande dimensão são considerados especiais e, portanto, devem ser 
calculados e projetados para fabricação, uma vez que não se incluem 
nos catálogos de perfis já padronizados. 
Os perfis estruturais formados a frio (Figura 11) são adquiridos pela 
metodologia de dobramento a frio de chapas finas de aço (entre 1,50 e 
4,76 mm). Em certos momentos, dispõem de bordas normais ou 
enrijecidas, enquanto os cantos são sempre arredondados. Tais perfis 
são recomendados em construções leves e empregados em elementos 
estruturais como barras de treliças e terças. 
A NBR 6355/2003 fixa os requisitos exigíveis dos perfis estruturais de 
aço formados a frio, apresentando as séries comerciais e suas 
respectivas designações, as tolerâncias nas formas e dimensões e as 
tabelas com dimensões, massa e propriedades geométricas de cada 
seção da série comercial. A designação dos perfis é feita da seguinte 
forma: símbolo do perfil x dimensão dos elementos (alma, mesa e 
enrijecedor, se houver, nessa ordem) x espessura, sendo todas as 
dimensões expressas em milímetros. 
 
Por exemplo, um perfil do tipo U simples, com dimensões de alma de 
90 mm, mesa de 40 mm e espessura de 2,24 mm, é designado da 
seguinte forma: U 90 x 40 x 2,25 (FERRAZ, 2003). Os perfis tubulares de 
seção circular, quadrado e retangular (Figura 11) podem ser obtidos 
por extrusão (chamados perfis tubulares sem costura) e por 
calandragem ou prensagem das chapas, com soldagem por arco 
submerso (chamados perfis tubulares com costura). 
Os tubulares são mais aplicados em gasodutos, transporte de água e 
oleoduto, no entanto, por apresentarem maior resistência à 
flambagem pela geometria, podem ser utilizados em treliças planas e 
espaciais para menor diâmetro, e também em pilares de médio e 
grande porte. 
 
Para o caso dos perfis de contraventamentos, leva-se em conta a 
beleza e a resistência a esforços normais; se forem leves, o 
tracionamento é limitado a 240 mm para tradicionais e 200 mm para 
comprimidos. Além disso, há os cabos de aço, que são perfis 
construídos por vários arames trefilados de alta resistência, 
apresentando excelente desempenho sob esforço de tração. Vale 
ressaltar que sua utilização demanda complementos especiais, para 
perfeita interação entre o cabo e os demais elementos estruturais. 
LAJES, VIGAS E PILARES 
 
Os principais elementos estruturais de uma construção civil, de acordo com Pinho e Bellei 
(2007), são: 
Lajes 
Placas que, além das cargas permanentes, recebem as ações de uso e 
as transmitem para os apoios, travam os pilares e distribuem as ações 
horizontais. 
Vigas 
Barras horizontais que delimitam as lajes, recebem suas ações ou de 
outras vigas e as transmitem para os apoios, e suportam paredes e 
lajes. 
Pilares 
Barras verticais que recebem ações das vigas ou das lajes e dos 
andares superiores, transmitindo-as aos elementos inferiores ou para a 
fundação (blocos, radiers, sapatas e estacas, que transferem o esforço 
para o solo). 
A NBR 7480/2007 é a responsável por especificar o aço destinado a 
armaduras de estrutura de concreto armado. Segundo a norma, 
podemos verificar quais os aços indicados para esse tipo de 
construção, visto que são classificados conforme sua resistência, 
definida por sua composição e processo de fabricação (ANDRADE, 
1994). 
Alguns exemplos comerciais de laje com aço são: 
Laje fundida in loco 
Solução econômica, exige formas e cimbramento durante a fase de 
cura. 
Laje com forma de aço (incorporada) 
Depois de fundida in loco, sobre forma de chapa de aço conformada, é 
capaz de vencer vãos entre vigas e passa a ser uma ferragem positiva 
da laje. 
