Perfis Soldados e Laminados_Final

Prévia do material em texto

Brasília-DF. 
Perfis soldados e laminados
Elaboração
Tatiana Conceição Machado Barretto
Produção
Equipe Técnica de Avaliação, Revisão Linguística e Editoração
Sumário
APrESEntAção ................................................................................................................................. 4
orgAnizAção do CAdErno dE EStudoS E PESquiSA .................................................................... 5
introdução.................................................................................................................................... 7
unidAdE i
Noções Básicas soBre o aço e soBre as estruturas Metálicas .................................................. 9
CAPÍtuLo 1 
estruturas Metálicas ............................................................................................................ 9
CAPÍtuLo 2
aços estruturais: defiNição, tipos e utilização Na coNstrução civil ......................... 22
unidAdE ii
defiNições, coNceitos e aplicações ............................................................................................ 28
CAPituLo 1
defiNições e coNceitos de perfis soldados e laMiNados ............................................ 28
unidAdE iii
o que são teNsões residuais? ......................................................................................................... 51
CAPituLo 1
estudo das teNsões residuais ............................................................................................ 51
unidAdE iV
diMeNsioNaMeNto ............................................................................................................................ 56
CAPÍtuLo 1
diMeNsioNaMeNto à coMpressão siMples ....................................................................... 56
CAPituLo 2
diMeNsioNaMeNto de peças suBMetidas à flexão (perfis laMiNados ou soldados) ... 72
rEfErênCiAS .................................................................................................................................. 82
4
Apresentação
Caro aluno
A proposta editorial deste Caderno de Estudos e Pesquisa reúne elementos que se 
entendem necessários para o desenvolvimento do estudo com segurança e qualidade. 
Caracteriza-se pela atualidade, dinâmica e pertinência de seu conteúdo, bem como pela 
interatividade e modernidade de sua estrutura formal, adequadas à metodologia da 
Educação a Distância – EaD.
Pretende-se, com este material, levá-lo à reflexão e à compreensão da pluralidade 
dos conhecimentos a serem oferecidos, possibilitando-lhe ampliar conceitos 
específicos da área e atuar de forma competente e conscienciosa, como convém 
ao profissional que busca a formação continuada para vencer os desafios que a 
evolução científico-tecnológica impõe ao mundo contemporâneo.
Elaborou-se a presente publicação com a intenção de torná-la subsídio valioso, de modo 
a facilitar sua caminhada na trajetória a ser percorrida tanto na vida pessoal quanto na 
profissional. Utilize-a como instrumento para seu sucesso na carreira.
Conselho Editorial
5
organização do Caderno 
de Estudos e Pesquisa
Para facilitar seu estudo, os conteúdos são organizados em unidades, subdivididas em 
capítulos, de forma didática, objetiva e coerente. Eles serão abordados por meio de textos 
básicos, com questões para reflexão, entre outros recursos editoriais que visam tornar 
sua leitura mais agradável. Ao final, serão indicadas, também, fontes de consulta para 
aprofundar seus estudos com leituras e pesquisas complementares.
A seguir, apresentamos uma breve descrição dos ícones utilizados na organização dos 
Cadernos de Estudos e Pesquisa.
Provocação
Textos que buscam instigar o aluno a refletir sobre determinado assunto antes 
mesmo de iniciar sua leitura ou após algum trecho pertinente para o autor 
conteudista.
Para refletir
Questões inseridas no decorrer do estudo a fim de que o aluno faça uma pausa e reflita 
sobre o conteúdo estudado ou temas que o ajudem em seu raciocínio. É importante 
que ele verifique seus conhecimentos, suas experiências e seus sentimentos. As 
reflexões são o ponto de partida para a construção de suas conclusões.
Sugestão de estudo complementar
Sugestões de leituras adicionais, filmes e sites para aprofundamento do estudo, 
discussões em fóruns ou encontros presenciais quando for o caso.
Atenção
Chamadas para alertar detalhes/tópicos importantes que contribuam para a 
síntese/conclusão do assunto abordado.
6
Saiba mais
Informações complementares para elucidar a construção das sínteses/conclusões 
sobre o assunto abordado.
Sintetizando
Trecho que busca resumir informações relevantes do conteúdo, facilitando o 
entendimento pelo aluno sobre trechos mais complexos.
Para (não) finalizar
Texto integrador, ao final do módulo, que motiva o aluno a continuar a aprendizagem 
ou estimula ponderações complementares sobre o módulo estudado.
7
introdução
A estrutura construída em aço tem como principal vantagem, especialmente em setores 
comerciais, o fato de serem construídas com maior rapidez e agilidade. A proximidade 
ao mar ou a ambientes mais agressivos, entretanto, são algumas das desvantagens da 
utilização desse tipo de estrutura, pois o custo com o tratamento para a resistência do 
material aos tipos de agressão que pode vir a sofrer pode tornar o empreendimento 
mais caro. 
Em meados do século XVIII, em consequência do início da utilização de estruturas 
metálicas no processo de tecnologia construtiva, houve um significativo crescimento 
de construções utilizando-se estruturas de aço. Fato que só ocorreu no Brasil um 
pouco mais tarde, em meados do século XIX, inicialmente com o ferro fundido. Hoje, o 
processo tecnológico se expandiu de tal forma no país que, cada vez mais, são construídas 
estruturas metálicas grandiosas e eficientes. 
O desenvolvimento de um bom projeto é fundamental para que haja sucesso de uma 
obra em estrutura metálica. Desde sua concepção até o seu desenvolvimento, o projeto 
deve ser detalhado para que haja uma boa fabricação e montagem. As empresas que 
trabalham com estruturas metálicas, sejam estas de projeto, fabricação ou montagem, 
devem realizar frequentes revisões dos seus projetos. Já, especificamente nas fábricas, 
devem existir controles rigorosos das plantas executivas, assim como controle 
dimensional, sendo recomendável efetuar pré-montagens para assegurar o mínimo de 
falhas possíveis na montagem definitiva.
Hoje, no mercado, peças estruturais podem ser encontradas de formas distintas. 
As mais utilizadas são: chapas, barras, perfis laminados, perfis soldados e perfis de 
chapas dobradas.
Aqui iremos descobrir um pouco mais sobre as seguintes peças estruturais, muito 
utilizadas em estruturas metalicas: os perfis soldados e laminados.
8
objetivos
 » Entender um pouco melhor as estruturas metálicas.
 » Conhecer sobre aços estruturais.
 » Conhecer sobre o processo de soldagem.
 » Conhecer sobre o processo de laminação.
 » Estudar as tensões residuais.
 » Entender o que são os perfis soldados e laminados.
 » Dimensionar peças soldadas e laminadas.
9
unidAdE i
noçõES BáSiCAS 
SoBrE o Aço E 
SoBrE AS EStruturAS 
MEtáLiCAS
CAPÍtuLo 1 
Estruturas metálicas
introdução
O ferro existe em abundância na natureza, mas dificilmente é encontrado puro. 
Em geral, ele é encontrado combinado com oxigênio na forma de óxidos de ferro, como 
a hematita (Fe2O3), por exemplo. O ferro usado na fabricação do aço é extraído de 
minérios como a hematita.
Os aços são ligas de Fe com teor de carbono variando entre 0,008 e 2,05%. Essas ligas 
podem conter outros elementos, chamados elementos de liga, como: Cromo (Cr), 
Manganês (Mn), Vanádio (V), Molibdênio (Mo), Silício (Si), Nióbio (Nb), Níquel (Ni) 
e Tungstênio (W). Além dos elementos de liga, existem outros elementos que surgem 
na composição devido ao processo de fabricação. São elementos residuais, tais como o 
Enxofre (S) e Fósforo (P).
Os aços sãoclassificados de acordo com diferentes critérios como: quanto à composição, 
ao processamento, à microestrutura, às propriedades ou às aplicações as quais serão 
destinados. Claro que há interação entre esses critérios, como mostrado na Figura 1.
figura 1. interação entre os critérios de classificação do aço.
fonte: próprio autor
10
UNIDADE I │ NoçõEs BásIcAs soBrE o Aço E soBrE As EstrUtUrAs MEtálIcAs
Mas, em uma classificação genérica, os aços são listados de acordo com o teor de 
carbono, conforme o Quadro 1.
quadro 1. classificação dos aços de acordo com o teor de carbono.
Teor de Carbono Aplicações gerais 
Aço extra-doce <0,15%C 
Construção Civil. Estruturas metálicas. Chapas Comuns. Cementação. 
Aço meio-doce 0,15%C até 0,30%C 
Aço meio-duro 0,30%C até 0,60%C Aços para construção mecânica, eixos, engrenagens, virabrequins- matrizes. 
Aço duro 0,60%C até 0,70%C 
Aços para ferramentas em geral – matrizes – fresas ferramentas de corte, limas etc. 
Aço extra-duro 0,70%C até 2,00%C 
fonte: cefet-sp.
Os materiais mais utilizados em estruturas metálicas são os aços estruturais, isso 
devido a propriedades interessantes como resistência e ductilidade, excelentes para a 
construção de elementos estruturais que são submetidos a grandes esforços ou que 
necessitam transmiti-los. Como vimos, sua classificação pode ser realizada tanto 
pelo teor de carbono (como no quadro), quanto pelas propriedades mecânicas, pelos 
elementos de liga, entre outros aspectos.
Os aços estruturais apresentam baixo teor de carbono, já que o aumento desse valor eleva 
sua resistência, mas o deixa mais duro e frágil. Aços com pouco carbono, apresentam 
menor resistência à tração e maior ductibilidade. As resistências à ruptura por tração 
ou compressão dos aços utilizados em estruturas são iguais, variando entre amplos 
limites, desde 300 MPa até valores acima 1200 MPa.
Classificação devido à composição química
Os aços utilizados para aplicações estruturais, quando classificados segundo a sua 
composição química, são divididos em: aços-carbono e aços de baixa liga. Em ambos 
os grupos, pode-se aplicar tratamentos térmicos com a finalidade de alterar suas 
propriedades mecânicas.
Aços-carbono 
O aço-carbono é o aço mais utilizado nas construções. Como já vimos, o aumento da 
sua resistência está intimamente ligado à elevação do teor de carbono. Esta adição de 
carbono ocasiona alterações em suas propriedades, como a diminuição da ductilidade, 
prejudicando a soldagem.
