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

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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

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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.

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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)

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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:

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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:

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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.

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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

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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-

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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

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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.