Laje pré-moldada 
O painel pré-moldado é colocado diretamente sobre as vigas de aço, 
sem a necessidade de escoramento, liberando de imediato a área para 
outros serviços. 
Para perfis de vigas, leva-se em consideração a mesa superior travada 
pelas lajes. Nesse caso, as vigas se tornam sujeitas à flambagem lateral 
com torção. Em vigas biapoiadas, usa-se vigas mistas, para que o aço 
trabalhe de forma solidária com a laje, resultando em mais economia. 
No caso de colunas para edifícios, perfis que possuem inércia 
significativa em relação ao eixo de menor inércia (caso dos perfis H), a 
associação do aço (que resiste bem à tração) com o concreto (que 
resiste bem à compressão) resulta em uma peça composta, uma 
estrutura mista, com a melhor performance de cada elemento. 
MÉTODOS CONSTRUTIVOS 
 
Mão de obra qualificada, produção seriada e em escala de elementos 
padronizados, racionalização dos processos e insumos, possibilidade de 
controle rígido dos processos e cronograma da obra são características dos 
sistemas industrializados que vão de encontro 
Com base em Borsato (2009), evidenciam-se alguns destaques nos 
empreendimentos que envolvem a construção metálica desde a 
concepção do projeto: 
Concepção 
O projeto em aço requer compatibilização e planejamento, pois as 
peças são produzidas fora do canteiro de obras, ou seja, na fábrica, e 
montadas em campo. 
Projeto estrutural 
A padronização (elementos estruturais, sistemas construtivos, sistemas 
de vedação e conexões) é um aspecto importante na estrutura 
metálica,pois aspectos como maior produtividade na fabricação e na 
montagem estão intimamente ligados a ela. O custo de uma estrutura 
não depende apenas do peso do aço, mas também da padronização 
das peças. 
Industrialização 
Permite racionalizar o processo de produção e aceitar outros 
componentes pré-fabricados, aumentando a precisão da obra, mas 
exigindo mão de obra qualificada. 
A padronização das peças é um conceito muito importante, pois, como 
todo sistema industrializado, a repetitividade barateia o processo e a 
obra é concebida sob conceitos de otimização e ampliação dos espaços 
úteis. Portanto, decidir se a estrutura fica aparente ou revestida leva o 
arquiteto a pensar nos prós e contras de cada opção: a estrutura 
aparente mostra a plasticidade do aço, mas pode demandar proteção 
do material (contra corrosão e fogo); a estrutura revestida cumpre seu 
papel de esqueleto e minimiza custos com proteção. Uma obra com 
partes contidas e partes à mostra pode valorizar e diferenciar o 
empreendimento (MARINGONI, 2004). 
O uso da estrutura metálica deve, necessariamente, ser aplicado em 
casos em que esta seja, de fato, economicamente mais viável. No 
entanto, em uma estrutura na qual -a repetitividade seja grande, que 
haja a necessidade de rigor dimensional e leveza e esbeltez sejam 
requisitos básicos, o que normalmente acontece em edifícios 
comerciais, o aço passa a ser mais vantajoso (BORSATO, 2009). 
Presente principalmente nas estruturas, o aço é a parte mais resistente 
da construção, e tem a função de suportar, juntamente com o 
concreto, as diversas forças e transmiti-las para o solo. Segundo 
Maringoni (2004), os projetos em estruturas mistas devem ser 
elaborados considerando três fases: 
Montagem e lançamento do concreto 
Momento em que o aço trabalha sozinho, antes mesmo da cura do 
concreto, e é o responsável pelo peso da estrutura e cargas de obra. 
Resistência da estrutura mista 
 Momento em que tanto o aço quanto o concreto trabalham juntos. 
Deformação da estrutura mista para cargas de longa 
duração 
Momento em que a estrutura é impactada pela diminuição da 
elasticidade do concreto ao longo do tempo. 
