C2LAB

Laboratório de Construção da Faculdade de Arquitectura da Universidade do Porto

Prof. Nuno Lacerda Lopes

c2faup@gmail.com

MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO

Alumínio G39

Gracieth Varela Brito

Sofia Patrícia Gomes Vieira

P. 2

P. 3

ABSTRACT

A história do alumínio é bastante recente no âmbito das

descobertas dos minerais e uma das razões é o fato de não

se encontrar alumínio em estado nativo, e sim a partir de

processos químicos.

Há mais de sete mil anos, os ceramistas da Pérsia fabricavam

vasos de barro com óxido de alumínio (conhecido actualmente

como alumina) e, trinta séculos mais tarde, os egípcios e

babilónicos utilizavam outro composto similar em seus

cosméticos e produtos medicinais. No entanto, a real

existência e funcionalidade do alumínio ainda eram

desconhecidas.

O alumínio tem sido usado por pouco mais de 150 anos, mas

já deixou de ser um metal utilizado apenas para decoração e

ornamentação, usado apenas pelos joalheiros, para passar a

ser um material que nos permite viajar mais rápido, viver mais

confortavelmente e utilizar todas as vantagens do progresso .

P. 4

P. 5

01 Enquadramento Histórico, Origem e Cronologia

Alumínio, elemento químico n.º13 da classificação periódica,

metálico, de fraca densidade (2.65), bom condutor do calor e

da electricidade, dúctil, maleável e tenaz, que, exposto ao ar,

se cobre de uma delgada e invisível camada de alumínia, o

que o torna inoxidável.

Origem do alumínio

Acredita-se que durante o nascimento do Sistema Solar o

alumínio tenha se formado por meio de sucessivas colisões de

átomos de hidrogénio em altas temperaturas e fortes

pressões.

O alumínio não ocorre isolado na crosta terrestre e sua

obtenção depende de etapas de processamento até chegar ao

seu estado metálico.

Para que a produção de alumínio seja economicamente

viável, é preciso que a bauxite contenha no mínimo 30% de

alumina aproveitável.

A mineração do bauxite, na primeira etapa do processo,

consta da remoção criteriosa da vegetação e do solo orgânico,

de forma ambientalmente planejada. Após a retirada das

camadas superficiais (argilas e lateritas) a bauxite exposta

possui uma espessura variável, dependendo de sua formação

geológica, e ocorre comummente em faixas de três a seis

metros.

Cronologia

Em 1809, o químico inglês Humphry Davy finalmente

conseguiu provar a existência do alumínio dando-lhe este

nome.

Em 1821 O francês Pierre Berthier descobre um minério

avermelhado, que contém 52% de óxido de alumínio, perto da

aldeia de Lês Baux, no sul da França.

O minério do qual se extrai a alumina e o alumínio é formada

por uma reacção química natural, causada pela infiltração de

água em rochas alcalinas que entram em decomposição e

adquirem uma nova constituição química.

Em 1825 O físico dinamarquês Hans-Christian Ørsted

consegue isolar o alumínio de outra maneira, a partir do

cloreto de alumínio na forma como é conhecido hoje.

Em 1869, um grande avanço na produção permitiu que o

custo baixasse de para quase o mesmo valor da prata. Nesta

época, o alumínio decorou até a mesa da corte francesa, a

coroa do rei da Dinamarca e a capa do Monumento de

Washington. Começou, então, a existir a necessidade de ter

uma grande quantidade de produção a um preço muito baixo

para que o alumínio pudesse ser um metal de primeira

categoria. Em 1880, ele era considerado semiprecioso, mais

raro que a prata.

O processo químico inicial utilizado por Deville foi substituído

com sucesso pelo processo electrolítico por meio de corrente

eléctrica, descoberto por Paul Louis Toussaint Heroult

(Normandia - França) e Charles Martin Hall (Ohio - Estados

Unidos).

Paul-Louis -Toussaint Heroult

(1863-1914), engenheiro químico francês.

Humphry Davy

(1778-1829), um Inglês

químico, físico e inventor,

fundador da electroquímica.

Hans-Christian Ørsted

(1777-1851), um cientista

dinamarquês, físico e pesquisador

do electromagnetismo.

P. 6

P. 7

02 Cultura e Contexto

A historia do alumínio é bastante recente, tendo só 150 anos

de comercialização, hoje é o segundo metal mais usado no

mundo.

O alumínio é o terceiro elemento mais abundante da natureza.

