AULA - AÇO NA CONSTRUÇÃO CIVIL

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Materiais de Construção Civil Aços para Construção Civil

Introdução 

No atual estágio de desenvolvimento da sociedade, é impossível imaginar o mundo sem o uso do aço.

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A produção de aço é um forte indicador do estágio de desenvolvimento econômico de um país.

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Seu consumo cresce proporcionalmente à construção de edifícios, execução de obras públicas, instalação de meios de comunicação e produção de equipamentos.

Introdução 

Esses materiais já se tornaram corriqueiros no cotidiano, mas fabricá-los exige técnica que deve ser renovada de forma cíclica, por isso o investimento constante das siderúrgicas em pesquisa.

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O início e o processo de aperfeiçoamento do uso do ferro representaram grandes desafios e conquistas para a humanidade.

Siderurgia no Brasil – Momento atual 

O parque siderúrgico brasileiro compõe-se hoje de 29 usinas, administradas por onze grupos empresariais.

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São eles: Aperam, ArcelorMittal Brasil, CSN, Gerdau, SINOBRAS, Thyssenkrupp CSA, Usiminas, VSB Tubos, Vallourec, Villares Metals e Votorantim.

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O Brasil tem hoje o maior parque industrial de aço da América do Sul; é o maior produtor da América Latina e ocupa o sexto lugar como exportador líquido de aço e nono como produtor de aço no mundo.

Dados do Mercado  Parque produtor de aço: 29 usinas, administradas por 11 grupos empresariais.  Capacidade instalada: 48,9 milhões de t/ano de aço bruto  Produção Aço Bruto: 33,9 milhões de t  Produtos siderúrgicos: 31,9 milhões de t  Consumo aparente: 25,6 milhões de t  Número de colaboradores: 122.139  Saldo comercial: US$ 2,7 bilhões  14º Exportador mundial de aço (exportações diretas)  6º Maior exportador líquido de aço (exp - imp): 5,8 milhões de t  Exporta para mais de 100 países  Exportações indiretas (aço contido em bens): 2,3 milhões de t  Consumo per capita de aço no Brasil: 126 quilos de produto siderúrgico/habitantes  Principais setores consumidores de aço: Construção Civil; Automotivo; Bens de capital, Máquinas e Equipamentos (incluindo Agrícolas); Utilidades Domésticas e Comerciais.

Indústria do aço

O aço na construção civil 

O sistema construtivo em aço permite:

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liberdade no projeto de arquitetura, maior área útil, flexibilidade, compatibilidade com outros materiais, menor prazo de execução, racionalização de materiais e mão-de-obra, alívio de carga nas fundações, garantia de qualidade, maior organização nos canteiros de obras e precisão construtiva.

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Processo siderúrgico 

A fronteira entre o ferro e o aço foi definida na Revolução Industrial, com a invenção de fornos que permitiam não só corrigir as impurezas do ferro, como adicionar-lhes propriedades como resistência ao desgaste, ao impacto, à corrosão, etc.

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Por causa dessas propriedades e do seu baixo custo o aço passou a representar cerca de 90% de todos os metais consumidos pela civilização industrial.

Processo siderúrgico 

Basicamente, o aço é uma liga de ferro e carbono. O ferro é encontrado em toda crosta terrestre, fortemente associado ao oxigênio e à sílica. O minério de ferro é um óxido de ferro, misturado com areia fina.

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O carbono é também relativamente abundante na natureza e pode ser encontrado sob diversas formas. Na siderurgia, usa-se carvão mineral, e em alguns casos, o carvão vegetal.

Processo siderúrgico 

O carvão exerce duplo papel na fabricação do aço.

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Como combustível, permite alcançar altas temperaturas (cerca de 1.500º Celsius) necessárias à fusão do minério.

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Como redutor, associa-se ao oxigênio que se desprende do minério com a alta temperatura, deixando livre o ferro. O processo de remoção do oxigênio do ferro para ligar-se ao carbono chama-se redução e ocorre dentro de um equipamento chamado alto forno.