A arquitetura brasileira teve seu ápice e grande destaque no cenário 
internacional, apresentando novas soluções estéticas e construtivas, 
nas obras de arquitetos modernistas como Lúcio Costa e, 
principalmente, Oscar Niemeyer; mas, o que se faz no Brasil de 
realmente inovador no campo da arquitetura contemporânea, em aço, 
que mereça destaque internacional, como fizeram, em concreto, os 
modernistas Niemeyer e Lúcio Costa (BORSATO, 2009)? 
As coberturas metálicas são amplamente utilizadas para grandes vãos, 
como galpões, pavilhões, estádios, aeroportos etc. Deve-se considerar 
alguns parâmetros para projetos, tais como: movimentação de carga, 
circulação interna, iluminação natural e artificial, ventilação, condições 
e tipo de terreno. Certos galpões podem ser montados no local da obra 
ou mesmo no pátio de uma empresa especializada e, posteriormente, 
serem levados ao local. 
Grande parte dos confortos térmico e acústico do empreendimento 
está ligada ao projeto de cobertura. A “respiração” de um telhado se faz 
através das telhas, e os telhados com inclinação muito pequena exigem 
total vedação, impedindo a saída do ar aquecido através das frestas 
das telhas. O caimento do telhado, além das recomendações em 
função do tipo de telha, deve levar em conta o tamanho das águas da 
cobertura. 
 
As calhas podem ser pré-dimensionadas por uma fórmula empírica: 
para cada 10 m² de cobertura, 15 m² de calha. Para tubos de descida de 
água pluvial: 1 cm² para cada 1 m² de área drenada (MARINGONI, 
2004). 
O sistema de estruturas por perfis leves, conhecidos como Steel Frame 
ou Light Steel Frame (LSF), são adequados para edificações leves, cujos 
elementos são painéis reticulados, constituídos por perfis de aço a frio. 
Tais painéis se estabelecem nas paredes das edificações, que podem 
ser estruturais ou de vedação, formados por estruturas de perfis de 
aço e podem ter o fechamento feito por placas cimentícias, de madeira, 
drywall etc. 
Considerada uma construção seca por não necessitar de água, os LSF 
garantem agilidade, redução de peso estrutural, precisão e melhor 
isolamento térmico e acústico, apesar de se limitar a poucos 
pavimentos e exigir mão de obra especializada. 
O LSF é formado por vários sistemas e componentes, entre eles o 
estrutural, o isolamento termoacústico, a impermeabilização, os 
fechamentos internos (que usualmente são trabalhados em drywall) e 
o fechamento externo, utilizando placas cimentícias, chapas de fibra 
orientada (Oriented Strand Board (OSB) e/ou policloreto de vinila - PVC) 
(sistema de revestimento composto por painéis de Policloreto de Vinila 
(PVC) e as instalações elétricas e hidráulicas. 
O balizador do sistema e o conceito estrutural do LSF está em 
decompor a estrutura em uma relativa quantidade de elementos 
estruturais individuais, ligados entre si, forçando-os a trabalharem em 
conjunto, possibilitando a utilização de perfis mais esbeltos e painéis 
mais leves e fáceis de manipular (CAMPOS, 2010). 
NORMATIVAS 
Os aços estruturais, no Brasil, seguem algumas normas, tais como as determinadas pela 
American Society for Testing and Materials (ASTM), pela Deutsche Industrie-Normen (DIN) e 
pela Society of Automotive Engineers (SAE). 
Além disso, há aqueles que seguem um perfil determinado pelas 
fabricantes, atentando-se à classificação segundo as normas da ABNT 
(ou AISI), que classificam os aços em: aço carbono, aços de baixa liga e 
aços de alta liga, que possuem normas próprias para sua fabricação. 
A sigla NBR é uma abreviação para Norma Brasileira, em que as 
normas são aprovadas pela Associação Brasileira de Normas Técnicas 
(ABNT), a partir de pesquisas e estudos realizados por profissionais 
gabaritados e órgãos nacionais e internacionais. Das NBR relacionadas 
ao aço na construção civil, podemos citar: 
NBR 5916/1990 
Ensaio de resistência ao cisalhamento em junta de telha de aço soldada 
para armadura de concreto. 