O metal está presente nas nossas vidas de diversas formas,

sejam naturais ou manufacturadas, pois estamos expostos ao

alumínio do solo, da água, do ar e até nos alimentos.

O alumínio é um material extremamente versátil. A variedade

de formas que pode assumir (fundição, extrusão, tubos,

chapas, placas, pó de alumínio, peças forjadas, etc.) e a

variedade de acabamentos disponíveis (revestimentos,

anodização, polimento, etc.) dá-nos uma ampla gama de

produtos, muitos dos quais usamos no nosso dia a dia.

Durante o séc. XIX a bauxita, matéria prima onde se extrai o

alumínio, foi extraída exclusivamente em França, até 1939

este país foi o primeiro produtor de alumínio do mundo .

Actualmente existem sete zonas ricas em bauxita, África

Ocidental e Central (principalmente, Guiné), América do

Sul (Brasil, Venezuela, Suriname), Caribe (Jamaica),

Oceania e Ásia Meridional (Austrália, Índia), a China, no

Mediterrâneo ( Grécia, Turquia) e os Montes Urais

(Rússia) fig.1

A China é o maior consumidor do alumínio que se

produz mundialmente, consumindo um quarto do

alumínio produzido.

A oferta limitada de matéria prima é um dos factores que

consolida a industria do alumínio no mundo. Os

principais depósitos de bauxita, com alta qualidade e alto

teor de alumínio (não menos que 50%), já estão

divididos entre os principais produtores. Outras

empresas têm que comprar alumina no mercado livre - e

dependem inteiramente de movimentos de preços - ou

têm de juntar forças com os proprietários do depósito.

Hoje em dia não é a existência da bauxita que determina

a localização da produção do alumínio, mas sim a existência

de uma energia barata, porque o processo de redução do

alumínio a partir de alumina, é um processo que consome

muita energia.

Neste momento há uma discussão para a localização de

grandes empresas de alumínio na Islândia, devido a

possibilidade de aceder a uma possível energia

hidroeléctrica.

Embora a produção do alumínio seja um factor de alto custo

ambiental a elaboração, preparação e transporte não é um

grande problema, e as oficinas de carpintaria e de

revestimento de alumínio se multiplicaram por todo o mundo.

Por isso a acessibilidade e a energia mais barata é outro

factor que consolida a industria do alumínio, por esse motivo a

produção do alumínio tem se estabelecido nos países que

sejam capazes de produzir a sua própria energia barata,

deixando assim os países industrialmente desenvolvidos.

A industria do metal teve de se adaptar as severas

regulamentações ecológicas o que resultou no desligamento

ou encerramento de instalações europeias de produção. No

entanto países como a Índia, Islândia, China, Rússia,

Emirados Árabes Unidos aproveitam o crescimento e o

desenvolvimento da produção de alumínio.

A história das empresas de produção de alumínio é uma

história interessante. Empresas que foram consideradas

líderes mundiais, a apenas cinco anos atrás, se dividiram

tornando-se concorrentes maiores, enquanto as que

começaram como lojas-piloto de fabricação de alumínio

tornaram-se os maiores fabricantes do «metal voador».

Fig1_Mapa das áreas de extracção da bauxita

P. 8

_ Bauxite

_ Alumina

_ Produção

_ Produto final

P. 9

03 Modos de Aplicação

Aplicações do alumínio

_É utilizado no revestimento e ferramentas dos meios de

transportes tais como automóveis; aviões; barcos; bicicletas

etc.

_ Empacotamento de latas de bebidas; folha de alumínio;

embalagens de alimentos etc.

_ Tratamento da água, usado como agente

coagulante;

_ Na Construção civil, utilizado muitas vezes para

aplicações de caixilharia, decoração e nas

estruturas ( casa de alumínio de Toyo Ito em

Tóquio)

_ Na Medicina é utilizado com antiácidos e alguns analgésicos

Variados utensílios e ferramentas da cozinha: talheres;

panelas; pia etc

_É utilizado nas linhas de transmissão eléctrica, apesar da

sua condutividade eléctrica ser apenas 60%, devido ao seu

baixo peso;

_ Na maquinaria é muito importante para equipamentos

devido a sua resistencias à corrosão;

_É utilizado na engenharia aeronáutica (as amálgamas do

alumínio com outros metais têm uma importância vital na

construção de aviões e foguetões);

_ Proponentes e explosivos;

_ Revestimento de espelhos de telescópios;

_ É utilizado em alguns Sinais de trânsito nas estradas;

_ Indústria do papel;

P. 10

04 Toyo Ito

Toyo Ito nasceu na correia do Sul, durante o período de

intervenção japonesa, graduou-se pela Universidade de

Tóquio (Japão) em 1965. Em seu trabalho pode ser visto a

influência de Arata Isozaki e seu professor nos anos iniciais:

Kazuo Shinohara.

