Metais na Construção Civil

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Materiais de Construção Civil I
Materiais metMateriais metáálicoslicos
ConceituaConceituaçção não ferrososão não ferrosos
Tecnologia do Cobre na Arquitetura - João Roberto Leme Simões - Professor FAU-USP 
O Cobre e suas ligas (Cu) 
http://www.metalica.com.br/pg_dinamica/bin/pg_dinamica.php?id_jornal=6467&id_noticia=1720&id_pag=929
Tubulações de cobre
http://www.procobre.org/pr/aplicacoes_do_cobre/tubulacoes_de_cobre_detalle2.html
Fundamentos do Alumínio e suas Aplicações - Associação Brasileira do Alumínio - ABAL 
Produção http://www.abal.org.br/aluminio/producao_alupri.asp
Laminação http://www.abal.org.br/aluminio/processos_laminacao.asp
Aplicações ma construção Civil http://www.abal.org.br/aplicacoes/ccivil.asp
Paulo André Brasil Barroso http://www.metalica.com.br/pg_dinamica/bin/pg_dinamica.php?id_pag=1262
Tese sobre estruturas de alumínio http://www.set.eesc.usp.br/public/pub/producao/detalhe.php?id=188
Telhas - http://www.aluminiocba.com.br/pt/produtos_telhas.php
Chapas - http://www.aluminiocba.com.br/pt/produtos_chapas.php
Esquadrias - http://www.alcoa.com/brazil/pt/product_category.asp?cat_id=1470
Revestimento - http://www.alcan.com.br/brazil/publishbr.nsf/Content/Products+Linings+Alucobond
Fins estruturais
Estruturas metálicas de edifícios residenciais e comerciais 
galpões, pontes, viadutos, torres, etc.
Cobertas de edificações (Shoppings, Galpões industriais, etc).
Concreto Armado.
Escoramento e formas para Concreto Armado.
• Revestimento de edificações
• Coberturas (telhas).
Metais
Aplicações na Construção Civil
Esquadrias e portas
Condutores de eletricidade (Alta e baixa 
tensão)
Acessórios
Pregos e grampos. 
Para material hidrossanitário.
Para material elétrico.
Para portas e janelas.
Balcões, etc
Metais
Aplicações na Construção Civil
Metais principais
Ferro.
Alumínio.
Cobre
Metais secundários (formação de ligas ou 
revestimento de proteção para outros metais)
Carbono *
Estanho
Zinco
Cromo, etc 
Principais metais empregados
na Construção Civil
PORQUE OS METAIS POSSUEM 
TANTA VERSATILIDADE DE 
EMPREGO NA CONSTRUÇÃO 
CIVIL?
Material cristalino
Energia de ligação variada entre os átomos (Ligação metálica),
dependendo do elemento metálico;
Células unitárias que se propagam nas três direções 
(tridimensional), formando um reticulado espacial de forma 
geométrica bem definida;
Monoatômicos, isto é, formados por um único elemento metálico;
Policristal, formação de uma infinidade de grãos durante o 
resfriamento, que possuem o mesmo reticulado, mas com 
orientações cristalográficas distintas.
Arranjo atômico dos metais
Arranjo atômico dos metais
CUBO DE CORPO 
CENTRADO (CCC) 
CUBO DE FACE 
CENTRADA (CFC) 
Características básicas dos 
Metais
Características básicas dos 
Metais
Características básicas dos 
Metais
Características básicas dos 
Metais
Bons condutores de energia (Calor e 
eletricidade)
Existência de elétrons livres em todas as 
ligações metálicas.
Elétrons transmitem com facilidade calor e 
eletricidade. 
Características básicas dos 
Metais
Características básicas dos 
Metais
10180,0020Poliestireno
-0,0025Concreto
9,7 x 10-60,18Ferro
2,9 x 10-60,53Alumínio
1,7 x 10-60,95Cobre
RESISTIVIDADE
ELÉTRICA
Ohm.cm
A 20 oC
CONDUTIVIDADE 
TÉRMICA
Cal.cm/oC.cm2.s
A 20oC
MATERIAL
Massa específica (Massa/Volume) 
bastante variada, dependendo do metal, sendo função da:
Massa atômica do elemento metálico formador do 
metal.
Fator de empacotamento da célula unitária do metal 
(Fa).
Características básicas dos 
Metais
Fa = Volume de átomos da célula unitária
Volume da célula unitária