11
Noções Básicas soBre o aço e soBre as estruturas Metálicas │ uNiDaDe i
Os aços-carbono são ligas de Ferro-Carbono contendo, geralmente, de 0,008% 
até 2,11% de Carbono, além de certos elementos residuais (Cromo, Níquel, Cobre, 
Alumínio, Manganês e Silício) resultantes dos processos de fabricação. Segundo a 
NBR6215, os elementos residuais não podem ultrapassar os valores admissíveis, 
estabelecido por norma. 
Este tipo de aço é denominado de aço de média resistência mecânica, e ainda pode ser 
subdividido em três classes devido à quantidade de carbono presente: os aços com alto 
teor de carbono, os aços-carbono de baixo e médio teor de carbono.
Aços de baixa liga 
Os aços com alto teor de carbono possuem elevada dureza e alta resistência após a 
têmpera. Esse tipo de aço não é adequado para construção civil, pois prejudica a 
soldabilidade das peças. O aço mais indicado para construções que utilizam estruturas 
de aço são os de baixo teor de carbono, pois o processo de soldabilidade é muito mais 
eficaz, além de possuir uma grande ductilidade e ser bom para trabalhos mecânicos. 
Os aços-carbono de baixo e médio teor de carbono são obtidos por laminação, cujo 
limite de resistência à tração varia entre 390 a 490 Mpa e o alongamento gira em torno 
de 20%. O processo de laminação a quente, juntamente com o baixo teor de carbono do 
material, proporciona aos perfis estruturais a ductilidade necessária e também produz 
uma boa homogeneidade das peças com pequenas variações de resistência à tração e à 
compressão, porém essas variações não são prejudiciais às peças.
Nos aços de baixa liga são, geralmente, adicionadas pequenas quantidades de elementos 
de liga como Nióbio (Nb), Manganês (Mn), Cobre (Cu), Silício (Si). Esses elementos 
proporcionam ao aço a elevação da sua resistência mecânica, ocasionando uma boa 
soldabilidade.
Os aços de baixa liga e alta resistência mecânica e à corrosão atmosférica são 
fabricados a partir de aços-carbonos, com teor de carbono igual ou inferior a 
0,25%, com adição de alguns elementos de liga (Vanádio, Cromo, Cobre, Níquel e 
Alumínio) não ultrapassando a quantidade de 2%, e limite de escoamento igual ou 
superior a 300 MPa. Em combinações adequadas, os elementos de liga adicionados 
promovem ao aço melhoras na sua ductilidade, tenacidade, soldabilidade, resistência 
à abrasão e à corrosão. Esses tipos de aço resistentes à corrosão atmosférica são 
denominados patináveis.
12
UNIDADE I │ NoçõEs BásIcAs soBrE o Aço E soBrE As EstrUtUrAs MEtálIcAs
Classificação quanto às aplicações 
Aços estruturais 
Os aços estruturais são todos aqueles aços que possuem características ideais para serem 
usados como elementos estruturais, ou seja, devido a suas propriedades, conseguem 
suportar cargas. De modo geral, possuem conformações na forma de perfis, cantoneiras 
ou chapas. São produzidos sob certos cuidados que envolvem alguns requisitos químicos 
e determinadas propriedades mecânicas. Esse tipo de aço é utilizado na construção de 
edifícios, pontes, navios, entre outras estruturas. 
Os aços que mais interessam à construção civil são os chamados aços estruturais de 
média e alta resistência mecânica. Esses termos são utilizados para designar todo aço 
que, devido a sua ductilidade, resistência e outras propriedades mecânicas, se adequa 
à utilização como elemento estrutural da construção civil que recebe carregamentos. 
Para que possa ser usado como estrutural, o aço deve possuir algumas características 
como: alta tensão de escoamento e tenacidade, boa soldabilidade, susceptibilidade a 
corte por chama sem endurecimento, boa trabalhabilidade em operação como corte, 
furação e dobra sem que haja defeitos como fissuras e outros. 
Aços de baixa liga / aços patináveis 
Os aços estruturais de melhor qualidade contêm Níquel, Cromo e Molibdênio em sua 
composição, chegando a cerca de 6% a soma dos teores destes elementos. Quando neles 
existe média ou alta resistência mecânica e resistência à corrosão atmosférica, podem 
ser chamados de aços patináveis. 
Os aços patináveis possuem em sua composição certos elementos químicos, como 
o Cobre, que alteram as características constitucionais e morfológicas da ferrugem 
formada e propiciam a formação de uma película de óxidos aderentes e protetores 
chamados de pátina. Devido à exposição ao clima, o aço patinável desenvolve uma 
camada compacta e aderente de óxido na superfície, a qual funciona como uma 
barreira de proteção, fazendo com que o aço possa ser usado sem nenhum tipo de 
revestimento. Porém, essa camada compacta, ou pátina, surge somente após um ciclo 
alternado de molhamento e secagem. A camada protetora não surge imediatamente, 
o processo depende do local de exposição do aço, em um período de 18 meses a 3 
anos. Entretanto, após um ano, o material já começa a apresentar uma homogênea 
composição marrom clara. 
13
Noções Básicas soBre o aço e soBre as estruturas Metálicas │ uNiDaDe i
A composição e a estrutura cristalográfica da ferrugem que se forma tanto sobre os aços 
patináveis quanto do carbono são similares. Contudo, nos aços patináveis a interface 
metal/ferrugem apresenta uma fase amorfa que é rica em elementos de liga, como o 
Cobre, o Fósforo e outros. Essa camada limita os estimuladores de corrosão da superfície 
metálica e inibe a dissolução desta, ocorrendo assim a redução drástica da velocidade 
do processo de corrosão. 
Os aços patináveis apresentam algumas restrições relacionadas ao uso ou não do 
revestimentode proteção. O uso deste revestimento depende do local em que a 
estrutura de aço será implantada, relacionando-se ao tipo de atmosfera/exposição, 
que pode ser classificada em urbana, industrial, rural e marinha. Para esse tipo de 
aço, o uso do revestimento de proteção é aconselhável quando as condições climáticas 
não favorecem a formação da pátina, ou seja, em locais onde não ocorre o ciclo de 
molhamento e secagem.
Nas regiões submersas ou sujeitas a respingos, em ambientes industriais com o nível de 
agressividade alta ou em distância de até 600 metros da orla marinha é aconselhável o 
uso de revestimento de proteção do metal, pois nestes casos a camada de pátina, que dá 
maior proteção ao aço contra a corrosão, pode não se formar. 
O uso de aços patináveis com alta resistência mecânica proporciona uma redução de 
espessura das peças estruturais, se comparado aos aços-carbono, o que implica menor 
consumo de material, sendo recomendado para a construção civil. Contudo, deve haver 
uma verificação da viabilidade do uso desse tipo de material, isso porque, devido a 
sua composição, ele possui uma maior complexidade na fabricação, ocasionando custos 
maiores no seu processo de obtenção.
Propriedades mecânicas
Comportamento mecânico
Sabemos que as peças são submetidas a cargas ou esforços. Logo, é preciso conhecer as 
características do material que as constituem; características essas que são fundamentais 
quando se vai projetar o elemento estrutural. O objetivo é que ele seja construído de 
forma que, quando submetido a um esforço, sua deformação não seja muito grande 
podendo ocasionar uma fratura.
O comportamento mecânico do material pode ser entendido como a resposta do 
material a uma carga ou a uma força aplicada. As propriedades mecânicas de materiais 
são determinadas por meio de ensaios, que tentam ser o mais parecido possível 
com as condições de trabalho. Nesses ensaios, algumas condições importantes são 
consideradas, como a natureza da carga aplicada, as condições ambientais e a duração 
em que a carga é aplicada.
14
UNIDADE I │ NoçõEs BásIcAs soBrE o Aço E soBrE As EstrUtUrAs MEtálIcAs
Conceitos de tensão e deformação
Se uma força segue as leis de Newton e um corpo é submetido a ela de forma uniforme 
em sua seção reta ou superfície, o seu comportamento mecânico pode ser mensurado 
por simples teste de tensão-deformação. As principais formas de se aplicar uma carga 
são: tração, compressão, cisalhamento e torção. Na Figura 2 é ilustrada a deformação 
produzida por cada tipo de carga. (DUTRA, 2016) A Figura 3, por sua vez, apresenta o 
gráfico tensão-deformação.
figura 2. ilustração esquemática de como uma carga produz deformação em (a).
fonte: dutra, 2016
figura 3. Gráfico tensão-deformação.
a: limite elástico
a’: limite de proporcionalidade
B: limite de resistência
c: limite de ruptura
fonte: dalcin, 2007.
15
Noções Básicas soBre o aço e soBre as estruturas Metálicas │ uNiDaDe i
Ensaio de tração
É um dos ensaios mecânicos mais comuns de tensão-deformação, pois pode ser usado 
para determinar varias propriedades mecânicas dos materiais. O ensaio de tração é 
realizado utilizando-se uma amostra padrão, Figura 4, que é presa pelas extremidades 
na máquina de ensaio. No aparelho de teste, o corpo é alongado de forma constante e 
a carga aplicada é medida de forma simultânea e contínua junto com suas elongações. 
A carga é aplicada ao longo do eixo do corpo de prova, o qual é deformado até a fratura. 
Trata-se de um ensaio destrutivo.
Ao final do ensaio é construída uma curva de tensão-deformação, por meio da qual é 
possível identificar a deformação para cada carga aplicada (ver Figura 4).
figura 4. ensaio de tração: medida do Módulo de elasticidade.
fonte: dalcin, 2007.
figura 5. diagrama tensão x deformação típico para alguns aços
fonte: dalcin, 2007.
16
UNIDADE I │ NoçõEs BásIcAs soBrE o Aço E soBrE As EstrUtUrAs MEtálIcAs
Observe a Figura 5, trata-se de um diagrama tensão x deformação típico para alguns 
aços. Esse diagrama é construído a partir de ensaios em que se mede a deformação de 
uma haste metálica. Se o corpo de prova passar por descarregamento seguido de um 
recarregamento na fase elástica, o componente não apresentará deformações residuais 
e o caminho a ser percorrido será igual ao inicial. Já, se o alívio de tensões ocorrer 
depois do escoamento, a peça possuirá deformações residuais representadas no gráfico 
(0,002%), onde a reta tracejada será paralela à reta inicial do ensaio.