Trabalhou por quatro anos no gabinete de Kiyonori Kikutake

Architects & Associates. Mais tarde abre seu próprio escritório

chamado "URBOT" (Urban Robot),isso em 1971, em Tóquio.

Em 1979, o estúdio muda o seu nome para Toyo Ito &

Associates Architects. Com a mudança começou um período

de expansão e exposição internacional, além de todos os tipos

de prémios que o levou a realizar projectos em todo o mundo.

Desde 1971, a sua obra incidiu, numa 1.ª fase, que vai até

1985-1986, quase exclusivamente em arquitectura doméstica,

exceptuando os projectos da companhia PMT (edifícios de

escritórios e fábrica), e o Hotel D, no período 1977-1979.

Destaque para a casa em Nakano, designada White U ,

Tóquio (1976) e a já referida Silver Hut (1986).

A partir de 1985, o leque dos programas (funções) alarga-se,

não havendo quase praticamente habitação unifamiliar:

projectos para exposições, restaurantes, edifícios de

escritórios, equipamentos sociais, quartel de bombeiros,

vários museus, complexos culturais e turísticos e projectos de

reabilitação urbana, entre outros que não passaram do

projecto. Desta fase destaque para: Torre dos Ventos,

Yokohama (1986); casa de visitas da Companhia Cervejeira

Sapporo, Hokkaido (1989); os museus municipais Yatsushiro,

Kumamoto (1991) e Shimosuwa, Nagano (1993); residência

de 3.ª Idade, Yatsushiro (1994); quartel de bombeiros,

Yatsushiro (1995); teatro e sala de concertos L em Nagaoka,

Niigata (1996); cúpula O em Odate, Akita (1997); conjunto

turístico Ota-ku, Nagano (1998); centro de informação,

Urayasu (1998); parque agrícola, Oita (2000); e Mediateca,

Sendai (2000).

Torre dos Ventos 1986 e Ovo dos Ventos 1991, são marcos

interactivos em espaços públicos, resultantes de uma

interpretação criativa das possibilidades técnicas

contemporâneas. Embora sua função é, de facto saídas de ar

para o sistema de metro abaixo, a sua importância reside no

tratamento de transparência de Toyo Ito, , uma das marcas

de seu trabalho. Embora pareça sólido durante o dia, as

estruturas de alumínio perfuradas "dissolvem" a noite através

da utilização de sistemas de luz controladas por computador

que forma um equipamento interactivo que representa os

níveis de ruído medidos, em suas regiões circunvizinhas.

Torre dos Ventos - 1986

Para o nosso trabalho seleccionamos a casa em alumínio do mesmo autor - Sakurajosui, Tóquio, Japão (1997).

P. 11

_ Casa em setagaya-ku, Tóquio

P. 12

05 Uma Obra

A casa é ocupada por um casal e esta situada em Tóquio

numa zona residencial tranquila de setagaya-ku. No piso

térreo tem a cozinha, quarto e casa de banho, enquanto que

no primeiro piso tem uma varanda mais uma suite com casa

de banho, para os convidados. A clarabóia situada no meio da

casa atravessa os dois pisos permitindo entrada da luz do dia

na casa., e pode ser ventilada sempre que necessário, tendo

aberturas em todos os compartimentos, tanto no piso superior

como inferior.

O uso do alumínio em toda a sua estrutura e nas superfícies

expostas salienta a luz natural e cria uma impressão de

calma. Por outro lado a especial qualidade do alumínio

suaviza a obvia diferença entre os diferentes elementos

estruturais, as divisórias e outros detalhes construtivos.

O uso da estrutura de alumínio fez com que o arquitecto

tivesse a necessidade de unificar estrutura e acabamento.

Embora e extrusão do alumínio seja bastante complicada, por

outro lado, peças de alta precisão são facilmente feitas em

alumínio.

