Metais e Derivados
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO Escola de Minas - DECIV
Engenharia Civil Materiais de Construo II
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Ligao Metlica Eltrons da ltima camada do origem a nuvens eletrnicas Eltrons livres entre ctions de metais
Agregado de ctions mergulhados em um mar de eltrons livres
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Rede Cristalina Disposio geomtrica dos tomos que se repete
regularmente no espaos;
Os ons metlicos se distribuem nos reticulados unitrios cristalinos;
A estrutura dos reticulados cristalinos compacta e altamente estvel;
A estrutura cristalina deforma-se com facilidade.
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Dureza Resistncia a deformaes
permanentes;
Relao com a fora de ligao dos tomos;
Mais duro: CROMO (Cr);
Mais brandos: ALCALINOS (Li, Na, K, Ca). Durmetro HB
Medio de Dureza Brinell
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Dureza
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Densidade
Variao da densidade dos diferentes tipos de materiais
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Pontos de Fuso e Ebulio Normalmente elevados
Tungstnio (W): PF = 3410 C; PE = 5927 C Mercrio (Hg) PF = 39 C; PE = 357 C
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Maleabilidade
Capacidade de formar lminas; Os metais so na sua maioria
maleveis.
ouro
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Ductilidade Capacidade de formar fios.
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Condutividade Bons condutores trmicos e eltricos Destaques: Au, Ag, Al e Cu
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Resistncia Mecnica Resistncia Trao:
medida submetendo-se o material uma carga ou fora de trao, paulatinamente crescente, que promove uma deformao progressiva de aumento de comprimento.
NBR-6152 para metais Compresso:
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Escoamento Deformao do metal
mesmo sem o acrscimo de tenso;
Deformaes de
natureza plstica.
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Resistncia Mecnica
Tenacidade: Corresponde capacidade do material de absorver energia at sua ruptura
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Corroso Tendncia do metal de voltar a forma mais estvel
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Metais Ferrosos:
Metais No Ferrosos:
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Minrio: Galena (PbS)
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Tubos e artefatos de canalizaes
Impermeabilizao de coberturas;
Chapas soldadas;
Apoios de peas submetidas a vibraes;
Mquinas, pontes;
Fabricao de tintas.
Aplicaes
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Ligas contendo chumbo
Solda de encanador - 2/3 chumbo e 1/3 estanho, Sn.
Empregado em tubos e artefatos para canalizao, absorventes de choques.
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Minrios: Calcopirita (CuFeS2) e Cuprita (Cu2O)
Metal de cor avermelhada, muito dctil e malevel, embora duro, pode ser reduzido a laminas e fios extremamente finos.
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Aplicaes
Ponto de fusao entre 1050 e 1200C;
Densidade relativa entre 8,6 e 8,96;
Ruptura trao entre 20 e 40 Kgf/mm;
Indstria de tintas (Fungicida);
Condutores eltricos (Fios e cabos);
Instalaes de gua quente e de gs;
Revestimento de paredes e ornatos diversos.
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Ligas contendo cobre Bronze - Cu-Sn 85% a 95% de Cobre
Usado na construo de ferragens e ornatos;
de difcil oxidao,
muito duro, mas bastante flexvel.
alta condutibilidade trmica;
Muitas vezes a liga tem tambm zinco e chumbo.
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Ligas contendo cobre
Lato - Cu-Zn 60% a 95% de cobre
Dctil e malevel a quente. Dificilmente se oxida e muito resistente. Mais estvel no ar que o cobre Pode adquirir belo polimento. muito empregado em ferragens:
torneiras, tubos, fechaduras, ornatos, ferragens de esquadria, metais sanitrios.
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Minrio: Esfarelita (sulfeto de zinco)
Metal cinza-azulado
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Aplicaes
Ponto de fuso 400C;
Densidade relativa 7 e 7,2g/cm;
Resistncia trao 16kgf/mm;
Baixa resistncia a cidos;
Fabricao de ligas
Proteo superficial do ao Galvanizao
Telhas e calhas para coberturas
Pigmento de tintas
Torneiras, tubos e fechaduras
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Minrio: Cassiterita
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Aplicaes
Como substituto do chumbo;
Na proteo superficial do ao, pois de difcil oxidao;
Folhas de Flandres.
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Minrio: Bauxita (Al2O3 . H2O)
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Cadeia de Produo
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Caractersticas e Propriedades Leve e Verstil (densidade relativa entre 2,56 e 2,67
g/cm);
Ruptura trao entre 8 e 14 Kgf/mm - temperado: 50Kgf/mm.
