Construção de estruturas metálicas

Introdução

Esta UC abrange a construção de estruturas metálicas — desde a leitura do desenho até à protecção anti-corrosiva da estrutura acabada. Cobre os processos centrais de soldadura (MMA, MIG/MAG, TIG), corte (disco, plasma, oxi-corte), e montagem com controlo de geometria.

Aplicações típicas em manutenção industrial: bancadas, plataformas, suportes, escadas, vedações, estruturas auxiliares.

Pré-requisitos: UC02855 (SST), UC02849 (Serralharia), UC02877 (Desenho).

1. Materiais

1.1 Aços estruturais (norma EN 10025)

σy = limite elástico; σr = tensão de rotura.

Para estruturas de oficina e edifícios industriais leves, S235 é a escolha padrão. Para cargas grandes ou pontes, S355 ou S460.

1.2 Aços inoxidáveis

Inox custa 3-5× mais que aço carbono — usar só onde a corrosão justifica.

1.3 Alumínio estrutural

Ligas comuns para estruturas leves: - 6060 / 6063 — perfis extrudidos arquitectónicos. - 6082 — estrutural geral, navegação. - 5083 — naval, alta resistência corrosão.

Soldável (TIG ou MIG com Ar puro + arame específico).

1.4 Perfis comerciais

Comprar pré-fabricado em vez de cortar de chapa = mais económico e mais rápido.

Perfis padrão: - Cantoneira L — 20×20 a 200×200 mm; várias espessuras 3-15 mm. - T — junções, suportes. - U / UPN — vigas, sapatas, montantes. - I / IPN / IPE — vigas estruturais. - H / HEB / HEA / HEM — colunas, vigas pesadas. - Tubo redondo — Ø 12-500 mm; estrutural ou hidráulico. - Tubo quadrado/rectangular — leve, fácil de fixar. - Vergalhão liso/nervurado — armaduras, vergões. - Chapa — espessuras 0,5-30 mm; lisa, gofrada, perfurada, antiderrapante.

Tabelas técnicas dão peso/metro, momento de inércia, módulo elástico, raio de giração.

2. Soldadura

2.1 Princípio

Soldar = unir dois metais por fusão localizada (geralmente com material de adição), formando uma junta cuja resistência se aproxima da do material base.

2.2 MMA (eléctrodo revestido, SMAW)

O eléctrodo é a vareta consumível com revestimento que produz gás protector ao queimar.

• Vantagens: portátil, qualquer posição, ferro/aço estrutural, obra exterior. Sem cilindros de gás.
• Desvantagens: produtividade baixa, escória a bater, salpicos.
• Quando: obra, reparações, estruturas pesadas, posições difíceis.

Eléctrodos padrão: - E6013 (rutílico) — geral, fácil de manejar. - E7018 (básico) — alta resistência, baixo hidrogénio, estrutural sério.

2.3 MIG/MAG (arame contínuo, GMAW)

Fio contínuo alimentado por uma tocha; gás protector externo (CO₂ para MAG, Ar/CO₂ mistura, Ar puro para alumínio).

• MIG = Metal Inert Gas (Ar puro) — alumínio, inox.

• MAG = Metal Active Gas (CO₂ ou misturas) — aço carbono.

• Vantagens: alta produtividade, baixa escória, semi-automático.

• Desvantagens: exige cilindro de gás, sensível a corrente de ar (não para obra exterior ventoso), equipamento mais caro.
• Quando: oficina, chapa fina-média, séries.

Parâmetros: tensão (V), velocidade do fio (m/min), caudal de gás (10-20 L/min).

2.4 TIG (eléctrodo tungsténio, GTAW)

Eléctrodo de tungsténio não consumível + vareta de material de adição manual (opcional) + gás Ar puro.

• Vantagens: cordão limpíssimo, alta qualidade, inox e alumínio premium, espessuras finas.
• Desvantagens: muito lento, exige técnica (uma mão na tocha, outra na vareta).
• Quando: inox decorativo, alumínio, tubagens sanitárias, soldadura crítica.

2.5 Outros processos

• Soldadura por pontos (spot welding) — chaparia automóvel.
• Soldadura por arco submerso (SAW) — vigas pesadas, naval.
• Soldadura plasma — variação do TIG.
• Soldadura por fricção (FSW) — alumínio sem fusão.
• Brasagem (brazing) — solda dura com material de adição que funde abaixo do material base; útil em cobre.

2.6 Posições

Designação EN ISO 6947:

Aprende PA → PB → PC → PF. Posições difíceis requerem técnica e prática.

