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DILATAÇÃO TÉRMICA: UMA ABORDAGEM ALTERNATIVA

Maurício Matos Bomfim, Aryane Da Silva Spadeto, Luiz Otávio Buffon, Marcelo Esteves De Andrade

Evento
Simpósio Nacional de Ensino de Física ↗ (SNEF)
Edição
XXIII
Ano
2019
Data
28/01/2019
Linha de pesquisa
Ensino, Aprendizagem E Avaliação Em Física
Tipo
Pôster

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Texto completo

## DILATAÇÃO TÉRMICA: UMA ABORDAGEM ALTERNATIVA

## *Maurício Matos Bomfim 1 , Aryane da Silva Spadeto 2 , Luiz Otávio Buffon 3 , Marcelo Esteves de Andrade 4

1 Instituto Federal do Espírito Santo, mauriciomatosbomfim@gmail.com

2 Instituto Federal do Espírito Santo, spadetoaryane@gmail.com

3 Instituto Federal do Espírito Santo, buffon@ifes.edu.br

- 4 Instituto Federal do Espírito Santo, marcelo.andrade@ifes.edu.br

## Resumo

Este trabalho tem por objetivo, expor os resultados obtidos após atividades realizadas com alunos das Segundas Séries do Ensino Médio da EEEFM: João Crisóstomo Beleza, localizada na periferia do município de Cariacica no Espírito Santo. As atividades consistiram na exposição oral e apresentação de experimento, ambos sobre as dilatações térmicas, e teve como objetivo aproximar os conceitos físicos da realidade dos estudantes bem como exemplificar as aplicações dos conhecimentos de dilatação térmica no cotidiano dos mesmos. As aulas foram ministradas de forma oral e experimental visando uma maior integração entre a ciência e a realidade, entre teoria e cotidiano; isso com o intuito de desmistificar o caráter puramente teórico e matemático que é tido como único pela maioria dos alunos. Apoiado no princípio de que se deve partir do que o aluno conhece, buscamos exemplos do dia a dia para serem explorados pelos alunos. Partindo da realidade para uma análise física e matemática dos fenômenos em questão.

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Palavras-chave: Dilatação térmica; Cotidiano; Ensino de física.

## INTRODUÇÃO

O texto que se discorre, tem como base as ideias de Vygotsky e de Ausubel, nas discussões de, respectivamente, Marta Kohl de Oliveira e Marco Antonio Moreira. Ambas teorias trazem aspectos que nos nortearam na elaboração da atividade. Segundo OLIVEIRA(1992): Vygotsky trata do desenvolvimento cognitivo que se dá através de interação social com outros indivíduos e com o meio, já Ausubel, de acordo com MOREIRA(2012), diz que o aprendizado deve partir de um conhecimento prévio para que a partir de uma reconfiguração das estruturas mentais seja possível a construção de um novo conhecimento, este mais complexo que o anterior. Apoiados nisso, desenvolvemos uma atividade que buscou, a todo momento, unir a teoria ao cotidiano e a realidade dos estudantes. Essa união foi proposta por meio de atividade experimental e estudos de casos reais acerca do conteúdo proposto, adotando uma abordagem não tradicional. Com isso buscamos verificar se houve progresso, por parte dos alunos, em relação aos conceitos abordados e suas aplicações no dia a dia, e se a abordagem utilizada se mostrou satisfatória..

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## FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

Segundo a teoria Vygotskyana para que a aprendizagem ocorra, ela tem que se dar dentro da ZDP (Zona de Desenvolvimento Proximal) que é a distância entre o conhecimento real, aquele que o aluno já possui e o conhecimento potencial que é aquele que o aluno tem a capacidade de alcançar. O professor é o responsável por garantir a todo momento essa zona de desenvolvimento. A aprendizagem deve estar relacionada ao contexto social, histórico e cultural em que ocorre. (OLIVEIRA, 1992).

Ausubel centraliza sua teoria na ideia de que 'o fator isolado mais importante influenciando a aprendizagem é aquilo que o aprendiz já sabe. Determine isso e ensine-o de acordo.' A sua teoria se baseia nas ideias das estruturas cognitivas e nos subsunçores. As estruturas cognitivas são aquelas que se referem a organização de conteúdos e idéias de uma área particular de conhecimentos, nelas são destacadas aquisição, armazenamento e organização das ideias no cérebro do indivíduo. O subsunçor é um conhecimento específico já existente na estrutura de conhecimentos do indivíduo, ou seja, trata-se de um conhecimento prévio.

