Curso Superior de Tecnologia em Construção de Edifícios ... · domínio da produção do ferro antes de 2000 A.C., na região do Oriente Médio (Egito, Babilônia e Índia)

MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO CIVIL Curso Superior de Tecnologia em Construção de Edifícios

Prof. Leandro Candido de Lemos Pinheiro [email protected]

Metais

METAIS

Os metais aparecem na natureza na forma de rochas chamadas de minérios.

Podem ser encontrados em seu estado livre (ex.: ouro, prata) ou como

compostos (misturados com outros minerais e impurezas).

São obtidos através de mineração e pelas etapas de metalurgia (ou

siderurgia).

Mineração: colheita de minérios em jazidas.

Metalurgia: extração do metal a partir de minérios, por processos químicos, em fornos ou por

eletrolise.

Siderurgia: é a metalurgia aplicada ao Ferro e seus compostos.

Origem

METAIS

O uso de metais pela humanidade é bastante antigo, tendo registros de domínio da produção do ferro antes de 2000 A.C., na região do Oriente Médio (Egito, Babilônia e Índia). Mas inicialmente era considerado um material nobre e utilizado principalmente para confecção de armas e ferramentas.

Origem

Com a Revolução Industrial, nos 1700, as técnicas metalúrgicas e siderúrgicas se desenvolveram e possibilitaram a produção em larga escala e o uso para fabricação de máquinas e para construção civil.

Ponte entre Porto e Vila Nova de Gaia, Portugal, 1886-1888.

Fonte: Christiano Toralles.

METAIS

A característica de possibilidade de montagem e desmontagem, permitindo

o deslocamento de construções não permanentes, impulsionou o uso do

ferro, com destaque para a construção de mercados, estações ferroviárias,

galpões, pontes.

Origem

A) Pennsylvania Station, Nova York, EUA, 1910. B) Torre Eiffel, Paris, França, 1889. Fonte: Google Images

METAIS

Origem (Torre Eiffel, marco internacional da construção em aço, de 1889)

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METAIS

Componentes (vigas, colunas, esquadrias, grades, etc.) são padronizados,

pré-fabricados e vendidos por catálogo, se espalhando pelo mundo, dando

novos usos ao ferro, como em coretos, estufas, chafarizes.

Origem

Reservatório em Pelotas, RS, de 1875. Fonte: Christiano Toralles.

Palácio de Cristal, Londres, Inglaterra, 1851. Fonte: Google Images

METAIS

Origem

Chafarizes e luminárias em ferro fundido, em Rio Grande e Pelotas, RS. Fonte: Christiano Toralles.

METAIS

• sistemas estruturais

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Aplicações de metais na construção civil

METAIS


Estação Oriente, Lisboa, Portugal. Fonte: Christiano Toralles.


Fonte: Google Images

METAIS


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METAIS


• esquadrias

• sistemas estruturais (e coberturas, escadas)

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• esquadrias

• armaduras (para concretos e argamassas)


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• esquadrias


• coberturas


Estação de Integração Tamandaré, Rio Grande, RS. Fonte: Christiano Toralles.

METAIS

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• esquadrias


• coberturas

• gradis (e guarda-corpos)


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• esquadrias


• coberturas

• metais sanitários



aço inox

ferro fundido ou galvanizado

METAIS

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• esquadrias


• coberturas


• tubulações (e conexões)


• gradis (e guarda-corpos) cobre

ferro galvanizado

latão

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• esquadrias


• coberturas


• fiação elétrica (e outros cabeamentos)




cobre

METAIS


• esquadrias


• coberturas




• revestimento



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aço corten

aço galvanizado

titânio titânio

METAIS

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• esquadrias


• coberturas


• ferragens diversas



• revestimento



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• esquadrias


• coberturas



• mobiliário (e luminárias)



• revestimento



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• esquadrias


• coberturas



• mobiliário (e luminárias)



• revestimento

• ferramentas



METAIS

• ferrosos: ligas de ferro (+ carbono = ferro fundido e aço). • não ferrosos: ligas de alumínio • grupo do cobre: ligas de cobre (+ estanho = bronze; + zinco = latão) • baixo ponto de fusão: zinco, chumbo • especiais: molibidênio, titânio • preciosos: ouro, prata, platina

Tipos de metais

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Os metais com baixo ponto de fusão

aguentam cerca de 600°C antes de

chegar ao escoamento.

