Trabalho de Seminário - Metais
-
Upload
douglas-willian -
Category
Documents
-
view
222 -
download
3
description
Transcript of Trabalho de Seminário - Metais
Engenharia CivilMateriais da Indústria da Construção Civil I
CHUMBO, ESTANHO, COBRE, ZINCO E LIGAS METÁLICAS
Londrina2015
Engenharia CivilMateriais da Indústria da Construção Civil I
CHUMBO, ESTANHO, COBRE, ZINCO E LIGAS METÁLICAS
Alunos: Angélica Marques ZanuttoAngélica Siqueira
Bruno Felipe Moçatto SperiDouglas Willian dos Santos Custódio
Ilson SilvaJean Alonso
Professor: EDUARDO MESQUITA CORTELASSI
Londrina2015
LISTA DE FIGURAS
IMAGEM 01 - GRÁFICO – PRODUÇÃO BRASILEIRA DE CASSITERITA................09
IMAGEM 02 - DIAGRAMA DE TRAÇÃO...................................................................17
IMAGEM 03 - GRAFICO DE TENSÃO E DEFORMAÇÃO DOS METAIS...................18
4
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO.............................................................................................05
2. METAIS NÃO-FERROSOS..........................................................................06
2.1 CHUMBO...............................................................................................06
2.1.1 CARACTERISTICAS E PROPRIEDADES...........................................06
2.1.2 PROCESSOS DE OBTENÇÃO...............................................................06
2.1.3 APLICAÇÕES.........................................................................................07
2.1.4 EXEMPLO NA CONSTRUÇÃO CIVIL.............................................08
2.2 ESTANHO..............................................................................................08
2.2.1 CARACTERISTICAS E PROPRIEDADES...........................................09
2.2.2 PROCESSOS DE OBTENÇÃO DO ESTANHO....................................09
2.2.3 APLICAÇÕES NA CONSTRUÇÃO CIVIL...........................................10
2.3 COBRE...................................................................................................10
2.3.1 PROCESSOS DE OBTENÇÃO..............................................................12
2.3.2 APLICAÇÕES NA CONSTRUÇÃO CIVIL...........................................13
2.4 ZINCO ....................................................................................................14
2.4.1 PROCESSOS DE OBTENÇÃO...............................................................15
2.4.2 APLICAÇÕES NA CONSTRUÇÃO CIVIL...........................................15
3. LIGAS METÁLICAS....................................................................................15
3.1 PROPRIEDADES....................................................................................16
3.1.1 APARÊNCIA............................................................................................16
3.1.2 DENSIDADE.............................................................................................16
3.1.3 DILATAÇÃO E CONDUTIVIDADE TÉRMICA....................................16
3.1.4 CONDUTIBILIDADE ELÉTRICA..........................................................16
3.1.5 RESISTÊNCIA À TRAÇÃO...............................................................17
3.1.6 RESISTÊNCIA AO CHOQUE.................................................................18
3.1.7 DUREZA....................................................................................................18
3.1.8 FADIGA......................................................................................................19
3.1.9 CORROSÃO.......................................................................................19
3.2 TIPOS DE LIGAS METÁLICAS............................................................19
3.2.1 LIGAS FERROSAS....................................................................................19
3.2.2 LIGAS NÃO-FERROSA............................................................................21
4. CONCLUSÃO...............................................................................................22
5. REFERÊNCIAS.............................................................................................23
5
1. INTRODUÇÃO
De acordo com PETRUCCI (1998), compreende-se por metal, do
ponto de vista tecnológico, um elemento químico que aparece como cristal ou agregado
de cristais, no estado sólido, caracterizado pelas seguintes propriedades: alta dureza,
grande resistência mecânica, elevada plasticidade (grandes deformações sem ruptura),
relativamente alta condutibilidade térmica e elétrica.
Não informar-se quando o metal passou a ser utilizado pela primeira
vez, sendo variável a data de início de seu emprego em diferentes partes do globo. O
cobre equivale ao primeiro metal a atrair a atenção do Homem, pois só o cobre
apresenta-se, no estado nativo, com certa abundância. (PETRUCCI; 1998)
Constituem os metais um dos grupos mais importantes entre os
materiais de construção, mercê das propriedades acima enumeradas e que os fazem
aptos a um sem-número de empregos no campo da Engenharia. Acresce ainda a
possibilidade da obtenção de ligas metálicas, melhorando ou comunicando certas
propriedades. (PETRUCCI; 1998)
Segundo AMBROZEWICZ (2012), uma liga metálica consiste da
união de dois ou mais elementos químicos onde pelo menos um é um metal e onde todas
as fases existentes tem propriedades metálicas. Como por exemplo, temos o latão (liga
de cobre e zinco), o aço carbono (liga de ferro e carbono), o bronze (liga de cobre e
estanho) e muitas outras.
As propriedades mecânicas dos materiais metálicos são de extrema
importância do ponto de vista da Engenharia e podem ser determinadas através de
ensaios estáticos: tração, compressão, torção, dureza, dobramentos; ensaios dinâmicos:
choque (resistência), fadiga, amortecimento; ensaios diversos: desgaste, corrosão.
(PETRUCCI; 1998)
De acordo com AMBROZEWICZ (2012), os principais fatores que
afetam os valores medidos das propriedades mecânicas são a composição química, o
histórico termomecânico do material, a geometria, temperatura, estado de tensões e
velocidade de deformação da estrutura.