Para Ausubel a aprendizagem significativa se caracteriza pela interação entre o conhecimento prévio e o novo, essa interação deve ser substantiva, ou seja uma vez entendido um determinado conceito possa-se transmiti-lo com palavras próprias sem alteração do significado, e não arbitrária pois deve existir uma relação lógica entre o prévio e o novo.(OLIVEIRA, 1992).

Para CARVALHO(2014) ao utilizarmos como ponto de partida uma atividade experimental com o intuito de desenvolver um conceito, estamos levando o aluno a ser protagonista do seu processo de aprendizagem, a tomar uma postura de ação e percepção sobre o seu objeto de estudo e ainda a relacionar este objeto com a realidade. Para que uma atividade seja denominada investigativa, ela deve conter situações problemas que possibilitem diálogo e discussão para a resolução do problema e que leve a introdução de conceitos. Contudo essa discussão deve ser bem fundamentada, a discussão deve ter significado para o aluno, isso para que ele saiba o porquê de estar investigando o problema que a ele foi apresentado. Atividades nesse formato proporcionam ao aluno, além do conhecimento conceitual adquirido , aprendizagem de postura investigativa, procedimentais e de atitudes, em outras palavras proporcionam um posicionamento de sério diante da resolução de problemas.

Apoiados nestas idéias, na atividade realizada nós, aplicadores, atuamos como facilitadores do processo aprendizagem, e os estudantes deixam de ocupar o papel de passivos e passam a ocupar o papel de investigadores e construtores do conhecimento. E isso se opõe a uma abordagem tradicional, que consiste em uma educação bancária onde o professor é detentor do conhecimento e os estudantes são 'depósitos de informações' que devem ser 'sacadas' nos momentos de avaliação. (FREIRE, 2005).

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## METODOLOGIA

Dados os conceitos embasadores da proposta de atividade segue a exposição e análise do resultado de aulas e experimentos acerca de dilatação térmica. A proposta inicial é uma abordagem não tradicional do conteúdo, com exposição de experimentos e discussão de fatos do cotidiano. A atividade foi realizada em dois momentos: no primeiro, a aula fora dedicada a aplicação de um questionário investigativo de conhecimentos prévios, que serviu como base para um diagnóstico inicial da turma. As questões do questionário investigativo foram, propositalmente, elaboradas de forma a serem bem abrangentes, pois nesse primeiro momento o objetivo era um diagnóstico qualitativo, que nos mostrasse a situação geral da turma. Para que esse questionário fosse avaliado foram adotadas categorias, pois como dito anteriormente a preocupação é qualitativa.

Para análise da primeira atividade tomamos como base a ideia de Análise de Conteúdo do Roque Moraes. Para Moraes(1999):

'A análise de conteúdo constitui uma metodologia de pesquisa usada para descrever e interpretar o conteúdo de toda classe de documentos e textos. Essa análise, conduzindo a descrições sistemáticas qualitativas ou quantitativas, ajuda a reinterpretar as mensagens e a atingir uma compreensão de seus significados num nível que vai além de uma leitura comum.(...) A matéria-prima da análise de conteúdo pode constituir-se de qualquer material oriundo de comunicação verbal ou não-verbal…'

Para tanto tomamos como categorias e parâmetros de enquadramento os seguintes: Soube Resolver, Não Soube Resolver e Não Tem Conceito Definido. Para cada parâmetro foram colocadas condições para a atribuição.

- - Não Soube responder: foi atribuído ao aluno que deixou a questão em branco, ou que respondeu sem aproximação alguma dos conceitos ou fenômenos em que ocorrem.
- - Não Tem Conceito Definido: foi atribuído ao aluno que não definiu corretamente, mas se aproximou do conceito ou de situações em que o conceito é aplicado.
- - Soube Responder: Foi atribuído ao aluno que definiu de forma correta, precisa e/ou extremamente próxima do conceito em questão.

As questões do questionário prévio seguem abaixo:

- ● Questão 1: O que você entende por temperatura?
- ● Questão 2: Além da escala em Celsius (ºC), que outras escalas termométricas você conhece?
- ● Questão 3: O que você consegue dizer acerca de dilatação térmica?
- ● Questão 4: Descreva, com suas palavras o que é calor.
- ● Questão 5: Qual a relação entre temperatura e dilatação térmica?
- ● Questão 6: Descreva de forma breve, como ocorrem e onde podem ser observados os fenômenos de dilatação.