A construção é feita através da tradição japonesa de

luminosidade e construção modular, é essencialmente feita

por quatro elementos de alumínio:

_ Chapas soldadas de alumínio com 96 x 70 x 8 x 9 mm e 4

mm de espessura, para a cobertura e de 146 x 70 x 8 x 9 mm

com 4 mm de espessura para a laje do primeiro piso;

_ colunas em forma de cruz (62 x 62 x 7 mm) inseridas

dentro de um quadrado oco;

_ vigas para o telhado em I ( 96 x 70 x 6 – 6 x 12 mm) e para

primeiro piso (146 x 70 x 6 – 6 x 15 mm);

_ Painéis de parede estrudidas com 300 mm de espessura.

P. 13

P. 14

06 Um Corte Construtivo

_ CORTE HORIZONTAL PELA PAREDE INTERIOR

01 Parede de membros de quadro: alumínio, w = 300 mm

02 Borda da parede de acabamento: alumínio, w = 190 mm

03 Núcleos da coluna: alumínio, 62 x 62 x 7

04 Invólucro coluna (quadro sash): alumínio, 70 x 70 x 2 70 x 15 mm

05 Revestimento de uretano pulverizado, t = 30 m m

06 Estuque: t = 12,5 mm, acabamento em tinta esmalte pvc resina

07 Porta de alumínio

08 Folha pré-fabricada, duplo deslizante

09 Ângulo de alumínio, 20 x 20 m x 3 m

10 Membrana de borracha butílica, t = 2 m m

11 Embalagem de borracha de neoprene

12 Membrana de borracha neoprene, t = 3 mm

13 Membrana de borracha neoprene, t = 5 mm

14 Selo

P. 15

07 Aspectos Técnicos do Material

Principais características

O alumínio é um metal leve, macio e resistente. Possui um aspecto

cinza prateado e fosco, devido a fina camada de óxidos que se forma

rapidamente quando exposto ao ar.

• Não é tóxico como metal não – magnético e não cria

faíscas quando exposto a atrito.

• O alumínio puro possui tensão de cerca de 19 mega

pascais (MPa) e 400 MPa se inserido dentro de uma liga. Sua

densidade é aproximadamente de um terço do aço ou cobre.

• É muito maleável, muito dúctil, apto para a mecanização e

fundição, alem de ter uma excelente resistência a corrosão e

durabilidade devido a camada protectora de oxido. É o

segundo metal mais maleável, sendo o primeiro ouro e o sexto

mais dúctil. Por ser um bom condutor de calor, é muito

utilizado em panelas de cozinha.

• A utilização do alumínio excede a utilização de qualquer

outro metal, com a excepção do ferro, tendo uma enorme

importância na economia mundial.

• O alumínio é, largamente, utilizado em indústrias que

requerem material resistente, leve e facilmente moldável.

P. 16

08 Alguns pormenores de construção 3D

Pilar, 70 x 70 x 2 mm

Parede em placa de alumínio

Viga, 96 x 70 x 6 – 6 x 12 mm

Placa de alumínio com nervura (96 x 70 x 8 x

9) com 4 mm de espessura

Pilar, 62 x 62 x 7 mm

Placa de alumínio com nervura (146 x 70 x 8

x 9) com 4 mm de espessura

Viga, 146 x 70 x 6 – 6 x 15 mm

Parede em placa de alumínio

P. 17

_ colunas em forma de cruz (62 x 62 x 7 mm)

inseridas dentro de um quadrado oco;

_ pormenor do encaixe da parede com a viga

e a laje.

P. 18

09 Referências de Catálogo e Marcas

Durante o ano de 2008 houve uma queda significativa na produção do alumínio, isso depois de anos de crescimento continuo, o que levou ao encerramento gradual de algumas usinas na Europa e nos EUA. Em 2009 a produção caiu 28% mas deve acelerar agora em 2010 com um avanço de 5%.

Actualmente são dez as empresas que dominam a produção mundial do alumínio1:

_ United Company Rusal - é o líder mundial da indústria do alumínio. Seus produtos são exportados para clientes em 70 países do mundoA Companhia integra minério de bauxita e produtores de nefelina, fabricantes de alumina, alumínio e ligas de alumínio, assim como activos de energia. A Companhia detém 12,5% de mercado mundial de alumínio e 16% do mercado mundial de alumina, o que permite a empresa a produzir 3,9 milhões de toneladas de alumínio e 10,6 milhões de toneladas de alumina por anoA empresa foi criada em março de 2007, como resultado da fusão da Rusal, Sual e activos de alumina da Glencore. UC Rusal dá emprego a 100 mil indivíduos e está operando em 17 países nos 5 continentes.