6
2. METAIS NÃO-FERROSOS
Sob os pontos de vista estrutural e econômico, nenhum metal
compara-se ao ferro (aço, aço-liga ou ferro fundido), por isso denominam-se metais
não-ferrosos, os metais em que não haja ferro ou em que o ferro está presente em
pequenas quantidades, como elemento de liga. Entre os principais destacam-se: cobre;
estanho; zinco; chumbo; platina; alumínio; magnésio, entre outros. (PETRUCCI; 1998)
Conforme SIMÕES e NAKASATO (2013), os metais não ferrosos
são mais caros e apresentam maior resistência a corrosão, menor resistência mecânica,
menor resistência à temperaturas e melhor resistência em baixas temperaturas que o aço
carbono. Dispõem os mais diversos empregos, pois podem substituir materiais ferrosos
em várias aplicações e nem sempre podem ser substituídos pelos ferrosos.
A utilização dos metais não-ferrosos se restringe ao caso em que se
necessita aproveitar alguma de suas propriedades características como: resistência a
corrosão; pequenas densidades; propriedades elétricas e magnéticas; características
especiais de resistência e ductilidade; fusibilidade. (PETRUCCI; 1998)
2.1 CHUMBO
2.1.1 CARACTERÍSTICAS E PROPRIEDADES.
Segundo BAUER (2005) chumbo é um material cinza-azulado, muito
maleável e macio, mais pouco dúctil, pode ser fundido a uma temperatura de 327°C.
Possui uma massa especifica entre 11,20kg/dm³ e 11,45 kg/dm³ e o módulo de
elasticidade de cerca de 2000 Kg/mm². Apresenta uma ruptura á tração aos 3,5 kg/m² e
à compressão aproximadamente aos 5 kg/m², sua dureza Brinell é de 4,6. Possui uma
alta resistência elétrica e condutibilidade térmica baixa.
BAUER (2005) conclui a propriedade e característica relatando que
quando o chumbo é exposto ao ar cobre-se de uma camada de hidrocarbonato de
chumbo, substância relativamente tóxica.
2.1.2 PROCESSO DE OBTENÇÃO
Segundo AMBROZEWICZ (2012) é um material pouco abundante na
crosta terrestre (menos de 0,2%), pouco encontrado no estado elementar, ocorrendo em
vários minérios.
7
De acordo com AMBROZEWICZ (2012) as maiores reservas de
chumbo encontram-se nos Estados Unidos, Austrália, Canadá, Peru e México, no qual
são maiores produtores. No Brasil, a produção se iniciou na Bahia, sendo o maior
produtor do país.
De acordo com AMBROZEWICZ (2012) seu único mineral
importante é a gelena, PbS, cujo é adquirido através de vários procedimentos em
laboratório, um desses procedimentos envolve a ustulação que consiste em aquecê-lo na
presença do ar para convertê-lo em óxido.
2PbS(s) + 3O2(s) → 2PbO(s) + 2SO2(g)
Parte de PbS é convertido a sulfato de chumbo nesse processo:
PbS(s) + 2O2(g) → PbSO4(s)
A mistura dos produtos dos produtos (PbO e PbSO4) é então
adicionados mais PbS novamente aquecida na ausência do ar.
PbS(s) + 2PbO(s) → 3Pb(l) + SO2(g)
PbS(s) + 2PbSO4(s) → 2Pb(l) + 2SO2(g)
O chumbo resultante é muito impuro e deve-se purificar para remover
muitos contaminantes metálicos.
2.1.3 APLICAÇÕES
BAUER (2005) pontua que o chumbo é aplicado em tubos e artefatos
para canalização, restringindo a pequenos tamanhos, pois o hidrocarbonato liberado
pelo chumbo é toxico. Adverte-se quando possuir água parada há muito tempo dentro da
canalização deve-se correr a coluna de água parada dentro da canalização antes de
consumir.
De acordo com BAUER (2005) o chumbo pode ser comercializado em
chapas planas de comprimento variável e largura de 2 metros e 20 centímetros,
numeradas de 1 a 22 (6,7 a 56,42 kg/m²). As chapas finas são empregadas em
coberturas para a impermeabilização, soldadas entre si para tornar a superfície estanque.
As barras ou chapas mais grossas são usadas como absorvente de choque ou vibrações
no apoio de maquinas, pontes, entre outros.
Para BAUER (2005) é utilizado na indústria de tinta em razão dos sais
presente no chumbo que possibilita o cobrimento e durabilidade. No passado era
numeroso o uso de ornatos e remates de chumbo em cobertura metálica.
AMBROZEWICZ (2012) pontua que esse material é utilizado como
revestimento em lugares onde são trabalhados com substâncias radioativos. Os lugares
8
mais usados são em portas de salas de reatores (são blindadas com o chumbo), em
instalações radiológicas (salas de Raios-X).
2.1.4 EXEMPLO NA CONSTRUÇÃO CIVIL
Um a das grandes obras que se utilizou o chumbo foi na Torre de Pisa,
por ter sido construída sobre um terreno de argila e areia, materiais pouco firmes para
sustentar uma edificação daquele porte projetada para abrigar o sino da catedral de Pisa,
no norte da Itália, a torre foi iniciada em 1173 no momento de execução dos três
primeiros andares, foi observado uma pequena inclinação devido ao afundamento do
terreno e ao assentamento irregular das fundações.