Características básicas dos 
Metais
1,7424,31Magnésio
11,34207,2Chumbo
2,7026,98Alumínio
7,8755,85Ferro 
8,8963,54Cobre
MASSA 
ESPECÍFICA
g/cm3
MASSA
ATÔMICA
g/mol
MATERIAL
Características básicas dos 
Metais
Comportamento mecânico
Resistência bastante variável, dependendo da 
energia de ligação entre os átomos do elemento 
métalico (medida através da res. à tração);
Exemplo:
Fe (Ferro) Resistência elevada
Hg (Mercúrio) Estado líquido a temp. ambiente
Características básicas dos 
Metais
Comportamento elástico
Deformações reversíveis
Tensões são proporcionais as deformações, sendo este 
coeficiente de proporcionalidade denominado de módulo de 
elasticidade;
Módulo de elasticidade mede a rigidez do metal, quanto 
maior, mais rígido é o metal, e aumenta com o aumento da 
energia de ligação entre os átomos do metal; 
A partir de uma determinada tensão, a energia de ligação não 
é mais suficiente para segurar os átomos, dando início ao 
processo de escorregamento dos planos cristalinos.
Deformação elástica dos 
Metais
Deformação elástica
de um cristal
Deformação elástica dos 
Metais
14Chumbo
400Tungstênio
210Ferro
110Cobre
80Ouro
70Alumínio
MÓDULO DE 
ELASTICIDDADE
GPa
METAL
Características básicas dos 
Metais
Comportamento plástico
Deformações irreversíveis
As tensões não são mais proporcionais as 
deformações;
Os metais, de um modo geral, apresentam uma 
elevada deformação plástica antes que ocorra a 
ruptura das ligações (ruptura do material).
Características básicas dos 
Metais
Comportamento plástico
Quanto mais dúctil o metal, maior é a sua 
capacidade de deformação plástica. 
Alongamento e estricção são medidas de 
capacidade de deformação plástica do metal.
L% = Lf – Li x 100
Li
A% = Ai – Af x100
Ai
Comportamento mecânico
dos metais
σ
ε = ∆L 
L
Material Elastico - plástico
São obtidos de minérios através de redução de 
óxidos (estado de mais baixa energia – maior 
estabilidade).
Existe a tendência de retorno ao estado original 
(óxido).
Necessidade de proteção contra oxidação 
(corrosão).
Durabilidade
Características básicas dos 
Metais
As propriedades de resistência e deformação 
plástica dos metais podem ser alteradas através 
da:
Introdução de elementos de liga no metal durante o 
processo fusão e refino;
Tratamentos térmicos com o metal no estado sólido;
Deformações mecânicas a frio no metal no estado 
sólido.
Metais podem ser amorfos?
Por que os metais brilham?
Metais apresentam fluência e relaxação? Por que?
Existe uma correlação direta entre o ponto de fusão 
de um metal, com seu módulo de elasticidade? Por 
que? 
Para pensar...
Metais Não Ferrosos
Não competem em preço ou
Rmec
Quando utilizar?
Vantagens sobre o Fe e suas ligas...
Leveza
Condutividade elétrica
Resistência à corrosão
120
70
210
0 50 100 150 200 250
Cobre
Alumínio
Aço
Módulo de Elasticidade (GPa)
Módulo de elasticidade
485
300
220
50
500
0 200 400 600
Duralumínio
Latão
Cobre
Alumínio
Aço
Resistência à tração em MPa 
Resistência à tração
10
36
58
16
7.5
0 20 40 60 80
ferro gusa
aluminio
cobre
latão (70-30)
Bronze (92-8)
Condutividade (Ohms/m 10-6)
Condutividade elétrica
Resist. à corrosão
série eletroquímica
platina
ouro
ligas cobre-níquel
bronzes
cobre
aço
ligas de alumínio
zinco
Facilidade de 
moldagem
conformação em fios, 
tubos, chapas etc.
Construção Civil
alumínio e suas ligas
cobre e suas ligas
+
metais não ferrosos
Minério: bauxita
eletrólise a 950-980oC
reciclagem (25%)
Expansão térmica
~ dobro do aço
↓ EAl = ↓ tensões 
térmicas
Principal limitação
Fusão a 660 oC
Alumínio
0
20000
40000
60000
80000
100000
120000
140000
160000
180000
200000
Primário Secundário
E
n
e
r
g
i
a
 