A análise do questionário nos proporcionou um rol de dados, o que nos possibilitou dar a eles um tratamento estatístico. Com o tratamento de dados pode-se fazer uma síntese do perfil da turma.

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No segundo momento, a aula se dedicou em uma parte a discussão sobre as questões do questionário prévio e elucidação dos pontos que geraram maiores dúvidas, pois percebemos que seria contraproducente não realizá-la. A discussão foi produtiva e cada questão fora discutida por vez com a participação dos alunos. Posteriormente, apresentamos de forma qualitativa os três tipos de dilatação: linear, superficial e volumétrica. A apresentação foi feita de forma oral no formato de aula expositiva, com interação dos alunos para a construção dos conceitos. Feita a exposição fora apresentado o experimento da lâmina bimetálica, que consiste em uma folha de papel alumínio unida a uma folha de papel (tipo A4) com cola branca, deve-se aguardar que a cola seque por completo, a lâmina bimetálica já foi levada confeccionada para os alunos e o experimento foi realizado diante deles para que todos pudessem ver. Como de costume foram algumas tentativas até que o experimento realmente funcionasse, ao aproximarmos a lâmina da chama da vela, notou-se que ela sofreu uma inclinação da direção oposta a área de contato com a chama. Daí lançamos aos alunos a pergunta: ' Por que a lâmina se comportou desta forma?' E as respostas foram as mais diversas possíveis. Como várias hipóteses foram levantadas sugerimos que cada um desse uma hipótese e que argumentasse, fisicamente, em defesa dela. Com isso, algumas hipóteses foram descartadas, outras reformuladas e assim chegamos, por meio de discussões ao motivo físico que levou a deformação da lâmina. Foi discutido com os alunos que como os materiais reagem de forma diferente a variação de temperatura, não podiam sofrer deformações iguais. O alumínio é mais suscetível à deformação que o papel, logo ele tendia a 'crescer' mais que o papel, o papel por sua vez é mais 'resistente' a este 'crescimento' e com isso o conjunto acaba sofrendo uma deformação, pois o alumínio tende a se expandir e o papel resiste a expansão.

Após a exposição dos conteúdos ocorreu um fato que é relevante relatar, para ilustrar que em relação aos conceitos existe uma certa compreensão, é um questionamento levantado por um aluno da turma. O aluno questionou se toda dilatação não era volumétrica, já que quando um corpo é submetido a uma fonte de calor ele é de certa forma dilatado em todas as dimensões? Esse questionamento gerou na turma novamente um alvoroço de hipóteses e uma variedade de respostas possíveis. Após algumas discussões construímos juntos um novo conhecimento, de que de fato toda dilatação é volumétrica, o que as difere são os tratamentos dados a essa dilatação. Por exemplo uma dilatação é dita linear quando a variação das demais dimensões podem ser desprezadas em relação a variação do comprimento. Com isso os alunos puderam, em parte, compreender os conceitos e as particularidades das dilatações.

Passada a etapa da discussão, foi retomada a explanação dos tipos de dilatação, contudo agora já não era somente uma abordagem qualitativa e conceitual. Nesta etapa já estávamos discutindo a modelagem matemática e suas características e particularidades.

Nessa parte os alunos se mostraram mais resistentes, e argumentaram que quando chega a parte matemática é que se esbarram em dificuldades. Identificada essa deficiência procuramos meios de saná-las, retomamos alguns tópicos matemáticos que julgamos ser importantes para o estudo de fenômenos físicos. Essa pausa para compreensão da ferramenta matemática se fez necessária pois

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sem ela se inviabilizaria o prosseguimento no estudo das dilatações, já que se faz necessário uma abordagem quantitativa além da qualitativa.

Passada a etapa de estudo quantitativo das dilatações, propusemos aos estudantes que analisassem algumas notícias reais, e descrevessem, de acordo com as aulas e as discussões feita em sala de aula, quais as explicações físicas para cada uma das notícias.