No século XX, a torre passou a se inclinar cerca de 1,2 milímetro por
ano, quando essa pendência em relação ao eixo chegou a 4,5 metros, em 1990, ela foi
interditada ao público, sob-risco de desmoronar. Desde então, várias propostas foram
feitas para salvar a torre, até que uma delas, formulada por uma comissão de 14
especialistas, foi finalmente escolhida. Os trabalhos começaram em 1997. Segundo o
engenheiro civil Henrique Lindenberg "A proposta vencedora era simples e, ao mesmo
tempo, extremamente eficaz: tirar, aos poucos, terra do lado inclinado e reforçar a
fundação com placas de chumbo para evitar qualquer perigo de desmoronamento
enquanto o trabalho era realizado". Além disso, foi injetado cimento nos muros que
circundam a torre.
2.2 ESTANHO
O estanho (Sn), é um dos metais mais antigos conhecidos da história
da humanidade. Como metal puro, somente começou a ser usado em torno de 600 a.C.
O Brasil é o quinto maior produtor de Sn, sendo a mina mais importante a de Pitinga,
localizada a 300 km ao norte de Manaus-AM. (ALVES; 2012)
De acordo com PETRUCCI (1998), o estanho tem densidade entre
7,29 e 7,50, dureza Brinell entre 5 e 10, resistência a tração entre 3 e 4 kg/mm².
Os maiores produtores da cassiterita no Brasil são os estados de
Amazonas e Rondônia distribuídas em apenas três minas: Mina do Pitinga, no
Amazonas, e as Minas de Bom Futuro e Santa Bárbara, em Rondônia. (LIMA; 2009)
9
IMAGEM 01: GRÁFICO – PRODUÇÃO BRASILEIRA DE CASSITERITA.
FONTE: http://www.mme.gov.br/documents/1138775/1256650/P18_RT27_Perfil_da_Mineraxo_do
_Estanho.pdf/5cb526d8-a6f7-45a6-aff5-8827a636a5bb
2.2.1 CARACTERISTICAS E PROPRIEDADES
A massa específica do estanho varia entre 7,29 e 7,5kg/dm3, dureza de
5 e 10 Brinell, a cor é branca acinzentada. Caracteriza-se pela sua maleabilidade. Ponto
de fusão de 232°C e dificilmente oxida-se (BAUER; 1994)
Segundo ALVES (2012), a temperatura de ebulição do estanho é de
2602 °C, a massa atômica 118,71 g.mol-1, número atômico 50 e raio atômico 1,45 Å.
2.2.2. PROCESSOS DE OBTENÇÃO DO ESTANHO
De acordo com ALVES (2012), “o estanho é encontrado na natureza
na forma de SnO2 a cassiterita e muito raramente na forma livre chamada de piritas.”
ALVES (2012), destaca-se as seguintes formas de obtenção do
estanho:
LAVRA: quando acontece a retirada da rocha da natureza,
ou seja, com a cassiterita (minério de estanho) ocorrendo juntamente com outros
minerais.
BENEFICIAMENTO: onde o material retirado na lavra
passa por diversas etapas de separação e concentração, restando quase somente a
cassiterita.
METALÚRGIA: onde o concentrado de cassiterita é
processado para a retirada do estanho puro, através da redução da cassiterita com carvão
em altas temperaturas, conforme reação:
10
SnO2 + 2C → Sn + 2CO
2.2.3 APLICAÇÕES NA CONSTRUÇÃO CIVIL
De acordo com BAUER (1994) o estanho é utilizado na construção
civil para formar ligas e proteger a superfície de outros metais, pois ele é muito estável.
Um exemplo é a liga de chumbo com estanho na proporção de 2/3 de chumbo para 1/3
de estanho, o que se chama de solda de encanador, a temperatura de fusão é de 240°C.
O estanho também é utilizado na fabricação do vidro de janelas,
através da flutuação do vidro sobre o estanho derretido para tornar sua superfície plana
num processo denominado “Pilkington” (ALVES; 2012)
Na construção civil o estanho é utilizado como ligas para soldar
conexões de tubos de cobre, destinados a abastecimento de água potável na rede
doméstica e hidráulica, mas não são apropriados para solda de tubos que conduzem gás
liquefeito de petróleo de uso doméstico (GLP) já que uma vez expostas a chamas não
suportam temperaturas superiores a 232°C (BRANDÃO; 2011)
2.3 COBRE
Segundo AMBROZEWICZ (2012) o cobre está presente na história
civilização desde 8000 a.C., sendo hoje um dos metais mais importantes para a indústria
moderna. Este metal foi largamente utilizado pelo homem neolítico, tornando-se o
substituto ideal para a pedra na fabricação dos mais variados utensílios. No entanto, o
ápice de sua importância se deu com a descoberta que, fundido com o estanho, origina-
se uma liga extremamente dura e resistente, o bronze, sendo constituído de 85 a 95% de
cobre e 15 a 5% de estanho.
O cobre é um metal nobre e elemento de transição, o seu número
atômico é 29 e seu peso atômico é 63, 55. Apresenta várias características como
estrutura cristalina cúbica de face centrada, densidade entre 8,6 e 8,96, dureza Brinell
35, ruptura à tração entre 20 e 60 Kg/mm2, funde entre 1050 e 1200 °C, condutibilidade
elétrica e térmica, maleabilidade, resistência mecânica de suas ligas e apresenta
propriedades semelhantes às da prata e do ouro (AMBROZEWICZ, 2012).
11
Segundo PROCOBRE (2015), atualmente por possuir diversas
propriedades importantes o cobre é vastamente explorado por praticamente todos os
ramos da indústria. É aplicado em casos que se necessita de baixa a moderada
resistência à tensão mecânica, moderada estabilidade térmica, resistência à deformação
por estresse, resistência à corrosão e eficácia antimicrobianas. Por possuir colorações
especiais o cobre e suas ligas são utilizados como elementos de arquitetura, de consumo
e objetos de arte.