As tensões fy e fu, são denominadas, respectivamente como tensão de escoamento e 
tensão de ruptura, que serão utilizadas no dimensionamento dos elementos estruturais, 
de acordo com as propriedades mecânicas do aço ensaiado.
ductilidade
Os materiais de construção mecânica, na maioria das vezes, são submetidos a esforços. 
Muitos deles passam por processos de conformação mecânica, como a laminação, logo, 
são deformados de tal maneira que não voltam a sua forma original. A ductilidade é a 
capacidade que um material tem de deformar-se plasticamente ao sofrer a ação de uma 
força, deformando-se plasticamente sem se romper.
Para os aços, a ductibilidade é diretamente proporcional , ou seja quanto mais dúctil o 
aço, mais elevada será a diminuição ou alongamento de área antes que ocorra a ruptura. 
fragilidade
A fragilidade de um material está intimamente relacionada à sua dureza. Geralmente, a 
relação dureza - fragilidade é diretamente proporcional, quanto mais duro o material, 
mais frágil ele será. Materiais mais duros tendem a ser mais frágeis e quebradiços; 
Logo, têm baixa resistência aos choques, ou seja, tendem a quebrar quando submetidos 
a eles. 
Essa propriedade é antagônica à ductilidade. Seu estudo se torna importante pelo fato 
de o corpo se deformar muito pouco antes da ocorrência da ruptura, que acontece sem 
aviso prévio (ruptura frágil).
Elasticidade
Trata-se da capacidade que um material tem de se deformar quando submetido a ações 
externas, como uma força aplicada por outro corpo ou a ação da gravidade, e retornar a 
sua forma primitiva sem alteração quando essa força é retirada.
A elasticidade do material depende de alguns fatores importantes: ligações químicas e 
intermoleculares do material e a estrutura cristalina.
17
Noções Básicas soBre o aço e soBre as estruturas Metálicas │ uNiDaDe i
Plasticidade
Diferentemente da elasticidade, a plasticidade é a capacidade de um material adquirir 
uma forma qualquer quando submetido a um esforço e conservar essa nova forma 
mesmo que o esforço seja retirado. A plasticidade pode ser vista como maleabilidade e 
ductilidade.
A deformação plástica ocorre devido à existência de uma tensão igual ou superior ao 
limite de escoamento. Nela, a estrutura interna do metal é alterada, o que ocasiona o 
deslocamento relativo entre os seus átomos. Esse fato é bem distinto do que ocorre na 
deformação elástica, resultando em deformações residuais.
Corrosão
Um dos principais fatores que fazem com que o estudo da corrosão seja importante 
quando se fala de metais como o aço, é que ela ocasiona a perda da seção das peças 
de aço.
Define-se corrosão como sendo um processo de deterioração dos materiais, com perda 
de massa, devido à ação do meio ambiente. Esse processo ocorre de forma espontânea 
devido à necessidade dos materiais atingirem seu estado de menor energia, ou seja, 
seu estado mais estável. Na natureza, em seu estado de menor energia, os metais são 
encontrados na forma de compostos (sob a forma de óxidos ou sais metálicos, na forma 
de sulfetos, carbonatos e silicatos) (RIBEIRO et al., 2014).
A corrosão pode ser classificada como química ou eletroquímica. A primeira, também 
chamada de corrosão seca, ocorre na presença de gases com a formação de uma 
película de óxido. A segunda, chamada de aquosa, só ocorre na presença de umidade 
e de um eletrólito, havendo movimento de elétrons ao longo de trechos da armadura e 
movimento iônico através do eletrólito (ISAIA, 2005).
A corrosãoé causada por processos eletroquímicos das reações de oxirredução, onde, 
oxidação é a perda de elétrons, redução é o ganho de elétrons e a reação de oxirredução 
é aquela em que ocorre transferência de elétrons entre os átomos envolvidos. Como 
se trata de um mecanismo eletroquímico, para que ocorra a corrosão, são necessários 
fatores, como a presença de um eletrólito, diferença de potencial, oxigênio.
A corrosão, em geral, é provocada pelo oxigênio. Os metais têm uma capacidade de 
oxidação bem maior do que o oxigênio, sendo assim, tendem a perder elétrons para o 
oxigênio presente no ar atmosférico.
18
UNIDADE I │ NoçõEs BásIcAs soBrE o Aço E soBrE As EstrUtUrAs MEtálIcAs
a. Formas de Corrosão
A forma auxilia na determinação do mecanismo de corrosão que pode ser:
 » Uniforme: acontece em toda superfície do material/peça.
 » Por placas: ocorre a formação de placas com escavações.
 » Alveolar: são produzidos sulcos de escavações muito parecidos a alvéolos 
(sendo rasos e apresentando fundo arredondado). Puntiforme: ocorre 
a formação de pontos profundos denominados de pites (tipo grave de 
corrosão que pode causar comprometimento estrutural).
 » Intergranular: ocorre entre grãos.Intragranular: diferentemente da 
intergranular, ocorre nos grãos.Filiforme: apresenta-se na forma de finos 
filamentos.Por esfoliação: ocorre em distintas camadas.
tipos de elementos estruturais em aço
Hoje, no mercado de peças estruturais, estas podem ser encontradas de formas distintas. 
A mais utilizadas são: chapas, barras, perfis laminados, perfis soldados e perfis de 
chapas dobradas. 
Chapas
As chapas são definidas como laminados planos que apresentam a espessura muito 
menor que suas outras dimensões. Segundo a norma, as chapas são especificadas da 
seguinte forma: utiliza-se as letras CH adicionando-se a sua espessura (mm) e o tipo de 
aço empregado.
figura 6. chapas em aço.
fonte: ciasteel, 2018.
19
Noções Básicas soBre o aço e soBre as estruturas Metálicas │ uNiDaDe i
Barras
As barras apresentam diâmetro muitas vezes inferior ao seu comprimento. Sua 
especificação é através do símbolo φ, somado ao diâmetro da barra em mm. Apresentam 
seção transversal circular e, em geral, são utilizadas nas estruturas metálicas como 
tirantes, por exemplo.
figura 7. Barras em aço de diferentes diâmetros.
fonte: ciasteel, 2018.
figura 8. tirantes para protensão.
fonte: portal Metalica, 2017.
Perfis laminados
Peças que possuem enorme eficiência estrutural e podem ser encontradas sob distintas 
geometrias. Os perfis H, I, C podem apresentar abas paralelas (padrão europeu) ou não 
(padrão americano), isso está relacionado as suas especificações. Por sua vez, os perfis 
20
UNIDADE I │ NoçõEs BásIcAs soBrE o Aço E soBrE As EstrUtUrAs MEtálIcAs
tipo L ou cantoneiras são constituídos por duas abas ortogonais entre si, existindo a 
possibilidade de apresentar larguras similares ou distintas.
figura 9. perfis laminados.
fonte: portal Metalica, 2017.
Perfis soldados
Os perfis laminados do tipo I, apresentaram algumas limitações, por isso, foram criados 
os perfis laminados para suprir essas necessidades. Esses perfis podem ser apresentados 
em distintas geometrias, como H, I, L. Segundo a norma, é possível ainda criar perfis 
especiais, caso haja necessidade do projetista. Uma das principais vantagens é o fato de 
apresentarem uma elevada eficiência estrutural. Em relação ao nome, ele é dado pelo 
símbolo do perfil utilizado adicionando sua altura em mm e massa em kg/m.
figura 10. comparação entre perfis soldados e laminados.
fonte: portal Metalica, 2017.
21
Noções Básicas soBre o aço e soBre as estruturas Metálicas │ uNiDaDe i
Perfis de chapas dobradas
Os perfis de chapas dobradas são formados a frio, padronizados sob as formas L, U, 
UE, Z, ZE. Ao mesmo tempo, permitem ao projetista alta liberdade de criação. O seu 
dobramento deve apresentar raios mínimos, que não devem ser muito pequenos para 
evitar o surgimento de fissuras nestes locais. Nesses perfis, os cantos são arredondados 
e também são utilizados aços que apresentam elevado teor de carbono.
Além dos perfis supracitados, podem ser confeccionados trilhos, tubos e perfis 
compostos, como, por exemplo, o perfil caixão composto da união de dois perfis I. 
A norma que deve ser consultada para saber um pouco mais sobre esse tipo de perfil é 
a NBR 14762:2001.
figura 11. perfil c.
fonte: portal Metalica, 2017.
22
CAPÍtuLo 2
Aços estruturais: definição, tipos e 
utilização na construção civil
Aço estrutural
Os aços estruturais são todos aqueles aços que possuem características ideais para serem 
usados como elementos estruturais, ou seja, devido a suas propriedades, conseguem 
suportar cargas. De modo geral, possuem conformações na forma de perfis, cantoneiras 
ou chapas. São produzidos sob certos cuidados que envolvem alguns requisitos químicos 
e determinadas propriedades mecânicas. Esse tipo de aço é utilizado na construção de 
edifícios, pontes, navios, entre outras estruturas. 
Os aços que mais interessam à construção civil são os chamados aços estruturais de 
média e alta resistência mecânica. Esses termos são utilizados para designar todo aço 
que devido a sua ductilidade, resistência e outras propriedades mecânicas se adequa à 
utilização como elemento estrutural da construção civil que recebe carregamentos.
Para que possa ser usado como estrutural, o aço deve possuir algumas características 
como: alta tensão de escoamento e tenacidade, boa soldabilidade, susceptibilidade 
a corte por chama se endurecimento, boa trabalhabilidade em operação como corte, 
furação e dobra sem que haja defeitos como fissuras e outros. 
Classificação dos aços estruturais 
Os aços estruturais podem ser classificados de acordo com algumas propriedades 
particulares e características como:
Aço-carbono 
São ligas de Ferro-Carbono contendo geralmente de 0,008% até 2,11% de Carbono, 
além de certos elementos residuais (Cromo, Níquel, Cobre, Alumínio, Manganês e 
Silício) resultantes dos processos de fabricação.
Segundo a NBR6215 os elementos residuais não podem ultrapassar os valores 
admissíveis, estabelecido por norma. Esse tipo de aço é denominado de aço de média 
resistência mecânica e ainda pode ser subdividido em três classes devido à quantidade 
23
Noções Básicas soBre o aço e soBre as estruturas Metálicas │ uNiDaDe i
de carbono presente. Quadro 2, é possível observar a quantidade de carbono em cada 
uma dessas classes.
quadro 2. tipo de aço e sua percentagem em carbono.
