Exercícios Resolvidos - Metais

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EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO – 3 
“METAIS” 
MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO CIVIL II 
 
1- Desenhar e explicar a forma do diagrama tensão-deformação de um aço 
comum (0,3 < teor de carbono % < 1,7) não tratado mecanicamente e 
termicamente, quando submetido a um ensaio de tração. 
 
Os aços comuns apresentam diagrama tensão-deformação conforme 
mostrado, com uma fase elástica (OA), seguida pelo escoamento do material 
(ponto E). Depois disso, é atingida a tensão limite de resistência (R), que é a 
máxima tensão observada no diagrama. A seguir, observamos a tensão de 
ruptura do material. Observa-se que na fase OA as tensões são 
proporcionais às deformações e o material apresenta-se elástico. A zona AE, 
por sua vez, é característica das deformações elasto-plásticas, na qual o 
material apresenta redução no seu diâmetro. Os aços comuns não 
apresentam um patamar de escoamento, no qual ocorrem grandes 
deformações para uma carga praticamente constante. 
 
2- Desenhar e explicar a forma do diagrama tensão-deformação de um aço 
doce (teor de carbono < 0,3%) não tratado mecanicamente e termicamente, 
quando submetido a um ensaio de tração. 
 
Os aços doces apresentam uma zona elástica (OE – zona I), na qual as 
tensões são proporcionais às deformações. Se um corpo de prova é carregado 
até a tensão feH (tensão limite de elasticidade ou limite de 
proporcionalidade), apresentando uma certa deformação, e posteriormente 
descarregado, ele retorna às suas dimensões iniciais. Depois do ponto E, as 
deformações aplicadas no corpo são ditas plásticas – irreversíveis. 
Convencionalmente, temos a chamada tensão de escoamento fy (limite de 
elasticidade convencional), que corresponde a uma deformação de 0,2 %. Na 
fase EE’ do diagrama, nota-se a existência de um patamar de escoamento 
(fase plástica – zona II), para o qual ocorrem grandes deformações com carga 
praticamente constante. Na fase E’M (zona III), ocorre um chamado 
“revigoramento” do material, que se estende até a máxima tensão mostrada 
no gráfico (fu). Em seguida, observa-se na prática que a seção resistente 
diminui muito e a deformação plástica se localiza numa pequena zona do 
corpo de prova, que não é mais homogênea (zona IV), até apresentar a 
ruptura. 
 
3- Uma barra de aço de 12,7 mm de diâmetro suporta uma carga de 7000 kg. 
a) Qual é a tensão atuante na barra? b) Qual será a deformação? (Módulo de 
elasticidade do aço = 205000 MPa). 
a) 
 
 
 
 
 
 
b)  
 
 
 
 
 
 
 
4- Um arame de alumínio é tensionado a 34,5 MPa por tração. Qual é o 
aumento de temperatura necessário para mudar igualmente o seu 
comprimento? Módulo de elasticidade = 70 GPa, coeficiente de dilatação 
térmica linear = 22,5 x 10-6/°C. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  
 
 
 
 
 
 
 
5- a) Calcular a dilatação de uma barra de aço de 10 metros de comprimento 
se a temperatura muda de 0°C para 40°C. b) Determinar a tensão gerada se 
ela é impedida de deformar-se. Módulo de elasticidade = 210 GPa, 
coeficiente de dilatação térmica linear = 11,3 x 10-6/°C. 
a) 
 
 
 
b) 
 
 
 
 
 
 
 
 
6- Por que, para medidas de ductilidade (alongamento) dos metais é 
absolutamente necessário especificar a base de medida? 
Porque as tensões se concentram na zona central dos corpos de prova, 
ocorrendo nessa zona uma maior deformação. Portanto, se for medida uma 
deformação entre dois pontos mais distantes, a deformação encontrada será 
menor do que se for medida a deformação entre dois pontos mais próximos. 
 