A eletricidade é muito importante nos dias de hoje, pois é ela que
proporciona o conforto, bem estar, segurança e lazer para a sociedade. O cobre está
diretamente ligado a eletricidade, por causa da sua capacidade de condução elétrica,
sendo utilizado na produção de diversos componentes elétricos, como fios, cabos e etc.
(PROCOBRE, 2015).
De acordo com PROCOBRE (2015), a condução de calor do cobre é
30 vezes superior ao aço e quase o dobro do alumínio, sendo assim classificado como
um ótimo condutor de calor. Pela característica anteriormente citada este metal é
recomentado para aplicações que requerem rápida transferência de calor, como nos
trocadores de calor, radiadores, aparelhos de ar condicionado, computadores,
televisores, etc. Outros fatores importantes deste metal são a maleabilidade e
flexibilidade, pois proporciona ao cobre ser facilmente soldado, colado ou fundido,
sendo usado da indústria em aplicação hidráulicas, arquitetura e design de objetos.
Conforme PROCOBRE (2015), as ligas de cobre são reforçadas
mecanicamente por trabalho a frio ou por adição de uma solução sólida, melhorando o
encruamento. Quando se encontra no estado recozido, o limite de elasticidade e
resistência à tensão varia inversamente com o tamanho grão.
Para PROCOBRE (2015), este metal tem sua coloração variando do
avermelhado ao amarelo, passando por tons verdes e cinzas. Em mecanismos de
tratamento químicos e eletroquímicos na superfície pode-se obter outros tons.
Outro aspecto relevante é resistência à corrosão atmosférica do cobre
e suas ligas, mas pode ocorrer uma descoloração superficial ou uma camada manchada
com o passar do tempo. A espessura e a composição química dessa camada podem
variar em função do tempo de exposição, das condições atmosféricas e da química da
liga base (PROCOBRE, 2015).
Segundo PROCOBRE (2015), a propriedade antimicrobiana do cobre
e de suas ligas tem sido aplicado a séculos em hospitais, moedas e sistemas de
12
encanamento, etc., pois evita o acúmulo de bactérias. E atualmente a Agência de
Proteção Ambiental a registrou o cobre, e diversas de suas ligas, pela sua capacidade de
eliminar vários agentes patogênicos em curto espaço de tempo.
3.2.1 PROCESSOS DE OBTENÇÃO
Os maiores produtores deste metal são Estados Unidos, Canadá e
Chile. No Brasil há maior ocorrência no Rio Grande do Sul (Caçapava, Camaquã,
Seival e Bagé), Bahia e Goiás. Ainda o Brasil não é autossuficiente, pois só produz a
metade do cobre utiliza, mas está rumo a autossuficiência (BAUER, 2005).
Segundo BAUER (2005) o cobre pode ser obtido a partir de diversos
minérios: calcosina Cu2S (sulfato), cuprita Cu2O (óxido), calcopirita Cu2S. Fe2S3
(sulfato), malaquita e azurita (carbonatos), sendo o metal puro extraído por calcinação e
fusão.
A produção do cobre pode ocorrer em dois processos (ANDRADE,
1997).
Processo Piro metalúrgico: através do minério, cuja extração se dá
a céu aberto ou em galerias subterrâneas. Com a variação do teor metálico entre 0,7% e
2,5%, o minério é submetido à britagem, moagem, flotação e secagem, obtendo-se o
concentrado cujo teor de cobre contido já alcança 30%. Este concentrado é submetido
ao forno flash, obtendo-se o mate com teor de 45% a 60%, assim ao se colocar o mate
no forno conversor obtêm-se o blister com 98,5% de cobre. Caso desejar-se outros
níveis de pureza para o cobre, tendo em vista a sua aplicação final, o blister pode ser
submetido apenas ao refino a fogo, onde se obtém cobre com 99,7% (anodo) ou ser
refinado eletronicamente, obtendo-se um grau de pureza 99,9% (catodo). O gás
sulfídrico resultante da fundição é utilizado como insumo para a produção do
subproduto ácido sulfúrico, visando reduzir o impacto ambiental.
Os catodos são submetidos ao processo de refusão para obtenção do
cobre no formato de tarugos ou placas. A partir da refiliação destes tarugos, produz-se
os semielaborados de cobre nas formas de barras, perfis e tubos e através da laminação
das placas, são produzidos semielaborados nos formatos de tiras, chapas e arames. Mas
ao invés da simples refusão, o catodo for fundido e laminado me processo contínuo,
obtêm-se o vergalhão, a partir do qual serão fabricados os fios e cabos.
Processo Hidrometalúrgico: este processo é indicado, para
extração de cobre de minérios oxidados de baixo teor. A utilização deste processo para
13
minérios sulfetados implica em uma etapa anterior de beneficiamento do minério para a
obtenção do concentrado sulfetado, o qual deve sofrer processo de ustulação para
transformação em produto intermediário oxidado. No processo de hidrometalúrgico o
minério moído é lixiviado com solventes, sendo o mais utilizado o ácido sulfúrico,
obtendo-se soluções ricas. Posteriormente ocorre a filtragem da solução e a precipitação
do metal por meio de concentração utilizando-se ferro, de aquecimento ou por eletrólise.