Abaixo seguem os links das notícias propostas para análise:

Notícia 1: Ao menos 80 ficam feridos em descarrilamento de trem na Rússia. http://g1.globo.com/mundo/noticia/2013/07/ao-menos-80-feridos-em-descarrilamento -de-trem-na-russia.html

Notícia 2: Pavimento levanta e complica o trânsito na Avenida Iguaçu. https://www.gazetadopovo.com.br/vida-e-cidadania/pavimento-levanta-e-complica-o-t ransito-na-avenida-iguacu-7yvoo1ar8guhiuse7l018wci6/

Notícia 3: Viaduto interditado deve ser escorado imediatamente, determina TCE-MT.

https://www.gazetadopovo.com.br/vida-e-cidadania/pavimento-levanta-e-complica-o-t ransito-na-avenida-iguacu-7yvoo1ar8guhiuse7l018wci6/

Com essa atividade encerramos a exposição e discussão de conteúdos, e aplicamos uma atividade de verificação que se encontra disponível no endereço https://pibidnojln.wordpress.com/2016/08/25/dilatacao-termica/ . Com base em toda a execução das atividades, foi possível levantar um rol de dados que podem ser analisados estatisticamente. Na próxima seção segue a análise e discussão desses dados.

## RESULTADOS E DISCUSSÕES

Para iniciar a exposição dos resultados, e a discussão destes resultados o faremos em ordem de atividades.

A primeira atividade, que possui o caráter de mapear com quais conhecimentos os estudantes estão ou não familiarizados, se mostrou uma excelente norteadora para as demais atividades. Ao levantarmos os dados do questionário prévio, foi possível observar detalhes interessantes.

Observamos que, no concernente a totalidade de Souber Responder ou de Não Soube Responder, ocorreram os dois extremos: o de 100% de Soube Responder, na Questão 2: Além da escala em Celsius (ºC), que outras escalas termométricas você conhece?. E o de 100% que Não Souberam Responder, na Questão 4 : Descreva, com suas palavras o que é calor.

Atribuímos esses números ao fato de que a Questão 2, trata de algo que é mais do cotidiano, factível, acessível aos estudantes e que não necessariamente necessitam de um conhecimento científico sofisticado. Já no tocante à Questão 4, o que se espera dos estudantes é que, de certa forma, exista uma proximidade ou até mesmo um domínio de um conceito, um conhecimento mais completo, sofistificado, uma definição física.

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Percebemos ainda que na Questão 6: Descreva de forma breve, como ocorrem e onde podem ser observados os fenômenos de dilatação. Grande parte dos estudantes (75%) Souberam Responder e apenas 25% Não Souberam Responder. Atribuímos a estes percentuais o fato de os estudantes já terem sido expostos a situações em que se observam os fenômenos de dilatação. Uma boa parte dos alunos citaram portões de ferro que emperram em dias quentes, um excelente exemplo do fenômeno de dilatação térmica.

Com base nesses resultados, foi possível perceber que os estudantes possuem um certo conhecimento acerca dos conceitos envolvidos na aula, e também pudemos notar que nem todos conseguem relacionar os conceitos com fenômenos do cotidiano. Com base nas informações coletadas na primeira atividade foi possível conceber um panorama geral da turma.

O panorama geral da turma, em relação a atividade aplicada, fica claro no gráfico a seguir:

Gráfico 1 : resultado geral da atividade diagnóstica aplicada ao alunado

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O gráfico acima aponta que mais da metade da turma, 52,1%, possuem noção do conceitos que foram investigados e que bem menos que a metade,16,7%, não possuem noção alguma. Todas as questões da primeira atividade foram discutidas em sala, com o propósito de sanar as dúvidas e consolidar alguns conceitos.

A parte experimental teve uma grande participação dos alunos e isso foi de grande valia, pois os estudantes discutiram e se mostraram bastante interessados tanto no visual quanto nas explicações que fomos construindo juntos.

A atividade de análise de notícias reais se mostrou como um momento de grande interação entre os estudantes. Um ponto que nos impressionou bastante foi a discussão que surgiu em torno das notícias. A discussão se mostrou produtiva, e os conceitos físicos foram bem explorados pelo alunado que discorreram de forma fantástica em relação aos conceitos físicos e também em relação às hipóteses que foram levantadas para justificar os fatos ocorridos.

Após as discussões e esclarecimentos finais foi aplicado ao alunado uma atividade de verificação, que usamos para um confronto com a realidade anterior. A atividade foi configurada de forma mais direcionada pois se tratava de uma atividade que se pretendia confrontar com a diagnóstica. As questões eram divididas entre discursivas e múltipla escolha, porém ambas exigiam conhecimentos conceituais e

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matemáticos. Nesta atividade buscamos uma avaliação tanto quantitativa quanto qualitativa.

A atividade de verificação se encontra disponível no link:

https://pibidnojln.wordpress.com/2016/08/25/dilatacao-termica/

A análise da atividade de verificação nos permitiu observar alguns aspectos curiosos. Os dados coletados nesta atividade nos possibilitou elaborar o gráfico abaixo:

Gráfico 2: Dados da Atividade de Verificação.