7- a) Descrever o ensaio de resistência aos choques (ensaio Charpy). b) 
Sejam 2 aços A e B apresentando o mesmo limite de resistência mas com A 
mais dúctil que B. Qual dos dois vai apresentar maior resistência aos 
choques? Explicar. 
Este ensaio consiste na aplicação do pêndulo de Charpy para avaliar a 
resistência dos metais diante de choques mecânicos. Um martelo com forma 
e peso normalizados vai bater e romper um corpo de prova, sendo a 
resistência proporcional às características do martelo (peso, altura inicial e 
altura final) e inversamente proporcional à seção do corpo de prova. O aço A 
terá maior resistência aos choques, pois uma maior parte da energia gasta 
no impacto será absorvida para provocar uma deformação no corpo de prova. 
 
8- Seja o diagrama tensão-deformação de um aço doce: 
a) Explicar por que a resistência do corpo de prova cai após o ponto M. b) Na 
figura, localizar: a tensão limite de resistência, a tensão limite de 
proporcionalidade, a tensão limite de ruptura, a tensão limite de 
elasticidade, a tensão de escoamento. 
a) Isso ocorre porque a seção resistente diminui muito e a deformação 
plástica se localiza numa pequena zona do corpo de prova que não é mais 
homogênea. 
b) Tensão limite de resistência = fu, tensão limite de proporcionalidade = 
tensão limite de elasticidade = feH, tensão limite de ruptura = fS, tensão 
limite de escoamento = fy. 
 
 
9- a) Descrever o princípio da medida de dureza dos metais. b) Aços mais 
duros apresentarão maiores tensões limites de resistência. Certo-errado. 
a) A medida de dureza dos metais é consiste na medida da largura de uma 
marca (d) deixada por uma esfera de aço temperado de diâmetro D depois da 
aplicação de uma carga estabelecida F. b) Certo. 
 
10- a) Dar uma definição do fenômeno de fadiga. b) Como um metal vai 
romper quando ele sofre cargas repetidas correspondentes a 80% do seu 
valor do limite de resistência? 
a) Fadiga é um fenômeno que ocorre quando o material é submetido a 
solicitações cíclicas, apresentando uma queda na resistência à ruptura (fica 
abaixo do valor medido no caso da aplicação de uma carga estática). b) O 
processo de ruptura se inicia por uma fenda (devido a um defeito local ou a 
uma concentração de tensões) que se propaga até que a seção fique tão 
reduzida que a peça se rompe bruscamente. 
 
11- Como os metais que numa construção possuem um papel estrutural, 
podem ser protegidos da ação do fogo durante um período mínimo? 
Da seguinte forma: 
- Utilização de técnicas construtivas adequadas: subdividir o edifício em 
compartimentos resistentes ao fogo, espaços cercados por elementos de 
contorno com resistência mínima ao fogo; 
- Retardamento do aquecimento do metal: aplicar materiais com baixa 
densidade e condutividade térmica, além de alta capacidade de absorção do 
calor, coesão e resistência a choques térmicos e expansão térmica não muito 
diferente do metal a ser revestido (tinta intumescente – se expande quando 
aquecida e se transforma numa espuma rígida; produtos projetados e 
produtos em placas – formam uma “caixa” estanque em volta da peça a ser 
protegida). 
 
12- Sejam dois aços A e B com as características seguintes: 
 
a) Qual dos dois aços vai apresentar maior resistência aos choques? 
Explicar. 
b) No ensaio de dobramento, o diâmetro do pino será menor para um aço B 
do que para um aço A. Certo-errado (justificar). 
c) Qual dos dois aços seria mais adequado para um uso “estrutural”? 
a) O aço A, que vai gastar parte da energia do impacto em deformação (é 
mais dúctil). 
b) Errado. O diâmetro do pino será maior para o aço B, pois quanto menos 
ductilidade o material apresenta, maior deverá ser esse diâmetro. 
c) O aço mais indicado para uso estrutural é o aço A, que se apresenta mais 
dúctil. 
 
13- O que é a “temperatura crítica” de um metal? 
É a temperatura para a qual o metal, depois de ir perdendo aos poucos suas 
característicasmecânicas, se deforma e se torna totalmente instável. 
 
14- Descrever os processos de extrusão, laminação, trefilação, fundição, 
forjamento e estampagem dos metais. 
- Extrusão: o lingote é refundido e forçado a passar sob pressão por orifícios 
com a forma desejada; 
- Laminação: o metal é forçado a passar entre cilindros giratórios com 
espaçamento cada vez menor (pode ser quente ou frio); 
- Trefilação: o metal é forçado a passar por orifícios menores; 
- Fundição: o metal líquido solidifica em moldes de uma mistura de areia, 
argila e carvão em pó; 
- Forjamento: ação de martelos ou prensas no metal quente; 
- Estampagem: ação de prensas sobre chapas (pode ser quente ou frio). 
 