NBR 14762/2001 
Procedimento para o dimensionamento de estruturas de aço 
constituídas por perfis formados a frio. 
NBR 8800/2006 
Procedimentos para projetos de estruturas de aço e estruturas mistas 
de aço e concreto em edifícios. 
NBR 7480/2007 
Especificação de aço destinado a armaduras para estruturas de 
concreto armado. 
NBR 16775/2020 
Estruturas de aço, estruturas mistas, coberturas e fechamentos em 
aço. 
NBR 6355/2010 
Requisitos exigíveis dos perfis estruturais de aço formados a 
frio.CONTINU 
PATOLOGIAS 
/2013 (Norma de Desempenho das Edificações), uma edificação deve oferecer condições de 
uso, segurança e conforto, de modo que as atividades ali desenvolvidas não sofram 
interferências do meio em que está inserida. 
Qualquer tipo de situação que não esteja conveniente com a edificação 
poderá causar prejuízos elevados. 
A industrialização dos canteiros de obra na construção civil é cada vez 
maior e inevitável, motivada inclusive pela participação crescente da 
utilização de estruturas metálicas e mistas. Entretanto, a utilização 
desses sistemas exige dos profissionais de projeto e execução 
conhecimentos diferenciados, tanto da teoria quanto da prática, para 
que sejam estudadas e prescritas as interfaces e interferências 
necessárias a cada componente do edifício (SILVA, 2012). 
De forma geral, as patologias estruturais podem ser divididas em três 
categorias: adquiridas, transmitidas e atávicas (DELATLE, 1997): 
• As adquiridas são patologias provenientes de elementos 
externos, como poluição atmosférica, umidade, gases ou líquidos 
corrosivos e uso inadequado da estrutura. A corrosão é a 
patologia mais visível e conhecida, sendo necessária a proteção e 
a especificação no escopo do projeto. Outro exemplo é a 
aplicação de cargas dinâmicas imprevistassobre a laje 
(maquinários), que podem causar seu rompimento; 
• As transmitidas são de vícios ou desconhecimento técnico do 
pessoal de fabricação ou montagem da estrutura. Por exemplo, 
soldagem sem retirar a pintura dos pontos de solda, falta de 
prumo, fixação e armazenamento inadequados, entre outros; 
• As atávicas são resultantes de má concepção de projeto, erros 
de cálculo, escolhas de perfilados inadequados ou do uso de aços 
com resistências inapropriadas. Em resumo, são as patologias 
mais complexas de reparar, pois, geralmente, são estruturais. 
As principais falhas na elaboração de um projeto para as estruturas de 
aço são: metas e objetivos mal estabelecidos; objetivos que mudam de 
acordo com o andamento do projeto; falha de comunicação; entender 
planejamento como perda de tempo; falhas no controle de 
desempenho; recursos inadequados; falta de treinamento e 
capacitação; más decisões; pouca compreensão da complexidade do 
projeto; aumento nos preços e prazos (ANDRADE, 1994). 
 
Agora é a hora de sintetizar tudo o 
queprendemos nessa unidade. Vamos 
SINTETIZANDO 
Do minério de ferro abundante na crosta terrestres, é extraído e 
tratado o aço, uma liga Fe-C (ferro-carbono), em que a quantidade de 
carbono é de, no máximo, 2,11%. Tal minério é aquecido e tratado para 
a redução de oxigênio, produzindo o ferro-gusa. Com mais 
processamento, obtém-se o ferro fundido, com análises de outros 
elementos. 
Tais ferros são levados à aciaria, uma área de refino com 
equipamentos como o alto forno, que realiza o tratamento para 
obtenção do aço. Assim, o aço é resultado de uma série de 
procedimentos conhecidos e estudados, tendo sua empregabilidade 
em praticamente tudo, após a Revolução Industrial. Por suas diversas 
qualidades e com a possibilidade de “moldar” os atributos necessários, 
o aço é utilizado do talher à ponte Golden Gate, na Califórnia (EUA). 