Se funde a 600 a 650C;
Excelente condutividade eltrica e trmica;
Difcil a soldagem;
Resistente ; Durvel;
No oxida - enferruja;
Permite belo acabamento; Fcil manuteno; Caro.
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Aplicaes esquadrias (portas e janelas),
forros,
divisrias, acessrios para banheiros,
estruturas pr-fabricadas,
elementos decorativos de acabamento
Transmisso de energia eltrica.
Extrudados
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Aplicaes
Lminas e chapas, lisas ou lavradas, estampadas, corrugadas, vincadas ou estiradas
Telhas e fachadas
Tintas
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Condutividade e Resistncia Eltrica Os metais puros apresentam maior condutividade que as ligas; Os eltrons movimentam-se mais facilmente em meio homogneo;
(99,98% de pureza): Utilizado como condutor eltrico
( 60% de Ni + 40% de Cr):
Utilizada como resistncia de chuveiro Resistncia eltrica 12 vezes maior que o Ni e 8 vezes maior que o Cr.
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Resistncia Mecnica As ligas superam os metais puros porque a presena de
outros tomos no reticulado cristalino dificulta a deformao da estrutura.
O ao 3 vezes mais resistente trao que o ferro puro.
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Dureza So mais duras que os metais componentes;
Entretanto, no so to maleveis.
Ferro com alto ndice de carbono duro e quebradio.
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Minrio de Ferro:
Hematita e
Magnetita
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Obtm-se o ao abaixando-se a porcentagem de carbono do ferro gusa.
A porcentagem de carbono no ao varia entre 0,05% a 1,7%.
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Caractersticas e Propriedades
Representa 90% dos metais consumidos;
Alta Resistncia ( impacto, corroso, desgaste);
Baixo custo;
Flexvel;
Liberdade no projeto de arquitetura: Maior rea til;
Compatibilidade com outros materiais;
Menor prazo de execuo;
Organizao do canteiro de obras;
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Caractersticas e Propriedades
Racionalizao de materiais e mo-de-obra;
Alvio de carga nas fundaes;
Garantia de qualidade;
Antecipao do ganho;
Preciso construtiva.
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Diagrama tenso x deformao diferentes teores de carbono
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H duas classes gerais de aos:
os aos ao carbono;
os aos especiais ou aos-liga.
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Ao Carbono
So os que contm alm do ferro, pequenas porcentagens de:
carbono, mangans, silcio, enxofre e fsforo.
Os elementos mais importantes: ferro e Carbono.
mangans e silcio melhoram a qualidade do ao,
enxofre e fsforo so elementos prejudiciais.
A quantidade de carbono define a resistncia do ao:
Um ao com 0,50% mais resistente que um ao com 0,20% de carbono.
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Produo do Ao 3 etapas metalrgicas:
Reduo
Refino
Laminao
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Produo do Ao
No processo de reduo, o ferro se liquefaz e chamado de ferro gusa ou ferro de primeira fuso. Impurezas como calcrio, slica etc. formam a escria, que matria-prima para a fabricao de cimento.
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Produo do Ao
A etapa seguinte do processo o refino. O ferro gusa levado para a aciaria, ainda em estado lquido, para ser transformado em ao, mediante queima de impurezas e adies.
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Produo do Ao Na laminao o ao, em processo de solidificao,
deformado mecanicamente e transformado em produtos siderrgicos utilizados pela indstria de transformao, como chapas grossas e finas, bobinas, vergalhes, arames, perfilados, barras, etc.
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Formas comerciais do Ao
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Folhas de Flandres: So chapas finas de ao cobertas por leve camada de estanho, para no oxidar, obtida por imerso ou deposio eletroltica.
Chapas Galvanizadas: So chapas finas de ao revestidas com zinco. a imerso da chapa em um banho de zinco fundido.
Chapas Lisas Pretas: So chapas de ferro fundido, pretas, lisas, laminadas a quente e a frio.
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Ao Galvanizado
Mais resistente;
Possui a mesma composio qumica do carbono mas revestido por uma camada de zinco.
Usado em calhas para coleta d'gua e alguns tipos de tubulao.
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Ao Carbono
os aos com porcentagem acima de 0,35% de carbono podem ser endurecidos por um processo de aquecimento e resfriamento rpido denominado tmpera.
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Ao Carbono
Trefilao: Para a fabricao de CA60 o processo utilizado pode ser
o de Trefilao ou a Laminao a Frio.
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O que so barras e fios? Qual a principal diferena entre ambos?