Processo siderúrgico 

Antes de serem levados ao alto forno, o minério e o carvão são previamente preparados para melhoria do rendimento e economia do processo.

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O minério é transformado em pelotas e o carvão é destilado, para obtenção do coque, dele se obtendo ainda subprodutos carboquímicos.

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No processo de redução, o ferro se liquefaz e é chamado de ferro gusa ou ferro de primeira fusão. Impurezas como calcário, sílica etc. formam a escória, que é matéria-prima para a fabricação de cimento.

Processo siderúrgico 

A etapa seguinte do processo é o refino. O ferro gusa é levado para a aciaria, ainda em estado líquido, para ser transformado em aço, mediante queima de impurezas e adições. O refino do aço se faz em fornos a oxigênio ou elétricos.

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Finalmente, a terceira fase clássica do processo de fabricação do aço é a laminação. O aço, em processo de solidificação, é deformado mecanicamente e transformado em produtos siderúrgicos utilizados pela indústria de transformação, como chapas grossas e finas, bobinas, vergalhões, arames, perfilados, barras etc.

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Com a evolução da tecnologia, as fases de redução, refino e laminação estão sendo reduzidas no tempo, assegurando maior velocidade na produção.

Classificações – processo siderúrgico 

As usinas de aço do mundo inteiro classificam-se segundo o seu processo produtivo:

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Integradas – que operam as três fases básicas: redução, refino e laminação; participam de todo o processo produtivo e produzem aço.

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Semi-integradas - que operam duas fases: refino e laminação. Estas usinas partem de ferro gusa, ferro esponja ou sucata metálica adquiridas de terceiros para transformá-los em aço em aciarias elétricas e sua posterior laminação.

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Existem ainda unidades produtoras chamadas de não integradas, que operam apenas uma fase do processo: processamento (laminação ou trefilas) ou redução.

Classificação – processo siderúrgico 

Além disso, em função dos produtos que preponderam em suas linhas de produção, as usinas também podem ser assim classificadas: 

De semi-acabados (placas, blocos e tarugos)

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De planos aços carbono (chapas e bobinas)

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De planos aços especiais / ligados (chapas e bobinas)



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De longos aços carbono (barras, perfis, fio máquina, vergalhões, arames e tubos sem costura)

De longos aços especiais / ligados (barras, fio-máquina, arames e tubos sem costura)

Etapas – processo siderúrgico 

O aço é produzido, basicamente, a partir de minério de ferro, carvão e cal. A fabricação do aço pode ser dividida em quatro etapas: preparação da carga, redução, refino e laminação. Preparação da carga

1.

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Grande parte do minério de ferro (finos) é aglomerada utilizando-se cal e finos de coque.

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O produto resultante é chamado de sinter.

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O carvão é processado na coqueria e transforma-se em coque.

Etapas – processo siderúrgico Redução

2.

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Essas matérias-primas, agora preparadas, são carregadas no alto forno.

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Oxigênio aquecido a uma temperatura de 1000ºC é soprado pela parte de baixo do alto forno.

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O carvão, em contato com o oxigênio, produz calor que funde a carga metálica e dá início ao processo de redução do minério de ferro em um metal líquido: o ferro-gusa.

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O gusa é uma liga de ferro e carbono com um teor de carbono muito elevado.

Etapas – processo siderúrgico Refino

3.

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Aciarias a oxigênio ou elétricas são utilizadas para transformar o gusa líquido ou sólido e a sucata de ferro e aço em aço líquido.

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Nessa etapa parte do carbono contido no gusa é removido juntamente com impurezas.

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A maior parte do aço líquido é solidificada em equipamentos de lingotamento contínuo para produzir semi-acabados, lingotes e blocos.

Etapas – processo siderúrgico Laminação

4.

