Este documento descreve um trabalho acadêmico sobre a aplicação do ferro na construção civil. Ele discute a história e processo de extração e fabricação do ferro e do aço, seus benefícios e usos comuns na construção, e o processo de corrosão do ferro.

1. INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO RIO
GRANDE DO NORTE
CURSO TÉCNICO INTEGRADO EM EDIFICAÇÕES
TURMA 20121.1.1101.1M
Aplicação Química do Ferro na
Construção Civil
Professor: Flávio
Alunos: Lizandro Oliveira
Natália Bars
Roberta Caroline
Natal
Abril de 2013

2. ÍNDICE

3. OBJETIVO
Temos por objetivo deste trabalho, aumentar nosso conhecimento na
área de química e suas aplicações na construção civil, de maneira que
possamos entender melhor esse conteúdo. E, além disso, tendo em vista o
pedido do professor de química, Flávio, para efetuação desse trabalho, o
mesmo servirá para a complementação da nota de química no curso técnico de
edificações no quarto bimestre. Logo, esperamos aprofundar e explicar de
maneira concisa e simplificada todas as aplicações do ferro e do seu derivado,
aço, na construção de edifícios, os seus processos, o porquê de sua escolha,
composição e reações químicas.

4. INTRODUÇÃO
Escolhemos o ferro como assunto de nosso grupo devido sua grande
aplicabilidade na construção civil, o que nos deixou curiosos e com vontade de
aprofundar nesse tema.
O ferro é um elemento químico de número atômico 26 e massa
atómica 56 u. À temperatura ambiente, o ferro encontra-se no estado sólido e
se localiza no grupo 8 (VIIIB) da Classificação Periódica dos Elementos. É o
quarto elemento mais abundante da crosta terrestre e, entre os metais,
somente o alumínio é mais abundante.
O ferro tem sido historicamente importante, e em um período da história até
recebeu o nome de Idade do ferro, devido sua grande utilização. Atualmente,
ele é usado extensivamente para a produção de aço, usada para a produção
de ferramentas, máquinas, veículos de transporte e, como elemento estrutural
de pontes e edifícios, que é o nosso foco.
O ferro apresenta características bem peculiares: tem densidade de
7,86g/cm3 (1atm, 300k), e é pouquíssimo resistente à corrosão. Contudo,
graças à interferência do homem, o ferro se tornou um metal bastante versátil -
e, a partir dele, podemos confeccionar, por exemplo, panelas, portões,
carcaças de máquinas e, principalmente, a liga de aço.
Para dar inicio ao trabalho, falaremos primeiramente da história e do
processo de extração e de fabricação do ferro e aço, e das características que
os tornam aplicáveis à construção civil. Depois abordaremos seus benefícios e
utilizações e em seguida trataremos do seu principal maleficio: a corrosão.

5. DESENVOLVIMENTO
1. História, extração e fabricação:
Um dos principais motivos que levaram ao tardio uso do ferro no Brasil (e
consequentemente do aço) foram as altas temperaturas, necessárias para sua
fabricação, e que encareciam seu processo de fabricação, dificultando tanto a
popularização quanto a comercialização. Para definirmos o que é aço,
partiremos de seu processo de fabricação, a partir do minério de ferro: sua
matéria prima.
Na natureza o ferro não se encontra em estado livre ou elementar, porém, é
comumente encontrado na forma de minérios, como a hematita (Fe2O3), a
magnetita (Fe3O4) e a pirita (FeS2), dentre outros de menor incidência. Após ser
extraído da natureza, o composto que contém ferro é transportado para uma
usina siderúrgica, onde é levado para um forno aquecido a uma temperatura de
2000°C, comumente chamado de alto-forno. Este equipamento é um reator, no
qual ocorre a redução do óxido de ferro, usando-se carvão vegetal ou o
monóxido de carbono como elemento redutor. Então, o ocorre uma reação,
como a exemplificada a baixo, que transforma o óxido de ferro em ferro gusa
(com resquícios de outros materiais e até 5% de carbono) e escória (impurezas
do minério e cinzas).
3 Fe2O3 + CO = 2 Fe3O4 + CO2
Fe3O4 + CO = 3 FeO + CO2
FeO + CO = Fe + CO2
Fe (gusa)
Antes de continuar a falar sobre a fabricação do ferro é necessário explicar o
que acontece com a adição de carbono a algumas peças. O carbono é um
elemento que quando se junta ao ferro forma uma liga intersticial, isto é,
completa os espaços deixados pelas ligações das moleculas de ferro.
Explicando melhor, o que acontece é o seguinte: o ferro tem um grande raio
atomico (diametro), então, quando ele forma suas ligações, elas deixam
brechas, e o carbono, como tem um raio pequeno, entra nessas brechas. Essa
liga que fornece maior resistência, pois os atomos ficam ligados, sem conseguir
se mecher. Porém, quando o teor de carbono é maior, ele age como se fosse
um oleo, tornando os atómos mais escorregadios e a peça mais fraca.
Agora, continuando com a fabricação, sabe-se que o ferro gusa formado na
reação apresentada, é frágil devido seu alto teor de carbono e por isso não
pode ser usado na construção civil. Então, para que o ferro gusa se transforme
no ferro fundido ou no aço é necessário que haja uma redução do teor de
carbono. Mas, para que isso ocorra é necessário que o gusa passe pelo
processo LD (Linz-Donawitz). Essa técnica consiste na utilização do gusa
liquido e sólido, sucata de ferro, fundentes e O2, no intuito de oxidar o carbono,