Tipo de aço-carbono % de carbono
Baixo Carbono ≤0,30%
Médio Carbono Entre 0,30% e 0,50%
Alto Carbono ≥0,50%
fonte: próprio autor.
Os aços com alto teor de carbono possuem elevada dureza e alta resistência após a 
têmpera. Esse tipo de aço não é adequado para construção civil, pois o mesmo prejudica 
a soldabilidade das peças. O aço mais indicado para construções, que utilizam estruturas 
de aço são os de baixo teor de carbono, pois o processo de soldabilidade é muito mais 
eficaz, além de possuir uma grande ductilidade e ser bom para trabalhos mecânicos.
Os aço-carbono de baixo e médio teor de carbono são obtidos por laminação, cujo o 
limite de resistência a tração variam entre 390 à 490 Mpa e o alongamento gira em torno 
de 20%. O processo de laminação a quente juntamente com o baixo teor de carbono do 
material, proporciona aos perfis estruturais a ductilidade necessária e também produz 
uma boa homogeinidade das peças com pequenas variações de resistência a tração e a 
compressão, porem essas variações não são prejudicial às peças.
A ductilidade desse tipo de aço garante uma excelente trabalhabilidade em operações 
com corte e dobramento sem que haja fissuras, entre outros defeitos.
O limite de escoamento e o módulo de elasticidade, que são muito importantes no 
projeto e no cálculo das estruturas, são satisfatórios nos aços de baixo carbono. 
A boa soldabilidade do material em uma estrutura é um fator imprescindível, tendo 
em vista que sua falhapoderá comprometer a construção. Em uma estrutura de aço 
há muitos pontos a serem soldados. Para esse propósito, os aços com um baixo ter de 
carbono são uma boa escolha, pois o material pode ser soldado sem que haja alteração 
da estrutura. 
A resistência à corrosão é o único requisito não atendido em relação aos exigidos para 
que o aço-carbono seja estrutural. Mas, uma resistência à corrosão adequada para o 
aço-carbono pode ser adquirida com a introdução de outros tipos de material. A adição 
de pequenos teores de Cobre ajuda a melhorar a resistência à corrosão, em relação ao 
aço que não possui adição do Cobre, em mais ou menos duas vezes.
24
UNIDADE I │ NoçõEs BásIcAs soBrE o Aço E soBrE As EstrUtUrAs MEtálIcAs
Aços de baixa liga / aços patináveis 
Os aços estruturais de melhor qualidade contém Níquel, Cromo e Molibdênio em sua 
composição, chegando a cerca de 6% a soma dos teores destes elementos. Quando neles 
existe média ou alta resistência mecânica e resistência à corrosão atmosférica, podem 
ser chamados de aços patináveis. 
Os aços patináveis possuem em sua composição certos elementos químicos, como 
o Cobre, que alteram as características constitucionais e morfológicas da ferrugem 
formada e propiciam a formação de uma película de óxidos aderentes e protetores 
chamados de pátina. Devido à exposição ao clima, o aço paginável desenvolve uma 
camada compacta e aderente de óxido na superfície, a qual funciona como uma 
barreira de proteção, fazendo com que o aço possa ser usado sem nenhum tipo de 
revestimento. Porém, essa camada compacta, ou pátina, surge somente após um ciclo 
alternado de molhamento e secagem. A camada protetora não surge imediatamente, 
o processo depende do local de exposição do aço, em um período de 18 meses à 3 
anos. Entretanto, após um ano, o material já começa a apresentar uma homogênea 
composição marrom clara. 
A composição e a estrutura cristalográfica da ferrugem que se forma tanto sobre os aços 
patináveis quanto do carbono são similares. Contudo, nos aços patináveis a interface 
metal/ferrugem apresenta uma fase amorfa que é rica em elementos de liga, como o 
Cobre, o Fósforo e outros. Essa camada limita os estimuladores de corrosão da superfície 
metálica e inibe a dissolução desta, ocorrendo assim a redução drástica da velocidade 
do processo de corrosão.
Os aços patináveis apresentam algumas restrições relacionadas ao uso ou não do 
revestimento de proteção. O uso deste revestimento depende do local que a estrutura 
de aço será implantada, relacionando-se ao tipo de atmosfera/exposição, que pode 
ser classificada em urbana, industrial, rural e marinha. Para esse tipo de aço, o 
uso do revestimento de proteção é aconselhável quando as condições climáticas 
não favorecem a formação da pátina, ou seja, em locais onde não ocorre o ciclo de 
molhamento e secagem. 
Nas regiões submersas ou sujeita a respingos, em ambientes industriais com o nível de 
agressividade alta ou em distancia de até 600 metros da orla marinha é aconselhável o 
uso de revestimento de proteção do metal, pois nestes casos a camada de patina, que dá 
maior proteção ao aço contra a corrosão, pode não se formar.
O uso de aços patináveis com alta resistência mecânica proporciona uma redução de 
espessura das peças estruturais, se comparado aos aços-carbono, o que implica menor 
25
Noções Básicas soBre o aço e soBre as estruturas Metálicas │ uNiDaDe i
consumo de material, sendo recomendado para a construção civil. Contudo deve haver 
uma verificação da viabilidade do uso desse tipo de material, isso porque, devido a 
sua composição, ele possui uma maior complexidade na fabricação, ocasionando custos 
maiores no processo de obtenção. 
Aços resistentes ao fogo 
Uma das preocupações mais presentes acerca das estruturas construídas com aço é 
a relação que o material tem com o fogo, pois quando ele entra em contato com altas 
temperaturas tende a deformar com maior facilidade. Devido à crescente utilização do 
material, e com o avanço da tecnologia, foram desenvolvidos outros tipos de aços mais 
resistentes, que asseguram maior tempo antes de iniciar a deformação da estrutura, 
fazendo com que haja maior segurança para evacuação das construções pelos usuários.
Os aços resistentes ao fogo são resultantes basicamente da modificação de aços resistentes 
à corrosão atmosférica. As adições de outros elementos são ajustadas sempre no limite 
mínimo possível para garantir um valor elevado de resistência mecânica à tração, sem 
prejudicar sua soldabilidade e resistência à corrosão atmosférica, intrínsecos do aço de 
origem.
o aço na arquitetura e na construção civil 
Desde o século XVIII , o ferro e o aço passaram a ser utilizados como materiais de 
construção. Sua utilização foi intensificada devido ao desenvolvimento tecnológico que 
surgiu com a revolução industrial. 
Devido as suas características peculiares como eficiência; baixo peso quando comparado 
à sua capacidade estrutural; resistência a cargas elevadas, especialmente no caso de 
construções que precisam vencer grandes vãos; além da possibilidade de ser reciclado 
sem perder suas características, o aço passou a ser utilizado, mais frequentemente, como 
estrutura, tanto na arquitetura quanto na construção civil, ao longo do tempo. O uso 
desse material em projetos arquitetônicos vem sendo feito devido a sua funcionalidade, 
economia e engenhosidade na forma. Para que esse material seja utilizado com a maior 
eficiência possível, é preciso que arquitetos e engenheiros tenham grande conhecimento 
técnico sobre o projeto e as estruturas. 
O aço pode possuir distintas características apenas pela mudança de sua composição 
química. Por isso, deve-se adequar a sua composição de acordo com a necessidade 
do uso, ou seja, para cada tipo de empreendimento, poderá ser usado um tipo de aço 
diferente. A criatividade e a sensibilidade artísticas para o desenvolvimento de projetos 
26
UNIDADE I │ NoçõEs BásIcAs soBrE o Aço E soBrE As EstrUtUrAs MEtálIcAs
arquitetônicos também influenciam o tipo de aço usado, pois sua escolha pode impactar 
o custo da obra.
desenvolvimento mundial da utilização 
do aço 
Durante muito tempo, o aço vem inspirando arquitetos e engenheiros, combinando 
resistência e eficiência com oportunidades de expressão cultural. Quando europeus 
e norte-americanos passaram a conceber edifícios com estruturas metálicas, as 
estratégias para confecções de estruturas arrojadas com alto índice de industrialização 
e precisão foram possíveis devido ao aprofundamento dos arquitetos em relação às 
propriedades do material. Desde o século XVIII, o hemisfério norte dá exemplo de 
arquitetura concebidas com aço: da turística Torre Eiffel, em Paris, aos arranha-céus 
norte-americanos da Escola de Chicago e, mais recentemente, as pontes e passarelas de 
Santiago Calatrava. Na América Latina tem-se como exemplo a Ponte da Mulher, em 
Puerto Madero, Buenos Aires.
Em meados do século XIX, após o incêndio na Escola de Chicago, a estrutura metálica 
para sua reconstrução foi utilizada de uma maneira ainda pouco usada. o “ á ” ú U 
construtores de Chicago foi Willian Le Baron, que é considerado também o precursor 
do uso do aço nas edificações. 
A verticalização das construções ocorreu devido ao desenvolvimento do comércio, ao 
crescimento demográfico e à valorização dos terrenos em cidades. Com o passar do 
tempo, as edificações nos Estados Unidos foram ficando cada vez mais altas, e a invenção 
dos elevadores acelerou o processo. Enquanto na Europa as construções mais altas não 
passavam do sétimo pavimento, os edifícios dos norte-americanos chegavam a vinte e 
até trinta andares. À medida que o tempo foi passando, esse número se tornou crescente 
devido a processos mais eficazes de utilização do aço que foram sendo descobertos. 
A linguagem arquitetônica também sofreu modificação em relação aos tipos de 
edificação. As peças de aço nunca ficavam aparentes, sempre as fachadas dos 
arranha-céus eram revestidas comoutros materiais, porém isso foi mudando. A 
própria estrutura de aço começou a ser destacada nas fachadas, fazendo com que a 
simplicidade das estruturas passasse a ser exibidas nas fachadas e se tornasse um 
estilo internacionalmente conhecido.
Hoje, na era do pluralismo arquitetônico e da inovação da engenharia, o aço está 
presente nos mais sofisticados e modernos edifícios. Parte disso se deve à evolução, 
a passos largos, nas áreas de metalurgia, análise estrutural, fabricação, montagem 
27
Noções Básicas soBre o aço e soBre as estruturas Metálicas │ uNiDaDe i
e desenvolvimento de componentes construtivos que complementam e fecham 
a estrutura. Os limites da utilização do aço são cada vez mais explorados, técnica e 
expressivamente, gerando soluções estéticas ricas, criativas e variadas.