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Os semi-acabados, lingotes e blocos são processados por equipamentos chamados laminadores e transformados em uma grande variedade de produtos siderúrgicos, cuja nomenclatura depende de sua forma e/ou composição química

Fluxo de Produção - resumo

Produtos por tipo de aço 

Há um número muito grande de formas e tipos de produtos de aço.

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Em relação à composição química do aço, ao processamento, controles e ensaios (visando atender especificações dos clientes), além de sua utilização final, os aços podem ser classificados da seguinte forma: 

Aços Carbono - são aços ao carbono, ou com baixo teor de liga, de composição química definida em faixas amplas.

Ex.: Aços construção mecânica - são aços ao carbono e de baixa liga para forjaria, rolamentos, molas, eixos, peças usinadas, etc.

Produtos por tipo de aço 

Aços Ligados / Especiais - são aços ligados ou de alto carbono, de composição química definida em estreitas faixas para todos os elementos e especificações rígidas.

Ex.: Aços ferramenta - são aços de alto carbono ou de alta liga, destinados à fabricação de ferramentas e matrizes, para trabalho a quente e a frio, inclusive aços rápidos.

Produtos por forma geométrica 

As categorias são:

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Semi-acabados - Produtos oriundos de processo de lingotamento contínuo ou de laminação de desbaste, destinados a posterior processamento de laminação ou forjamento a quente. •

Placas

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Blocos

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Tarugos

Produtos por forma geométrica 

Produtos Planos - Produtos siderúrgicos, resultado de processo de laminação, cuja largura é extremamente superior a espessura (L >>>E), e são comercializados na forma de chapas e bobinas de aços carbono e especiais. Não revestidos, em “aços carbono”

 •

Bobinas e chapas grossas do laminador de tiras a quente - LTQ (5mm < E > 12,7mm)

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Bobinas e chapas grossas do laminador de chapas grossas - LCG (E > 12,7 mm)

•

Bobinas e chapas finas laminadas a quente - Bobinas e chapas finas laminadas a frio (BF/CFF)

(BQ/CFQ)

Produtos por forma geométrica  •

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 • • •

Revestidos, em "aços carbono" Folhas para embalagem (folhas de flandres - recobertas com estanho - e folhas cromadas) Bobinas e chapas eletro-galvanizadas (EG - Electrolytic Galvanized) Bobinas e chapas zincadas a quente (HDG - Hot Dipped Galvanized) Bobinas e chapas de ligas alumínio-zinco Bobinas e chapas pré-pintadas Em "aços especiais“ Bobinas e chapas em aços ao silício (chapas elétricas) Bobinas e chapas em aços inoxidáveis Bobinas e chapas em aços ao alto carbono (C >= 0,50%) e em outros aços ligados

Produtos por forma geométrica 

Produtos Longos - Produtos siderúrgicos, resultado de processo de laminação, cujas seções transversais têm formato poligonal e seu comprimento é extremamente superior à maior dimensão da seção, sendo ofertados em aços carbono e especiais.  Em aços carbono • Perfis leves (h < 80 mm) • Perfis médios (80 mm < h 150 mm) • Vergalhões • Fio-máquina (principalmente para arames) • Barras (qualidade construção civil) • Tubos sem costura • Trefilados

Produtos por forma geométrica Em aços ligados / especiais



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Fio-máquina (para parafusos e outros)

•

Barras em aços construção mecânica

•

Barras em aços ferramenta

•

Barras em aços inoxidáveis e para válvulas

•

Tubos sem costura

•

Trefilados

Produtos de acordo com a produtora

Produtos de acordo com a produtora

Produtos de acordo com a produtora

Aço e arte - aplicações

Aplicações do Aço 

O aço está presente no nosso dia a dia nas mais diversas ocasiões e por isso muitas vezes torna-se invisível.