Na norma, barras so produtos obtidos por Laminao a Quente, com dimetro nominal de 5,0 mm ou superior.
CA25 e CA50 so denominados BARRAS.
Os fios so produtos de dimetro nominal inferior a 10 mm obtidos por Trefilao ou Laminao a frio. Todo o CA60 denominado FIO.
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As principais caractersticas das barras e fios de ao definidas em norma so:
Massa linear
Propriedades mecnicas
Dobramento
Nervuras e entalhes
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Massa linear
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Propriedades Mecnicas
Ensaio de Trao:
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Digrama Tenso x Deformao com e sem patamar definido
e indicao de 0,2 e 0,5%
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Dobramento O corpo de prova do material submetido a um dobramento
de 180 em pino de dimetro padronizado;
avaliado a presena de quebra ou fissura na regio dobrada.
Este ensaio tenta reproduzir as condies em que os materiais sero utilizados nas obras.
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Nervuras e Entalhes
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Ao Cortain Superfcie oxidada e impermevel, que veda a entrada de
umidade e impede o avano da ferrugem;
Mais caro que o ao comum,
Bonito, com aspecto patinado, envelhecido e cor acobreada;
Dispensa o uso de produtos protetores.
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Aplicaes
Aos Perfilados: Ao fundido, laminado, apresentado em forma de barras redondas, quadradas, retangulares, perfis L, T, I, U;
Arames e Telas: Os arames so finos fios de ao laminado, galvanizados ou no;
Pregos: So fabricados a partir de arame galvanizado em mquinas apropriadas que cortam o arame e moldam a ponta e a cabea do prego.
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1 a 10% de Nquel- Resistem bem ruptura e ao choque, quando temperados e revenidos. Usos- peas de automveis, mquinas, ferramentas,
etc.
10 a 20% de Nquel- Resistem bem trao, muito duros - temperveis em jato de ar.
20 a 50% de Nquel- Resistentes aos choques, boa
resistncia eltrica, etc. Usos- vlvulas de motores trmicos, resistncias
eltricas, cutelaria, instrumentos de medida, etc.
Aos Nquel
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at 6% Cromo- Resistem bem ruptura, so duros, no resistem aos choques.
Usos- esferas e rolos de rolamentos, ferramentas, projteis, blindagens, etc.
11 a 17% de Cromo- Inoxidveis. Usos- aparelhos e instrumentos de medida, cutelaria, etc.
20 a 30% de Cromo- Resistem oxidao, mesmo a altas temperaturas. Usos- vlvulas de motores a exploso, fieiras, matrizes, etc.
Aos Cromo - inox
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Principais Atributos do Ao Inox Resistncia corroso;
Resistncia mecnica superior aos aos de baixo carbono;
Facilidade de limpeza / baixa rugosidade superficial;
Aparncia higinica;
Material inerte: no modifica cor,sabor ou aroma dos alimentos;
Facilidade de conformao;
Facilidade de soldagem / unio;
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Principais Atributos do Ao Inox
Mantm suas propriedades numa faixa muito ampla de temperatura, inclusive muito baixas;
Acabamentos superficiais variados;
Relao custo/benefcio favorvel;
Baixo custo de manuteno;
Material 100% reciclvel.
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Fatores importantes para a seleo do tipo de ao inox
Um dos fatores mais importantes o ambiente em que o metal vai ser instalado:
Industrial: presena de dixido de enxofre ou
gases liberados por indstrias qumicas: podem formar cidos condensados potencialmente perigosos.
Litoral: reas com presena de atmosfera martima ou bruma. Presena de cloretos.
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8 a 25% Cromo, 18 a 15% de Nquel- Inoxidveis, resistentes ao do calor, resistentes corroso de elementos qumicos.
Usos- portas de fornos, retortas, tubulaes de guas salinas e gases, eixos de bombas, vlvulas e turbinas, etc.
Aos Cromo-Nquel
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7 a 20% de Mangans- Extrema dureza, grande resistncia aos choques e ao desgaste.
Usos- mandbulas de britadores, eixos de carros e vages, agulhas, cruzamentos e curvas de trilhos, peas de dragas, etc.
Aos Mangans
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1 a 3% de Silcio- Resistncias ruptura, elevado limite de elasticidade e propriedades de anular o magnetismo.
Usos- molas, chapas de induzidos de mquinas eltricas, ncleos de bobinas eltricas, etc.
Aos Silcio
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1 silcio, 1% de Mangans- Grande resistncias ruptura e elevado limite de elasticidade.
Usos- molas diversas, molas de automveis, de carros e vages, etc.