6. transformando-o em CO ou CO2, que são gases, logo, evaporam e se desligam
do ferro.
Para oxidar o carbono presente no metal liquido que é carregado dentro do
conversor LD é necessário grande quantidade de energia, pois essa reação é
extremamente endotérmica (consome calor) e para compensar isso um dos
principais elementos presentes no ferro gusa que também é oxidado é o Sílicio,
que forma uma reação extremamente exotérmica (Si + O2 = SiO2). Para
neutralizar essa elevada temperatura que prejudicaria o refratário, adiciona-se
sucata ou minério de ferro.
Si + O2 = SiO2 Reação Exotérmica
C(s) + O2(g) = CO2(g) Reação Endotérmica
Quando o processo é finalizado temos o ferro fundido, com um teor por
volta de 2 e 6,7% de carbono e com suas principais características, tais como
maleabilidade, a tenacidade, a dureza. Essas propriedades explicam a
utilização do ferro em larga escala na construção civil, pois é um material muito
forte e resistente, e quando usado em forma de lingotes, segura ainda melhor
as estruturas de alvenaria.
Além disso, a partir desse ferro fundido, pode-se formar também o aço. O
aço é uma liga de ferro puro com carbono, porém, este deve ter um teor de
carbono entre 0,008% e 2,11%, de carbono. Então, para que o aço seja
formado é preciso que o ferro puro passe por uma descarbonatação e depois
por um refinamento para a retirada das impurezas. Em alguns casos, ainda são
adicionados outros elementos, como cromo, boro, níquel, vanádio, que
aumentam a qualidade do aço e sua resistência à corrosão. Logo, nota-se que
o processo de fabricação do aço dá mais trabalho e, consequentemente exige
mais tempo, e como tempo é dinheiro, o aço é mais caro, logo, menos utilizado
do que o ferro, apesar de mais leve e resistente. De maneira geral, os aços
possuem excelentes propriedades mecânicas: resistem bem à tração, à
compressão, à flexão, e como é um material homogêneo, pode ser laminado,
forjado, estampado, estriado e suas propriedades podem ainda ser modificadas
por tratamentos térmicos ou químicos.
2. Benefícios e aplicações
Então, tendo em vista o preço, a durabilidade e a praticidade do aço, ele é
utilizado na maioria das vezes em edificações comerciais e industriais, pois
torna a construção mais rápida, trazendo retorno financeiro mais rápido
também, apesar de ser mais caro. Enquanto isso, o ferro é mais utilizado na
construção de moradias e em edificações menos mais simples e com maior
prazo de espera.
As principais vantagens do aço são:
Sem dúvida alguma, a mais forte característica das estruturas de aço é o
tempo reduzido devido a rapidez com que a estrutura é montada, uma
vez que o aço é pré-fabricado. Com maior facilidade de manutenção, a