Nos dias atuais, em todo mundo na construção de estádios, estações ferroviárias, 
terminais de navios, terminais aeroviários, museus, ginásios, centros de convenções, 
pontes e inúmeras tipologias de empreendimentos utilizam-se sistemas estruturais em 
aço. Obras magníficas vêm sendo executadas, concretizando o que existe de mais atual 
formal e tecnologicamente. Hoje, pode-se destacar como importantes obras em aço, 
a Torre Eiffel e a Pirâmide do Louvre na França, o Hong Kong Bank, a Estação do 
Oriente em Lisboa, o Museu Guggenhein de Bilbao, o Edifício da Louis Vuitton-Paris e 
o Edifício sede da China Steel Corporation.
O recém-concluído edifício sede da China Steel Corporation, uma das maiores 
fabricantes de aço para construção do mundo é um dos modelos mais atuais da 
arquitetura em aço no cenário mundial.
28
unidAdE ii
dEfiniçõES, 
ConCEitoS E 
APLiCAçõES
CAPituLo 1
definições e conceitos de perfis 
soldados e laminados
Produtos siderúrgicos 
Dentro do processo siderúrgico, os produtos ainda podem ser classificados como 
aços planos e não-planos. Entende-se por produtos planos aqueles cuja forma da 
seção transversal é retangular, sendo que a largura do produto é várias vezes maior 
que sua espessura. Nos produtos não-planos, sua seção transversal é diferente da 
forma retangular, com exceção de barras chatas, alguns blocos e tarugos. Ao produtos 
não-planos têm formas em geral complexas e variadas, embora já tenham formas 
consagradas e limitadas. Os exemplos mais comuns de produtos não-planos utilizados 
em estruturas de aço são os perfis do tipo H, I, U, entre outros. 
Outra classificação dos produtos siderúrgicos está relacionada à sua aplicabilidade 
direta: são os produtos acabados e semi-acabados. Os produtos denominados 
semi-acabados, ou intermediários, são assim denominados em virtude de praticamente 
não existirem aplicações diretas para eles, salvo para posterior processamento por 
laminação, extrusão, trefilação, etc. que o transformam em produtos finais, ou seja, 
acabados. 
O uso de chapas finas fornecidas em bobinas não é aconselhável para a produção de 
perfis soldados, pois as chapas têm a tendência de retornar à sua posição deformada na 
bobina por ocasião da soldagem dos perfis. 
Perfis acabados podem ser conformados, também, diretamente do processo de 
laminação com dimensões e espessuras diversas.
29
Definições, ConCeitos e ApliCAçõe │ UniDADe ii
Dos diversos componentes de uma estrutura metálica, os perfis são os mais importantes 
para o seu projeto, fabricação e montagem. Em geral, os perfis apresentam formas 
parecidas com letras (I, H, U e Z) e por isso recebem os mesmos nomes, exceto à letra 
L, que é chamado de cantoneira. Os perfis podem ser produzidos de três formas: por 
laminação, conformação a frio ou soldagem. São denominados, respectivamente, de 
perfis: laminados, formados a frio e soldados.
Perfis soldados
Soldagem
Soldagem é uma técnica utilizada para unir peças metálicas geralmente por meio da 
aplicação de calor. Essa técnica foi descoberta durante os esforços para manipular o 
ferro em formas úteis. Lâminas soldadas foram desenvolvidas no primeiro milênio 
D.C., sendo as mais famosas aquelas produzidas por armeiros árabes em Damasco, na 
Síria. O processo de carburação do ferro para produzir aço duro era conhecido nessa 
época, mas o aço resultante era muito frágil. A técnica de soldagem - que envolvia a 
interposição de ferro relativamente macio e resistente com material de alto teor de 
carbono, seguida por forjamento de martelo - produzia uma lâmina forte e resistente.
Nos tempos modernos, a melhoria nas técnicas de fabricação de ferro, especialmente 
a introdução de ferro fundido, restringiu a soldagem ao ferreiro e ao joalheiro. Outras 
técnicas de junção, como a fixação por parafusos ou rebites, foram amplamente 
aplicadas a novos produtos, de pontes e motores ferroviários a utensílios de cozinha.
Os processos modernos de soldagem por fusão são resultado da necessidade de obter 
uma junta contínua em grandes placas de aço. A rebitagem demonstrou ter desvantagens, 
especialmente para um contêiner fechado, como uma caldeira. Solda a gás, solda a arco 
e resistência à soldagem apareceram no final do século XIX. A primeira tentativa real 
de adotar processos de soldagem em larga escala foi feita durante a Primeira Guerra 
Mundial. Em 1916, o processo de oxiacetileno estava bem desenvolvido, e as técnicas de 
soldagem empregadas ainda são usadas. 
As principais melhorias desde então foram em equipamentos e segurança. A soldagem 
a arco, usando um eletrodo consumível, também foi introduzida neste período, mas 
os fios desencapados foram inicialmente usados para produzir soldas quebradiças. 
Uma solução foi encontrada envolvendo o fio desencapado com amianto e fio de alumínio 
entrelaçado. O eletrodo moderno, introduzido em 1907, consiste em um fio nu com 
uma camada complexa de minerais e metais. A soldagem a arco não foi universalmente 
30
UNIDADE II │ DEfINIçõEs, CoNCEItos E AplICAçõE
usada até a Segunda Guerra Mundial, quando a necessidade urgente de meios rápidos 
de construção para transporte, usinas de energia, transporte e estruturas estimularam 
o trabalho de desenvolvimento necessário.
A solda por resistência, inventada em 1877 por Elihu Thomson, foi aceita muito antes 
da soldagem a arco para unir ponto e junção de chapa. A soldagem a topo para fazer e 
unir barras e hastes foi desenvolvida durante a década de 1920. Na década de 1940, o 
processo de gás inerte de Tungstênio, usando um eletrodo de Tungstênio não consumível 
para realizar soldas de fusão, foi introduzido. Em 1948, um novo processo blindado 
a gás foi usado para eletrodo de fio que foi consumido na solda. Mais recentemente, 
soldagem por feixe de elétrons, solda a laser e diversos processos em fase sólida, como 
soldagem por fricção, solda por fricção e junção ultrassônica foram desenvolvidos.
Princípios básicos de soldagem
Uma solda pode ser definida como uma coalescência de metais produzidos por 
aquecimento a uma temperatura adequada, com ou sem aplicação de pressão, e com ou 
sem uso de um material de enchimento.
Na soldagem por fusão, a fonte de calor gera calor suficiente para criar e manter 
uma poça de metal fundido do tamanho necessário. O calor pode ser fornecido por 
eletricidade ou por chama de gás. A solda por resistência elétrica pode ser considerada 
soldagem por fusão, pois é formado um metal fundido.
figura 12. processo básico de soldagem.
fonte: luz, 2017.
Os processos de fase sólida produzem soldas sem fundir o material de base e sem a 
adição de um metal de adição. A pressão é sempre empregada e geralmente é fornecido 
algum calor. O calor por fricção é desenvolvido na junção ultrassônica e de fricção, e o 
aquecimento do forno é normalmente empregado em ligações de difusão.
31
Definições, ConCeitos e ApliCAçõe │ UniDADe ii
O arco elétrico usado na soldagem é uma descarga de alta corrente, geralmente na faixa 
de 10 a 2.000 ampères a 10-50 volts. Uma coluna de arco é complexa, mas falando de 
forma ampla, consiste em um cátodo que emite elétrons, plasma de gás para condução 
de corrente e uma região deanodo que se torna comparativamente mais quente que o 
cátodo devido ao bombardeamento de elétrons. Um arco de corrente contínua (DC) é 
normalmente usado, mas arcos de corrente alternada (CA) podem ser empregados.
A entrada total de energia em todos os processos de soldagem excede o que é necessário 
para produzir uma junta, porque nem todo o calor gerado pode ser efetivamente 
utilizado. As eficiências variam de 60 a 90%, dependendo do processo; alguns processos 
especiais desviam-se amplamente desta figura. O calor é perdido pela condução através 
do metal base e pela radiação para o ambiente.
A maioria dos metais, quando aquecidos, reage com a atmosfera ou com outros metais 
próximos. Essas reações podem ser extremamente prejudiciais para as propriedades de 
uma junta soldada. A maioria dos metais, por exemplo, rapidamente se oxida quando 
derretida. Uma camada de óxido pode impedir a ligação adequada do metal. Gotículas 
de metal fundido revestidas com óxido ficam aprisionadas na solda e formam a junção 
frágil. Alguns dos materiais usados para propriedades específicas têm reagido tão 
rapidamente na superfície que o metal depositado não tem a mesma composição que 
tinha inicialmente. Esses problemas levaram ao uso de fluxos e atmosferas inertes.
Na soldagem por fusão, o fluxo tem um papel protetor na facilitação de uma reação 
controlada do metal e então evita a oxidação formando uma manta sobre o material 
fundido. Fluxos podem estar ativos e ajudar no processo ou inativos e simplesmente 
proteger as superfícies durante a junção.
Atmosferas inertes desempenham um papel protetor semelhante ao dos fluxos. 
Em soldagem com arco de Tungstênio blindado a gás e arco de metal blindado a gás, 
um gás inerte – geralmente Argônio – flui de um anel em torno da tocha em um fluxo 
contínuo, deslocando o ar em torno do arco. O gás não reage quimicamente com o 
metal, mas simplesmente o protege do contato com o oxigênio no ar.
A metalurgia da união de metais é importante para as capacidades funcionais da junta. 
A solda a arco ilustra todas as características básicas de uma junta. Três zonas resultam 
da passagem de um arco de solda: (1) o metal de solda, ou zona de fusão, (2) a zona 
afetada pelo calor e (3) a zona não afetada. O metal de solda é aquela parte da junta que 
foi derretida durante a soldagem. A zona afetada pelo calor é uma região adjacente ao 
metal de solda que não foi soldada, mas sofreu uma alteração na sua microestrutura ou 
propriedades mecânicas devido ao calor da soldagem. O material não afetado é aquele 
que não foi aquecido o suficiente para alterar suas propriedades.