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Com base nos dados é possível notar que houve uma melhora na quantidade absoluta de acertos. Isso pode, ao nosso ver, indicar que os estudante avançaram no sentido de conceber e articular os conceitos inerentes ao tema estudado. Quando confrontamos esse resultado como o da primeira atividade, podemos observar que, no geral, os acertos absolutos foram bem maiores, enquanto os erros foram um pouco menores. Tomando como base os números absolutos de acertos e erros é possível apresentar um gráfico que exemplifica o resultado geral na atividade.

Resultado Geral:

Gráfico 3: Resultado geral da Atividade de Verificação.

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O gráfico apresenta o resultado geral onde a maioria absoluta dos alunos, 87,5%, alcançaram o êxito, respondendo da maneira espera as questões.

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## CONCLUSÃO

De posse dos dois resultados é notório que houve avanços em relação a aplicação de conteúdos. Com base nos dados apresentados, concluímos que uma abordagem mais interativa e aproximada da realidade alcançou resultados satisfatórios. Os avanços são notados nos índices de acertos da atividade de investigação. Notamos também que em relação ao interesse pelo conteúdo, ocorreu grande avanço e que os alunos passaram a investigar novos fenômenos físicos em seus cotidianos. A experiência se mostrou de grande valia para os alunos, pois em relação a atividade de diagnóstico ocorreram avanços. Vimos que na avaliação diagnóstica ocorreu o extremo de 100% que não sabiam responder às questões, e que muitos também não sabiam conceitos definidos, já na atividade de verificação constatamos que não ocorreram 'meio termos', o foram acertos ou erros, isso pode ser atribuído ao fato de que a atividade de verificação foi configurada de forma mais fechada, de forma a ser tanto qualitativamente quanto quantitativamente, desta forma não foi possível atribuir notas/conceitos parciais as questões. Contudo os avanços foram notórios ocorrendo numa escala considerável, partindo de 52,1% para 87,5% o que revela que, para o grupo de alunos em questão, os métodos e instrumentos utilizados foram produtivos e deram o resultado esperado, que era a capacidade de identificar e reconhecer os fenômenos de dilatação que os cercam.

## REFERÊNCIAS :

MORAES, Roque. Análise de Conteúdo. Revista Educação. Porto Alegre - RS, Brasil. Disponível em&lt;http://cliente.argo.com.br/~mgos/analise\_de\_conteudo\_moraes.html&gt;. Acesso em 19/10/2016.

MOREIRA, Marco Antonio. Organizadores prévios e aprendizagem significativa. Porto Alegre, Ed. da Universidade, UFRGS, 2012.

CARVALHO, Anna Maria Pessoa de. Calor e Temperatura: Um ensino por investigação . 1ª Ed. São Paulo: Editora Livraria da Física, 2014.

LA TAILLE, Yves de; OLIVEIRA, Marta Kohl de; DANTAS, Heloysa. Piaget, Vygotsky, Wallon: Teorias psicogenéticas em discussão . São Paulo: Summus, 1992.

FREIRE, Paulo. Pedagogia do Oprimido. 42ªEd. Rio de Janeiro: Paz e Terra, 2005.

G1 NOTÍCIAS. Ao menos 80 ficam feridos em descarrilamento de trem na Rússia. Disponível em:

&lt;http://g1.globo.com/mundo/noticia/2013/07/ao-menos-80-feridos-em-descarrilament o-de-trem-na-russia.html &gt; Acesso em 11/07/2016

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G1 NOTÍCIAS. Viaduto interditado deve ser escorado imediatamente, determina TCE-MT

## Disponível

em:

&lt;http://g1.globo.com/mato-grosso/noticia/2014/09/viaduto-interditado-deve-ser-escor ado-imediatamente-determina-tce-mt.html &gt; Acesso em 11/07/2016

GAZETA DO POVO. Pavimento levanta e complica trânsito na Avenida Iguaçu. Disponível em:

&lt;

https://www.gazetadopovo.com.br/vida-e-cidadania/pavimento-levanta-e-complica-o-t ransito-na-avenida-iguacu-7yvoo1ar8guhiuse7l018wci6/ &gt; Acesso em 11/07/2016

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Texto extraído automaticamente do PDF: podem existir erros de conversão, especialmente em fórmulas, tabelas e figuras.