Na eletrólise, ocorre a eletrodeposição de cobre sob a forma de catodos com 99,9% de
pureza a partir das soluções ricas. Trata-se do processo SX-EW (solvent extraction and
eletrowinning). Este novo processo foi criado no século passado e sua aplicação esta
crescendo devido as facilidades de aproveitamento de depósitos oxidados de baixo teor,
começando pelo minério e obtendo-se o catodo com teor 99,9% de cobre, sem
necessitar de fundição e refinaria. Este novo processo tem várias vantagens como:
menor custo de produção do cobre, não emissão de gases poluentes no meio ambiente,
reaproveitamento de minérios de baixo teor não aproveitados pelos processos
tradicionais de concentração. O investimento no processo SX-EW é cerca de 30%
superior ao processo tradicional, mas a maior desvantagem é a dificuldade do
aproveitamento de subprodutos como ouro e prata, que também se apresentam em
menores teores nos minérios oxidados. Assim, são necessárias instalações adicionais de
neutralização e cianetação, que geralmente não apresentam viabilidade econômica,
enquanto no processo tradicional estes subprodutos são obtidos diretamente na lama
anódica, na etapa de refino eletrolítico do cobre. Em termos de escala, o processo SX-
EW apresenta maior flexibilidade, podendo-se operar economicamente plantas de até
30.000 t/ano de cobre contido. No processo pirometalúrgico, a escala mínima
atualmente utilizada é de 200.000 t/ano. O processo SX-EW é utilizado principalmente
nos Estados Unidos, Chile e Zâmbia, sendo que metade da expansão prevista para a
produção do Chile será através desta rota.
2.3.2 APLICAÇÕES NA CONSTRUÇÃO CIVIL
Segundo PROCOBRE (2015), por possuir a maior condutividade de
todos os metais o cobre é fundamental no desenvolvimento de aplicações elétricas e
eletrônicas. Depois dos metais preciosos este metal é o melhor condutor de eletricidade
e calor, sendo utilizados em redes de alta, média e baixa tensão de energia. Por possuir
essa combinação de resistência, qualidade e resistência à deformação e corrosão este
14
metal não-ferroso é o condutor mais utilizado e mais seguro para a fiação em
edificações, sendo assim 60% do consumo total do cobre são para essas aplicações.
De acordo com PROCOBRE (2015), outra aplicação é em sistemas
de aterramento, fornecendo um caminho seguro para as correntes de fuga para que
assim os sistemas de proteção possam operar. Em casos de queda de raios este sistema
proporciona uma direção segura, enquanto contém o aumento de tensão para um valor
seguro e proporciona uma superfície equipotencial no qual equipamentos eletrônicos
possam funcionar sem interferências.
Por possuir atributos com desempenho técnico, qualidades
arquitetônicas, durabilidade, beleza estética de sua coloração, aspectos ecológicos e
custo-benefício o cobre é amplamente aplicado nas áreas internas e externas das
edificações como revestimento de coberturas e fachadas, calhas e condutores das águas
pluviais, arquitetura de interiores. Na atualidade, os arquitetos e designers encontram no
mercado folhas pré-oxidadas e pré-patinadas em diversos formatos (sólida, lâmina,
perfurada, malha etc.) (PROCOBRE, 2015).
2.4 ZINCO
O zinco é um metal branco azulado, com relativo baixo ponto de
fusão, boa fundibilidade e que pode-se facilmente deformado a frio e a quente, podendo
ser encontrado na forma de placas, lingotes, chapas, arames grãos e pó. Possui alta
resistência à corrosão graças à produção de um óxido protetor formado à temperatura
ambiente. É bastante maleável entre 100 e 150 ºC, podendo ser laminado em chapas e
estirado em fios. O ar seco não o ataca, mas sim o ar úmido; forma-se película de óxido
que protege o metal, o zinco é facilmente atacado por ácidos (HCl e H2SO4).
(PETRUCCI; 1998)
De acordo com PETRUCCI (1998), o ponto de fusão é 420ºC e sua
densidade é de 7,20. Suas características mecânicas são: tração = 17 kgf/mm²; E =
10000 kgf/mm². A resistência depende da duração do esforço; a deformação lenta se
produz para baixas tensões.
Nos últimos vinte anos, a taxa de consumo nacional do metal zinco
tem crescido em 7% ao ano e possui a grande vantagem de ser mais barato que a
maioria dos metais não-ferrosos, sendo vinte percento da produção mundial para a
produção de latão, em liga com cobre. (PETRUCCI; 1998)
15
2.4.1 APLICAÇÕES NA CONSTRUÇÃO CIVIL
Segundo PETRUCCI (1998), o metal zinco é sobretudo utilizado para
proteger outros metais, principalmente o aço (galvanização), emprega-se também como
pigmentos de tintas (ZnO). Na construção civil o zinco é empregado na construção de
coberturas e calhas, mas não em estado puro e sim com pequenas percentagens de
chumbo, ferro, cobre e magnésio. Os utensílios galvanizados não podem ser utilizados
na preparação de alimentos, pois são atacados pela água salgada formando produtos
tóxicos.
2.4.2 PROCESSO DE OBTENÇÃO DO ZINCO
A produção de zinco metálico no Brasil, assim como em boa parte do
mundo, ocorre em cinco estágios: (I) retirada do minério da mina, com teor metálico
entre 3 e 20%; (II) sucessivas britagens (quebra do minério em pequenos pedaços) e
moagem; (III) sedimentação e filtragem, obtendo um concentrado que alcança 45% de
teor metálico; (IV) hidrometalurgia ou lixiviação química3 com ácido sulfúrico diluído,
que serve para dissolver o metal em meio aquoso e, posteriormente; (V) sedimentá-lo
eletroliticamente, com teor metálico superior à 99%. O zinco é classificado em duas
grandes famílias: o zinco primário e zinco secundário (obtido através de sucatas e
resíduos). O zinco primário é o que possui a maior percentagem de produção atual, e
seu principal processo de produção é o eletrolítico (MEDEIROS; 2011).