32
UNIDADE II │ DEfINIçõEs, CoNCEItos E AplICAçõE
A composição do metal de solda e as condições sob as quais ela congela (solidifica) 
afetam significativamente a capacidade da junta de atender aos requisitos de serviço. 
Na soldagem a arco, o metal de solda inclui o material de enchimento mais o metal base 
que derreteu. Depois que o arco passa, ocorre um resfriamento rápido do metal de solda. 
Uma solda de uma passagem tem uma estrutura fundida com grãos colunares que se 
estendem da borda da poça de fusão até o centro da solda. Em uma solda multipasse, 
esta estrutura fundida pode ser modificada, dependendo do metal particular que está 
sendo soldado.
O metal base adjacente à solda, ou a zona afetada pelo calor, é submetido a uma gama 
de ciclos de temperatura, e a mudança na sua estrutura está diretamente relacionada 
à temperatura de pico em qualquer ponto dado, o tempo de exposição e as taxas de 
resfriamento. Os tipos de metais básicos são numerosos demais para serem discutidos 
aqui, mas podem ser agrupados em três classes: (1) materiais não afetados pelo calor 
de soldagem, (2) materiais endurecidos por mudanças estruturais, (3) materiais 
endurecidos por processos de precipitação.
figura 13. zonas de uma junta soldada. (1) zona fundida. (2) zona de ligação. (3) zona afetada termicamente. (4) 
Metal base.
fonte: luz, 2017.
Zona afetada termicamente (heat-affected zone) é a porção do metal de base 
que não foi fundido, mas cujas propriedades mecânicas, ou microestrutura, 
foram alteradas pelo calor da soldagem, brasagem ou corte.
Zona de fusão (fusion zone) é a área fundida do metal de base, na seção 
transversal da, ou zona fundida, que é a região da junta soldada que esteve 
momentaneamente no estado líquido e cuja solidificação aconteceu devido ao 
desligamento ou ao afastamento da fonte de calor.
Zona de ligação é a região da junta soldada que envolve a zona fundida. É a 
região que durante a soldagem foi aquecida entre as linhas “líquidus” e “sólidus”. 
Para os metais puros se reduz a uma superfície. 
33
Definições, ConCeitos e ApliCAçõe │ UniDADe ii
A soldagem produz tensões nos materiais. Essas forças são induzidas pela contração e 
pela expansão do metal de solda e, em seguida, pela contração da zona afetada pelo calor. 
O metal não aquecido impõe uma restrição ao acima, e como a contração predomina, 
o metal de solda não pode se contrair livremente, e uma tensão é acumulada na junta. 
Isso é geralmente conhecido como tensão residual, e para algumas aplicações críticas 
deve ser removido por tratamento térmico de toda a fabricação. A tensão residual é 
inevitável em todas as estruturas soldadas e, se não for controlada, o arqueamento 
ou a distorção da soldagem ocorrerá. O controle é exercido pela técnica de soldagem, 
gabaritos e acessórios, procedimentos de fabricação e tratamento térmico final.
Existe uma grande variedade de processos de soldagem. Vários dos mais importantes 
são discutidos abaixo.
a. Forja de soldagem
Esta técnica de fusão data dos primeiros usos do ferro. O processo foi empregado 
pela primeira vez para juntar pequenos pedaços de ferro em peças úteis maiores, 
juntando-os. As peças a serem unidas foram primeiro moldadas, depois aquecidas à 
temperatura de soldagem em uma forja e finalmente marteladas ou prensadas juntas. 
A espada de Damasco, por exemplo, consistia em barras de ferro forjado marteladas até 
ficarem finas, dobradas para trás sobre si mesmas e depois remasterizadas para produzir 
uma solda forjada. Quanto maior o número de vezes que esse processo era repetido, 
mais difícil era a espada obtida. Na Idade Média, os canhões eram feitos através da 
soldagem de várias bandas de ferro, e os parafusos com ponta de aço a partir de bestas 
eram fabricados por soldagem de forja. A soldagem de forja sobreviveu principalmente 
como um ofício de ferreiro e ainda é usada até certo ponto na fabricação de correntes.
b. Soldagem a arco
A soldagem com arco de metal blindado é responsável pelo maior volume de soldagem 
atualmente. Nesse processo, um arco elétrico é atingido entre o eletrodo metálico e 
a peça de trabalho. Pequenos glóbulos de metal fundido são transferidos do eletrodo 
de metal para a junta de solda. Como a soldagem a arco pode ser feita com corrente 
alternada ou contínua, algumas unidades de soldagem acomodam ambas para uma 
aplicação mais ampla. Um suporte ou dispositivo de fixação com uma alça isolada é 
usado para conduzir a corrente de soldagem ao eletrodo. Um circuito de retorno à fonte 
de energia é feito por meio de um grampo na peça de trabalho.
A soldagem a arco com blindagem a gás, na qual o arco é protegido do ar por um gás inerte 
como o Argônio ou o Hélio, tornou-se cada vez mais importante porque pode depositar 
mais material com maior eficiência e pode ser prontamente automatizada. A versão do 
34
UNIDADE II │ DEfINIçõEs, CoNCEItos E AplICAçõE
eletrodo de Tungstênio encontra suas principais aplicações em materiais laminados de 
alta liga. Corrente direta ou alternada é usada, e metal de adição é adicionado quente ou 
frio no arco. A soldagem de arco gás-metal de eletrodo consumível com gás de proteção 
de dióxido de carbono é amplamente usada para soldagem de aço. Dois processos, 
conhecidos como arco de spray e arco de curto-circuito, são utilizados. A transferência 
de metal é rápida e a proteção contragases garante um depósito de solda difícil.
A soldagem por arco submerso é semelhante à anterior, exceto porque a proteção à gás 
é substituída por um material mineral granulado ,como um fluxo, que é amontoado ao 
redor do eletrodo de modo que nenhum arco seja visível.
A soldagem por plasma é um processo em arco no qual um plasma quente é a fonte 
de calor. Tem alguma semelhança com a soldagem com arco de Tungstênio blindado 
à gás, sendo as principais vantagens a maior concentração de energia, a estabilidade 
melhorada do arco e o controle mais fácil do operador. Melhor estabilidade do arco 
significa menor sensibilidade ao alinhamento da junta e variação do comprimento do 
arco. Na maioria dos equipamentos de soldagem a plasma, um arco secundário deve 
primeiro ser atingido para criar um fluxo de gás ionizado e permitir que o arco principal 
seja iniciado. Este arco secundário pode utilizar uma partida de alta frequência ou de 
contato direto. O resfriamento à água é usado por causa das altas energias forçadas 
através de um pequeno orifício. O processo é passível de mecanização e taxas de 
produção rápidas são possíveis.
c. Processos termoquímicos
Um dos processos termoquimicos é a soldagem à gás. Ela já foi classificada como 
de importância igual aos processos de soldagem com arco metálico, mas agora está 
confinada a uma área especializada de fabricação de chapas e provavelmente é usada 
tanto por artistas como na indústria. A soldagem à gás é um processo de fusão com 
calor fornecido pela queima de Acetileno e Oxigênio para fornecer uma chama intensa 
e controlada de perto. O metal é adicionado à junta na forma de um fio de enchimento 
frio. Uma chama neutra ou redutora é geralmente desejável para evitar a oxidação do 
metal base. Com habilidade, soldas muito boas podem ser produzidas, mas velocidades 
de soldagem são muito baixas. Fluxos auxiliam na prevenção da contaminação por 
óxido da articulação.
Outro processo termoquímico é a união aluminotérmica (termite). Ele tem sido usado 
com sucesso para metais ferrosos e não ferrosos, mas é mais usado para o primeiro. 
Uma mistura de alumínio finamente dividido e óxido de ferro é inflamada para produzir 
um metal líquido superaquecido a cerca de 2.800 °C (5.000 °F). A reação é concluída 
em 30 segundos a 2 minutos, independentemente do tamanho da carga. O processo 
35
Definições, ConCeitos e ApliCAçõe │ UniDADe ii
é adequado para unir seções com seções transversais grandes e compactas, como 
retângulos e arredondamentos. Um molde é usado para conter o metal líquido.
d. Solda por resistência
Spot, costura e projeção de soldagem são processos de solda por resistência em que o 
calor necessário para a união é gerado pela resistência elétrica na interface da junta. 
As soldas são feitas em um tempo relativamente curto (tipicamente 0,2 segundos), 
usando uma fonte de energia de baixa voltagem e alta corrente com força aplicada 
à junta através de dois eletrodos, um de cada lado. Soldas pontuais são feitas em 
intervalos regulares em chapas metálicas que possuem uma sobreposição. A força das 
juntas depende do número e tamanho das soldas. 
A soldagem de costura é um processo contínuo em que a corrente elétrica é pulsada 
sucessivamente na junta para formar uma série de pontos sobrepostos ou uma costura 
contínua. Este processo é usado para soldar contêineres ou estruturas onde a soldagem 
por pontos é insuficiente. 
Uma solda de projeção é formada quando uma das peças a serem soldadas na máquina 
de resistência foi rebaixada ou pressionada para formar uma protuberância que 
é derretida durante o ciclo de solda. O processo permite que um número de pontos 
predeterminados seja soldado de uma só vez. Todos esses processos são capazes de 
taxas de produção muito altas com controle de qualidade contínuo. O equipamento mais 
moderno em solda por resistência inclui sistemas completos de controle de feedback 
para corrigir qualquer solda que não atenda às especificações desejadas.
A soldagem por flash é um processo de solda por resistência em que as peças a serem 
unidas são presas, as extremidades unidas lentamente e depois separadas para causar 
um arco ou flash. Piscando ou arco é continuado até que toda a área da articulação seja 
aquecida; as partes são então forçadas e a pressão mantida até que a junta seja formada 
e resfriada.
Solda por resistência de baixa e alta frequência é usada para a fabricação de tubos. 