METAIS

Ligas são misturas, de aspecto metálico e homogêneo, de um ou mais metais entre si ou com outros elementos. Geralmente os metais não são usados puros, mas fazendo parte de ligas. As ligas normalmente têm propriedades mecânicas superiores às dos metais puros.

Ligas


METAIS

Aparência: todos metais comuns são sólidos às CNTP. Aparentam ter brilho

característico, o qual pode ser aumentado por polimento.

Sua porosidade é mínima e não é aparente.

Propriedades

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CNTP: condições normais de temperatura e pressão.

cobre alumínio

Condutibilidade elétrica: são muito bons condutores de eletricidade. O

cobre tem sido usado tradicionalmente na transmissão de energia, sendo

substituído pelo alumínio nas últimas décadas.

cobre

METAIS

Condutibilidade térmica: os metais são bons condutores de calor. Dentre os metais mais comuns, a hierarquia é a seguinte: prata > cobre > alumínio > zinco > bronze > ferro > estanho > níquel > aço > chumbo

Propriedades

Dilatação: o coeficiente de dilatação dos metais, em geral, se assemelha ao do vidro e do concreto. Isso permite as misturas de materiais em esquadrias e concretos armados. Dentre os metais mais comuns, a hierarquia é a seguinte: zinco > chumbo > estanho > cobre > ferro > aço

METAIS

Módulo de elasticidade: quanto maior o módulo de elasticidade, mais rígido é o material ou menor é a sua deformação elástica quando aplicada uma dada tensão.

Propriedades

Resistência à tração: o aço é o principal metal sujeito a esse esforço mecânico, tendo sua resistência de escoamento variável conforme tipo de barra ou perfil. Ex.: barras CA-50 resistem a 500MPa.

Módulo de elasticidade (E)

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METAIS

Peso específico: os metais são, em geral, materiais com peso específico muito alto e, consequentemente, geram objetos com densidades muito altas. O alumínio é um metal leve, em comparação com os demais. Seu peso específico se assemelha ao concreto armado e ao vidro, superando argamassas, porcelanas e demais cerâmicas.

Propriedades

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METAIS

Corrosão (ou oxidação): é a transformação de um metal a partir da exposição de sua superfície às condições ambientais, formando óxidos, hidróxidos, sais, etc. Ouro e platina são metais que não apresentam corrosão. O alumínio é um metal com boa resistência à corrosão.

Propriedades

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METAIS

É difícil a eliminação da corrosão. Os óxidos são mais estáveis que o metal puro e, por isso, a tendência natural é voltar a ser óxido, como na natureza. Mas é possível retardar a corrosão.

Proteção contra a corrosão

Métodos: • escolher o metal adequado para o meio ambiente: Alumínio, cobre, zinco e chumbo (que tem a característica de escurecer) são resistentes em condições normais. Ligas de aço-cromo-níquel também. O ferro é resistente quando em ar puro, mesmo úmido. Mas sofre com a SO2 (dióxido de enxofre) presente em áreas urbanas industriais. O cloro presente em atmosferas marítimas é altamente corrosivo.

METAIS

• recobrimento do metal por óxido ou sal insolúvel: serve para impedir as trocas eletrolíticas.

Ex.: a anodização do alumínio; ou a fosfatização para o ferro, zinco e outros metais.


• capeamento metálico: o metal é recoberto por uma fina camada, não porosa, de outro metal. Existem 2 tipos de capeamento:

Proteção anódica: recobre-se com metal de potencial elétrico mais elevado. Como aspecto negativo, qualquer fissura pode levar a corrosão mais rápida que o normal. Ex.: niquelagem do ferro. Proteção catódica: recobre-se com metal de potencial elétrico mais baixo. Fissuras não causam ataques, mas caso haja desgaste, a camada deve ser renovada periodicamente. Ex.: galvanização do ferro, com zinco (zincagem); douração, prateação, cromagem.