3. LIGAS
Liga metálica é a mistura, de aspecto metálico e homogêneo, de um ou
mais metais entre si ou com outros elementos. Deve ter composição cristalina e
comportamento com metal. (AMBROZEWICZ; 2012)
O processo mais empregado na indústria para obtenção das ligas, por
fusão, onde os componentes da liga são derretidos a elevadas temperaturas e fundidos, a
fim de se misturarem homogeneamente no estado liquido. Após essa mistura é resfriada
lentamente na forma necessária para sua aplicação. Esse processo pode também ser
realizado na superfície de um corpo, como por exemplo mergulhando-se ferro em
estanho fundido para a obtenção da lata. (GALEGO; 2013)
16
Outro processo que é utilizado para a obtenção de ligas é a
compressão, que consiste em submeter os componentes da liga a altíssimas pressões até
o ponto em que possam ser misturados, esse processo é muito importante para se
conseguir ligas com alto ponto de fusão e também para tornar capaz a produção de ligas
cujos materiais são imiscíveis em estado líquido. Existe ainda o processo eletrolítico,
onde os materiais sofrem a eletrólise, ou seja, é induzida artificialmente uma corrente
elétrica no sistema afim de que ele sofra reações químicas, onde inicialmente seus íons
são decompostos e logo após com a passagem da corrente induzida é formada a liga
desejada. E por fim tem se o processo da metalurgia associada, onde para se produzir
uma liga é necessário submeter aos processos metalúrgicos de fabricação os minérios
dos metais que serão constituintes da mistura final. (GALEGO; 2013)
De acordo com AMBROZEWICZ (2012), geralmente as ligas têm
propriedades mecânicas e tecnológicas melhores que as dos metais puros, para a
construção civil, são importantes as seguintes propriedades:
3.1 PROPRIEDADES
3.1.1 APARÊNCIA
Sólidos a temperaturas ambientes.
Porosidade não aparente.
Brilho característico, que pode ser aumentado por polimento ou tratamento
químico.
3.1.2 DENSIDADE
Varia bastante de uma liga para outra. Geralmente vai de 2,56 a 11,45 sendo que
a platina atinge 21,30.
3.1.3 DILATAÇÃO E CONDUTIVIDADE TÉRMICA
A título de comparação, apresenta-se os coeficientes de dilatação seguintes:
- Concreto: 0,01 mm/m/ºC
- Vidro: 0,08 mm/m/ºC
- Metais: 0,10 a 0,03 mm/m/ºC
A ordem decrescente começa com o zinco, segue com o chumbo,
estanho, cobre, ferro e aço (MB 270).
17
A condutibilidade térmica situa-se entre 1,006 e 0,080 calorias
gramas/s/cm/ºC. A ordem decrescente é: prata, cobre, alumínio, zinco, bronze, ferro,
estanho, níquel, aço e chumbo.
3.1.4 CONDUTIBILIDADE ELÉTRICA
De maneira geral, os metais são bons condutores elétricos. O cobre é o
mais utilizados e vem sendo substituído pelo alumínio por razões econômicas.
3.1.5 RESISTÊNCIA À TRAÇÃO
É uma das propriedades mais importantes na construção. Submetendo-
se uma barra à tração axial, aparecem forças internas. A tensão de tração é obtida
dividindo-se a força aplicada pela área inicial de seção transversal. Essa tensão
determina o aumento do comprimento da barra, deformação.
Alongamento: L−LoLo
x 100%
Lo = Comprimento inicial do corpo de prova.
L = Comprimento após ruptura.
Densidade de estricção: S−SoSo
x 100 %
So = Seção inicial.
S = Seção estrita (afinada)
Levando-se a um sistema de coordenadas as tensões e deformações,
tem-se o diagrama tensão-deformação. Verificou-se que os metais apresentam dois tipos
de diagramas para a tração:
18
IMAGEM 02: DIAGRAMA DE TRAÇÃO.
FONTE: AMBROZEWICZ, P. Materiais de construção: Normas, Especificações, Aplicações e
Ensaios de Laboratório. 1 ed. São Paulo: Pini: 2012.
De 0 a p – as deformações são diretamente proporcionais às tensões
(período elástico). De p a e – há grandes deformações, mesmo que a carga estacione ou
diminua, T é o limite de escoamento. De e a A – forma-se um patamar, sendo a
deformação permanente. Segue-se um revigoramento. Tr, a tensão mais alta do ensaio,
limite de resistência. A tensão não abaixou, houve estricção e a seção diminuiu. TR é a
tensão de ruptura.
Na maioria dos metais o diagrama tem a seguinte forma:
IMAGEM 03: GRAFICO DE TENSÃO E DEFORMAÇÃO DOS METAIS.
19
FONTE: AMBROZEWICZ, P. Materiais de construção: Normas, Especificações, Aplicações e
Ensaios de Laboratório. 1 ed. São Paulo: Pini: 2012.
Tem-se trecho elástico AO, mas não aparece o escoamento. Adota-se
para o mesmo um valor n, obtido como segue: estabelece-se uma deformação percentual
n% e traça-se uma paralela à inclinação AO.