Na construção civil, seu uso também pode ser variado, visto que possui 
como qualidades a ductilidade, tenacidade, plasticidade e resiliência, 
além da precisão em atender grandes dimensões. O aço pode ser 
trabalhado para se tornar uma liga metálica mista, como no caso da 
mistura com o cromo (Cr), para se obter o aço inoxidável. A 
possibilidade de criar uma camada contra oxidação (pátina) aliada à 
modelagem em bobinas, chapas, malhas etc. faz com que novas 
tecnologias com o uso desse material sejam desenvolvidas 
continuamente. 
Os aços utilizados em estruturas, chamados aços estruturais, possuem 
elevada tenacidade, soldabilidade, homogeneidade e boa 
trabalhabilidade com corte, furação e dobramento, sem originar 
fissura. Além disso, esse material é capaz de realizar ligações entre 
peças, ou seja, a transmissão de esforço pela união delas. 
Uma dessas ligações é a soldagem, conhecida por fornecer maior 
rigidez e utilizada em estruturas em geral, enquanto a ligação 
parafusada é móvel e leve, utilizada em construções ágeis como 
galpões ou guarda-corpos. Em estruturas, o aço pode ser encontrado 
em forma de perfis de coluna, viga e contraventamento, também 
utilizado em lajes, malhas, tubos, entre outros. 
Além disso, abordamos a mobilidade e o controle termoacústico que 
provém da construção leve; Steel Frame. A facilidade em sua 
construção se popularizou nos Estados Unidos e no Canadá, por 
possibilitar a montagem rápida (entre invernos) de casas com poucos 
pavimentos. 
Todo esse avanço em relação ao aço demanda mão de obra 
especializada. A necessidade de precisão e conhecimento tornam o 
trabalho dinâmico e objetivo. Assim, existem patologias que são 
adquiridas com o tempo e o desgaste natural (ou não) das peças; 
patologias que são transmitidas pelo defeito de fabricação ou 
montagem; e as patologias atávicas (hereditárias), que são falhas e 
erros no projeto ou cálculo inicial. 
Vale ressaltar que, mesmo após sua utilização, o aço é extremamente 
ecológico, pois permite reciclagem quase que inesgotável. Além disso, a 
união da metalurgia com a construção traz um contínuo 
desenvolvimento de pesquisa e estudos, que resultam em novas 
técnicas para a utilização do aço em projetos futuros. 
C 
 
 
 
DICA 
O aço será submetido a tratamentos térmicos, ou seja, 
processos de fabricação que facilitam outros processos, 
aumentando o desempenho e reforçando as propriedades do 
material. Portanto, ao submeter os aços em operações de 
aquecimento e resfriamento sob condições controladas de 
temperatura, tempo, atmosfera e velocidade de resfriamento, 
obtém-se diversos benefícios. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
	UNIDADE 4. Ciência dos materiais de construção: o uso do aço na construção civil
	UNIDADE 4. Ciência dos materiais de construção: o uso do aço na construção civil
	OBJETIVOS DA UNIDADE
	TÓPICOS DE ESTUDO
	FABRICAÇÃO
	Preparação
	Redução
	Refino
	Laminação
	ESTRUTURA/TRATAMENTO
	PROPRIEDADES
	CLASSIFICAÇÃO
	O aço carbono é uma liga de ferro-carbono que contém, geralmente, de 0,008 a 2,11% de carbono, além de certos elementos residuais do processo de fabricação; o aço-liga é composto de aço carbono com outros elementos de liga residuais, em teor acima dos...
	LIGAÇÕES
	PERFIS
	LAJES, VIGAS E PILARES
	MÉTODOS CONSTRUTIVOS
	NORMATIVAS
	NBR 5916/1990
	NBR 14762/2001
	NBR 8800/2006
	NBR 7480/2007
	NBR 16775/2020
	NBR 6355/2010
	PATOLOGIAS
	SINTETIZANDO