_ A Alcoa - é uma dos principais fabricantes mundiais de alumínio primário, produtos de alumínio e alumina. A empresa está envolvida em embalagens de aeronáutica, auto motivo e na construção civil, bem como no domínio dos transportes comerciais e soluções de engenharia. Em 2006, a companhia produziu 3,55 milhões de toneladas de alumínio primário.

_ Аlcan - é a fabricante de alumínio canadense, que tem mais de 100 anos. Hoje, a empresa é uma das líderes na indústria mundial de alumínio, produzindo bauxita, alumina e alumínio. É uma das três maiores fabricantes de materiais de construção e embalagens. Seu volume de produção de alumínio primário em 2006 foi de 3,4 milhões de toneladas A empresa tem 68.000 funcionários. A Alcan opera em 61 países. Actualmente, os accionistas da Alcan estão estudando uma proposta de aquisição da australiana baseada em Rio Tinto. Se o acordo for aprovado, a nova empresa vai se tornar o líder absoluto em termos de volume.

_ Chalco ou Aluminium Corporation of China Limited - é a maior fabricante de alumínio e única fabricante de alumina na China. A empresa foi fundada em 2001, durante a privatização da indústria de alumínio chinesaEm 2006, a Chalco produziu 9,2 milhões de toneladas de alumina e 1,6 milhões toneladas de alumínio .

_ Hydro Aluminium - é uma das duas principais unidades de negócio da Norsk Hydro. A sua segunda linha de negócio é a indústria de petróleo e energia. Hydro Aluminium é uma empresa com activos de alumina importantes no Brasil e na Jamaica, e com fundições de alumínio na Austrália, Canadá, Alemanha, Noruega e Eslováquia. Hydro Aluminium tem 26.000 empregadosEm 2006 produziram 1,8 milhões de toneladas de alumínio primário.

_ BHP Billiton - é a maior empresa de mineração do mundo. A empresa adquiriu sua configuração actual em 2001, quando foi criada através da fusão da australiana Broken Hill Proprietary Company (BHP) e da britânica Billito. A produção de alumínio é apenas uma das dez empresas geridas por este gigante australiano. Hoje em dia, a capacidade global de produção da empresa é mais de 1 milhão de tonelada de alumínio e mais de 4 milhões de toneladas de alumina por ano. BHP Billiton possui unidades industriais na África do Sul, Austrália e América do Sul.

_ Dubal ou Dubai Aluminium - é a maior fabricante de alumínio nos Emirados Árabes Unidos. Começando em 1979 com uma única linha de produção, produzindo apenas 136.000 mtpa (milhõesde toneladas por ano), hoje Dubal é um dos líderes da indústria de alumínio do mundo, com capacidade de produção de 900.000 mtpa de alumínio. Os principais mercados para a Dubal são: Extremo Oriente, Europa, Ásia, Oriente Médio, Mediterrâneo e América do Norte.

_ Rio Tinto Group - é outra empresa de mineração diversificada entre os dez maiores produtores de alumínio do mundo. Começou sua configuração actual em 1997 após uma série de fusões e aquisições. A produção de alumínio é um dos grupos das sete linhas de negócio. Rio Tinto mina bauxita, produz alumina e alumínio primário, que representa 26% do total de alumínio, fabricados na Austrália. Rio Tinto Aluminium emprega 5.000 pessoas.

_ Alumínio Bahrein BSC ou Alba - é uma das maiores fundições de alumínio no mundo. Desde que foi construída em 1971 no Distrito Knaff do Bahrein, a fundição aumentou a sua capacidade de produção de 144K para 850K mtpa de alumínio, tornando-se assim o terceiro maior do mundo na fundição de alumínio. Em 2006, Alba produziu 2,3% de alumínio do mundo.

_ Century Aluminum - foi fundada pela empresa suíça Glencore International, como exploração de seus activos de alumínio, em 1995. Ele controla ou detém participações em fundições de alumínio nos EUA e na Islândia, bem como uma série de activos de mineração na Jamaica e nos EUA. No ano passado, a Century Aluminium produziudos 660k toneladas de alumínio, que representa 1,9% da produção mundial.

P. 19

10 Bibliografia e outras Referências

_ Aluminium architecture : construction and details, Hugues

Wilquin; Basel, 2001

_ http://www.world-aluminium.org/

_ http://www.aluminiumleader.com/en/

_ http://www.apal.pt/

Edições 2010/2011

FAUP