A reta é traçada a n% de deformação. O valor n adotado para aços
normalmente é 0,2%, e 0,1% e 0,5% para outros metais. Tem-se o limite de elasticidade,
até o qual as deformações não são permanentes.
3.1.6 RESISTÊNCIA AO CHOQUE
É a resistência que o metal opõe a ruptura sob a ação de uma carga
instantânea. O ensaio é feito pelo aparelho chamado Pêndulo de Charpy.
3.1.7 DUREZA
A ABNT adota a escala de dureza Brinell. O aparelho Brinell é uma
prensa com uma esfera de aço temperado de diâmetro D que faz penetrar no metal em
ensaio com uma carga P. A esfera imprimirá uma marca com diâmetro d.
3.1.8 FADIGA
Conforme o metal, a resistência à fadiga é bastante baixa. A causa da
ruptura é a desagregação progressiva da coesão entre os cristais, que diminui a seção
resistente.
3.1.9 CORROSÃO
Quase todos os metais apresentam corrosão, exceção feita ao ouro e à
platina. A proteção contra corrosão é assunto bastante complexo, devendo-se estudar
para cada caso, sendo alguns métodos ou cuidados os seguintes:
Escolha adequada do metal ou liga.
Recobrimento por um óxido ou sal insolúvel e resistente, que impeça a troca
eletrolítica.
Capeamento metálico (por exemplo: niquelação, cromação, galvanização etc.)
Proteção catódica, que consiste em transformar a estrutura que se quer proteger
em cátodo, adicionando um ânodo conveniente
20
Não deixar em contato metais de potenciais diferentes. Por exemplo: deve haver
um isolante entre a telha de alumínio e o gancho de fixação, de aço.
Pintura com tintas apropriadas.
3.2 TIPOS DE LIGAS METÁLICAS
Segundo GALEGO (2013), as ligas dividem-se em dois grandes
grupos: ferrosas e não-ferrosas. Entre as primeiras, mais importantes sob o ponto de
vista do volume de produção e da diversidade de propriedades, figuram os diversos
tipos de aço, enquanto as não-ferrosas se caracterizam por suas propriedades
específicas, como leveza ou resistência à corrosão.
3.2.1 LIGAS FERROSAS
Ligas ferrosas são aquelas onde o ferro é constituinte principal. Essas
ligas são importantes como materiais de construção em engenharia. As ligas ferrosas
são extremamente versáteis, no sentido em que elas podem ser adaptadas para possuir
uma ampla variedade de propriedades mecânicas e físicas. A desvantagem dessas ligas é
que elas são muito suscetíveis à corrosão. (LUZ; 2006)
De acordo com CALLISTER (2003), as ligas ferrosas podem ser
divididas em dois grupos principais: os aços e ferros fundidos.
AÇO: é a liga metálica Fe (ferro) – C (carbono) contendo
geralmente de 0,006 a 2% de carbono, além de certos elementos residuais resultantes
dos processos de fabricação. (PETRUCCI; 1998)
Conforme CSN (Companhia Siderúrgica Nacional; 1946), as
características de homogeneidade, tenacidade e resistência do aço o inserem como
material de construção, buscando resolver questões mais básica da engenharia: executar
o melhor projeto pelo menor custo. Nesse contexto, o aço encontra lugar em várias
situações dentro da obra, seja na estrutura metálica, nas janelas, nas portas, no piso, na
cobertura ou nas próprias paredes.
O aço estrutural tem como principal característica a resistência
mecânica e uma composição química definida. Proporciona boa soldabilidade e fácil
corte. Todas essas propriedades vão garantir ao projeto bem executado a segurança,
solidez, estabilidade da estrutura e a certeza da qualidade do material, sempre
21
acompanhando rigidamente as exigências arquitetônicas. (Companhia Siderúrgica
Nacional; 1946)
De acordo com CSN (Companhia Siderúrgica Nacional; 1946), possui
as diversas seguintes aplicações:
“Pontes, viadutos, passarelas; edifícios residenciais e
comerciais; casas e sobrados; galpões industriais,
agrícolas e comerciais; shopping centers;
supermercados; aeroportos; terminais rodoviários e
ferroviários; coberturas; reformas e ampliações;
tanques; postes; tubulações”. (COMPANHIA
SIDERÚRGICA NACIONAL; 1946)
FERRO FUNDIDO: é a liga metálica Fe (ferro) – C
(carbono) obtido por fusão, com mais de 2% de carbono. Com o aumento de carbono
torna-se a liga cada vez mais dura e difícil de trabalhar a frio ou a quente. (PETRUCCI;
1998)
Com o aparecimento das ferrovias surgiu a necessidade de se
construírem numerosas pontes e estações ferroviárias, tendo sido estas as duas primeiras
grandes aplicações do ferro nas construções. As pontes metálicas eram feitas
inicialmente com ferro fundido, depois com aço forjado e posteriormente passaram a ser
construídas com aço laminado. (BRAGA; ...)
Algumas obras notáveis, de estrutura metálica, ainda em uso: a já
referida ponte Coalbrookdale (Inglaterra), em ferro fundido, vão de 31 m, construída em
1779; Britannia Bridge (Inglaterra), viga caixão, com dois vãos centrais de 140 m,
construída em 1850; Brooklin Bridge (New York), a primeira das grandes pontes
pênseis, 486 m de vão livre, construída em 1883; ponte ferroviária (Escócia),
viga Gerber com 521 m de vão livre, construída em 1890; Torre Eiffel (Paris), 312 m de
altura, construída em 1889; entre outras. (BRAGA; ...)