15- Descrever os processos usados para obter: 
a) Fios de aço de pequeno diâmetro; b) Chapas finas de aço; c) Chapas finas 
de alumínio; d) Tubos de cobre. 
a) Trefilação; b) Laminação à quente; c) Laminação à frio; d) Extrusão. (ver 
14) 
 
16- Quais são as principais diferenças entre a soldagem autógena, a 
brasagem e a brasasoldagem? 
A soldagem autógena consiste em juntar duas peças de um mesmo metal 
através de um metal de adição, possuindo o metal de adição uma 
temperatura de fusão aproximadamente igual à do metal de base; nesse 
caso, a ligação é assegurada por interpenetração do metal de base com a 
solda. No caso da brasagem, se quer ligar dois metais diferentes. O metal de 
adição possui uma temperatura de fusão inferior à temperatura de fusão do 
metal de base; nesse caso, a solda penetra por capilaridade entre ambas as 
superfícies. A diferença entre a brasagem simples e a brasasoldagem é que 
na brasagem simples o material da solda tem uma temperatura de fusão 
inferior também a 500°C, enquanto na brasasoldagem essa temperatura é 
superior a 500°C. 
 
17- Por que tubos de aço galvanizado não podem ser soldados pelo processo 
de soldagem autógena? 
O aço galvanizado é um aço revestido por uma camada de zinco metálico, 
sendo a temperatura de fusão do aço cerca de 1500°C e a do zinco cerca de 
910°C. Logo, a soldagem do aço galvanizado através do processo de soldagem 
autógena é proibida porque faz com que haja a destruição da galvanização 
protetora. 
 
18- Qual é a diferença entre corrosão química e corrosão eletroquímica? 
Na corrosão química, os elétrons perdidos pelo metal se combinam no 
mesmo lugar onde são produzidos, como resultado da ação do oxigênio do ar 
sobre um metal. Na corrosão eletroquímica, de modo diferente, os elementos 
são liberados em um local e captados noutro (há formação de um circuito 
galvânico), sendo causada devido a presença de um eletrólito (líquido 
condutor de eletricidade devido à presença de íons). 
 
19- Qual é princípio de funcionamento de: a) uma célula de concentração de 
oxigênio; b) uma célula de composição; c) uma célula de tensão. Dar dois 
exemplos concretos para cada caso. 
 
20- Descrever 6 métodos usados para minimizar a corrosão dos metais. 
 Revestimentos protetores: 
1) Camada protetora com materiais orgânicos: consiste na aplicação desses 
materiais, observando a durabilidade e o comportamento da camada 
protetora em serviço; 
2) Camada protetora com metais: é aplicada por imersão a quente ou por um 
processo eletroquímico; 
3) Camada protetora com materiais cerâmicos: consiste em proteger o metal 
com esmaltes vítreos, observando entretanto que são materiais frágeis; 
4) Passivação: consiste na formação de uma camada protetora de óxido na 
superfície do metal; 
 Proteção galvânica: 
5) Proteção por anodo de sacrifício: consiste na criação de uma pilha 
“ligando” o metal que deve ser protegido com um metal de potencial 
eletroquímico inferior; 
6) Proteção por aplicação de uma tensão elétrica: é aplicada uma tensão, que 
fornece elétrons para o metal, que por esse motivo se torna cátodo 
(protegido). 
 
21- Sejam duas chapas de aço: uma “estanhada” (revestida por uma camada 
de estanho) e outra galvanizada. Qual das duas terá maior durabilidade? 
(Justificar considerando um arranhão no revestimento). 
A chapa de aço galvanizada terá maior durabilidade. Em caso de arranhão 
na chapa estanhada, a camada de estanho funcionará como catodo e o aço 
como anodo, sendo este prejudicado pela corrosão. Pelo contrário, quando 
houver arranhão na chapa de aço galvanizada, ocorre que o aço funcionará 
como catodo e o zinco como anodo, sendo o aço, portanto, passivado. É 
importante destacar que os produtos de corrosão do zinco vão se depositar 
na falha gerada pelo arranhão, aumentando a vida da proteção. 
 