(
M
J/
t
o
n
 
d
e
 
A
l
)
Redução de até 95%
Reciclagem do Alumínio
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
Primário Secundário
E
m
i
s
s
õ
e
s
 
(
K
g
/
t
o
n
 
d
e
 
A
l
)
Emissões (ar)
Efluentes
Resíduo
Redução de até 90%
Reciclagem do Alumínio
Resistente à corrosão
óxido estável, duro e 
aderente (50 a 100 Å)
solúvel em meio alcalino
Anodização
eletrólise em meio ácido
↑ espessura filme óxido
introdução de corantes
↑ dureza superficial
contato com o aço
corrosão eletrolítica
↓↓↓↓ Rmec
50 MPa
< 90 MPa (recozido)
115 MPa (trat. mecânico)
ligas Cu, Mg, Mn, Zn
E = 70 GPa
Mesp = 2,6 kg/dm3
Elevada ductilidade
35 % (0,12 Cu)
13 % Duralumínio
4 % (7% Si)
Alumínio
EmpregoEmprego
EsquadriasEsquadrias
TelhasTelhas
Linhas deLinhas de transmissãotransmissão
Revestimentos e VedaRevestimentos e Vedaççõesões
PePeçças diversas e as diversas e 
decorativasdecorativas
Alumínio
Alumínio
Revestimento fachadaRevestimento fachada
Pó de Alumínio
Produção de Concreto Celular
2Al + 3OH � Al2O3+ 3H
Alumínio
4% Cobre 
Solução sólida a 550oC
Resfriamento rápido
Rt=485 MPa
10X maior que do alumínio
Estruturas metálicas espaciais
Duralumínio
Fusão + Eletrólise
Cobre
Mesp = 8,8 kg/dm3
↓↓↓↓ Rtração
220 a 450 MPa (liga Cd)
340 MPa (def. a frio)
Módulo de Young
120 a 135 MPa
Fusão 1100 oC
Mole e muito dútil
50% da seção na ruptura 
(aço - 70%)
↑↑↑↑ Condutividade elétrica
Perde apenas para Ag
Liga ou impurezas ↓ cond.
Cobre
Fios e cabos elétricos
Cobre eletrolítico
99,9 % de pureza
Canalização
Instalações de água quente
Gás
CoberturasCoberturas
Cobre
Corrosão galvânicaCorrosão galvânica
contato com acontato com açço o 
corrcorróói o ai o aççoo
pHatm > 4 + (SO2) 
pátina protetora
sulfatos e cloretos de cobre
cor verde
uso em cobertura e cladding
chuva ácida
“azinhavre” (sulfeto de cobre,
cor marrom ou preta)
atmosfera úmida + CO2
camada protetora (carbonato)
atmosfera seca
mantém-se inalterado
Reações com o meio
Cobre
Resistência à corrosão
Duralumínio
4% Cu
Ligas de Cobre
↑ Rcor
soluções sólidas
trabalho a frio
↑ Rmec
< cond. elétrica
variedade de cores
Bronze
liga + antiga
5 % a 25 % Sn
vermelho 5%
amarelo 15 a 25%
branco >25%
Empregos
válvulas, registros
Esculturas, Sinos...
Ligas de Cobre
Latão (substituição)
Latão α
70% Cu + 30% Zn
Mole, Dúctil
Emprego
Ferragens
Fechaduras
Latão β
60% Cu + 40% Zn 
mais duro e resistente
1% Sn ↑ Rcor
2% Pb ↑ usinabilidade
Ligas de Cobre
Galvanização
Quimicamente reativo
susceptível à corrosão*
– Telhas
• espessura até 1mm
• planas ou onduladas
Parafusos
Tubos água fria
Zinco
Canalizações esgoto
Tintas
Risco à saúde
Ligas de chumbo
Moles, Pouco resistentes e Rcor
Uso em solda
66 Pb + 33 Sn
240 ºC
Zinco