2.7 Tipos de juntas

• De topo (butt joint) — duas peças encostadas. Chanfre em V (espessura 4-12 mm) ou X (>12 mm) para penetração total.
• Em T — perpendiculares; cordão de canto (fillet).
• De canto (corner joint) — em L.
• Sobreposta (lap) — uma chapa sobre a outra.
• Junta em aresta (edge) — bordas alinhadas, raro.

2.8 Símbolos de soldadura (ISO 2553)

No desenho técnico, símbolos indicam: - Tipo de junta (triângulo = fillet, V invertido = chanfre V, ...) - Lado onde soldar (acima da linha = lado oposto, abaixo = lado seta). - Dimensões (espessura cordão, comprimento, passo se intermitente). - Acabamento (rebarbar, esmerilar).

Saber ler é essencial em obra industrial.

3. Corte

3.1 Tecnologias

Em oficina convencional: disco + serra de fita + plasma. Laser e jato em empresas dedicadas (subcontratar).

3.2 Oxi-corte

Pré-aquecimento com chama oxi-acetileno até temperatura crítica do aço (~870°C); depois jato de O₂ puro oxida (queima) o metal e expele a escória.

• Funciona em: aço carbono apenas.
• Não funciona em: alumínio, inox, cobre (não oxidam adequadamente).

Equipamento: 2 cilindros (acetileno + O₂), maçarico, mangueiras, manómetros.

Segurança crítica: cilindros verticais, válvulas anti-retorno, mangueiras inspeccionadas, sem fontes de fogo próximas.

3.3 Plasma

Arco eléctrico entre eléctrodo e peça ioniza um gás (ar comprimido, N₂, Ar/H₂) a 20 000-30 000°C, derretendo e expelindo o metal.

• Funciona em: qualquer metal condutor (aço, inox, alumínio, cobre, latão).
• Mais rápido que oxi-corte em espessuras médias.
• Custo: máquina 1500-10 000 € para uso de oficina.

Plasma CNC para corte automatizado de chapa é hoje muito comum.

4. Construção — sequência típica

4.1 Plano

1. Desenho técnico com:
2. Vistas (planta, alçados, cortes).
3. Cotas globais e parciais.
4. Tabela de material (BOM): perfil, comprimento, quantidade.
5. Símbolos de soldadura nas juntas.
6. Lista de corte (cutting list): para cada perfil, comprimentos a cortar.
7. Plano de fabricação: sequência de operações + tempos.

4.2 Marcação

• Riscador ou marcador permanente.
• Esquadro + fita para esquadrias.
• Granitas em pontos de furação.
• Azul de marcar se precisa traços muito finos.

4.3 Corte

• Cortar com margem (1-2 mm para limagem final, 5-10 mm para soldadura de topo com chanfre).
• Bisel (chanfre) preparado em chapa > 4 mm para garantir penetração.
• Limpar arestas com lima ou rebarbadora — sem rebarbas que prejudicam a soldadura.

4.4 Pré-montagem (ponteio)

• Posicionar peças no jig ou banco com fixadores rápidos (clamps).
• Verificar geometria (esquadros, comprimentos, paralelismo) antes de qualquer soldadura.
• Ponteios = 2-3 cordões curtos (5-10 mm) em vários pontos para fixar.
• Re-verificar geometria após ponteios.

4.5 Soldadura definitiva

• Cordões em passes pequenos alternando lados opostos para evitar distorção.
• Em juntas longas: começar do centro para os extremos ou alternar.
• Em juntas chanfradas grossas: vários passes (raiz, enchimento, acabamento).

4.6 Controlo de distorção

Aço encolhe ~1,5% ao arrefecer após fusão → estrutura deforma se não controlada.

Estratégias: - Ponteios generosos antes do definitivo. - Sequência simétrica (alternar lados opostos). - Pré-deformação intencional em sentido contrário (compensação). - Fixação rígida num jig durante toda a soldadura. - Soldadura em passes curtos (50-100 mm), deixando arrefecer. - Soldadura intermitente quando possível.

4.7 Inspecção da soldadura

Métodos não destrutivos: - Visual — porosidades, falta de fusão, irregularidades. - Penetrante (PT) — defeitos superficiais. - Partículas magnéticas (MT) — defeitos superficiais e subsuperficiais (só ferromagnéticos). - Ultra-sons (UT) — defeitos internos. - Radiografia (RT) — defeitos internos (caro, sensível).

Em obra civil/industrial pesada, certificação obrigatória dos soldadores e ensaios da soldadura.

5. Acabamento

5.1 Limpeza pós-soldadura

1. Bater escória (MMA) com martelo de bater.
2. Rebarbar excessos com lima/rebarbadora.
3. Escovar com escova de aço para remover óxidos.
4. Esmerilar cordões se aspecto liso necessário (cuidado: enfraquece a soldadura se excessivo).
5. Limpar com desengordurante.