22- Nos “casais” de metais seguintes, dizer qual dos dois metais vai ser 
corroído em presença de um eletrólito (usar a tabela). 
 
a) Latão com aço inoxidável; b) Zinco com ferro; c) Chumbo com cobre; d) Aço 
comum com latão. 
a) Latão; b) Zinco; c) Chumbo; d) Aço comum. 
 
23- Explicar os fenômenos envolvidos na: a) Proteção por anodo de sacrifício; 
b) Proteção por aplicação de tensão elétrica. 
Em ambos os casos, aproveita-se o próprio mecanismo da corrosão com 
finalidades protetoras através do fornecimento de elétrons extras ao metal, 
tornando-o cátodo. a) Nesse caso, cria-se uma pilha “ligando” o material a 
ser protegido com um metal de potencial eletroquímico inferior – quando 
sujeito a condições de corrosão, o metal de proteção sofrerá corrosão e irá 
passivar o metal a ser protegido. Ex.: casco de navios. b) De maneira 
semelhante, quando se fornece elétrons para o metal a ser protegido, faz-se 
com que ele se torne cátodo, não sofrendo corrosão. Ex.: tubos sujeitos à 
condições corrosivas (submersos por ex.). 
 
24- Por que o oxigênio (seco) corrói o ferro e não o alumínio? 
Porque quando se inicia a corrosão do alumínio, o produto desse processo é 
depositado e acaba por proteger a peça, quase que eliminando o processo 
corrosivo. No ferro, de modo contrário, isso não acontece: não ocorre a 
proteção da peça pelo produto da corrosão. 
 
25- a) O que ocorre durante o processo de anodização do alumínio? b) O ferro 
pode ser protegido por anodização? Certo-errado. Justificar. 
a) A peça de alumínio a ser anodizada é ligada ao polo positivo de uma fonte 
de corrente contínua, de modo a se tornar anodo. O cátodo é conectado ao 
polo negativo, podendo ser uma placa ou barra de qualquer condutor, desde 
que não reaja com o banho de anodização. Quando o circuito é fechado, os 
elétrons são retirados do metal no polo positivo, permitindo que os íons que 
vão se formando reajam com a água, aumentando assim a camada de óxido 
sobre o metal. Portanto, o que ocorre é a transformação da camada 
superficial do alumínio em óxido de alumínio na presença de uma solução 
aquosa, através de um processo eletroquímico. 
b) Errado. O ferro não deve ser anodizado porque produz óxido de ferro, 
conhecido como ferrugem, na superficie do ferro, expondo as camadas 
internas do metal adicional a corrosão, ao invés de protegê-los. 
 
26- Como pode ser melhorada a proteção do alumínio contra a corrosão? 
Pode ser melhorada através da passivação do alumínio, por meio da 
formação de uma camada de óxido na sua superfície. Assim, o revestimento 
vai isolar o metal do eletrolito corrosivo. 
 
27- a) Por que o aço no concreto é passivado? b) Por que o aço no concreto 
pode corroer-se? 
a) Porque o eletrólito é a água dos poros, que é altamente alcalina. Nessas 
condições, ocorre na superfície do aço a deposição do óxido Fe3O4, na forma 
de um filme fino e aderente, proporcionando proteção ao mesmo. 
b) Isso pode acontecer se a camada passivante é destruída: ocorre através da 
diminuição da alcalinidade da água dos poros do concreto por carbonatação 
e/ou ataquede cloretos. Esse ataque dá origem a uma “frente” que vai 
penetrando aos poucos no concreto até atingir a armadura. 
 
28- Dar as causas e o mecanismo de corrosão do aço no concreto. 
Idem 27. 
 
29- Como pode ser evitada ou diminuída a corrosão do aço no concreto? 
Através do cobrimento adequado da armadura, do cuidado com a formulação 
e a cura do concreto, aplicação de inibidores de corrosão, uso de aço inox ou 
aço revestido por camadas protetoras, proteção por aplicação de tensão 
elétrica, eletrodo de sacrifício ou outros materiais de reforço. 
 
30- Nas figuras seguintes, localizar as zonas que serão corroídas (localizar 
anodos e catodos). Explicar os fenômenos envolvidos em cada caso (usar a 
tabela acima se necessário). 
 