A junção longitudinal em um tubo é formada de metal espremido em forma com bordas 
adjacentes. O calor de soldagem é governado pela corrente que passa pelo trabalho 
e pela velocidade com que o tubo passa pelos rolos. Velocidades de soldagem de 60 
metros (200 pés) por minuto são possíveis neste processo.
e. Solda por feixe de elétrons
Na soldagem por feixe de elétrons, a peça é bombardeada com um fluxo denso de 
elétrons de alta velocidade. A energia desses elétrons é convertida em calor no momento 
36
UNIDADE II │ DEfINIçõEs, CoNCEItos E AplICAçõE
do impacto. Um dispositivo de focalização de feixe está incluído, e a peça de trabalho 
é geralmente colocada em uma câmara evacuada para permitir o deslocamento 
ininterrupto do elétron. O aquecimento é tão intenso que o feixe vaporiza quase 
instantaneamente em um orifício através da junta. Soldas de penetração profunda 
extremamente estreitas podem ser produzidas usando tensões muito altas - até 150 
kilovolts. As peças de trabalho são posicionadas com precisão por um dispositivo 
de avanço automático; por exemplo, uma solda em material de 13 mm (0,5 pol.) de 
espessura teria apenas 1 mm (0,04 pol.) de largura. As velocidades típicas de soldagem 
são de 125 a 250 cm (50 a 100 polegadas) por minuto.
f. Solda a frio
Na soldagem a frio, a junção de materiais sem o uso de calor pode ser realizada 
simplesmente pressionando-os juntos. As superfícies devem estar bem preparadas e a 
pressão suficiente para produzir de 35 a 90% de deformação na junta, dependendo do 
material. Juntas dobradas em chapas e solda de arame a frio constituem as principais 
aplicações desta técnica. A pressão pode ser aplicada por punções, suportes de laminação 
ou ferramentas pneumáticas. Pressões de 1.400.000 a 2.800.000 kilopascal (200.000 
a 400.000 libras por polegada quadrada) são necessárias para produzir uma junta em 
alumínio; quase todos os outros metais precisam de pressões mais altas.
g. Solda por fricção
Na soldagem por fricção, duas peças de trabalho são reunidas sob carga, com uma parte 
girando rapidamente. O calor de fricção é desenvolvido na interface até que o material 
se torne plástico, momento em que a rotação é interrompida e a carga é aumentada 
para consolidar a junta. Uma junção forte é resultante da deformação plástica e, nesse 
sentido, o processo pode ser considerado uma variação da soldagem por pressão. 
 O processo é autorregulável, pois, à medida que a temperatura na junta sobe, o 
coeficiente de atrito é reduzido e o superaquecimento não pode ocorrer. As máquinas 
são quase como tornos na aparência. Velocidade, força e tempo são as principais 
variáveis. O processo foi automatizado para a produção de carcaças de eixo na indústria 
automotiva.
h. Soldagem a laser
A soldagem a laser é realizada quando a energia luminosa emitida por uma fonte de laser 
é focada em uma peça de trabalho para fundir os materiais. A disponibilidade limitada 
de lasers com energia suficiente para a maioria dos objetivos de soldagem até agora 
restringiu seu uso nesta área. Outra dificuldade é que a velocidade e a espessura que 
podem ser soldadas são controladas, não tanto pela potência, mas, pela condutividade 
37
Definições, ConCeitos e ApliCAçõe │ UniDADe ii
térmica dos metais, evitando a vaporização do metal na superfície. Aplicações 
particulares do processo com materiais muito finos - até 0,5 mm (0,02 polegadas) - 
têm, no entanto, sido muito bem sucedidas. O processo é útil na junção de circuitos 
elétricos miniaturizados.
i. Ligação por difusão
Este tipo de ligação dependedo efeito da pressão aplicada a uma temperatura elevada 
durante um período de tempo apreciável. Geralmente, a pressão aplicada deve ser 
menor que a necessária para causar 5% de deformação, de modo que o processo 
possa ser aplicado às peças acabadas da máquina. O processo tem sido usado mais 
extensivamente nas indústrias aeroespaciais para unir materiais e formas que, de 
outra maneira, não poderiam ser feitos - por exemplo, canais com aletas múltiplas e 
construção em favo de mel. O aço pode ser ligado por difusão a acima de 1.000 °C 
(1.800 °F) em poucos minutos.
j. Soldagem ultrassônica
A junção ultrassônica é obtida fixando as duas peças a serem soldadas entre uma bigorna 
e uma sonda de vibração ou sonotrodo. A vibração aumenta a temperatura na interface 
e produz a solda. As principais variáveis são a força de fixação, a entrada de energia e 
o tempo de soldagem. Uma solda pode ser feita em 0,005 segundo em fios finos e até 1 
segundo em material de 1,3 mm (0,05 polegada) de espessura. Soldas pontuais e soldas 
contínuas são feitas com boa confiabilidade. As aplicações incluem o uso extensivo de 
ligações de chumbo para circuitos integrados, enlatados de transistores e corpos de 
latas de alumínio.
k. Soldagem explosiva
A soldagem explosiva ocorre quando duas placas são impactadas juntas sob uma força 
explosiva em alta velocidade. A placa inferior é colocada em uma superfície firme, 
como uma chapa de aço mais pesada. A placa superior é colocada cuidadosamente em 
um ângulo de aproximadamente 5° com a placa inferior, com uma folha de material 
explosivo no topo. A carga é detonada na dobradiça das duas placas, e uma solda ocorre 
em microssegundos pela deformação plástica muito rápida do material na interface. 
Uma solda completa tem a aparência de ondas na junta causadas por uma ação de 
jateamento de metal entre as placas.
l. Soldabilidade dos metais
Os aços de Carbono e de baixa liga são, de longe, os materiais mais utilizados na 
construção soldada. O teor de Carbono determina em grande parte a soldabilidade 
38
UNIDADE II │ DEfINIçõEs, CoNCEItos E AplICAçõE
dos aços-carbono simples. Acima de 0,3% de carbono, algumas precauções devem 
ser tomadas para garantir uma boa articulação. Os aços de baixa liga são geralmente 
considerados como aqueles com um teor total de liga inferior a 6%. Existem muitos 
graus de aço disponíveis e sua relativa soldabilidade varia.
Alumínio e suas ligas também são geralmente soldáveis. No entanto, um filme de 
óxido muito tenaz sobre o alumínio tende a impedir um bom fluxo de metal e fluxos 
adequados são usados para soldagem a gás. A soldagem por fusão é mais eficaz com 
corrente alternada ao usar o processo de arco de gás Tungstênio para permitir que o 
óxido seja removido pela ação do arco.
O Cobre e suas ligas são soldáveis, mas a alta condutividade térmica do Cobre dificulta a 
soldagem. Metais refratários como Zircônio, Nióbio, Molibdênio, Tântalo e Tungstênio 
são geralmente soldados pelo processo de arco de gás Tungstênio. O Níquel é o material 
mais compatível para unir, é soldável a si mesmo e é amplamente utilizado na soldagem 
de aços dissimilares de aços, inoxidáveis e ligas de Cobre.
definição
Perfil soldado é o perfil formado a partir da união de chapas de aço estrutural, que é 
realizada através de soldagem a arco elétrico.
Este tipo de perfil é bastante utilizado em construções de estruturas de aço, devido a 
sua enorme versatilidade e por permitir inúmeras combinações de espessuras, alturas e 
larguras, o que irá permitir que haja, principalmente, a diminuição do peso da estrutura, 
quando comparadas a uma mesma estrutura com perfis laminados. Quando se fala em 
custos, devido ao processo de solda, esses são bem maiores na fabricação dos perfis 
soldados do que com a laminação para a fabricação dos perfis laminados.
Os responsáveis pela confecção de perfis soldados são os fabricantes de estruturas 
metálicas, que cortam e soldam chapas advindas de usinas siderúrgicas. A soldagem 
pode ser por eletrodo revestido, arco submerso ou outras formas. Mas é necessário 
especificar o material de solda utilizado e, antes de tudo, garantir que ele seja compatível 
com o aço que irá ser soldado, ou seja, esse material deve apresentar características 
semelhantes de resistência mecânica e resistência à corrosão, por exemplo.
Para o estudo, projeto e confecção de perfis soldados, a norma a ser consultada é a 
ABNT NBR 5884 - “Perfil I estrutural de aço soldado por arco elétrico”. Nessa norma, 
são encontradas as características geométricas de diversos perfis I e H soldados e as 
tolerâncias na fabricação. 
39
Definições, ConCeitos e ApliCAçõe │ UniDADe ii
Os perfis são classificados em série simétrica e monossimétrica. No primeiro caso, 
trata-se de uma série formada por perfis que exibem simetria na sua seção transversal 
em relação aos eixos X-X e Y-Y, Figura 14.
figura 14. série simétrica e monossimétrica.
Série simétrica Série monossimétrica
fonte: próprio autor
Eixo X-X: linha paralela à mesa, que é cortada pelo centróide (CG) da seção 
transversal do perfil. 
Eixo Y-Y: linha perpendicular ao eixo X-X, que é cortada pelo centróide (CG) da 
seção transversal dos perfis.
Pode-se dividir a série simétrica em séries, CS, CVS, VS, PS, PSM. 
A série CS é constituída por perfis soldados tipo pilar, com relação d/bf = 1, cujas 
dimensões estão indicadas na NBR 5884. Relacionados na tabela B.1 do anexo B da 
norma.
Quando se fala da série CVS, se descreve os perfis soldados tipo viga-pilar, com relação 
1 < d/bf ≤1,5, cujas dimensões estão indicadas na NBR 5884. Relacionados na tabela 
B.2 do anexo B da norma.
A série VS é constituída por perfis soldados tipo viga, com relação 1,5 < d/bf ≤ 4, cujas 
dimensões estão indicadas na NBR 5884. Relacionados na tabela B.3 do anexo B da 
norma. 
40
UNIDADE II │ DEfINIçõEs, CoNCEItos E AplICAçõE
Já a série PS é constituída por perfis soldados simétricos, neste caso, as dimensões 
não são encontradas na NBR 5884, embora siga as outras especificações descritas na 
norma.
Os perfis soldados não simétricos sua seção transversal em relação ao eixo X-X compõe 
a série monossimétrica, mas exibem simetria em relação ao eixo Y-Y. Esta série pode 
ser dividida em VSM e PSM.
A série VSM é composta por perfis soldados monossimétricos tipo viga, com relação 1 
< d/bf ≤ 4, cujas mesas exibem larguras iguais e espessuras distintas, com dimensões 
exibidas na NBR 5884. Relacionados na tabela B.4 do anexo B da norma.
Já a série PSM é composta por perfis soldados monossimétricos, incluindo os perfis 
com larguras de mesas distintas entre si, não estando relacionados nas tabelas do anexo 
B da NBR 5884, embora siga as outras especificações descritas na norma.