7. construção com a estrutura metálica utiliza 25% do tempo de uma
construção convencional.
Por ser mais leve não é necessário desperdiçar tanto tempo com
transporte, reduzindo a mão-de-obra. Vale lembrar que em algumas
obras como condomínios residenciais, o tempo da obra deve estar
compatibilizado com a capacidade de desembolso dos condôminos e não
é interessante atropelar esse ritmo. Já para uma obra comercial,
qualquer antecipação representa redução do tempo de amortização e é
bem vinda. Já para uma obra pública, o tempo depende da necessidade
da obra, de um evento fixo, independente de eventuais custos adicionais
que uma obra mais rápida possa representar.
As estruturas de aço pesam de 6 a 10 vezes menos que as estruturas de
concreto, mas como as estruturas de concreto representam em média
40% do peso próprio e o peso próprio representa aproximadamente 70%
da carga total, (incluindo cargas acidentais ou sobrecargas), podemos
esperar reduções nas cargas verticais da ordem de 20%. Essa diferença
pode representar, por exemplo, uma estaca a menos por base e reduzir
significativamente os custos das fundações.
Por questões ambientais, tanto obras do governo como de instituições
particulares estão passando a fazer uso do material devido às questões
ambientais, tão discutidas nos últimos tempos. Ao substituir o uso da
madeira (reduzindo seu consumo) pelo aço, diminui-se a emissão de
material, reduzindo o impacto negativo sobre o meio ambiente em termos
de uso de energia e consumo de matérias.
O aço é o material mais reciclável do mundo, sendo 100% reciclável ele
facilita a desmontagem e o reaproveitamento, diminuindo a geração de
dejetos.
A montagem não é afetada pelas chuvas, garantindo continuidade da
obra o ano todo, diferentemente do concreto, onde a construção da obra
durante o período chuvoso pode implicar em gastos maiores e até
mesmo comprometer a qualidade da obra.
Os elementos estruturais são feitos por máquinas e chegam na obra no
tamanho definitivo e com os furos dos parafusos para as ligações
prontos, diminuindo assim a chance de falhas (como pode acontecer
com o concreto, já que ele é feito no local da obra), deixando a obra mais
limpa, mais segura e com menos entulho (reduzindo riscos de multa).
Diminui também a necessidade de canteiro.
A estrutura em aço facilita futuras reformas, adaptações e mudanças nos
edifício, além da passagem de água, ar condicionado, eletricidade,
esgoto, dentre outras.
O aço é a solução mais apropriada para aplicações com elevada vida útil,
diferentemente do concreto que está mais sujeito a corrosões.

8. Permite o projeto por AutoCad (programa de computador próprio para
construções) para aplicação específica, ou seja, as dimensões do projeto
ficam mais exatas.
Apesar de todas essas facilidades, o aço ainda não é a melhor opção
para a construção civil brasileira, pois essas estruturas só são trabalhadas com
eficiência através da mão-de-obra técnica especializada. Mão-de-obra essa
que o Brasil carece. Outra causa é o preço, principalmente na faixa litorânea,
onde os preços para cuidados específicos são caros.
Em geral, a diferença de custo de uma construção que opta por aço e
uma que escolhe o concreto vai depender do tamanho e objetivo da obra. Uma
obra comercial, por exemplo, que opta pelo aço, vai ter muito mais proveito que
um condomínio residencial, pois a estrutura de aço é mais recomendável para
espaços maiores, com modulação fácil, instalações de arranjo e fachada
simples.
Além disso, o ferro e o aço tem uma aplicação indispensável nos seguintes
casos:
- Para sustentação de coberturas,
- Para montagem de esquadrias metálicas,
- Para montagem de grades, grelhas metálicas e montantes metálicos para
fechamentos de prédios, etc.
- Pontes ferroviárias e rodoviárias
- Edifícios industriais, comerciais e residenciais
- Galpões, hangares, garagens e estações
- Coberturas de grandes vãos em geral - torres de transmissão e subestações -
torres para antenas
- Chaminés industriais
- Plataformas off-shore
- Construção naval
- Construções hidromecânicas
- Silos industriais
- Vasos de pressão
- Guindastes e pontes-rolantes
- Instalações para exploração e tratamento de minério
- Parques de diversões
3. Processo de corrosão
A corrosão é a palavra geralmente usada para designarmos a deterioração
de metais através de um processo eletroquímico, mas também inclui o químico
e eletrólito. Encontramos à nossa volta muitos exemplos de corrosão como a
ferrugem, o escurecimento de prata, entre outros. Os fenômenos de corrosão
são conhecidos não só pela sua importância econômica e técnica como
também pela sua complexidade. O exemplo mais familiar de corrosão é sem
dúvida o da formação de ferrugem sobre o ferro. Para que o ferro enferruje é