3.2.2 LIGAS NÃO-FERROSA.
Ligas não-ferrosa, são ligas que não possuem como constituinte
principal o elemento ferro. (LUZ; 2006).
De acordo com PETRUCCI (1998), destacam-se na construção civil o
uso das seguintes ligas:
22
SOLDA DE ENCANADOR: É a liga chumbo/estanho que
funde a 240ºC, essa solda é utilizada na montagem dos encanamentos de cobre e
emendas de calhas e condutores feitos em chapa de aço galvanizado.
LATÃO: É a liga cobre-zinco, apresenta densidade de 8,2
a 8,9, ruptura à tração de 20 a 80 kg/mm², bastante utilizado na fabricação de tubos,
conexões, torneiras, fechaduras, ornatos etc.
BRONZE: É a liga de cobre e estanho, umas principais
propriedades é a elevada resistência ao desgaste por fricção, na área da construção civil
é utilizado em tubos flexíveis, válvulas industrias, torneiras, varetas de soldagem,
fechos, puxadores).
4. CONCLUSÃO
Na Engenharia Civil, em qualquer tipo de construção, o Engenheiro
deve estar atento à obtenção, aplicação, conservação, durabilidade e necessidade de
ensaios com os materiais a utilizar, na questão de seleção dos materiais de construção
conclui-se que devem-se utilizar critérios de ordem técnica, econômica e estética.
Com o objetivo de classificar-se a qualidade de alguns materiais
utilizados na construção civil, realizou-se pesquisas referentes aos metais: chumbo,
estanho, cobre, zinco e ligas metálicas, obtendo-se assim as características físicas e
mecânicas referentes as suas diversas aplicações.
Sendo assim, confere-se o uso racional, adequado, tecnicamente
aconselhável e economicamente viável, só será alcançado com o conhecimento tão
especifico quanto possível das propriedades dos materiais, suas vantagens e suas
eventuais deficiências, de tal modo permitindo-se uma comparação entre várias
soluções possíveis.
23
4. REFERÊNCIAS
ALVES, Andreia. Estanho, Sn. Quimica Nova Inteartiva, 2012. Disponível em:
www.qnint.sbq.org.br. Acessado em: 12 de outubro de 2015.
AMBROZEWICZ, P. Materiais de construção: Normas, Especificações, Aplicações
e Ensaios de Laboratório. 1 ed. São Paulo: Pini: 2012.
BAUER, Luiz Alfredo Falcão. Materiais de Construção. Novos materiais para
construção civil. 5ed., São Paulo, 1994. 951p.
BRAGA, T. Cronologia do Uso dos Metais. Disponível em <
http://wwwo.metalica.com.br/cronologia-do-uso-dos-metais > Acesso em: 07/10/2015
BRANDÃO, Renato. Materiais e ferramentas. Equipe de Obra. São Paulo.
Edição 42, Nov. 2011. Disponível em: < http://equipedeobra.pini.com.br/construcao-
reforma/42/instalacoes-hidraulicas-tubos-de-cobre-241673-1.aspx > Acesso em: 12 de
outubro de 2015.
CALLISTER JR., William D. Materials Science and Engineering: An Introduction.
6.ed. New York: John Wiley & Sons, 2003.
24
COMPANHIA SIDERÚRGICA NACIONAL; 1946. Aplicações do aço. Disponível
em < http://www.acobrasil.org.br/site/portugues/aco/aplicacoes--construcao-civil.asp >
Acesso em: 07/10/2015.
ESTANHO. Geologia de Lavras e Tratamento de Minérios, 2012. Disponível em:
https://ge902estanho2012.wordpress.com/processos. Acesso em: 12 de outubro de 2015.
GALECO, D. Ligas Metálicas. Disponível em < http: //www.coladaweb.com/
quimica/quimica-geral/ligas > Acesso em: 10/10/2015.
PETRUCCI, E. Materiais de construção. 12 ed. São Paulo: Globo: 1998.
PROCOBRE. Instituto Brasileiro do Cobre. Disponível em <
http://procobre.org/pt/aplicacoes/tubulacoes-para-fluidos-e-gases/>. Acesso em 20 de
Outubro de 2015.
SIMÕES, C; NAKASATO, C. Metais não-ferrosos. Disponível em <
http://pt.slideshare.net/CarlosAugustoSimoes/seminario-pp1metais-nao-ferrosos >
Acesso em: 10/10/2015.
LUZ, L. Ligas Metálica. Disponível em < http://www.infoescola.com/quimica/ligas-
metalicas/ > Acesso em 09/10/2015.
MEDEIROS, M. Elemento Químico – Zinco. Disponível em <
http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc34_3/09-EQ-18-11.pdf > Acesso em: 17 out. 2015
MINERAÇÃO E TRANSFORMAÇÃO MINERAL-SGM. Produto 18 Minério de
Estanho. Relatório Técnico 27 Perfil da Mineração do Estanho. 2009, p.30.
http://www.mme.gov.br/documents/1138775/1256650/P18_RT27_Perfil_da_Mineraxo
_do_Estanho.pdf/5cb526d8-a6f7-45a6-aff5-8827a636a5bb. Acessado em: 12 de
outubro de 2015.
MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA - MME SECRETARIA DE GEOLOGIA,
MUNDO ESTRANHO. Disponível em: <http://mundoestranho.abril.com.br/
materia/por-que-a-torre-de-pisa-e-inclinada>. Acesso em: 17 out. 2015.