 1, 2, 3 e 6: Células de concentração: ocorre quando tem uma diferença de 
composição localizada no próprio eletrólito. As áreas onde a concentração 
superficial de oxigênio é menor sofrerão corrosão e a dissolução anódica. 
 
 4 e 5: Células de tensão: se forma entre zonas do mesmo metal que 
sofreram tensões mecânicas diferentes; o ânodo será as zonas tensionadas. 
 
 7: Célula de composição: ocorre quando há dois metais diferentes em 
contato – (corrosão da solda, que tem menor potencial elétrico). 
 
31- Comentar as figuras seguintes (descrever os fenômenos envolvidos): 
 
 
 Figuras 1, 2 e 3: Proteção por ânodo de sacrifício: consiste na criação de 
uma pilha “ligando” o metal que deve ser protegido com um metal de 
potencial eletroquímico inferior, fazendo com que o metal a ser protegido se 
torne o cátodo. Logo, o metal de sacrifício (aquele que é adicionado ao 
sistema para proteger o outro) torna-se o ânodo e poupa o outro da corrosão. 
A figura 1 trata de uma tubulação subterrânea, onde o Mg funciona como 
ânodo. Na figura 2, um casco de navil possivelmente de aço, com a adição de 
Zn para trabalhar como ânodo. Por sequência, temos na figura 3 o Mg como 
ânodo de sacrifício. 
 Figura 4: Proteção por aplicação de uma tensão elétrica: consiste no 
fornecimento de elétrons ao metal que se torna cátodo e então protegido. 
Este é o princípio de funcionamento da figura 4, onde um tubo recebe 
elétrons para que não ocorra sua corrosão. 
 
32- a) Os ferros fundidos geralmente são materiais bastante frágeis. Certo-
errado. b) Qual é a principal aplicação dos ferros fundidos na engenharia 
civil? 
a) Errado. A ductilidade x fragilidade dos ferros fundidos é função do teor de 
carbono presente (mais carbono = mais frágil). 
b) A principal aplicação é na área estrutural (estrutura, armadura). 
 
33- Quais são as duas grandes famílias de aços usados para concreto 
armado? 
Aço doce e ultradoce. 
 
34- Explicar a significação das siglas seguintes: 
a) CA 60 B; b) L 113; c) CP 150 C; d) TR 45; e) Q 246; f) L 159; g) T 92. 
a) CA = Concreto Armado, 60 = tensão de escoamento (em kgf/mm²), B = tipo 
de aço (de dureza natural ou encruado a frio); b) Tela longitudinal: L = 
armadura maior no sentido da maior dimensão do painel, 113 = a principal 
área de aço por metro linear; c) CP = Concreto Protendido, 150 = tensão de 
escoamento mínima (em kgf/mm²), C = conforme o processo de fabricação; d) 
TR = trilho, 45 = peso linear (kg/m); e) Tela quadrada: Q = igual armadura 
nas duas direções, 246 = área de aço por metro linear em cada direção; f) 
idem b; g) Tela transversal: T = armadura maior no sentido da menor 
dimensão do painel, 92 = a principal área de aço por metro linear. 
 
35- Seja o diagrama tensão-deformação de vários aços. Indicar qual deles é o 
mais indicado para um uso “estrutural”. 
 
Aço doce: esse tipo de aço vai apresentar grandes deformações antes de 
entrar em colapso (não rompe sem avisar). 
 
38- Quais são os parâmetros que devem ser levados em conta na 
especificação de aços para estruturas? 
 
39- Qual é o efeito do processo de têmpera nas propriedades mecânicas dos 
aços? 
Aumento da dureza, do limite de elasticidade e da resistência, mas 
diminuição do alongamento e da tenacidade, criando tensões internas. 
 
40- Qual é a diferença entre a eletrogalvanização e a galvanização por 
imersão a quente? Qual é a principal consequência? 
A eletrogalvanização consiste na imersão em banhos de ácidos com sulfato 
de zinco ou de alcalis com cianeto de zinco, enquanto que a galvanização por 
imersão a quente consiste na imersão da peça num banho de zinco a 460 °C. 
A eletrogalvanização dá origem a camadas de zinco com espessura menor – é 
essa espessura que determina a eficiência do processo. Logo, a galvanização 
por imersão a quente se mostra mais eficiente. 
 