9. necessária a presença de oxigênio gasoso e/ou água. Uma região da superfície
do metal funciona como eletrodo negativo – ânodo – onde ocorre a oxidação:
Os elétrons que se formam fluem através do metal para uma região que
funciona como eletrodo positivo – cátodo – onde se dá a redução do oxigênio
atmosférico a água. Tendo como Reação Global:
2 Fe(s) + O2 + 2 H2O → 4 Fe(OH)2 →Fe(OH)3 (ferrugem)
A composição da ferrugem obtida vai depender não só da composição da
atmosfera como também da própria composição do material metálico. Deste
modo dentre os vários elementos conhecidos que são comuns aos materiais
ferrosos como o fósforo, o silício, carbono, enxofre tem efeito ativo na
composição da ferrugem. Assim, quando o fenômeno de corrosão é eminente,
isto é, no inicio do processo, apenas a composição da atmosfera é significativa
para avaliar a velocidade de corrosão. Porém à medida que o processo se
desenrola e se forma a ferrugem, o material passa então a se corroer seguindo
uma velocidade que vai depender da composição do material metálico.
Contudo verifica-se que a corrosão perante condições de oxigênio livre é lenta
por duas razões. Primeiro, a redução do H2O é lento; segundo, a formação de
uma camada de Fe(OH)2 a partir dos produtos da reação de transferência de
eletros inibe reações posteriores.
Se ambos o oxigênio e a água estão presentes, a química da corrosão do
ferro é algo diferente e a reação de corrosão é cerca de 100 vezes mais rápida
do que sem oxigénio. Existem vários métodos para proteger os metais da
corrosão. A maioria deles tem como objetivo, impedir a formação de ferrugem.
O procedimento mais evidente, chamado revestimento, consiste em pintar a
superfície do metal com uma tinta. No entanto, se a pintura estiver com falha
de forma que deixe em exposição uma área, mesmo que pequena, haverá
formação de ferrugem sob a camada de tinta. A superfície do ferro metálico
pode ser tornada inativa através de um processo chamado passivação
(formação de película protetora sobre a superfície do metal).
Metais de sacrifício: essa técnica é também denominada de galvanoplastia
em homenagem ao cientista Luigi Galvani (1737-1798). Nela aplica-se um
revestimento metálico a uma peça, colocando-a como cátodo (polo negativo)
em um circuito de eletrólise.
Protege-se o ferro utilizando um metal que tem o potencial de oxidação maior
que o dele, como o magnésio e o zinco. Quando o metal usado é o zinco,
chama-se galvanização.
O metal usado é denominado “de sacrifício” exatamente porque é ele que será
oxidado no lugar do ferro. Esse metal de sacrifício perde elétrons para o ferro
mantendo-o protegido mesmo se a superfície for arranhada e o ferro ficar
exposto ao ar.

10. E, por fim, o aço inoxidável. O aço (liga de ferro e carbono) se torna
inoxidável ao misturá-lo com outros metais, como o crômio, níquel, vanádio e
tungstênio.
Uma maneira de se limpar a ferrugem é com o ácido nítrico concentrado,
onde forma-se uma fina camada de óxido.
Estudos indicam que nos Estados Unidos se gasta cerca de 80 bilhões de
dólares por ano com prejuízos causados pela corrosão. Até mesmo um dos
maiores pontos turísticos de Nova Iorque, a estátua da Liberdade, corre risco
por causa da corrosão. Ela é feita de uma estrutura de ferro sobre placas de
cobre. Visto que está em um ambiente marinho, o cobre entra em contato como
ar úmido, levando à formação de azinhavre (uma mistura tóxica de hidróxido de
cobre I, hidróxido de cobre II, carbonato de cobre I e carbonato de cobre II),
que, com o tempo, vai recobrindo a estátua (camada verde). No entanto, o ferro
é mais reativo que o cobre, assim, ele reage com o azinhavre formado,
deslocando os cátions cobre do azinhavre. Isso leva à corrosão e abala a
estrutura da estátua.

11. CONCLUSÃO
Com a realização deste trabalho, podemos concluir, com o estudo do
ferro e do aço com sua face a construção civil, que nós e os ouvintes de sua
apresentação estamos aptos, a partir de agora, a entender melhor o uso do
aço, suas funções e os processos passados pelo mesmo.
Assim, analisando os arquivos abertos e utilizados para a criação do
trabalho, concluímos que agora é possível saber a utilização do material na
área de construção civil. Por outro lado, podemos ver que ainda a muita coisa a
ser abrangida neste tema e que a mesma pode ampliar a nossa visão a
respeito do nosso campo de atuação.
Finalmente, percebemos que o ferro tem grande importância não só na
área em que foi discutido, mas também tem outra infinidade de abrangências.
Pudemos comparar o nosso nível de conhecimento com a sua ampliação e
ficamos cientes que é sempre necessário buscar mais a respeito do que você
lida.
Deste modo se verifica que a pesquisa peça pelo nosso professor, nos
possibilitou um maior conhecimento, não só do tema tratado, mas também
serviu como experiência e contribuiu para a nossa adaptação a uma realidade
não totalmente conhecida.

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