A designação dos perfis I soldados se dá por sua série, depois a altura em mm e 
a massa aproximada em kg/m.
Entenda melhor como se lê.
Perfil série CS 300x62: série CS, 300x300 mm (altura x largura de mesa) e 62,4kg/m.
VSM 450x49: série VSM, 450x200 mm (altura x largura de mesa) e 48,9kg/m.
Anexo B da nBr 5884
As tabelas B.1, B.2, B.3 e B.4 apresentam as designações dos perfis soldados séries CS, 
CVS, VS e VSM, respectivamente. A seguir, serão listadas as equações que foram usadas 
para que esta tabela fosse confeccionada. É importante destacar que nelas não foram 
consideradas a seção da solda e que as soldas descritas nessas tabelas são baseadas na 
tabela 3 da mesma norma.
a. Série simétrica
( ) ( )3 3 3. .
12
+ −
= w fx
t h b d h
I Eq.1.2.1. 
2.
= xx
IW
d
 Eq.1.2.2.
1/2
 =  
 
x
x
Ir
A
 Eq.1.2.3.
41
Definições, ConCeitos e ApliCAçõe │ UniDADe ii
( )2 2 2. .
4
− +
= f wx
b d h t h
Z Eq.1.2.4. 
( ) ( )3 32. . .
12
+
=yI
f f wt b h t Eq.1.2.5.
2.
= yy
f
I
W
b Eq.1.2.6. 
1/2
 
=  
 
y
y
I
r
A
 Eq.1.2.7.
2 2. 0,25. .
2
= +fy f w
t
Z b h t Eq.1.2.8.
( )
1/2
3 3. .
6
12.
6
  +     =    +    
f f w
T
f f w
ht b t
r
ht b t
 Eq.1.2.9.
( )3 32. . .
3+ −
= f f f wT
 t b d t t
I Eq.1.2.10.
( )23 .
.
3 2
−
= ff fw
d tb t
C Eq.1.2.11.
b. Série monossimétrica
( ) ( ) ( ) 2 23 3 3 2
1 1 1
. . .
. . . . . .
12 2 2 2
+ +      = + − + − + + −     
    
f fs f ft w fs ft
x f fs f ft w fs
b t b t t h t t hI b tb d b tb d t h t d Eq.1.2.12.
1
= xxs
IW
d Eq.1.2.13.
2
= xxi
IW
d Eq.1.2.14.
1/2
 =  
 
x
x
Ir
A
Eq.1.2.15.
( ) ( )2 23 3
3 3. . .2 2 2 2
− − −   
= − + + − − +   
   
fs fifs fi
x f fs w f ft w
d t d d tt t
Z b t d t b t d d t Eq.1.2.16.
( ) ( )3 3. .
12
+ +
= fs fi f wy
t t b h t
I Eq.1.2.17.
42
UNIDADE II │ DEfINIçõEs, CoNCEItos E AplICAçõE
2.
= yy
f
I
W
b Eq.1.2.18.
1/2
 
=  
 
y
y
I
r
A
q.1.2.19.
2 2 2. . .
4
+ +
= fs f w fi fy
t b h t t b
Z Eq.1.2.20.
( ) ( )
( )
1/2
13 3
1
. .
3
12. .
3
  −  +
    =    −   +       
fs
fs f w
T
fs
fs f w
d t
t b t
r
d t
t b t
Eq.1.2.21.
3 3 3. . .
2 2
3
 
+ − − + 
 =
fs fi
f fs w f fi
T
t t
 t b d t b t
I
 Eq.1.2.22.
( )
2
3. . .
2 2
12
 
− − 
 =
+
sfs fi
f fs fi
w
fs fi
t t
d b t t
C
t t
 Eq.1.2.23
Perfis laminados
operações de conformação
Os processos de conformação mecânica modificam a geometria do material quando uma 
força é aplicada. Logo, as operações de conformação mecânica são aquelas em que são 
aplicados esforços mecânicos nos metais, resultando em uma mudança permanente em 
suas dimensões. Os esforços aplicados nesses processos podem ser do tipo compressão, 
tração ou dobramento.
É importante saber que para haver os processos de conformação mecânica duas 
propriedades são importantes, a elasticidade e a plasticidade. A primeira está ligada 
à capacidade de o material ser deformado quando aplicado um esforço e, quando este 
é retirado, voltar a sua forma original. Já na com a segunda propriedade, quando esse 
esforço é retirado, o material não tem a sua forma restaurada.
Existem muitos e distintos processos de conformação mecânica, já que eles são 
desenvolvidos para aplicações específicas. Mas é possível dividi-los em um número 
43
Definições, ConCeitos e ApliCAçõe │ UniDADe ii
bem menor de categorias, que os separam de acordo com o esforço que provoca a 
deformação do material, a variação relativa da espessura da peça, o regime da operação 
de conformação e o propósito da deformação.
Para a produção de peças de metal, os processos de conformação mecânica estão 
classificados em: laminação, forjamento, trefilação, extrusão e estampagem.
Laminação
Aqui, focaremos ao processo de conformação mecânica denominado laminação, já que 
é o utilizado na confecção dos perfis laminados.
Depois dos processos para obtenção e do lingotamento contínuo, o aço é transformado 
em placas, mesmo que elas estejam com um formato que necessitará passar por novos 
processos para uma melhor conformação de acordo com seu uso. A obtenção de chapas 
é conseguida através do processo da laminação.
A laminação é o processo de conformação do aço que deve transformar seções grandes 
retangulares ou redondas em seções menores de formato diversos e ao mesmo tempo 
modificando sua estrutura interna, ou seja, é a deformação plástica dos metais entre os 
cilindros, obtendo-se como resultado uma forma desejada ou propriedades definidas 
no material laminado, Figura 15.
figura 15. processo de laminação.
fonte: processos produtivos, 2016.
Os principais objetivos da laminação são:
 » A obtenção do produto final com tamanho e formato especificados, com 
alta taxa de produção e baixo custo.
44
UNIDADE II │ DEfINIçõEs, CoNCEItos E AplICAçõE
 » A obteção de um produto final de boa qualidade, com propriedades 
mecânicas e condições superficiais adequadas.
O número de operações necessárias para atender a esses objetivos do processo 
de laminação depende das especificações estipuladas para a forma, propriedades 
mecânicas, condições superficiais (rugosidade, revestimento, etc.) e em relação a macro 
e microestrutura do produto laminado.
A laminação é um processo muito importante na transformação mecânica do aço. 
Nessa etapa é que ocorre a elaboração de uma maior quantidade de aço, mais do que em 
qualquer outra tecnologia de transformação. Por ser o antecessor de diversos processos 
de adequação do aço, cerca de 90% do aço produzido passa pelo processo de laminação. 
Os exemplos mais comuns de transformação do aço que dependem do processo de 
laminação são as barras a serem forjadas, os tarugos a serem extrudados, o fio-máquina 
a ser trefilado e a chapa a ser estampada.
A laminação pode ser feita a frio ou a quente. A laminação a quente, geralmente é 
voltada para operação de desbaste. Já para os acabamentos, usa-se a laminação a frio. 
A diferença entre elas está nos efeitos do endurecimento e amolecimento térmico e nas 
espessuras dos laminados. É necessário destacar que o coeficiente de atrito externo será 
maior para o metal laminado a quente do que para o laminado a frio, o que se reflete na 
força de laminação e no torque. 
Laminação a quente
A laminação a quente é usualmente feita em operações iniciais, no desbaste, onde 
há necessidade de diminuição das seções. O aquecimento faz parte desse tipo de 
laminação tendo em vista que o aço usado deverá chegar a temperaturas convenientes 
ao andamento do processo, temperaturas essas geralmente acima de sua temperatura 
de recristalização, antes da laminação, por isso há necessidade da utilização de fornos. 
Devido às temperaturas utilizadas, há uma tendência ao endurecimento do material 
neste tipo de laminação, contudo esse efeito é reduzido concomitantemente ao 
amolecimento térmico.
Geralmente, utiliza-se um ou dois conjuntos de cilindros para a laminação a quente, 
de modo que o lingote passe várias vezes entre os mesmos cilindros. As últimas etapas 
da laminação a quente e a maior parte da laminação a frio são feitas comumente em 
múltiplos conjuntos de cilindros denominados trens de laminação.
Em todos os outros casos desbaste, laminação de perfilados, barras, fio-máquina, 
chapas grossas e médias se utiliza laminação a quente.
45
Definições, ConCeitos e ApliCAçõe │ UniDADe ii
Laminação a frio
A laminação a frio é geralmente empregada quando as especificações do produto 
exigem um bom acabamento superficial. Com esse processo é possível produzir folhas 
e tiras com acabamento superficial e com tolerâncias dimensionais superiores quando 
comparadas às tiras produzidas por laminação a quente. Esse tipo de laminação é 
realizada à temperatura ambiente ou próxima desta, isto é, o material não precisa ser 
aquecido, o que faz com que haja um aumento da dureza. 
A produção de tiras de aço laminadas a frio é feita por bobinas a quente decapadas. Mas 
a laminação a frio exige que a espessura de chapas seja abaixo de 1,5 mm. O processo 
compreende inicialmente a deformação do aço a temperaturas abaixo do ponto crítico, 
ou da temperatura de recristalização. Utiliza-se trens laminadores quádruos de alta 
velocidade com três a cinco cadeiras, Figura 16.
figura 16. laminação a frio.
a: laminador duo não reversivel;
B: laminador duo reversivel;
c: laminador trio;
d: laminador quádruo;
e: laminador sendzimir;
f: laminador universal.
fonte: processo de laminação, 2014.
A laminação contínua tem alta capacidade de produção, o que resulta num custo de 
produção baixo. Se for utilizado um ritmo de deformação muito baixo, o material poderá 
apresentar características de laminação a quente em temperaturas relativamente baixas.
A redução a frio resulta numa elevação da resistência à tração, da dureza superficial, 
do limite elástico e numa redução da ductilidade, devido à deformação da estrutura 
46
UNIDADE II │ DEfINIçõEs, CoNCEItos E AplICAçõE
cristalina. O material é submetido ao tratamento térmico de recozimento para 
restituir-lhe ductilidade e a um processo de acabamento ou de encruamento para 
uniformizar a superfície, obtendo assim uma dureza determinada e homogênea ao 
longo