5.2 Protecção contra corrosão

5.3 Sequência de pintura

1. Decapagem (jacto de areia, granalha) ou escovagem mecânica.
2. Desengorduramento (solvente).
3. Primário anti-corrosivo (zinco, epoxi).
4. Massa de retoque se necessário.
5. Tinta de acabamento (esmalte, poliuretano).
6. 2-3 mãos com secagem entre cada.

5.4 Galvanização por imersão a quente

Peça mergulhada num banho de zinco a 450°C. Forma camada de zinco metálica + ligas Zn/Fe que aderem ao aço base.

Duração: 30-50 anos em ambiente normal, 50+ em rural seco.

Restrições: peças têm de caber no banho (max ~10×2×2 m em galvanizadoras grandes); não dá para galvanizar peça parcialmente.

6. Segurança

6.1 Soldadura

Riscos específicos:

• Radiação UV/IR — queima da retina ("arco eléctrico"), queimadura da pele exposta. → Máscara automática EN 379 (DIN 9-13 conforme processo) + roupa coberta (mangas, calças).
• Fumos metálicos — manganês, cromo (inox), níquel, ozono, NOx, fluoretos. → Aspiração local na tocha + FFP3 + ventilação geral.
• Salpicos quentes — projecção até 5 m. → Avental cabedal + calçado S3 + polainas + zona limpa de combustíveis.
• Choque eléctrico — eléctrodos em tensão (40-100 V). → Não soldar em ambiente molhado, terminais isolados, luvas dieléctricas opcionais.
• Incêndio — faíscas a 5+ m. → Zona isolada, extintor próximo (pó ABC ou CO₂; não água em quadro eléctrico).

6.2 Corte

• Projecção de fragmentos — óculos panorâmicos + viseira obrigatórios.
• Gases tóxicos (oxi-corte com revestimentos) — ventilação.
• Fogo — extintor próximo, zona isolada.
• Pressão (cilindros oxi-acetileno) — verticais, válvulas inspeccionadas, anti-retornos.

6.3 EPI de soldador completo

□ Máscara automática DIN 9-13 EN 379
□ Touca/lenço resistente fogo sob máscara
□ Avental cabedal EN ISO 11611
□ Mangas longas cabedal
□ Luvas cabedal soldador EN 12477
□ Calçado de segurança S3 alto cano
□ Polainas cabedal
□ Aspiração local na tocha (idealmente) ou FFP3 mínimo
□ Auriculares (esmerilação)
□ Sem isqueiros / fósforos no bolso
□ Cabelo preso, barba curta (vedação máscara FFP3)

Custo total: 200-500 €. Investimento que dura anos.

7. Cálculo estrutural básico

Não pretende substituir engenharia civil/mecânica, mas:

7.1 Carga permissível

Tensão máxima admissível = σy / factor de segurança (1,5-3,0)

Para S235 com FS=2: σadm = 235/2 = 117 MPa.

7.2 Flexão simples

Para uma viga apoiada em 2 pontos com carga distribuída P:

Tensão máxima = (P × L² × c) / (8 × I)

L = comprimento entre apoios
c = distância do eixo neutro à fibra extrema
I = momento de inércia da secção

Catálogos de perfis dão I e W = I/c (módulo de flexão) para cada perfil.

7.3 Verificação rápida

Para bancada de oficina típica (carga 200 kg, vão 2 m), perfil UPN 100 ou tubo quadrado 60×60×3 geralmente chega.

Para algo crítico: consultar engenheiro estrutural com cálculo formal + certificação.

8. Liga a outras UCs

• UC02855 — segurança específica de soldadura/corte.
• UC02849 — preparação manual (limar, marcar, furar).
• UC02877 / UC02918 / UC02878 — desenho e plano antes de cortar/soldar.
• UC02923 — montagem de conjuntos mecânicos completos.
• UC02867 / UC02937 — manutenção de estruturas existentes.

9. Conclusão

Construir estrutura metálica é trabalho paciente: cortar bem, ponteiar primeiro, verificar antes de fixar, soldar alternadamente. A pressa gera distorções caras de corrigir.

Em manutenção industrial, o técnico que sabe soldar bem e planear sequência é o que produz estruturas duradouras, sem ter de cortar e refazer.

Apêndice A · Tabela de perfis comuns

Apêndice B · Recursos

• Catálogo Arcelor / Tata Steel / Megasteel — perfis disponíveis em PT.
• EN ISO 6947 — posições de soldadura.
• EN ISO 2553 — símbolos de soldadura no desenho.
• EN 10025 — aços estruturais.
• EN 1090 — execução de estruturas metálicas (CE marking obrigatório).
• Lincoln Electric Welding Handbook — referência clássica.