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ESCULTURAS

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UTILIDADES DOMÉSTICAS - Empregado nos restaurantes, cozinhas industriais, hospitais, laboratórios, empresas em geral e nas casas das pessoas, tem a resistência necessária para os mais variados usos em forma de utensílios domésticos.

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TRANSPORTE - O aço está presente nos carros, caminhões, ônibus, trens, metrôs, navios, bicicletas e motocicletas. Transporta a população, interliga cidades e conduz as cargas, distribuindo riquezas e espalhando progresso.

Aplicações do Aço 

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EMBALAGENS E RECEPIENTES - usadas pela indústria em geral, sendo importantes na conservação e transporte de alimentos, produtos químicos, agrícolas, tintas, gases de cozinha e industriais. Além disso, é 100% reciclável. ENERGIA - usado em hidrelétricas, termelétricas e nucleares, torres de transmissão, transformadores, cabos elétricos, plataformas, tubulações, equipamentos de prospecção e extração de petróleo, assim como em perfuratrizes, esteiras e caçambas das minas de carvão. AGRICULTURA – arados, ceifadeiras e colheitadeiras, silos e graneleiros. BENS DE CAPITAL - eletrodomésticos, material de higiene e limpeza, automóveis, etc., todos os produtos industrializados dependem de bens de capital para existir e o aço é uma de suas matérias primas básicas.

Aplicações do Aço 

CONSTRUÇÃO CIVIL - Largamente usado na construção civil, o aço pode estar presente como parte das obras ou como material principal.

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O sistema construtivo apresenta vantagens significativas:

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Liberdade no projeto de arquitetura - A tecnologia do aço confere aos arquitetos total liberdade criadora, permitindo a elaboração de projetos arrojados e de expressão arquitetônica marcante.

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Maior área útil - As seções dos pilares e vigas de aço são substancialmente mais esbeltas do que as equivalentes em concreto, resultando em melhor aproveitamento do espaço interno e aumento da área útil, fator muito importante principalmente em garagens.

Aplicações do Aço 

Flexibilidade - A estrutura em aço mostra-se especialmente indicada nos casos onde há necessidade de adaptações, ampliações, reformas e mudança de ocupação de edifícios. Além disso, torna mais fácil a passagem de utilidades como água, ar condicionado, eletricidade, esgoto, telefonia, informática, etc.

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Compatibilidade com outros materiais - O sistema construtivo em aço é perfeitamente compatível com qualquer tipo de material de fechamento, tanto vertical como horizontal, admitindo desde os mais convencionais (tijolos e blocos, lajes moldadas in loco) até componentes pré-fabricados (lajes e painéis de concreto, painéis "dry-wall", etc).

Aplicações do Aço 

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Menor prazo de execução - A fabricação da estrutura em paralelo com a execução das fundações, a possibilidade de se trabalhar em diversas frentes de serviços simultaneamente, a diminuição de fôrmas e escoramentos e o fato da montagem da estrutura não ser afetada pela ocorrência de chuvas, pode levar a uma redução de até 40% no tempo de execução quando comparado com os processos convencionais. Racionalização de materiais e mão-de-obra - Numa obra, através de processos convencionais, o desperdício de materiais pode chegar a 25% em peso. A estrutura em aço possibilita a adoção de sistemas industrializados, fazendo com que o desperdício seja sensivelmente reduzido.

Aplicações do Aço 

Alívio de carga nas fundações - Por serem mais leves, as estruturas em aço podem reduzir em até 30% o custo das fundações.

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Garantia de qualidade -A fabricação de uma estrutura em aço ocorre dentro de uma indústria e conta com mão-de-obra altamente qualificada, o que dá ao cliente a garantia de uma obra com qualidade superior devido ao rígido controle existente durante todo o processo industrial.

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Antecipação do ganho - Em função da maior velocidade de execução da obra, haverá um ganho adicional pela ocupação antecipada do imóvel e pela rapidez no retorno do capital investido.