METAIS

• adoção de cuidados na construção: não por em contato metais com potencial diferentes. É o caso da proximidade do alumínio com outros metais, em especial com o ferro e aço, causando oxidação nos últimos. O cobre também causa oxidação no ferro.


• pintura superficial: é possível usar tintas de fundo apropriadas para metais (primers), que usam pigmentos anticorrosivos. Os mais famosos são: zarcão; cromato de zinco; fosfato de zinco; zinco metálico.

É importante que a pintura de acabamento seja impermeável e de boa aderência na base metálica. Para esses quesitos, as tintas epoxídicas respondem às necessidades.

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METAIS

Vantagens: • não “enferruja”, estando livre de problemas com a umidade e maresia.

Por isso, é muito usado em contato com o meio externo, em esquadrias, dispensando tratamentos especiais, mesmo em construções no litoral.

• é leve e tem boas propriedades mecânicas.

• boa condutibilidade elétrica e térmica.

ALUMÍNIO


Anodização: além de aumentar a resistência às intempéries, imprime cores diferentes ao metal naturalmente prateado, sem alterar sua aparência original.

METAIS

Desvantagens: • frágil quando em contato de materiais alcalinos (cimento, cal e

derivados). Em situações de construção e reforma, as peças de alumínio devem ser protegidas da corrosão (formação de um pó branco, tendendo a retornar a forma de bauxita) e das manchas definitivas causadas por esses produtos. • é de difícil soldagem, e, quando soldado, perde 50% de suas propriedades

mecânicas, pois destempera.

ALUMÍNIO

METAIS

Vantagens: • pode ser reduzido a lâminas e fios extremamente finos, devido a alta

ductilidade e maleabilidade.

• grande condutibilidade térmica e elétrica.

COBRE

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• ideal para canalizações de gás liquefeito, pois resiste melhor quimicamente que outros metais e ligas.

• maior facilidade de solda que o ferro e o aço galvanizado.

METAIS

Desvantagens: • forma rapidamente de uma camada de óxido e carbonato.

COBRE

Ligas As ligas mais importantes do cobre são os bronzes (cobre e estanho), latões (cobre e zinco) e o metal monel (cobre e níquel). Os latões são semelhantes aos bronzes quanto ao comportamento, mas possuem resistência mecânica menor e ductibilidade maior. Latões também não são agredidos pelo gesso.


METAIS

FERRO

Não tem forte resistência mecânica.

Em função de sua plasticidade e fácil

moldagem, é usado para a fabricação de

elementos esbeltos e com riqueza de

detalhamento, como grades, portões e

guarda-corpos decorativos.

MATERIAIS FERROSOS

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METAIS

AÇO É usado quando há responsabilidade estrutural, em função de sua alta resistência mecânica, principalmente aos esforços de tração e compressão. São 4 os tipos de aço existentes no mercado, diferenciados pelo tratamento anticorrosivo: o carbono (aço comum), o inox, o patinável (ou corten) e o galvanizado.

MATERIAIS FERROSOS

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METAIS

AÇO • Inox: é uma liga com adição de cromo (podendo conter também níquel,

molibdênio, etc.), aumentando a resistência à oxidação. • Corten: tem aparência envelhecida e de cor acobreada em função de sua

oxidação superficial e impermeável, que protege a entrada de umidade e o avanço da ferrugem.

MATERIAIS FERROSOS


METAIS

AÇO • Galvanizado: é um aço carbono com revestimento de zinco, sendo o aço

de maior resistência à corrosão. Pode ser pintado, desde que seja usado um fundo que possibilite aderência à tinta de acabamento.