41- Qual é a principal diferença de composição entre aço comum e aço 
inoxidável? 
A principal diferença é a presença de um teor elevado de níquel e de cromo 
no aço inoxidável, além do mesmo possuir um teor baixíssimo de carbono. 
 
42- Descrever o ensaio de aderência de uma barra de aço com o concreto. 
Uma barra redonda lista e a barra a ser ensaiada são envolvidas em 
concreto para formar dois tirantes de seção quadrada com lado entre 2,5 e 4 
cm (em função do diâmetro da barra) e comprimento mínimo de 15 cm. No 
carregamento das barras, os tirantes apresentarão fissuras transversais. Se 
ai e ai’ são os espaçamentos médios das fissuras na barra lisa e na barra a 
ser ensaiada, respectivamente, temos que 
 
 
 . 
 
43- Citar 4 exemplos de uso do alumínio na construção civil. 
Esquadrias, revestimentos, elementos de ligação, telhas. 
 
44- Uma maneira de colorir superficialmente peças de alumínio é a pintura. 
Qual é a outra? 
A outra maneira é a partir do controle do eletrólito no processo de 
anodização, a partir do uso de sais que dão cor à peça. 
 
45- Quais são os principais cuidados que devem ser tomados com as peças de 
alumínio anodizado? 
- Evitar os ataques corrosivos com ácido muriático, ácido oxálico, soda 
cáustica, cal, cimento e abrasivos como argamassa, gesso, poeiras, lixas, 
escovas de aço, etc.; 
- Cuidar para que o manuseio seja sempre em bancadas limpas e forradas, 
protegendo devidamento os perfis contra elementos potiagudos do tipo 
chaves de fenda, estiletes, facas, etc.; 
- A limpeza deve ser feita sempre com pano macio, esponja ou algodão 
embebido em álcool ou detergente neutro diluídos em água morna; 
- É recomendável também o uso de graxas inertes ou vaselina, filmes de 
polietileno removível ou sacos plásticos, para melhor proteção da superfície. 
 
46- Comparado com o aço, quais seriam as vantagens e desvantagens do 
alumínio em estruturas? 
A vantagem é que é mais leve, desvantagens são que o E é menor, tem 
menos ductilidade, é menos resistente a incêndios e é mais caro. 
 
47- Como estão classificadas as peças de alumínio anodizado? 
São classificadas de acordo com a espessura da camada, que deve ser levada 
em consideração dependendo do ambiente de emprego da peça em questão: 
Classe A13 (agressividade média, ambiente rural/urbano, camada de 11 a 15 
µm), Classe A18 (agressividade alta, ambiente marinho, camada de 16 a 20 
µm) e Classe A23 (agressividade altíssima, ambiente industrial, camada de 
21 a 25 µm). 
 
48- Por que o alumínio é mais caro do que o aço comum? 
 
49- Por que é desaconselhado usar chumbo para canalizações? 
Porque o chumbo se reveste com uma camada protetora de hidrocarboneto 
de chumbo, que é um produto altamente tóxico. 
 
50- Quais são as vantagens e desvantagens do latão em relação ao cobre? 
 
51- Comparando com o cobre puro, qual é o efeito da adição de 30% de zinco 
no cobre (latão) sobre: a) a resistência mecânica; b) a dureza; c) a 
condutividade elétrica. 
a) Aumenta; b) Aumenta;c) Diminui. 
 
52- Considere um edifício residencial construído há 25 anos, apresentando 
várias patologias, cuja reforma você foi convidado a dirigir. Uma das mais 
urgentes refere-se ao fato de que os moradores hoje utilizam botijões de gás 
nos apartamentos, porque a instalação central apresentou vazamentos 
generalizados e foi desativada. O primeiro vazamento apareceu no ramal 
interno, no qual a tubulação era inicialmente de aço galvanizado, mas teve 
um trecho substituído por cobre, sendo mantidas as prumadas em aço. 
Examinando tal instalação, você encontra muitos pontos de corrosão. 
Descreva o fenômeno mais provável que explica o surgimento de pontos de 
corrosão na tubulação de aço quando combinada com trechos de cobre. 
(Provão 1999)