Aplicações do Aço 

Organização do canteiro de obras - Como a estrutura em aço é totalmente pré-fabricada, há uma melhor organização do canteiro.

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Precisão construtiva - numa estrutura em aço a unidade empregada é o milímetro, isso garante uma estrutura perfeitamente aprumada e nivelada, facilitando atividades como o assentamento de esquadrias, instalação de elevadores, bem como redução no custo dos materiais de revestimento.

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Reciclabilidade - O aço é 100% reciclável e as estruturas podem ser desmontadas e reaproveitadas com menor geração de rejeitos.

Aplicações do Aço 

Preservação do meio ambiente - A estrutura em aço é menos agressiva ao meio ambiente pois além de reduzir o consumo de madeira na obra, diminui a emissão de material particulado e poluição sonora geradas pelas serras e outros equipamentos destinados a trabalhar a madeira.

Tipos de aço mais usados na Construção Civil   

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Aços CA-50 Esse é o aço mais utilizado em obras! Tem a superfície obrigatoriamente com nervuras transversais (rugosa). Obtidos por laminação a quente. 50 = resistência característica de tensão de escoamento de 50 kgf/mm2 ou 500 Mpa

Tipos de aço mais usados na Construção Civil 

Os aços em barras retas comerciais da Classe CA-50, atendendo a NBR7480, são:

Tipos de aço mais usados na Construção Civil 

Aço CA-60

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O aço CA-60 é utilizado concomitante com o CA-50 nos projetos de armação. Suas principais características:

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Os fios até 10,0mm deve obrigatoriamente ter entalhes ou nervuras.

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Obtidos através de trefilação fio a fio.

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60 = resistência característica de tensão de escoamento de 60 kgf/mm2 ou 600 Mpa.

Tipos de aço mais usados na Construção Civil 

Os aços em fios comerciais da Classe CA-60, atendendo a NBR-7480, são:

Tipos de aço mais usados na Construção Civil 

Aço CA-25

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O aço CA-25 atualmente é pouco utilizado nos projetos de armação. Suas principais características são:

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Superfície obrigatoriamente lisa.

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25 = resistência característica de tensão de escoamento de 25 kgf/mm2 ou 250 Mpa.

Tipos de aço mais usados na Construção Civil 

Os aços em barras retas comerciais da Classe CA-25, atendendo a NBR7480, são:

Tipos de aço mais usados na Construção Civil 

Arames Recozidos

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Indispensável para fazer o serviço de montagem das armaduras! Com o arame recozido e uma turquesa, o Armador faz a amarração dos elementos de aço (barras, estribos), montando as peças. O mais utilizado em construção civil é o BWG 18.

Tipos de aço mais usados na Construção Civil 

A tabela com os principais arames recozidos, atendendo a NBR-5589/82, são:

Participação dos setores consumidores 

A distribuição de aço no país encontra-se no gráfico abaixo (dados 2013):

Normas Técnicas 

ABNT NBR 16373:2015 - Telhas e painéis termoacústicos - Requisitos de desempenho

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ABNT NBR 15253: 2014 - Perfis de aço formados a frio, com revestimento metálico, para painéis estruturais reticulados em edificações — Requisitos gerais

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ABNT NBR 6648: 2014 - Bobinas e chapas grossas de aço-carbono para uso estrutural — Especificação

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ABNT NBR 6649: 2014 - Bobinas e chapas finas a frio de aço-carbono para uso estrutural — Especificação

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ABNT NBR 6650: 2014 - Bobinas e chapas finas a quente de aço-carbono para uso estrutural — Especificação

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ABNT NBR 6123: 1988 / errata2: 2013 - Forças devidas ao vento em edificações

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ABNT NBR 14323: 2013 - Projeto de estruturas de aço e de estruturas mistas de aço e concreto de edifícios em situação de incêndio

CA 50 3/8”

CA 50 / 60

TRELIÇAS

TELAS SOLDADAS

ARMADURA MONTADA