Aos Silcio-Mangans
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1 a 9% de tungstnio- Dureza, resistncia ruptura, resistncia ao calor da abraso (frico) e propriedades magnticas.
Usos- ferramentas de corte para altas velocidades, matrizes, fabricao de ms, etc.
Aos Tungstnio
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Propriedades magnticas, dureza, resistncia ruptura e alta resistncia abraso, (frico).
Usos- ms permanentes, chapas de induzidos, etc.
No usual o ao cobalto simples.
Aos Cobalto
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8 a 20% de tungstnio, 1 a 5% de vandio, at 8% de
molibdnio, 3 a 4% de cromo
Excepcional dureza em virtude da formao de carboneto, resistncia de corte, mesmo com a ferramenta aquecida ao rubro pela alta velocidade.
A ferramenta de ao rpido que inclui cobalto, consegue usinar at o ao-mangans de grande dureza. Usos- ferramentas de corte de todos os tipos para altas
velocidades, cilindros de laminadores, matrizes, fieiras, punes, etc.
Aos Rpidos
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0,85 a 1,20% de alumnio, 0,9 a 1,80% de cromo-
Possibilita grande dureza superficial por tratamento de nitrelao - (termo-qumico).
Usos- camisas de cilindro removveis de motores a exploso e de combusto interna, virabrequins, eixos, calibres de medidas de dimenses fixas, etc.
Aos Alumnio-Cromo
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Patologias Corroso localizada;
Corroso generalizada;
Deformaes excessivas;
Flambagem local ou global;
Fraturas e propagao de fraturas;
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Proteo dos aos contra a corroso
A oxidao resulta de fenmenos eletrolticos que formam o xido de ferro, que poroso, e que permite a continuao do processo.
A oxidao favorecida pela presena de cidos e bases.
Para a proteo do ferro seja eficaz necessrio limp-lo previamente, quer por processos mecnicos ou qumicos.
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Pinturas A pintura o processo de proteo do ao contra a
corroso utilizado em todos os casos em que no se apresentem dificuldades particulares devidas s
finuras das arestas, extenso das superfcies ou a condies de exposies severas.
Na elaborao de um sistema de pintura devem ser considerados dados como: o meio ambiente e sua agressividade, o tipo de tinta, a preparao da superfcie, A seqncia de aplicao, o nmero de demos, as espessuras,
o tipo de aplicao e as condies de trabalho a que estar submetida a superfcie.
Durante sua aplicao, a superfcie dever estar isenta de p, carepas, ferrugens, leos ou graxas e a unidade relativa do ar no dever estar superior a 85%.
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Metalizao
Consiste na proteo do ao/ferro recobrindo-o com delgadas capas de outros metais, mais Nobres.
Um dos processos de metalizao a galvanizao com obteno do ao ou ferro galvanizado.
Executa-se por imerso de peas em banhos de zinco fundido (galvanizao) ou por processos de eletrlise (galvanoplastia), sendo o ctodo a pea a revestir e o nodo o metal de recobrimento puro.
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Metalizao Outra possibilidade ainda a
pulverizao.
Estes revestimentos tambm podem ser em nquel, cromo, estanho, chumbo ou cobre.
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Metalizao
necessrio que a camada seja espessa visto que o poder de proteo do zinco mais ou menos proporcional sua espessura. Todas as operaes de fabrico, em particular as dobras e soldaduras devem ser efetuadas antes da zincagem.
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Encamisamento ou Recobrimento
Concreto: recobre os elementos de ao
O envolvimento com o concreto muito utilizado para proteger as instalaes porturias de ao s mars e situadas abaixo do nvel do mar.
obras expostas a uma atmosfera corrosiva (fbricas deprodutos qumicos).
proteger o ao contra a abraso e, naturalmente, contra incndios
A resistncia do beto deve ser da ordem dos 25 MPa, no mnimo, dada a resistncia estar associada compacidade (logo estanquidade).
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Encamisamento ou Recobrimento
nata de cimento;
Materiais betuminosos;
Polmeros poliuretano.
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Encamisamento ou Recobrimento
Concreto: recobre os elementos de ao
O envolvimento com o concreto muito utilizado para proteger as instalaes porturias de ao s mars e situadas abaixo do nvel do mar.
obras expostas a uma atmosfera corrosiva (fbricas deprodutos qumicos).
proteger o ao contra a abraso e, naturalmente, contra incndios
A resistncia do beto deve ser da ordem dos 25 MPa, no mnimo, dada a resistncia estar associada compacidade (logo estanquidade).
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Light Steel Frame
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Steel Deck