MATERIAIS FERROSOS


METAIS

AÇO Outras características dos aços:

• grande resistência ao desgaste

• alta resistência ao impacto (depende do aço)

• baixo magnetismo

• boa ductibilidade nos aços para concreto armado, facilitando a dobra a

frio

• boa aderência ao concreto, dada pelas ranhuras chamadas de mossas

MATERIAIS FERROSOS


METAIS

AÇO Folha de Flandres: são chapas de aço, usadas para a fabricação de “latas” pela indústria, mas também para revestimentos. Possuem menor resistência à corrosão que as chapas de aço galvanizado, mas conferem ótima soldabilidade.

MATERIAIS FERROSOS


METAIS

AÇO Perfis: são barras de aço desenhadas para permitir o encaixe, solda e aparafusamento de umas nas outras.

MATERIAIS FERROSOS


METAIS

Vantagens:

• maior confiabilidade;

• menor tempo de execução;

• maior limpeza da obra;

• maior facilidade de transporte e

manuseio;

• maior facilidade de ampliação;

• maior facilidade de montagem;

• facilidade de desmontagem e

reaproveitamento;

AÇO x CONCRETO


METAIS

Vantagens:

• suporta maiores cargas com menores

dimensões das peças;

• facilidade de vencer grandes vãos;

• precisão das dimensões dos

componentes estruturais;

• maior facilidade de reforço e redução

de carga nas fundações;

• possibilidade de reciclagem do aço.

AÇO x CONCRETO


METAIS

Desvantagens:

• o concreto permite maior moldabilidade, gerando uma infinidade de

formas possíveis, principalmente curvas.

AÇO x CONCRETO

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Todavia, as obras com estruturas espaciais têm mostrado uma pluralidade formal que concorre com o concreto.

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METAIS

BIBLIOGRAFIA

BAUER, L. A. F. Materiais de construção. Volume 1. 5 ed. Rio de Janeiro: LTC, 2011. BAUER, L. A. F. Materiais de construção. Volume 2. 5 ed. Rio de Janeiro: LTC, 2011. FREIRE, W. J.; BERALDO, A. L. (coord.) Tecnologias e materiais alternativos de construção. Campinas: Ed. UNICAMP, 2003. MAGALHÃES, F. Concreto e cimento Portland: especificações e ensaios. Versão 1.0. Apostila. (Curso Superior de Tecnologia em Construção de Edifícios) – Instituto Federal do Rio Grande do Sul. Rio Grande: IFRS, [s.d.]a Disponível em: <http://academico.riogrande.ifrs.edu.br/~fabio.magalhaes>. Acesso em: 2 ago. 2012. MAGALHÃES, F. Materiais componentes do concreto: especificações e ensaios. Versão 1.0. Apostila. (Curso Superior de Tecnologia em Construção de Edifícios) – Instituto Federal do Rio Grande do Sul. Rio Grande: IFRS, [s.d.]b. Disponível em: <http://academico.riogrande.ifrs.edu.br/~fabio.magalhaes>. Acesso em: 2 ago. 2012. MAGALHÃES, F. Rochas, madeiras e materiais cerâmicos : especificações e ensaios. Versão 1.0. Apostila. (Curso Superior de Tecnologia em Construção de Edifícios) – Instituto Federal do Rio Grande do Sul. Rio Grande: IFRS, [s.d.]c. Disponível em: <http://academico.riogrande.ifrs.edu.br/~fabio.magalhaes>. Acesso em: 2 ago. 2012. RIBEIRO, C. C.; PINTO, J. D. S.; STARLING, T. Materiais de construção civil. Belo Horizonte: Ed. UFMG, 2000. ROCHA, J. C.; XAVIER, L. L. Materiais de construção civil. Apostila. Disciplina ECV 5330. (Graduação em Engenharia Civil) – Universidade Federal de Santa Catarina. Florianópolis: Departamento de Engenharia Civil; UFSC, 2000. SILVER, P.; MCLEAN, W. Introducción a la tecnologia arquitectónica. Barcelona: Parramón, 2008.

Material baseado nas notas de aula do professor Christiano Piccioni Toralles.

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